CN109155448A - 电池组系统、用于运行电池组系统的方法和机动车 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电池组系统、尤其机动车的电池组系统，该电池组系统具有：电池组（2），尤其具有固体电解质的电池组（2），被实施用于存储热能并且用于输出热的蓄热器（3），以及至少一个被构成用于输出热的热源（4），其中所述热源（4）被设立用于将热输出给所述蓄热器（3），以及所述蓄热器（3）被设立用于从所述热源（4）吸收热并且用于将热输出给所述电池组（2），其中所述热源（4）是功率电子设备的至少一个部件。

Description

电池组系统、用于运行电池组系统的方法和机动车

技术领域

本发明基于一种根据独立权利要求的类型所述的电池组系统。本发明的主题也是一种用于运行该电池组系统的方法和包含该电池组系统的机动车。

背景技术

从现有技术中已知的是，在电池组模块或电池组的电池组电池中进行的过程可以优选地在确定的温度范围之内进行并且电池组电池因此可以达到较高的效率。尤其在以借助电池组驱动的机动车行驶之前，电池组电池因此应该被加热，以便避免对电池组电池的损害并且提高电池组电池在行驶开始时的性能。

出版物DE 10 2013 225 582 A1公开了一种电池组系统，其具有至少一个电化学蓄能器、用于存储热能并且用于可触发地释放存储在蓄热器中的热能的潜热和/或热化学蓄热器，其中由至少一个触发装置控制触发。

从出版物DE 10 2012 012 820 A1中已知一种用于机动车的电池组装置，其具有电存储装置。电存储装置为电动机供给电能，以便驱动机动车。此外，该电池组装置具有调温装置，所述调温装置被构成用于对电存储装置进行调温。该调温装置包括热化学蓄热器，其中蓄热器可以借助机动车的制动器的、电动机的或发电机的废热再生。

此外，出版物DE 10 2013 016 795 A1公开了一种电池组，其具有电池组单电池和可以与热源连接的潜热蓄热器（Latentwärmespeicher），所述潜热蓄热器被构成为与电池组单电池至少间接导热接触。潜热蓄热器具有相变材料。

发明内容

具有独立权利要求的特征的电池组系统和用于运行这样的电池组系统的方法具有如下优点：由功率电子设备的至少一个部件产生的废热可以被存储和利用，以便对电池组加热。由此可能的是，减少附加的被构成用于电池组的加热的加热元件的数量或甚至完全舍弃其他加热元件。

根据本发明，提供具有电池组、蓄热器和至少一个热源的电池组系统。电池组系统在此尤其是机动车的电池组系统。蓄热器被实施用于存储热能并且用于输出热。此外，热源被构成用于输出热。在此，热源被设立用于将热输出给蓄热器并且蓄热器被设立用于从热源吸收热以及用于将热输出给电池组。在此，热源是功率电子设备的至少一个部件。

尤其可以用术语“电池组”来描述电池组电池、具有多个电池组电池的电池组模块或包括多个电池组模块的电池组。

功率电子设备在此描述如下元件，所述元件例如从交流电压产生在频率和幅度方面与该交流电压不同的交流电压，以便驱动电机或机动车。这样的元件例如可以是变流器（AC/AC转换器）或变频器。

此外，功率电子设备在此也可以是如下元件，所述元件例如将直流电压变换成交流电压。这样的元件例如可以是逆变器（Inverter）。

功率电子设备在此具有多个部件、诸如电容器、半导体元件、调节器、晶体管、二极管和电阻，所述部件在功率电子设备的运行期间可以产生废热。

在这一点上应注意的是，蓄热器应被理解为具有优选地绝缘的壳体的装置，在所述壳体中容纳有蓄热介质或蓄热材料。此外，蓄热器、尤其绝缘的壳体固定地布置在电池组系统中。在此，优选地在壳体中所容纳的蓄热材料或蓄热介质也可以固定地布置。为了热源与蓄热器之间和/或蓄热器与电池组之间的热传递，蓄热器具有至少一个端子或接触部，借助所述端子或接触部可以与热源或电池组建立导热的连接。因此，流经电池组系统的流体不应被称为蓄热器。这样的流经电池组系统的流体优选地用于在蓄热器的至少一个端子或接触部与电池组或热源之间传递热。

