DE102015106382A1

DE102015106382A1 - Batterietemperierungsvorrichtung sowie deren Verwendung, Batteriesystem und Fahrzeug mit einem solchen, sowie Verfahren zum Heizen und/oder Kühlen einer Batterie

Info

Publication number: DE102015106382A1
Application number: DE102015106382.4A
Authority: DE
Inventors: Holger Dittus; Marc Philipp Linder; Mila Dieterich
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2015-04-24
Filing date: 2015-04-24
Publication date: 2016-10-27

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Batterietemperierungsvorrichtung, insbesondere für eine wiederaufladbare Batterie (1), bevorzugt eine Traktionsbatterie eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs, mit einer thermochemischen Wärmespeichereinrichtung (6) und wenigstens einem Wärmeübertragungselement (11), das mit der thermochemischen Wärmespeichereinrichtung (6) in wärmeleitendem Kontakt steht, wobei das Wärmeübertragungselement (11) wenigstens ein Schaltelement aufweist, mittels dem ein Wärmefluss entlang des Wärmeübertragungselementes (11) unterbrochen werden kann, und wobei das Wärmeübertragungselement (11) derart ausgebildet ist, dass es mit einer zu heizenden und/oder zu kühlenden Batterie (1) in wärmeleitenden Kontakt gebracht werden kann. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Batteriesystem und ein Fahrzeug mit einem solchen sowie ein Verfahren zum Heizen und/oder Kühlen einer Batterie (1).

Description

Die Erfindung betrifft eine Batterietemperierungsvorrichtung, insbesondere für eine wiederaufladbare Batterie, bevorzugt eine Traktionsbatterie eines Elektro- oder Hybridfahrzeuges sowie die Verwendung einer Batterietemperierungsvorrichtung zum Heizen und/oder Kühlen einer Batterie. Ferner bezieht sich die Erfindung auf ein Batteriesystem und ein Fahrzeug mit einem solchen sowie ein Verfahren zum Heizen und/oder Kühlen einer Batterie.
Es ist bekannt, dass Batterien ein temperaturabhängiges Verhalten zeigen. Bei zu niedrigen Temperaturen besteht die Problematik, dass der nutzbare Energieinhalt der Batterien erhebliche Einbußen erfährt. Ein Betrieb bei zu niedrigen Außentemperaturen kann ferner zu einer verkürzten Lebensdauer der Batterien führen. Bei zu hohen Temperaturen kann es zu Überhitzungen kommen, wodurch der Betrieb ebenfalls gestört und sogar Defekte auftreten können. Um eine möglichst hohe Leistungsfähigkeit und eine möglichst lange Lebensdauer von Batterien zu erzielen, werden diese idealerweise innerhalb eines vorgegebenen Temperaturfensters betrieben. Eine optimale Betriebstemperatur liegt beispielsweise im Bereich von 20 bis 30°C.
Vor allem bei Traktionsbatterien, die für den Antrieb von Elektro- und Hybridfahrzeugen zum Einsatz kommen, stellt sich das Problem, dass die Batterien den über das Jahr schwankenden Umgebungstemperaturen ausgesetzt sind.
Um einen optimalen Betrieb zu gewährleisten, sollten die Batterien daher temperiert, also bei zu geringen Umgebungstemperatur geheizt und bei zu hohen Umgebungstemperaturen gekühlt werden. Für die Regulierung der Temperatur derartiger Batterien sind Batterietemperierungsvorrichtungen entwickelt worden, mit denen diese vergleichsweise schnell auf die für den Betrieb ideale Temperatur gebracht werden können.
Aus der DE 10 2012 210 146 A1 beispielsweise geht eine Batterietemperierungsvorrichtung hervor, die ein elektrisches Heizelement, einen Temperatursensor, eine Spannungsversorgung und ein Schaltelement umfasst, welches die Spannungsquelle mit dem Heizelement verbindet bzw. davon trennt. Wird über den Temperatursensor der Batterietemperierungsvorrichtung registriert, dass die Batterie eine Temperatur aufweist, die unterhalb eines vorgegebenen Wertes liegt, wird das elektrische Heizelement, bei dem es sich um einen PTC-Widerstand handelt, mit der Spannungsquelle verbunden, um die Batterie zu erwärmen. Als Spannungsquelle für das elektrische Heizelement kommt die zu heizende Traktionsbatterie selber oder aber eine zusätzliche Batterie zum Einsatz.
An der bekannten Batterietemperierungsvorrichtung wird teilweise als nachteilig erachtet, dass die Traktionsbatterie zusätzlich zu der elektrischen Leistung, die sie zur Verfügung stellen soll, um ein Elektro- bzw. Hybridfahrzeug anzutreiben, auch noch die elektrische Leistung für das Heizelement bereitstellen muss. Dies führt u.a. dazu, dass der Alterungsprozess der Batterie weiter beschleunigt wird. Kommt eine zusätzliche Batterie für die Versorgung des Heizelementes zum Einsatz, fallen zusätzliche Kosten und ein zusätzliches Gewicht an und es besteht dann auch für die zusätzliche Batterie das Problem eines Betriebes bei einer zu niedrigen Temperatur.
Was die Kühlung von Traktionsbatterien angeht, so kann diese beispielsweise unter Verwendung von Kühlluft, Kühlmitteln oder Kältemitteln erzielt werden. Kommen Kühlluft oder Kühlmittel zum Einsatz, kann es bei hohen Umgebungstemperaturen trotzdem zu einer Überhitzung der Batterie kommen. Dieser Problematik wird in der Regel mit einer Leistungsreduktion der Batterie begegnet.
Eine Kühlung der Batterien mit Hilfe eines Kältemittelkreislaufes kann eine Überhitzung zuverlässiger vorbeugen, ist jedoch wiederum mit einem zusätzlichen Bedarf an elektrischer Energie verbunden. Ist eine Batterie zu kühlen, die als Traktionsbatterie in einem Elektro- oder Hybridfahrzeug zum Einsatz kommt, wird hierdurch die Reichweite des Fahrzeuges reduziert.
Ausgehend von dem vorstehend genannten Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Batterietemperierungsvorrichtung anzugeben, mittels derer eine Batterie zuverlässig auf eine für den Betrieb geeignete Temperatur gebracht werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Batterietemperierungsvorrichtung, insbesondere für eine wiederaufladbare Batterie, bevorzugt eine Traktionsbatterie eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs, mit einer thermochemischen Wärmespeichereinrichtung und wenigstens einem Wärmeübertragungselement, das mit der thermochemischen Wärmespeichereinrichtung in wärmeleitendem Kontakt steht, wobei das Wärmeübertragungselement wenigstens ein Schaltelement aufweist, mittels dem ein Wärmefluss entlang des Wärmeübertragungselementes unterbrochen werden kann, und wobei das Wärmeübertragungselement derart ausgebildet ist, dass es mit einer zu heizenden und/oder zu kühlenden Batterie in wärmeleitenden Kontakt gebracht werden kann.
Grundgedanke der vorliegenden Erfindung ist es also, eine thermochemische Wärmespeichereinrichtung für die Temperaturregulierung, also die Heizung und/oder Kühlung einer Batterie, insbesondere einer wiederaufladbaren Batterie, bevorzugt einer Traktionsbatterie eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs zu verwenden.
In der erfindungsgemäß zum Einsatz kommenden thermochemischen Wärmespeichereinrichtung kann Wärme und/oder Kälte über vergleichsweise lange Zeiträume, insbesondere auch mehrere Wochen nahezu verlustfrei gespeichert und in einem Bedarfsfall, beispielsweise während eines Kaltstarts eines Elektro- oder Hybridfahrzeuges, auf besonders einfache Weise sowie zügig und mit hoher Leistung bereitgestellt werden.
Eine Wärmequelle für die Anhebung der Batterietemperatur und/oder eine Wärmesenke für die Reduzierung der Batterietemperatur kann mittels der thermochemischen Wärmespeichereinrichtung erhalten werden, indem eine Reaktion in Gang gesetzt wird. Hierzu muss von der zu heizenden und/oder zu kühlenden Batterie keine oder zumindest keine nennenswerte zusätzliche elektrische Leistung bereitgestellt werden. Insbesondere ist es nicht erforderlich, für die Aufrechterhaltung der Reaktion kontinuierlich Energie zuzuführen. Die elektrische Last der Batterie bei niedrigen Außentemperaturen, wenn eine Heizung erforderlich ist, kann im Ergebnis gegenüber dem Stand der Technik erheblich reduziert werden, wodurch insbesondere die Lebensdauer der Batterie verlängert wird.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann als thermochemische Wärmespeichereinrichtung prinzipiell jede Anordnung zum Einsatz kommen, die es ermöglicht, Wärme über thermochemische Prozesse zu speichern und wieder freizusetzen, insbesondere durch endotherme und exotherme Reaktionen. Hierfür weist die thermochemische Wärmespeichereinrichtung beispielsweise wenigstens ein insbesondere festes Speichermedium und wenigstens ein insbesondere fluides Reaktionsmedium auf, das aus dem Speichermedium unter Zufuhr von Wärmeenergie freigesetzt und von dem Speichermedium unter Erwärmung aufgenommen wird. Ein Beispiel für eine thermochemische Wärmespeichereinrichtung, die bei der erfindungsgemäßen Batterietemperierungsvorrichtung zum Einsatz kommen kann, ist ein Sorptionsspeicher.
Die thermochemische Wärmespeichereinrichtung kann erfindungsgemäß insbesondere als Wärmequelle zum besonders zügigen und effizienten Vorheizen einer Batterie und/oder Heizen während eines Kaltstartes zum Einsatz kommen. Darüber hinaus kann die thermochemische Wärmespeichereinrichtung zusätzliche Kühlkapazität für die Temperierung einer Batterie bereitstellen, was insbesondere bei Lastspitzen und daraus folgenden Temperaturanstiegen von Batterien von großem Nutzen ist.
