CN102668203B - 一种温度调节方法和一种蓄电池系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种温度调节方法和一种蓄电池系统，由此能够产生一个用于运行蓄电池的优化的温度范围。在用于调节蓄电池(10)温度的温度调节方法中设置有：所述蓄电池的蓄电池单元被安置在多个分离的、集成在温度调节回路中的模块(14、16、18)中，其中在加热阶段通过如下方式按步骤地实现加热，在第一步骤中借助于在温度调节回路之中起作用的且由加热元件(30)加热的温度调节介质来仅仅加热第一模块，并且在至少一个其他的步骤中，将在至少所述第一模块(14)的运行中产生的热量用于至少一个其他的模块(16、18)的加热。

Description

一种温度调节方法和一种蓄电池系统
技术领域
本发明涉及一种温度调节方法和一种蓄电池系统，由此能够产生一个用于运行蓄电池的优化的温度范围。
背景技术
借助于蓄电池管理系统以某种方式来调整输出功率和功率消耗，从而使得蓄电池工作在一个确定的温度范围内是已知的。然而由此并不能充分利用蓄电池的总的功率能力。
使用冷却介质，如空气、冷水或致冷介质移除蓄电池的热量并将其向外排出也是已知的。由此虽然能够有较高的功率收益，但是利用冷却只可能限制温度上升。恰巧，针对汽车上的应用，对于诸如锂离子蓄电池的蓄电池而言，不仅防止其免于过热是重要的，而且防止其免于过冷也是重要的。过冷将显著减小锂离子蓄电池的输出功率。如果具有此类蓄电池的车辆停放在寒冷的温度下，那么蓄电池将变凉，以致于将减小使用时的最大可能的输出功率。
用于加热蓄电池的方法也是已知的。能够在存储介质发生相变时将热能存储在集成在蓄电池系统中的潜在热能存储器中，并在发生逆变时再次释放热能。但是只能够在受限的温度范围内使用这种方法，此外不能够在时间上控制逆变。逆变根据环境温度而自主地发生。
发明内容
因此，本发明基于此任务提出一种方法和一种装置，由此能够在冷启动之前，节省能量地加热蓄电池。
将利用具有权利要求1所述的特征的温度调节方法、根据权利要求5所述的蓄电池系统和根据权利要求10所述的车辆来解决该任务。
在依据本发明的用于调节蓄电池温度的温度调节方法中，蓄电池的蓄电池单元被安置在多个分开的、集成在温度调节回路中的模块中，其中在加热阶段通过如下方式按步骤地实现加热，在第一步骤中借助于在温度调节回路之中起作用的且由加热元件加热的温度调节介质来仅仅加热第一模块，并且在至少一个其他的步骤中，将在至少所述第一模块的运行中产生的热量用于至少一个其他的模块的加热。
以此，将由该模块的运行产生的热量有利地用于其他的模块的加热。由此总体上非常节省能量地实施该加热。此外，利用依据本发明的方法，将以一种对蓄电池有利的、经济的方式实施蓄电池的冷启动，因为在开始时只有已经加热至确定的温度的模块在运行。
在本发明的优选的设计方案中设置有：由泵运送温度调节介质。以此有利地将温度调节介质的体积流量和需求相匹配。
在本发明的另一个优选的设计方案中设置有：蓄电池的模块借助于调节阀的调节被分离地集成在温度调节回路中。以此，有利地与温度调节介质分离地服务该模块。根据各个模块的需求，将为其分配与温度调节介质的体积流量的相应的份额。
在本发明的另一个优选的设计方案中设置有：由蓄电池管理系统调整加热方法，其中所述蓄电池管理系统至少获得所述蓄电池的温度、所述蓄电池的功率消耗和输出功率、所述温度调节介质的温度和所述温度调节介质的体积流量作为参数，并且所述蓄电池管理系统在考虑所获得的参数的情况下调节所述泵、所述加热元件和所述调节阀。以此将有利地自动产生所述蓄电池的优化的温度范围。通过调整所述蓄电池管理系统能够非常节省能源地进行加热。
