DE102016205333A1

DE102016205333A1 - Method and device for tempering a rechargeable battery

Info

Publication number: DE102016205333A1
Application number: DE102016205333.7A
Authority: DE
Inventors: Jennifer Sirtl
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2016-03-31
Filing date: 2016-03-31
Publication date: 2017-10-05

Abstract

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Akkumulator, insbesondere das Heizen bzw. Aufwärmen eines Akkumulators auf eine für den Betrieb des Akkumulators geeignete Betriebstemperatur. Das der Erfindung zu Grunde liegende Konzept beruht auf der Nutzung der Wärmeentwicklung bei Stromfluss durch den grundsätzlich vorhandenen Innenwiderstand des Akkus. Der Akku wird über eine geeignete Schaltung mit einem Energiezwischenspeicher verbunden. Die Schaltung bewirkt, dass der Akku in rascher Folge und ggf. in mehreren Zyklen teilweise ent- und aufgeladen wird, wobei die dem Akku entzogene und später wieder zugeführte elektrische Energie in dem Energiezwischenspeicher gespeichert wird. Die beim Ent- und Aufladen aufgrund des Stromflusses über den Innenwiderstand entstehende Wärme bewirkt das Temperieren des Akkus.The invention relates to an electric accumulator, in particular the heating or warming up of a rechargeable battery to a suitable operating temperature for the operation of the rechargeable battery. The concept underlying the invention is based on the use of heat generation in current flow through the inherent internal resistance of the battery. The battery is connected via a suitable circuit with an energy buffer. The circuit causes the battery to be partially discharged and charged in rapid succession and possibly in several cycles, wherein the battery removed and later re-supplied electrical energy is stored in the energy buffer. The heat generated during discharging and charging due to the flow of current through the internal resistance causes the temperature of the battery.

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Akkumulator, insbesondere das Heizen bzw. Aufwärmen eines Akkumulators auf eine für den Betrieb des Akkumulators geeignete Betriebstemperatur. The invention relates to an electric accumulator, in particular the heating or warming up of a rechargeable battery to a suitable operating temperature for the operation of the rechargeable battery.

Zur Versorgung eines oder mehrerer elektrischer Verbraucher eines Nutzsystems mit elektrischer Energie kommen häufig, insbesondere im Falle von mobilen elektrischen Verbrauchern, Akkumulatoren zum Einsatz. Akkumulatoren oder kurz „Akkus“ sind wiederaufladbare Energiespeicher, in denen Energie typischerweise in Form von chemischer Energie gebunden wird und die bei Bedarf elektrische Energie zur Verfügung stellen können. For supplying one or more electrical consumers of a utility system with electrical energy, accumulators are frequently used, in particular in the case of mobile electrical consumers. Accumulators or "batteries" for short are rechargeable energy stores in which energy is typically bound in the form of chemical energy and can provide electrical energy when needed.

Das einem Akku zu Grunde liegende Konzept beruht auf einer Materialpaarung von zwei Elektroden und einem zwischen diesen Elektroden befindlichen Elektrolyten. Ein solches System erlaubt es, zum Einen elektrische Energie in die erwähnte chemisch gebundene Energie zu überführen, den Akku also aufzuladen, und zum Anderen bei Bedarf die gebundene Energie in elektrische Energie zu wandeln und so einem Nutzsystem zur Verfügung zu stellen. The concept underlying a battery is based on a material pairing of two electrodes and an electrolyte located between these electrodes. Such a system makes it possible, on the one hand, to transfer electrical energy into the abovementioned chemically bound energy, thus to charge the rechargeable battery and, on the other hand, to convert the bound energy into electrical energy as needed, thus making it available to a utility system.

Die Effizienz bzw. der Wirkungsgrad oder auch die Reaktivität der in einem Akku ablaufenden Prozesse der Energieumwandlung von elektrischer zu chemischer Energie sowie von chemischer zu elektrischer Energie ist, da es sich generell um chemische Prozesse handelt, stark temperaturabhängig. Dies führt dazu, dass kalte Akkus weniger Energie abgeben können und auch die Ausgangsleistung an sich eingeschränkt ist. Letzteres wird durch den Begriff Leistungsrücknahme bzw. „Derating“ adressiert. Wird das Derating bei der Benutzung des Akkus nicht berücksichtigt, so kann dies zu einer beschleunigten Alterung des Akkus führen. The efficiency or the efficiency or the reactivity of the processes occurring in a battery energy conversion of electrical to chemical energy and of chemical to electrical energy, since it is generally a matter of chemical processes, highly temperature-dependent. This means that cold batteries can give off less energy and also the output power is limited. The latter is addressed by the term "derating". If the derating is not taken into account when using the battery, this can lead to accelerated aging of the battery.

Um das genannte Problem zu lösen, werden Akkus, die bspw. in einer Umgebung mit niedriger Temperatur funktionieren müssen, durch ein separates Heizelement auf der für den Akku idealen Betriebstemperatur gehalten. Um dabei den Wärmeverlust nach außen zu minimieren, wird der Akku gemeinsam mit dem Heizelement wärmeisoliert. Dabei stellt es sich jedoch als nachteilig heraus, dass die eigentlichen chemisch aktiven Komponenten, d.h. insbesondere die Elektroden und der Elektrolyt, nur indirekt von außen erwärmt werden, da die von dem Heizelement bereit gestellte Wärme zunächst bspw. durch die Hülle des Akkus in das Innere und zu den aufzuwärmenden Bereichen vordringen muss. Der Akku muss daher langfristig gewärmt werden, bis die chemisch aktiven Komponenten des Akkus homogen auf die Betriebstemperatur aufgeheizt sind. In order to solve the above problem, rechargeable batteries which, for example, have to operate in a low-temperature environment are kept at the ideal operating temperature for the rechargeable battery by means of a separate heating element. In order to minimize the heat loss to the outside, the battery is thermally insulated together with the heating element. However, it turns out to be disadvantageous that the actual chemically active components, i. in particular the electrodes and the electrolyte are heated only indirectly from the outside, since the heat provided by the heating element must first, for example, penetrate through the envelope of the battery into the interior and to the areas to be heated. The battery must therefore be warmed in the long term until the chemically active components of the battery are heated homogeneously to the operating temperature.

Weiterhin gibt es Ansätze zum schnelleren und effizienteren Aufwärmen eines Akkus, bei denen das Heizelement als zusätzliche Lage, bspw. in Form einer Nickelfolie, gemeinsam mit den Elektroden in den Akku integriert wird. Durch diese Heizfolie kann die Elektrode direkt erwärmt werden und die Elektrode heizt ihrerseits den Elektrolyten. Somit kann der Heizvorgang schneller und effizienter erfolgen, da sich das Heizelement im Akku und somit in unmittelbarer Nähe der chemisch aktiven Komponenten befindet. Die Herstellung eines solchen Akkus mit integrierter Heizfolie sowie auch der Betrieb sind jedoch vergleichsweise aufwändig. Furthermore, there are approaches for faster and more efficient warming of a battery, in which the heating element is integrated as an additional layer, for example. In the form of a nickel foil, together with the electrodes in the battery. Through this heating foil, the electrode can be heated directly and the electrode in turn heats the electrolyte. Thus, the heating process can be faster and more efficient, since the heating element is in the battery and thus in the immediate vicinity of the chemically active components. However, the production of such a battery with integrated heating foil as well as the operation are comparatively complicated.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine alternative Möglichkeit zum Temperieren eines Akkus auf eine vorteilhafte Betriebstemperatur anzugeben. It is therefore an object of the present invention to provide an alternative way of tempering a battery to an advantageous operating temperature.

Diese Aufgabe wird durch das in Anspruch 1 beschriebene Verfahren sowie durch die in Anspruch 10 beschriebene Vorrichtung gelöst. Die Unteransprüche beschreiben vorteilhafte Ausgestaltungen. This object is achieved by the method described in claim 1 and by the device described in claim 10. The subclaims describe advantageous embodiments.