所使用的术语“系统（例如热源、蓄热器、电池组）的热能”表示焓的热力学状态变量。此外，被称为热传递的过程因此导致，改变系统的被称为焓的热能，其中为此传递热的热力学过程变量。焓的这样的变化例如可以经由该系统的温度的改变进行。

通过在从属权利要求中所列举的措辞，在独立权利要求中所说明的设备或在独立权利要求中所说明的方法的有利的改进和改善是可能的。

有利的是，电池组系统具有控制装置，该控制装置包括第一开关元件和第二开关元件。在此，第一开关元件被构成用于以第一布置将热源与蓄热器导热地连接并且以第二布置中断热源与蓄热器之间的导热。此外，第二开关元件被构成用于以第一布置将蓄热器与电池组导热地连接并且以第二布置中断蓄热器与电池组之间的导热。

由此可能的是，控制热源与蓄热器之间或蓄热器与电池组之间的导热。

尤其由此可能的是，为了提高蓄热器的热能，将控制装置的第一开关元件以第一布置来布置，以便因此通过从热源将热输出给蓄热器来提高蓄热器的热能。在此，蓄热器的热能的提高可以通过提高其中所包含的蓄热介质或材料的温度来进行和/或通过在恒定温度的情况下提高蓄热介质的焓来进行，其中蓄热介质在这样的情况下被称为相变材料。

尤其由此此外可能的是，为了电池组的加热，将控制装置的第二开关元件以第一布置来布置，以便因此通过将热从蓄热器输出给电池组来提高电池组的温度或将电池组的温度保持在恒定的值。

适宜的是，第一开关元件和第二开关元件彼此连接。在此，第一开关元件和第二开关元件尤其以控制技术彼此连接。该连接在此被构成，使得在第一状态中在第一开关元件以第一布置来布置并且第二开关元件以第二布置来布置时构成包括热源和蓄热器的第一热循环。由此可以在热源与蓄热器之间传递热，使得蓄热器的热能可以被提高，其中没有在蓄热器与电池组之间的热传递是可能的。由此，由热源产生的热可以借助蓄热器来存储，所述热优选地是功率电子设备的废热。当电池组已经达到其运行温度且不应再被加热时，布置在第一状态中可以在该电池组的运行期间进行，因为在电流流动时由于电池组电池的内部电阻所产生的热导致足够的热输送，尤其用于维持温度。

此外，该连接在此被构成，使得在第二状态中在第一开关元件以第二布置来布置并且第二开关元件以第一布置来布置时构成包括蓄热器和电池组的第二热循环。由此可以在蓄热器与电池组之间传递热，使得电池的加热或电池组的温度的维持是可能的。布置在第二状态中可以尤其在电池组系统或机动车的运行之前进行，以便将电池组加热到其运行温度并且由此在行驶开始时阻止对功率的影响，其中在所述机动车中布置有电池组系统。

根据本发明的一个方面，第一热循环包括导热地布置在热源上的第一传热器，使得热可以从热源被传递给第一传热器。此外，第一热循环包括导热地布置在蓄热器上的第二传热器，使得热可以从第二传热器被传递给蓄热器。第一传热器和第二传热器借助第一区段和第二区段导热地彼此连接，使得尤其在热循环中流动的调温流体可以在第一传热器与第二传热器之间流动。在此，调温流体在第一区段中从第一传热器朝着第二传热器的方向流动并且在第二区段中从第二传热器朝着第一传热器的方向流动。

根据本发明的另一个方面，第二热循环包括导热地布置在蓄热器上的第一传热器，使得热可以从蓄热器被传递给第一传热器。此外，第二热循环包括导热地布置在电池组上的第二传热器，使得热可以从第二传热器被传递给电池组。第一传热器和第二传热器借助第一区段和第二区段导热地彼此连接，使得尤其在热循环中流动的调温流体可以在第一传热器与第二传热器之间流动。在此，调温流体在第一区段中从第一传热器朝着第二传热器的方向流动并且在第二区段中从第二传热器朝着第一传热器的方向流动。