此外，将通过具有权利要求5所述的特征的蓄电池系统解决该任务。
依据本发明的蓄电池系统包括蓄电池管理系统、带有安置在至少两个模块中的蓄电池单元的蓄电池、带有温度调节介质的温度调节回路、加热元件、泵和调节阀，其中所述蓄电池管理系统包括所述模块的温度获取器、所述温度调节介质的温度获取器和所述温度调节介质的体积流量获取器，并且能够由所述蓄电池管理系统以分离于所述温度调节介质加热所述模块的方式调节所述加热元件、所述泵和所述调节阀。
由此有利地实现了能够逐渐地加热各个模块且能够将在该模块的运行中产生的热量用于加热其他的模块。因此，整个蓄电池的加热能够在能量上是非常节省的。由此能够总是在一个优化的温度范围内运行蓄电池。由此有利地使得蓄电池具有更长的使用寿命和更高的运行安全性。
在本发明的一个优选的设计方案中设置有：一个模块是尺寸上比其他的模块小的启动单元。由此实现了在冷启动时有利地需要更少的能量用于加热，因为加热一个较小的模块相较于一个较大的需要更少的能量。
在另一个优选的设计方案中，相较于下一个更大的模块，该启动单元包括少于80％，尤其少于50％的质量和/或体积和/或蓄电池单元的数量。
在本发明的另一个优选的设计方案中设置有，温度调节回路具有热交换器。由此有利地实现了，温度调节介质能够将热能释放至周边环境并且因此温度调节介质能够附加地用于冷却蓄电池。
在本发明的另一个优选的设计方案中设置有，蓄电池系统具有绕开所述热交换器的旁路和混合阀。由此有利地实现了，在加热阶段中将温度调节介质直接引入至具有加热元件的调整槽()。温度调节介质因此不会将不必要的热量传给热交换器和至热交换器的输入导管。由此，能够在能量上更有利地实施加热阶段。
在本发明的另一个优选的设计方案中设置有：所述蓄电池是锂离子蓄电池。相较于其他蓄电池类型，锂离子蓄电池有利地提供更好的性能。其具有更轻的重量和更大的容量以及更长的使用寿命。
有利地将在所有所述的设计方案中的依据本发明的蓄电池系统实现在机动车中。
此外，将通过具有权利要求10所述的特征的车辆解决此任务。
依据本发明的车辆包括蓄电池系统，该蓄电池系统具有蓄电池管理系统、带有安置在至少两个模块中的蓄电池单元的蓄电池、带有温度调节介质的温度调节回路、加热元件、泵和调节阀，其中所述蓄电池管理系统包括所述模块的温度获取器、所述温度调节介质的温度获取器和所述温度调节介质的体积流量获取器，并且能够由所述蓄电池管理系统以分离于所述温度调节介质加热所述模块的方式调节所述加热元件、所述泵和所述调节阀。
由此有利地实现了，在低的室外温度的情况下也能运行车辆，而不会因此给蓄电池施加负面的负担。由此，该蓄电池也能够在冬季的温度下被提取或输送功率。在车辆蓄电池的情形下，利用该蓄电池系统能够确保更高的运行安全性。
由其余的在从属权利要求中所述的特征给出了本发明其他的优选的设计方案。
附图说明
下面将在实施例中根据所附附图进一步阐述本发明。其中：
图1示出了依据本发明的蓄电池系统的装置；以及
图2示出了依据本发明的蓄电池系统的另一个装置。
具体实施方式
温度对于蓄电池的可用功率、老化以及运行安全性具有很大影响。图1示出了依据本发明的、具有用于蓄电池10的温度调节的装置的蓄电池系统。由此不仅能够保护蓄电池10免于过热，而且能够保护蓄电池10免于过冷。该依据本发明的蓄电池系统产生一个用于运行蓄电池10的优化的温度范围。当温度即将处于该优化的温度范围之外时，冷却由于运行而被加热的蓄电池10，以及加热由周围环境冷却的蓄电池10。