Im Rahmen des Verfahrens zum Temperieren eines aufgeladenen, wenn auch nicht zwangsläufig voll aufgeladenen, Akkus zur Versorgung eines Nutzsystems mit elektrischer Energie wird in einem Aufwärmvorgang zumindest ein Ent- und Aufladezyklus ausgeführt, wobei in jedem Ent- und Aufladezyklus zunächst in einem Entladevorgang dem Akku Energie entzogen wird und anschließend in einem Aufladevorgang dem Akku Energie wieder zugeführt wird. Das der Erfindung zu Grunde liegende Konzept beruht darauf, dass jeder Akku einen konstruktiv nicht zu vermeidenden Innenwiderstand aufweist. Dieser Innenwiderstand macht sich im Aufladevorgang sowie auch im Entladevorgang dadurch bemerkbar, dass es bei Stromfluss zu einer Wärmeabgabe kommt, so dass beim Laden und beim Entladen der Elektrolyt sowie die aktive Oberfläche der Elektroden erwärmt werden können. Dabei wird davon ausgegangen, dass sowohl der Ent- als auch der Aufladevorgang gleichbedeutend mit einem Stromfluss über den Innenwiderstand ist. As part of the process for controlling the temperature of a charged, although not necessarily fully charged, rechargeable batteries for supplying a useful system with electrical energy in a warm-up at least one discharge and charge cycle is performed, in each discharge and charge cycle in a discharge initially the battery energy is withdrawn and then in a recharging the battery energy is supplied again. The concept underlying the invention is based on the fact that each battery has a structurally unavoidable internal resistance. This internal resistance makes itself noticeable in the charging process as well as in the discharging process by virtue of the fact that there is a heat emission during current flow, so that the electrolyte and the active surface of the electrodes can be heated during charging and discharging. It is assumed that both the discharge and the charging process is synonymous with a current flow through the internal resistance.

Der Akku ist elektrisch mit einem Energiezwischenspeicher verbunden, so dass eine bei dem Entladevorgang des Akkus anfallende elektrische Energie in den Energiezwischenspeicher überführbar ist, wobei die dem Akku in dem Entladevorgang entzogene Energie dem Energiezwischenspeicher zugeführt wird und die dem Akku in dem Aufladevorgang zuzuführende Energie dem Energiezwischenspeicher entzogen wird. Somit ist es nicht notwendig, die dem Akku zum Aufwärmen entzogene Energie von einer zusätzlichen Energiequelle wieder zuzuführen. The accumulator is electrically connected to an intermediate energy store, so that an electrical energy accumulating during the discharging process of the accumulator can be transferred to the intermediate energy accumulator, the energy removed from the accumulator during the discharging process being supplied to the intermediate energy accumulator and the energy to be supplied to the accumulator during the charging process to the temporary energy accumulator is withdrawn. Thus, it is not necessary to re-supply the energy removed from the battery for reheating from an additional source of energy.

Der Aufwärmvorgang wird beendet bzw. nicht weiter geführt, wenn eine vorgegebene Anzahl von Ent- und Aufladezyklen ausgeführt ist. Dies kann bspw. durch eine entsprechende Steuerung überwacht und bewerkstelligt werden. Auch kann entschieden werden, dass der Aufwärmvorgang beendet bzw. nicht weiter geführt wird, wenn eine momentane Temperatur des Akkus einen vorgegebenen Temperaturwert erreicht. Auch dies kann bspw. durch die bereits erwähnte Steuerung überwacht und bewerkstelligt werden. Hiermit wird erreicht, dass der Akku nur so weit entladen wird und so lange im Aufwärmvorgang verbleibt, wie nötig. The warm-up process is terminated or discontinued when a predetermined number of discharge and recharge cycles is performed. This can be monitored and accomplished, for example, by an appropriate controller. It can also be decided that the warm-up process is terminated or discontinued when a current temperature of the battery reaches a predetermined temperature value. This, too, can, for example, be monitored and accomplished by the already mentioned control. This ensures that the battery is only discharged so far and as long as the warm-up process remains, as necessary.

Die momentane Temperatur des Akkus kann an einer Oberfläche des Akkus gemessen werden. Es reicht also aus, einen entsprechenden Sensor an der Oberfläche anzubringen, d.h. es ist nicht nötig, einen in den Akku integrierten Sensor o.ä. bereitzustellen. Demnach kann ein handelsüblicher Akku zu Einsatz kommen. Aus der an der Oberfläche gemessenen momentanen Temperatur kann insbesondere modellbasiert auf eine momentane Temperatur im Inneren des Akkus geschlossen werden, wobei in diesem Fall der Aufwärmvorgang beendet wird, wenn die momentane Temperatur im Inneren des Akkus den vorgegebenen Temperaturwert erreicht. The current temperature of the battery can be measured on a surface of the battery. It is therefore sufficient to attach a corresponding sensor to the surface, i. it is not necessary to use a built-in battery or similar. provide. Accordingly, a commercial battery can be used. From the instantaneous temperature measured on the surface, it is possible, in particular, to conclude model-based an instantaneous temperature in the interior of the battery, in which case the warming up process is ended when the instantaneous temperature inside the battery reaches the predetermined temperature value.

Ein jeweiliger Entladevorgang kann bspw. in Abhängigkeit von einer momentanen Ladung des Akkus beendet werden. Der jeweilige Entladevorgang kann beendet werden, wenn die momentane Ladung des Akkus bspw. nur noch 95–99% der zu einem bestimmten Zeitpunkt im Akku vorhandenen Ladung beträgt. Der bestimmte Zeitpunkt kann bspw. der Beginn des eigentlichen Aufwärmvorgangs oder der Beginn des jeweiligen Entladevorgangs des jeweils aktuellen Ent- und Auflkadezyklus sein. Auch hiermit wird sichergestellt, dass der Akku im Rahmen des Entladevorgangs nicht zu weit entladen wird. A respective discharge process can be terminated, for example, as a function of a momentary charge of the battery. The respective discharge process can be ended when the instantaneous charge of the battery, for example, is only 95-99% of the charge present in the battery at a certain time. The specific time can be, for example, the beginning of the actual warm-up process or the beginning of the respective unloading of the respective current unloading and Auflkadezyklus. This also ensures that the battery is not discharged too far during the unloading process.

In einer speziellen Ausführungsform des Verfahrens weist ein Ent- und Aufladezyklus zumindest drei Phasen auf. Mit Hilfe einer zwischen den Akku und den Energiezwischenspeicher geschalteten und von einer Steuerung gesteuerten Schaltung wird in einer ersten Phase eines jeweiligen Ent- und Aufladezyklus ein Energiespeicher der Schaltung, insbesondere eine Speicherspule, aufgeladen, wozu dem Akku eine entsprechende Energiemenge entzogen wird. In einer zweiten Phase des jeweiligen Ent- und Aufladezyklus wird dem Energiespeicher der Schaltung zumindest ein Teil der dort gespeicherten Energie entzogen und dem Energiezwischenspeicher zugeführt wird. In einer dritten Phase des jeweiligen Ent- und Aufladezyklus wird eine In a specific embodiment of the method, an unloading and charging cycle has at least three phases. With the help of a circuit connected between the battery and the energy buffer and controlled by a control circuit, an energy storage of the circuit, in particular a storage coil, is charged in a first phase of a respective discharge and charge cycle, for which purpose a corresponding amount of energy is withdrawn from the battery. In a second phase of the respective discharge and recharge cycle, the energy store of the circuit is deprived of at least part of the energy stored there and supplied to the intermediate energy store. In a third phase of the respective discharge and recharge cycle is a

Energiemenge zurück zum Akku geführt, die im Wesentlichen derjenigen Energiemenge entspricht, die in der zweiten Phase dem Zwischenspeicher aus dem Energiespeicher der Schaltung zugeführt wurde. Energy amount led back to the battery, which essentially corresponds to that amount of energy that was supplied to the buffer from the energy storage of the circuit in the second phase.

