CN105684210B - 包括高温电池的储热系统 - Google Patents

包括高温电池的储热系统 Download PDF

Info

Publication number
CN105684210B
CN105684210B CN201480060059.8A CN201480060059A CN105684210B CN 105684210 B CN105684210 B CN 105684210B CN 201480060059 A CN201480060059 A CN 201480060059A CN 105684210 B CN105684210 B CN 105684210B
Authority
CN
China
Prior art keywords
heat
temperature
storing device
battery
fluid
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201480060059.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105684210A (zh
Inventor
M·库内
W·梅纳佩斯
N·沃特梅耶
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of CN105684210A publication Critical patent/CN105684210A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105684210B publication Critical patent/CN105684210B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/659—Means for temperature control structurally associated with the cells by heat storage or buffering, e.g. heat capacity or liquid-solid phase changes or transition
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/36—Accumulators not provided for in groups H01M10/05-H01M10/34
    • H01M10/39—Accumulators not provided for in groups H01M10/05-H01M10/34 working at high temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/61—Types of temperature control
    • H01M10/617—Types of temperature control for achieving uniformity or desired distribution of temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/62—Heating or cooling; Temperature control specially adapted for specific applications
    • H01M10/627—Stationary installations, e.g. power plant buffering or backup power supplies
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/655—Solid structures for heat exchange or heat conduction
    • H01M10/6552—Closed pipes transferring heat by thermal conductivity or phase transition, e.g. heat pipes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/656—Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by the type of heat-exchange fluid
    • H01M10/6567—Liquids
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/656—Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by the type of heat-exchange fluid
    • H01M10/6567—Liquids
    • H01M10/6568—Liquids characterised by flow circuits, e.g. loops, located externally to the cells or cell casings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/66—Heat-exchange relationships between the cells and other systems, e.g. central heating systems or fuel cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/63—Control systems
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/10—Batteries in stationary systems, e.g. emergency power source in plant
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

本发明涉及储热系统(1)，包括具有多个蓄电池(11)的高温电池(10)，多个蓄电池(11)具有至少100℃的操作温度并且与换热液体(20)接触以用于供应和耗散热量，其中还包括具有储热流体(31)的第一储热装置(30)，所述储热装置以使得能够从高温电池(10)向储热流体(31)传递热量的方式热连接至高温电池(10)，并且其中储热装置(31)本身热连接至低温储热装置(40)以用于热传递，所述低温储热装置被提供用于以至少40℃的温度水平存储低温热量。

