DE102011002729A1 - Energy storage device - Google Patents

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Abstract

Energiespeicheranordnung, umfassend wenigstens eine elektrische Energiespeichereinheit mit wenigstens zwei Elektroden, und einem zwischen den Elektroden angeordneten Elektrolyten, wobei sie wenigstens eine mit der wenigstens einen Energiespeichereinheit (2, 2') oder Teilen davon wechselwirkende Induktionsheizvorrichtung (11) umfasst, wobei die wenigstens eine Energiespeichereinheit (2, 2') oder Teile davon über die wenigstens eine Induktionsheizvorrichtung (11) erwärmbar ist.Energy storage arrangement, comprising at least one electrical energy storage unit with at least two electrodes, and an electrolyte arranged between the electrodes, wherein it comprises at least one induction heating device (11) interacting with the at least one energy storage unit (2, 2 ') or parts thereof, the at least one energy storage unit (2, 2 ') or parts thereof can be heated via the at least one induction heating device (11).

Description

Die Erfindung betrifft eine Energiespeicheranordnung, umfassend wenigstens eine elektrische Energiespeichereinheit mit wenigstens zwei Elektroden, und einem zwischen den Elektroden angeordneten Elektrolyten.The invention relates to an energy storage arrangement, comprising at least one electrical energy storage unit with at least two electrodes, and an electrolyte arranged between the electrodes.

Energiespeicheranordnungen sind an und für sich bekannt und finden in einer Vielzahl an technischen Gebieten zur Speicherung von, insbesondere elektrischer, Energie Verwendung. Energiespeicheranordnungen umfassen regelmäßig wenigstens eine Energiespeichereinheit mit einem zwischen zwei Elektroden angeordneten Elektroyten.Energy storage arrangements are known per se and find use in a large number of technical fields for the storage of, in particular electrical, energy. Energy storage arrangements regularly comprise at least one energy storage unit with an electrode arranged between two electrodes.

Ein Beispiel für eine Energiespeichereinheit sieht die Verwendung einer metallischen Elektrode in Verbindung mit einer Luftelektrode sowie einen zum Beispiel auf Zirkoniumoxid basierenden Feststoffelektrolyten vor. Derartige Elektrolyte benötigen typischerweise Betriebstemperaturen oberhalb 600°C, um über eine ausreichende Sauerstoffionenleitfähigkeit zu verfügen. Hieraus ergibt sich, dass zur Inbetriebnahme der Energiespeichereinheit diese zunächst auf eine entsprechende Betriebstemperatur temperiert werden muss, was regelmäßig zu Schwierigkeiten führt.An example of an energy storage unit involves the use of a metallic electrode in conjunction with an air electrode and a zirconia-based solid electrolyte, for example. Such electrolytes typically require operating temperatures above 600 ° C to have sufficient oxygen ion conductivity. It follows that the commissioning of the energy storage unit must first be tempered to a corresponding operating temperature, which regularly leads to difficulties.

Beispielsweise ist die Erzeugung der erforderlichen Betriebstemperatur durch ohmsche Aufheizung, indem direkt eine elektrische Spannung an die der Energiespeichereinheit zugehörigen Elektroden angelegt wird, nicht möglich, da diese bei der vor Betrieb der Energiespeichereinheit herrschenden Temperatur keine ausreichende elektrische Leitfähigkeit aufweisen.For example, the generation of the required operating temperature by ohmic heating, by directly applying an electrical voltage to the energy storage unit associated electrodes, not possible because they do not have sufficient electrical conductivity in the prevailing before operation of the energy storage unit temperature.

Im Falle einer Energiespeichereinheit mit einer Luftelektrode wurde vorgeschlagen, eine externe Beheizung über das Erwärmen des Prozessgases zu realisieren. Dabei muss jedoch berücksichtigt werden, dass insbesondere keramische Elektrolyte durch thermisch induzierte mechanische Spannungen beschädigt werden können, was gleichermaßen die Energiespeichereinheit irreparabel schädigen kann. Das Aufheizen über einen temperierten Gasstrom würde jedoch gerade zu einem Temperaturgradienten über die einzelnen, einer Energiespeicheranordnung zugehörigen Energiespeichereinheiten führen und unweigerlich die genannten mechanischen Spannungen induzieren.In the case of an energy storage unit with an air electrode has been proposed to realize an external heating via the heating of the process gas. However, it must be taken into account that, in particular, ceramic electrolytes can be damaged by thermally induced mechanical stresses, which likewise can damage the energy storage unit irreparably. However, heating via a temperature-controlled gas flow would lead to a temperature gradient across the individual energy storage units associated with an energy storage device and inevitably induce the mechanical stresses mentioned.