Eine entsprechende Vorrichtung zum Temperieren eines solchen aufgeladenen Akkus weist eine Schaltung und eine Steuerung auf, wobei die Schaltung mit dem Akku elektrisch verbunden und derart eingerichtet und von der Steuerung gesteuert ist, dass zum Temperieren des Akkus in einem Aufwärmvorgang zumindest ein Ent- und Aufladezyklus ausgeführt wird, wobei in jedem Zyklus zunächst in einem Entladevorgang dem Akku Energie entzogen wird und anschließend in einem Aufladevorgang dem Akku Energie wieder zugeführt wird. A corresponding device for controlling the temperature of such a charged battery has a circuit and a controller, wherein the circuit is electrically connected to the battery and set up and controlled by the controller, that carried out for controlling the temperature of the battery in a warm-up at least one unloading and Aufladezyklus is, wherein in each cycle first in a discharge process, the battery energy is removed and then the battery energy is supplied again in a charging process.

Ein Energiezwischenspeicher der Vorrichtung ist mit der Schaltung elektrisch verbunden, wobei die dem Akku im Entladevorgang entzogene Energie dem Energiezwischenspeicher zuführbar und dort speicherbar ist. Weiterhin ist die dem Akku im Aufladevorgang zuzuführende Energie dem Energiezwischenspeicher entnehmbar. An energy buffer of the device is electrically connected to the circuit, wherein the energy removed from the battery in the discharge process can be supplied to the intermediate energy storage device and stored there. Furthermore, the energy to be supplied to the battery in the charging process can be removed from the energy buffer.

Der Energiezwischenspeicher kann bspw. eine Induktivität, eine Kapazität oder eine Kombination aus Induktivität und Kapazität sein. Auch ein Schwungradspeicher kann als Energiezwischenspeicher eingesetzt werden. In einer besonderen Ausführungsform ist der Energiezwischenspeicher ein weiterer Akku, der zur Versorgung desselben oder eines weiteren Nutzsystems mit elektrischer Energie eingesetzt wird. Insbesondere kann der weitere Akku ein zu dem zu temperierenden Akku weitestgehend identischer Akku sein, bspw. ein Redundanzakku des Nutzsystems, wobei in diesem Fall sowohl der Akku als auch der weitere Akku zur Versorgung desselben Nutzsystems dienen. Hierbei ergibt sich der Vorteil, dass der weitere Akku bei Ausführung des Verfahrens ebenfalls erwärmt werden kann. The intermediate energy storage device may be, for example, an inductor, a capacitor or a combination of inductance and capacitance. A flywheel storage can also be used as energy buffer. In a particular embodiment, the energy buffer is another battery that is used to supply the same or another useful system with electrical energy. In particular, the additional battery can be a battery which is largely identical to the battery to be tempered, for example a redundant battery of the payload system, in which case both the battery and the further battery serve to supply the same payload system. This results in the advantage that the additional battery can also be heated when the method is performed.

Vorteilhafterweise ist im Energiezwischenspeicher bereits vor Beginn des Aufwärmvorgangs eine gewisse Energiemenge gespeichert. Diese kann letztlich genutzt werden, um die aufgrund der gewollten Erwärmung auftretenden Verluste an elektrischer Energie bspw. zum Abschluss des Aufwärmvorgangs auszugleichen. Advantageously, a certain amount of energy is stored in the energy buffer already before the start of the warm-up process. This can ultimately be used to compensate for the losses due to the desired heating of electrical energy, for example, to complete the warm-up process.

Die Schaltung weist u.a. einen Energiespeicher, insbesondere eine Speicherspule, sowie mehrere Schalter auf und die Steuerung ist derart eingerichtet, dass in einem Ent- und Aufladezyklus mit Hilfe der Schaltung der Energiespeicher der Schaltung in einer ersten Phase eines jeweiligen Ent- und Aufladezyklus aufgeladen wird, wozu dem Akku eine entsprechende Energiemenge im Entladevorgang entzogen wird. Dem Energiespeicher der Schaltung wird in einer zweiten Phase des jeweiligen Ent- und Aufladezyklus zumindest ein Teil der dort gespeicherten Energie entzogen und dem Energiezwischenspeicher (40) zugeführt. Dem Akku wird schließlich in einer dritten Phase des jeweiligen Ent- und Aufladezyklus eine Energiemenge zugeführt wird, die insbesondere im Wesentlichen bis auf Verluste derjenigen Energiemenge entspricht, die in der zweiten Phase dem Zwischenspeicher aus dem Energiespeicher der Schaltung zugeführt wurde. Die Verluste können der Energiedifferenz zwischen der dem Akku in der ersten Phase entnommenen Energiemenge und der dem Akku in der dritten Phase zugeführten Energiemenge entsprechen. The circuit has, inter alia, an energy store, in particular a storage coil, and a plurality of switches, and the controller is set up in such a way that the energy store of the circuit is charged in a first phase of a respective discharge and charge cycle in a discharge and charge cycle with the aid of the circuit. why the battery is deprived of a corresponding amount of energy in the discharge process. The energy storage of the circuit is removed in a second phase of the respective unloading and charging cycle, at least a portion of the energy stored there and the energy buffer ( 40 ) fed. Finally, in a third phase of the respective discharge and charge cycle, the battery is supplied with an amount of energy which, in particular, essentially corresponds to losses of that amount of energy which was supplied to the buffer from the energy store of the circuit in the second phase. The losses may correspond to the energy difference between the amount of energy taken from the battery in the first phase and the amount of energy supplied to the battery in the third phase.

Die Steuerung ist mit dem Akku verbunden, um eine momentane Ladung des Akkus zu ermitteln. Weiterhin ist die Steuerung eingerichtet, um einen momentan ausgeführten Entladevorgang in Abhängigkeit von der ermittelten momentanen Ladung des Akkus zu beenden. The controller is connected to the battery to detect a momentary charge of the battery. Furthermore, the controller is set up to terminate a currently performed discharge process in dependence on the determined instantaneous charge of the battery.