Description

包括高温电池的储热系统
技术领域
本发明涉及包括具有多个蓄电池的高温电池的储热系统，多个蓄电池具有至少100℃的操作温度并且与换热液体接触以用于供应和去除热量。另外，本发明还涉及用于操作这样的储热系统的方法。
背景技术
随着用于提供电能的可再生能源的不断扩展，各个技术方都认为需要分散式存储方案的伴随增加。这样的存储将贡献于改善借助于供电网络供应的电流的质量，并且还使电力供应平稳。合适的存储将特别适合用于吸收供电网络中的电能的过多供应并且将其暂时存储几小时，以使得能够在稍后的需求增加的时间点将其供应回供电网络。
例如根据本发明提供的高温电池的使用通过数个正向属性(高能量存储密度、高循环电荷数目等)来区分，这使得它们特别适合用于存储来自供电网络的电能。然而，高温电池的缺点是增加了废热产生，这由于操作温度将导致强的火用热量损失，操作温度明显在周围温度水平之上。然而，同时，高温电池必须保持在高的操作温度水平，以便能够确保操作迅速。在这种情况下，特别需要基本上避免操作温度的变化，例如以避免对电池属性和操作属性的有害影响。因此，例如，温度变化不仅会引起高温电池的蓄电池的永久化学变化，这导致操作迅速能力降低，温度变化还会导致例如对功能部件的损坏，诸如离子导电分离器(电解质)的张力裂缝，这在最坏情况下可能伴随着高温电池的蓄电池的损坏。
传统的储热系统使用与周围环境的换热，其通常通过对流来驱动以产生温度均衡。因此，例如，这样的高温电池的蓄电池被空气围绕，从而使得能够确保与周围环境的合适的换热。为了实现对蓄电池的改进的温度控制，例如，也可以通过风扇向空气施加气流，从而使得能够以定向方式向高温电池供应热量或者耗散来自高温电池的热量。由于借助于到高温电池的蓄电池的加热空气的热量供应通常由于热传递性能的缺失而仅不够好地有可能，所以有时还在高温电池中集成合适的加热设备，例如以使得能够将其保持在合适的操作温度下。相比较而言，如果需要散热，则在低的操作温度下借助于空气的到周围环境的对流热传递根本上是可能的。然而，在这些温度下还表明，强的温度变化仍然可能由于要耗散的热量的太大的量而出现，其有时非常强烈地变化。
另外，已经表明以这一方式耗散的热能在正常情况下丢失而不能用于另外的过程是不利的。因此，例如，没有将传递到周围空气的热量提供用于进一步的使用，从而高温电池的操作期间的整个效率变得不利。然而，即使这一热量可以被提供用于进一步的使用，热量出现的时间点通常不对应于例如出现的热量需要用作有用热量的时间点。因此，例如，基于钠镍氯化物电池(NaNiCl2电池)技术的高温电池生成热能，特别是在放电时。然而，高温电池的放电通常仅在几分钟到几小时的时间段上进行。直接来自这一热源的连续热供应因此是不可能的，总之，不是在热能被强烈需要的时候。对热量的这一需求在一天中并且在跨季节时可能变化，但是其基本上独立于电力供应网络对电能的需求。
发明内容
本发明基于其的目的因此是避免现有技术中已知的缺点。特别地，已经证明在储热系统的操作期间实现显著的效率改善在技术上是期望的。在这种情况下，效率改善优选地涉及高温电池的整个操作，即充电操作和放电操作。另外，本发明还能够避免现有技术中关于向高温电池的热供应以及来自高温电池的散热的缺点。另外，期望确保高温电池的操作温度的广泛的一致性，使得高温电池能够在幅度或变化相当窄的温度范围内可靠地操作。典型的变化宽度在这种情况下为近似20℃，优选地为近似10℃。因此，不仅能够改善操作效率，还能够有利地影响高温电池的蓄电池对故障和维护的敏感性。
根据本发明，这些功能目的通过根据权利要求1的储热系统以及通过如下文中描述的根据权利要求8的用于操作存储系统的方法来实现。
特别地，本发明基于其的目的通过储热系统来实现，储热系统包括具有多个蓄电池的高温电池，多个蓄电池具有至少100℃的操作温度并且多个蓄电池与换热流体接触以用于热供应和耗散，其中还包括具有储热流体的第一储热装置，第一储热装置与高温电池热互连，使得能够从高温电池向储热流体传递热量，并且其中储热装置本身与低温储热装置热互连以用于热传递，低温储热装置被提供用于以至少40℃的温度水平存储低温热量。
另外，本发明基于其的目的特别地通过如以上和下文中描述的用于操作这样的储热系统的方法来实现，该方法包括以下步骤：
在生成热量的同时操作高温电池；
向换热液体传递该热量的至少一部分；
借助于储热流体将该热量的至少一部分存储在储热装置中；
向低温储热装置传递该热量的至少一部分。
根据本发明的高温电池通常包括多个蓄电池，多个蓄电池在共享壳体中彼此电互连以形成高温电池。高温电池的蓄电池与换热液体热接触，换热液体热确保了热量供应或耗散。蓄电池具有预定操作温度，其至少为100℃。根据实施例，高温电池还具有近似500℃的最大操作温度。相应地，根据本发明的高温电池特别地涉及钠镍氯化物电池技术，并且还涉及钠硫电池(NaS电池)以及与其相关的所有存储技术。
