DE102022121873B3 - Thermal coupling module, thermal coupling system and method for heat transfer between at least one electrical energy storage and at least one heat consumer - Google Patents

Thermal coupling module, thermal coupling system and method for heat transfer between at least one electrical energy storage and at least one heat consumer Download PDF

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    • H01M10/66Heat-exchange relationships between the cells and other systems, e.g. central heating systems or fuel cells

Abstract

Thermisches Koppelmodul (10) zur Wärmeübertragung zwischen mindestens einem elektrischen Energiespeicher (2001..n) und mindestens einem Wärmeabnehmer (3001..n) durch ein Wärmetransportmedium (90), umfassend mindestens einen Energiespeicher-Wärmetauscher (201..n) mit einem Eingang (221..n) und einem Ausgang (241..n); mindestens einen Wärmeabnehmer-Wärmetauscher (30↓1..m↓) mit einem Eingang (32↓1..m↓) und einem Ausgang (34↓1..m↓) eine erste Fluidleitung (40) zwischen dem Energiespeicher-Wärmetauscher-Ausgang und dem Wärmeabnehmer-Wärmetauscher-Eingang mit einen Wärmeabnehmer-Abtrennventil (46); eine zweite Fluidleitung (50) zwischen dem Wärmeabnehmer-Wärmetauscher-Ausgang und dem Energiespeicher-Wärmetauscher-Eingang mit einen Energiespeicher-Abtrennventil (52); mindestens eine Wärmequelle (80) zur Einspeisung von Wärmeenergie in das Wärmetransportmedium in der ersten Fluidleitung; eine dritte Fluidverbindung (60) zwischen dem Wärmeabnehmer-Wärmetauscher-Ausgang und der ersten Fluidleitung zwischen der Wärmequelle und dem Wärmeabnehmer-Abtrennventil (46) mit einen Wärmeabnehmer-Bypass-Ventil (62); eine vierte Fluidverbindung (70) zwischen dem Wärmeabnehmer-Wärmetauscher-Ausgang und der ersten Fluidleitung zwischen dem Energiespeicher-Wärmetauscher-Ausgang und der Wärmequelle mit einen Energiespeicher-Bypass-Ventil (72); und eine Regelungseinheit (92) zur Steuerung bzw. Regelung der Einspeisung von Wärmeenergie durch die Wärmequelle und der Wärmeübertragung zwischen dem elektrischen Energiespeicher und dem Wärmeabnehmer durch Steuerung bzw. Regelung des Volumenstroms des Wärmetransportmediums durch die Ventile.Thermal coupling module (10) for heat transfer between at least one electrical energy storage (2001..n) and at least one heat consumer (3001..n) through a heat transport medium (90), comprising at least one energy storage heat exchanger (201..n) with an input (221..n) and an output (241..n); at least one heat consumer heat exchanger (30↓1..m↓) with an inlet (32↓1..m↓) and an outlet (34↓1..m↓) a first fluid line (40) between the energy storage heat exchanger output and the heat collector heat exchanger inlet with a heat collector isolation valve (46); a second fluid line (50) between the heat collector heat exchanger outlet and the energy storage heat exchanger inlet with an energy storage isolation valve (52); at least one heat source (80) for feeding thermal energy into the heat transport medium in the first fluid line; a third fluid connection (60) between the heat collector heat exchanger outlet and the first fluid line between the heat source and the heat collector isolation valve (46) with a heat collector bypass valve (62); a fourth fluid connection (70) between the heat collector heat exchanger outlet and the first fluid line between the energy storage heat exchanger outlet and the heat source with an energy storage bypass valve (72); and a control unit (92) for controlling the supply of thermal energy through the heat source and the heat transfer between the electrical energy storage and the heat consumer by controlling or regulating the volume flow of the heat transport medium through the valves.

Description

Die Erfindung betrifft ein thermisches Koppelmodul, ein thermisches Koppelungssystem und ein Verfahren zur Wärmeübertragung zwischen mindestens einem elektrischen Energiespeicher und mindestens einem Wärmeabnehmer.The invention relates to a thermal coupling module, a thermal coupling system and a method for heat transfer between at least one electrical energy storage and at least one heat consumer.