优选地，第一热循环和第二热循环分别被构成为流体循环并且包括共同的输送装置。换言之，这意味着：电池组系统具有输送装置，所述输送装置布置在第一热循环和第二热循环中。输送装置在此被设立用于输送调温流体并且因此改善导热。输送装置优选地被构成为泵。

除了基于调温流体流动的用于热源与蓄热器之间或蓄热器与电池组之间的热传递的可能性之外，也可能的是，通过导热或热辐射来传递热。

为了例如借助导热来传递热，热源和蓄热器或蓄热器和电池组与具有与环境相比更高的热导率的导热元件、诸如金属元件连接，其中为了中断热传递，将所述连接中的至少一个连接优选地实施为可中断的。

为了例如借助热辐射来传递热，在热源上并且在蓄热器上或在蓄热器上并且在电池组上布置彼此相对的元件，所述元件具有与环境相比更高的辐射率，其中通过热辐射的热传递也例如通过绝缘的元件被实施为可中断的。

本发明的另一方面规定，蓄热器是热化学蓄热器或潜热蓄热器。在热化学蓄热器的情况下，所输送的能量、尤其热导致吸热过程，由此该能量可以被存储在蓄热器中。为了输出因此被存储的能量、尤其热，在（与吸热过程相反的）放热过程结束的情况下释放该能量。这样的热化学蓄能器例如可以包括硅胶，其中通过水从硅胶中的吸热解吸，热可以被存储并且通过水在硅胶中的放热吸附，热能被释放。

潜热蓄热器可以包括相变材料，在相变材料的情况下热在相变材料的温度恒定时可以被吸收并且尤其也可以引起相变。热在此情况下又可以在恒定温度下被输出，尤其在相变反转的情况下。

根据本发明的另一构思，蓄热器此外可以包括加热元件，该加热元件尤其被构成为电加热元件。因此可能的是，如果由热源产生的热不足以充分地提高蓄热器的热能，则将附加的热引入蓄热器中，以便尤其在机动车启动之前不久对电池组加热。

此外，本发明涉及一种用于运行之前所描述的电池组系统的方法。在此，为了提高蓄热器的热能，将第一开关元件以第一布置来布置并且将第二开关元件以第二布置来布置。由此，由热源产生的热可以被用于提高蓄热器的热能。此外，在此为了提高电池组的温度，将第一开关元件以第二布置来布置并且第二开关元件以第一布置来布置。由此，电池组的温度可以借助存储在蓄热器中的热能来提高。这两种可能性具有如下优点，两种所描述的导热中的仅仅一种可以进行并且因此效率得以提高。

有利的是，电池组系统被布置在机动车中并且在车辆运行期间将第一开关元件以第一布置来布置并且将第二开关元件以第二布置来布置。因此，蓄热器的热能可以被提高，而不将热输出给电池组。因为电池组在运行期间由于其内电阻在电流流动（Stromfluss）时产生热，所以可能不再期望借助蓄热器的加热。

此外有利的是，电池组系统被布置在机动车中并且在车辆运行之前和/或在车辆运行期间将第一开关元件以第二布置来布置并且将第二开关元件以第一布置来布置。由此可以借助存储在蓄热器中的热能对电池组加热，该电池组在车辆运行之前具有在最佳范围之下的温度。如果电池组系统在此也在车辆运行期间被布置为使得第一开关元件以第二布置来布置并且第二开关元件以第一布置来布置，则表述“在车辆运行期间”表示在车辆的启动与电池组的最佳运行温度的达到之间的时间间隔。

有利的是，使用之前所描述的具有带有固体电解质的电池组的电池组系统，使得优选地在60℃之上的温度下运行电池组，此外优选地在70℃之上的温度下并且尤其在80℃的温度下运行电池组。此外在此有利的是，优选地在100℃之下的温度下运行电池组，进一步优选地在90℃之下的温度下运行电池组并且尤其在80℃的温度下运行电池组。尤其在此此外有利的是，在60℃与100℃之间的温度下运行电池组，其中进一步优选地在70℃与90℃之间运行电池组并且尤其在80℃下运行电池组。