取决于操作模式，蓄电池可以耗散热量，或者必须被供应热量，例如以达到操作温度。因此，例如，基于钠镍氯化物电池技术的高温电池必须至少达到近似250℃的温度水平，以便能够保持内部电池电阻(其取决于温度)足够低。这是因为，蓄电池包括的分离器(通常为固态分离器)在达到充分高的温度水平时首先变得充分离子导电，使得电池内的离子流实现电池操作。
在这点上，应当注意，根据本发明的高温电池的热供应包括从换热液体向蓄电池的热能的供应以及从蓄电池到换热液体的热能的传递。因此在这种情况下应当在其一般形式上来理解热量。热量的概念因此可以包括正的热能和负的热能(冷)。
由于根据本发明的借助于换热液体的热量从高温电池的蓄电池的解耦合以及该热量随后向低温储热装置的传递，可以针对所有形式的低温热量利用而合适地实现热量。特别地，该热量适合用于家用或工业服务水制备，用于建筑物加热，用于客舱加热，用于公交，用于燃料加热或燃料干燥，例如在发电厂，或者用于在柴油发电机组的情况下保持加温等等。
在这点上还应当明确注意，低温热量的概念涉及在40℃到200℃之间的温度水平下的热量。这一温度水平的热量特别适合用于在废热发电应用中使用。储热系统的整体效率由于这一更广泛的用途而增加。
低温储热装置因此不允许存储高于200℃的温度水平的热量，从而可以将到环境的火用热量损失有利地保持在很低的水平。这是因为，特别是在高于200℃的温度下的温度存储的情况下，将预料到周围环境的高的热量损失，这可能负面影响储热系统的整体效率。
高温电池与换热液体之间的直接热交换另外地具有以下优点：能够更好地补偿在高温电池的操作温度水平的温度变化，因为这样的液体与气体相比具有增加的热容量以及改进的热传导性。因此，例如，换热液体也可以在热量峰值的情况下很容易地耗散暂时来自高温电池的增加的量(气体情况下可能少量)的热或者将其在换热液体中吸收。可以通过将因此吸收的热量进一步传递到储热流体来以受控方式设置预定温度范围内的合适的操作温度水平。换言之，均匀地改善高温电池中的温度分布。设置可以以受控或规定方式执行。在高温电池的操作期间释放的热量因此在这一热量通过到低温储热装置的合适解耦合被再次传递之前借助于储热流体暂时存储在储热装置中。这一传递有利地使得从高温电池得到的热量很有用。由于低温储热装置中的热量的暂时存储，也可以在对于热量的需求增加的时间点去除热量，而没有改变高温电池的操作状态。
根据实施例，从高温电池到储热流体的热传递可以直接发生。相应地，换热液体例如与储热流体相同。然而，热传递也可以间接发生，使得例如储热流体可以与换热液体相同，但是这不是必须的。因此，能够想得到的是，例如，高温电池经由合适的换热器以如下方式热连接至储热装置：该方式使得能够在换热液体与储热流体之间确保热传递。然而，根据其他备选实施例，还能够从高温电池向储热装置引导换热液体并且将其暂时存储在其中。
由于借助于换热液体的热传递，可以将高温电池中的热量存储在相对较小的空间中。这也使得能够设计更小的储热系统，其可以例如用模块构造来实施。同时，也可以经由合适的管线充分快地在适度的距离(最高达近似100m)上来传输热量。因此也可以实现高温电池和储热装置的空间分离。特别地，能够想得到的是，多个高温电池连接到一个储热装置。这一储热装置可以设置在距离高温电池安全距离的位置处。
通过使用具有到储热装置的热耦合的低温储热装置，特别地能够实现甚至更大的空间分离。在这种情况下，例如，可以在几千米的距离上从储热装置向存在对于热量的增加的需求的位置传递热量。对于热量的这一需求因此可以在空间上远离高温电池的位置处被满足。储热系统因此被示出为特别灵活并且能量高效。因此可以有利地改善储热系统的整体效率。
另外，到换热液体的热传递使得能够精心地操作高温电池，因为蓄电池仅需要经历轻微的温度变化并且因此有利地改善了蓄电池的期望平均寿命。同时，因此将预料的是也降低对维护的敏感性。
另外，由于低温储热装置与上述储热装置的热互连，在高温电池的正常操作中，可以防止高温电池中发生有害的温度峰值。这是因为，由于从储热装置到低温储热装置的热耗散，能够在储热装置可以保持在有利的温度水平的正常情况下总是耗散大量热量。低温储热装置因此用于储热装置的有利温度控制并且因此间接用于高温电池的温度控制。由于低温储热装置通常具有比储热装置或者储热流体本身显著更大的热容量，因此可以通过储热装置与低温储热装置之间的受监督的受控或规定的热传递来将储热装置中的温度水平均匀地保持恒定。高温电池因此可以利用另外的换热器耗散，另外的换热器例如在发生温度峰值的情况下必须使用以用于增加热量耗散。