In vorteilhafter Ausgestaltung ist die thermochemische Wärmespeichereinrichtung schaltbar ausgebildet. Es sind dann Mittel vorgesehen, um eine Reaktion in der thermochemischen Wärmespeichereinrichtung in Gang zu setzen und die Reaktion wieder zu unterbrechen.
Der Austausch von Wärmeenergie zwischen der thermochemischen Wärmespeichereinrichtung und einer zu heizenden und/oder zu kühlenden Batterie wird erfindungsgemäß durch wenigstens ein Wärmeübertragungselement ermöglicht, welches in wärmeleitendem Kontakt mit der thermochemischen Wärmespeichereinrichtung steht. Das wenigstens eine Wärmeübertragungselement ist, um die thermische Kopplung der thermochemischen Wärmespeichereinrichtung mit der Batterie zu ermöglichen derart ausgebildet, dass es mit dieser in wärmeleitenden Kontakt gebracht werden kann.
Die thermische Kopplung zwischen der thermochemischen Wärmespeichereinrichtung und der zu temperierenden Batterie kann über ein einziges Wärmeübertragungselement erfolgen. Alternativ kann auch eine Mehrzahl von parallel geschalteten Wärmeübertragungselementen vorgesehen sein, die mit der thermochemischen Wärmespeichereinrichtung in wärmeleitendem Kontakt stehen und derart ausgebildet sind, dass sie mit einer zu heizenden und/oder zu kühlenden Batterie in wärmeleitenden Kontakt gebracht werden können.
Für den Betrieb einer Batterie steht das Wärmeübertragungselement bzw. die Mehrzahl parallel geschalteter Wärmeübertragungselemente in wärmeleitendem Kontakt mit der zu heizenden und/oder zu kühlenden Batterie. Dabei können das oder die Wärmeübertragungselemente unmittelbar in körperlichen Kontakt mit der Batterie stehen, diese beispielsweise außenseitig berühren oder einen integralen Bestandteil der Batterie bilden, wobei sie sich insbesondere durch die Batterie hindurch erstrecken können. Auch kann es vorgesehen sein, dass das oder die Wärmeübertragungselement(e) nicht in unmittelbarem körperlichen Kontakt mit der Batterie steht bzw. stehen, sondern über eine weitere, gut wärmeleitende Komponente oder beispielsweise eine Wärmeleitpaste mit der Batterie in thermischem Kontakt stehen.
Die erfindungsgemäße Batterietemperierungsvorrichtung kann einerseits im Rahmen der Fertigung neuer Systeme von Anfang an mit verbaut werden, beispielweise im Rahmen der Herstellung eines Elektro- oder Hybridfahrzeuges zusammen mit der Batterie montiert werden. Alternativ kann die erfindungsgemäße Batterietemperierungsvorrichtung auch bei bestehenden Systemen, z.B. bei bereits im Betrieb befindlichen Elektro- oder Hybridfahrzeugen nachgerüstet werden, indem sie derart nachträglich installiert wird, dass das Wärmeübertragungselement bzw. die Wärmeübertragungselemente mit der Batterie des Fahrzeugs in wärmeleitenden Kontakt kommen.
Das bzw. die Wärmeübertragungselement(e) können beispielsweise rohr- oder leitungsförmig sein. Es kann sich bei diesen erfindungsgemäß insbesondere um Wärmerohre (englisch: heat pipes) handeln.
Wärmerohre sind bekannte Wärmeübertragungselemente hoher Effektivität. Sie umfassen in der Regel einen hermetisch abgeschlossenen, rohrförmigen Behälter, in dem kapillare Strukturen angeordnet sind. In dem Behälter ist ein Fluid vorgesehen, welches unter Wärmezufuhr in einem Endbereich des Wärmerohres aus den kapillaren Strukturen verdampft. Der Dampf strömt durch das Wärmerohr zu dem kälteren Endbereich, kondensiert unter Abgabe von Verdampfungswärme und führt dort zu einer Temperaturerhöhung. Durch Kapillarkräfte wird das verflüssigte Fluid wieder zu dem Bereich der Wärmezufuhr zurückgeleitet. Infolge der Kombination von Verdampfung und Kondensation des Fluids und dem damit verbundenen großen Wärmeübertragungskoeffizienten sowie des vergleichsweise schnellen Rücktransportes stellen Wärmerohre besonders effiziente Wärmeübertragungselemente dar.
Die Verwendung von einem oder mehreren Wärmerohr(en) als Wärmeübertragungselemente ermöglicht eine besonders geringe Wärmekapazität der Wärmeübertragung und somit, dass ein Großteil der in der thermochemischen Wärmespeichereinrichtung gespeicherten Kapazität für die Aufheizung der Batterie zur Verfügung steht. Dies ist vor allem im Falle der Vorheizung einer Batterie besonders vorteilhaft.
In dem Wärmeübertragungselement beziehungsweise der Mehrzahl von Wärmeübertragungselementen ist ferner erfindungsgemäß wenigstens ein Schaltelement vorgesehen, über welches die Wärmeleitfähigkeit entlang des Wärmeübertragungselementes unterbrochen werden kann. Dies ermöglicht es, dass die thermische Kopplung zwischen der thermochemischen Wärmespeichereinrichtung und einer zu heizenden und/oder zu kühlenden Batterie erfindungsgemäß nach Bedarf hergestellt und unterbrochen werden kann.
Der erfindungsgemäße Einsatz eines bzw. mehrerer schaltbarer Wärmeübertragungselemente ermöglicht es dabei einerseits, dass die Wärmemenge, welche der Batterie zugeführt bzw. von der Batterie abgeführt wird, sehr genau eingestellt werden kann. Hat die Batterie eine gewünschte Temperatur erreicht, was beispielsweise mittels eines Temperatursensors erfasst werden kann, so kann die thermische Kopplung zwischen der thermochemischen Wärmespeichereinrichtung und der Batterie auf einfache Weise einfach aufgehoben werden, indem das Schaltelement betätigt und so ein Wärmefluss entlang des Wärmeübertragungselementes unterbrochen wird. Ein Wärmeaustausch zwischen der thermochemischen Wärmespeichereinrichtung und der Batterie ist dann nicht mehr oder allenfalls in zu vernachlässigbarem Maße möglich.
Darüber hinaus ermöglicht es die Schaltbarkeit des bzw. der Wärmeübertragungselemente(s), dass die thermochemische Wärmespeichereinrichtung wieder aufgeladen werden kann, ohne dass die für den Beladungszustand eingespeiste Wärme- und/oder Kältemenge der Batterie zugeführt wird. Hierfür werden die thermochemischen Wärmespeichereinrichtung und die Batterie während des Ladevorgangs durch Betätigung des bzw. der Schaltelemente(s) voneinander entkoppelt. Ein Aufladen der thermochemischen Wärmespeichereinrichtung kann somit zu allen Zeiten, insbesondere auch dann erfolgen, wenn die Batterie nicht weiter erwärmt oder abgekühlt werden soll oder darf.
Kommen Wärmerohre als Wärmeübertragungselemente zum Einsatz, kann die Schaltbarkeit beispielsweise konstruktiv über wenigstens ein Ventil realisiert werden. Das als Schaltelement dienende Ventil ist dann zweckmäßiger Weise zwischen der Wärmequelle bzw. Wärmesenke und der zu heizenden bzw. zu kühlenden Batterie in dem Wärmerohr angeordnet. Bei geschlossener Ventilstellung wird der Fluidtransport und somit Wärmefluss zwischen der Wärmequelle bzw. -senke und der Batterie unterbunden.
Wird über die thermochemische Wärmespeichereinrichtung sowohl eine Wärmequelle als auch eine Wärmesenke bereitgestellt, können beide über dasselbe Wärmeübertragungselement, insbesondere Wärmerohr, bzw. dieselben Wärmeübertragungselemente, insbesondere Wärmerohre, mit der Batterie gekoppelt bzw. koppelbar sein. Die Wärmequelle und die Wärmesenke stehen dann jeweils mit einem Ende des Wärmeübertragungselementes bzw. mit einem Ende der Mehrzahl der Wärmeübertragungselemente in wärmeleitendem Kontakt bzw. sind in wärmeleitenden Kontakt mit dem oder den Enden bringbar. In diesem Falle sind in jedem Wärmeübertragungselement zweckmäßigerweise jeweils zwei Schaltelemente, insbesondere Ventile vorgesehen, damit die Wärmequelle und die Wärmesenke jeweils von einer zu heizenden und/oder zu kühlenden Batterie entkoppelt werden können.