此外，本发明涉及一种运输工具、优选地机动车和尤其电动或混合动力车辆，其具有根据本发明的电池组系统或按照根据本发明的方法运行的电池组系统。

附图说明

本发明的实施例在附图中被示出并且在随后的描述中予以更详细地解释。

图1示意性地示出在第一状态中的根据本发明的电池组系统的一种实施方式的图示，以及

图2示意性地示出在第二状态中的根据本发明的电池组系统的一种实施方式的图示。

具体实施方式

图1以示意图示出在第一状态中的根据本发明的电池组系统1的一种实施方式，其中图2示出在第二状态中的相同的根据本发明的电池组系统1。

电池组系统1具有电池组2，该电池组尤其具有带有固体电解质的电池组电池。此外，电池组系统1具有蓄热器3。此外，电池组系统1具有热源4。图1中所示出的热源4尤其是功率电子设备、例如逆变器或AC/AC转换器的至少一个部件。

热源4被设立用于将热输出给蓄热器3。蓄热器3被设立用于从热源4吸收热，用于在提高热能的情况下存储所吸收的热并且用于将热输出给电池组2。蓄热器3在此尤其可以被构成为热化学蓄热器或潜热蓄热器。电池组2被设立用于从蓄热器3吸收热。

在电池组系统1的在图1中所示出的第一状态中，热可以从热源4被传递给蓄热器3并且因此提高该蓄热器的热能。

在电池组系统1的在图2中所示出的第二状态中，热可以从蓄热器3被传递给电池组2并且因此提高和/或维持电池组2的温度。

在热源4上导热地布置有第一传热器41，其中尤其可以将热从热源4传递给第一传热器41。

在蓄热器3上布置有第二传热器42，其中尤其可以将热从第二传热器42传递给蓄热器3。

第一传热器41和第二传热器42借助第一区段43和第二区段44导热地彼此连接。

在此优选地能够由调温流体从第一传热器41朝着第二传热器42的方向流经第一区段43。

在此优选地能够由调温流体从第二传热器42朝着第一传热器41的方向流经第二区段44。

此外，第一传热器41和第二传热器42也能够由调温流体流经，以便实现循环线路（Kreislaufführung）并且输出或吸收热。

第一传热器41、第二传热器42、第一区段43和第二区段44因此构成第一热循环45。

在蓄热器3上导热地布置有第一传热器21，其中尤其可以将热从蓄热器3传递给第一传热器21。

在电池组2上导热地布置有第二传热器22，其中尤其可以将热从第二传热器2传递给电池组2。

第一传热器21和第二传热器22借助第一区段23和第二区段24导热地彼此连接。

在此优选地能够由调温流体从第一传热器21朝着第二传热器22的方向流经第一区段23。

在此优选地能够由调温流体从第二传热器22朝着第一传热器21的方向流经第二区段24。

此外，第一传热器21和第二传热器22也能够由调温流体流经，以便实现循环线路并且输出或吸收热。

第一传热器21、第二传热器22、第一区段23和第二区段24因此构成第二热循环25。

该电池组系统1具有控制装置10。

控制装置10在此包括第一开关元件46和第二开关元件26。

图1示出第一开关元件46以第一布置的布置，在该第一布置中热源4与蓄热器3导热地连接。

此外，图1示出第二开关元件26以第二布置的布置，在该第二布置中蓄热器3与电池组2之间的导热是中断的。

图2示出第一开关元件46以第二布置的布置，在该第二布置中热源4与蓄热器3之间的导热是中断的。

此外，图2示出第二开关元件26以第一布置的布置，在该第一布置中蓄热器3与电池组2导热地连接。

在图1和图2中所示出的第一和第二开关元件46和26分别布置在为了阐明而被虚线绘出的框之内并且分别例如具有两个开关装置461和462或261和262。第一开关装置461和261分别布置在第一区段43或23中。第二开关装置462和262分别布置在第二区段44或24中。