另一方面，储热装置本身还使得能够在高温电池的各个操作间隔上存储足够量的热量，以在若干小时之后向其供应足够量的热量，使得能够维持合适的操作温度。
储热装置也可以履行膨胀容器的任务，这将在下文中更详细地解释，从而使得能够形成封闭的热流体传导系统。
根据本发明，两个存储装置(储热装置和低温储热装置)的热耦合因此同时实现在高温水平下对高温电池的有利的温度控制和在低温范围内对废热的同时利用。
根据储热系统的第一特别优选的实施例，提供了换热液体贮存在封闭的热流体传导系统中，封闭的热流体传导系统相对于流体交换被密封成与周围环境隔绝。根据实施例，除了所需要的线路，热流体传导系统还包括存储容器和用于贮存流体的容器。在这点上，储热装置也可以是热流体传导系统的一部分。然而，热流体传导系统具有联合流体引导，即仅一个用于热传导的热流体位于热流体传导系统中。封闭的热流体引导使得能够形成特别性能高效的系统。另外，这样的系统通过相当低的火用热量损失来区分，其中向环境中另外释放很少有害或有毒材料。因此如果使用热油或者重油作为换热液体，则可以特别地提供更加环境兼容的存储系统。另外，封闭的热流体传导系统与开放式系统相比对来自外部的机械影响不太敏感，特别是关于振动的耦合。
根据储热系统的另外的优选实施例，提供了换热液体和储热流体相同并且优选地位于热流体传导系统中。根据实施例，因此可以避免换热液体与储热流体之间的换热损失。另外，这样的系统在散热方面并且因此在高温电池的操作期间防止温度峰值方面呈现特别有效。
储热系统的实施例的另外有利的方面在于，储热装置具有电加热设备，其被设计成在操作期间向储热流体传递热量。根据实施例，因此可以省略对高温电池本身配备加热设备，这意味着增加的构造支出或温度管理等。相反，根据实施例，足以从加热的储热流体向换热液体传递热量，从而向高温电池的蓄电池供应足够量的热量。总之，在维持最小操作温度的备用操作期间或者在必须向高温电池供应更大热量的启动操作中，这样的实施例是合适的。本实施例在多个高温电池与一个储热装置互连的情况下特别能量有利，使得能够经由一个中央热源(储热装置)向多个高温电池供应充足的热量。
根据本发明的另外的有利实施例，提供了储热装置具有补偿容器，其与储热装置流体互连并且在高温电池的操作期间以比储热装置本身中的温度水平低的温度水平包括储热流体。补偿容器在温度变化的情况下特别用于体积补偿。然而，由于补偿容器具有热含量低于储热装置中的储热流体的储热流体，所以将害怕更低的火用热量损失。然而，因为补偿容器中的储热流体多数时候没有参与储热流体与换热液体之间的热交换，所以其含量也不必保持恰好处于储热流体的操作温度水平。这样的储热系统因此应当被评估为在火用方面特别有利。另外，补偿容器的显著降低的温度水平具有以下优点：储热流体与大气氧气的化学反应的速度通常可忽略并且储热流体的使用持续时间因此基本上不受限制。由于这一事实，通常也在储热流体与惰性气体交叠的情况下免除了这一需要。
根据本发明的也有利的细化实施例，提供了储热装置包括补偿容器，补偿容器与储热装置流体互连、集成在高温电池内部并且被密封成与周围气体隔绝。为了补偿储热流体的热膨胀(其在建立高温电池的操作迅速时发生)，根据实施例的补偿容器可以优选地集成在高温电池的壁中的至少之一壁中或者在其内部体积区域中，并且可以用至少一个金属波纹管的形式来实施。
根据备选地提供并且也有利的本发明的实施例，提供了储热装置包括补偿容器，补偿容器与储热装置流体互连、集成在高温电池外部并且被密封成与周围气体隔绝。为了补偿储热流体的热膨胀(其在建立高温电池的操作迅速时发生)，补偿容器优选地可以用布置在与高温电池和/或储热装置空间接近的至少一个金属波纹管的形式来实施。空间接近在这种情况下涉及不比对应于高温电池或储热装置在任意空间方向上的最大尺寸的距离更大的距离的布置。
根据储热系统的另外的有利实施例，低温储热装置被设计为储水装置并且低温热量被贮存在这一储水装置的水中。另一方面，水适合作为成本有效的原始材料，特别是对于热量存储，并且另一方面，其还可以很容易地集成在工业和家用应用领域中的基于水来操作的很多热路中。特别地，例如，也可以将来自储水装置的水引入远程热力网络中。水也适合作为用于家用和工业应用的制备的服务水。
根据本发明的另外的实施例，提供了高温电池与储热装置一起容纳在可运输模块中，可运输模块具有用于连接低温储热装置的热力线路的合适的连接区域。根据实施例，多个模块可以彼此热互连，或者可以均热耦合到低温储热装置，以向其供应来自热能的充足量的热。模块化使得在这种情况下能够简单地处理和维护，而不必考虑对高温电池的直接热互连的影响。根据实施例，储热系统也是容易地可扩展的，例如通过简单地热互连多个可运输模块。高温电池、换热液体、储热装置和储热流体之间的热管理可以通过合适的流体电路来进行，流体电路也可以被该模块包括。在这点上，模块也可以具有合适的接口，这样的电路经由该接口与外部电通信。