Eine Regeneration, also ein Aufladen der thermochemischen Wärmespeichereinrichtung kann insbesondere dann erfolgen, wenn überschüssige Wärmeenergie, etwa in Form von Abwärme der Komponenten beispielsweise eines anzutreibenden Elektro- bzw. Hybridfahrzeuges zur Verfügung steht. Die Abwärme kann zum Beispiel in an sich bekannter Weise über ein Kühlmittel zu der thermochemischen Wärmespeichereinrichtung transportiert werden. Alternativ oder zusätzlich kann die thermochemische Wärmespeichereinrichtung beladen werden, wenn eine Wärmesenke bereitsteht. Als Wärmesenke kann beispielsweise ein Kältekreislauf eines Fahrzeuges oder die Umgebungsluft des Fahrzeuges besonders bei niedrigen Außentemperaturen dienen.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die thermochemische Wärmespeichereinrichtung einen Kaltseitenreaktor und einen Warmseitenreaktor umfasst, die jeweils wenigstens einen Behälter aufweisen, in dem ein insbesondere festes Speichermedium zur Aufnahme eines Reaktionsmediums vorgesehen ist, wobei sich die Speichermedien in dem Warmseitenreaktor und dem Kaltseitenreaktor hinsichtlich ihrer temperaturabhängigen und druckabhängigen Gleichgewichtszustände bei der Aufnahme des Reaktionsmediums unterscheiden, und wobei der Warmseitenreaktor und der Kaltseitenreaktor jeweils mit einem Wärmeübertragungselement oder mit einer Mehrzahl von parallel geschalteten Wärmeübertragungselementen in wärmeleitendem Kontakt steht, und der oder die Behälter des Warmseitenreaktors mit dem Behälter oder den Behältern des Kaltseitenreaktors über eine Reaktorverbindungsleitung verbunden sind, wobei die Reaktorverbindungsleitung zwischen einem geöffneten und einem geschlossenen Zustand umschaltbar ausgestaltet ist.
Das Speichermedium des Warmseitenreaktors und/oder das Speichermedium des Kaltseitenreaktors kann in vorteilhafter Ausgestaltung Zeolith, Silikagel, Salze oder ein Hydrid bildendes Material umfassen oder auch daraus gebildet sein.
In dem Warmseitenreaktor und dem Kaltseitenreaktor können ferner verschiedene Speichermedien vorgesehen sein, die sich hinsichtlich ihrer temperaturabhängigen und druckabhängigen Gleichgewichtszustände bei der Aufnahme des Reaktionsmediums unterscheiden.
Darüber hinaus kann ein Reaktionsmedium in dem oder den Behältern des Warmseitenreaktors und/oder in dem oder den Behältern des Kaltseitenreaktors vorgesehen sein, wobei insbesondere das Reaktionsmedium Wasser oder Wasserstoff oder Ammoniak umfassen oder daraus gebildet sein kann.
Gemäß dieser Ausführungsform kommt ein geschlossenes thermochemisches System mit einem Warmseiten- und einem Kaltseitenreaktor zum Einsatz, die jeweils über eine oder auch mehrere parallel geschaltete Wärmeübertragungselemente mit der zu heizenden und/oder zu kühlenden Batterie wärmeleitend gekoppelt werden können bzw. gekoppelt sind. Eine solche thermochemische Wärmespeichereinrichtung hat sich als besonders geeignet erwiesen, um auf einfache Weise ein Heizen und/oder ein Kühlen der Batterie zu ermöglichen.
Dabei dient die beispielsweise über ein Ventil schaltbare Reaktorverbindungsleitung, welche den Warmseiten- und den Kaltseitenreaktor fluidtechnisch miteinander verbindet dazu, die Reaktion in den beiden Reaktoren auf besonders einfache und komfortable Weise steuern, insbesondere in Gang zu setzen und unterbrechen zu können. Die Wärme- und/oder die Kältebereitstellung ist gemäß dieser Ausführungsform im Ergebnis auf besonders einfache Weise schaltbar.
Ist ein Ventil in der Reaktorverbindungsleitung vorgesehen, kann dieses auch dazu dienen, beispielsweise durch ein getaktetes Öffnen und Schließen des Ventils die mittels der thermochemischen Wärmespeichereinrichtung bereitgestellte Wärme- und/oder Kältemenge zu steuern.
Um als Wärmequelle und/oder als Wärmesenke bei Bedarf zum Einsatz kommen zu können, muss die thermochemische Wärmespeichereinrichtung zunächst beladen werden. Ein Aufladen kann erfolgen, indem bei geöffneter Reaktorverbindungsleitung der Warmseitenreaktor und das in diesem vorgesehene Speichermedium erwärmt oder der Kaltseitenreaktor und das in diesem vorgesehene Speichermedium gekühlt wird, bzw. gleichzeitig ein Erwärmen des Warmseitenreaktors und ein Kühlen des Kaltseitenreaktors erfolgt. Infolge der Erwärmung und/oder des Kühlens verschieben sich die Aufnahmekapazitäten der beiden in den Reaktoren angeordneten Speichermedien für das Reaktionsmedium. Das Reaktionsmedium wird daher von dem Speichermedium des einen Reaktors abgegeben und von dem Speichermedium des anderen Reaktors aufgenommen. Zwischen den beiden Reaktoren stellt sich infolge dessen eine Druckdifferenz ein und das Reaktionsmedium strömt insbesondere in gasförmigem Zustand durch die offene Reaktorverbindungsleitung von dem einen in den anderen Reaktor, insbesondere von dem Warmseiten- in den Kaltseitenreaktor. Nachdem das Reaktionsmedium zweckmäßiger Weise zumindest zu einem großen Teil in den oder die Behälter des anderen, insbesondere des Kaltseitenreaktors geströmt ist, wird die Reaktorverbindungsleitung geschlossen, also die fluidwirksame Verbindung zwischen Warmseiten- und Kaltseitenreaktor unterbrochen und es wird die Wärmezufuhr zu dem Warmseitenreaktor und/oder der Wärmeabtransport von dem Kaltseitenreaktor beendet. Anschließend werden der Warmseiten- und der Kaltseitenreaktor auf die gleiche Temperatur gebracht, was zweckmäßige Weise dadurch erfolgen kann, dass abgewartet wird bis sich beide Reaktoren an die Umgebungstemperatur angepasst haben, also der Warmseitenreaktor passiv auf die Umgebungstemperatur abgekühlt und/oder der Kaltseitenreaktor passiv auf diese erwärmt wurde. Hierdurch stellt sich ein Druckunterschied zwischen dem Behälter bzw. den Behältern des Warmseitenreaktors einerseits und dem Behälter bzw. den Behältern des Kaltseitenreaktors andererseits ein. Die thermochemische Wärmespeichereinrichtung ist in diesem Zustand beladen.
Wenn die aufgeladene thermochemische Wärmespeichereinrichtung zum Einsatz kommen soll, um eine Batterie zu heizen und/oder zu kühlen, muss nur die Reaktorverbindungsleitung geöffnet und so die fluidtechnische Verbindung zwischen dem Warmseiten- und dem Kaltseitenreaktor hergestellt werden, was nur mit einem sehr geringen Energieaufwand verbunden ist.
Aufgrund des bestehenden Druckunterschieds strömt das Reaktionsmedium von dem Behälter bzw. den Behältern des Kaltseitenreaktors in den bzw. die Behälter des Warmseitenreaktors. Das wiederum führt dazu, dass das Speichermedium in dem Warmseitenreaktor das Reaktionsmedium aufnimmt und sich dabei erwärmt. Gleichzeitig gibt das Speichermedium in dem Kaltseitenreaktor Reaktionsmedium ab, was dazu führt, dass sich die Temperatur des Speichermediums in dem Kaltseitenreaktor reduziert.
Die in dem Warmseitenreaktor freigesetzte Wärmeenergie kann der Batterie über das bzw. die Wärmeübertragungselement(e), welche den Warmseitenreaktor und die Batterie wärmeleitend verbinden, zugeführt werden. In analoger Weise kann die Batterie bei Bedarf mittels des Kaltseitenreaktors gekühlt werden, indem Wärmeenergie von der Batterie über das oder die Wärmeübertragungselement(e), welche den Kaltseitenreaktor mit der Batterie wärmeleitend koppelt, an den Kaltseitenreaktor abgeführt wird.
Es kann sowohl für den Warmseiten- als auch für den Kaltseitenreaktor jeweils ein Wärmeübertragungselement oder jeweils eine Mehrzahl von Wärmeübertragungselementen vorgesehen sein, über welche der Warmseiten- und der Kaltseitenreaktor jeweils mit der zu heizenden und/oder zu kühlenden Batterie in wärmeleitendem Kontakt stehen oder in wärmeleitenden Kontakt gebracht werden können.
Alternativ stehen beide Reaktoren über das gleiche Wärmeübertragungselement bzw. die gleiche Mehrzahl von Wärmeübertragungselementen mit der Batterie in wärmeleitendem Kontakt bzw. können mit dieser in wärmeleitenden Kontakt gebracht werden. In diesem Falle sind insbesondere der Warmseitenreaktor und der Kaltseitenreaktor über ein Wärmeübertragungselement, insbesondere Wärmerohr, bzw. eine Mehrzahl von parallel geschalteten Wärmeübertragungselementen, insbesondere Wärmerohren, miteinander in der Weise verbunden, dass jeder der Reaktoren mit jeweils einem Endbereich des oder der Wärmeübertragungselemente(s) in wärmeleitendem Kontakt steht. Das bzw. die Wärmeübertragungselement(e) weisen in dieser Ausgestaltung zweckmäßiger Weise jeweils wenigstens zwei Schaltelemente auf, über welche einerseits ein Wärmefluss zwischen dem Warmseitenreaktor und einem zentralen Bereich des Wärmeübertragungselementes, welcher für den Betrieb mit einer zu heizenden und/oder zu kühlenden Batterie in wärmeleitenden Kontakt bringbar ist bzw. mit dieser in wärmeleitendem Kontakt steht, und andererseits zwischen dem Kaltseitenreaktor und dem zentralen Bereich des Wärmeübertragungselementes unterbunden werden kann.
Kommen Wärmerohre als Wärmeübertragungselemente zum Einsatz, sind insbesondere in jedem Wärmerohr zwei Ventile vorgesehen, mittels derer der Strömungsquerschnitt des Fluids durch den verschlossenen, rohrförmigen Behälter des Wärmerohres unterbrochen werden kann. Eines der Ventile ist dann zweckmäßiger Weise derart angeordnet, dass ein Strömen des Fluids von einem mit dem Warmseitenreaktor in wärmeleitendem Kontakt stehenden Endbereich des Wärmerohres zu dem zentralen Bereich des Wärmerohres unterbunden werden kann und das zweite Ventil ist derart positioniert, dass ein Wärmetransport zwischen dem Kaltseitenreaktor, welcher mit dem anderen Endbereich des Wärmerohres in wärmeleitendem Kontakt steht, und dem zentralen Bereich des Wärmerohres unterbunden werden kann.
