DE102012202328A1 - Energiespeicheranordnung und Verfahren zum Betreiben einer Energiespeicheranordnung - Google Patents

Energiespeicheranordnung und Verfahren zum Betreiben einer Energiespeicheranordnung Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Energiespeicheranordnung mit: einer Trägereinrichtung, welche zur Aufnahme eines elektrischen Energiespeichers ausgelegt ist; einer Gehäuseeinrichtung, in deren Innenraum die Trägereinrichtung angeordnet ist, wobei die Gehäuseeinrichtung eine wärmeleitende Verbindung mit der Trägereinrichtung aufweist; und einer schaltbaren Trenneinrichtung, welche zum Trennen und Verbinden der wärmeleitenden Verbindung ausgelegt ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Energiespeicheranordnung und ein Verfahren zum Betreiben einer Energiespeicheranordnung.
  • Stand der Technik
  • Die DE 10 2009 047 695 A1 beschreibt ein wärmeisolierendes Gehäusesystem mit einem Gehäuse, das einen Innenraum eingerichtet zur Aufnahme eines Hochleistungsakkumulators aufweist. Das Gehäuse umfasst eine Doppelwand, in der ein Zwischenraum vorgesehen ist, wobei ein Zwischenraum über mindestens einen inneren Wandabschnitt der Doppelwand mit dem Innenraum wärmeleitend verbunden ist. Der Zwischenraum ist über mindestens einen äußeren Wandabschnitt der Doppelwand mit der Umgebung des Gehäuses verbunden und ist bis auf einen Fluidanschluss vollständig abgeschlossen.
  • Das Gehäusesystem umfasst ferner eine mit dem Fluidanschluss verbundene Flüssigkeitspumpe und einen Flüssigkeitstank mit Flüssigkeit. Die Flüssigkeitspumpe ist eingerichtet, den Füllstand der Flüssigkeit in dem Zwischenraum zwischen den Wandabschnitten der Doppelwand zu steuern. Ein Wärmeübertrag von dem Hochleistungsakkumulator über den inneren Wandabschnitt und über einen an eine Umgebung des Gehäuses angrenzenden äußeren Wandabschnitt der Doppelwand an die Umgebung wird durch Ändern eines Füllstands einer Flüssigkeit in dem Zwischenraum gesteuert, die sich zwischen dem inneren und dem äußeren Wandabschnitt erstreckt.
  • Die FR 2 869 722 A1 beschreibt ein Batteriefach mit einem hohlen und wasserdichten Gehäuse mit einem isolierenden Material, wie beispielsweise Polymerschaum. Das Gehäuse weist ein Einlassventil, ein Auslassventil und Platten zur Verteilung der in dem Gehäuse entstehenden Wärmeenergie auf. Eine an dem Batteriefach angebrachte Vakuumpumpe erzeugt einen Unterdruck in dem Gehäuse. Das Einlassventil, das Auslassventil und die Vakuumpumpe werden derart gesteuert und/oder reguliert, so dass eine Einstellung des Unterdrucks in dem Gehäuse für eine bestimmte Verteilung der Wärmeenergie ermöglicht wird.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die Erfindung schafft eine Energiespeicheranordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren zum Betreiben einer Energiespeicheranordnung gemäß dem Patentanspruch 11.
  • Die vorliegende Erfindung schafft eine Energiespeicheranordnung mit: einer Trägereinrichtung, welche zur Aufnahme eines elektrischen Energiespeichers ausgelegt ist; einer Gehäuseeinrichtung, in deren Innenraum die Trägereinrichtung angeordnet ist, wobei die Gehäuseeinrichtung eine wärmeleitende Verbindung mit der Trägereinrichtung aufweist; und einer schaltbaren Trenneinrichtung, welche zum Trennen und Verbinden der wärmeleitenden Verbindung ausgelegt ist.
  • Die Erfindung betrifft ferner gemäß einem weiteren Aspekt ein Verfahren zum Betreiben einer Energiespeicheranordnung mit den Verfahrensschritten: Bereitstellen einer Trägereinrichtung, einer trennbar mit der Trägereinrichtung über eine wärmeleitende Verbindung verbundenen Gehäuseeinrichtung und einer schaltbaren Trenneinrichtung zum Trennen und Verbinden der wärmeleitenden Verbindung; und Trennen oder Verbinden der wärmeleitenden Verbindung durch die schaltbaren Trenneinrichtung.