Das Problem der Ausbildung thermisch bedingter mechanischer Spannungen lässt sich zwar teilweise durch geringe Heizraten lösen, jedoch verzögert sich derart die Inbetriebnahme der Energiespeicheranordnung zeitlich zu lange. Ferner ist trotz der thermischen Isolierung gängiger Energiespeichereinheiten mit hohen Energie- bzw. Wärmeverlusten zu rechnen.Although the problem of the formation of thermally induced mechanical stresses can be partially solved by low heating rates, but so delayed the commissioning of the energy storage device for too long. Furthermore, despite the thermal insulation of common energy storage units with high energy and heat losses can be expected.

Der Erfindung liegt demnach das Problem zugrunde, eine, insbesondere hinsichtlich ihrer Inbetriebnahme, verbesserte Energiespeicheranordnung anzugeben.The invention is therefore based on the problem of specifying a, in particular with regard to their commissioning, improved energy storage arrangement.

Das Problem wird erfindungsgemäß durch eine Energiespeicheranordnung der eingangs genannten Art gelöst, welche sich dadurch auszeichnet, dass sie wenigstens eine mit der wenigstens einen Energiespeichereinheit oder Teilen davon wechselwirkende Induktionsheizvorrichtung umfasst, wobei die wenigstens eine Energiespeichereinheit oder Teile davon über die wenigstens eine Induktionsheizvorrichtung erwärmbar ist.The problem is solved according to the invention by an energy storage arrangement of the type mentioned, which is characterized in that it comprises at least one interacting with the at least one energy storage unit or parts of induction heating, wherein the at least one energy storage unit or parts thereof via the at least one induction heating is heated.

Die vorliegende Erfindung schlägt eine neuartige Energiespeicheranordnung vor, die sich zur zum Betrieb der dieser zugehörigen Energiespeichereinheit(en) erforderlichen Temperierung des Prinzips der magnetischen Induktion bedient. Es handelt sich sonach um eine Beheizung der Energiespeichereinheit(en) oder Teilen dieser über eine durch die Induktionsheizvorrichtung gebildete Induktionsheizung, das heißt, die Erwärmung der Energiespeichereinheit(en) oder Teilen davon erfolgt im Wesentlichen über induzierte Wirbelströme und/oder Ummagnetisierungseffekte. Derart ist es möglich, die Energiespeichereinheit(en) oder Teile davon schnell, gleichmäßig und insbesondere unter Vermeidung der Ausbildung von regelmäßig zu Schäden an der Energiespeichereinheit oder Teilen dieser führenden thermischen Gradienten auf eine gewünschte vorgegebene oder vorgebbare Temperatur zu erwärmen. Entsprechend wird die Frequenz des von der Induktionsheizvorrichtung ausgebildeten magnetischen Induktionsfeldes über eine dieser zugehörigen Steuereinrichtung auf das zu erwärmende Material im Hinblick auf eine effiziente Erwärmung und ohne die Ausbildung von Temperaturgradienten individuell abgestimmt.The present invention proposes a novel energy storage arrangement which makes use of the temperature control of the principle of magnetic induction required for the operation of the associated energy storage unit (s). It is therefore a heating of the energy storage unit (s) or parts thereof via an induction heater formed by the induction heater, that is, the heating of the energy storage unit (s) or parts thereof is carried out essentially via induced eddy currents and / or Ummagnetisierungseffekte. It is thus possible to heat the energy storage unit (s) or parts thereof quickly, evenly and in particular while avoiding the formation of regular damage to the energy storage unit or parts of these leading thermal gradients to a desired predetermined or predeterminable temperature. Accordingly, the frequency of the magnetic induction field formed by the induction heater is individually tuned to the material to be heated via an associated control device for efficient heating and without the formation of temperature gradients.

Bevorzugt wechselwirkt die Induktionsheizvorrichtung zur Erwärmung der wenigstens einen Elektrode mit wenigstens einer Elektrode der Energiespeichereinheit. Insofern sind die Elektroden als wesentliche Bestandteile einer Energiespeichereinheit schnell und gleichmäßig auf eine insbesondere in Abhängigkeit des jeweiligen Elektrodenmaterials erforderliche Betriebstemperatur erwärmbar.The induction heating device preferably interacts to heat the at least one electrode with at least one electrode of the energy storage unit. In this respect, the electrodes can be heated quickly and uniformly as an essential component of an energy storage unit to an operating temperature required in particular as a function of the respective electrode material.

Folglich bestehen die Elektroden bzw. wenigstens eine Elektrode vorteilhaft aus einem metallischen und/oder einem ferromagnetischen und/oder einem ferrimagnetischen Material. Diese Materialien sind für Induktionseffekte besonders sensibel, weshalb diese über die Induktionsheizvorrichtung einfach und schnell, insbesondere auf ihre jeweilige Betriebstemperatur, aufgrund der genannten Wirbelstrom- bzw. Ummagnetisierungseffekte erwärmbar sind.Consequently, the electrodes or at least one electrode advantageously consist of a metallic and / or a ferromagnetic and / or a ferrimagnetic material. These materials are particularly sensitive to induction effects, which is why they are easy and fast on the induction heating, in particular their respective Operating temperature, can be heated due to said eddy current or Ummagnetisierungseffekte.

