DE102015204671B4

DE102015204671B4 - Batterietemperiersystem mit beheizbarem Sorptiv

Info

Publication number: DE102015204671B4
Application number: DE102015204671.0A
Authority: DE
Inventors: Andreas Bosch
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2015-03-16
Filing date: 2015-03-16
Publication date: 2023-09-14
Anticipated expiration: 2035-03-17
Also published as: DE102015204671A1

Abstract

Batterietemperiersystem (1), insbesondere zur Temperierung eines Batteriesystems, umfassend
- ein Sorptionsmittel (2) zur exothermen Sorption eines Sorptivs,
- einen Sorptivvorrat (3) zur Aufnahme von Sorptiv, und
- einen latenten und/oder thermochemischen Wärmespeicher (4) zum Beheizen des Sorptivvorrats (3), wobei
das Batterietemperiersystem (1) mindestens ein Sorptionsmittel-Verdampfer-Element (2,6) umfasst, welches ein Sorptionsmittel (2) zur exothermen Sorption eines Sorptivs und ein Verdampfungsmaterial (6) zum Verdampfen von Sorptiv umfasst, wobei zwischen dem Sorptionsmittel (2) und dem Verdampfungsmaterial (6) eine Dampfkanäle aufweisende Trennschicht (7) angeordnet ist, wobei dem Verdampfungsmaterial (6) durch mindestens eine Sorptivzufuhr (3a,6a) Sorptiv zuführbar ist, wobei
das mindestens eine Sorptionsmittel-Verdampfer-Element (2,6) in einer, insbesondere dichten, Sorptionsmittel-Verdampfer-Element-Umhüllung (11) verpackt ist, wobei
der Sorptivvorrat (3) und die Sorptionsmittel-Verdampfer-Element-Umhüllung (11) lösbar aneinander montierbar sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Batterietemperiersystem, ein Batteriesystem, ein Betriebsverfahren sowie ein Steuergerät.
Stand der Technik
In Fahrzeugen mit Elektroantrieb, wie Hybridfahrzeugen und Elektrofahrzeugen, werden wiederaufladbare Traktions-Batteriesysteme, wie Lithium-Ionen-Batteriesysteme, zum Fahrzeugantrieb eingesetzt.
An solche Batteriesysteme werden sehr hohe Anforderungen bezüglich des nutzbaren Energieinhalts, des Lade-Entlade-Wirkungsgrads, der Zuverlässigkeit und der Lebensdauer gestellt. Zum Stand der Technik gehören z.B. die Druckschriften DE 10 2012 009 696 A1 , DE 10 2009 005 852 A1 und US 2005 / 0 061 022 A1 .
Offenbarung der Erfindung
Gegenstand der Erfindung ist ein Batterietemperiersystem, insbesondere zur Temperierung eines Batteriesystems, welches ein Sorptionsmittel umfasst.
Das Sorptionsmittel kann dabei insbesondere zur exothermen Sorption eines Sorptivs, beispielsweise von Wasser, ausgelegt sein.
Weiterhin kann das Batterietemperiersystem insbesondere einen Sorptivvorrat, beispielsweise einen Wasservorrat, zur Aufnahme von Sorptiv, beispielsweise von Wasser, umfassen.
Darüber hinaus kann das Batterietemperiersystem insbesondere einen latenten und/oder thermochemischen Wärmespeicher, insbesondere zum Beheizen des Sorptivvorrats, beispielsweise Wasservorrats, umfassen.
Dadurch, dass das Sorptionsmittel zur exothermen Sorption ausgelegt ist, kann das Sorptionsmittel bei der Sorption des Sorptivs Wärme abgeben, was vorteilhafterweise zur Heizung und beispielsweise zur Temperierung des Batteriesystems genutzt werden kann. Beispielsweise kann das Sorptionsmittel ein Adsorptionsmittel und/oder Absorptionsmittel sein. Zum Beispiel kann das Sorptionsmittel einen Zeolithen umfassen beziehungsweise ein Zeolith sein.
Durch den Sorptivvorrat kann vorteilhafterweise Sorptiv, beispielsweise Wasser, zur exothermen Sorption durch das Sorptionsmittel und damit zur Heizung des Batteriesystems zur Verfügung gestellt werden. Dabei ermöglicht der Sorptivvorrat, beispielsweise Wasservorrat, vorteilhafterweise auch bei tiefen Temperaturen Sorptiv, beispielsweise Wasser, zur Verfügung zu stellen, was beispielsweise durch Luft als Wasserdampfträger nicht ausreichend gewährleistet werden könnte, da die Wasserdampfsättigung von Luft bei tiefen Temperaturen immer mehr abnimmt und bei -40°C gegen null gehen kann.
Durch den latenten und/oder thermochemischen Wärmespeicher kann vorteilhafterweise der Sorptivvorrat, beispielsweise der Wasservorrat, beheizbar sein beziehungsweise beheizt werden. So kann vorteilhafterweise das Sorptiv, beispielsweise Wasser, vor einem Start des Batterietemperiersystems bei tiefen Temperaturen, beispielsweise von unter 0 °C, zum Beispiel von -30 °C oder - 40 °C, bei welchen das Sorptiv gefroren sein kann und beispielsweise in Form von Eis vorliegen kann, zum Beispiel zu flüssigem Wasser, aufgetaut werden. So kann vorteilhafterweise auch bei tiefen Temperaturen genügend Dampf, beispielsweise Wasserdampf, zur exothermen Sorption durch das Sorptionsmittel und damit zur Heizung des Batteriesystems gebildet werden.
Dabei kann vorteilhafterweise sowohl die Heizung des Batteriesystems durch das auf exothermer Sorption des Sorptionsmittels basierte Heizkonzept als auch die Heizung des Sorptivvorrats durch den latenten und/oder thermochemischen Wärmespeicher, ohne wesentlichen Verbrauch von elektrischer Energie, insbesondere aus dem Batteriesystem, realisiert werden.
Insbesondere kann das Batterietemperiersystem zur Konditionierung, beispielsweise zur Temperierung, einer Traktionsbatterie und/oder einer Starterbatterie eines Fahrzeugs, zum Beispiel eines Elektrofahrzeugs und/oder eines Fahrzeugs mit Verbrennungsmotor, beispielsweise für Benzin oder Diesel, und/oder eines Hybridfahrzeugs, beispielsweise eines Elektro-Hybridfahrzeugs, ausgelegt sein. Beispielsweise kann das Batterietemperiersystem zur Konditionierung, beispielsweise zur Temperierung, eines Lithium-Batteriesystems, zum Beispiel eines Lithium-Ionen-Batteriesystems, ausgelegt sein.
Beispielsweise kann das Batterietemperiersystem in das Batteriesystem einbaubar beziehungsweise eingebaut sein. Dies kann vorteilhafterweise mit einem geringen Montageaufwand und Betriebsaufwand erzielt werden.
Das Sorptionsmittel kann insbesondere auch zur, beispielsweise thermisch, reversiblen Sorption eines Sorptivs, beispielsweise von Wasser, ausgelegt sein. Beispielsweise kann das Sorptionsmittel ein Sorptionsmittel sein, in welches Sorptiv, zum Beispiel Wasser, reversibel einlagerbar und auslagerbar ist. So kann das Sorptionsmittel vorteilhafterweise sorbiertes Sorptiv, zum Beispiel durch Erhitzen, in Form von Dampf wieder abgeben und beispielsweise getrocknet und auf dieser Weise zur erneuten Sorption von Sorptiv regeneriert werden.
Im Rahmen einer Ausführungsform umfasst das Sorptionsmittel einen Zeolithen. Insbesondere kann das Sorptionsmittel ein Zeolith sein. Beispielsweise kann das Sorptionsmittel einen trockenen beziehungsweise dehydrierten, beispielsweise wasserfreien, Zeolithen, zum Beispiel in Form eines Granulats beziehungsweise einer Granulatschicht, umfassen oder sein.
Zeolithe sind kristalline Metall-Alumo-Silikate, insbesondere Alkali-AluminiumSilikate, welche sich durch große innere Oberflächen, beispielsweise von 800 m²/g bis 1200 m²/g, und starke elektro-statische Felder im Kristallgitter auszeichnen können. Zeolithe können ein starkes Adsorptionsvermögen für Gase, Dämpfe und gelöste Stoffe mit bestimmten Molekülgrößen haben. Ihre Kristallkäfige können insbesondere große Ringöffnungen, beispielsweise von 3 Ä bis 10 Ä aufweisen, in welche Wasserdampfmoleküle aufgenommen und aus denen Wasserdampfmoleküle auch wieder abgeben werden können. Zeolithe können vorteilhafterweise eine hohe Tendenz zum Ansaugen von Wasserdampf beziehungsweise starke hygroskopische Eigenschaften aufweisen. Vollständig desorbierte beziehungsweise dehydrierte Zeolithe, welche beispielsweise bei 300 °C unter Vakuum getrocknet wurden, können beispielsweise ein Wasseradsorptionsvermögen von 25 Gew.-%, bezogen auf das Zeolithgewicht, aufweisen. Daher können desorbierte beziehungsweise dehydrierte Zeolithe besonders effizient als Sorptionsmittel und auch als Trockenmittel eingesetzt werden. Das Sorbieren von Wasser und die Einlagerung von Wasserdampfmolekülen in die Zeolith-Struktur kann insbesondere exotherm, also unter Wärmeabgabe, beispielsweise von Adsorptionswärme, erfolgen. Dabei können die Kationen und die anionische Gerüststruktur der Zeolithe hydratisiert werden. Wegen starken elektrostatischen Feldern können die aufgenommenen Moleküle, beispielsweise Wassermoleküle, starken Feldkräften im Kristallgerüst ausgesetzt sein.