Es kann zum Beispiel vorgesehen sein, dass sich ein Wärmeübertragungselement, insbesondere Wärmerohr bzw. eine Mehrzahl von parallel geschalteten Wärmeübertragungselementen, insbesondere Wärmerohren durch eine zu heizende und/oder zu kühlende Batterie erstrecken, wobei das oder die Wärmeübertragungselement(e), insbesondere Wärmerohr(e) zu beiden Seiten aus der Batterie herausragen und die beiden Enden des bzw. der Wärmerohr(e) jeweils mit einem der Reaktoren der thermochemischen Wärmespeichereinrichtung in wärmeleitendem Kontakt stehen. Dann ist zweckmäßiger Weise jeweils ein Schaltelement, bevorzugt Ventil in den beiderseitig aus der Batterie herausragenden Endbereichen des bzw. der Wärmeübertragungselemente zwischen der Batterie und dem jeweiligen Reaktor angeordnet.
Diese Anordnung ermöglicht auf einfach konstruktive Weise, dass das bzw. jedes der Wärmeübertragungselement(e) einerseits einem Wärmetausch zwischen Warmseitenreaktor und Batterie und andererseits einem Wärmetausch zwischen Kaltseitenreaktor und Batterie dienen kann, wobei für den entsprechenden Wärmetausch das jeweilige Schaltelement, insbesondere Ventil in die geöffnete Stellung zu bringen ist, welche einen Wärmefluss, insbesondere ein Strömen eines in einem Wärmerohr vorgesehenen Fluids, zwischen dem jeweils reaktorseitigen Endbereich und dem zentralen, mit der Batterie in wärmeleitendem Kontakt stehenden Bereich des Wärmerohres ermöglicht.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die thermochemische Wärmespeichereinrichtung mit einer Wärmequelle und/oder einer Wärmesenke wärmeleitend gekoppelt oder koppelbar ist.
Dabei kann insbesondere der Warmseitenreaktor der thermochemischen Wärmespeichereinrichtung mit einer Wärmequelle wärmeleitend gekoppelt oder koppelbar sein und/oder der Kaltseitenreaktor der thermochemischen Wärmespeichereinrichtung mit einer Wärmesenke wärmeleitend gekoppelt oder koppelbar sein.
Insbesondere zur Aufladung der thermochemischen Wärmespeichereinrichtung kann der Warmseitenreaktor mittels einer Wärmequelle erwärmt und/oder der Kaltseitenreaktor mittels einer Wärmesenke gekühlt werden. Als Wärmequelle kann beispielswiese eine Fahrzeugkomponente dienen, die sich im Betrieb erwärmt. Als Wärmesenke kann insbesondere bei niedrigen Außentemperaturen beispielsweise die Umgebungsluft des Fahrzeuges zum Einsatz kommen. Alternativ kann eine Fahrzeugklimaanlage als Wärmesenke verwendet werden.
Die thermische Kopplung der Wärmequelle und/oder Wärmesenke mit der thermochemischen Wärmespeichereinrichtung kann beispielsweise mittels eines Kreislaufes für ein Wärmeübertragungsmedium erfolgen. Alternativ können hierfür Wärmerohre zum Einsatz kommen.
In Weiterbildung der Erfindung ist ferner vorgeschlagen, dass die erfindungsgemäße Heizung und/oder Kühlung einer Batterie unter Verwendung einer thermochemischen Wärmespeichereinrichtung mit der Heizung und/oder Kühlung der Batterie unter Einsatz eines oder mehrerer konventioneller Wärmetauscher kombiniert wird.
Hierfür kann wenigstens ein Wärmetauscher vorgesehen sein, der mit einem Wärmeübertragungselement oder mit einer Mehrzahl von parallel geschalteten Wärmeübertragungselementen in wärmeleitendem Kontakt steht, wobei der wenigstens eine Wärmetauscher mit einer Wärmequelle und/oder einer Wärmesenke wärmeleitend gekoppelt oder koppelbar ist.
Die Kombination von thermochemischer Wärmespeichereinrichtung und konventionellen Wärmetauschern ermöglicht es zum Beispiel, dass eine Batterie nur während einer Anlaufphase, insbesondere bei einem Kaltstart mittels der thermochemischen Wärmespeichereinrichtung hinsichtlich ihrer Temperatur reguliert, insbesondere geheizt wird, und nach der Anlaufphase eine Temperaturregulierung der Batterie mittels der konventionellen Wärmetauscher erfolgt.
Der bzw. die Wärmetauscher können in an sich bekannter Weise derart ausgestaltet sein, dass sie von einem Wärmeübertragungsmedium durchströmbar sind. In dem bzw. den Wärmetauscher(n) kann dann ein Austausch von Wärme zwischen dem Wärmeübertragungsmedium und dem bzw. den Wärmeübertragungselement(en) erfolgen, so dass eine Batterie mittels des Wärmeübertragungsmediums erwärmt und/oder gekühlt werden kann.
In besonders zweckmäßiger Ausgestaltung sind mehrere Wärmetauscher, insbesondere wenigstens ein warmseitiger Wärmetauscher und/oder wenigstens ein kaltseitiger Wärmetauscher vorgesehen, die jeweils mit einem Wärmeübertragungselement oder mit einer Mehrzahl von parallel geschalteten Wärmeübertragungselementen in wärmeleitendem Kontakt stehen, wobei der wenigstens eine warmseitige Wärmetauscher mit einer Wärmequelle wärmeleitend gekoppelt oder koppelbar ist und der wenigstens eine kaltseitige Wärmetauscher mit einer Wärmesenke wärmeleitend gekoppelt oder koppelbar ist.
Der wenigstens eine warmseitige Wärmetauscher kann dann derart ausgebildet sein, dass er zur Wärmezufuhr zu einer Batterie von einem warmseitigen Wärmeübertragungsmedium durchströmbar ist und der kaltseitige Wärmetauscher derart, dass er zur Wärmeabfuhr von der Batterie von einem kaltseitigen Wärmeübertragungsmedium durchströmbar ist.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass eine als Wärmequelle dienende elektrische Heizeinrichtung vorgesehen ist. Diese kann in an sich bekannter Weise dazu dienen, ein Wärmeübertragungsmedium zu erwärmen, welches beispielsweise einen oder mehrere konventionelle Wärmetauscher durchströmt. Die Wärmeenergie geht dann in den Wärmetauschern auf das oder die mit dem oder den Wärmetauscher(n) thermisch gekoppelten Wärmeübertragungselement(en) über und wird der Batterie zu deren Heizung zugeführt.
Es kann ferner vorgesehen sein, dass wenigstens ein Wärmeübertragungselement als Wärmerohr ausgebildet ist, insbesondere alle Wärmeübertragungselemente als Wärmerohre ausgebildet sind.
Es kann darüber hinaus vorgesehen sein, dass alle Wärmeübertragungselemente jeweils wenigstens ein Schaltelement aufweisen, mittels dem ein Wärmefluss entlang des jeweiligen Wärmeübertragungselementes unterbrochen werden kann, und alle Wärmeübertragungselemente derart ausgebildet sind, dass sie mit einer zu heizenden und/oder zu kühlenden Batterie in wärmeleitenden Kontakt gebracht werden können.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Batteriesystem umfassend eine Batterie, insbesondere eine wiederaufladbare Batterie, bevorzugt eine Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs, und eine erfindungsgemäße Batterietemperierungsvorrichtung, wobei die Batterie mit dem Wärmeübertragungselement oder mit den Wärmeübertragungselementen der Batterietemperierungsvorrichtung in wärmeleitendem Kontakt steht.
Bei der Traktionsbatterie kann es sich beispielsweise um eine Lithium-Ionenbatterie handeln.
Die Batterie umfasst in Weiterbildung zwei oder mehr elektrisch parallel geschaltete Batteriestränge, wobei die thermochemische Wärmespeichereinrichtung mit genau einem der Batteriestränge über ein Wärmeübertragungselement oder eine Mehrzahl parallel geschalteter Wärmeübertragungselemente in wärmeleitendem Kontakt steht, und die Batterie derart ausgestaltet ist, dass der mit der thermochemischen Wärmespeichereinrichtung in wärmeleitendem Kontakt stehende Batteriestrang isoliert betrieben werden kann.
Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass die Batterie drei oder mehr nebeneinanderliegende Batteriestränge umfasst und die thermochemische Wärmespeichereinrichtung nur mit dem oder einem mittleren Batteriestrang über das Wärmeübertragungselement oder die Mehrzahl von Wärmeübertragungselementen in wärmeleitendem Kontakt steht.
Gemäß dieser besonders vorteilhaften Ausführungsformen wird erreicht, dass bei einer Batterie mit mehreren, elektrisch parallel geschalteten Batteriesträngen nicht die gesamte Batterie mittels der thermochemischen Wärmespeichereinrichtung geheizt und/oder gekühlt wird bzw. werden muss, sondern nur ein Teil der Batterie, konkret einer der Batteriestränge, insbesondere der bzw. ein mittlerer Batteriestrang. Da einer der Batteriestränge auch nur über einen Teil der gesamten Wärmekapazität der Batterie verfügt, ist gemäß dieser Ausführungsform eine thermochemische Wärmespeichereinrichtung mit geringerer Kapazität ausreichend.