Entscheidend ist dabei die jeweilige Curie-Temperatur der eingesetzten Materialien. Die Curie-Temperatur kennzeichnet den Phasenübergang eines ferromagnetischen bzw. ferrimagnetischen Materials in seine paramagnetische Hochtemperaturform. Oberhalb der materialspezifischen Curie-Temperatur tritt keine spontane bzw. gerichtete Magnetisierung des Materials auf, unterhalb der Curie-Temperatur besitzt das Material magnetische Eigenschaften, mithin zeigt es auch ohne äußeres Magnetfeld eine spontane Magnetisierung.Decisive here is the respective Curie temperature of the materials used. The Curie temperature indicates the phase transition of a ferromagnetic or ferrimagnetic material into its paramagnetic high temperature form. Above the material-specific Curie temperature no spontaneous or directed magnetization of the material occurs, below the Curie temperature, the material has magnetic properties, thus it shows a spontaneous magnetization even without external magnetic field.

Die Erwärmung der Energiespeichereinheit bzw. insbesondere des Elektrodenmaterials basiert bis zu einer der jeweiligen Curie-Temperatur entsprechenden Temperatur auf den genannten Wirbelstrom- bzw. Ummagnetisierungseffekten. Auch oberhalb der Curie-Temperatur kann eine Erwärmung des Materials allein basierend auf der Erzeugung von Wirbelströmen realisiert werden, sofern die Leistung der Induktionsheizvorrichtung entsprechend erhöht wird.The heating of the energy storage unit or, in particular, of the electrode material is based on the said eddy-current or remagnetization effects up to a temperature corresponding to the respective Curie temperature. Also, above the Curie temperature, heating of the material alone based on the generation of eddy currents can be realized, as long as the power of the induction heater is increased accordingly.

Grundsätzlich sollte die Curie-Temperatur der eingesetzten Materialien nicht unterhalb einer kritischen Temperatur der Energiespeichereinheit(en) bzw. der Energiespeicheranordnung liegen, sodass die für den Betrieb erforderliche Betriebstemperatur durch die von außen über die Elektroden zugeführte elektrische. Leistung mindestens gehalten werden kann.In principle, the Curie temperature of the materials used should not be below a critical temperature of the energy storage unit (s) or the energy storage arrangement, so that the operating temperature required for the operation by the externally supplied via the electrodes electrical. Performance can be kept at least.

Selbstverständlich ist es im Rahmen der Erfindung auch denkbar, keine ferromagnetischen bzw. ferrimagnetischen Materialien zu verwenden. Zwar lässt sich in nicht ferromagnetischen bzw. nicht ferrimagnetischen Materialien keine durch Ummagnetisierungseffekte bedingte induktive Erwärmung erzielen, jedoch lassen sich auch in diesen Materialien induktiv Wirbelströme erzeugen, welche eine Erwärmung der Materialien herbeiführen.Of course, it is also conceivable within the scope of the invention to use no ferromagnetic or ferrimagnetic materials. Although it is not possible in indeterminate or non-ferrimagnetic materials to achieve inductive heating due to magnetic reversal effects, eddy currents which induce heating of the materials can also be inductively produced in these materials.

Besonders bevorzugt besteht die Elektrode aus Eisen oder einer Eisenlegierung. Die Curie-Temperatur von Eisen liegt in etwa bei 768°C, weshalb sich die Elektroden bei einer Temperierung der Energiespeichereinheit oder Teilen davon oberhalb 768°C paramagnetisch verhalten und bei gleicher Leistung der Induktionsheizvorrichtung in ihrer Leistungsaufnahme abfallen, das heißt, keine weitere Temperaturerhöhung erfahren. Mithin liegt ein selbstregulierendes System vor, welches sich durch den Verlust der ferromagnetischen Eigenschaften oberhalb der Curie-Temperatur nicht oder kaum weiter erwärmt. Vorteilhaft liegt der Arbeitsbereich der Energiespeichereinheit ebenso in diesem Temperaturbereich, sodass bei gegebener Leistungsaufnahme durch die Induktionsheizvorrichtung ein Temperaturbereich oberhalb der jeweiligen Curie-Temperatur der eingesetzten Materialien nicht wesentlich überschritten wird. Das gleiche Prinzip gilt selbstverständlich auch bezüglich anderer als eisenbasierender ferromagnetischer Materialien.Particularly preferably, the electrode consists of iron or an iron alloy. The Curie temperature of iron is approximately at 768 ° C, which is why the electrodes behave paramagnetically at a temperature of the energy storage unit or parts thereof above 768 ° C and drop at the same power of the induction heater in their power consumption, that is, experienced no further increase in temperature , Consequently, there is a self-regulating system which does not or hardly continues to heat up due to the loss of the ferromagnetic properties above the Curie temperature. Advantageously, the operating range of the energy storage unit is also in this temperature range, so that for a given power consumption by the induction heating a temperature range above the respective Curie temperature of the materials used is not significantly exceeded. Of course, the same principle applies to other than iron-based ferromagnetic materials.