Das der Erfindung zu Grunde liegende Konzept beruht wie erwähnt darauf, dass jeder Akku einen konstruktiv nicht zu vermeidenden Innenwiderstand aufweist. Dieser Innenwiderstand macht sich beim Aufladen, aber auch beim Entladen des Akkus dadurch bemerkbar, dass es bei Stromfluss zu einer Wärmeabgabe kommt, so dass beim Laden und beim Entladen der Elektrolyt sowie die aktive Oberfläche der Elektroden erwärmt werden können. Es besteht demnach die Möglichkeit, durch diesen Effekt und die entstehende Wärme die chemisch aktiven Komponenten des Akkus direkt zu beheizen. Dies wird bspw. dadurch bewerkstelligt, dass der Akku in rascher Folge und ggf. mehrfach entladen und aufgeladen wird. Der Strom sollte so hoch sein, wie es der Akku bei der jeweiligen Temperatur und dessen Ausführung zulässt. Die Dauer eines Ent- und eines Aufladevorgangs kann dabei jeweils bspw. in der zeitlichen Größenordnung von 1s liegen. Es ist auch eine deutlich schnellere Zyklenfolge denkbar. In diesem Fall wirkt der Akku als Kondensator, d.h. es findet keine nennenswerte chemische Umsetzung von elektrischer Energie statt, sondern der Strom rührt nur noch von der Physik des Kondensators her. Auch in diesem Fall wird in Abhängigkeit des Stromes Wärme erzeugt. Gleiches gilt für den Aufladevorgang. Dem Akku wird beim Entladen eine gewisse Energiemenge entzogen, die dem Zwischenspeicher zugeführt wird. Zum Wiederaufladen des Akkus wird die Energie aus dem Zwischenspeicher verwendet, so dass der Akku bis auf unvermeidliche Verluste, die im Wesentlichen aufgrund der Erzeugung der Wärme anfallen, nach Abschluss des Aufwärmvorgangs über den gleichen Energieinhalt verfügt, wie vor dem Aufwärmvorgang. Die aufgrund des Innenwiderstandes entstehende Wärme gelangt ohne weiteres Zutun zu den relevanten Bereichen bzw. entsteht dort sogar, da sie im Inneren des Akkus anfällt und sich bspw. durch Wärmeleitung ausbreitet. Aufgrund dessen ist es nicht nötig, den Aufbau des Akkus bspw. durch zusätzliche Schichten oder durch ein äußeres Heizelement zu erweitern. Desweiteren ist das genannte Konzept nicht auf bestimmte Akkutechnologien bzw. -typen wie bspw. Lithium-Ionen-, Lithium-Polymer- oder Nickel-Metallhydrid-Akkus etc. beschränkt, sondern kann unabhängig vom Akkutypen eingesetzt werden. As mentioned, the concept underlying the invention is based on the fact that each battery has an internal resistance which is unavoidable in terms of design. This internal resistance is noticeable during charging, but also during discharging of the battery due to the fact that heat flow occurs during the flow of current so that the electrolyte and the active surface of the electrodes can be heated during charging and discharging. It is therefore possible to directly heat the chemically active components of the battery by this effect and the resulting heat. This is accomplished, for example, by discharging and recharging the battery in quick succession and possibly several times. The current should be as high as the battery at the respective temperature and its execution allows. The duration of a discharge and a charging process can each be, for example, in the temporal order of 1s. It is also conceivable a much faster cycle sequence. In this case, the battery acts as a capacitor, i. There is no appreciable chemical conversion of electrical energy, but the current stems only from the physics of the capacitor ago. Also in this case, heat is generated depending on the current. The same applies to the charging process. The battery is deprived of a certain amount of energy during unloading, which is supplied to the buffer. To recharge the battery, the energy from the buffer is used so that the battery, except for inevitable losses, which are mainly due to the generation of heat, at the end of the warm-up of the same energy content has as before the warm-up. The resulting due to the internal resistance heat passes without further action to the relevant areas or even arises there, as it accumulates in the interior of the battery and, for example, spreads by heat conduction. Because of this, it is not necessary to expand the structure of the battery, for example, by additional layers or by an external heating element. Furthermore, the said concept is not limited to specific battery technologies or types such as lithium-ion, lithium-polymer or nickel-metal hydride batteries, etc., but can be used regardless of battery types.

Weiterhin wirkt sich vorteilhaft aus, dass bestehende Akkumulatorsysteme bzw. Akkumulatortechnologien modifikationsfrei genutzt werden können. Die Heizung wirkt direkt auf den Elektrolyten und auf die Oberfläche der Elektroden, so dass sich eine effiziente und rasche Erwärmung ergibt. Eine Wärmeisolation des Akkus kann ggf. entfallen, wenn bspw. im Betriebsfall des Akkus die Eigenerwärmung durch den Innenwiderstand eine Erhaltung der inneren Wärme sicherstellt. Durch den Wegfall der Wärmeisolation lässt sich der Akku beim Betrieb in heißer Umgebung leicht kühlen, was ebenfalls dazu beiträgt, dass der Akku bei weitestgehend idealer Betriebstemperatur verwendet werden kann. Furthermore, it has an advantageous effect that existing accumulator systems or accumulator technologies can be used without modification. The heater acts directly on the electrolyte and on the surface of the electrodes, resulting in efficient and rapid heating. A thermal insulation of the battery may be omitted if, for example. In the case of operation of the battery self-heating through the internal resistance ensures preservation of the internal heat. By eliminating the thermal insulation, the battery can be easily cooled when operating in a hot environment, which also contributes to the battery can be used at the most ideal operating temperature.

Weitere Vorteile und Ausführungsformen ergeben sich aus den Zeichnungen und der entsprechenden Beschreibung. Further advantages and embodiments will become apparent from the drawings and the corresponding description.

Im Folgenden werden die Erfindung und beispielhafte Ausführungsformen anhand von Zeichnungen näher erläutert. Dort werden gleiche Komponenten in verschiedenen Figuren durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet. In the following the invention and exemplary embodiments will be explained in more detail with reference to drawings. There, the same components in different figures are identified by the same reference numerals.

Es zeigen: Show it:

1 ein Ersatzschaltbild eines Akkus, 1 an equivalent circuit of a battery,

2 ein Gesamtsystem zum Temperieren des Akkus, 2 a complete system for tempering the battery,

3 eine mit einer Steuerung verbundene Schaltung in einer ersten Phase zum Steuern eines Aufwärmvorgangs zum Temperieren des Akkus, 3 a circuit connected to a controller in a first phase for controlling a warm-up process for controlling the temperature of the battery,

4 die mit der Steuerung verbundene Schaltung in einer zweiten Phase zum Steuern des Aufwärmvorgangs zum Temperieren des Akkus, 4 the circuit connected to the controller in a second phase for controlling the warm-up process for controlling the temperature of the battery,

5 die mit der Steuerung verbundene Schaltung in einer dritten Phase zum Steuern des Aufwärmvorgangs zum Temperieren des Akkus. 5 the circuit connected to the controller in a third phase for controlling the warm-up process for controlling the temperature of the battery.

Die 1 zeigt exemplarisch und vereinfacht ein Ersatzschaltbild eines Akkus 10. Der Akku 10 weist eine chemische Spannungsquelle 11 sowie ein Paar elektrische Kontakte 12 auf, an die ein mit elektrischer Energie zu versorgendes elektrisches Nutzsystem 20 angeschlossen werden kann. Der Akku 10 hat weiterhin einen nicht zu vermeidenden Innenwiderstand 13. Das Nutzsystem 20 kann ein einzelner elektrischer Verbraucher oder ein Energienetz sein wie bspw. ein Bordnetz eines Flugzeugs (nicht dargestellt). Die Natur des Nutzsystems 20 spielt jedoch für die eigentliche Erfindung keine wesentliche Rolle. The 1 shows an example and simplified an equivalent circuit diagram of a battery 10 , The battery 10 has a chemical voltage source 11 as well as a pair of electrical contacts 12 on, to an electrical utility system to be supplied with electrical energy 20 can be connected. The battery 10 furthermore has an unavoidable internal resistance 13 , The utility system 20 can be a single electrical consumer or a power network such as an electrical system of an aircraft (not shown). The nature of the utility system 20 However, does not play a significant role in the actual invention.

Wie in der 1 dargestellt wird zum Versorgen des Nutzsystems 20 mit elektrischer Energie dieses Nutzsystem 20 an den Kontakten 12 des Akkus 10 angeschlossen, so dass sich ein Stromfluss vom Akku 10 zum Nutzsystem 20 einstellen kann, wobei der Akku 10 entsprechend entladen wird. Zum Aufladen des Akkus 10 wird anstelle des Nutzsystems 20 eine geeignete Ladeeinrichtung 20‘ an den Kontakten 12 angeschlossen. Sowohl beim Entladen als auch beim Aufladen fließt ein Strom über den Innenwiderstand 13, was dazu führt, dass sich dieser erwärmt. Die entstehende Wärme breitet sich im Akku 10 aus und steht unmittelbar zur Temperierung, d.h. insbesondere zum Aufheizen, der chemisch aktiven Komponenten des Akkus 10 zur Verfügung. Eine derartige chemisch aktive Komponente ist bspw. die chemische Spannungsquelle 11 bzw. die nicht mit separaten Bezugszeichen versehenen Elektroden und der Elektrolyt des Akkus 10. Ein Ent- und Aufladen des Akkus 10 kann also genutzt werden, um den Akku 10 derart zu heizen, dass er bei seiner idealen Betriebstemperatur arbeitet. Like in the 1 is shown for supplying the payload system 20 with electrical energy this utility system 20 at the contacts 12 of the battery 10 connected, so that a current flow from the battery 10 to the utility system 20 can adjust, with the battery 10 is discharged accordingly. To charge the battery 10 will be in place of the utility system 20 a suitable charging device 20 ' at the contacts 12 connected. Both during discharging and charging, a current flows through the internal resistance 13 , which causes it to heat up. The resulting heat spreads in the battery 10 off and is directly for tempering, ie in particular for heating, the chemically active components of the battery 10 to disposal. Such a chemically active component is, for example, the chemical voltage source 11 or the electrodes not provided with separate reference numerals and the electrolyte of the battery 10 , A charge and recharge the battery 10 So it can be used to charge the battery 10 to heat so that it operates at its ideal operating temperature.