Dennoch können vorteilhafterweise auch wassergesättigte Zeolithe durch Erhitzen reversibel das eingelagerte Wasser in Form von Wasserdampf wieder abgeben, so dass sie getrocknet und regeneriert und zur erneuten Wasserdampfaufnahme bereit gestellt werden können. Die Trocknung von Zeolithen kann dabei vorteilhafterweise staubfrei erfolgen. Das Zeolith-Gittergerüst kann dabei vorteilhafterweise - beispielsweise selbst bei mehreren Tausend Adsorptions- und Desorptions-Zyklen - stabil bleiben, insbesondere insofern die Dehydratation bei einem geringen Druck und einer Temperatur von ≤ 200 °C durchgeführt wird. Zudem sind Zeolithe vorteilhafterweise umweltverträgliche, ungiftige und unbrennbare Mineralien mit einer geringen Dichte, die in großen Mengen und zahlreichen Modifikationen in der Natur vorkommen und auch in zahlreichen Modifikationen großtechnisch synthetisch hergestellt werden können. Daher können Zeolithe zur Konditionierung von Batteriesystemen, wie Traktionsbatterien, insbesondere auch mit einer hohen Packdichte, besonders vorteilhaft eingesetzt werden.
Desorbierte beziehungsweise dehydrierte Zeolithe können zudem, beispielsweise in einem von Wasser getrennten Zustand, Energiespeicher mit einer hohen Energiedichte und einem geringen Energieverlust, welcher insbesondere weitaus geringer als bei Warmwasserspeichern sein kann, darstellen, da die Sorption exotherm erfolgen kann. Beispielsweise kann durch Zusammenführen von desorbierten beziehungsweise dehydrierten Zeolithen und Wasser eine Adsorptionswärme von bis zu 4200 kJ pro kg Wasser freigesetzt werden. Daher sind Zeolithe auch für die später erläuterte Temperierung besonders geeignet. Zum Beispiel könnte in einer überschlägigen Heizenergiebedarfsrechnung zum Erwärmen eines Batteriesystems mit einem Gewicht m_Batt von 200 kg und einer spezifischen Wärmekapazität c_Batt ≈ 0,9 kJ/(kg. K) um eine Temperaturdifferenz ⌷T von 30 K, beispielsweise von - 30 °C bis 0 °C, eine Wärmemenge ⌷Q_Batt = m_Batt·c_Batt·⌷T von 5,4 MJ = 1,5 kWh, plus ein Überschuss zur Kompensation von Wärmeverlusten von 0,25 kWh, also insgesamt 1,75 kWh benötigt werden, was bei einer Zeolith-Energiedichte bei 15 %-iger Wasseraufnahme von 120 kWh/m³ einem Zeolith-Volumen V_Zeolith von 1,75/120 m³ = 0,0146 m³, also etwa 15 dm³, und einem Zeolith-Gewicht m_Zeolith von ⌷_Zeolith·V_Zeolith = 650 kg/m³·0,015 m³ = 9,75 kg, also etwa 10 kg, entspäche. Dabei bedürfte es - unter der Annahme einer Adsorptionsenthalpie h_aZeo von 4200 kJ pro kg Wasser ≈ 1,16 kWh pro kg Wasser - einer Wassermenge m_Wasser von ⌷Q_Bat/h_aZeo von 1,75 kWh/1,16 kWh pro kg Wasser = 1,51 kg Wasser, also - mit Sicherheitszuschlag etwa 2 l Wasser.
Im Rahmen einer Ausgestaltung dieser Ausführungsform umfasst das Sorptionsmittel einen Zeolithen mit einer Ringöffnung von etwa ≥ 2,6 Å bis ≤ 3,5 Å, zum Beispiel von etwa 3 Å. So können vorteilhafterweise Wasserdampfmoleküle, deren kinetischer Durchmesser 2,6 Ä betragen kann, in die Zeolithstruktur aufgenommen und adsorbiert werden. Zudem kann so verhindert werden, dass größere Moleküle, wie das bei vielen Verbrennungsvorgängen und somit auch in der Luft vorkommende Reiz- und Rauchgas Schwefeldioxid (SO₂) mit einem kinetischen Durchmesser von 3,6 Å, welche ansonsten den Zeolithen unnötig sättigen oder sogar bereits sorbierte Wasserdampfmoleküle aus der Kristallstruktur verdrängen könnten, aufgenommen werden. Ein hierfür geeigneter Zeolith ist beispielsweise Kaliumzeolith A.
Im Rahmen einer speziellen Ausgestaltung dieser Ausführungsform umfasst daher das Sorptionsmittel Kaliumzeolith A. Beispielsweise kann das Sorptionsmittel dabei ein Kaliumzeolith A sein.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform ist der Wärmespeicher zur Speicherung von Wärmeenergie und zur auslösbaren Freigabe von gespeicherter Wärmeenergie ausgelegt. Beispielsweise kann der Wärmespeicher mit einer Auslöseeinrichtung zur Auslösung einer Freigabe von in dem Wärmespeicher gespeicherter Wärmeenergie ausgestattet sein. So kann die Freigabe von gespeicherter Wärmeenergie aus dem Wärmespeicher vorteilhafterweise zu einem geeigneten Zeitpunkt ausgelöst werden.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform umfasst der Wärmespeicher ein Phasenwechselmaterial (PCM, Englisch: Phase Change Material). Derartige Materialien können an ihrem Schmelzpunkt während des Phasenübergangs vom festen in den flüssigen Zustand ohne merkliche Temperaturänderung so lange bis alle Moleküle in den flüssigen Zustand übergegangen sind, beispielsweise in ihrem Kristallwasser gelöst sind, Wärmeenergie aufnehmen und anschließend dauerhaft speichern. Durch Einleitung einer Druckwelle in das geschmolzene Phasenwechselmaterial, zum Beispiel bei -30 °C, kann der inverse Prozess gestartet und das Phasenwechselmaterial wieder zum Erstarren, das heißt zum Auskristallisieren unter Abgabe der gespeicherten Wärme gebracht werden, wobei sich das Material wieder bis zu seiner Schmelztemperatur aufheizt.
Ein geeignetes Phasenwechselmaterial könnte zum Beispiel Kalium-Fluorid-Tetrahydrat (KF·4H₂O) sein, welches eine Schmelztemperatur von etwa 16 °C aufweist. Zum Aufheizen von circa 2 kg Eis von -30°C auf +16°C bräuchte man überschlagsweise eine Energie Q = Q1 +Q2 + Q3 von: Q1 = m·c_Eis·⌷T = (2 kg·2060J/kg·K)·30K = 124 kJ plus Q2 = m·c_Schmelz = 2 kg·333,5 J/kg = 667 J ≈ 1kJ plus Q3 = m·c_Wasser·⌷T = (2 kg 4187 J/kg·K) - 16 K = 134 kJ, was insgesamt etwa 259 kJ ergäbe. Da Kalium-Fluorid-Tetrahydrat eine Schmelzwärme von 228 kJ/kg aufweisen kann, würde man für das Aufheizen des Eises auf 16 °C etwa 1,15 kg Kalium-Fluorid-Tetrahydrat benötigen. Um eine schnellere Beheizung des Vorrats, zum Beispiel in 20 min auf 16 °C, zu erzielen, würde man beispielsweise eine Energie von 259 kJ = 0,072 kWh [3 20 min] = 0,22 kW [20 min] benötigen, was einer Menge an Kalium-Fluorid-Tetrahydrat von 0,22 kW· [20min]/[228 kJ/kg] = 1,16 kg entspräche. Inklusive eines Sicherheitsaufschlags könnten beispielsweise 2 kg Kalium-Fluorid-Tetrahydrat eingesetzt werden.
Ein weiteres geeignetes Phasenwechselmaterial könnte zum Beispiel L(+)-2,3-Butandiol sein. 2,3-Butandiole sind aliphatische Alkohole mit zwei Hydroxygruppen (OH-Gruppen) und der Formel CH₃CH(OH)CH(OH)CH₃ (Summenformel = C₄H₁₀O₂). L(+)-2,3-Butandiol weist einen etwas höheren Schmelzpunkt als Kalium-Fluorid-Tetrahydrat, nämlich von 19,7 °C auf.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform ist die Auslöseeinrichtung ein, insbesondere vorgespanntes beziehungsweise vorspannbares, Metallplättchen, beispielsweise mit einem so genannten Knallfrosch-Effekt beziehungsweise Knackfrosch-Effekt, zum Beispiel welches mechanisch und/oder elektrisch, beispielsweise durch einen Elektromagneten und/oder Hubmagneten, auslösbar ist.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform ist das Material des Wärmespeichers, beispielsweise das Phasenwechselmaterial, in einer, insbesondere flexiblen und/oder elastischen, gegebenenfalls feuchtedichten, Umhüllung, zum Beispiel in einer Kunststoffhülle, wie einem Kunststoffbeutel, verpackt. So können vorteilhafterweise Volumenänderungen beim Schmelzen und Erstarren kompensiert werden. Die Umhüllung des Wärmespeichers kann beispielsweise feuchtedicht und zum Beispiel nicht-vakuumdicht sein.
Das vorgespannte beziehungsweise vorspannbare Metallplättchen kann beispielsweise an einer Innenwand der Umhüllung des Wärmespeichers befestigt sein. Auf diese Weise kann zum Beispiel die Druckwelle zur Freigabe der gespeicherten Wärmeenergie aus dem Wärmespeicher und damit das Aufheizen des Sorptivs und die Bildung von Dampf ausgelöst werden. Durch die Volumenzunahme des Phasenwechselmaterials beim Erstarren kann das Metallplättchen beispielsweise wieder vorspannbar sein. So kann das Metallplättchen und damit die Auslöseeinrichtung vorteilhafterweise wieder automatisch in seine beziehungsweise ihre Auslösestellung gebracht werden.
Der Wärmespeicher kann insbesondere außerhalb des Sorptivvorrats, beispielsweise Wasservorrats, angeordnet sein.
Im Rahmen einer weitern Ausführungsform ist der Sorptivvorrat, beispielsweise Wasservorrat, mit dem latenten und/oder thermochemischen Wärmespeicher beispielsweise thermisch, insbesondere wärmeleitend, verbindbar oder verbunden. Insbesondere kann dies mittels mindestens eines, insbesondere wärmeleitenden, Metallstabes beziehungsweise mittels, insbesondere wärmeleitenden, Metallstäben, beispielsweise welche/r sich von dem Wärmespeicher in den Sorptivvorrat, beispielsweise Wasservorrat, hinein erstrecken können, realisiert werden. Die Metallstäbe können beispielsweise parallel zueinander angeordnet sein.