Der der Energiespeichereinheit zugehörige Elektrolyt ist zweckmäßig ein Festkörperelektrolyt. Festkörperelektrolyte sind im Allgemeinen hochtemperaturbeständig und für entsprechend hohe Betriebstemperaturen, insbesondere oberhalb 600°C, ausgelegt. Als besonders zweckmäßig hat sich ein Festkörperelektrolyt aus, insbesondere Yttrium oder Scandium stabilisiertem, Zirkoniumoxid erwiesen. Selbstverständlich sind grundsätzlich auch andersartige, insbesondere als dünne keramische Membranen ausgebildete, Elektrolyte denkbar.The electrolyte associated with the energy storage unit is expediently a solid electrolyte. Solid electrolytes are generally resistant to high temperatures and designed for correspondingly high operating temperatures, in particular above 600 ° C. A solid electrolyte of, in particular yttrium or scandium stabilized, zirconium oxide has proven particularly expedient. Of course, in principle, other types, in particular designed as a thin ceramic membranes, electrolytes are conceivable.

In Weiterbildung der Erfindung umfasst die wenigstens eine Energiespeichereinheit wenigstens einen mit einer der Induktionsheizvorrichtung zugeordneten Steuereinrichtung kommunizierenden Temperatursensor zur Überwachung der Temperatur der Energiespeichereinheit oder Teilen davon. Der Temperatursensor ermittelt kontinuierlich oder intermittierend Temperaturinformationen über die Temperatur der Energiespeichereinheit bzw. der dieser zugehörigen Bestandteile und sendet diese als Information an die Steuereinrichtung der Induktionsheizvorrichtung, sodass diese in Abhängigkeit der aktuellen Temperatur der Energiespeichereinheit regelbar ist bzw. geregelt wird. Mithin sind mögliche Probleme einer Unter- oder Übertemperierung der Energiespeichereinheit(en) im Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht gegeben.In a further development of the invention, the at least one energy storage unit comprises at least one temperature sensor communicating with a control device associated with the induction heating device for monitoring the temperature of the energy storage unit or parts thereof. The temperature sensor determines continuously or intermittently temperature information about the temperature of the energy storage unit or the associated components and sends it as information to the control device of the induction heating, so that it is controlled or regulated depending on the current temperature of the energy storage unit. Thus, possible problems of under- or over-temperature control of the energy storage unit (s) are not given in the context of the present invention.

Zweckmäßig umfasst die Induktionsheizvorrichtung wenigstens eine Induktionsheizspule, welche benachbart zur Energiespeichereinheit oder Teilen davon anordbar oder angeordnet ist. Durch eine möglichst nahe Anordnung der der Induktionsheizvorrichtung zugehörigen Induktionsheizspulen ist eine besonders schnelle bzw. effiziente Erwärmung der Energiespeichereinheit(en) respektive ein kompakter Aufbau der Energiespeicheranordnung möglich.The induction heating device expediently comprises at least one induction heating coil which can be arranged or arranged adjacent to the energy storage unit or parts thereof. By arranging the induction heating coils associated with the induction heating device as closely as possible, particularly rapid or efficient heating of the energy storage unit (s) or a compact construction of the energy storage arrangement is possible.

Die Induktionsheizvorrichtung kann außerhalb oder innerhalb der wenigstens einen Energiespeichereinheit angeordnet sein. Eine Anordnung innerhalb einer Energiespeichereinheit, mithin eine Integration der Induktionsheizvorrichtung in eine Energiespeichereinheit, ermöglicht einen sowohl in konstruktiver als auch funktioneller Hinsicht kompakten Aufbau einer Energiespeichereinheit und so der Energiespeicheranordnung insgesamt. Dahingegen erlaubt eine Anordnung einer Induktionsheizvorrichtung außerhalb einer Energiespeichereinheit einen modularen Aufbau, das heißt die Induktionsheizvorrichtung kann modulartig einer Energiespeichereinheit zugeordnet und wieder von dieser entfernt werden. Selbstverständlich können Induktionsheizvorrichtungen auch außerhalb und innerhalb einer Energiespeichereinheit vorgesehen sein.The induction heating device can be arranged outside or inside the at least one energy storage unit. An arrangement within an energy storage unit, thus an integration of the induction heating in an energy storage unit, allows a structurally as well as functionally compact structure of an energy storage unit and so the energy storage device as a whole. On the other hand, an arrangement of an induction heating device outside of an energy storage unit allows a modular construction, that is, the induction heating device can be modularly associated with and removed from an energy storage unit become. Of course, induction heating devices can also be provided outside and inside an energy storage unit.