Die Erfindung liegt auf dem technischen Gebiet der Energietechnik und im Besonderen in der Anlagetechnik für Energiespeichersysteme. Hierbei ergibt sich durch den erhöhten Ausbau von Anlagen zur Stromerzeugung im Bereich der erneuerbaren Energien und insbesondere durch die hohe Volatilität des durch Windkraft- und Photovoltaikanlagen erzeugten Stroms ein großer und stetig zunehmender Bedarf an Energiespeichern zur Zwischenspeicherung überschüssiger elektrischer Energie bei hohem Sonnen- und/oder Windaufkommen, um die gespeicherte Energie zu einem Zeitpunkt niedriger Stromerzeugung und hohem Stromverbrauch wieder im Stromnetz oder lokal einsetzen zu können.The invention lies in the technical field of energy technology and in particular in the system technology for energy storage systems. The increased expansion of power generation systems in the field of renewable energies and in particular the high volatility of the electricity generated by wind turbines and photovoltaic systems results in a large and constantly increasing need for energy storage devices for the temporary storage of excess electrical energy in times of high solar and/or Wind volume in order to be able to use the stored energy again in the power grid or locally at a time of low power generation and high power consumption.

Batteriesysteme als Zwischenspeicher für überschüssige elektrische Energie weisen hierbei vielversprechende Eigenschaften auf, die sie für die eingeläutete Energiewende in Deutschland und weltweit sehr attraktiv machen. Je nach Batterietechnologie und Einsatzbereich variiert der Wirkungsgrad solcher Batteriesysteme, wobei die entstehenden Verluste bislang zu einem großen Teil ungenutzt als Verlustwärme abgeführt werden. Verlustwärme entsteht primär in dem Batteriesystem selbst und in der zugehörigen Leistungselektronik. Für den Einsatz als vergleichsweise großer stationärer elektrischer Zwischenspeicher für Energie von etwa 1 kWh bis 1 GWh eignen sich sogenannte Flow-Batterien, da diese durch ihre flexible und sichere Handhabung auch in Gebäuden zur Eigennutzung der aus erneuerbaren Quellen gewonnenen elektrischen Energie integriert werden können. Nachteilig ist hierbei ihr deutlich geringerer Wirkungsgrad im Vergleich zu Lithium-Ionen-Batterien als derzeitige Leittechnologie im Bereich der elektrischen Energiespeicher.Battery systems as temporary storage for excess electrical energy have promising properties that make them very attractive for the energy transition that is underway in Germany and worldwide. The efficiency of such battery systems varies depending on the battery technology and area of application, with the resulting losses largely being dissipated unused as waste heat. Heat loss arises primarily in the battery system itself and in the associated power electronics. So-called flow batteries are suitable for use as a comparatively large stationary electrical buffer for energy of around 1 kWh to 1 GWh, as their flexible and safe handling means they can also be integrated into buildings for their own use of electrical energy obtained from renewable sources. The disadvantage here is their significantly lower efficiency compared to lithium-ion batteries, the current leading technology in the field of electrical energy storage.

Die Nutzung der Verlustwärme von großen stationären Batteriesystemen, im Besonderen von Flow-Batterien wegen ihres schlechteren Wirkungsgrades, hat somit Potential, deren Energieeffizienz und gleichzeitig auch deren Wettbewerbsfähigkeit zu erhöhen. Während aber im Bereich der Stromproduktion in den letzten Jahrzehnten der Anteil erneuerbarer Energien stark angestiegen ist und nun bereits etwa die Hälfte der Jahresenergiemenge in Deutschland ausmacht, ist im Bereich der Nutzung von Wärmeenergie der Anteil aus erneuerbaren Energien deutlich geringer, so dass hier aus Klimaschutz und geopolitischen Gründen großer Handlungsbedarf besteht.The use of the heat loss from large stationary battery systems, in particular from flow batteries due to their poorer efficiency, therefore has the potential to increase their energy efficiency and at the same time their competitiveness. However, while the share of renewable energies in the area of electricity production has risen sharply in recent decades and now accounts for around half of the annual energy volume in Germany, in the area of heat energy use the share of renewable energies is significantly lower, so that here for reasons of climate protection and There is a great need for action for geopolitical reasons.

JP 2012-35 812 A beschreibt eine Klimaanlage für ein Fahrzeug mit einem Kühlkreislauf und einem Gerätekühlkreislauf, die den Stromverbrauch des Kühlkreislaufs reduzieren kann. JP 2012-35 812 A describes an air conditioner for a vehicle with a cooling circuit and an equipment cooling circuit, which can reduce the power consumption of the cooling circuit.

DE 10 2015 225 650 A1 beschreibt ein Verfahren zum Temperieren eines Energiesystems mit mindestens einem Batteriemodul und mindestens einem Brennstoffzellenmodul, wobei das Brennstoffzellenmodul einen ersten Temperierkreislauf und einen zweiter Temperierkreislauf umfasst. DE 10 2015 225 650 A1 describes a method for temperature control of an energy system with at least one battery module and at least one fuel cell module, the fuel cell module comprising a first temperature control circuit and a second temperature control circuit.