  • Vorteile der Erfindung
  • Die Idee der Erfindung liegt in einer steuerbaren und schaltbaren Beabstandung der Komponenten der Energiespeicheranordnung durch einen oder mehrere mechanische, hydraulische, elektrische, elektromagnetische oder pneumatische Aktoren. Dadurch wird die Wärmeabfuhr der Komponenten der Energiespeicheranordnung durch einen änderbaren Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten beeinflusst.
  • Der Vorteil der Erfindung liegt in einer schaltbaren und steuerbaren thermischen Isolation durch Gas und/oder Vakuum. Eine optimale Entwärmung kann durch einen thermisch gut leitenden, relativen großflächigen Kontakt der Komponenten erreicht werden. Die abgeführte oder zugeführte Wärmemengen der Komponenten der Energiespeicheranordnung sind einstellbar. Das erfindungsgemäße Verfahren kann dabei zur passiven sowie zur aktiven Batterie-Temperierung verwendet werden.
  • Bei extrem tiefen, für den elektrischen Energiespeicher schädlichen Außentemperaturen ist der elektrische Energiespeicher zur Umgebung hin optimal thermisch isoliert.
  • In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des jeweiligen Gegenstands der Erfindung.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist die schaltbare Trenneinrichtung durch eine Steuereinrichtung in Abhängigkeit mindestens eines durch eine Sensoreinrichtung erfassten Temperaturwertes steuerbar.
  • Gemäß einer weiteren, bevorzugten Weiterbildung ist die schaltbare Trenneinrichtung durch eine Steuereinrichtung in Abhängigkeit von in einer Speichereinrichtung der Steuereinrichtung abgespeicherten Kriterien steuerbar.
  • Gemäß einer weiteren, bevorzugten Weiterbildung ist die schaltbaren Trenneinrichtung als eine mechanische und/oder eine hydraulische und/oder eine pneumatische und/oder eine elektrische und/oder eine elektromagnetische Aktuoatorikeinrichtung ausgebildet.
  • Gemäß einer weiteren, bevorzugten Weiterbildung ist das Trennen der wärmeleitenden Verbindung durch ein Ausbilden einer Beabstandung vorgesehen.
  • Gemäß einer weiteren, bevorzugten Weiterbildung ist eine Länge der Beabstandung durch eine Steuereinrichtung steuerbar.
  • Gemäß einer weiteren, bevorzugten Weiterbildung weist der elektrische Energiespeicher mindestens eine elektrische Energiespeicherzelle auf.
  • Gemäß einer weiteren, bevorzugten Weiterbildung ist der Innenraum der Gehäuseeinrichtung mit einem Gas befüllbar oder weist ein Vakuum auf.
  • Gemäß einer weiteren, bevorzugten Weiterbildung ist die wärmeleitende Verbindung durch zwei thermisch leitende und sich gegenseitig flächig berührende Bereiche der Gehäuseeinrichtung und der Trägereinrichtung ausgebildet.
  • Gemäß einer weiteren, bevorzugten Weiterbildung weist die Energiespeicheranordnung Mittel zum Einstellen einer Temperatur der Trägereinrichtung auf.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Die beiliegenden Zeichnungen sollen ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen der Erfindung vermitteln. Sie veranschaulichen Ausführungsformen und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung.
  • Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt.
  • Es zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung einer Energiespeicheranordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
  • 2 eine schematische Darstellung einer Energiespeicheranordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung; und
  • 3 eine schematische Darstellung eines Flussdiagramms eines Verfahrens gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
  • Ausführliche Beschreibung der Erfindung
  • In den Figuren der Zeichnung bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.
  • Die 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Energiespeicheranordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
  • Eine Energiespeicheranordnung umfasst beispielsweise zwei Trägereinrichtungen 10, eine Gehäuseeinrichtung 20 und eine schaltbare Trenneinrichtung 30. Die Anzahl der in der Gehäuseeinrichtung 20 angeordneten Trägereinrichtungen 10 und/oder schaltbaren Trenneinrichtungen 30 ist dabei beliebig. Ebenso kann eine Energiespeicheranordnung eine beliebige Anzahl von Gehäuseeinrichtungen 20 aufweisen.