依据本发明的蓄电池系统具有优化的冷启动特性，其中冷启动表示环境温度低于优化的温度范围时的运行的消耗。
此处，蓄电池10的蓄电池单元被安置在多个模块14、16和18之中，其中第一模块14构成启动单元。与其余的模块16、18不同，启动单元适应冷启动的特定要求。因此，该启动单元能够在大小、重量和/或蓄电池单元数量方面区别于其他的模块。在图1中，更小地实施该启动单元。由此，相较于其他的模块16、18，其在相同的加热功率的情况下会更快地变热或在相同的时间内会以更少的加热功率变热。
为了调节温度，模块14、16、18集成在温度调节回路之中。根据模块的实际状态，包含于温度调节回路之中的温度调节介质冷却或加热所述模块14、16、18。所述温度调节回路包括引入导管42、引出管道38、热交换器36、具有优选地集成的加热元件30的调整槽34、泵28和调节阀20、44、46。该加热元件也能够放置在温度调节回路之外。借助于蓄电池管理系统12调整温度调节。其至少获取蓄电池10的温度22、电压24和电流强度26，且由此获取蓄电池10的功率消耗和输出功率、调整槽34中的温度调节介质的温度22’和温度调节介质的体积流量32，并利用预先给定的额定值调整上述值。为了调整，该蓄电池管理系统相应地设置有泵28、加热单元30和调节阀20、44、46。
在冷启动时，蓄电池系统进入加热阶段。此时将借助于在调整槽34中的加热元件30加热温度调节介质。泵28通过引入管道42将经加热的温度调节介质运送至调节阀20、44、46。首先只打开用于第一模块14(即启动单元)的调节阀20而其他调节阀44、46被关闭。经加热的温度调节介质将其热量给至启动单元14且经过引出管道38重新引回到调整槽。这个过程一直进行，直至启动单元14达到优化的温度。从一个准备运行的温度起，启动单元14能够运行。该准备运行的温度能够低于优化的温度。
在运行中，即在充电或者放电时，启动单元14由于基于蓄电池内阻的欧姆式热损耗产生热。为了达到启动单元14的优化的温度，将额外地或专有地利用热损耗产生的热。如果该启动单元14具有优化的温度，那么将不会继续通过温度调节介质来加热启动单元14。如果该启动单元14具有一个高于优化温度的温度，那么启动单元14将热传递至温度调节介质。
从启动单元14的一个确定的、在包括且高于所述准备运行的温度的范围内的温度起，将至少一个其他的模块16、18加入所述温度调节回路中。为此打开相应的调节阀44、46。此时，温度调节介质吸收由加热元件和/或启动单元14在运行中产生的热并将其传递至与之相连的模块。此时只根据需求运行加热元件30。如果与之相连的模块16、18也达到了确定的温度，那么将连接下一个或多个模块。当一个或多个与之相连的模块仅仅由其他的模块运行中产生的热量加热时是最省能源的。
能够借助于温度调节介质单独地通过调节调节阀20、44、46来加热蓄电池10的所有模块14、16、18。此时，通过由加热单元30加热温度调节介质和/或通过温度调节介质吸收其他的由已加热的模块14、16、18的运行而产生的热，温度调节介质来获得热量。
如果蓄电池10的模块14、16、18达到一个确定的、高于优化温度的温度，那么蓄电池系统将进入冷却阶段。模块14、16、18将其在运行中产生的且此时多余的热传递至温度调节介质。温度调节介质借助于泵28继续运送至热交换器，在热交换器36中热被传递至周围环境。在冷却阶段，加热元件30不运行。
能够借助于温度调节介质通过调节调节阀20、44、46单独冷却蓄电池10的所有模块14、16、18。此时，通过热交换器36和/或冷的模块14、16、18冷却温度调节介质，温度调节介质获得冷却。