Dabei erfolgt erfindungsgemäß eine angepasste elektrische Schaltung der Batterie. Konkret wird zunächst nur derjenige Batteriestrang belastet, der mit der thermochemischen Wärmespeichereinrichtung geheizt wird. Dazu ist die Batterie erfindungsgemäß derart ausgestaltet, dass der entsprechende Batteriestrang isoliert also unabhängig von dem oder den verbleibenden Batteriesträngen betrieben werden kann. Dieser eine Strang kann durch die Heizung über die thermochemische Wärmespeichereinrichtung sehr zügig und effizient seine ideale Betriebstemperatur erreichen und dann in der Lage sein, zusätzlich Strom abzugeben, mittels dem wiederum eine insbesondere elektrische Heizung der verbleibenden Batteriestränge möglich ist, um auch diese auf eine ideale Betriebstemperatur zu bringen. Dabei wird zu allen Zeiten zuverlässig vermieden, dass eine Belastung von einem oder mehreren Batteriesträngen erfolgt, die eine Temperatur außerhalb eines idealen Bereiches aufweisen.
Der mittlere bzw. ein mittlerer, also innenliegender Batteriestrang kann besonders effizient erwärmt werden, da mögliche Wärmeverluste an die äußeren Batteriestränge abgegeben werden und dort zur Vorheizung beitragen. In besonders vorteilhafter Ausgestaltung ist daher der bzw. ein mittlerer Batteriestrang erfindungsgemäß mit der thermochemischen Wärmespeichereinrichtung wärmeleitend gekoppelt. Gleichzeitig kann über die erfindungsgemäß vorgesehene thermochemische Wärmespeichereinrichtung ein Kühlen des bzw. eines mittleren Batteriestranges, welche sich mit der bekannten Vorrichtung als schwierig erwiesen hat, effizient erfolgen, worin ein weiterer großer Vorteil liegt.
Umfasst die Batterietemperierungsvorrichtung wenigstens einen warmseitigen Wärmetauscher und/oder wenigstens einen kaltseitigen Wärmetauscher, so ist insbesondere vorgesehen, dass der wenigstens eine warmseitige Wärmetauscher und/oder der wenigstens eine kaltseitige Wärmetauscher jeweils über ein Wärmeübertragungselement oder über eine Mehrzahl von parallel geschalteten Wärmeübertragungselementen in wärmeleitendem Kontakt mit der Batterie steht.
Der verbleibende Batteriestrang oder die verbleibenden Batteriestränge, die nicht mit der thermochemischen Wärmespeichereinrichtung in wärmeleitendem Kontakt stehen, können dann jeweils über ein Wärmeübertragungselement oder über eine Mehrzahl von parallel geschalteten Wärmeübertragungselementen mit dem warmseitigen Wärmetauscher und/oder dem kaltseitigen Wärmetauscher in wärmeleitendem Kontakt stehen.
Der oder die warmseitigen Wärmetauscher können zum Beispiel von einem unter Einsatz elektrischer Energie erwärmten Wärmeübertragungsmedium durchströmt werden, um die mit den Wärmetauschern wärmeleitend in Kontakt stehenden Batteriestränge elektrisch zu heizen.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, bevorzugt Elektrofahrzeug, mit einem Batteriesystem gemäß der vorliegenden Erfindung.
Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fahrzeuges ist ein Wärmeübertragungsmediumkreislauf vorgesehen, insbesondere zum Kühlen des Fahrzeugmotors und/oder anderer Fahrzeugkomponenten, die sich im Betrieb des Fahrzeugs erwärmen, und die thermochemische Wärmespeichereinrichtung umfasst einen Kaltseitenreaktor und einen Warmseitenreaktor, wobei der Warmseitenreaktor mit dem Wärmeübertragungsmediumkreislauf in wärmeleitendem Kontakt steht.
Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Verfahren zum Heizen und/oder Kühlen einer Batterie, insbesondere einer wiederaufladbaren Batterie, bevorzugt einer Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs, insbesondere unter Verwendung einer Batterietemperierungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, bei dem die Batterie insbesondere während der Kaltstart-Phase mittels einer thermochemischen Wärmespeichereinrichtung geheizt wird.
In Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass eine Batterie mit zwei oder mehr elektrisch parallel geschalteten Batteriesträngen betrieben und nur einer der Batteriestränge mittels der thermochemischen Wärmespeichereinrichtung geheizt wird, und insbesondere bei einem Kaltstart zunächst nur derjenige Batteriestrang belastet wird, der mittels der thermochemischen Wärmespeichereinrichtung geheizt wird.
In vorteilhafter Ausgestaltung kann dann elektrische Energie von dem mittels der thermochemischen Wärmespeichereinrichtung geheizten Batteriestrang verwendet werden, um den verbleibenden Batteriestrang oder die verbleibenden Batteriestränge elektrisch zu heizen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Batterie eines Elektro- oder Hybridfahrzeuges, insbesondere eine Traktionsbatterie des Elektro- oder Hybridfahrzeuges betrieben, und es wird Abwärme des Elektro- oder Hybridfahrzeuges verwendet, um die thermochemische Wärmespeichereinrichtung durch Erwärmung wieder aufzuladen und/oder es wird ein Kältemittelkreislauf des Elektro- oder Hybridfahrzeugs verwendet, um die thermochemische Wärmespeichereinrichtung durch Kühlung wieder aufzuladen.
Schließlich ist ein weiterer Gegenstand der Erfindung die Verwendung einer erfindungsgemäßen Batterietemperierungsvorrichtung zum Heizen und/oder Kühlen einer Batterie, insbesondere einer wiederaufladbaren Batterie, bevorzugt einer Traktionsbatterie eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs.
In der Zeichnung ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher veranschaulicht. Die einzige 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Batteriesystem in schematischer Darstellung.
Das in der 1 dargestellte Batteriesystem umfasst eine wiederaufladbare Traktionsbatterie 1 für ein Elektrofahrzeug mit insgesamt drei elektrisch parallel geschalteten Batteriesträngen 2, 3, 4, konkret einem linken Batteriestrang 2, einem mittleren Batteriestrang 3 sowie einem rechten Batteriestrang 4, und eine Batterietemperierungsvorrichtung 5.
Das Batteriesystem ist in einem in der 1 nicht dargestellten Elektrofahrzeug verbaut, wobei die wiederaufladbare Traktionsbatterie 1 in an sich bekannter Weise dazu dient, einen Elektromotor des Elektrofahrzeuges für den Antrieb des Fahrzeuges mit elektrischer Energie zu versorgen.
Die Traktionsbatterie 1 ist derart ausgestaltet, dass der mittlere Batteriestrang 3 isoliert, also unabhängig von den beiden verbleibenden Batteriesträngen 2, 4 betrieben werden kann.
Die Batterietemperierungsvorrichtung 5 umfasst eine thermochemische Wärmespeichereinrichtung 6, die einen Warmseitenreaktor mit einem Behälter 7 und einen Kaltseitenreaktor mit einem Behälter 8 für ein Speichermedium aufweist. Die beiden Behälter 7, 8 sind über eine Reaktorverbindungsleitung 9 fluidtechnisch miteinander verbunden, wobei in der Reaktorverbindungsleitung 9 ein Ventil 10 vorgesehen ist, über welches die Reaktorverbindungsleitung 9 zwischen einem geöffneten und einem geschlossenen Zustand umschaltbar ist.
In jedem der beiden Behälter 7, 8 ist jeweils ein in der Figur nicht dargestelltes festes Speichermedium zur Aufnahme eines Reaktionsmediums angeordnet. Es ist ferner ein Reaktionsmedium, vorliegend Wasserstoff, in den beiden Behältern 7, 8 vorgesehen. Die beiden festen Speichermedien, bei denen es sich jeweils um Hydrid bildende Materialien handelt, unterscheiden sich hinsichtlich ihrer temperaturabhängigen und druckabhängigen Gleichgewichtszustände bei der Aufnahme des Wasserstoffs.
Zur thermischen Kopplung zwischen der thermochemischen Wärmespeichereinrichtung 6 und dem mittleren Batteriestrang 3 der Traktionsbatterie 1 sind bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel vier parallel angeordnete Wärmeübertragungselemente 11 vorgesehen. Bei den Wärmeübertragungselementen 11 handelt es sich um Wärmerohre 11, die sich durch den mittleren Batteriestrang 3 erstrecken, wobei die Enden jedes Wärmerohres 11 zu beiden Seiten aus dem Batteriestrang 11 herausragen. Die Wärmerohre 11 stehen in unmittelbarem Kontakt mit dem mittleren Batteriestrang 3, wodurch eine effiziente Wärmeübertragung zwischen den Wärmerohren 11 und dem Batteriestrang 3 ermöglicht wird.
Die in der 1 nach unten weisenden Enden der vier Wärmerohre 11 stehen jeweils mit dem Behälter 7 des Warmseitenreaktors der thermochemischen Wärmespeichereinrichtung 6 unmittelbar in Kontakt und die in 1 nach oben weisenden Enden der vier Wärmerohre 11 stehen jeweils mit dem Behälter 8 des Kaltseitenreaktors der thermochemischen Wärmespeichereinrichtung 6 in wärmeleitendem Kontakt.
In jedem der Wärmerohre 11 sind jeweils zwei Ventile 12 vorgesehen, mittels denen ein Strömen eines in den Wärmerohren 11 in an sich bekannter Weise zur Wärmeleitung vorgesehenen Fluids unterbunden werden kann. Um den Batteriestrang 3 von dem Behälter 7 des Warmseitenreaktors vollständig thermisch zu entkoppeln, werden die vier Ventile 12, welche in den vier Wärmerohren 11 zwischen dem Behälter 7 des Warmseitenreaktors und dem Batteriestrang 3 angeordnet sind, in den geschlossenen Zustand geschaltet. Ein Fluidstrom und somit Wärmeaustausch zwischen den mit dem Behälter 7 in Kontakt stehenden Endbereichen der Wärmerohre 11 und den mit dem Batteriestrang 3 in Kontakt stehenden zentralen Bereichen der Wärmerohre 11 ist dann nicht möglich.