Insbesondere kann der mindestens eine Metallstab beziehungsweise können die Metallstäbe aus einem Material mit einer Wärmeleitfähigkeit von ≥ 10 W/mK ausgebildet sein. So kann vorteilhafterweise eine ausreichende Wärmeleitung von dem Material des Wärmespeichers, beispielsweise dem Phasenwechselmaterial, auf das Sorptiv, beispielsweise Wasser, in dem Sorptivvorrat realisiert werden. Der mindestens eine Metallstab beziehungsweise die Metallstäbe können beispielsweise fest und dicht in den Sorptivvorrat eingebracht werden und, insbesondere im gefüllten Zustand des Vorrats, vollständig mit Sorptiv, beispielsweise Wasser, umgeben sein.
Der Wärmespeicher kann beispielsweise temperaturgesteuert und/oder zeitgesteuert und/oder ferngesteuert aktivierbar sein.
Zum Beispiel kann der Wärmespeicher mit Wärme aus einem Fahrgastinnenraum beheizbar beziehungsweise regenerierbar sein.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform umfasst das Batterietemperiersystem weiterhin ein Verdampfungsmaterial zum Verdampfen eines Sorptivs, beispielsweise von Wasser. Dabei kann dem Verdampfungsmaterial insbesondere Sorptiv, beispielsweise Wasser, durch (mindestens) eine, insbesondere mit einem Absperrorgan ausgestattete, Sorptivzufuhr, beispielsweise Wasserzufuhr, insbesondere zum Zuführen von Sorptiv aus dem Vorrat zu dem Verdampfungsmaterial, zuführbar sein.
Dies ermöglicht es das Batterietemperiersystem zur gezielten und nahezu verlustlosen Erzeugung von Wärme durch Sorption, beispielsweise Adsorption und/oder Absorption, und/oder von Kälte durch Verdampfung einzusetzen. Insbesondere kann dabei das Phänomen der Verdampfungskälte zur Erzeugung von Kälte, insbesondere zur Kühlung, beispielsweise des Batteriesystems, zum Beispiel eines Lithium-Ionen-Batteriesystems, und/oder das Phänomen der Sorptionswärme, beispielsweise der Zeolith-Wasser-Adsorption beziehungsweise -Absorption, zur Erzeugung von Wärme, insbesondere zur Heizung, beispielsweise des Batteriesystems, zum Beispiel eines Lithium-Ionen-Batteriesystems, genutzt werden.
Beispielsweise kann dadurch, dass dem Verdampfungsmaterial, insbesondere flüssiges, Sorptiv, beispielsweise Wasser, zugeführt wird, erzielt werden, dass das, insbesondere flüssige, Sorptiv, beispielsweise Wasser, an dem Verdampfungsmaterial verdampft. Das Verdampfen erfolgt dabei insbesondere endotherm beziehungsweise unter Wärmeaufnahme. Dadurch kann sich insbesondere das Verdampfungsmaterial abkühlen. Durch das Verdampfungsmaterial kann folglich ein Kühlen realisiert werden. Beispielsweise kann dabei von dem Verdampfungsmaterial Kälte zur äußeren Umgebung, zum Beispiel Fahrzeugumgebung, und/oder zu der später erläuterten thermischen Kontaktplatte abführbar sein.
Das, insbesondere dampfförmige, Sorptiv, beispielsweise Wasserdampf, kann dann zu dem Sorptionsmittel strömen. Von dem Sorptionsmittel kann das Sorptiv insbesondere exotherm beziehungsweise unter Wärmeabgabe sorbiert werden. Dadurch kann sich insbesondere das Sorptionsmittel erwärmen. Durch das Sorptionsmittel kann folglich ein Heizen realisiert werden. Beispielsweise kann dabei Wärme von dem Sorptionsmittel zu der später erläuterten thermischen Kontaktplatte abführbar sein.
Auf diese Weise kann das Batterietemperiersystem vorteilhafterweise zum Heizen und/oder zum Kühlen, zum Beispiel zum Temperieren, beispielsweise eines Batteriesystems, zum Beispiel einer Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs und/oder Hybridfahrzeugs, beispielsweise eines Elektro-Hybridfahrzeugs, und/oder einer Starterbatterie eines Fahrzeugs mit Verbrennungsmotor, eingesetzt werden. Vorteilhafterweise kann dies ohne einen nennenswerten Verbrauch von elektrischer Energie, beispielsweise aus dem Batteriesystem und/oder einer externen Quelle, und/oder ohne Reichweitenverlust realisiert werden. Zudem können diese Funktionen vorteilhafterweise durch ein (einziges) Sorptionsmittel, beispielsweise Zeolith, realisiert werden. Zeolithe können vorteilhafterweise eine hohe Tendenz aufweisen in einer exothermen Reaktion Wasserdampf zu adsorbieren und in Form von Wasser in ihr Kristallgerüst einzulagern, wobei sie Adsorptionswärme, beispielsweise zur Heizung des Batteriesystems, abgeben können.
Das Batterietemperiersystem ermöglicht es vorteilhafterweise die Temperatur eines Batteriesystems während dessen Betriebs in einem für den Betrieb optimalen Temperaturbereich, beispielsweise von etwa ≥ 5 °C bis etwa ≤ 40 °C, zu temperieren beziehungsweise zu halten. Beispielsweise kann durch das Batterietemperiersystem das Batteriesystem, insbesondere dessen Zellen, bei tiefen (Umgebungs-/Außen-)Temperaturen, zum Beispiel von unter 0 °C, insbesondere von unter -10 °C, beispielsweise von -30 °C, auf eine Temperatur innerhalb des optimalen Temperaturbereichs, beispielsweise von 20 °C, erwärmt beziehungsweise bei hohen Temperaturen, zum Beispiel von über 35 °C, insbesondere von über 40 °C, auf eine Temperatur innerhalb des optimalen Temperaturbereichs abgekühlt werden.
So kann vorteilhafterweise eine kalendarische Alterung des Batteriesystems, welche beispielsweise bei Lithium-Ionen-Batterien bei höheren Temperaturen, zum Beispiel von > 40 °C, signifikant zunehmen kann, verringert und so wiederum die Lebensdauer des Batteriesystems, beispielsweise bis zum Erreichen eines Lebensdauerziels von 15 Jahren, erhöht werden.
Zudem kann so vorteilhafterweise auch eine Alterung des Batteriesystems, beispielsweise in Folge einer Beaufschlagung mit hohen Entladeströmen bei tiefen Temperaturen, zum Beispiel von < 5 °C, verringert und auch so die Lebensdauer des Batteriesystems erhöht werden. Darüber hinaus kann so vorteilhafterweise die elektrische Leistung von Batteriezellen, beispielsweise von Lithium-Ionen-Batteriezellen, welche - beispielsweise aufgrund eines höheren Innenwiderstands und einer verminderten Stromabgabe - bei tiefen (Außen-)Temperaturen, zum Beispiel von < 5 °C, signifikant abnehmen kann, erhöht werden. So kann beispielsweise bei Fahrzeugen vorteilhafterweise erzielt werden, dass auch bei (Außen-)Temperaturen von unter -10 °C noch ein Kaltstartstrom bereitgestellt werden kann, welcher ausreichend hoch ist, um das Fahrzeug, beispielsweise eine Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs oder eines Hybridfahrzeug und/oder eine Starterbatterie eines Fahrzeugs mit Verbrennungsmotor, zum Beispiel eines Hybridfahrzeugs, zu starten, ohne dass zum Aufheizen in der Batterie gespeicherte elektrische Energie verwendet oder extern vorhandene Energiequellen, wie etwa das öffentliche Stromnetz, dafür maßgeblich herangezogen werden müssten.
Insgesamt kann so vorteilhafterweise ein Batteriesystem, beispielsweise eine Traktionsbatterie eines Fahrzeugs, zum Beispiel eines Elektrofahrzeugs und/oder Hybridfahrzeugs, und/oder eine Starterbatterie eines Fahrzeug, beispielsweise mit Verbrennungsmotor, auf elektrische Energie sparende Weise temperiert und dadurch wiederum die Lebensdauer, die Sicherheit, die Zuverlässigkeit, die elektrische Leistung, der Lade-Entlade-Wirkungsgrad beziehungsweise der nutzbare Energieinhalt des Batteriesystems, beispielsweise eines Lithium-Ionen-Batteriesystems, insbesondere auch bei tiefen Umgebungstemperaturen beziehungsweise Außentemperaturen, verbessert werden.
Gegebenenfalls ist auch eine Standheizungsfunktion, zum Beispiel zur Scheiben-, Außenspiegel- und/oder Türschloss-Enteisung, durch das Batterietemperiersystem möglich.
Das Verdampfungsmaterial kann beispielsweise ein faserbasiertes Flächengebilde, zum Beispiel ein Vliesstoff und/oder ein textiles Flächengebilde, sein. Beispielsweise kann das Verdampfungsmaterial ein Vliesstoff sein. Ein faserbasiertes Flächengebilde, wie ein Vliesstoff, kann vorteilhafterweise sowohl, insbesondere flüssiges, Sorptiv zu, insbesondere dampfförmigem, Sorptiv verdampfen, als auch, insbesondere flüssiges Sorptiv in sich halten und auf diese Weise ein Austreten von, insbesondere flüssigem, Sorptiv, verhindern. Das Verdampfungsmaterial kann zum Beispiel ein Kunststoffvlies sein. Kunststoffvliese können vorteilhafterweise kostengünstig hergestellt werden und ein geringes Gewicht aufweisen.
Das Sorptionsmittel und das Verdampfungsmaterial können, gegebenenfalls über einen dampfdurchlässigen Raum, beispielsweise einen wasserdampfdurchlässigen Raum, voneinander beabstandet angeordnet sein.
Erfindungsgemäß ist jedoch zwischen dem Sorptionsmittel und dem Verdampfungsmaterial eine Dampfkanäle aufweisende Trennschicht, beispielsweise eine dampfdurchlässige, beispielsweise wasserdampfdurchlässige, und zum Beispiel flüssigkeitsdichte, Membran, angeordnet. Dabei kann beispielsweise dem Sorptionsmittel über die Dampfkanäle aufweisende Trennschicht dampfförmiges Sorptiv, beispielsweise Wasser, aus dem Sorptivvorrat, beispielsweise Wasservorrat, zuführbar sein. So kann vorteilhafterweise erzielt werden, dass das, insbesondere dampfförmige, Sorptiv zu dem Sorptionsmittel strömen und beispielsweise eine Wärmeübertragung von dem Sorptionsmittel auf das Verdampfungsmaterial reduziert werden kann.