在优选地以调温流体流经第一热循环45和第二热循环25的情况下，开关元件46、26的开关装置461、462、261、262例如可以被构成为阀并且因此在关闭状态中中断调温流体的流动并且因此也中断导热。在此，开关装置461和462或261和262分别同时打开或同时关闭，如从图1和图2中可以看出的。

第一开关元件46和第二开关元件26优选地以控制技术彼此连接，使得电池组系统1布置在图1中所示出的第一状态中或布置在图2中所示出的第二状态中。在此，控制技术的连接可以借助控制装置10如在图1和图2中所示出的那样构成。

在此，控制装置10此外可以与至少一个布置在电池组2上的温度传感器11连接。因此可能的是，控制装置10将电池组2的借助温度传感器11所测量的温度与额定温度比较并且如果电池组2的所测量的温度位于额定温度之下，则将电池组系统1布置在第二状态中并且如果达到额定温度，则将电池组系统1布置在第一状态中。

在根据图1的第一状态中，在此第一开关元件46以第一布置被布置并且第二开关元件26以第二布置被布置，使得构成包括热源4和蓄热器3的第一热循环45，以便提高蓄热器3的热能。

在根据图2的第二状态中，在此第一开关元件46以第二布置被布置并且第二开关元件26以第一布置被布置，使得构成包括蓄热器3和电池组2的第二热循环25，以便对电池组加热。

此外，图1和图2示出，第一热循环45和第二热循环25包括共同的输送装置5。输送装置5在此被布置，使得该输送装置不仅布置在第一热循环45之内而且布置在第二热循环25之内。优选地，输送装置5是泵。这尤其具有如下优点：因为电池组系统1布置在根据图1的第一状态中或布置在根据图2的第二状态中，泵5不仅可以通过第一热循环45和第二热循环45输送调温流体并且电池组系统1可以借助开关元件46和26来控制。控制在此情况下应理解为，是对电池组2加热还是提高蓄热器3的热能。

从图1和图2中此外可以看出，蓄热器3此外可以包括加热元件6，所述加热元件尤其被实施为电加热元件。如果输送给电池组2的热并不足够，加热元件6用于进一步提高蓄热器3的热能。为此，加热元件6可以与控制装置10连接。

此外，从图1和图2中可以看出，第一热循环45可以具有另外的开关装置463并且第二热循环25可以具有另外的开关装置263。

由此可能的是，将第一开关元件46布置在尤其在图2中所示出的第二状态中并且将第二开关元件26布置在尤其在图1中所示出的第二状态中并且通过将另外的开关装置463、263中的至少一个布置在可流经的状态中构成第三热循环，所述第三热循环尤其仅仅包括输送装置5和蓄热器3（和传热器21、42）以及第一区段43、23和第二区段44、24的区域。

这样的布置在如下情况下也可以是有利的：例如调温流体已经具有高的热能并且电池组不应再被加热，使得调温流体的现有的热能还可以被输出给蓄热器3，而不流经第一传热器41和/或第二传热器22，由此可以减少压力损耗并且可以利用现有的热。

此外，也可以借助将另外的开关装置之一463或263布置在可流经的状态中来构成对第一或第二热循环45或25的旁路，并且因此必要时加速热传递。

图1在此示出如下布置，在该布置中另外的开关装置463布置在可流经的状态中并且因此在第一热循环45之内构成旁路。

图2在此示出如下布置，在该布置中另外的开关装置263布置在可流经的状态中并且因此在第二热循环25之内构成旁路。

Claims (11)