根据另外的实施例，如以上描述的这样的模块也可以被提供合适的功率和/或热量表。因此，模块的控制或调节也可以用功率控制的或者热控制的方式来进行。
应当注意，在这点上，如果模块可以在机械、电或液压设备的帮助下以受控方式移动和布置，该模块已经被认为是可运输的。然而，使得模块能够仅通过人力以合适的和受控的方式移动的模块大小特别优选。
根据本发明的方法的第一特别优选实施例，提供了执行向低温储热装置传递热量的至少一部分的步骤根据储热装置中的温度水平来执行。出于这一目的，储热装置通常可以具有至少一个温度传感器，其检测储热装置中的温度。检测到的温度值随后可以用于借助于合适的控制电路或调节电路来设置储热装置与低温储热装置之间的热交换。特别地，可以通过至少一个换热器将这二者连接。
根据实施例，储热装置和低温储热装置也可以经由热力线路连接至彼此，其中这一热力线路中被引导的传导流体也可以通过借助于热力线路中的至少一个流生成器泵送来传递。传递速率在这种情况下确定期望的热传递速率。这可以根据例如储热装置中的温度水平来设置。为了有利地设置热传递速率，也可以在热力线路中设置合适的温度和/或压力传感器。低温储热装置通常也具有至少一个温度传感器，以使得能够确定低温储热装置中的热含量。根据实施例，通过设置储热装置与低温储热装置之间的合适的热流，可以从储热装置汲取足够的热量，使得其可以在有利的温度水平范围内操作。这一温度范围优选地变化不超过20℃，这一温度变化非常特别优选地变化不超过10℃。
备选地或者另外地，向低温储热装置传递该热量的至少一部分的步骤可以根据高温电池中的温度水平来执行。因此，如在前实施例中已经陈述的，例如，在本实施例中，因此可以根据例如高温电池中的温度水平来设置储热装置与低温储热装置之间的热力线路中的传递速率。出于这一目的，高温电池具有例如至少一个或多个温度传感器和/或压力传感器。另外，高温电池与储热装置之间的热交换也可以以类似的方式用规定或受控方式来设置，使得能够执行高温电池在操作期间的定向温度设置。
根据本发明的另外的优选实施例，提供了向换热液体传递高温电池的热量的至少一部分的步骤和/或向低温储热装置传递储热装置中的热量的至少一部分的步骤以规定的和/或受控的方式来执行，使得换热液体在高温电池的正常操作期间的温度水平在幅度最多为20℃、优选地最多为10℃的温度范围内。因此，可以保护高温电池的蓄电池在操作期间免受过强的温度变化的影响，从而积极地影响其使用寿命。特别地，可以有利地避免由温度压力对蓄电池的损坏。
附图说明
下文中将基于各个附图更详细地描述本发明。应当注意，在这种情况下，下文中图示的附图仅应当被理解为示意性的。关于可实现性的约束不会从这样的示意性实施例得出。
在下文中对具有相同附图标记的技术特征进行区分，它们具有相同的技术功能或者相同的技术效果。
在附图中图示的技术特征单独地被要求并且也以与其他技术特征的任意组合被要求，如果源自其的组合适合用于实现本发明基于其的技术目的。
在附图中：
图1在示意性电路图中示出了根据本发明的储热系统1的第一实施例；
图2在示意性电路图中示出了根据本发明的储热系统1的另外的实施例；
图3示出了根据本发明的方法的实施例的流程图。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的储热系统1的第一实施例，除了具有含有多个蓄电池11的高温电池10，储热系统1还具有储热装置30。高温电池10可以经由电触点(+，-)从外部电互连，电触点没有设置另外的附图标记。高温电池10所包括的蓄电池11主要彼此串联电互连。为了合适地检测高温电池10的操作状态，高温电池10上或中设置有合适的温度传感器66和/或压力传感器67。
为了使得能够向高温电池10供应热量或者可以从其耗散热量，包括热流体传导系统35，热流体传导系统35与高温电池10热和/或流体互连。热流体传导系统35适合用于从围绕蓄电池11的换热液体20向储热流体31传递热量。根据实施例，换热液体20可以与储热流体31相同，但是不一定必须这样。储热流体31进而被贮存在储热装置30中，其中储热装置30具有与热力线路45的合适的热互连用于散热，热力线路被设计为向低温储热装置40传递热量。备选地，热互连也可以被实施为使得热力线路45被供应到外部换热器(当前情况下未示出)，使得可以向周围环境馈送例如没有进一步使用的能量。