In dem Fall, in dem die Induktionsheizvorrichtung außerhalb der wenigstens einen Energiespeichereinheit angeordnet ist, ist es insofern besonders zweckmäßig, wenn die Induktionsheizvorrichtung lösbar mit der oder einer Energiespeichereinheit verbindbar oder verbunden ist. Selbstverständlich sind dabei sowohl seitens der Induktionsheizvorrichtung als auch seitens der Energiespeichereinheit(en) entsprechende Befestigungsabschnitte vorgesehen, die eine hinreichend stabile, jedoch lösbare Anordnung der Induktionsheizvorrichtung an der jeweiligen Energiespeichereinheit sicherstellen.In the case in which the induction heating device is arranged outside the at least one energy storage unit, it is particularly expedient in that the induction heating device is detachably connected or connected to the or an energy storage unit. Of course, both on the part of the induction heater and on the part of the energy storage unit (s) corresponding attachment portions are provided which ensure a sufficiently stable, but detachable arrangement of the induction heater to the respective energy storage unit.

Grundsätzlich ist es im Falle einer mehrere Energiespeichereinheiten umfassenden Energiespeicheranordnung denkbar, dass entweder jeder Energiespeichereinheit eine eigene Induktionsheizvorrichtung oder eine Induktionsheizvorrichtung den jeweiligen Energiespeichereinheiten wechselweise zuordbar oder zugeordnet ist. Im Rahmen der Erfindung ist es folglich nicht zwingend erforderlich, dass jede Energiespeichereinheit über eine eigene Induktionsheizvorrichtung verfügt. Vielmehr kann eine Induktionsheizvorrichtung auch der wechselweisen bzw. zeitlich gestaffelten Beheizung mehrerer Energiespeichereinheiten dienen.In principle, in the case of an energy storage arrangement comprising a plurality of energy storage units, it is conceivable that either each energy storage unit has its own induction heating device or an induction heating device can be assigned or assigned to the respective energy storage units alternately. In the context of the invention, it is therefore not absolutely necessary for each energy storage unit to have its own induction heating device. Rather, an induction heating device can also serve the alternating or time-staggered heating of a plurality of energy storage units.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den folgenden Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigt:Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following embodiments and from the drawings. Showing:

1 eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Energiespeicheranordnung einer ersten Ausführungsform; und 1 a schematic diagram of an energy storage device according to the invention of a first embodiment; and

2 eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Energiespeicheanordnung einer zweiten Ausführungsform. 2 a schematic diagram of an energy storage device according to the invention a second embodiment.

1 zeigt eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Energiespeicheranordnung 1 einer ersten Ausführungsform. Die Energiespeicheranordnung 1 umfasst eine Energiespeichereinheit 2 mit einem Gehäuseteil 3, welches eine elektrochemische Stelle bestehend aus den in oder an einem Elektrolyten 4 angeordneten Elektroden 5, 6 beinhaltet, sowie thermische Isolationsteile 7 zur thermischen Isolierung der Energiespeichereinheit 2. Der Elektrolyt 4 kann beispielsweise als die Elektroden 5, 6 voneinander trennende, dünne keramische Membran ausgebildet sein. Dabei ist es denkbar, dass der Elektrolyt 4 mit Katalysatoren (nicht gezeigt) bzw. Gasdiffusionsräumen (nicht gezeigt) versehen ist. Die Anordnung von zwei Elektroden, d. h. beispielsweise der Elektroden 5, 6 und einem Elektrolyten, d. h. beispielsweise dem Elektrolyten 4 ergibt eine elektrochemische Zelle. Mehrere solcher elektrochemischer Zellen können getrennt von metallischen Platten, d. h. sogenannten Interkonnektoren, übereinander gestapelt werden, wodurch sich ein sogenannter Stack gebildet wird, wobei eine Energiespeichereinheit 2 mehrere solcher Stacks umfassen kann. Da es sich in den Figuren um reine Prinzipdarstellungen handelt, sind weitere in dem Gehäuseteil 3 angeordnete, zum Betrieb der Energiespeichereinheit 2 erforderliche Komponenten aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt. 1 shows a schematic diagram of an energy storage device according to the invention 1 a first embodiment. The energy storage arrangement 1 includes an energy storage unit 2 with a housing part 3 which is an electrochemical site consisting of the in or on an electrolyte 4 arranged electrodes 5 . 6 includes, as well as thermal insulation parts 7 for the thermal insulation of the energy storage unit 2 , The electrolyte 4 For example, as the electrodes 5 . 6 be separated from each other, formed thin ceramic membrane. It is conceivable that the electrolyte 4 with catalysts (not shown) or gas diffusion spaces (not shown) is provided. The arrangement of two electrodes, ie for example the electrodes 5 . 6 and an electrolyte, ie, for example, the electrolyte 4 gives an electrochemical cell. Several such electrochemical cells can be stacked separately from metallic plates, ie so-called interconnectors, whereby a so-called stack is formed, wherein an energy storage unit 2 may include several such stacks. Since the figures are purely schematic representations, more are in the housing part 3 arranged to operate the energy storage unit 2 required components are not shown for reasons of clarity.