DE 10 2009 019 607 A1 beschreibt ein Fahrzeug mit einem Fahrgastraum, einem Energiespeicher zur Versorgung elektrisch betriebener Komponenten des Fahrzeugs und einer elektrisch betriebenen Einrichtung zur Klimatisierung des Fahrgastraums. DE 10 2009 019 607 A1 describes a vehicle with a passenger compartment, an energy storage device for supplying electrically operated components of the vehicle and an electrically operated device for air conditioning the passenger compartment.

DE 10 2014 212 833 A1 beschreibt ein Verfahren zur Kühlung einer Batterie, bei dem wenigstens eine Elektrolytflüssigkeit der Batterie zur Kühlung zu einem Wärmeübertrager geleitet wird, eine Abwärme der Elektrolytflüssigkeit über den Wärmeübertrager an eine Wärmesenke übertragen wird und bei dem eine Temperatur der Wärmesenke ermittelt wird. DE 10 2014 212 833 A1 describes a method for cooling a battery, in which at least one electrolyte liquid of the battery is passed to a heat exchanger for cooling, waste heat from the electrolyte liquid is transferred to a heat sink via the heat exchanger and in which a temperature of the heat sink is determined.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Energiespeichersysteme und Verfahren zur Speicherung von Energie bereitzustellen, welche insbesondere aus erneuerbaren Energieträgern erzeugte Energie effizient speichern und einsetzen.It is therefore an object of the present invention to provide energy storage systems and methods for storing energy which, in particular, efficiently store and use energy generated from renewable energy sources.

Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der nebengeordneten Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.This task is solved by the subjects of the independent claims. Advantageous embodiments are the subject of the subclaims.

Ein Aspekt zur Lösung der Aufgabe betrifft ein thermisches Koppelmodul zur Wärmeübertragung zwischen mindestens einem elektrischen Energiespeicher und mindestens einem Wärmeabnehmer, wobei das thermische Koppelmodul umfasst:

  • mindestens einen Energiespeicher-Wärmetauscher, welcher zur Wärmeübertragung zwischen dem elektrischen Energiespeicher und einem Wärmetransportmedium ausgelegt ist, wobei der Energiespeicher-Wärmetauscher einen Energiespeicher-Wärmetauscher-Eingang und einen Energiespeicher-Wärmetauscher-Ausgang für das Wärmetransportmedium aufweist;
  • mindestens einen Wärmeabnehmer-Wärmetauscher, welcher zur Wärmeübertragung zwischen dem Wärmeabnehmer und dem Wärmetransportmedium ausgelegt ist, wobei der Wärmeabnehmer-Wärmetauscher einen Wärmeabnehmer-Wärmetauscher-Eingang und einen Wärmeabnehmer-Wärmetauscher-Ausgang für das Wärmetransportmedium aufweist;
  • eine erste Fluidleitung für das Wärmetransportmedium zur Fluidverbindung des Energiespeicher-Wärmetauscher-Ausgangs mit dem Wärmeabnehmer-Wärmetauscher-Eingang;
  • ein in der ersten Fluidleitung angeordnetes, steuerbares Wärmeabnehmer-Abtrennventil zur Steuerung eines Volumenstroms des Wärmetransportmediums durch das Wärmeabnehmer-Abtrennventil;
  • eine zweite Fluidleitung für das Wärmetransportmedium zur Fluidverbindung des Wärmeabnehmer-Wärmetauscher-Ausgangs mit dem Energiespeicher-Wärmetauscher-Eingang;
  • ein in der zweiten Fluidleitung angeordnetes, steuerbares Energiespeicher-Abtrennventil zur Steuerung eines Volumenstroms des Wärmetransportmediums durch das Energiespeicher-Abtrennventil;
  • mindestens eine Wärmequelle zur Einspeisung von Wärmeenergie in das Wärmetransportmedium zwischen dem Energiespeicher-Wärmetauscher-Ausgang und dem Wärmeabnehmer-Abtrennventil in der ersten Fluidleitung;
  • eine dritte Fluidverbindung für das Wärmetransportmedium zur Fluidverbindung des Wärmeabnehmer-Wärmetauscher-Ausgangs mit einem Wärmequellen-stromabwärtigen Leitungsabschnitt der ersten Fluidleitung zwischen der Wärmequelle und dem Wärmeabnehmer-Abtrennventil;
  • ein in der dritten Fluidleitung angeordnetes, steuerbares Wärmeabnehmer-Bypass-Ventil zur Steuerung eines Volumenstroms des Wärmetransportmediums durch das Wärmeabnehmer-Bypass-Ventil;
  • eine vierte Fluidverbindung für das Wärmetransportmedium zur Fluidverbindung des Wärmeabnehmer-Wärmetauscher-Ausgang mit einem Wärmequellen-stromaufwärtigen Leitungsabschnitt der ersten Fluidleitung zwischen dem Energiespeicher-Wärmetauscher-Ausgang und der Wärmequelle;
  • ein in der vierten Fluidleitung angeordnetes, steuerbares Energiespeicher-Bypass-Ventil zur Steuerung eines Volumenstroms des Wärmetransportmediums durch das Energiespeicher-Bypass-Ventil; und
  • eine Regelungseinheit zur Steuerung bzw. Regelung der Einspeisung von Wärmeenergie durch die Wärmequelle und zur Steuerung bzw. Regelung der Wärmeübertragung zwischen dem elektrischen Energiespeicher und dem Wärmeabnehmer durch Steuerung bzw. Regelung des Volumenstroms des Wärmetransportmediums durch das Wärmeabnehmer-Abtrennventil, das Energiespeicher-Abtrennventil, das Wärmeabnehmer-Bypass-Ventil und das Energiespeicher-Bypass-Ventil.
One aspect of solving the problem relates to a thermal coupling module for heat transfer between at least one electrical energy storage and at least one heat consumer, the thermal coupling module comprising:
  • at least one energy storage heat exchanger designed to transfer heat between the electrical energy storage and a heat transport medium, the energy storage heat exchanger having an energy storage heat exchanger input and an energy storage heat exchanger output for the heat transport medium;
  • at least one heat collector heat exchanger which is designed for heat transfer between the heat collector and the heat transport medium, the heat collector heat exchanger having a heat collector heat exchanger inlet and has a heat collector heat exchanger outlet for the heat transport medium;
  • a first fluid line for the heat transport medium for fluidly connecting the energy storage heat exchanger output to the heat collector heat exchanger input;
  • a controllable heat collector isolation valve arranged in the first fluid line for controlling a volume flow of the heat transport medium through the heat collector isolation valve;
  • a second fluid line for the heat transport medium for fluidly connecting the heat collector heat exchanger output to the energy storage heat exchanger input;
  • a controllable energy storage isolation valve arranged in the second fluid line for controlling a volume flow of the heat transport medium through the energy storage isolation valve;
  • at least one heat source for feeding thermal energy into the heat transport medium between the energy storage heat exchanger outlet and the heat collector isolation valve in the first fluid line;
  • a third fluid connection for the heat transport medium for fluidly connecting the heat collector heat exchanger outlet to a heat source downstream line portion of the first fluid line between the heat source and the heat collector isolation valve;
  • a controllable heat collector bypass valve arranged in the third fluid line for controlling a volume flow of the heat transport medium through the heat collector bypass valve;
  • a fourth fluid connection for the heat transport medium for fluidly connecting the heat collector heat exchanger outlet to a heat source upstream line section of the first fluid line between the energy storage heat exchanger outlet and the heat source;
  • a controllable energy storage bypass valve arranged in the fourth fluid line for controlling a volume flow of the heat transport medium through the energy storage bypass valve; and
  • a control unit for controlling or regulating the feed-in of thermal energy through the heat source and for controlling or regulating the heat transfer between the electrical energy storage and the heat consumer by controlling or regulating the volume flow of the heat transport medium through the heat consumer isolation valve, the energy storage isolation valve, the Heat collector bypass valve and the energy storage bypass valve.

Ein technischer Vorteil des thermischen Koppelmoduls liegt in einer Sektorenkopplung von Energiesystemen verschiedener Energieformen, insbesondere von elektrischer Energie und Wärmeenergie, zur flexiblen Umwandlung zwischen elektrischer Energie und Wärme, um zwei voneinander getrennte Energiesysteme miteinander zu koppeln. Hierbei wird das (elektrische) Speichermedium eines elektrischen Energiespeichers zusätzlich als Wärmespeichermedium für einen Wärmeenergie-Zwischenspeicher genutzt, um bei erhöhter Energiegewinnung insbesondere aus erneuerbaren Energieträgern weitere Energie neben der elektrischen Energie zu speichern und in Zeiten niedriger Energiegewinnung wieder Wärmeenergie freizusetzen und diese Energie in einem angekoppelten Wärme-Energiesystem zu verwenden. Auf diese Weise wird zudem der Wirkungsgrad des elektrischen Energiespeichers durch die Nutzung von Verlustleistung des elektrischen Energiespeichers bei elektrischem Betrieb erhöht.A technical advantage of the thermal coupling module lies in a sector coupling of energy systems of different forms of energy, in particular electrical energy and thermal energy, for flexible conversion between electrical energy and heat in order to couple two separate energy systems with one another. Here, the (electrical) storage medium of an electrical energy storage device is additionally used as a heat storage medium for a heat energy buffer in order to store additional energy in addition to the electrical energy when energy production increases, particularly from renewable energy sources, and to release heat energy again in times of low energy production and to store this energy in a coupled Heat energy system to use. In this way, the efficiency of the electrical energy storage is also increased by using the power loss of the electrical energy storage during electrical operation.

Insbesondere eignet sich ein solches thermisches Koppelmodul in besonderer Weise für Gebäude mit Photovoltaik- und/oder Windenergieanlagen, um einen größeren Anteil an Energie für den Eigenbedarf aus einer solchen Sektorenkopplung zu decken und somit auch die Stromnetze in einem größeren Maße zu entlasten. Auch der Einsatz in Kombination mit großen Erzeugungsanlagen aus erneuerbaren Energien mit Speicher und eine Einspeisung der Wärmeenergie ins Fernwärmenetz ist hier denkbar. Durch das beschriebene thermische Koppelmodul wird die Wärmeeinspeisung, Wärmespeicherung und Wärmerückgewinnung an einem großen Stromspeicher erst ökonomisch und ökologisch attraktiv. Entscheidend ist hierbei die Kopplung dieser drei Fähigkeiten in einer technischen Lösung.In particular, such a thermal coupling module is particularly suitable for buildings with photovoltaic and/or wind energy systems in order to cover a larger proportion of energy for one's own needs from such sector coupling and thus also to relieve the power grids to a greater extent. Use in combination with large renewable energy generation systems with storage and feeding the thermal energy into the district heating network is also conceivable here. The described thermal coupling module makes heat input, heat storage and heat recovery in a large electricity storage system economically and ecologically attractive. What is crucial here is the coupling of these three capabilities in a technical solution.

Eine ausschließliche Nutzung eines Wärmekreislaufs für die Wärmerückgewinnung eines elektrischen Energiespeichers, insbesondere eines Batteriesystems, wie beispielsweise eine Vanadium-Redox-Flow-Batterie, könnte in vielen Fällen die Installation eines Wärmerückgewinnungssystem ökonomisch nicht rechtfertigen. In vielen dezentralen Speicheranlagen wäre die Menge an eingesparter Wärme nicht ausreichend, um die Investitions- und Betriebskosten zu übertreffen. Wird dem Wärmübertagungssystem dagegen eine zusätzliche Wärmequelle hinzugefügt, mit der ein temporärer Energieüberschuss als Wärme im Batteriesystem gespeichert und/oder auch direkt nutzbar ist, erhöhen sich die Einsparpotentiale enorm. Das liegt darin begründet, dass in der Folge weniger Wärmeenergie extern hinzugekauft oder selbst produziert werden muss.An exclusive use of a heat circuit for the heat recovery of an electrical energy storage device, in particular a battery system such as a vanadium redox flow battery, could in many cases not economically justify the installation of a heat recovery system. In many decentralized storage systems, the amount of heat saved would not be sufficient to exceed the investment and operating costs. If, on the other hand, an additional heat source is added to the heat transfer system, with which a temporary excess energy can be stored as heat in the battery system and/or can be used directly, the savings potential increases enormously. It lies The reason for this is that less heat energy has to be purchased externally or produced in-house.

Das thermische Koppelmodul bildet dabei einen geschlossenen Kreislauf für das Wärmetransportmedium innerhalb eines verzweigten hydraulischen Systems umfassend die Fluidleitungen, den mindestens einen Energiespeicher-Wärmetauscher und den mindestens einen Wärmeabnehmer-Wärmetauscher. Hierbei kann sowohl ein flüssiges als auch ein gasförmiges Wärmetransportmedium im thermischen Koppelmodul eingesetzt werden. Das Wärmetransportmedium wird dabei passiv durch Temperaturgradienten innerhalb des geschlossenen Kreislaufs und/oder aktiv durch den Einsatz mindestens einer Wärmetransportmedium-Pumpe in einer vorgegebenen Kreislaufrichtung durch das verzweigte hydraulische System transportiert. Insbesondere werden der Energiespeicher-Wärmetauscher und der Wärmeabnehmer-Wärmetauscher von dem Wärmetransportmedium in Richtung von dem jeweiligen Eingang zu dem jeweiligen Ausgang durchströmt. Auf diese Weise kann das thermische Koppelmodul auch Wärmeenergie über größere Strecken, beispielsweise innerhalb eines Gebäudes, transportieren und der elektrische Energiespeicher kann räumlich entfernt von dem Wärmeabnehmer installiert sein.The thermal coupling module forms a closed circuit for the heat transport medium within a branched hydraulic system comprising the fluid lines, the at least one energy storage heat exchanger and the at least one heat collector heat exchanger. Both a liquid and a gaseous heat transport medium can be used in the thermal coupling module. The heat transport medium is transported passively through temperature gradients within the closed circuit and/or actively through the use of at least one heat transport medium pump in a predetermined circulation direction through the branched hydraulic system. In particular, the heat transport medium flows through the energy storage heat exchanger and the heat collector heat exchanger in the direction from the respective input to the respective output. In this way, the thermal coupling module can also transport thermal energy over longer distances, for example within a building, and the electrical energy storage can be installed spatially away from the heat consumer.