高温电池10和储热装置30和热流体传导系统35被模块60包括。模块60在这种情况下可以或者可以不可运输。为了在操作期间向高温电池10适当地供应热量，从储热装置30得到热量并且将其传递给围绕蓄电池11的换热液体20。高温电池10因此然后通过换热液体20与蓄电池11之间的热接触而被带至合适的操作温度水平。如果储热流体31的温度水平在这种情况下不够，则在储热装置30中另外集成电加热设备，其将电能变换成热能并且将热能传递给储热流体31。为了通知位于储热装置30中的储热流体31的热含量，储热装置30设置有温度传感器66。为了使得能够合适地设置在储热装置30与高温电池10之间交换的热量的量，热流体传导系统35包括影响流动速度的流生成器36。
根据实施例，模块60具有连接区域65，连接区域被设计成连接热力线路45以用于热耦合到低温储热装置40。模块60还可以包括另外的电或电子接口，然而其在这种情况下未示出。热力线路45进而具有合适的温度传感器66和/或压力传感器67，使得能够适当地确定储热装置30与低温储热装置40之间交换的热量的量。热力线路45具有用于与低温储热装置40的热交换的换热器46，其使得能够在低温储热装置40一侧形成温度耦合。
位于热力线路45中的导热介质(在当前情况下没有设置附图标记)在这种情况下可以但不是必须与位于低温储热装置40中的低温储热介质相同。根据实施例，例如，导热介质可以与水相同，其也可以贮存在低温储热装置40中。在这种情况下，通常需要在储热装置一侧设置换热器，其中热力线路被设计为整体能够耐压。这样的布置的优点可以是例如环境方面，因为在热力线路发生损坏的情况下，没有有害物质到达环境。然而，备选地，也可以在热力线路45中提供另一导热介质。储热装置30与低温储热装置40之间的热交换在这种情况下可以关于热交换速率被适当地设置，例如，流生成器47向位于热力线路45中的导热介质施加流。取决于这一流的速度，可以在储热装置30与低温储热装置40之间交换或多或少的热量。
根据实施例，位于热力线路45中的导热介质也可以与储热流体31相同。在这点上，热力线路45可以实施为朝着储热装置30打开，使得储热流体31通过流生成器47在热力线路45中被传输。可以通过分别由多个温度传感器66或压力传感器67记录的各种温度或压力值来确定所传输的热速率。
图2示出了根据本发明的储热系统1的另外的实施例，其与图1所示的储热系统1的不同之处仅在于，储热装置30与补偿容器32流体互连。根据图1的实施例，如果储热装置30由于不完全填充储热流体31而同时也作为根据图2的实施例的补偿容器，储热装置30完全填充有储热流体31。然而，在高温电池10的操作期间的温度变化的情况下，位于储热装置30中的储热流体31的体积发生变化。为了使得能够补偿这些体积变化，以避免对储热装置30的压力相关的损坏，其与补偿容器32流体互连。在这种情况下，补偿容器32还包括储热流体31，但是没有被其完全填充，使得补偿容器的一部分被空气33占据。在储热装置30中的储热流体31的体积发生对应变化的情况下，可以在储热装置30与补偿容器32之间实现合适的流体交换。位于补偿容器32中的储热流体31优选地比位于储热装置30中的储热流体31处于更低的温度水平。因此，如以上已经指出的，可以避免由于补偿容器32或储热流体与氧气的不期望的化学反应而引起的不必要的热量损失。在当前情况下，根据实施例，补偿容器32没有被模块60包括，但是根据备选实施例可以被模块60包括。
图3示出了根据本发明的用于操作如以上描述的储热系统1的方法的优选实施例的流程图。在这种情况下，其包括以下步骤：
在生成热量的同时操作所述高温电池10(第一方法步骤101)；
向换热液体20传递该热量的至少一部分(第二方法步骤102)；
借助于储热流体31将该热量的至少一部分存储在储热装置30中(第三方法步骤103)；
向低温储热装置40传递该热量的至少一部分(第四方法步骤104)。
以上实施例中描述的在高温电池10与储热装置30之间(一方面)以及在储热装置30与低温储热装置40之间(另一方面)的两级互连可以通过另外的下游或另外的中间加热级来改变。然而，本发明的本质是，在第一加热级中，可以向高温电池10供应热量，并且可以从其耗散热量。在第二下游加热级中，可以从储热装置30汲取热量以用于合适的热用途并且将其供应给低温储热装置40。在这种情况下将执行热量到低温储热装置40的供应，使得从高温电池10得到的热量的量能够确保高温电池可以以合适的温度操作。这特别涉及从高温电池10的热耗散期间的操作，例如在基于钠镍氯化物电池的技术的放电期间。取决于高温电池10的大小和操作模式，可以每1000Wel的放电电功率从高温电池10耗散近似150到250Wth以用于另外的使用。
另外的实施例源自从属权利要求。