An dem Gehäuseteil 3 sind ferner Zu- und Ableitungen 8, 9 für die Zu- bzw. Ableitung von für den Betrieb der Energiespeichereinheit 2 erforderlicher bzw. im Betrieb der Energiespeichereinheit 2 entstehender Reaktionsgase ausgebildet. Ferner sind elektrische Zu- bzw. Ableitungen 10 vorgesehen.On the housing part 3 are also inlets and outlets 8th . 9 for the supply or discharge of for the operation of the energy storage unit 2 required or during operation of the energy storage unit 2 formed reaction gases formed. Furthermore, electrical supply and discharge lines 10 intended.

Die in 1 gezeigte Konfiguration der Energiespeichereinheit 2 sieht eine metallische, insbesondere ferromagnetische Elektrode 5 aus Eisen als Energiespeichermaterial und eine dieser gegenüberliegend angeordnete Elektrode 6 in Form einer Luftelektrode bzw. Gasdiffusionselektrode vor. Bei dem Elektrolyten 4 handelt es sich um einen Festkörperelektrolyten aus mit Yttrium oder Scandium stabilisiertem Zirkoniumoxid. Die Energiespeichereinheit 2 hat beispielsweise eine Betriebstemperatur von ca. 700°C.In the 1 shown configuration of the energy storage unit 2 sees a metallic, in particular ferromagnetic electrode 5 made of iron as an energy storage material and one of these oppositely disposed electrode 6 in the form of an air electrode or gas diffusion electrode. With the electrolyte 4 it is a solid electrolyte of yttrium or scandium stabilized zirconia. The energy storage unit 2 For example, has an operating temperature of about 700 ° C.

Die Energiespeicheranordnung 1 umfasst zusätzlich eine innerhalb der Energiespeichereinheit 2 angeordnete, mit der wenigstens einen Energiespeichereinheit 2 oder Teilen davon wechselwirkende Induktionsheizvorrichtung 11, bestehend aus zwei in Gehäusen 12 aufgenommenen Induktionsheizspulen 13, welche benachbart zu dem Gehäuseteil 3 angeordnet sind. Entsprechend ist die Energiespeichereinheit 2 oder Teile davon über die wenigstens eine Induktionsheizvorrichtung 11 erwärmbar, das heißt, die Energiespeichereinheit 2 wird insbesondere bei Inbetriebnahme sowie im Betrieb der Energiespeicheranordnung 1 per Induktion geheizt, das heißt sämtliche ferromagnetischen, ferrimagnetischen bzw. metallischen Komponenten der Energiespeichereinheit wie insbesondere die Elektrode 5 sowie gegebenenfalls ein metallisches Gehäuseteil 3 werden durch Ummagnetisierungseffekte und/oder erzeugte Wirbelströme erwärmt.The energy storage arrangement 1 additionally includes one within the energy storage unit 2 arranged, with the at least one energy storage unit 2 or parts thereof, interactive induction heater 11 , consisting of two in housings 12 absorbed induction heating coils 13 which is adjacent to the housing part 3 are arranged. Accordingly, the energy storage unit 2 or parts thereof via the at least one induction heating device 11 heatable, that is, the energy storage unit 2 is particularly at startup and during operation of the energy storage device 1 heated by induction, that is all ferromagnetic, ferrimagnetic or metallic components of the energy storage unit, in particular the electrode 5 and optionally a metallic housing part 3 are heated by Ummagnetisierungseffekte and / or generated eddy currents.

Im vorliegenden Fall wechselwirkt die Induktionsheizvorrichtung 11 im Wesentlichen mit der aus Eisen bestehenden Elektrode 5. Derart wird eine schnelle, effiziente und gleichmäßige Erwärmung der Energiespeichereinheit 2 ermöglicht. Insbesondere werden die aus dem Stand der Technik bekannten, durch Temperaturgradienten beim Aufheizen bedingten mechanischen Spannungen sowie thermische Verluste minimiert. Grundsätzlich sind jedoch auch Komponenten der Energiespeichereinheit 2 aus nicht ferromagnetischen bzw. nicht ferrimagnetischen Materialien über induktive Effekte erwärmbar, wobei die Erwärmung dieser allein auf der Erzeugung von Wirbelströmen basiert.In the present case, the induction heater interacts 11 essentially with the iron electrode 5 , Thus, a fast, efficient and uniform heating of the energy storage unit 2 allows. In particular, the known from the prior art, caused by temperature gradients during heating mechanical stresses and thermal losses are minimized. Basically, however, are components of the energy storage unit 2 from non-ferromagnetic or non-ferrimagnetic materials heated by inductive effects, the heating of which is based solely on the generation of eddy currents.