  • Die Trägereinrichtung 10 ist zur Aufnahme eines elektrischen Energiespeichers ausgelegt. Der elektrische Energiespeicher umfasst beispielsweise eine oder mehrere elektrische Energiespeicherzellen 5.
  • Die Gehäuseeinrichtung 20 weist einen Innenraum 24 auf, welcher zur Aufnahme der Trägereinrichtung 10 vorgesehen ist. Der Innenraum 24 ist beispielsweise mit einem Gas befüllbar. Ferner kann in dem Innenraum 24 ein Vakuum ausgebildet werden.
  • Beispielsweise sind die Gehäuseeinrichtung 20 und die Trägereinrichtung 10 über zwei thermisch leitende und sich gegenseitig flächig berührende Bereiche der Gehäuseeinrichtung 20 und der Trägereinrichtung 10, welche als wärmeleitende Verbindung 12, 22 ausgebildet sind, miteinander verbunden.
  • Die schaltbare Trenneinrichtung 30 ist zum Trennen und Verbinden der wärmeleitenden Verbindung 12, 22 ausgelegt. Die schaltbare Trenneinrichtung 30 ist beispielsweise als ein induktiv arbeitender Elektromotor, als ein Bimetall-Aktor, als ein Hydraulik- oder Pneumatik-Aktor, als ein elektrochemischer Aktor, als ein elektromechanischer Aktor, oder als ein piezoelektrischer Aktor oder als eine sonstige Aktuatorikeinrichtung ausgeführt. In der 1 umfasst die schaltbare Trenneinrichtung 30 dabei 4 Aktoren.
  • Die schaltbare Trenneinrichtung wird beispielsweise durch eine mit der schaltbaren Trenneinrichtung 30 verbundenen Steuereinrichtung 40 in Abhängigkeit mindestens eines durch eine Sensoreinrichtung 50 erfassten Temperaturwertes gesteuert.
  • Die Steuereinrichtung 40 umfasst eine Speichereinrichtung 41, eine Schnittstelleneinrichtung 42 und eine Prozessoreinheit 43. Die Schnittstelleneinrichtung 42 ist dabei beispielsweise als eine Hardwareschnittstellen zur Kommunikation der Steuereinrichtung 40 mit der schaltbaren Trenneinrichtung 30 und/oder der Sensoreinrichtung 50 ausgelegt. Beispielsweise ist die Steuereinrichtung 40 als eine speicherprogrammierbare Steuerung ausgebildet.
  • Beispielsweise erfolgt das Trennen und Verbinden der wärmeleitenden Verbindung 12, 22 durch die Steuereinrichtung 40 in Abhängigkeit von in der Speichereinrichtung 41 der Steuereinrichtung 40 abgespeicherten Kriterien.
  • Beispielsweise ist als Kriterium vorgesehen, nach einem Abstellen eines die Energiespeicheranordnung aufweisenden Kraftfahrzeuges die wärmeleitenden Verbindung 12, 22 zu trennen.
  • Ferner kann als Kriterium eine vom Fahrer eingestellte thermische Isolation des elektrischen Energiespeichers verwendet werden.
  • Die in der 1 gezeigte wärmeleitende Verbindung 12, 22 ist dabei in einem verbunden Zustand. Zwischen der Gehäuseeinrichtung 20 und der Trägereinrichtung 10 ist ein wärmeleitender Kontakt vorhanden.
  • Die 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Energiespeicheranordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
  • Die in der 2 dargestellte Energiespeicheranordnung entspricht in ihrem Aufbau der Energiespeicheranordnung der 1. Abweichend von der 1 ist jedoch die gezeigte wärmeleitende Verbindung 12, 22 in der 2 in einem getrennten Zustand. Zwischen der Gehäuseeinrichtung 20 und der Trägereinrichtung 10 ist kein wärmeleitender Kontakt vorhanden. Durch die schaltbare Trenneinrichtung 30 ist die wärmeleitende Verbindung 12, 22 durch ein Ausbilden einer Beabstandung 25 mit einer Länge L unterbrochen.
  • Die weiteren in der 2 dargestellten Bezugszeichen sind bereits in der zu der 1 zugehörigen Figurenbeschreibung erläutert und werden daher nicht weiter beschrieben.