Claims (13)

1.一种储热系统(1)，包括具有多个蓄电池(11)的高温电池(10)，所述多个蓄电池(11)具有至少100℃的操作温度并且所述多个蓄电池(11)与换热流体(20)接触以用于热供应和耗散，其中还包括具有储热流体(31)的第一储热装置(30)，所述第一储热装置(30)与所述高温电池(10)热互连，使得能够从所述高温电池(10)向所述储热流体(31)传递热量，并且其中所述储热装置(30)本身与低温储热装置(40)热互连以用于热传递，所述低温储热装置(40)被提供用于以至少40℃的温度水平存储低温热量。
2.根据权利要求1所述的储热系统，
其特征在于，所述换热液体(20)被贮存在封闭的热流体传导系统(35)中，所述封闭的热流体传导系统(35)关于流体交换被密封成与周围环境隔绝。
3.根据前述权利要求中的任一项所述的储热系统，
其特征在于，所述换热液体(20)和所述储热流体(31)相同。
4.根据权利要求3所述的储热系统，
其特征在于，所述换热液体(20)和所述储热流体(31)位于热流体传导系统(35)中。
5.根据权利要求1，2和4中的任一项所述的储热系统，
其特征在于，所述储热装置(30)具有电加热设备(50)，所述电加热设备(50)被设计成在操作期间向所述储热流体(31)传递热量。
6.根据权利要求1，2和4中的任一项所述的储热系统，
其特征在于，所述储热装置(30)具有补偿容器(32)，所述补偿容器(32)与所述储热装置(30)流体互连，并且所述补偿容器(32)在所述高温电池(10)的操作期间包括处于比所述储热装置(30)本身中的温度水平低的温度水平的储热流体(31)。
7.根据权利要求1，2和4中的任一项所述的储热系统，
其特征在于，所述低温储热装置(40)被设计为储水装置并且所述低温热量被贮存在水中。
8.根据权利要求1，2和4中的任一项所述的储热系统，
其特征在于，所述高温电池(10)与所述储热装置一起被容纳在可运输模块(60)中，所述可运输模块(60)具有用于连接用于低温储热装置(40)的热力线路(45)的合适的连接区域(65)。
9.一种用于操作根据前述权利要求中的任一项所述的储热系统(1)的方法，包括以下步骤：
在生成热量的同时操作所述高温电池(10)；
向所述换热液体(20)传递所述热量的至少一部分；
借助于储热流体(31)将所述热量的至少一部分存储在储热装置(30)中；
向所述低温储热装置(40)传递所述热量的至少一部分。
10.根据权利要求9所述的方法，
其特征在于，向所述低温储热装置(40)传递所述热量的至少一部分的步骤根据所述储热装置(30)中的温度水平来执行。
11.根据权利要求9或10所述的方法，
其特征在于，向所述低温储热装置(40)传递所述热量的至少一部分的步骤根据所述高温电池(10)中的温度水平来执行。
12.根据权利要求9和10中的任一项所述的方法，
其特征在于，向所述换热液体(20)传递所述高温电池(1)的所述热量的至少一部分的步骤和/或向所述低温储热装置(40)传递所述储热装置(30)中的所述热量的至少一部分的步骤以规定的和/或受控的方式来执行，使得所述换热液体(20)在所述高温电池(1)的正常操作期间的温度水平在具有最多20℃的幅度的温度范围内。
13.根据权利要求12所述的方法，
其特征在于，所述温度范围的所述幅度最多为10℃。
CN201480060059.8A 2013-10-30 2014-10-23 包括高温电池的储热系统 Active CN105684210B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102013222070.7 2013-10-30
DE102013222070 2013-10-30
PCT/EP2014/072705 WO2015062949A1 (de) 2013-10-30 2014-10-23 Thermisches speichersystem mit hochtemperaturbatterie