Das Temperieren des Akkus 10 wird also dadurch bewerkstelligt, dass der Akku 10 in einem Aufwärmvorgang in rascher Folge und ggf. mehrfach hintereinander, d.h. in mehreren Ent- und Aufladezyklen, entladen und aufgeladen wird. Dabei umfasst ein Ent- und Aufladezyklus konsequenterweise einen Entladevorgang und einen Aufladevorgang. The temperature of the battery 10 is thus accomplished by the fact that the battery 10 in a warm-up in rapid succession and possibly several times in succession, ie in several discharge and recharge cycles, discharged and charged. In this case, a discharge and recharging cycle consequently comprises a discharging process and a charging process.

Ein Aufwärmvorgang mit einem oder mehreren Ent- und Aufladezyklen kann bspw. manuell beendet werden, sobald ein Benutzer des Systems dies für angemessen hält. Alternativ hierzu kann auch festgelegt sein, dass der Aufwärmvorgang automatisch nach einer im Vorfeld festgelegten Anzahl von Ent- und Aufladezyklen beendet wird. In einer weiteren, aufwändigeren Alternative kann der Aufwärmvorgang in Abhängigkeit von der momentanen Temperatur des Akkus 10 beendet werden, bspw. sobald die momentane Temperatur des Akkus 10 eine vorgegebene Betriebstemperatur erreicht. In sämtlichen Alternativen ist idealerweise darauf zu achten, dass der Aufwärmvorgang stets mit einem Aufladen des Akkus 10 beendet wird, um sicherzustellen, dass der Akku 10 für den nun anstehenden regulären Betrieb zum Versorgen des Nutzsystems 20 voll geladen ist. For example, a warm-up with one or more discharge and recharge cycles may be terminated manually as soon as a user of the system considers it appropriate. Alternatively, it may also be determined that the warm-up process is automatically terminated after a predetermined number of unloading and charging cycles. In another, more elaborate alternative, the warm-up process can be a function of the current temperature of the battery 10 be terminated, for example, as soon as the current temperature of the battery 10 reaches a predetermined operating temperature. In all alternatives, it is best to ensure that the warm-up process always involves charging the battery 10 is stopped to make sure the battery 10 for the upcoming regular operation to supply the payload system 20 is fully charged.

Insbesondere zur Umsetzung der zuletzt vorgestellten Alternative zur Beendigung des Aufwärmvorgangs, bei der der Aufwärmvorgang in Abhängigkeit von der momentanen Temperatur des Akkus 10 beendet wird, weist der Akku 10 in einer vorteilhaften, aber nicht zwingend notwendigen Weiterbildung auf seiner Oberfläche 14 an geeigneter Stelle einen Temperatursensor 15 auf. Dadurch, dass der Temperatursensor 15 lediglich auf der Oberfläche angeordnet ist, kann auch in dieser Weiterbildung ein handelsüblicher Akku eingesetzt werden, d.h. es ist nicht notwendig, Modifikationen des Aufbaus Akkus selbst auszuführen. Der Sensor 15 wird lediglich derart an der Oberfläche angeordnet, dass er mit dem Akku 10 in thermischem Kontakt ist, so dass die Oberflächentemperatur messbar wird. Aus der Oberflächentemperatur und ggf. aus der Historie der Ent- und Aufladezyklen bzw. des Aufwärmvorgangs kann auf eine momentane Temperatur im Inneren rückgeschlossen werden, da diese Temperaturen natürlich direkt miteinander verbunden sind und da der Aufbau des Akkus 10 an sich bekannt ist. Es kann also bspw. anhand von modellbasierten Berechnungen ausgehend von der mit dem Temperatursensor 15 ermittelten momentanen Temperatur an der Oberfläche 14 bestimmt werden, wie hoch die momentane Temperatur im Inneren des Akkus 10 und insbesondere im Umfeld derjenigen Komponenten des Akkus 10 ist, deren Effizienz, Wirkungsgrad und/oder Reaktivität signifikant temperaturabhängig ist, d.h. insbesondere im Umfeld der chemisch aktiven Komponenten. Die Berechnung der Temperatur kann bspw. mit einer im Zusammenhang mit 2 erwähnten Steuerung 50 erfolgen. Hierzu wäre der Sensor 15 über eine Verbindung 51 mit der Steuerung 50 verbunden, um Messdaten an die Steuerung 50 zu übermitteln. Im einfachsten Fall kann jedoch auch die mit dem Temperatursensor 15 selbst gemessene Temperatur ohne weitere Berechnungen als momentane Temperatur des Akkus 10 angenommen werden. Unabhängig davon, welche Temperatur als momentane Temperatur des Akkus 10 angenommen wird, kann diese verwendet werden, um über ein Beenden des Aufwärmvorgangs zu entscheiden. Diese Entscheidung kann wiederum automatisch erfolgen, bspw. durch die Steuerung 50, oder aber durch den Benutzer. Im letzteren Fall wäre eine entsprechende Anzeige vonnöten, die dem Benutzer die momentane Temperatur anzeigt. In particular, for the implementation of the last presented alternative for the completion of the warm-up, in which the warm-up operation in dependence on the current temperature of the battery 10 is terminated, the battery points 10 in an advantageous, but not mandatory training on its surface 14 at a suitable point a temperature sensor 15 on. Because of the temperature sensor 15 is arranged only on the surface, a commercial battery can also be used in this development, ie it is not necessary to carry out modifications of the body itself. The sensor 15 is only so arranged on the surface that it with the battery 10 is in thermal contact, so that the surface temperature is measurable. From the surface temperature and possibly from the history of the charge and recharge cycles or the warm-up can be deduced an instantaneous temperature inside, as these temperatures are of course directly connected to each other and there the structure of the battery 10 known per se. It can therefore, for example, based on model-based calculations, starting from the with the temperature sensor 15 determined instantaneous temperature at the surface 14 determine how high the current temperature inside the battery 10 and especially in the environment of those components of the battery 10 is whose efficiency, efficiency and / or reactivity is significantly dependent on temperature, ie in particular in the environment of the chemically active components. The calculation of the temperature may, for example, be associated with 2 mentioned control 50 respectively. This would be the sensor 15 over a connection 51 with the controller 50 connected to metering data to the controller 50 to convey. In the simplest case, however, can also with the temperature sensor 15 self-measured temperature without further calculations as the instantaneous temperature of the battery 10 be accepted. Regardless of what temperature as the instantaneous temperature of the battery 10 this can be used to decide on stopping the warm-up process. This decision can again be made automatically, for example by the controller 50 , or by the user. In the latter case, a corresponding display would be required to indicate the current temperature to the user.