  • Die 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Flussdiagramms eines Verfahrens gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
  • Das Verfahren zum Betreiben einer Energiespeicheranordnung umfasst die folgenden Verfahrensschritte.
  • In einem ersten Verfahrensschritt erfolgt ein Bereitstellen S1 einer Trägereinrichtung 10, einer trennbar mit der Trägereinrichtung 10 über eine wärmeleitende Verbindung 12, 22 verbundenen Gehäuseeinrichtung 20 und einer schaltbaren Trenneinrichtung 30 zum Trennen und Verbinden der wärmeleitenden Verbindung 12, 22.
  • In einem zweiten Verfahrensschritt erfolgt ein Trennen S2 oder Verbinden der wärmeleitenden Verbindung 12, 22 durch die schaltbaren Trenneinrichtung 30.
  • Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausfüh-rungsbeispiele vorstehend beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar. Insbesondere lässt sich die Erfindung in mannigfaltiger Weise verändern oder modifizieren, ohne vom Kern der Erfindung abzuweichen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102009047695 A1 [0002]
    • FR 2869722 A1 [0004]

Claims (11)

  1. Energiespeicheranordnung mit: – einer Trägereinrichtung (10), welche zur Aufnahme eines elektrischen Energiespeichers ausgelegt ist; – einer Gehäuseeinrichtung (20), in deren Innenraum (24) die Trägereinrichtung (10) angeordnet ist, wobei die Gehäuseeinrichtung (20) eine wärmeleitende Verbindung (12, 22) mit der Trägereinrichtung (10) aufweist; und – einer schaltbaren Trenneinrichtung (30), welche zum Trennen und Verbinden der wärmeleitenden Verbindung (12, 22) ausgelegt ist.
  2. Energiespeicheranordnung nach Anspruch 1, wobei die schaltbare Trenneinrichtung (30) durch eine Steuereinrichtung (40) in Abhängigkeit mindestens eines durch eine Sensoreinrichtung (50) erfassten Temperaturwertes steuerbar ist.
  3. Energiespeicheranordnung nach einem der Ansprüche 1 und 2, wobei die schaltbare Trenneinrichtung (30) durch eine Steuereinrichtung (40) in Abhängigkeit von in einer Speichereinrichtung (41) der Steuereinrichtung (40) abgespeicherten Kriterien steuerbar ist.
  4. Energiespeicheranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die schaltbaren Trenneinrichtung (30) als eine mechanische und/oder eine hydraulische und/oder eine pneumatische und und/oder eine elektrische und/oder eine elektromagnetische Aktuoatorikeinrichtung ausgebildet ist.
  5. Energiespeicheranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Trennen der wärmeleitenden Verbindung (12, 22) durch ein Ausbilden einer Beabstandung (25) vorgesehen ist.
  6. Energiespeicheranordnung nach Anspruch 5, wobei eine Länge (L) der Beabstandung (25) durch eine Steuereinrichtung (40) steuerbar ist.
  7. Energiespeicheranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der elektrische Energiespeicher mindestens eine elektrische Energiespeicherzelle (5) aufweist.
  8. Energiespeicheranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Innenraum (24) der Gehäuseeinrichtung (20) mit einem Gas befüllbar ist oder ein Vakuum aufweist.
  9. Energiespeicheranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die wärmeleitende Verbindung (12, 22) durch zwei thermisch leitende und sich gegenseitig flächig berührende Bereiche der Gehäuseeinrichtung (20) und der Trägereinrichtung (10) ausgebildet ist.
  10. Energiespeicheranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Energiespeicheranordnung Mittel zum Einstellen einer Temperatur der Trägereinrichtung (10) aufweist.
  11. Verfahren zum Betreiben einer Energiespeicheranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 mit den Verfahrensschritten: – Bereitstellen (S1) einer Trägereinrichtung (10), einer trennbar mit der Trägereinrichtung (10) über eine wärmeleitende Verbindung (12, 22) verbundenen Gehäuseeinrichtung (20) und einer schaltbaren Trenneinrichtung (30) zum Trennen und Verbinden der wärmeleitenden Verbindung (12, 22); und – Trennen (S2) oder Verbinden der wärmeleitenden Verbindung (12, 22) durch die schaltbaren Trenneinrichtung (30).
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