Um der Behälter 8 des Kaltseitenreaktors von dem mittleren Batteriestrang 3 thermisch zu entkoppeln werden in gleicher Weise die vier Ventile 12, welche zwischen dem Behälter 8 und dem mittleren Batteriestrang 3 angeordnet sind, in den geschlossenen Zustand geschaltet.
Die Batterietemperierungsvorrichtung 5 umfasst weiterhin zwei warmseitige Wärmetauscher 13 sowie zwei kaltseitige Wärmetauscher 14. Die beiden warmseitigen Wärmetauscher 13 sind zu beiden Seiten des Behälters 7 des Warmseitenreaktors und die beiden kaltseitigen Wärmetauscher 14 zu beiden Seiten des Behälters 8 das Kaltseitenreaktors angeordnet.
Zur thermischen Kopplung zwischen den warmseitigen Wärmetauschern 13 sowie den kaltseitigen Wärmetauschern 14 und der Traktionsbatterie 1 sind – genau wie für die thermische Kopplung zwischen der thermochemischen Wärmespeichereinrichtung 6 und der Traktionsbatterie 1 – mehrere Wärmerohre 11 vorgesehen. Konkret sind acht parallel angeordnete Wärmerohre 11 vorhanden, von denen vier der wärmeleitenden Verbindung zwischen einem der beiden warmseitigen Wärmetauscher 13 und einem der beiden kaltseitigen Wärmetauscher 14 und dem linken Batteriestrang 2 dienen und weitere vier Wärmerohre 11 der wärmeleitenden Verbindung zwischen dem zweiten warmseitigen Wärmetauscher 13 sowie dem zweiten kaltseitigen Wärmetauscher 14 und dem rechten Batteriestrang 4 dienen. Von den acht Wärmerohren 11 erstrecken sich hierzu vier durch den linken Batteriestrang 2 und weitere vier durch den rechten Batteriestrang 4.
Die Enden jedes der acht Wärmerohre 11 ragen – genau wie die vier Wärmerohre 11, welche sich durch den mittleren Batteriestrang 3 erstrecken – zu beiden Seiten aus dem linken bzw. dem rechten Batteriestrang 2, 4 heraus. Die in der 1 nach unten weisenden Enden der acht Wärmerohre 11 stehen mit den warmseitigen Wärmetauschern 13 in wärmeleitendem Kontakt. In gleicher Weise stehen die in 1 nach oben weisenden Enden der acht Wärmerohre 11 mit den kaltseitigen Wärmetauschern 14 unmittelbar in Kontakt.
Das Fahrzeug weist einen in der Figur nicht dargestellten Kreislauf mit einer Leitung für ein warmseitiges Wärmeübertragungsmedium auf, welche in wärmeleitendem Kontakt mit den beiden warmseitigen Wärmetauschern 13 steht, so dass in den Wärmetauschern Wärmeenergie von dem warmseitigen Wärmeübertragungsmedium auf die mit den warmseitigen Wärmetauschern 13 in Kontakt stehenden Wärmerohren 11 und somit auf den linken und den rechten Batteriestrang 2, 4 übertragen werden kann, wenn die zwischen den beiden warmseitigen Wärmetauschern 13 und dem jeweiligen Batteriestrang 2, 4 angeordneten Ventile 12 in der geöffneten Stellung stehen. Das warmseitige Wärmeübertragungsmedium dient dann als Wärmequelle zur Heizung des linken und des rechten Batteriestranges 2, 4.
Die Leitung des Kreislaufes für das Wärmeübertragungsmedium steht ferner mit dem Behälter 7 des Warmseitenreaktors der thermochemischen Wärmespeichereinrichtung 6 in wärmeleitendem Kontakt, so dass Wärmeenergie von dem die Leitung durchströmenden warmseitigen Wärmeübertragungsmedium auf den Behälter 7 übertragen werden kann, insbesondere, um den thermochemischen Wärmespeicher 6 regenerieren, also wieder aufladen zu können.
Die Strömungsrichtung des warmseitigen Wärmeübertragungsmediums ist in der 1 mit entsprechenden Pfeilen schematisch angedeutet.
Die Batterietemperierungsvorrichtung 5 weist ferner eine elektrische Heizeinrichtung 15 mit einem in der Figur nicht dargestellten PTC-Element auf, die mit dem mittleren Batteriestrang 2 elektrisch verbunden ist, so dass sie von dem mittleren Batteriestrang 2 mit elektrischer Energie gespeist werden kann.
Die Leitung des Kreislaufes für das warmseitige Wärmeübertragungsmedium steht in wärmeleitendem Kontakt mit der elektrischen Heizeinrichtung 15, so dass das die Leitung durchströmende warmseitige Wärmeübertragungsmedium mittels dieser erwärmt werden kann. Die elektrische Heizeinrichtung 15 ist ferner den warmseitigen Wärmetauschern 13 und dem Behälter 7 des Warmseitenreaktors in Strömungsrichtung des warmseitigen Wärmeübertragungsmediums vorgeschaltet.
Das Fahrzeug weist darüber hinaus einen in der 1 nicht dargestellten weiteren Kreislauf für ein kaltseitiges Wärmeübertragungsmedium, vorliegend einer Klimaanlage des Fahrzeugs, auf. Eine von dem kaltseitigen Wärmeübertragungsmedium durchströmbare Leitung steht mit den kaltseitigen Wärmetauschern 14 sowie dem Behälter 8 des Kaltseitenreaktors der thermochemischen Wärmespeichereinrichtung 6 in wärmeleitendem Kontakt.
Das kaltseitige Wärmeübertragungsmedium dient als Wärmesenke, um Wärmeenergie von den kaltseitigen Wärmetauschern 14 abzutransportieren und so den linken und den rechten Batteriestrang 2, 4 kühlen zu können, wenn die zwischen den kaltseitigen Wärmetauschern 14 und dem jeweiligen Batteriestrang 2, 4 angeordneten Ventile 12 in der geöffneten Stellung sind.
Die Leitung für das kaltseitige Wärmeübertragungsmedium steht ferner in wärmeleitendem Kontakt mit dem Behälter 8 des Kaltseitenreaktors der thermochemischen Wärmespeichereinrichtung 6, so dass das kaltseitige Wärmeübertragungsmedium als Wärmesenke dienen kann, um Wärmeenergie von dem Behälter 8 abzuführen, also diesen zu kühlen, insbesondere, um die thermochemische Wärmespeichereinrichtung 6 wieder aufzuladen.
Die Strömungsrichtung des kaltseitigen Wärmeübertragungsmediums ist in der 1 durch entsprechende Pfeile schematisch angedeutet.
Zur Überwachung der Temperatur der drei Batteriestränge 2, 3, 4 ist eine in der 1 nicht dargestellter Temperaturerfassungseinrichtung vorgesehen.
Für einen (Kalt)Start des Elektrofahrzeuges muss von der Traktionsbatterie 1 elektrische Energie zum Antrieb des Elektromotors bereitgestellt werden und zwar auch, wenn die Umgebungstemperatur außerhalb des idealen Betriebstemperatur-Bereiches von 20°C bis 30°C liegt.
Um die Traktionsbatterie 1 besonders zügig und zuverlässig auf die ideale Betriebstemperatur zu bringen und auf dieser zu halten, kommt die erfindungsgemäße Batterietemperierungsvorrichtung 5 zum Einsatz.
Nach dem Start des Elektromotors bei einer Außentemperatur von 5°C wird zunächst nur der mittlere Batteriestrang 3 der Traktionsbatterie 1 belastet und die thermochemische Wärmespeichereinrichtung 6 wird aktiviert, indem das Ventil 10 in der Reaktorverbindungsleitung 9, welches sich seit dem Abschluss des letzten Aufladevorganges der thermochemischen Wärmespeichereinrichtung 6 bei einem vorangegangenen Betrieb des Elektrofahrzeuges in der geschlossenen Stellung befand, wird geöffnet.
Gleichzeitig mit oder kurz nach dem Öffnen des Ventils 10 in der Reaktorverbindungsleitung 9 werden die Ventile 12 in denjenigen Wärmerohren 11, über welche die Behälter 7, 8 von Warmseiten- und Kaltseitenreaktor mit dem mittleren Batteriestrang 3 in wärmeleitendem Kontakt stehen derart eingestellt, dass der Behälter 7 des Warmseitenreaktors mit dem mittleren Batteriestrang 3 thermisch gekoppelt und der Behälter 8 des Kaltseitenreaktors nicht mit dem mittleren Batteriestrang 3 thermisch gekoppelt ist. D.h., die vier Ventile 12, welche in den Wärmerohren 11 zwischen dem Behälter 7 und dem mittleren Batteriestrang 3 angeordnet sind, werden geöffnet und die vier Ventile 12, welche zwischen dem Behälter 8 und dem mittleren Batteriestrang 3 angeordnet sind, werden geschlossen.
Infolge des im beladenen Zustand zwischen dem Behälter 7 des Warmseitenreaktors und dem Behälter 8 des Kaltseitenreaktors der thermochemischen Wärmespeichereinrichtung 6 bestehenden Druckunterschiedes strömt Wasserstoff durch die offenen Reaktorverbindungsleitung 9 von dem Behälter 8 des Kaltseitenreaktors in den Behälter 7 des Warmseitenreaktors. Das in dem Behälter 7 des Warmseitenreaktors angeordnete feste Speichermedium nimmt den Wasserstoff auf und erwärmt sich dabei. Gelichzeitig gibt das Speichermedium in dem Kaltseitenreaktor Wasserstoff ab, was dazu führt, dass die Temperatur des Speichermediums in dem Behälter 8 abnimmt.