Wie im Zusammenhang mit der 1 bereits erwähnt, wird das Temperieren des Akkus 10 dadurch bewerkstelligt, dass der Akku 10 in rascher Folge und ggf. mehrfach, d.h. in ggf. mehreren Ent- und Aufladezyklen, entladen und aufgeladen wird. Ein in der 2 angedeutetes Gesamtsystem 100 zum Temperieren des Akkus 10 weist hierzu den genannten Akku 10 selbst sowie einen Zwischenspeicher 40 für elektrische Energie auf. Dem Akku 10 wird beim Entladevorgang eine gewisse Energiemenge entzogen, die dem Zwischenspeicher 40 zugeführt und dort gespeichert wird. Nach dem Entladen des Akkus 10 wird wiederum in einem Aufladevorgang dem Zwischenspeicher 40 elektrische Energie entzogen und dem Akku 10 zugeführt, d.h. der Zwischenspeicher 40 wird seinerseits entladen und der Akku 10 wird aufgeladen, womit nach Abschluss des Aufladevorgangs des Akkus 10 im Rahmen des Aufwärmvorgangs ein Ent- und Aufladezklus abgeschlossen wäre. As related to the 1 already mentioned, is the tempering of the battery 10 accomplished by the battery 10 in rapid succession and possibly several times, ie in several discharge and recharge cycles if necessary, discharged and charged. An Indian 2 indicated overall system 100 for tempering the battery 10 points to this named battery 10 itself as well as a cache 40 for electrical energy. The battery 10 During the discharge process, a certain amount of energy is withdrawn from the buffer 40 supplied and stored there. After discharging the battery 10 in turn, in a recharge the cache 40 electrical energy deprived and the battery 10 supplied, ie the buffer 40 in turn is discharged and the battery 10 is charged, which after completion of the Charging the battery 10 in the course of the warm-up process, an unloading and charging cycle would have been completed.

Zum Wiederaufladen des Akkus 10 wird also die im Zwischenspeicher 40 gespeicherte Energie verwendet, so dass der Akku 10 bis auf unvermeidliche Verluste, die im Wesentlichen aufgrund der Erzeugung der Wärme anfallen, nach Abschluss des Aufwärmvorgangs über den gleichen Energieinhalt verfügt, wie vor dem Initiieren des Aufwärmvorgangs. Die aufgrund des Stromflusses durch den Innenwiderstand 13 des Akkus 10 entstehende Wärme gelangt ohne weiteres Zutun zu den relevanten Bereichen 11, da sie im Inneren des Akkus 10 entsteht und sich bspw. durch Wärmeleitung ausbreitet. Aufgrund dessen ist es nicht nötig, den Aufbau des Akkus 10 bspw. durch zusätzliche Schichten oder durch ein äußeres Heizelement zu erwei- tern. Desweiteren ist das genannte Konzept nicht auf bestimmte Akkutechnologien bzw. -typen wie bspw. Lithium-Ionen-, Lithium-Polymer- oder Nickel-Metallhydrid-Akkus etc. beschränkt, sondern kann unabhängig vom Akkutypen eingesetzt werden. To recharge the battery 10 so it will be in the cache 40 stored energy is used, so the battery 10 except for unavoidable losses, which are essentially due to the generation of heat, after completion of the warm-up process has the same energy content as before the initiation of the warm-up process. The due to the current flow through the internal resistance 13 of the battery 10 The resulting heat reaches the relevant areas without any further action 11 as they are inside the battery 10 arises and spreads, for example, by heat conduction. Because of this, it is not necessary to build the battery 10 For example, to be extended by additional layers or by an external heating element. Furthermore, the said concept is not limited to specific battery technologies or types such as lithium-ion, lithium-polymer or nickel-metal hydride batteries, etc., but can be used regardless of battery types.

Generell gilt, dass der elektrische Energiezwischenspeicher 40 bzw. dessen Wirkungsgrad und Effizienz idealerweise temperaturunabhängig ist. Bspw. kann der Energiezwischenspeicher 40 eine Induktivität, eine Kapazität, eine Kombination aus Induktivität und Kapazität oder aber ein Schwungradspeicher sein. Auch ist es denkbar, dass der Zwischenspeicher 40 selbst ein Akku ist, so dass die Energie zwischen zwei gleichen Akkus 10, 40 hin und her transportiert wird. Diese Lösung bietet sich bspw. für derartige Anwendungen an, bei denen ein ganzer Akkumulatorstack bestehend aus einer Vielzahl von gleichen Akkus zum Einsatz kommt. Der Vorteil dieser Lösung ist, dass kein zusätzlicher Energiespeicher nötig ist. In einer besonderen Anwendung, bspw. bei einem Akku 10, welcher in einem System an Bord eines elektrisch oder hybridelektrisch angetriebenen Flugzeugs zum Einsatz kommt, wird davon ausgegangen, dass dieses System zu Redundanzzwecken einen weiteren, typischerweise identischen Akku 40 aufweist. Der im Zusammenhang mit der 2 beschriebene Aufwärmvorgang, bei dem der Akku 10 und der Zwischenspeicher 40 bzw. der Redundanzakku 40 wechselweise auf- und entladen werden, wirkt sich also in diesem Fall vorteilhafterweise so aus, dass der Redundanzakku 40 ebenfalls temperiert und damit auf die oder zumindest in die Nähe seiner Betriebstemperatur gebracht wird. In general, the electrical energy buffer 40 or whose efficiency and efficiency is ideally independent of temperature. For example. can the energy cache 40 an inductance, a capacitance, a combination of inductance and capacitance or a flywheel storage. It is also conceivable that the cache 40 even a battery is, so the energy between two same batteries 10 . 40 is transported back and forth. This solution lends itself, for example, to such applications in which an entire accumulator stack consisting of a multiplicity of identical accumulators is used. The advantage of this solution is that no additional energy storage is needed. In a special application, for example in a battery 10 , which is used in a system on board an electric or hybrid electric powered aircraft, it is assumed that this system for redundancy purposes, another, typically identical battery 40 having. The one related to the 2 described warm-up process, in which the battery 10 and the cache 40 or the redundancy battery 40 alternately be charged and discharged, so in this case advantageously so that the redundancy battery 40 also tempered and thus brought to the or at least near its operating temperature.

Unabhängig von der konkreten Ausführungsform des Energiezwischenspeichers 40 ist es vorteilhaft, wenn im Energiezwischenspeicher 40 schon vor dem Initiieren des Aufwärmvorgangs eine geringe Energiemenge gespeichert ist. Hiermit können die oben erwähnten Verluste, die sich aufgrund der gewollten Wärmeerzeugung ergeben, ausgeglichen werden, so dass der Akku 10 nach Abschluss des Aufwärmvorgangs unter Ausnutzung der anfänglichen Reserve im Energiezwischenspeicher wieder vollständig geladen werden kann. Um dies zu realisieren, wird der Energiezwischenspeicher 40 bspw. im oder nach dem letzten auszuführenden Aufladevorgang soweit entleert, dass der Akku 10 vollständig geladen ist bzw. wieder soweit geladen ist, wie zum Zeitpunkt des Initiierens des Aufwärmvorgangs. Regardless of the specific embodiment of the energy buffer 40 it is advantageous if in the energy buffer 40 even before initiating the warm-up process, a small amount of energy is stored. This can be the above-mentioned losses that result from the desired heat generation, be compensated, so that the battery 10 after completion of the warm-up process can be completely reloaded using the initial reserve in the energy buffer. To realize this, the energy buffer is 40 For example, in or after the last to be performed charging so far emptied that the battery 10 is fully charged or reloaded as far as at the time of initiation of the warm-up process.