Dem Verdampfungsmaterial kann Sorptiv, beispielsweise Wasser, aus dem Sorptivvorrat, beispielsweise Wasservorrat, über die beziehungsweise (mindestens) eine, insbesondere mit einem Absperrorgan ausgestattete, Sorptivzufuhr, beispielsweise Wasserzufuhr, zuführbar sein. Die (mindestens eine) Sorptivzufuhr, beispielsweise Wasserzufuhr, kann dabei insbesondere zum Zuführen von Sorptiv, beispielsweise Wasser, aus dem Sorptivvorrat, beispielsweise Wasservorrat, zu dem Verdampfungsmaterial ausgelegt sein. Beispielsweise kann der Sorptivvorrat, beispielsweise Wasservorrat, ein Volumen von etwa 2 l aufweisen. Insbesondere kann der Wasservorrat mit destilliertem Wasser gefüllt oder füllbar sein.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform umfasst das Batterietemperiersystem weiterhin einen Sorptivtemperatursensor, beispielsweise Wassertemperatursensor, zur Messung der Temperatur des Sorptivs, beispielsweise von Wasser, insbesondere des Sorptivvorrats, beispielsweise des Wasservorrats.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform umfasst das Batterietemperiersystem eine Sorptionsmittelheizung zum Beheizen des Sorptionsmittels. Beispielsweise kann die Sorptionsmittelheizung eine elektrische Heizung, zum Beispiel ein elektrisches Heizelement, zum Beispiel in Form einer Spule, Platte oder Folie, sein. Durch die Sorptionsmittelheizung kann dabei vorteilhafterweise das Sorptionsmittel erhitzt werden, wobei in dem Sorptionsmittel sorbiertes Sorptiv desorbiert und auf diese Weise das Sorptionsmittel regeneriert werden kann. Danach kann das Sorptionsmittel erneut zur Sorption und Wärmeabgabe eingesetzt werden. Zum Beispiel kann die Sorptionsmittelheizung zum Beheizen des Sorptionsmittels aktivierbar, insbesondere einschaltbar, sein, insofern das Batteriesystem an eine externe Ladestation angeschlossen ist.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform umfasst das Batterietemperiersystem weiterhin einen Kondensator, insbesondere zum Kondensieren von, aus dem Sorptionsmittel ausgeheiztem (Sorptiv-)Dampf, beispielsweise Wasserdampf. Dabei kann das Sorptionsmittel beziehungsweise der Sorptionsmittelbehälter insbesondere dampfleitend mit dem Kondensator verbunden oder verbindbar sein. Der Kondensator kann insbesondere eine, mit einem Absperrorgan ausgestattete Dampfeinlassöffnung, insbesondere zum Einlassen von, aus dem Sorptionsmittel ausgeheiztem (Sorptiv-)Dampf, beispielsweise Wasserdampf, in den Kondensator umfassen.
Durch den Kondensator kann vorteilhafterweise aus dem Sorptionsmittel ausgeheizter (Sorptiv-) Dampf, beispielsweise Wasserdampf, wieder zu Sorptiv, beispielsweise Wasser, kondensiert und aufgesammelt werden. Das kondensierte Sorptiv, beispielsweise Wasser, kann dann aus dem Batterietemperiersystem abgeführt und/oder insbesondere für eine später erläuterte Heiz- und/oder Kühlfunktion (erneut) als Sorptiv verwendet werden.
Der Kondensator kann insbesondere flüssigkeitsleitend mit dem Sorptivvorrat, beispielsweise dem Wasservorrat, verbunden oder verbindbar sein. Dabei kann dem Sorptivvorrat, beispielsweise dem Wasservorrat, in dem Kondensator kondensiertes Sorptiv, beispielsweise Wasser, insbesondere durch eine Leitung, zuführbar sein. Dabei kann der Kondensator eine, mit einem Absperrorgan ausgestattete, in die Leitung mündende Sorptivabfuhr und/oder der Sorptivvorrat, beispielsweise Wasservorrat, kann einen, mit einem Absperrorgan ausgestatteten, Sorptiveinlass, in welchen die Leitung mündet, aufweisen. Insbesondere kann der Sorptivvorrat, beispielsweise der Wasservorrat, unterhalb des Kondensators angeordnet sein.
Das Sorptionsmittel kann, beispielsweise über einen Wärmetauscher, thermisch an einen Heizkreislauf angebunden sein. Insbesondere kann der Heizkreislauf eine Pumpe, beispielsweise eine Hydraulikpumpe, und/oder ein Absperrorgan umfassen. Beispielsweise kann dabei das Batterietemperiersystem einen Wärmetauscher zum Abführen von Wärme aus dem Sorptionsmittel umfassen. Insbesondere kann dieser Wärmetauscher an den Heizkreislauf angeschlossen und/oder zum Heizen des Heizkreislaufes durch das Sorptionsmittel ausgelegt sein. So kann vorteilhafterweise die Sorptionswärme in den Heizkreislauf eingespeist werden.
Die durch die Verdampfung entstehende Verdampfungskälte kann gegebenenfalls an die Fahrzeugumgebung abgeführt werden. Dies kann insbesondere in einem Heizbetrieb des Batterietemperiersystems vorteilhaft sein.
Die durch die Verdampfung entstehende Verdampfungskälte kann jedoch auch zum Kühlen des Batteriesystems verwendet werden. Dies kann insbesondere in einem Kühlbetrieb des Batterietemperiersystems vorteilhaft sein.
Daher kann gegebenenfalls auch das Verdampfungsmaterial, beispielsweise über einen Wärmetauscher, thermisch an einen Kühlkreislauf angebunden. Insbesondere kann der Kühlkreislauf eine Pumpe, beispielsweise eine Hydraulikpumpe, und/oder ein Absperrorgan umfassen. Beispielsweise kann dabei das Batterietemperiersystem einen Wärmetauscher zum Kühlen des Kühlkreislaufes durch das Verdampfungsmaterial umfassen. Insbesondere kann dieser Wärmetauscher an den Kühlkreislauf angeschlossen sein. So kann vorteilhafterweise dem Kühlkreislauf Wärme durch die Verdampfungskälte entzogen werden.
Weiterhin kann das Batterietemperiersystem beispielsweise eine thermische Kontaktplatte, insbesondere zur Temperierung von Batteriezellen des Batteriesystems (Packs), beispielsweise zur Temperierung von mindestens einem Batteriemodul (Batterie-Subunit) aus mehreren Batteriezellen, umfassen. Zum Beispiel kann die thermische Kontaktplatte eine so genannte Temperierplatte beziehungsweise Heizplatte beziehungsweise Kühlplatte sein.
Insbesondere kann die thermische Kontaktplatte - und damit insbesondere auch die Batteriezellen des Batteriesystems - durch den Heizkreislauf und/oder den Kühlkreislauf temperierbar sein.
Durch einen thermischen Kontakt zwischen dem Heizkreislauf und der thermischen Kontaktplatte kann vorteilhafterweise im Heizbetrieb Adsorptionswärme zur Heizung des Batteriesystems verwendet werden.
Durch einen thermischen Kontakt zwischen dem Kühlkreislauf und der thermischen Kontaktplatte kann vorteilhafterweise im Kühlbetrieb Verdampfungskälte zur Kühlung des Batteriesystems verwendet werden.
Die thermische Kontaktplatte kann insbesondere mit einem Temperatursensor ausgestattet sein. So kann vorteilhafterweise die Temperatur der Kontaktplatte ermittelt werden.
Das Batterietemperiersystem als solches kann dabei beispielsweise gegenüber der Umgebung dicht beziehungsweise als geschlossenes System ausgelegt sein.
Beispielsweise kann das Batterietemperiersystem mindestens ein Sorptionsmittel-Verdampfer-Element umfassen, insbesondere welches ein beziehungsweise das Sorptionsmittel zur exothermen Sorption eines Sorptivs, beispielsweise von Wasser, und ein beziehungsweise das Verdampfungsmaterial zum Verdampfen von Sorptiv, beispielsweise Wasser, umfasst. Dabei kann beispielsweise zwischen dem Sorptionsmittel und dem Verdampfungsmaterial eine beziehungsweise die Dampfkanäle aufweisende Trennschicht angeordnet sein. Dem Verdampfungsmaterial kann dabei, insbesondere durch (mindestens) eine beziehungsweise die Sorptivzufuhr, beispielsweise Wasserzufuhr, Sorptiv, beispielsweise Wasser, insbesondere aus einem beziehungsweise dem Sorptivvorrat, zum Beispiel Wasservorrat, zuführbar sein.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform ist das mindestens ein Sorptionsmittel-Verdampfer-Element in einer, insbesondere dichten, Sorptionsmittel-Verdampfer-Element-Umhüllung verpackt. Dabei kann die Sorptionsmittel-Verdampfer-Element-Umhüllung beispielsweise verschweißt sein. Die Sorptionsmittel-Verdampfer-Element-Umhüllung kann beispielsweise eine mehrschichtige Umhüllung sein. Zum Beispiel kann die mehrschichtige Umhüllung mindestens eine Metallschicht, beispielsweise Aluminiumschicht, und mindestens eine Kunststoffschicht umfassen. Beispielsweise kann die mehrschichtige Umhüllung eine innere Kunststoffschicht, zum Beispiel aus einem Polyolefin, wie Polypropylen, eine Metallschicht und eine äußere Kunststoffschicht, zum Beispiel aus einem Polyester, aufweisen. Zum Beispiel kann das mindestens eine Sorptionsmittel-Verdampfer-Element, beispielsweise in der Sorptionsmittel-Verdampfer-Element-Umhüllung, vakuumverpackt sein.
Im Rahmen einer Ausgestaltung dieser Ausführungsform sind der Sorptivvorrat, beispielsweise der Wasservorrat, und die Sorptionsmittel-Verdampfer-Element-Umhüllung lösbar aneinander montierbar. Beispielsweise kann dies mittels einer lösbaren mechanischen Verbindung, zum Beispiel einer Schraubverbindung, realisiert werden. So kann beispielsweise das Sorptionsmittel-Verdampfer-Element zur Regeneration abgenommen und/oder ausgetauscht werden, zum Beispiel falls aufgrund eines aufgetretenen Fehlers die Fähigkeit zur Resorption des Sorptivs, beispielsweise von Wasserdampf, nicht mehr im erforderlichen Maße liegen sollte.
Im Rahmen einer speziellen Ausgestaltung dieser Ausführungsform weist die Sorptionsmittel-Verdampfer-Element-Umhüllung eine als Zwischenboden einsetzbare Außenwandung mit einer, insbesondere mit einem Absperrorgan ausgestatteten Sorptivzufuhr, beispielsweise Wasserzufuhr, auf. Dabei kann die Sorptivzufuhr, beispielsweise Wasserzufuhr, der Sorptionsmittel-Verdampfer-Element-Umhüllung insbesondere zur Zuführung von Sorptiv, beispielsweise Wasser, zum Verdampfungsmaterial ausgelegt sein.
Dabei kann der Sorptivvorrat, beispielsweise Wasservorrat, ebenfalls eine als Zwischenboden einsetzbare Außenwandung mit einer, insbesondere mit einem Absperrorgan ausgestatteten Sorptivzufuhr, beispielsweise Wasserzufuhr, aufweisen. Dabei kann die Sorptivzufuhr, beispielsweise Wasserzufuhr, des Sorptivvorrats, beispielsweise Wasservorrats, und die Sorptivzufuhr, beispielsweise Wasserzufuhr, der Sorptionsmittel-Verdampfer-Element-Umhüllung sorptivleitend, beispielsweise wasserleitend, miteinander verbindbar sein. Zum Beispiel können dabei die Sorptivzufuhr, beispielsweise Wasserzufuhr, des Sorptivvorrats, beispielsweise Wasservorrats, und die Sorptivzufuhr, beispielsweise Wasserzufuhr, der Sorptionsmittel-Verdampfer-Element-Umhüllung einander gegenüberliegend angeordnet sein. Insbesondere können die, mit der Sorptivzufuhr, beispielsweise Wasserzufuhr, ausgestattete Außenwandung des Sorptivvorrats, beispielsweise Wasservorrats, und die, mit der Sorptivzufuhr, beispielsweise Wasserzufuhr, ausgestattete Außenwandung der Sorptionsmittel-Verdampfer-Element-Umhüllung im montierten Zustand einen, insbesondere verschließbaren, Zwischenboden bilden. Die Zwischenbodenverschlüsse beziehungsweise das Absperrorgan der Sorptivzufuhr, beispielsweise Wasserzufuhr, des Sorptivvorrats, beispielsweise Wasservorrats, und/oder das Absperrorgan der Sorptivzufuhr, beispielsweise Wasserzufuhr, der Sorptionsmittel-Verdampfer-Element-Umhüllung können insbesondere mittels eines Elektromagneten betätigbar sein. Bei geöffneter Sorptivzufuhr, beispielsweise Wasserzufuhr, des Sorptivvorrats, beispielsweise Wasservorrats, und geöffneter Sorptivzufuhr, beispielsweise Wasserzufuhr, der Sorptionsmittel-Verdampfer-Element-Umhüllung kann insbesondere Sorptiv, beispielsweise Wasser, aus dem Sorptivvorrat, beispielsweise Wasservorrat, durch das Verdampfungsmaterial aufsaugbar sein.
Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung ist der Sorptionsmittelheizung und/oder dem Absperrorgan der Dampfeinlassöffnung und/oder dem Absperrorgan der Sorptivabfuhr und/oder dem Absperrorgan des Sorptiveinlass und/oder dem Absperrorgan der Sorptivzufuhr, beispielsweise des Sorptivvorrats und/oder der Sorptionsmittel-Verdampfer-Element-Umhüllung, Rekuperationsenergie, insbesondere welche beim Abbremsen eines Fahrzeugs entsteht, zuführbar ist. So kann vorteilhafterweise weitere elektrische Energie aus dem Batteriesystem eingespart werden.
Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Batterietemperiersystems wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Batteriesystem, dem erfindungsgemäßen Betriebsverfahren, dem erfindungsgemäßen Steuergerät sowie auf die Figuren und die Figurenbeschreibung verwiesen.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Batteriesystem, welches mindestens eine Batteriezelle und mindestens ein erfindungsgemäßes Batterietemperiersystem umfasst. Beispielsweise kann das Batteriesystem eine Traktionsbatterie, zum Beispiel eines Fahrzeugs, beispielsweise eines Elektrofahrzeugs und/oder eines Hybridfahrzeugs, zum Beispiel eines Elektro-Hybridfahrzeugs, und/oder eine Starterbatterie, zum Beispiel eines Fahrzeugs, beispielsweise eines Fahrzeugs mit Verbrennungsmotor und/oder eines Hybridfahrzeugs, zum Beispiel eines Elektro-Hybridfahrzeugs, und/oder ein Lithium-Batteriesystem, zum Beispiel ein Lithium-Ionen-Batteriesystem, sein.
Das Batteriesystem kann insbesondere ein Batteriegehäuse zur Aufnahme von Batteriezellen, beispielsweise von mindestens einem Batteriemodul aus Batteriezellen, umfassen. Das Batteriegehäuse kann insbesondere den Innenraum des Batteriesystems umgeben.
Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Batteriesystems wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Batterietemperiersystem, dem erfindungsgemäßen Betriebsverfahren, dem erfindungsgemäßen Steuergerät sowie auf die Figuren und die Figurenbeschreibung verwiesen.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Betriebsverfahren zum Betreiben eines Batterietemperiersystems, insbesondere zur Temperierung eines Batteriesystems, beispielsweise eines erfindungsgemäßen Batterietemperiersystems, und/oder eines Batteriesystems, beispielsweise eines erfindungsgemäßen Batteriesystems.
In dem Verfahren kann insbesondere in einem Heizbetrieb ein beziehungsweise der Sorptivvorrat, beispielsweise ein beziehungsweise der Wasservorrat, durch einen beziehungsweise den Wärmespeicher beheizt werden. Zum Beispiel kann der Sorptivvorrat, beispielsweise der Wasservorrat, im Heizbetrieb beheizt werden, insofern die Umgebungstemperatur beziehungsweise Außentemperatur beziehungsweise die Temperatur des Sorptivs, beispielsweise des Wassers, in dem Sorptivvorrat, welche insbesondere mittels eines beziehungsweise des Sorptivtemperatursensors, beispielsweise Wassertemperatursensors, ermittelbar ist, eine Temperaturuntergrenze, zum Beispiel von etwa 0 °C, gegebenenfalls von etwa 5 °C, unterschreitet. So kann vorteilhafterweise gefrorenes Sorptiv aufgetaut werden.
Im Heizbetrieb des Batterietemperiersystems kann insbesondere (mindestens) eine beziehungsweise die Sorptivzufuhr, beispielsweise Wasserzufuhr, insbesondere deren Absperrorgan/e, geöffnet werden. Im Rahmen einer speziellen Ausgestaltung - insbesondere im Rahmen derer sowohl der Sorptivvorrat als auch die Sorptionsmittel-Verdampfer-Element-Umhüllung eine als Zwischenboden einsetzbare Außenwandung mit einer, mit einem Absperrorgan ausgestatteten Sorptivzufuhr aufweist - werden im Heizbetrieb des Batterietemperierungssystems die Sorptivzufuhr, beispielsweise Wasserzufuhr, zum Beispiel das Absperrorgan der Sorptivzufuhr beziehungsweise Wasserzufuhr, des Sorptivvorrats, beispielsweise Wasservorrats, und die Sorptivzufuhr, beispielsweise Wasserzufuhr, zum Beispiel das Absperrorgan der Sorptivzufuhr beziehungsweise Wasserzufuhr, der Sorptionsmittel-Verdampfer-Element-Umhüllung geöffnet. Dies kann beispielsweise erfolgen insofern die Umgebungstemperatur beziehungsweise Außentemperatur beziehungsweise die Temperatur des Sorptivs, beispielsweise Wasser, welche zum Beispiel mittels des Sorptivtemperatursensors, beispielsweise Wassertemperatursensors, ermittelbar ist, eine Temperaturobergrenze, zum Beispiel von etwa 0 °C, beispielsweise von etwa 5 °C, überschreitet. So kann vorteilhafterweise flüssiges beziehungsweise aufgetautes Sorptiv durch die Sorptivzufuhr zugeführt werden. Dabei kann bei geöffneter Sorptivzufuhr, beispielsweise Wasserzufuhr, des Sorptivvorrats, beispielsweise Wasservorrats, und bei geöffneter Sorptivzufuhr, beispielsweise Wasserzufuhr, der Sorptionsmittel-Verdampfer-Element-Umhüllung insbesondere Sorptiv, beispielsweise Wasser, aus dem Sorptivvorrat, beispielsweise Wasservorrat, durch das Verdampfungsmaterial aufgesaugt werden.
Dabei kann dem Verdampfermaterial Sorptiv, beispielsweise Wasser, zugeführt werden, welches an dem Verdampfungsmaterial verdampft und dampfförmig dem Sorptionsmittel zugeführt und von diesem unter Abgabe von zum Heizen nutzbarer Wärme sorbiert werden kann. Durch die abgegebenen Wärme kann dann das Batteriesystem vorteilhafterweise beheizt werden. So kann vorteilhafterweise bewirkt werden, dass das Batteriesystem, welches zum Beispiel eine Traktionsbatterie sein kann, in einem günstigen Temperaturbereich betrieben werden kann.
Der Wärmespeicher kann im Heizbetrieb beispielsweise durch Einleiten einer Druckwelle aktiviert werden, zum Beispiel insofern die Umgebungstemperatur beziehungsweise Außentemperatur beziehungsweise die Temperatur des Sorptivs, beispielsweise des Wassers, eine Temperaturuntergrenze, zum Beispiel von etwa 0 °C, gegebenenfalls von etwa 5 °C, unterschreitet.
Alternativ oder zusätzlich dazu kann der Wärmespeicher beispielsweise zeitgesteuert und/oder ferngesteuert gestartet werden. Eine Zeitsteuerung könnte beispielsweise an Tagen mit einem konstanten Tagesrhythmus vorteilhaft sein.
Das Material des Wärmespeichers, beispielsweise das Phasenwechselmaterial, kann beispielsweise nach jedem Einsatz regeneriert werden. Ob das Phasenwechselmaterial eingesetzt wurde, kann beispielsweise mittels des Batteriemanagementsystems (BMS) erfasst und/oder ermittelt werden.
Das Material des Wärmespeichers kann zum Beispiel mit Wärme aus einem Fahrgastinnenraum beheizt werden.
Zum Beispiel kann das Material des Wärmespeichers in einem Wärmespeicherregenerationsbetrieb mit Wärme aus dem Fahrgastinnenraum beheizt werden, insofern die Temperatur des Fahrgastinnenraums eine Temperaturuntergrenze, welche beispielsweise größer oder gleich der Schmelztemperatur des Materials ist, und zum Beispiel bei etwa 20 °C liegen kann, überschreitet. So kann vorteilhafterweise das Material des Wärmespeichers, insbesondere ohne den Einsatz zusätzlicher Energie, regeneriert und zur erneuten Wärmeabgabe vorbereitet werden. Beispielsweise kann ein Phasenwechselmaterial (PCM) wieder verflüssigt werden.
Kalium-Fluorid-Tetrahydrat (KF·4H₂O) kann zum Beispiel eine Schmelztemperatur von etwa 16 °C aufweisen. Eine geeignete Menge an Kalium-Fluorid-Tetrahydrat kann vorteilhafterweise durch Wärme aus einem Fahrgastinnenraum mit einer Temperatur von 18 °C bis 21 °C bereits nach einer Stunde wieder verflüssigt werden.
Alternativ oder zusätzlich kann zur Wärmespeicherregeneration auch Rekuperationsenergie, insbesondere welche beim Abbremsen eines Fahrzeugs entsteht, genutzt werden.
Alternativ oder zusätzlich kann der Wärmespeicher auch, insbesondere automatisch, während eines später erläuterten Sorptionsmittelregenerationsbetriebes mittels der Restwärme des, in dem Kondensator kondensierten und in den Sorptivvorrat, beispielsweise Wasservorrat, überführten Sorptivs, beispielsweise Wassers, regeneriert werden. Dabei kann die Wärme von dem Sorptiv, beispielsweise Wasser, zum Beispiel über die Metallstäbe, auf das Material des Wärmespeichers übertragen werden.
Der Heizbetrieb kann beispielsweise durchgeführt werden, insofern die Umgebungstemperatur beziehungsweise Außentemperatur und/oder die Temperatur mindestens einer Batteriezelle unterhalb einer Temperaturuntergrenze, beispielsweise von 0 °C, zum Beispiel von 5 °C, liegt. Zum Beispiel kann der Heizbetrieb zumindest im Fall einer Umgebungstemperatur beziehungsweise Außentemperatur T_U in einem Bereich von -30 °C ≤ T_U ≤ 0 °C und/oder im Fall einer Zellentemperatur T_Z in einem Bereich von -30 °C ≤ T_Z ≤ 0 °C durchgeführt werden. Beispielsweise kann im Heizbetrieb die Sorptivzufuhr, beispielsweise die Wasserzufuhr, insbesondere deren Absperrorgan, beziehungsweise können die Sorptivzufuhren, beispielsweise die Wasserzufuhren, insbesondere deren Absperrorgane, geöffnet werden, insofern die Temperatur mindestens einer Batteriezelle unterhalb einer Temperaturuntergrenze, beispielsweise von 0 °C, zum Beispiel von 5 °C, liegt.
Der Heizbetrieb kann insbesondere dann durchgeführt werden, wenn das Batterietemperiersystem nicht im Sorptionsmittelregenerationsbetrieb ist.
Die Temperatur der mindestens einen Batteriezelle kann beispielsweise mittels des Temperatursensors der thermischen Kontaktplatte ermittelt beziehungsweise gemessen werden.
Im Rahmen einer speziellen Ausgestaltung wird die Sorptivzufuhr, beispielsweise die Wasserzufuhr, insbesondere deren Absperrorgan, beziehungsweise werden die Sorptivzufuhren, beispielsweise die Wasserzufuhren, insbesondere deren Absperrorgane, im Heizbetrieb wieder geschlossen, insofern die Temperatur der mindestens einen Batteriezelle eine Temperaturobergrenze, beispielsweise von 0 °C, gegebenenfalls von 5 °C, erreicht. Vorteilhafterweise können sich die Batteriezellen ausgehend von einer Temperatur von 0 °C durch Energieabgabe selbstständig weiter, beispielsweise auf 5 °C, erwärmen. Es kann daher ausreichend sein die Batteriezellen durch die Sorptionswärme lediglich auf 0 °C zu erwärmen, was es ermöglicht Sorptionsmittel, beispielsweise etwa 2 l Sorptionsmittelvolumen beziehungsweise etwa 2 kg Sorptionsmittelgewicht, einzusparen.
Im Heizbetrieb kann insbesondere das Absperrorgan des Heizkreislaufes geöffnet und/oder die Pumpe des Heizkreislaufes aktiviert beziehungsweise eingeschaltet werden. So kann vorteilhafterweise die bei der Sorption im Sorptionsmittel entstehende Sorptionswärme zum Heizen verwendet werden.
Im Heizbetrieb kann beispielsweise das Absperrorgan des Kühlkreislaufes geschlossen und/oder die Pumpe des Kühlkreislaufes deaktiviert beziehungsweise ausgeschaltet werden beziehungsweise sein.
Das Absperrorgan der Dampfeinlassöffnung und/oder der Sorptivabfuhr und/oder des Sorptiveinlass können im Heizbetrieb beispielsweise geschlossen werden beziehungsweise geschlossen bleiben.
In einem Kühlbetrieb des Batterietemperiersystems kann insbesondere (mindestens) eine beziehungsweise die Sorptivzufuhr, beispielsweise Wasserzufuhr, insbesondere deren Absperrorgan/e, geöffnet werden.
Im Rahmen einer speziellen Ausgestaltung - insbesondere im Rahmen derer sowohl der Sorptivvorrat als auch die Sorptionsmittel-Verdampfer-Element-Umhüllung eine als Zwischenboden einsetzbare Außenwandung mit einer, mit einem Absperrorgan ausgestatteten Sorptivzufuhr aufweist - werden im Kühlbetrieb des Batterietemperierungssystems die Sorptivzufuhr, beispielsweise Wasserzufuhr, zum Beispiel das Absperrorgan der Sorptivzufuhr beziehungsweise Wasserzufuhr, des Sorptivvorrats, beispielsweise Wasservorrats, und die Sorptivzufuhr, beispielsweise Wasserzufuhr, zum Beispiel das Absperrorgan der Sorptivzufuhr beziehungsweise Wasserzufuhr, der Sorptionsmittel-Verdampfer-Element-Umhüllung geöffnet.
Der Kühlbetrieb kann beispielsweise durchgeführt werden, insofern die Umgebungstemperatur beziehungsweise Außentemperatur und/oder die Temperatur mindestens einer Batteriezelle oberhalb einer Temperaturobergrenze, beispielsweise von 35 °C, zum Beispiel von 40 °C, liegt.
Beispielsweise kann im Kühlbetrieb die Sorptivzufuhr, beispielsweise die Wasserzufuhr, insbesondere deren Absperrorgan, beziehungsweise können die Sorptivzufuhren, beispielsweise die Wasserzufuhren, insbesondere deren Absperrorgane, geöffnet werden, insofern die Temperatur mindestens einer Batteriezelle oberhalb einer Temperaturobergrenze, beispielsweise von 35 °C, zum Beispiel von 40 °C, liegt.
So kann dem Verdampfermaterial Sorptiv, beispielsweise Wasser, zugeführt werden, welches an dem Verdampfungsmaterial verdampft, wobei die resultierende Verdampfungskälte zum Kühlen genutzt werden kann. Dadurch kann dann das Batteriesystem vorteilhafterweise gekühlt werden. So kann vorteilhafterweise bewirkt werden, dass das Batteriesystem, welches zum Beispiel eine Traktionsbatterie sein kann, in einem günstigen Temperaturbereich betrieben werden kann.
Der Kühlbetrieb kann insbesondere dann durchgeführt werden, wenn das Batterietemperiersystem nicht im Sorptionsmittelregenerationsbetrieb ist.
Im Kühlbetrieb kann insbesondere das Absperrorgan des Kühlkreislaufes geöffnet und/oder die Pumpe des Kühlkreislaufes aktiviert beziehungsweise eingeschaltet werden. Dabei kann im Kühlbetrieb das Absperrorgan des Heizkreislaufes geschlossen und/oder die Pumpe des Heizkreislaufes deaktiviert beziehungsweise ausgeschaltet werden beziehungsweise sein.
Das Absperrorgan der Dampfeinlassöffnung und/oder der Sorptivabfuhr und/oder des Sorptiveinlass können im Kühlbetrieb beispielsweise geschlossen werden beziehungsweise geschlossen bleiben.
Im Rahmen einer speziellen, alternativen oder zusätzlichen Ausgestaltung wird Rekuperationsenergie, insbesondere welche beim Abbremsen eines Fahrzeugs entsteht, zum Beheizen, insbesondere des Materials des Wärmespeichers und/oder des Sorptionsmittels und/oder der Batteriezellen, und/oder zum Öffnen und/oder Schließen des Absperrorgans der Dampfeinlassöffnung und/oder der Sorptivabfuhr und/oder des Sorptiveinlass und/oder der Sorptivzufuhr, beispielsweise des Sorptivvorrats und/oder der Sorptionsmittel-Verdampfer-Element-Umhüllung, verwendet.
Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung wird das Sorptionsmittel in einem Sorptionsmittelregenerationsbetrieb beheizt.
Das Absperrorgan der Dampfeinlassöffnung kann im Sorptionsmittelregenerationsbetrieb geöffnet werden. So kann vorteilhafterweise aus dem Sorptionsmittel im Sorptionsmittelregenerationsbetrieb freigegebenes dampfförmiges Sorptiv, beispielsweise Wasser, in den Kondensator überführt werden.
In dem Kondensator kann dann im Sorptionsmittelregenerationsbetrieb insbesondere Sorptiv, beispielsweise Wasser, kondensiert und dem Sorptivvorrat, beispielsweise Wasservorrat, zugeführt werden. Insbesondere können daher im Sorptionsmittelregenerationsbetrieb auch das Absperrorgan der Sorptivabfuhr und das Absperrorgan des Sorptiveinlass geöffnet werden.
Das Absperrorgan der Sorptivzufuhr, beispielsweise des Sorptivvorrats und/oder der Sorptionsmittel-Verdampfer-Element-Umhüllung, kann im Sorptionsmittelregenerationsbetrieb insbesondere geschlossen werden beziehungsweise geschlossen bleiben. So kann vorteilhafterweise vermieden werden, dass Sorptiv, beispielsweise Wasser, über das Verdampfungsmaterial zu dem, zu regenerierenden Sorptionsmittel gelangen kann.
Das Beheizen kann im Sorptionsmittelregenerationsbetrieb beispielsweise durch die Sorptionsmittelheizung des Batterietemperiersystems erfolgen. Zum Beheizen kann zum Beispiel - beispielsweise über eine geeignete Betriebsstrategie - Energie aus dem Batteriesystem und/oder Rekuperationsenergie, insbesondere welche beim Abbremsen eines Fahrzeugs entstehen kann, und/oder Energie aus einer externen Ladestation verwendet werden. Um eine hohe Lebensdauer zu erzielen, kann es vorteilhaft sein, dass das Beheizen des Sorptionsmittels langsam erfolgt.
Alternativ oder zusätzlich kann gegebenenfalls auch beim Betrieb des Batteriesystems entstehende Wärme zur Sorptionsmittelregeneration genutzt werden. Gegebenenfalls kann dabei die Sorptionsmittelregeneration gleichermaßen zum Kühlen des Batteriesystems genutzt werden.
Im Sorptionsmittelregenerationsbetrieb kann die Sorptionsmittelheizung aktiviert beziehungsweise eingeschaltet werden.
Im Rahmen einer Ausgestaltung wird das Sorptionsmittel im Sorptionsmittelregenerationsbetrieb beheizt, insofern das Batteriesystem an eine externe Ladestation angeschlossen ist. Dass das Batteriesystem an eine externe Ladestation angeschlossen ist kann beispielsweise von einem Batteriemanagementsystem ermittelt werden. Ein Laden an einer externen Ladestation kann vorteilhafterweise eine gute Möglichkeit bieten, das Sorptionsmittel mit Strom von einer externen Quelle auszuheizen und dabei gegebenenfalls gespeichertes Sorptiv, beispielsweise Wasser, zurückzugewinnen. Insofern das Batteriesystem regelmäßig an einer netzgespeisten Ladestation geladen wird, kann dies gegebenenfalls zur Sorptionsmittelregeneration sowie gegebenenfalls auch zur Wärmespeicherregeneration sowie zur Sorptivrückgewinnung und damit zur stetigen Bereitschaft des Systems ausreichend sein.
Im Rahmen einer weiteren, alternativen oder zusätzlichen Ausgestaltung wird, beispielsweise laufend, der elektrische Widerstand, insbesondere der Isolationswiderstand, zwischen Batteriezellen und/oder von einem positiven Potential, beispielsweise von HV+, zur Masse (Ground) und/oder von einem negativen Potential, beispielsweise HV-, zur Masse (Ground) gemessen. Aus dem elektrischen Widerstand kann dann beispielsweise der Sättigungsgrad des Sorptionsmittels ermittelt werden. Insbesondere kann dabei das Sorptionsmittel in Abhängigkeit von dem elektrischen Widerstand beheizt werden. Zum Beispiel kann das Sorptionsmittel im Sorptionsmittelregenerationsbetrieb beheizt werden, insofern der elektrische Widerstand, insbesondere der Isolationswiderstand, zwischen Batteriezellen und/oder von einem positiven Potential, beispielsweise von HV+, zur Masse (Ground) und/oder von einem negativen Potent, beispielsweise HV-, zur Masse (Ground) einen Grenzwert überschreitet. So kann vorteilhafterweise eine Möglichkeit zur Ermittlung des Regenerationsbedarfs des Sorptionsmittels bereitgestellt werden.
Im Rahmen einer weiteren, alternativen oder zusätzlichen Ausgestaltung wird eine spezifische Schwellwertfunktion beispielsweise auf der Basis eines numerischen Sättigungsmodells ermittelt. Dies kann beispielsweise in Form einer SW-Funktion in dem Batteriemanagementsystem implementiert sein. Zum Beispiel kann dabei im Fall eines Überschreitens einer festgelegten Sättigungsschwelle eine Meldung über, beispielsweise ein Diagnosesystem, ausgegeben und die Sorptionsmittelregeneration gestartet werden. So kann vorteilhafterweise eine weitere Möglichkeit zur Ermittlung des Regenerationsbedarfs des Sorptionsmittels bereitgestellt werden.
Gegebenenfalls kann dabei das Sorptionsmittel zur Sättigungserkennung auch demontiert, beispielsweise abgeschraubt, und gewogen werden.
Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Batterietemperiersystem, dem erfindungsgemäßen Batteriesystem, dem erfindungsgemäßen Steuergerät sowie auf die Figuren und die Figurenbeschreibung verwiesen.
Ferner betrifft die Erfindung ein elektronisches Steuergerät, beispielsweise ein Batteriemanagementsystem, welches zur Durchführung des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens ausgelegt ist.
Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Steuergeräts wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Batterietemperiersystem, dem erfindungsgemäßen Batteriesystem, dem erfindungsgemäßen Betriebsverfahren sowie auf die Figuren und die Figurenbeschreibung verwiesen.
Zeichnung
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Gegenstände werden durch die Zeichnung veranschaulicht und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Dabei ist zu beachten, dass die Zeichnung nur beschreibenden Charakter hat und nicht dazu gedacht ist, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken. Es zeigt

1 einen schematischen Querschnitt durch eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Batterietemperiersystems.

1 zeigt, dass das Batterietemperiersystem 1 zur Temperierung eines Batteriesystems ein Sorptionsmittel 2 zur exothermen Sorption eines Sorptivs, einen Sorptivvorrat 3 zur Aufnahme von Sorptiv und einen latenten und/oder thermochemischen Wärmespeicher 4 zum Beheizen des Sorptivvorrats 3 umfasst. Dabei kann das Sorptionsmittel 2 beispielsweise Zeolith und das Sorptiv Wasser sein. Der Wärmespeicher 4 kann beispielsweise ein Phasenwechselmaterial umfassen.
1 zeigt, dass der Wärmespeicher ein vorspannbares Metallplättchen 4a mit Knallfrosch-Effekt, welches 4a mittels eines Elektromagneten 4b auslösbar ist, als Auslöseeinrichtung ausgestattet ist. 1 veranschaulicht, dass das Material des Wärmespeichers 4, beispielsweise das Phasenwechselmaterial, in einer flexiblen und/oder elastischen Umhüllung 4c verpackt ist. Dabei ist der Sorptivvorrat 3 mit dem Wärmespeicher 4 mittels Metallstäben 5, welche sich von dem Wärmespeicher 4 in den Sorptivvorrat 3 hinein erstrecken, thermisch verbunden.
1 deutet an, dass das System 1 weiterhin einen Sorptivtemperatursensor 3b, zum Beispiel einen Temperaturfühler, zur Messung der Temperatur des Sorptivs in dem Sorptivvorrat 3 umfasst.
1 zeigt, dass das System 1 weiterhin ein Verdampfungsmaterial 6 zum Verdampfen von Sorptiv umfasst, welchem 6 Sorptiv durch, mit Absperrorganen 3a,6a ausgestattete Sorptivzufuhren zuführbar ist. Dabei ist zwischen dem Sorptionsmittel 2 und dem Verdampfungsmaterial 6 eine Dampfkanäle aufweisende Trennschicht 7, beispielsweise eine wasserdampfdurchlässige Membran, angeordnet.
Darüber hinaus zeigt 1, dass das System 1 weiterhin eine Sorptionsmittelheizung 8 zum Beheizen des Sorptionsmittels 2 und einen Kondensator 9 zum Kondensieren von, aus dem Sorptionsmittel 2 ausgeheizten Dampf umfasst. Dabei ist das Sorptionsmittel 2 über eine, mit einem Absperrorgan 9a ausgestattete Dampfeinlassöffnung dampfleitend mit dem Kondensator 9 verbindbar. 1 zeigt, dass dabei der Kondensator 9 weiterhin eine, mit einem Absperrorgan 9b ausgestattete, in eine Leitung 10 mündende Sorptivabfuhr umfasst, wobei die Leitung 10 in einen, mit einem Absperrorgan 3c ausgestatteten Sorptiveinlass mündet.
1 illustriert, dass dabei das Sorptionsmittel 2 und das Verdampfungsmittel 6 ein Sorptionsmittel-Verdampfer-Element 2,6 bilden, welches 2,6 in einer, insbesondere dichten, Sorptionsmittel-Verdampfer-Element-Umhüllung 11 verpackt ist. Dabei sind der Sorptivvorrat 3 und die Sorptionsmittel-Verdampfer-Element-Umhüllung 11 lösbar aneinander montiert. Die Umhüllung 11 kann dabei eine gasdichte, mehrschichtigen Umhüllung sein. Insbesondere kann die Sorptionsmittel-Verdampfer-Element-Umhüllung 11 aus entgasungsfreien Materialien ausgebildet sein. Zum Beispiel kann die Sorptionsmittel-Verdampfer-Element-Umhüllung 11 eine Innenschicht aus Polypropylen, eine Zwischenschicht aus Aluminium und eine Außenschicht aus Polyester aufweisen, deren einzelne Schichten mit einem temperaturbeständigen Kleber verklebt und an den Kanten zu einer rundum dichten Mehrschichthülle verschweißt sind. So kann vorteilhafterweise das System gegen mechanische Beschädigungen geschützt werden. Vor dem Einschweißen in die Umhüllung 11 kann das Sorptionsmittel 2 desorbiert, beispielsweise dehydriert, werden. Dies kann beispielsweise durch Erhitzen auf eine Temperatur > 150 °C erfolgen. Dies kann zudem den Vorteil haben, dass irgendwelche anhaftenden oder enthaltenen Stoffe, welche die Sorptionsfähigkeit verschlechtern könnten, ausgegast werden können. Nach dem Abkühlen kann dann die Sorptionsmittel-Verdampfer-Element-Umhüllung 11 verschweißt werden.
1 zeigt, dass die Sorptionsmittel-Verdampfer-Element-Umhüllung 11 eine als Zwischenboden einsetzbare Außenwandung mit einer, mit einem Absperrorgan 6a ausgestatteten Sorptivzufuhr aufweist, wobei der Sorptivvorrat 3 ebenfalls eine als Zwischenboden einsetzbare Außenwandung mit einer, mit einem Absperrorgan 3a ausgestatteten Sorptivzufuhr aufweist. Dabei sind die Sorptivzufuhr der Sorptionsmittel-Verdampfer-Element-Umhüllung 11 und die Sorptivzufuhr des Sorptivvorrats 3 durch Öffnen der Absperrorgane 3a,6a sorptivleitend miteinander verbindbar. Die beiden Zwischenböden können vorteilhafterweise dazu dienen, das Sorptionsmittel-Verdampfer-Element 2,6 und den Sorptivvorrat separat von einander demontieren, austauschen beziehungsweise auffüllen zu können.
Durch den Wärmespeicher 4 kann vorteilhafterweise in einem Heizbetrieb der Sorptivvorrat 3 beheizt werden, insbesondere insofern die Umgebungstemperatur beziehungsweise Außentemperatur beziehungsweise die Temperatur des Sorptivs, welche mittels des Sorptivtemperatursensors 3b ermittelbar ist, eine Temperaturuntergrenze, insbesondere von 0 °C, unterschreitet, was auf eine Verfestigung des Sorptivs, zum Beispiel von Wasser in Form von Eis, hindeuten kann. Durch das Beheizen kann das Sorptiv aufgeschmolzen und verflüssigt werden.
Beim Erreichen einer Sorptivtemperatur von +5 °C oder auch schon früher, beispielsweise ab einer Temperatur von mehr als 0 °C, können die Absperrorgane 3a,6a der verschließbaren Zwischenböden geöffnet werden, so dass das Verdampfungsmaterial 6, welches beispielsweise ein Kunststoffvlies sein kann, Sorptiv, zum Beispiel Wasser, aus dem etwa +5 °C warmen Sorptivvorrat 3 aufsaugen kann. Damit kann durch das Verdampfungsmaterial 6 Dampf, zum Beispiel von Wasserdampf, gebildet werden, welcher durch die dampfdurchlässige Trennschicht 7 zum Sorptionsmittel 2 gelangen und dort unter Wärmeabgabe W von dem Sorptionsmittel 2 sorbiert werden kann. Die abgegebene, thermochemisch erzeugte Wärme W kann dabei zur Aufheizung des Batteriesystems genutzt werden. Die beim Verdampfen des Sorptivs an dem Verdampfungsmaterial 6 entstehende Verdampfungskälte K kann zur Umgebung abgeführt und/oder zur Kühlung des Batteriesystems genutzt werden.
Ein derartiges System 1 kann vorteilhafterweise auch in einem in einem Fahrzeug fest eingebautem Zustand regeneriert werden. Dazu kann die Sorptionsmittelheizung 8 eingeschaltet und die Absperrorgane 9a, 9b und 3c geöffnet werden. So kann aus dem Sorptionsmittel 2 Dampf ausgeheizt und in dem Kondensator 9 wieder verflüssigt werden und über die Verbindungsleitung 10 zurück in den Sorptivvorrat 3 fließen. So kann vorteilhafterweise das Sorptionsmittel 2 regeneriert und das darin vormals sorbierte Sorptiv zur erneuten Verwendung wieder zurück gewonnen werden. Dabei kann eine Aktivierung der Sorptionsmittelheizung 8 in Abhängigkeit von einem, von einem Batteriemanagementsystem 12 ausgegebenen Signal erfolgen. Das Signal kann dabei beispielsweise signalisieren, ob das Batteriesystem von einer externen Ladestation geladen wird. Gegebenenfalls kann eine derartige „fremdgespeiste“ Ausheizungen bereits ausreichen, um zum bedarfsgerechten Batterieheizen unter 0°C ausreichend funktionsbereites Sorptionsmittel 2 und Sorptiv zur Verfügung zu stellen. Auch das Material des Wärmespeichers 4 kann sich hierbei regenerieren, da warmes Sorptiv aus dem Kondensator 9 in den Sorptivvorrat 3 geleitet wird, dessen Wärme über die wärmeleitenden Metallstäbe 5 auf das Material des Wärmespeichers 4, beispielsweise ein Phasenwechselmaterial, welches sich bei über 16 °C verflüssigt, überführt werden kann, so dass auch dieses damit regeneriert werden kann.
1 illustriert, dass die Absperrorgane 3a,6a der Sorptivzufuhren und die Auslöseeinrichtung 4a,4b, insbesondere der Elektromagnet 4b, des Wärmespeichers 4 durch das Batteriemanagementsystem 12 steuerbar sein können. 1 deutet zudem an, dass das Batteriemanagementsystem 12 weiterhin eine Anzeige zum Anzeigen des Heizvorgangs 12a und/oder eine Bus-Schnittstelle 12b, beispielsweise einen CAN, aufweisen kann.

Claims

Batterietemperiersystem (1), insbesondere zur Temperierung eines Batteriesystems, umfassend - ein Sorptionsmittel (2) zur exothermen Sorption eines Sorptivs, - einen Sorptivvorrat (3) zur Aufnahme von Sorptiv, und - einen latenten und/oder thermochemischen Wärmespeicher (4) zum Beheizen des Sorptivvorrats (3), wobei das Batterietemperiersystem (1) mindestens ein Sorptionsmittel-Verdampfer-Element (2,6) umfasst, welches ein Sorptionsmittel (2) zur exothermen Sorption eines Sorptivs und ein Verdampfungsmaterial (6) zum Verdampfen von Sorptiv umfasst, wobei zwischen dem Sorptionsmittel (2) und dem Verdampfungsmaterial (6) eine Dampfkanäle aufweisende Trennschicht (7) angeordnet ist, wobei dem Verdampfungsmaterial (6) durch mindestens eine Sorptivzufuhr (3a,6a) Sorptiv zuführbar ist, wobei das mindestens eine Sorptionsmittel-Verdampfer-Element (2,6) in einer, insbesondere dichten, Sorptionsmittel-Verdampfer-Element-Umhüllung (11) verpackt ist, wobei der Sorptivvorrat (3) und die Sorptionsmittel-Verdampfer-Element-Umhüllung (11) lösbar aneinander montierbar sind.
Batterietemperiersystem (1) nach Anspruch 1, wobei der Wärmespeicher (4) zur Speicherung von Wärmeenergie und zur auslösbaren Freigabe von gespeicherter Wärmeenergie ausgelegt ist und mit einer Auslöseeinrichtung (4a,4b) zur Auslösung einer Freigabe von in dem Wärmespeicher (4) gespeicherter Wärmeenergie ausgestattet ist, insbesondere wobei die Auslöseeinrichtung (4a,4b) ein vorspannbares Metallplättchen ist, welches mechanisch und/oder elektrisch auslösbar ist.
Batterietemperiersystem (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Wärmespeicher (4) ein Phasenwechselmaterial umfasst.
Batterietemperiersystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Material des Wärmespeichers (4), insbesondere das Phasenwechselmaterial, in einer flexiblen und/oder elastischen Umhüllung (4c) verpackt ist.
Batterietemperiersystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Sorptivvorrat (3) mit dem latenten und/oder thermochemischen Wärmespeicher (4) mittels mindestens eines Metallstabes (5), insbesondere welcher sich von dem Wärmespeicher (4) in den Sorptivvorrat (3) hinein erstreckt, thermisch verbindbar oder verbunden ist.
Batterietemperiersystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Batterietemperiersystem (1) weiterhin ein Verdampfungsmaterial (6) zum Verdampfen von Sorptiv umfasst, wobei dem Verdampfungsmaterial (6) Sorptiv durch mindestens eine, mit einem Absperrorgan (3a,6a) ausgestattete Sorptivzufuhr zuführbar ist.
Batterietemperiersystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei zwischen dem Sorptionsmittel (2) und dem Verdampfungsmaterial (6) eine Dampfkanäle aufweisende Trennschicht (7), insbesondere eine wasserdampfdurchlässige Membran, angeordnet ist.
Batterietemperiersystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Batterietemperiersystem (1) weiterhin einen Sorptivtemperatursensor (3b) zur Messung der Temperatur des Sorptivs, insbesondere in dem Sorptivvorrat, umfasst.
Batterietemperiersystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Batterietemperiersystem (1) weiterhin eine Sorptionsmittelheizung (8) zum Beheizen des Sorptionsmittels (2) umfasst.
Batterietemperiersystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Batterietemperiersystem (1) weiterhin einen Kondensator (9) zum Kondensieren von, aus dem Sorptionsmittel (2) ausgeheiztem Dampf umfasst, wobei das Sorptionsmittel (2) dampfleitend mit dem Kondensator (9) verbunden oder verbindbar ist.
Batterietemperiersystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Sorptionsmittel-Verdampfer-Element-Umhüllung (11) eine als Zwischenboden einsetzbare Außenwandung mit einer, mit einem Absperrorgan (6a) ausgestatteten Sorptivzufuhr aufweist, wobei der Sorptivvorrat (3) ebenfalls eine als Zwischenboden einsetzbare Außenwandung mit einer, insbesondere mit einem Absperrorgan (3a) ausgestatteten Sorptivzufuhr aufweist, wobei die Sorptivzufuhr der Sorptionsmittel-Verdampfer-Element-Umhüllung (11) und die Sorptivzufuhr des Sorptivvorrats (3) sorptivleitend miteinander verbindbar sind.
Batterietemperiersystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das Sorptionsmittel (2) einen Zeolithen, insbesondere Kaliumzeolith A, umfasst und/oder wobei das Sorptiv Wasser ist.
Batteriesystem, umfassend mindestens eine Batteriezelle und mindestens ein Batterietemperiersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 12.
Betriebsverfahren zum Betreiben eines Batterietemperiersystems zur Temperierung eines Batteriesystems, nach einem der Ansprüche 1 bis 12, und/oder eines Batteriesystems, nach Anspruch 13, in dem in einem Heizbetrieb ein Sorptivvorrat (3), insbesondere ein Wasservorrat, durch einen Wärmespeicher (4) beheizt wird, insbesondere insofern die Umgebungstemperatur und/oder die Temperatur des Sorptivs in dem Sorptivvorrat (3), insbesondere welche mittels eines Sorptivtemperatursensors (3b) ermittelbar ist, eine Temperaturuntergrenze, insbesondere von 0 °C, unterschreitet.