Über die vier sich durch den mittleren Batteriestrang 3 erstreckenden Wärmerohre 11 wird Wärmeenergie besonders effizient und zügig von dem Behälter 7 des Warmseitenreaktors auf den mittleren Batteriestrang 3 übertragen, so dass dieser sehr schnell und zuverlässig erwärmt wird. Nachdem dieser einen definierten Betriebstemperaturbereich erreicht hat, kann der mittlere Batteriestrang 3 zusätzlich elektrische Energie abgeben, um die beiden verbleibenden Batteriestränge 2, 4 elektrisch zu heizen.
Hierfür wird die elektrischen Heizeinrichtung 15 betätigt und von dem mittleren Batteriestrang 3 mit elektrischer Energie versorgt. Das warmseitige Wärmeübertragungsmedium, welches im Betrieb des Elektrofahrzeuges den Kreislauf mit derjenigen Leitung durchströmt, die in wärmeleitendem Kontakt mit der elektrischen Heizeinrichtung 15 steht, wird infolge dessen erwärmt.
Gleichzeitig mit oder kurz nach der Betätigung der elektrischen Heizeinrichtung 15 werden in den acht Wärmerohren 11, welche sich durch den linken und den rechten Batteriestrang 2, 4 erstrecken, diejenigen Ventile 12, welche zwischen dem jeweiligen warmseitigen Wärmetauscher 13 und dem linken bzw. rechten Batteriestrang 2, 4 angeordnet sind, geöffnet, so dass ein Wärmetransport von den warmseitigen Wärmetauschern 13 zu den beiden Batteriesträngen 2, 4 möglich ist. In den warmseitigen Wärmetauschern 13 wird Wärmeenergie von dem in der elektrischen Heizeinrichtung 15 erwärmten Wärmeübertragungsmedium auf die Wärmerohre 11 und mittels diesen besonders effizient auf den linken und den rechten Batteriestrang 2, 4 übertragen.
Nachdem auch die Temperatur des linken und des rechten Batteriestranges 2, 4 den idealen Bereich erreicht hat, werden auch der linke und der rechte Batteriestrang 2, 4 betrieben, um den Elektromotor des Fahrzeuges anzutreiben.
Die Heizung des mittleren Batteriestranges 3 über die thermochemische Wärmespeichereinrichtung und die Heizung des linken und des rechten Batteriestranges 2, 4 kann beendet werden.
Hierzu wird das Ventil 10 in der Reaktorverbindungsleitung 9 geschlossen, um die Reaktion in der thermochemischen Wärmespeichereinrichtung 6 zu stoppen und die Ventile 12 in den sich durch den mittleren Batteriestrang 3 erstreckenden Wärmerohren 11, die zwischen dem Behälter 7 und dem mittleren Batteriestrang 3 angeordnet sind, werden wieder geschlossen.
Gleichzeitig wird der Betrieb der elektrischen Heizeinrichtung 15 eingestellt, indem die Zufuhr von elektrischer Energie zu dieser unterbrochen wird. Die Ventile 12 in den Wärmerohren 11 des linken und rechten Batteriestranges 2, 4, die zwischen dem jeweiligen warmseitigen Wärmetauscher 13 und dem jeweiligen Batteriestrang 2, 4 angeordnet sind, werden ebenfalls geschlossen.
Ist zu einem späteren Betriebszeitpunkt eine Kühlung der Traktionsbatterie 1 erforderlich, kann dies einerseits über die kaltseitigen Wärmetauscher 14 erfolgen, die von dem kaltseitigen Wärmeübertragungsmedium der Klimaanlage des Elektrofahrzeugs durchströmt werden.
Alternativ oder zusätzlich kann eine Kühlung der Traktionsbatterie 1, konkret des mittleren Batteriestranges 3 über den Behälter 8 des Kaltseitenreaktors der thermochemischen Wärmespeichereinrichtung 6 erfolgen. Hierzu wird das Ventil 10 in der Reaktorverbindungsleitung 9 wieder geöffnet, um die zuvor beschriebene Reaktion erneut in Gang zu setzen. Der Behälter 7 des Warmseitenreaktors erwärmt sich infolge dessen und der Behälter 8 des Kaltseitenreaktors erzeugt Kälte. Da die Ventile 12 in den Wärmerohren 11 des mittleren Batteriestranges 3, welche zwischen dem Behälter 7 des Warmseitenreaktors und dem mittleren Batteriestrang 3 angeordnet sind, verschlossen sind, erfolgt keine Wärmeübertragung von dem Behälter 7 auf den Batteriestrang 3.
Damit zur Kühlung des mittleren Batteriestranges 3 Wärme von diesem zu dem Behälter 8 des Kaltseitenreaktors abgeführt werden kann, werden die zwischen dem Behälter 8 und dem mittleren Batteriestrang 3 angeordneten Ventile 12 in den sich durch den mittleren Batteriestrang 3 erstreckenden Wärmerohren 11 geöffnet.
Ist die Traktionsbatterie 1 ausreichend gekühlt worden, können alle kaltseitigen Ventile 12 in den Wärmerohren, also die zwölf zwischen den kaltseitigen Wärmetauschern 14 bzw. dem Behälter 8 des Kaltseitenreaktors und der Traktionsbatterie 1 angeordneten Ventile 12 geschlossen werden. Um die Reaktion in der thermochemischen Wärmespeichereinrichtung 6 zu stoppen wird ferner auch das Ventil 10 in der Reaktorverbindungsleitung 9 wieder in die geschlossene Stellung geschaltet.
Eine Regeneration, also ein Aufladen der thermochemischen Wärmespeichereinrichtung 6 erfolgt zweckmäßiger Weise, sobald Abwärme von einer oder von mehreren Komponente(n) des Elektrofahrzeugs zur Verfügung steht, die ohnehin keiner anderweitigen Nutzung zugeführt wird, so dass kein zusätzlicher Energieaufwand für die Aufladung der thermochemischen Wärmespeichereinrichtung 6 erforderlich ist. Die Abwärme, die sonst ungenutzt an die Umgebung abgegeben wird, kann dem Behälter 7 des Warmseitenreaktors zur Regeneration zugeführt werden. In der thermochemischen Wärmespeichereinrichtung 6 kann diese Wärmeenergie nahezu verlustfrei auch über lange Zeiträume, insbesondere auch mehrere Wochen gespeichert werden, um dann bei Bedarf, insbesondere für den nächsten Kaltstart des Elektrofahrzeuges wieder auf einfache und zuverlässige Weise abgerufen zu werden.
Eine Aufladung der thermochemischen Wärmespeichereinrichtung 6 kann auch unter Verwendung der elektrischen Heizeinrichtung 15 erfolgen, indem das warmseitige Wärmeübertragungsmedium mittels der elektrischen Heizeinrichtung 15 erwärmt wird und Wärme von dem warmseitigen Wärmeübertragungsmedium auf den Behälter 7 des Warmseitenreaktor übertragen wird. Die elektrische Heizeinrichtung 15 kann beispielsweise während eines Aufladevorganges der Batterie 1 mit elektrischer Energie gespeist werden, um das warmseitige Wärmeübertragungsmedium zu erwärmen.
Zusätzlich kann die thermochemische Wärmespeichereinrichtung 6 wieder aufgeladen werden, indem der Behälter 8 des Kaltseitenreaktors gekühlt wird. Hierzu kann die Fahrzeugklimaanlage als Wärmesenke dienen. Konkret kann der Behälter 8 des Kaltseitenreaktors mittels des kaltseitigen Wärmeübertragungsmediums gekühlt werden.
Alternativ oder zusätzlich kann bei niedrigen Außentemperaturen auch die Umgebungsluft als Wärmesenke dienen, um den Behälter 8 des Kaltseitenreaktors zu kühlen.
Für den Aufladevorgang der thermochemischen Wärmespeichereinrichtung 6 wird das Ventil 10 in der Reaktorverbindungsleitung 9 geöffnet und es wird dem Behälter 7 des Warmseitenreaktors Wärme zugeführt und alternativ oder gleichzeitig der Behälter 8 des Kaltseitenreaktors gekühlt.
Sämtliche Ventile 12 in den sich durch den mittleren Batteriestrang 3 erstreckenden Wärmerohren 11 sind während des Aufladevorganges zweckmäßiger Weise geschlossen, damit die zugeführt bzw. abgeführte Wärmeenergie ausschließlich der Aufladung dient und keine unerwünschte Erwärmung und/oder Kühlung des mittleren Batteriestranges 3 erfolgt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012210146 A1 [0005]

Claims

Batterietemperierungsvorrichtung, insbesondere für eine wiederaufladbare Batterie (1), bevorzugt eine Traktionsbatterie eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs, mit einer thermochemischen Wärmespeichereinrichtung (6) und wenigstens einem Wärmeübertragungselement (11), das mit der thermochemischen Wärmespeichereinrichtung (6) in wärmeleitendem Kontakt steht, wobei das Wärmeübertragungselement (11) wenigstens ein Schaltelement aufweist, mittels dem ein Wärmefluss entlang des Wärmeübertragungselementes (11) unterbrochen werden kann, und wobei das Wärmeübertragungselement (11) derart ausgebildet ist, dass es mit einer zu heizenden und/oder zu kühlenden Batterie (1) in wärmeleitenden Kontakt gebracht werden kann.
Batterietemperierungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von parallel geschalteten Wärmeübertragungselementen (11) vorgesehen ist, die mit der thermochemischen Wärmespeichereinrichtung (6) in wärmeleitendem Kontakt stehen.
Batterietemperierungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die thermochemische Wärmespeichereinrichtung (6) einen Kaltseitenreaktor und einen Warmseitenreaktor umfasst, die jeweils wenigstens einen Behälter (7, 8) aufweisen, in dem ein insbesondere festes Speichermedium zur Aufnahme eines Reaktionsmediums vorgesehen ist, und wobei der Warmseitenreaktor und der Kaltseitenreaktor jeweils mit einem Wärmeübertragungselement (11) oder mit einer Mehrzahl von parallel geschalteten Wärmeübertragungselementen (11) in wärmeleitendem Kontakt steht, und der oder die Behälter (7) des Warmseitenreaktors mit dem Behälter (8) oder den Behältern (8) des Kaltseitenreaktors über eine Reaktorverbindungsleitung (9) fluidtechnisch verbunden sind, wobei die Reaktorverbindungsleitung (9) zwischen einem geöffneten und einem geschlossenen Zustand umschaltbar ausgestaltet ist.
Batterietemperierungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Speichermedium des Warmseitenreaktors und/oder das Speichermedium des Kaltseitenreaktors Zeolith oder Silicagel oder Salze oder ein Hydrid bildendes Material umfasst oder daraus gebildet ist.
Batterietemperierungsvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Warmseitenreaktor und dem Kaltseitenreaktor verschiedene Speichermedien vorgesehen sind, die sich hinsichtlich ihrer temperaturabhängigen und druckabhängigen Gleichgewichtszustände bei der Aufnahme des Reaktionsmediums unterscheiden.
Batterietemperierungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Reaktionsmedium in dem oder den Behältern (7) des Warmseitenreaktors und/oder in dem oder den Behältern (8) des Kaltseitenreaktors vorgesehen ist, wobei insbesondere das Reaktionsmedium Wasser oder Wasserstoff oder Ammoniak umfasst oder daraus gebildet ist.
Batterietemperierungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die thermochemische Wärmespeichereinrichtung (6) mit einer Wärmequelle und/oder einer Wärmesenke wärmeleitend gekoppelt oder koppelbar ist.
Batterietemperierungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6 und Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Warmseitenreaktor der thermochemischen Wärmespeichereinrichtung (6) mit einer Wärmequelle wärmeleitend gekoppelt oder koppelbar ist und/oder der Kaltseitenreaktor der thermochemischen Wärmespeichereinrichtung (6) mit einer Wärmesenke wärmeleitend gekoppelt oder koppelbar ist.
Batterietemperierungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Wärmetauscher (13, 14) vorgesehen ist, der mit einem Wärmeübertragungselement (11) oder mit einer Mehrzahl von parallel geschalteten Wärmeübertragungselementen (11) in wärmeleitendem Kontakt steht, wobei der wenigstens eine Wärmetauscher (13, 14) mit einer Wärmequelle und/oder einer Wärmesenke wärmeleitend gekoppelt oder koppelbar ist.
Batterietemperierungsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Wärmetauscher, insbesondere wenigstens ein warmseitiger Wärmetauscher (13) und/oder wenigstens ein kaltseitiger Wärmetauscher (14) vorgesehen sind, die jeweils mit einem Wärmeübertragungselement (11) oder mit einer Mehrzahl von parallel geschalteten Wärmeübertragungselementen (11) in wärmeleitendem Kontakt stehen, wobei der wenigstens eine warmseitige Wärmetauscher (13) mit einer Wärmequelle wärmeleitend gekoppelt oder koppelbar ist und der wenigstens eine kaltseitige Wärmetauscher (14) mit einer Wärmesenke wärmeleitend gekoppelt oder koppelbar ist.
Batterietemperierungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine als Wärmequelle dienende elektrische Heizeinrichtung (15) vorgesehen ist.
Batterietemperierungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Wärmeübertragungselement (11) als Wärmerohr ausgebildet ist, insbesondere alle Wärmeübertragungselemente (11) als Wärmerohre ausgebildet sind.
Batterietemperierungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass alle Wärmeübertragungselemente (11) jeweils wenigstens ein Schaltelement (12) aufweisen, mittels dem ein Wärmefluss entlang des jeweiligen Wärmeübertragungselementes (11) unterbrochen werden kann, und alle Wärmeübertragungselemente (11) derart ausgebildet sind, dass sie mit einer zu heizenden und/oder zu kühlenden Batterie (1) in wärmeleitenden Kontakt gebracht werden können.
Batteriesystem umfassend eine Batterie, insbesondere eine wiederaufladbare Batterie (1), bevorzugt eine Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs, und eine Batterietemperierungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Batterie (1) mit dem Wärmeübertragungselement (11) oder mit den Wärmeübertragungselementen (11) der Batterietemperierungsvorrichtung in wärmeleitendem Kontakt steht.
Batteriesystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie (1) zwei oder mehr elektrisch parallel geschaltete Batteriestränge (2, 3, 4) umfasst, wobei die thermochemische Wärmespeichereinrichtung (6) mit genau einem der Batteriestränge (3) über ein Wärmeübertragungselement (11) oder eine Mehrzahl parallel geschalteter Wärmeübertragungselemente (11) in wärmeleitendem Kontakt steht, und die Batterie derart ausgestaltet ist, dass der mit der thermochemischen Wärmespeichereinrichtung in wärmeleitendem Kontakt stehende Batteriestrang isoliert betrieben werden kann
Batteriesystem nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie (1) drei oder mehr nebeneinanderliegende Batteriestränge (2, 3, 4) umfasst und die thermochemische Wärmespeichereinrichtung (6) nur mit dem mittleren oder einem mittleren Batteriestrang (3) über das Wärmeübertragungselement (11) oder die Mehrzahl von Wärmeübertragungselementen (11) in wärmeleitendem Kontakt steht.
Batteriesystem nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterietemperierungsvorrichtung wenigstens einen warmseitigen Wärmetauscher (13) und/oder wenigstens einen kaltseitigen Wärmetauscher (14) umfasst, wobei der wenigstens eine warmseitige Wärmetauscher (13) und/oder der wenigstens eine kaltseitige Wärmetauscher (14) jeweils über ein Wärmeübertragungselement (11) oder über eine Mehrzahl von parallel geschalteten Wärmeübertragungselementen (11) in wärmeleitendem Kontakt mit der Batterie (1) steht.
Batteriesystem nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der verbleibende Batteriestrang oder die verbleibenden Batteriestränge (2, 4), die nicht mit der thermochemischen Wärmespeichereinrichtung (6) in wärmeleitendem Kontakt stehen, jeweils über wenigstens ein Wärmeübertragungselement (11) oder über eine Mehrzahl von parallel geschalteten Wärmeübertragungselementen (11) mit dem warmseitigen Wärmetauscher (13) und/oder dem kaltseitigen Wärmetauscher (14) in wärmeleitendem Kontakt stehen.
Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, bevorzugt Elektrofahrzeug, mit einem Batteriesystem nach einem der Ansprüche 14 bis 18.
Fahrzeug nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wärmeübertragungsmediumkreislauf vorgesehen ist, insbesondere zum Kühlen des Fahrzeugmotors und/oder anderer Fahrzeugkomponenten, die sich im Betrieb des Fahrzeugs erwärmen, und die thermochemische Wärmespeichereinrichtung (6) einen Kaltseitenreaktor und einen Warmseitenreaktor umfasst, wobei der Warmseitenreaktor mit dem Wärmeübertragungsmediumkreislauf in wärmeleitendem Kontakt steht.
Verfahren zum Heizen und/oder Kühlen einer Batterie (1), insbesondere einer wiederaufladbaren Batterie, bevorzugt einer Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs, insbesondere unter Verwendung einer Batterietemperierungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei dem die Batterie (1) insbesondere während der Kaltstart-Phase mittels einer thermochemischen Wärmespeichereinrichtung (6) geheizt wird.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei eine Batterie (1) mit zwei oder mehr elektrisch parallel geschalteten Batteriesträngen (2, 3, 4) betrieben und nur einer der Batteriestränge (3) mittels der thermochemischen Wärmespeichereinrichtung (6) geheizt wird, und insbesondere bei einem Kaltstart zunächst nur derjenige Batteriestrang (3) belastet wird, der mittels der thermochemischen Wärmespeichereinrichtung (6) geheizt wird.
Verfahren nach Anspruch 22, bei dem elektrische Energie von dem mittels der thermochemischen Wärmespeichereinrichtung (6) geheizten Batteriestrang (3) verwendet wird, um den verbleibenden Batteriestrang oder die verbleibenden Batteriestränge (2, 4) elektrisch zu heizen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 23, wobei eine Batterie (1) eines Elektro- oder Hybridfahrzeuges, insbesondere eine Traktionsbatterie des Elektro- oder Hybridfahrzeuges betrieben wird, und Abwärme des Elektro- oder Hybridfahrzeuges verwendet wird, um die thermochemische Wärmespeichereinrichtung (6) durch Erwärmung wieder aufzuladen und/oder eine elektrische Heizeinrichtung verwendet wird, um die thermochemische Wärmespeichereinrichtung (6) durch Erwärmung wieder aufzuladen und/oder ein Kältemittelkreislauf des Elektro- oder Hybridfahrzeugs verwendet wird, um die thermochemische Wärmespeichereinrichtung (6) durch Kühlung wieder aufzuladen.
Verwendung einer Batterietemperierungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13 zum Heizen und/oder Kühlen einer Batterie (1), insbesondere einer wiederaufladbaren Batterie, bevorzugt einer Traktionsbatterie eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs.