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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erwärmen einer Batterie. Insbesondere betrifft das Verfahren ein Erwärmen eines Elektrolyten der Batterie. Die Erfindung betrifft außerdem eine Heizvorrichtung zum Erwärmen einer Batterie, insbesondere zum Erwärmen eines Elektrolyten der Batterie. Schließlich betrifft die Erfindung ein Batteriesystem umfassend eine Batterie mit einer derartigen Heizvorrichtung.
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Aus dem Stand der Technik ist bekannt, dass eine Leistungsfähigkeit von Batterien u. a. von deren Temperatur abhängt. So ist insbesondere notwendig, eine Batterie bei geringen Temperaturen vorzuwärmen, damit die Batterie ihre volle Leistungsfähigkeit entfalten kann. Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn mit der Batterie ein energieintensiver Verbraucher, wie bspw. ein Elektromotor eines Fahrzeugs, versorgt werden soll. Bspw. führt ein Kaltstart in einem Elektrofahrzeug zu einem erheblichen Reichweitenverlust. Bei stationärer Anwendung von Batterien erfolgt ein erheblicher Kapazitätsverlust.
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Aus dem Stand der Technik ist daher bekannt, Metallfolien nahe dem Elektrolyten der Batterie anzubringen. Die Metallfolien können mit geringem Energieaufwand erwärmt werden, wodurch der Elektrolyt geheizt wird. Somit ergibt sich eine kurze Aufheizzeit mit geringem Energiebedarf, wodurch eine Leistungssteigerung der Batterie bei niedrigen Temperaturen mit einfachen Mitteln erreicht werden kann. Allerdings erfordert diese Maßnahme eine Veränderung der Batterie, insbesondere müssen besagte Folien vorgesehen und durch eine Schaltermimik ein und ausgeschaltet werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Erwärmen einer Batterie ermöglicht dieselben Vorteile, das bedeutet, ein aufwandsarmes und insbesondere energiearmes Erwärmen einer Batterie zum Erhöhen der Leistungsfähigkeit der Batterie bei niedrigen Temperaturen. Gleichzeitig ist ein Modifizieren der Batterie selbst nicht erforderlich. Somit kann insbesondere das erfindungsgemäße Verfahren auf alle bekannten Batterien angewandt werden. Ein spezielles Ausgestalten der Batterie ist nicht erforderlich. Außerdem erlaubt das Verfahren einfach und zuverlässig die Batterie, insbesondere den Elektrolyt der Batterie, zu erwärmen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Erwärmen einer Batterie sieht vor, dass ein Wechselstrom an die Batterie angelegt wird, um einen Elektrolyten der Batterie zu erwärmen. Außerdem wird anhand des Wechselstroms und einer an die Batterie angelegten Spannung ein elektrischer Widerstand des Elektrolyten bestimmt. Die angelegte elektrische Spannung ist insbesondere diejenige Spannung, die notwendig ist, um den beschriebenen Wechselstrom zu generieren. Der fließende Strom ist somit lediglich durch den elektrischen Widerstand des Elektrolyten bestimmt, wodurch eine Messung des Stroms zu einer genauen Messung des elektrischen Widerstands führt. Anschließend wird anhand des elektrischen Widerstands eine Temperatur des Elektrolyten bestimmt. Insbesondere ist der elektrische Widerstand des Elektrolyten abhängig von einer aktuellen Temperatur des Elektrolyten. Somit kann durch Kenntnis der Materialeigenschaften des Elektrolyten bestimmt werden, welche Temperatur dieser Elektrolyt gerade aufweist. Ein solches einfaches und zuverlässiges Bestimmen der Temperatur ermöglicht somit eine Regelung der Temperatur. Auf diese Weise wird verhindert, dass die Batterie durch das Aufheizen des Elektrolyten Schaden nimmt. Insbesondere kann verhindert werden, dass eine zu rasche Aufheizung der Batterie zu thermischen Hot Spots und Spannungen führt und es kann eine Überhitzung der Batterie, insbesondere des Elektrolyten, verhindert werden. Hierzu ist ein einfaches Regelsystem vorhanden, bei dem die Stärke des Wechselstroms als Stellgröße und die Temperatur oder eine Veränderungsrate der Temperatur als Regelgröße dient. Erfindungsgemäß ist somit vorgesehen, dass eine Stärke des Wechselstroms derart eingestellt wird, dass die Temperatur des Elektrolyten auf eine vordefinierte Veränderungsrate und/oder auf eine vordefinierte Zieltemperatur geregelt wird. Für eine derartige Regelung ist somit keinerlei zusätzliche Sensorik benötigt. Insbesondere ist die Temperatur nicht aufwendig zu messen, sondern kann einfach und zuverlässig aus dem elektrischen Widerstand des Elektrolyten bestimmt werden. Die beschriebene Regelung durch Einstellen der Stärke des Wechselstroms führt somit zu einer sicheren und zuverlässigen Erwärmung der Batterie, wobei negative Auswirkungen einer zu hohen oder zu schnellen Erwärmung der Batterie vermieden sind. Gleichzeitig ist sichergestellt, dass die Batterie innerhalb einer minimalen Zeit auf eine vorgesehene Betriebstemperatur aufgeheizt werden kann, sodass die Zeit bis zum Erreichen eines optimalen Arbeitsbereichs der Batterie minimiert ist.
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Die Unteransprüche haben bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Temperatur aus dem elektrischen Widerstand durch eine vordefinierte Widerstand-Temperatur-Kurve bestimmt wird. So ist insbesondere bekannt, dass Elektrolyten einen elektrischen Widerstand aufweisen, der sich mit der Temperatur des Elektrolyten verändert. Somit lässt sich ein Zusammenhang zwischen Temperatur und elektrischem Widerstand in einer Kurve darstellen. Diese Kurve oder zumindest die der Kurve zugrunde liegenden Daten werden vorteilhafterweise für jeden Elektrolyten gespeichert und sind somit zum Bestimmen der Temperatur aus dem elektrischen Widerstand verwendbar. Dies vereinfacht das Ermitteln der Temperatur des Elektrolyten. Alternativ zu der beschriebenen Widerstand-Temperatur-Kurve kann auch eine entsprechende vordefinierte mathematische Funktion, die die Temperatur in Abhängigkeit des Widerstands beschreibt, verwendet werden.
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Vorteilhafterweise wird der Wechselstrom durch Wandeln eines Gleichstroms der Batterie gewonnen. Dies bedeutet, dass die Batterie die zur Erwärmung benötigte Leistung selbst bereitstellt. Da ein Erwärmen des Elektrolyten bereits mit geringen Leistungen möglich ist, kann auch eine stark unterkühlte Batterie verwendet werden. Die in der Batterie vorhandene Doppelschichtkapazität wirkt als Stützkondensator und verringert den Spannungsrippel und damit die Überspannungen in der Batterie. Somit ist nicht notwendig, zusätzliche Energiequellen bereitzustellen. Gleichzeitig kann die Batterie, insbesondere der Elektrolyt, sicher und zuverlässig erwärmt werden.
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In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung wird das Wandeln durch eine H-Brückenschaltung mit einer Induktivität ausgeführt. H-Brückenschaltungen sind aus dem Stand der Technik bekannt, um aus einem Gleichstrom einen Wechselstrom zu wandeln. Dabei ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass die Ausgänge der H-Brückenschaltung mit der Induktivität verbunden sind, wodurch nach jedem Schaltungswechsel der H-Brückenschaltung dem Gleichstrom ein induzierter Gegenstrom entgegenwirkt. Dies führt dazu, dass der Gleichstrom mit dem induzierten Gegenstrom überlagert wird, wodurch sich wiederum ein Wechselstrom ergibt. Besagter Wechselstrom hat insbesondere die Form eines Sägezahnverlaufs. Ist besagter Gleichstrom insbesondere aus der Batterie entnommen, so wird durch die H-Brückenschaltung ein Wechselstrom an die Batterie angelegt. Somit wird der zuvor beschriebene Wechselstrom einfach und kostengünstig generiert. Außerdem ist das Generieren des Wechselstroms einfach und kostengünstig regelbar, da lediglich die Schaltfrequenz der Schalter der H-Brückenschaltung zu verändern ist. Auf diese Weise lässt sich insbesondere auch das Generieren des Wechselstroms gänzlich beenden.
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In einer Alternative wird besonders vorteilhaft eine Leistungselektronik eines Elektromotors zum Wandeln des Wechselstroms aus einem Gleichstrom verwendet. Dazu wird vorteilhafterweise eine Induktivität des Elektromotors verwendet. Somit ergibt sich grundsätzlich das gleiche Prinzip wie zuvor beschrieben. Auch eine Leistungselektronik eines Elektromotors wandelt einen Gleichstrom in einen Wechselstrom um. Im Falle von Elektrofahrzeugen wandelt die Leistungselektronik insbesondere den Gleichstrom in einen dreiphasigen Wechselstrom um. Dies erfolgt grundsätzlich nach demselben Prinzip wie zuvor beschrieben. Die Induktivität des Elektromotors führt zu einem induzierten Gegenstrom wie zuvor beschrieben, der sich mit dem Gleichstrom überlagert. Somit ergibt sich wiederum besagter Wechselstrom. Ein solches Verfahren ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn eine in einem Elektrofahrzeug verwendete Batterie zum Versorgen eines Elektromotors des Fahrzeugs erwärmt werden soll.
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Die Erfindung betrifft weiterhin eine Heizvorrichtung für eine Batterie. Die Heizvorrichtung ist ausgebildet zum Anlegen eines Wechselstroms an die Batterie, um einen Elektrolyten der Batterie zu erwärmen. Außerdem ist die Heizvorrichtung ausgebildet zum Bestimmen eines elektrischen Widerstands des Elektrolyten der Batterie anhand einer an die Batterie angelegten elektrischen Spannung und des Wechselstroms. Die an die Batterie angelegte Spannung ist insbesondere eine solche Spannung, die zu dem beschriebenen Wechselstrom führt. Aus der Spannung und dem Strom lässt sich somit der Widerstand des Elektrolyten bestimmen. Insbesondere werden hierbei Einflüsse von sonstigen Komponenten der Batterie aufgrund deren Geringfügigkeit vernachlässigt. Die Heizvorrichtung ist weiterhin eingerichtet, anhand des elektrischen Widerstands eine Temperatur des Elektrolyten zu bestimmen. Der elektrische Widerstand des Elektrolyten ist insbesondere abhängig von der Temperatur des Elektrolyten, sodass die Messung oder Bestimmung des elektrischen Widerstands auch als eine Messung der Temperatur angesehen werden kann. Durch das Bestimmen der Temperatur des Elektrolyten ist weiterhin ein Regelkonzept ermöglicht. Die Heizvorrichtung umfasst somit einen Regler, der das Erwärmen des Elektrolyten regelt. Dazu wird eine Stärke des Wechselstroms als Stellgröße und die Temperatur des Elektrolyten und/oder eine Veränderungsrate der Temperatur des Elektrolyten als Regelgröße verwendet. Auf diese Weise ist die Batterie, insbesondere der Elektrolyt, sicher und zuverlässig aufheizbar. Insbesondere ist vermeidbar, dass die Batterie, insbesondere der Elektrolyt, überhitzt wird oder aufgrund von zu schneller Aufheizung thermischen Spannungen ausgesetzt ist. Dies bedeutet, dass die Heizvorrichtung eingerichtet ist, durch Einstellen einer Stärke des Wechselstroms die Temperatur des Elektrolyten auf eine vordefinierte Veränderungsrate und/oder auf eine vordefinierte Zieltemperatur zu regeln.
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Besonders vorteilhaft weist die Heizvorrichtung eine H-Brückenschaltung mit einer Induktivität auf. Mit der H-Brückenschaltung ist ein Gleichstrom zu einem Wechselstrom wandelbar. An den Ausgängen der H-Brückenschaltung ist bevorzugt lediglich die Induktivität angebracht. Auf diese Weise wird ein Gegenstrom nach dem Umschalten der Schalter der H-Brückenschaltung generiert, der sich mit dem Gleichstrom überlagert. Dies führt zu einem Wechselstrom, der an die Batterie angelegt werden kann. Besonders vorteilhaft wird der Gleichstrom der Batterie selbst entnommen, sodass die Überlagerung mit dem induzierten Gegenstrom zu dem Anlegen des besagten Wechselstroms an die Batterie führt.
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In einer Alternative ist besonders vorteilhaft vorgesehen, dass die Heizvorrichtung eine Leistungselektronik und einen Elektromotor umfasst. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass die Leistungselektronik zum Ansteuern des Elektromotors ausgebildet ist. Insbesondere wandelt die Leistungselektronik einen Gleichstrom in einen für den Elektromotor vorgesehenen Wechselstrom, bevorzugt in einen dreiphasigen Wechselstrom, um. Dabei ist vorgesehen, dass die Leistungselektronik unter Verwendung einer Induktivität des Elektromotors den Wechselstrom zum Erwärmen der Batterie, insbesondere des Elektrolyten, aus einem Gleichstrom wandelt. Besagter Gleichstrom ist insbesondere ein Gleichstrom, der aus der zu erwärmenden Batterie entnommen wird. Grundsätzlich ist somit dieselbe Funktionsweise wie zuvor beschrieben realisiert. Jedoch ist keine zusätzliche Hardware notwendig. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Heizvorrichtung in Fahrzeugen angebracht wird, und Batterien, die Elektromotoren zum Antreiben des Fahrzeugs mit elektrischer Leistung versorgen, aufgewärmt werden sollen.
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Zuletzt betrifft die Erfindung ein Batteriesystem. Das Batteriesystem umfasst eine Batterie und eine Heizvorrichtung, wobei die Heizvorrichtung elektrisch mit der Batterie verbunden ist. Die Heizvorrichtung ist insbesondere eine Heizvorrichtung wie zuvor beschrieben und dient zum Erwärmen der Batterie. Besonders vorteilhaft wandelt die Heizvorrichtung einen Gleichstrom der Batterie in einen Wechselstrom, der zum Erwärmen eines Elektrolyten der Batterie verwendet wird.
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Besonders vorteilhaft ist außerdem vorgesehen, dass der Wechselstrom zum Erwärmen des Elektrolyten der Batterie eine Frequenz zwischen 1 kHz und 10 kHz aufweist. Ein solcher Wechselstrom wirkt vorteilhafterweise vorwiegend in den Elektrolyten, da der Elektrolyt bei einer derartigen Frequenz einen elektrischen Widerstand aufweist, der höher als der von sonstigen Komponenten der Batterie ist.
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Figurenliste
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen im Detail beschrieben. In den Zeichnungen ist:
- 1 eine schematische Abbildung eines Batteriesystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
- 2 eine schematische Abbildung einer Heizvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
- 3 eine schematische Abbildung einzelner Stromverläufe und Spannungsverläufe innerhalb der Heizvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
- 4 eine schematische Abbildung einer Heizvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt schematisch ein Batteriesystem 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Batteriesystem 10 umfasst eine Batterie 1 sowie eine Heizvorrichtung 9. Die Heizvorrichtung 9 ist elektrisch mit der Batterie 1 gekoppelt.
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Die Batterie 1 ist eine Batterie wie aus dem Stand der Technik bekannt. Somit weist die Batterie zwei Elektroden 11 auf, die über einen Elektrolyten 2 elektrisch miteinander gekoppelt sind. Somit kann eine elektrochemische Reaktion stattfinden, um eine elektrische Spannung auszugeben. Währenddessen bildet sich an den Elektroden 11 eine Doppelschicht 4 aus. Das Ausbilden der Doppelschicht ist aus dem Stand der Technik bekannt und wird daher nicht beschrieben. Der Elektrolyt kann flüssig oder fest innerhalb der Batterie 1 vorhanden sein.
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Weist die Batterie 1 eine zu geringe Temperatur auf, so ist ein Entnehmen von Leistung aus der Batterie 1 nur sehr eingeschränkt möglich. Dabei weist jede Batterie 1 einen optimalen Arbeitstemperaturbereich auf, der sich je nach Typ der Batterie 1 unterscheidet. Somit ist es vorteilhaft, die Batterie 1 aufzuwärmen, um die Temperatur in den optimalen Arbeitstemperaturbereich zu überführen. Dies erfolgt mithilfe der Heizvorrichtung 9, über die ein Wechselstrom an die Batterie 1 anlegbar ist. Somit fließt ein Strom über einen elektrischen Widerstand 3 des Elektrolyten 2. Der elektrische Wechselstromwiderstand der übrigen Komponente der Batterie 1 kann hierbei vernachlässigt werden, vielmehr wird ein gesamter Wechselstromwiderstand der Batterie 1 maßgeblich von dem Elektrolyten 2 bestimmt. Der Wechselstrom weist bevorzugt eine Frequenz zwischen 1 kHz und 10 kHz auf. Auf diese Weise ist ein Erwärmen des Elektrolyten 2 ermöglicht. Dazu muss die Batterie 1 keine zusätzlichen Heizelemente umfassen. Vielmehr kann die Heizvorrichtung 9 an jeder Batterie 1 verwendet werden.
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Die Heizvorrichtung ermöglicht vorteilhafterweise ein genaues Regeln der Temperatur der Batterie 1, insbesondere des Elektrolyten 2. Dies wird dadurch erreicht, dass der elektrische Widerstand 3 von der Heizvorrichtung 9 bestimmt wird. Das Bestimmen des elektrischen Widerstands 3 ist durch das Berechnen aus dem beschriebenen Wechselstrom sowie einer zu dem Wechselstrom zugehörigen Wechselspannung ermöglicht. Da der elektrische Widerstand 3 abhängig von der Temperatur des Elektrolyten 2 ist, kann durch die Bestimmung des elektrischen Widerstands 3 auch die Temperatur des Elektrolyten 2 und damit der Batterie 1 bestimmt werden. Zum Bestimmen der Temperatur aus dem elektrischen Widerstand 3 ist bevorzugt eine Widerstand-Temperatur-Kurve und/oder eine mathematische Funktion, die die Temperatur in Abhängigkeit des Widerstands 3 beschreibt, für den Elektrolyten 2 vorbekannt.
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Der Wechselstrom, der von der Heizvorrichtung 9 an die Batterie 1 angelegt wird, wird insbesondere durch Wandeln eines aus der Batterie 1 entnommenen Gleichstroms generiert, wobei der Wechselstrom durch die Doppelschicht 4 der Batterie 1 gepuffert wird. Dies wird nachfolgend anhand von 2 erklärt.
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2 zeigt schematisch eine Heizvorrichtung 9 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Heizvorrichtung 9 ist an eine Batterie 1 angeschlossen. Die Batterie 1 ist durch ein Ersatzschaltbild dargestellt, das neben einem elektrischen Spannungserzeuger 14 auch die Doppelschicht 4 sowie den Elektrolyten 2 darstellt. Der Elektrolyt 2 ist insbesondere durch den elektrischen Widerstand 3 charakterisiert. Die Doppelschicht 4 wird durch einen elektrischen Innenwiderstand 12, der im Vergleich zu dem elektrischen Widerstand 3 deutlich geringer ist, sowie einer parallel dazu geschalteten Kapazität 13 dargestellt. Die Kapazität 13 der Doppelschicht 4 dient zum Puffern des an die Batterie 1 von der Heizvorrichtung 9 angelegten Wechselstroms 400, der in 2 exemplarisch mittels eines Messgeräts gemessen wird.
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Die Heizvorrichtung 9 umfasst eine H-Brückenschaltung 5, wobei die H-Brückenschaltung 5 einen ersten Schalter 51, einen zweiten Schalter 52, einen dritten Schalter 53 und einen vierten Schalter 54 aufweist, die derart verschaltet sind, dass aus einem Gleichstrom ein Wechselstrom wandelbar ist. Dies wird dadurch erreicht, dass ein Eingang des ersten Schalters 51 mit einem Eingang des zweiten Schalters 52 verbunden ist, wobei ebenso ein Eingang des dritten Schalters 53 mit einem Eingang des vierten Schalters 54 verbunden ist. Ein Ausgang des ersten Schalters 51 ist mit einem Ausgang des dritten Schalters 53 verbunden, während ein Ausgang des zweiten Schalters 52 mit einem Ausgang des vierten Schalters 54 verbunden ist. Somit kann an den gemeinsamen Eingang von dem ersten Schalter 51 und dem zweiten Schalter 52 und an den gemeinsamen Eingang von dem dritten Schalter 53 und dem vierten Schalter 54 eine Gleichspannung oder ein Gleichstrom angelegt werden, wobei an dem gemeinsamen Ausgang des ersten Schalters 51 und des dritten Schalters 53 sowie an dem gemeinsamen Ausgang des zweiten Schalters 52 und des vierten Schalters 54 bei entsprechendem Schalten der Schalter 51, 52, 53 ,54 eine Wechselspannung oder ein Wechselstrom abgreifbar sind. Dazu müssen der erste Schalter 51 zusammen mit dem vierten Schalter 54 und der zweite Schalter 52 zusammen mit dem dritten Schalter 53 alternierend ein- und ausgeschaltet werden. Dies bedeutet, dass ein Einschalten des ersten Schalters 51 und des vierten Schalters 54 zu einem Ausschalten des zweiten Schalters 52 und des dritten Schalters 53 führen muss und umgekehrt. Auf diese Weise wird die angelegte Gleichspannung oder der angelegte Gleichstrom in eine Wechselspannung oder einen Wechselstrom gewandelt.
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In 2 sind der erste Schalter 51, der zweite Schalter 52, der dritte Schalter 53 und der vierte Schalter 54 Halbleiterelemente. Diese Halbleiterelemente werden von Eingangssignalen angesteuert. So werden der erste Schalter 51 und der vierte Schalter 54 von einem ersten Eingangssignal 100 angesteuert, während der zweite Schalter 52 und der dritte Schalter 53 von einem zweiten Eingangssignal 200 angesteuert werden. Das erste Eingangssignal 100 und das zweite Eingangssignal 200 sind in 3 schematisch dargestellt. Es ist ersichtlich, dass ein Ein- und Ausschalten der jeweiligen Schalterpaare stets alternierend erfolgt.
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An dem Ausgang der H-Brückenschaltung 5, das bedeutet, zwischen dem gemeinsamen Ausgang des ersten Schalters 51 und des vierten Schalters 54 sowie dem gemeinsamen Ausgang des zweiten Schalters 52 und des dritten Schalters 53 ist eine Induktivität 6 angeordnet. In 2 ist zusätzlich ein Spannungsmessgerät und ein Strommessgerät eingezeichnet, um den Verlauf der induzierten Spannung 500 und den Verlauf des induzierten Stroms 600 darstellen zu können. Diese sind jedoch für die Funktion der Heizvorrichtung 9 nicht notwendig. Auch der Verlauf der induzierten Spannung 500 und der Verlauf des induzierten Stroms 600 sind in 3 gezeigt. 3 zeigt außerdem den Verlauf der Spannung des Spannungserzeugers 14, das bedeutet die Ausgangsspannung 300 der Batterie 1. Schließlich zeigt 3 den Wechselstrom 400, der zum Erwärmen der Batterie 1, insbesondere des Elektrolyten 2, verwendet wird.
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Aus 3 ist ersichtlich, dass der Wechselstrom 400 eine sägezahnförmige Kontur aufweist. Diese Form wird wie folgt erreicht:
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Zu einem ersten Zeitpunkt sind sowohl der erste Schalter 51 als auch der vierte Schalter 54 eingeschaltet, während der zweite Schalter 52 und der dritte Schalter 53 ausgeschaltet sind. Somit ist in der gezeigten Messrichtung eine negative Induktionsspannung 500 messbar. Dies bedeutet, dass eine negative Spannung an der Induktivität 6 anliegt. Die Induktivität 6 sorgt dabei für ein allmähliches Ansteigen des Induktionsstroms 600. Ebenso steigt auch der Wechselstrom 400 an. Dieser Strom führt zu einem Erwärmen des Elektrolyten 2.
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Zu einem zweiten Zeitpunkt erfolgt ein Umschalten der H-Brückenschaltung 5. Dies bedeutet, dass der erste Schalter 51 und der vierte Schalter 54 ausgeschaltet werden, während der zweite Schalter 52 und der dritte Schalter 53 eingeschaltet werden. Somit liegt eine positive Induktionsspannung 500 an der Induktivität 6 an. Die Induktivität entlädt sich, wodurch der Induktionsstrom 600 allmählich sinkt. Da jedoch durch das Umschalten der H-Brückenschaltung die Anschlüsse vertauscht wurden, ergibt das allmähliche Absinken des Induktionsstroms 600 zunächst einen Vorzeichenwechsel des Wechselstroms 400 und anschließend ein allmähliches erneutes Ansteigen des Wechselstroms 400. Dieser Vorgang wiederholt sich bei jedem Umschaltvorgang der H-Brückenschaltung 5. Somit ist insgesamt ein sägezahnförmiger Verlauf des Wechselstroms 400 generierbar. Der Wechselstrom 400 heizt somit den Elektrolyt 2 auf. Dies geschieht dadurch, dass Verluste an dem elektrischen Widerstand 3 des Elektrolyten 2 entstehen, wobei diese Wärmeentwicklung zum Erwärmen des Elektrolyten 2 sowie der Batterie 1 dient.
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Die Doppelschicht 4, insbesondere die Kapazität 13 der Doppelschicht 4, dient zum Puffern des Wechselstroms 400. Somit ist sichergestellt, dass ein unterbrechungsfreier Wechselstrom 400 vorhanden ist.
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Der Wechselstrom 400 wird von der Heizvorrichtung 9 bevorzugt gemessen, um anhand einer Stärke des Wechselstroms 400 sowie an der zugehörigen an die Batterie 1 angelegten elektrischen Spannung den elektrischen Widerstand 3 zu bestimmen. Somit lässt sich die Temperatur überwachen, während die Batterie 1, insbesondere der Elektrolyt 2, aufgeheizt wird. Auch lässt sich über die Heizvorrichtung 9 der elektrische Widerstand 3 des Elektrolyten 2 während des Betriebs der Batterie 1 bestimmen, um so auch die Temperatur der Batterie 1 im Betrieb zu überwachen. Bevorzugt lässt sich außerdem eine Aufheizrate, das bedeutet, eine Veränderungsrate der Temperatur des Elektrolyten 2, ermitteln und einstellen. So fungiert die Heizvorrichtung 9 als Regler, die einerseits die Veränderungsrate der Temperatur des Elektrolyten 2 als auch die Zieltemperatur des Elektrolyten 2 regeln kann.
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Ein zweites Ausführungsbeispiel der Heizungsvorrichtung 9 ist in 4 gezeigt. In dem zweiten Ausführungsbeispiel umfasst die Heizvorrichtung 9 eine Leistungselektronik 7 sowie einen Elektromotor 8. Dabei ist die Leistungselektronik 7 ausgebildet, den Elektromotor 8 anzusteuern. In 4 ist dazu ein dreiphasiger Elektromotor 8 gezeigt, wobei auch andersphasige Elektromotoren 8 verwendet werden können. Die Leistungselektronik 7 führt grundsätzlich dieselben Operationen durch wie in 2 und 3 dargestellt. So wird von der Leistungselektronik 7 eine Gleichspannung, die einer Batterie 1 entnommen wird, in eine Wechselspannung gewandelt, die dem Elektromotor 8 zugeführt wird. Der Elektromotor 8 wiederum weist eine Induktivität auf, an die die gewandelte Spannung angelegt wird. Somit sind dieselben Voraussetzungen erfüllt wie in dem in 2 gezeigten Schaltbild. Dadurch lassen sich dieselben Wirkungen wie zuvor beschrieben erreichen, insbesondere kann ein Erwärmen des Elektrolyten 2 und damit der Batterie 1 durch den Wechselstrom 400 erfolgen.
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Das zweite Ausführungsbeispiel der Heizvorrichtung 9 ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Heizvorrichtung 9 für solche Batterien 1 eingesetzt werden soll, die zur Energieversorgung von Elektromotoren 8 von Elektrofahrzeugen vorgesehen sind. In diesem Fall weist das Elektrofahrzeug bereits die Leistungselektronik 7 und den Elektromotor 8 auf. Somit ist lediglich eine entsprechende Ansteuerung der Leistungselektronik 7 notwendig, um den beschriebenen Wechselstrom 400, bevorzugt mit einer Frequenz zwischen 1 kHz und 10 kHz, zu generieren. Es sind somit keine zusätzlichen Komponenten, wie bspw. eine dedizierte Heizung für die Batterie 1, notwendig.