Der elektrische Energiespeicher kann dabei als ein einziger, großer elektrischer Energiespeicher ausgelegt sein oder auch mehrere kleinere Energiespeicher umfassen. Ebenso kann der Wärmeabnehmer ein großer Wärmeabnehmer sein, der die gesamte Wärmeenergie aus dem thermischen Koppelmodul bezieht, oder es können mehrere kleine Wärmeabnehmer Teilmengen der Wärmeenergie aufnehmen. Auf diese Weise wird die Flexibilität für einem Einsatz des thermischen Koppelmodus weiter erhöht.The electrical energy storage can be designed as a single, large electrical energy storage or can also include several smaller energy storage devices. Likewise, the heat consumer can be a large heat consumer that obtains all of the thermal energy from the thermal coupling module, or several small heat consumers can absorb partial amounts of the thermal energy. In this way, the flexibility for using the thermal coupling mode is further increased.

Der Energiespeicher-Wärmetauscher und der Wärmeabnehmer-Wärmetauscher sind Vorrichtungen, die Wärmeenergie von einem Wärmetransportmedium bzw. Stoffstrom auf einen anderen übertragen. Insbesondere wird Wärmeenergie vom Wärmespeichermedium des elektrischen Energiespeichers über den Energiespeicher-Wärmetauscher auf das Wärmetransportmedium des thermischen Koppelmoduls übertragen und die über das verzweigte hydraulische System zum Wärmeabnehmer-Wärmetauscher transportierte Wärmeenergie wird vom Wärmetransportmedium über den Wärmeabnehmer-Wärmetauscher auf ein Wärmemedium des Wärmeabnehmers übertragen. Hierbei ist das Wärmemedium der Teil des Wärmeabnehmers, welchem Wärmeenergie zugeführt werden soll. Das Wärmemedium kann ein fluides und/oder festes Medium sein, welches entweder wie bei einem Warmwasserspeicher verbraucht und durch einen Zufluss und Abfluss im Wärmeabnehmer zu- und abgeführt wird, oder welches stationär im Wärmeabnehmer verbleibt.The energy storage heat exchanger and the heat collector heat exchanger are devices that transfer thermal energy from one heat transport medium or material flow to another. In particular, thermal energy is transferred from the heat storage medium of the electrical energy storage via the energy storage heat exchanger to the heat transport medium of the thermal coupling module and the heat energy transported via the branched hydraulic system to the heat collector heat exchanger is transferred from the heat transport medium via the heat collector heat exchanger to a heat medium of the heat collector. The heat medium is the part of the heat consumer to which heat energy is to be supplied. The heat medium can be a fluid and/or solid medium, which is either consumed as in a hot water storage tank and is supplied and removed through an inflow and outflow in the heat consumer, or which remains stationary in the heat consumer.

Das Wärmeabnehmer-Abtrennventil kann bei einem thermischen Koppelmodul mit einer Mehrzahl von Wärmeabnehmer-Wärmetauschern zur Übertragung von Wärme auf die Wärmespeichermedien einer Mehrzahl von Wärmeabnehmern als ein Mehrwege-Ventil ausgeführt sein, welches die erste Fluidleitung mit den Eingängen der Wärmeabnehmer-Wärmetauscher verbindet oder als eine Mehrzahl von Einzelventilen, welche jeweils die erste Fluidleitung mit dem Eingang eines Wärmeabnehmer-Wärmetauschers verbindet. Ebenso kann das Energiespeicher-Abtrennventil bei einem thermischen Koppelmodul mit einer Mehrzahl von Energiespeicher-Wärmetauschern als ein Mehrwege-Ventil ausgeführt sein, welches die zweite Fluidleitung mit den Eingängen der Energiespeicher-Wärmetauscher verbindet oder als eine Mehrzahl von Einzelventilen, welche jeweils die zweite Fluidleitung mit dem Eingang eines Energiespeicher-Wärmetauschers verbindet.In a thermal coupling module with a plurality of heat collector heat exchangers for transferring heat to the heat storage media of a plurality of heat collectors, the heat collector isolation valve can be designed as a multi-way valve, which connects the first fluid line to the inlets of the heat collector heat exchangers, or as one A plurality of individual valves, each of which connects the first fluid line to the inlet of a heat collector heat exchanger. Likewise, in a thermal coupling module with a plurality of energy storage heat exchangers, the energy storage isolation valve can be designed as a multi-way valve, which connects the second fluid line to the inputs of the energy storage heat exchangers, or as a plurality of individual valves, each of which connects the second fluid line connects to the input of an energy storage heat exchanger.