图2示出了依据本发明的蓄电池系统的另一个实施例。相较于图1示出的实施变型，该蓄电池系统在温度调节回路中附加地具有一个旁路48。该旁路48绕过热交换器36。由此使得在加热阶段将温度调节介质直接引入至具有加热元件30的调整槽34。温度调节介质不会将不必要的热量传递至热交换器36以及至热交换器的输入导管。由此，能够在能量上更有利地实施加热阶段。温度调节介质流由混合阀40定向。该阀能够例如是恒温开关，其具有预先设置的温度，从该温度起，温度调节介质应被引导经过热交换器36，或者通过蓄电池管理系统12调节该混合阀。

Claims (10)

1.一种用于调节蓄电池(10)温度的温度调节方法，其中所述蓄电池(10)的蓄电池单元被安置在多个分离的、集成在温度调节回路中的模块(14、16、18)中，其中，在加热阶段通过如下方式按步骤地实现加热，在第一步骤中借助于在温度调节回路之中起作用的且由加热元件(30)加热的温度调节介质来仅仅加热第一模块(14)，并且在至少一个其他的步骤中，将在至少所述第一模块(14)的运行中产生的热量用于至少一个其他的模块(16、18)的加热。
2.根据权利要求1所述的温度调节方法，其特征在于，所述温度调节介质由泵(28)运送。
3.根据权利要求2所述的温度调节方法，其特征在于，所述蓄电池的所述模块(14、16、18)借助于调节阀(20、44、46)的调节被分离地集成在所述温度调节回路中。
4.根据权利要求3所述的温度调节方法，其特征在于，由蓄电池管理系统(12)调整所述加热方法，其中所述蓄电池管理系统(12)至少获得所述蓄电池(10)的温度、所述蓄电池(10)的功率消耗和输出功率、所述温度调节介质的温度和所述温度调节介质的体积流量作为参数，并且所述蓄电池管理系统(12)在考虑所述所获得的参数的情况下调节所述泵(28)、所述加热元件(30)和所述调节阀(20、44、46)。
5.一种蓄电池系统，其具有蓄电池管理系统(12)、带有蓄电池单元的蓄电池(10)、带有温度调节介质的温度调节回路、加热元件(30)、泵(28)和调节阀(20、44、46)，其中所述蓄电池(10)的蓄电池单元被安置在至少两个分离的、集成在所述温度调节回路中的模块(14、16、18)中，所述蓄电池管理系统(12)包括所述模块(14、16、18)的温度获取器(22)、所述温度调节介质的温度获取器(22’)和所述温度调节介质的体积流量获取器(32)，并且由所述蓄电池管理系统(12)以如下方式调节所述加热元件(30)、所述泵(28)和所述调节阀(20、44、46)，即在加热阶段通过如下方式按步骤地实现加热，在第一步骤中借助于在所述温度调节回路之中起作用的且由所述加热元件(30)加热的温度调节介质来仅仅加热第一模块(14)，并且在至少一个其他的步骤中，在至少所述第一模块(14)的运行中产生的热量用于至少一个其他的模块(16、18)的加热。
6.根据权利要求5所述的蓄电池系统，其特征在于，一个模块是尺寸上比其他的模块小的启动单元(14)。
7.根据权利要求5或6所述的蓄电池系统，其特征在于，所述温度调节回路具有热交换器(36)。
8.根据权利要求7所述的蓄电池系统，其特征在于，所述蓄电池系统具有绕开所述热交换器(36)的旁路(48)和混合阀(40)。
9.根据权利要求5所述的蓄电池系统，其特征在于，所述蓄电池(10)是锂离子蓄电池。
10.一种具有根据权利要求5至9中任一项所述的蓄电池系统的车辆。
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