Das Gesamtsystem 100 zum Temperieren des Akkus 10 weist zum Bewirken der Stromflüsse im jeweiligen Ent- und Aufladevorgang des Akkus 10 bzw. des Zwischenspeichers 40 eine Schaltung 30 auf. Die Schaltung 30 ist so ausgelegt, dass sie sowohl den Zwischenspeicher 40 aus dem Akku 10 als auch den Akku 10 aus dem Zwischenspeicher 40 laden kann. Die Schaltung 30 kann also bewirken, dass aus dem Akku 10 eine ggf. vorgebbare Menge Energie schnell entzogen wird, welche dann wie oben beschrieben dem Zwischenspeicher 40 zugeführt wird. Auch der in entgegengesetzte Richtung orientierte Stromfluss zum Aufladen des Akkus 10 vom Zwischenspeicher 40 zum Akku 10 wird durch die Schaltung 30 bewirkt. Um die Schaltung 30 steuern zu können, ist sie über eine Verbindung 52 mit der Steuerung 50 verbunden. Der Aufwärmvorgang bzw. sowohl der Entladevorgang als auch der Aufladevorgang können unter Zuhilfenahme der Steuerung 50 und der Schaltung 30 beeinflusst und derart ausgeführt werden, dass der Stromfluss über den Innenwiderstand 13 bezüglich der Stromstärke und/oder bezüglich seines zeitlichen Verhaltens variiert wird. Bspw. sollte der Strom sollte so hoch sein, wie es der Akku 10 bei der jeweiligen momentanen Temperatur zulässt. The overall system 100 for tempering the battery 10 indicates the effect of the current flows in each discharge and recharging of the battery 10 or the cache 40 a circuit 30 on. The circuit 30 is designed so that it both the cache 40 from the battery 10 as well as the battery 10 from the cache 40 can load. The circuit 30 So can cause that from the battery 10 a possibly predetermined amount of energy is quickly withdrawn, which then as described above the cache 40 is supplied. Also, the opposite direction of current flow for charging the battery 10 from the cache 40 to the battery 10 is through the circuit 30 causes. To the circuit 30 Being able to control it is through a connection 52 with the controller 50 connected. The warm-up or both the discharge and the charging process can with the help of the controller 50 and the circuit 30 be influenced and carried out such that the flow of current through the internal resistance 13 is varied with respect to the current intensity and / or with respect to its temporal behavior. For example. should the power should be as high as the battery 10 at the respective current temperature permits.

Lediglich der Vollständigkeit halber ist in der 2 auch das Nutzsystem 20 angedeutet. Es spielt für die eigentliche Erfindung jedoch keine Rolle, wird daher nicht näher beschrieben. Only the sake of completeness is in the 2 also the utility system 20 indicated. However, it does not matter for the actual invention, is therefore not described in detail.

Die 3 bis 5 zeigen einen möglichen Aufbau der Schaltung 30 sowie unterschiedliche Schaltzustände. Die Schaltung 30 kann bspw. in einer sog. „Inverter Step Up“-Konfiguration ausgeführt sein, wie sie im Folgenden anhand der 3 bis 5 erläutert wird. Alternativ hierzu würde auch eine sog. SEPIC-Topologie („Single Ended Primary Inductance Converter“) zum Einsatz kommen können. Ebenfalls in den 3 bis 5 dargestellt sind weitere Komponenten des Gesamtsystems 100, nämlich der Akku 10, der Zwischenspeicher 40 sowie die Steuerung 50. Der Zwischenspeicher 40 weist hier exemplarisch einen Kondensator 41 zur Speicherung elektrischer Energie auf. In den 3 bis 5 wurde der Übersichtlichkeit wegen auf eine Darstellung des Nutzsystems 20 verzichtet. The 3 to 5 show a possible structure of the circuit 30 as well as different switching states. The circuit 30 can, for example, be embodied in a so-called "inverter step-up" configuration, as described below with reference to FIG 3 to 5 is explained. Alternatively, a so-called. SEPIC topology ("Single Ended Primary Inductance Converter") would be used. Also in the 3 to 5 shown are other components of the overall system 100 namely, the battery 10 , the cache 40 as well as the controller 50 , The cache 40 Here is an example of a capacitor 41 for storing electrical energy. In the 3 to 5 was for clarity on a representation of the payload system 20 waived.

Der Akku 10 ist über seine Kontakte 12 elektrisch mit Kontakten 35 der Schaltung 30 verbunden. Die Schaltung 30 ist desweiteren über ihre weiteren Kontakte 36 mit dem Zwischenspeicher 40 über dessen Kontakte 42 verbunden. Die Schaltung 30 weist einen ersten Schalter 31, einen zweiten Schalter 32, eine Speicherspule 33 sowie eine Diode 34 auf, wobei die Schalter 31, 32 im Verlauf des jeweiligen Ent- und Aufladezyklus durch die Steuerung 50 je nach Bedarf geschlossen bzw. geöffnet werden. The battery 10 is about his contacts 12 electrically with contacts 35 the circuit 30 connected. The circuit 30 is furthermore about her further contacts 36 with the cache 40 via its contacts 42 connected. The circuit 30 has a first switch 31 , a second switch 32 , a storage coil 33 as well as a diode 34 on, with the switches 31 . 32 in the course of each discharge and recharge cycle by the controller 50 closed or opened as needed.

Die genannten Komponenten 31–34 der Schaltung 30 sind nun derart verschaltet und werden durch die Steuerung 50 so gesteuert, dass in einer ersten Phase eines Ent- und Aufladezyklus der erste Schalter 31 geschlossen, d.h. stromführend bzw. leitend, und der zweite Schalter 32 offen ist, d.h. nicht stromführend bzw. nicht leitend. Dies ist in der 3 dargestellt. Dementsprechend wird zunächst die Spule 33 magnetisiert, wobei dem Akku 10 eine entsprechende Energiemenge entzogen wird, verbunden mit einem Stromfluss über den Innenwiderstand 13 des Akkus 10 und somit mit einer Wärmeentwicklung im Akku 10.The components mentioned 31 - 34 the circuit 30 are now interconnected and are controlled by the controller 50 controlled so that in a first phase of a charge and recharge cycle, the first switch 31 closed, ie energized or conductive, and the second switch 32 is open, ie not energized or non-conductive. This is in the 3 shown. Accordingly, first the coil 33 magnetized, taking the battery 10 a corresponding amount of energy is withdrawn, combined with a current flow through the internal resistance 13 of the battery 10 and thus with a heat development in the battery 10 ,

Für eine zweite Phase des Ent- und Aufladezyklus, die in der 4 dargestellt ist, wurde der Schalter 31 durch die Steuerung 50 geöffnet, so dass der Akku 10 und die Spule 33 topologisch in Reihe geschaltet sind. Hierdurch wird eine Spannung erzeugt, die höher ist als die Klemmspannung des Akkus 10, was zu einem Stromfluss durch die entsprechend ausgelegte Diode 34 führt, so dass in der Folge der Kondensator 41 des Zwischenspeichers 40 aufgeladen wird. For a second phase of the discharge and recharge cycle, which in the 4 is shown, the switch was 31 through the controller 50 opened, leaving the battery 10 and the coil 33 topologically connected in series. As a result, a voltage is generated which is higher than the terminal voltage of the battery 10 , resulting in a current flow through the appropriately designed diode 34 leads, so that in the consequence of the condenser 41 of the cache 40 is charged.

Die 5 zeigt eine dritte und letzte Phase des Ent- und Aufladezyklus, für die der Schalter 32 durch die Steuerung 50 geschlossen wurde. Die im Zwischenspeicher 40 bzw. im Kondensator 41 gespeicherte Energie gelangt über den geschlossenen, d.h. stromführenden Schalter 32 zurück zum Akku 10 und wird in diesen rückgeladen. Auch hierbei ergibt sich wieder ein Stromfluss über den Innenwiderstand 13 des Akkus 10 und damit eine Wärmeentwicklung. The 5 shows a third and final phase of the discharge and recharge cycle for which the switch 32 through the controller 50 has been closed. The in the cache 40 or in the condenser 41 stored energy passes through the closed, ie current-carrying switch 32 back to the battery 10 and will be reloaded in these. Again, this results in a current flow through the internal resistance 13 of the battery 10 and thus a heat development.