Die Wärmequelle des thermischen Koppelmoduls ist ausgelegt, externe elektrische oder thermische Überschussleistung, vorzugsweise aus erneuerbaren Energien, als Wärme in das System einzuspeisen. Dies kann in bestimmten Fällen Prozesswärme oder Solarthermie sein, aber auch Abwasser- oder Abluftwärmerückgewinnung ist ein Beispiel für eine Wärmeeinspeisung aus einer externen Wärmequelle. Es kann aber aus volkswirtschaftlicher Sicht auch sinnvoll sein, externe Überschussleistung aus dem öffentlichen, elektrischen Netz zu beziehen, falls dort durch zu viel Einspeisung eine Überlastung des elektrischen Netzes droht. Außerdem kann es aus betriebswirtschaftlicher Sicht sinnvoll sein, das Wärmespeichermedium des elektrischen Energiespeichers und/oder das Wärmetransportmedium im thermischen Koppelmodul und/oder das Wärmemedium des Wärmeabnehmers mit Wärme aus extern zugekaufter elektrischer Energie aufzuladen, wenn elektrische Energie besonders günstig bei Strombörsen verfügbar ist.The heat source of the thermal coupling module is designed to feed external electrical or thermal excess power, preferably from renewable energies, into the system as heat. In certain cases this can be process heat or solar thermal energy, but wastewater or exhaust air heat recovery is also an example of heat input from an external heat source. From an economic perspective, however, it can also make sense to obtain external surplus power from the public electrical network if there is a risk of overloading the electrical network due to too much feed-in. In addition, from a business perspective, it can make sense to charge the heat storage medium of the electrical energy storage and/or the heat transport medium in the thermal coupling module and/or the heat medium of the heat consumer with heat from externally purchased electrical energy if electrical energy is available particularly cheaply from electricity exchanges.

In den meisten Fällen handelt es sich bei der Einspeisung zusätzlicher externer Energie über die Wärmequelle um eine geeignete Wandlung von elektrischer Leistung in thermische Leistung. Hierbei kann die Wärmequelle insbesondere als ein Heizstab ausgeführt sein, der besonders kostengünstig hohe thermische Leistungen in das System einbringt oder alternativ eine Wärmepumpe, welche im Vergleich zum Heizstab effizienter arbeiten kann. Bei gleicher Eingangsstrommenge kann dadurch mehr als die doppelte Menge an thermischer Leistung einspeist werden. Alternativ ist auch ein Durchlauferhitzer einsetzbar.In most cases, feeding additional external energy via the heat source involves a suitable conversion of electrical power into thermal power. Here, the heat source can in particular be designed as a heating element, which brings high thermal outputs into the system in a particularly cost-effective manner, or alternatively a heat pump, which can work more efficiently compared to the heating element. With the same amount of input current, more than twice the amount of thermal power can be generated be fed. Alternatively, an instantaneous water heater can also be used.

Das Wärmetransportmedium ist ein Fluid und kann sowohl flüssig oder gasförmig ausgeführt sein. Dabei wird im verzweigten hydraulischen System des thermischen Koppelmodus vorzugsweise ein flüssiges Wärmetransportmedium, insbesondere Wasser, eingesetzt, da dadurch lokale Druckunterschiede im hydraulischen System leichter vermieden werden. Wasser als Wärmetransportmedium hat zudem den Vorteil, umweltverträglich und/oder nicht toxisch zu sein, eine hohe spezifische Wärmekapazität aufzuweisen und kostengünstig verfügbar zu sein.The heat transport medium is a fluid and can be either liquid or gaseous. In the branched hydraulic system of the thermal coupling mode, a liquid heat transport medium, in particular water, is preferably used, since this makes it easier to avoid local pressure differences in the hydraulic system. Water as a heat transport medium also has the advantage of being environmentally friendly and/or non-toxic, having a high specific heat capacity and being available inexpensively.