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105684210A CN105684210A (zh) 2016-06-15
CN105684210B true CN105684210B (zh) 2018-12-25

Family

ID=51862265

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201480060059.8A Active CN105684210B (zh) 2013-10-30 2014-10-23 包括高温电池的储热系统

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20160248132A1 (zh)
EP (1) EP3036790B1 (zh)
JP (1) JP2017502450A (zh)
CN (1) CN105684210B (zh)
WO (1) WO2015062949A1 (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11644010B1 (en) * 2006-06-10 2023-05-09 Star Sailor Energy, Inc. Energy storage system
US8648481B2 (en) * 2006-06-10 2014-02-11 Star Sailor Energy, Inc. Wind generator with energy enhancer element for providing energy at no wind and low wind conditions
CN112534201B (zh) * 2018-07-26 2022-08-12 苏黎世联邦理工学院 温跃层控制方法
CN110190296B (zh) * 2019-05-16 2020-06-05 苏州纳尔森能源科技有限公司 电池热管理系统及其控制方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102881959A (zh) * 2012-09-29 2013-01-16 湖北绿驰科技有限公司 一种电动汽车电池组水冷式热管理系统
CN102931448A (zh) * 2012-11-13 2013-02-13 青岛大学 一种组合式电池温度调控装置
JP2013137152A (ja) * 2011-12-28 2013-07-11 Daikin Industries Ltd 給湯装置

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08138761A (ja) * 1994-11-10 1996-05-31 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 電力貯蔵型ヒートポンプシステム
DE19547520A1 (de) * 1995-12-08 1997-06-12 Horst Wetzel Verfahren und Anordnung zur Kraft-Wärme-Kopplung
JP3130238B2 (ja) * 1995-12-18 2001-01-31 日本碍子株式会社 ナトリウム−硫黄電池
WO1998032186A1 (en) * 1997-01-16 1998-07-23 Hitachi, Ltd. Sodium-sulfur battery module
JP2004003851A (ja) * 2000-10-19 2004-01-08 Energy Support Corp 蓄熱装置
JP2010212099A (ja) * 2009-03-11 2010-09-24 Tokyo Electric Power Co Inc:The 電池システム
DE102011105366A1 (de) * 2011-06-22 2012-03-15 Daimler Ag Kühlanordnung und Verfahren zum Kühlen eines elektrischen Energiespeichers
JP5763484B2 (ja) * 2011-09-15 2015-08-12 本田技研工業株式会社 燃料電池システム

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013137152A (ja) * 2011-12-28 2013-07-11 Daikin Industries Ltd 給湯装置
CN102881959A (zh) * 2012-09-29 2013-01-16 湖北绿驰科技有限公司 一种电动汽车电池组水冷式热管理系统
CN102931448A (zh) * 2012-11-13 2013-02-13 青岛大学 一种组合式电池温度调控装置

Also Published As

Publication number Publication date
EP3036790A1 (de) 2016-06-29
EP3036790B1 (de) 2017-08-30
CN105684210A (zh) 2016-06-15
US20160248132A1 (en) 2016-08-25
WO2015062949A1 (de) 2015-05-07
JP2017502450A (ja) 2017-01-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105684210B (zh) 包括高温电池的储热系统
KR101526389B1 (ko) 전기차용 배터리의 열관리 장치
JP5754031B2 (ja) 高熱伝導率体を使用する電気エネルギー蓄積装置または電気化学エネルギー発生装置の温度を変更するシステム
CN103348500B (zh) 用于热电能量生成的系统、方法和/或设备
US10449826B2 (en) Device for controlling the temperature of a battery and of a vehicle interior, method for conditioning the temperature of a battery and of a vehicle interior with such a device for controlling temperature, and use of such a device for controlling temperature
CN201332372Y (zh) 利用液冷循环冷却的余热温差发电系统
EP3611790A1 (en) Battery module, battery device, and battery system having thermal management design
CN105683677A (zh) 一种蓄热器及其操作方法
JP2016539461A (ja) 液体金属電池の熱管理
RU2012110322A (ru) Теплоаккумуляционная система
CN102832425A (zh) 一种电动汽车电池包的热管理系统及其热管理方法
CN104969409A (zh) 流体槽制冷的能量存储系统
CN105051968B (zh) 电池和机动车
JP2010212099A (ja) 電池システム
CN102751917B (zh) 一种基于液态金属热开关的太阳能温差发电系统
GB2493092A (en) Electricity generation apparatus having a thermal store and thermoelectric heat exchanger
JP2023532135A (ja) 高温充電システムおよび方法
ES2609433T3 (es) Instalación solar y procedimiento el funcionamiento de una instalación solar
CN103367837A (zh) 基于平板环路热管的动力电池热管理系统
US20150300693A1 (en) Heat Storage Tank Used In Solar Heat Power System, Solar Heat Dynamo Used Therein And Solar Heat Power System Including The Same
US11502628B2 (en) Energy storage system
JP6150305B2 (ja) 熱電発電のためのシステムおよび方法
CN109786889A (zh) 一种主被动相变式电池热管理系统
US11971221B2 (en) Thermal battery and electricity generation system
CN203027646U (zh) 散热装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20220913

Address after: Munich, Germany

Patentee after: Siemens Energy International

Address before: Munich, Germany

Patentee before: SIEMENS AG