Für den Fall, dass ein weiterer Ent- und Aufladezyklus durchlaufen werden soll, würde sich an die dritte Phase des nun beendeten Ent- und Aufladezyklus eine weitere erste Phase des nächsten Ent- und Aufladezyklus anschließen. In the event that another unloading and recharging cycle is to be run through, the third phase of the now completed unloading and recharging cycle would be followed by another first phase of the next recharging and recharging cycle.

Die Steuerung 50 kann zusätzlich oder alternativ zu den oben genannten Funktionen optional auch den Ladezustand des Akkus 10 über eine Verbindungsleitung 53 sowie ggf. den Ladezustand des Zwischenspeichers 40 über eine Verbindungsleitung 54, insbesondere wenn letzterer ebenfalls als Akku ausgebildet ist, überwachen und in Abhängigkeit von den Ladezuständen wie im Zusammenhang mit den 3 bis 5 beschrieben das Schalten der Schalter 31, 32 steuern oder regeln und so das Ent- und Aufladen des Akkus 10 und ggf. des Zwischenspeichers 40 beeinflussen. Hiermit wird u.a. sichergestellt, dass der Akku 10 bzw. die Akkus 10, 40 nicht zu weit entladen werden. Der Ladezustand repräsentiert hierbei die momentane Ladung des Akkus 10. Wenn bspw. im Rahmen des Entladevorgangs die momentane Ladung des Akkus 10 auf einen vorgebbaren Prozentsatz der Ladung zu einem bestimmten, vorgegebenen Zeitpunkt gefallen ist, kann mit Hilfe der Steuerung 50 der Entladevorgang beendet werden, gefolgt vom Initiieren der oben beschriebenen nächsten Schritte. Der vorgebbare Prozentsatz kann bspw. bei 98% liegen, generell scheinen aber Werte im Bereich 95% bis 99% sinnvoll. Als bestimmter, vorgegebener Zeitpunkt kommt bspw. der Zeitpunkt des Beginns des Aufwärmvorgangs in Frage. The control 50 In addition or as an alternative to the above-mentioned functions, it is optionally possible to also charge the battery 10 over a connecting line 53 and possibly the state of charge of the buffer 40 over a connecting line 54 , Especially if the latter is also designed as a rechargeable battery, monitor and depending on the state of charge as in connection with the 3 to 5 described the switching of the switches 31 . 32 control or regulate and so the charge and recharge the battery 10 and possibly the cache 40 influence. This ensures, among other things, that the battery 10 or the batteries 10 . 40 not to be unloaded too far. The state of charge represents the instantaneous charge of the battery 10 , If, for example, in the context of the discharge process, the current charge of the battery 10 may have fallen to a predeterminable percentage of the charge at a given, predetermined time, with the help of the controller 50 the unloading process is completed, followed by initiating the next steps described above. The predeterminable percentage may, for example, be 98%, but values in the range of 95% to 99% generally appear to make sense. As a specific, predetermined time, for example, the time of the start of the warm-up process comes into question.

Alternativ kann auch der Zeitpunkt des Beginns des Entladevorgangs des momentan aktuellen Ent- und Aufladezyklus verwendet werden. Alternatively, it is also possible to use the time at which the discharge process of the currently current unloading and charging cycle begins.

Claims

Method for tempering a charged battery ( 10 ), whereby the temperature of the battery ( 10 ) is carried out in a warm-up at least one unloading and charging cycle, wherein in each unloading and Aufladezyklus first in a discharging the battery ( 10 ) Energy is withdrawn and then in a charging process the battery ( 10 ) Energy is supplied again.

The method of claim 1, wherein the battery ( 10 ) electrically with an energy buffer ( 40 ), so that during the discharging process of the battery ( 10 ) accumulating electrical energy in the energy buffer ( 40 ), whereby - the battery ( 10 ) energy extracted in the discharge process the energy buffer ( 40 ) and - the battery ( 10 ) energy to be supplied in the charging process to the energy buffer ( 40 ) is withdrawn.

Method according to one of claims 1 to 2, characterized in that the energy buffer ( 40 ) another battery ( 40 ).

Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the warm-up process is terminated when a predetermined number of discharge and recharge cycles is performed.

Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the warm-up process is terminated when a current temperature of the battery ( 10 ) reaches a predetermined temperature value.

Method according to claim 5, characterized in that the instantaneous temperature of the battery ( 10 ) on a surface ( 14 ) of the battery ( 10 ) is measured.

Method according to claim 6, characterized in that from the surface ( 14 ) measured instantaneous temperature to an instantaneous temperature inside the battery ( 10 ), the warm-up process is terminated when the instantaneous temperature inside the battery ( 10 ) reaches the predetermined temperature value.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that a respective discharging operation in dependence on a momentary charge of the battery ( 10 ) is terminated.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that in a discharge and charge cycle with the aid of a between the battery ( 10 ) and the energy buffer ( 40 ) and from a controller ( 50 ) controlled circuit ( 30 ) - in an initial phase of a respective discharge and recharge cycle, an energy store ( 33 ) of the circuit ( 30 ), in particular a storage coil ( 33 ), what the battery ( 10 ) a corresponding amount of energy is withdrawn, - in a second phase of the respective discharge and charge cycle the energy storage ( 33 ) of the circuit ( 30 ) at least a part of the energy stored there and the energy buffer ( 40 ) is supplied, - in a third phase of the respective discharge and charge cycle, an amount of energy back to the battery ( 10 ), which essentially corresponds to the amount of energy which in the second phase is supplied to the buffer ( 20 ) from the energy store ( 33 ) of the circuit ( 30 ) was supplied.

Device for controlling the temperature of a charged battery, comprising a circuit ( 30 ) and a controller ( 50 ), the circuit ( 30 ) with the battery ( 10 ) are electrically connected and arranged and controlled by the controller ( 50 ) is controlled, that for tempering the battery ( 10 ) is carried out in a warm-up at least one discharge and Aufladezyklus, wherein in each cycle in a first unloading the battery ( 10 ) Energy is withdrawn and then in a charging process the battery ( 10 ) Energy is supplied.

Apparatus according to claim 10, characterized in that an energy buffer ( 40 ) of the device with the circuit ( 30 ) is electrically connected, wherein - the battery ( 10 ) energy extracted in the discharge process the energy buffer ( 40 ) can be fed and stored there and - the battery ( 10 ) energy to be supplied in the charging process to the energy buffer ( 40 ) is removable.

Apparatus according to claim 11, characterized in that the energy buffer ( 40 ) another battery ( 40 ).

Device according to one of claims 11 to 12, characterized in that in the energy buffer ( 40 ) is stored an amount of energy prior to the start of the warm-up process.

Device according to one of claims 11 to 13, characterized in that the circuit ( 30 ) an energy store ( 33 ), in particular a storage coil, and the controller ( 50 ) is set up such that in a discharge and recharge cycle with the aid of the circuit ( 30 ) - the energy storage ( 33 ) of the circuit ( 30 ) is charged in a first phase of each discharge and charge cycle, including the battery ( 10 ) a corresponding amount of energy is removed in the discharge process, - the energy storage ( 33 ) of the circuit ( 30 ) in a second phase of the respective discharge and charging cycle, at least a part of the energy stored there is withdrawn and the energy buffer ( 40 ), - the battery ( 10 ) is supplied in a third phase of the respective unloading and charging cycle, an amount of energy which corresponds in particular substantially to that amount of energy in the second phase of the buffer ( 20 ) from the energy store ( 33 ) of the circuit ( 30 ) was supplied.

Device according to one of claims 10 to 14, characterized in that the controller ( 50 ) - with the battery ( 10 ) is connected to a current charge of the battery ( 10 ), and - is set up to perform a discharge operation currently being carried out as a function of the determined instantaneous charge of the battery ( 10 ) to end.