Die erfindungsgemäße Energiespeicheranordnung 1 erlaubt durch die Verwendung der aus Eisen gebildeten Elektrode 5 sowie des aus mit Yttrium oder Scandium stabilisiertem, auf Zirkoniumoxid basierenden Elektrolyten 4 ein in thermischer Hinsicht selbstregulierendes System, da die durch die Erzeugung von Wirbelstrom- bzw. Ummagnetisierungseffekten bedingte Erwärmung insbesondere des Elektronenmaterials der Elektrode 5 oberhalb der Curie-Temperatur von Eisen, das heißt oberhalb von ca. 768°C nachlässt, und sich die Elektrode 5 respektive die Energiespeichereinheit 2 somit durch den Verlust der ferromagnetischen Eigenschaften des Eisens nicht weiter aufheizt, sofern keine zusätzliche Leistungsaufnahme über die Steuereinrichtung 14 der Induktionsheizvorrichtung 11 vorgegeben wird.The energy storage device according to the invention 1 allowed by the use of the electrode formed of iron 5 and yttrium or scandium-stabilized zirconia-based electrolyte 4 a thermally self-regulating system, as caused by the generation of Wirbelstrom- or Ummagnetisierungseffekten heating in particular of the electron material of the electrode 5 Above the Curie temperature of iron, that is above about 768 ° C decreases, and the electrode 5 respectively the energy storage unit 2 thus does not further heat up by the loss of the ferromagnetic properties of the iron, provided no additional power consumption via the control device 14 the induction heater 11 is given.

Zur Überwachung der Temperatur der Energiespeichereinheit 2 oder Teilen davon umfasst die Energiespeichereinheit 2 zudem eine Anzahl an mit der der Induktionsheizvorrichtung 11 zugeordneten Steuereinrichtung 14 kommunizierenden Temperatursensoren 15, wobei die Steuereinrichtung 14 den Erwärmungsbetrieb in Abhängigkeit der Temperaturerfassung durch die Temperatursensoren 15 steuert.To monitor the temperature of the energy storage unit 2 or parts thereof includes the energy storage unit 2 also a number of with the induction heater 11 associated control device 14 communicating temperature sensors 15 , wherein the control device 14 the heating operation in dependence on the temperature detection by the temperature sensors 15 controls.

2 zeigt eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Energiespeicheranordnung 1 einer zweiten Ausführungsform. Ersichtlich weist die Energiespeicheranordnung 1 zwei separate Energiespeichereinheiten 2, 2' auf, welche im Wesentlichen der in 1 gezeigten Energiespeichereinheit 2 entsprechen. Der Unterschied zu der in 1 gezeigten Ausführungsform besteht darin, dass die in 2 gezeigten Energiespeichereinheiten 2, 2' nicht über eigene Induktionsheizvorrichtungen 11 verfügen. Die Induktionsheizvorrichtung 11 ist vielmehr den Energiespeichereinheiten 2, 2' zuordbar, das heißt zum einen außerhalb dieser angeordnet und lösbar mit diesen verbindbar bzw. betreffend die Energiespeichereinheit 2 verbunden. Derart ist ein modularer Aufbau möglich, sodass nicht für jede der Energiespeicheranordnung 1 zugehörige Energiespeichereinheit 2, 2' eine eigene Induktionsheizvorrichtung 11, insbesondere im Rahmen der Inbetriebnahme der Energiespeicheranordnung 1 verfügbar sein muss. Wie durch die strichlinierte Darstellung der Induktionsheizvorrichtung 11 in 2 rechts gezeigt, kann die Induktionsheizvorrichtung 11 auch mit der Energiespeichereinheit 2' verbunden werden, sodass diese oder Teile dieser entsprechend induktiv erwärmbar sind. 2 shows a schematic diagram of an energy storage device according to the invention 1 a second embodiment. As can be seen, the energy storage arrangement 1 two separate energy storage units 2 . 2 ' on which essentially the in 1 shown energy storage unit 2 correspond. The difference to the in 1 shown embodiment is that in 2 shown energy storage units 2 . 2 ' not on their own induction heaters 11 feature. The induction heater 11 is rather the energy storage units 2 . 2 ' assignable, that is, on the one hand arranged outside this and detachably connected to these or concerning the energy storage unit 2 connected. Such a modular design is possible, so not for each of the energy storage device 1 associated energy storage unit 2 . 2 ' a separate induction heater 11 , in particular in the context of the commissioning of the energy storage device 1 must be available. As by the dashed line of the induction heater 11 in 2 shown on the right, can the induction heater 11 also with the energy storage unit 2 ' be connected so that these or parts of these are correspondingly heated inductively.

Das Prinzip lässt sich selbstverständlich auf Energiespeicheranordnungen mit mehr als zwei Energiespeichereinheiten übertragen.Of course, the principle can be transferred to energy storage arrangements with more than two energy storage units.

Claims (11)

Energiespeicheranordnung, umfassend wenigstens eine elektrische Energiespeichereinheit mit wenigstens zwei Elektroden, und einem zwischen den Elektroden angeordneten Elektrolyten, dadurch gekennzeichnet, dass sie wenigstens eine mit der wenigstens einen Energiespeichereinheit (2, 2') oder Teilen davon wechselwirkende Induktionsheizvorrichtung (11) umfasst, wobei die wenigstens eine Energiespeichereinheit (2, 2') oder Teile davon über die wenigstens eine Induktionsheizvorrichtung (11) erwärmbar ist.Energy storage arrangement, comprising at least one electrical energy storage unit with at least two electrodes, and an electrolyte arranged between the electrodes, characterized in that it comprises at least one with the at least one energy storage unit ( 2 . 2 ' ) or parts thereof, an induction heating device ( 11 ), wherein the at least one energy storage unit ( 2 . 2 ' ) or parts thereof via the at least one induction heating device ( 11 ) is heated. Energiespeicheranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktionsheizvorrichtung (11) mit wenigstens einer Elektrode (5, 6) der Energiespeichereinheit (2, 2') zur Erwärmung der wenigstens einen Elektrode (5, 6) wechselwirkt.Energy storage arrangement according to claim 1, characterized in that the induction heating device ( 11 ) with at least one electrode ( 5 . 6 ) of the energy storage unit ( 2 . 2 ' ) for heating the at least one electrode ( 5 . 6 ) interacts. Energiespeicheranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Elektrode (5) aus einem metallischen und/oder einem ferromagnetischen und/oder ferrimagnetischen Material besteht.Energy storage arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that at least one electrode ( 5 ) consists of a metallic and / or a ferromagnetic and / or ferrimagnetic material. Energiespeicheranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode (5) aus Eisen oder einer Eisenlegierung besteht.Energy storage arrangement according to claim 3, characterized in that the electrode ( 5 ) consists of iron or an iron alloy. Energiespeicheranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolyt (4) ein Festkörperelektrolyt ist.Energy storage arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the electrolyte ( 4 ) is a solid electrolyte. Energiespeicheranordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Festkörperelektrolyt aus, insbesondere mit Yttrium oder Scandium stabilisiertem, Zirkoniumoxid besteht.Energy storage arrangement according to claim 5, characterized in that the solid electrolyte consists of zirconium oxide stabilized in particular with yttrium or scandium. Energiespeicheranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Energiespeichereinheit (2, 2') wenigstens einen mit einer der Induktionsheizvorrichtung (11) zugeordneten Steuereinrichtung (14) kommunizierenden Temperatursensor (15) zur Überwachung der Temperatur der Energiespeichereinheit (2, 2') oder Teilen davon umfasst.Energy storage arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one energy storage unit ( 2 . 2 ' ) at least one with one of the induction heating device ( 11 ) associated control device ( 14 ) communicating temperature sensor ( 15 ) for monitoring the temperature of the energy storage unit ( 2 . 2 ' ) or parts thereof. Energiespeicheranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktionsheizvorrichtung (11) wenigstens eine Induktionsheizspule (13) umfasst, welche benachbart zur Energiespeichereinheit (2, 2') oder Teilen davon anordbar oder angeordnet ist. Energy storage arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the induction heating device ( 11 ) at least one induction heating coil ( 13 ), which are adjacent to the energy storage unit ( 2 . 2 ' ) or parts thereof can be arranged or arranged. Energiespeicheranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktionsheizvorrichtung (11) außerhalb und/oder innerhalb der oder wenigstens einer Energiespeichereinheit (2, 2') angeordnet ist.Energy storage arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the induction heating device ( 11 ) outside and / or inside the or at least one energy storage unit ( 2 . 2 ' ) is arranged. Energiespeicheranordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktionsheizvorrichtung (11) außerhalb der wenigstens einen Energiespeichereinheit (2, 2') angeordnet und lösbar mit dieser verbindbar oder verbunden ist.Energy storage arrangement according to claim 9, characterized in that the induction heating device ( 11 ) outside the at least one energy storage unit ( 2 . 2 ' ) is arranged and detachably connected or connected with this. Energiespeicheranordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass sie mehrere Energiespeichereinheiten (2, 2') umfasst, wobei entweder jeder Energiespeichereinheit (2) eine eigene Induktionsheizvorrichtung (12) oder den jeweiligen Energiespeichereinheiten (2, 2') eine Induktionsheizvorrichtung (11) wechselweise zuordbar oder zugeordnet ist.Energy storage arrangement according to claim 10, characterized in that it comprises a plurality of energy storage units ( 2 . 2 ' ), either each energy storage unit ( 2 ) own induction heating device ( 12 ) or the respective energy storage units ( 2 . 2 ' ) an induction heating device ( 11 ) is alternately assignable or assigned.
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