1.一种电池组系统，尤其机动车的电池组系统，具有：

电池组（2），尤其具有固体电解质的电池组（2），

被实施用于存储热能并且用于输出热的蓄热器（3），以及

至少一个被构成用于输出热的热源（4），其中所述热源（4）被设立用于将热输出给所述蓄热器（3），以及

所述蓄热器（3）被设立用于从所述热源（4）吸收热并且用于将热输出给所述电池组（2），其特征在于，所述热源（4）是功率电子设备的至少一个部件。

2.根据权利要求1所述的电池组系统，其中

所述电池组系统（1）此外具有控制装置（10），

其特征在于，

所述控制装置（10）包括第一开关元件（46），所述第一开关元件被构成用于以第一布置将所述热源（4）与所述蓄热器（3）导热地连接并且以第二布置中断所述热源（4）与所述蓄热器（3）之间的导热，以及

所述控制装置（10）包括第二开关元件（26），所述第二开关元件被构成用于以第一布置将所述蓄热器（3）与所述电池组（2）导热地连接并且以第二布置中断所述蓄热器（3）与所述电池组（2）之间的导热。

3.根据权利要求2所述的电池组系统，其中

所述第一开关元件（46）和所述第二开关元件（26）彼此连接，尤其以控制技术彼此连接，使得在第一状态中在所述第一开关元件（46）以所述第一布置来布置并且所述第二开关元件（26）以所述第二布置来布置时构成包括所述热源（4）和所述蓄热器（3）的第一热循环（45），以及

在第二状态中在所述第一开关元件（46）以所述第二布置来布置并且所述第二开关元件（26）以所述第一布置来布置时构成包括所述蓄热器（3）和所述电池组（2）的第二热循环（25）。

4.根据权利要求3所述的电池组系统，其中

所述第一热循环（45）包括导热地布置在所述热源（4）上的第一传热器（41）和导热地布置在所述蓄热器（3）上的第二传热器（42），所述第一传热器和所述第二传热器借助第一区段（43）和第二区段（44）导热地彼此连接，和/或

所述第二热循环（25）包括导热地布置在所述蓄热器（3）上的第一传热器（21）和导热地布置在所述电池组（2）上的第二传热器（22），所述第一传热器和所述第二传热器借助第一区段（23）和第二区段（24）导热地彼此连接，

其特征在于，所述第一热循环（45）和所述第二热循环（25）分别被构成为流体循环并且包括共同的输送装置（5），所述输送装置尤其被构成为泵。

5.根据上述权利要求中任一项所述的电池组系统，

其特征在于，

所述蓄热器（3）是热化学蓄热器或潜热蓄热器，其中所述蓄热器（3）尤其包括硅胶或相变材料。

6.根据上述权利要求中任一项所述的电池组系统，

其特征在于，

所述蓄热器（3）此外包括加热元件（6），尤其包括电加热元件。

7.一种用于运行根据权利要求1至6中任一项所述的电池组系统的方法，

其特征在于，

为了提高所述蓄热器（3）的热能，将所述第一开关元件（46）以所述第一布置来布置并且将所述第二开关元件（26）以所述第二布置来布置，以及为了提高所述电池组（2）的温度，将所述第一开关元件（46）以所述第二布置来布置并且将所述第二开关元件（26）以所述第一布置来布置。

8.根据权利要求7所述的方法，其中

将所述电池组系统（1）布置在机动车中，

其特征在于，在所述车辆运行期间将所述第一开关元件（46）以所述第一布置来布置并且将所述第二开关元件（26）以所述第二布置来布置。

9.根据权利要求7至8中任一项所述的方法，其中

将所述电池组系统（1）布置在机动车中，

其特征在于，

在所述车辆运行之前和/或在所述车辆运行期间将所述第一开关元件（46）以所述第二布置来布置并且将所述第二开关元件以所述第一布置（26）来布置。

10.根据权利要求1至6中任一项所述的电池组系统和/或根据权利要求7至9中任一项所述的方法的应用，其特征在于，优选地在60℃之上的温度下运行所述电池组（2），此外优选地在70℃之上的温度下，并且尤其在80℃下运行所述电池组（2），其中优选地在100℃之下的温度下运行所述电池组（2），此外优选地在90℃之下的温度下运行所述电池组（2）。

11.一种机动车，具有根据权利要求1至6中任一项所述的电池组系统或根据权利要求7至10中任一项运行的电池组系统。