Bei der Regelung der Einspeisung von Wärmeenergie durch die Wärmequelle und/oder über den Energiespeicher-Wärmetauscher steuert und/oder regelt die Regelungseinheit insbesondere den Volumenstrom des Wärmetransportmediums innerhalb des verzweigten hydraulischen Systems des thermischen Koppelmoduls über die Regelung der Volumenströme durch das Wärmeabnehmer-Abtrennventil, das Energiespeicher-Abtrennventil, das Wärmeabnehmer-Bypass-Ventil und das Energiespeicher-Bypass-Ventil und damit auch die Verteilung der eingespeisten Energiemengen. Die jeweiligen Ventile können dabei ausgelegt sein, ohne Rückkoppelung durch Auswertung von Sensorsignalen durch die Regelungseinheit durch Steuerungssignale gesteuert zu werden oder auf Basis einer Auswertung von Sensorsignalen durch die Regelungseinheit durch Regelungssignale gesteuert zu werden. Die Steuerung und/oder Regelung an den Ventilen erfolgt dabei durch das teilweise oder vollständige Öffnen und/oder Schließen der jeweiligen Ventile auf Basis der Steuerungs- und/oder Regelungssignale.
Erfindungsgemäß umfasst das thermische Koppelmodul zusätzlich:

  • einen Einspeiseüberschuss-Informationsgeber, welcher ausgelegt ist, eine Verfügbarkeit und vorzugsweise einen Betrag einer einspeisbaren Überschussleistung zu ermitteln und an die Regelungseinheit als Überschussleistung-Verfügbarkeitsinformation und Überschussleistung-Betragsinformation auszugeben, wobei die einspeisbare Überschussleistung an die Wärmequelle zur Erwärmung des Wärmetransportmediums zuführbar ist, wobei der Überschussleistung-Informationsgeber ausgelegt ist, die Überschussleistung-Verfügbarkeitsinformation und die Überschussleistung-Betragsinformation an die Regelungseinheit auszugeben, wenn
    • - die einspeisbare Überschussleistung eine Überschussleistung aus erneuerbaren Energien ist; und/oder
    • - die einspeisbare Überschussleistung eine thermische Überschussleistung ist, welche einer externen Wärmequelle entnehmbar ist; und/oder
    • - die einspeisbare Überschussleistung eine elektrische Überschussleistung ist, welche zur Verringerung einer Netzüberlastung einem externen Stromnetz entnehmbar ist; und/oder
    • - die einspeisbare Überschussleistung eine elektrische Überschussleistung ist, welchem einem Stromnetz zu einem Stromentnahmepreis pro Zeiteinheit entnehmbar ist, welcher unter einem Schwellwertentnahmepreis pro Zeiteinheit liegt; und/oder
  • einen Energiespeicher-Sensor zur Ermittlung eines Betriebszustandes des elektrischen Energiespeichers, insbesondere einer Temperatur eines Wärmespeichermediums des elektrischen Energiespeichers; und/oder
  • einen Wärmeabnehmer-Sensor zur Ermittlung einer Temperatur TWA eines Wärmemediums des Wärmeabnehmers; und/oder
  • einen Wärmeabnehmer-Wärmetauscher-Eingang-Sensor zur Ermittlung eines Betriebszustandes des Wärmetransportmediums an dem Wärmeabnehmer-Wärmetauscher-Eingang, wobei der Betriebszustand des Wärmetransportmediums eine Temperatur TWA-EIN des Wärmetransportmediums an dem Wärmeabnehmer-Wärmetauscher-Eingang beinhaltet; und/oder
  • einen Wärmeabnehmer-Wärmetauscher-Ausgang-Sensor zur Ermittlung eines Betriebszustandes des Wärmetransportmediums an dem Wärmeabnehmer-Wärmetauscher-Ausgang, wobei der Betriebszustand des Wärmetransportmediums eine Temperatur TWA-AUS des Wärmetransportmediums an dem Wärmeabnehmer-Wärmetauscher-Ausgang beinhaltet; und/oder
  • einen Energiespeicher-Wärmetauscher-Eingang-Sensor zur Ermittlung eines Betriebszustandes des Wärmetransportmediums an dem Energiespeicher-Wärmetauscher-Eingang, wobei der Betriebszustand des Wärmetransportmediums eine Temperatur TES-EIN des Wärmetransportmediums an dem Energiespeicher-Wärmetauscher-Eingang beinhaltet; und/oder
  • einen Energiespeicher-Wärmetauscher-Ausgang-Sensor zur Ermittlung eines Betriebszustandes des Wärmetransportmediums an dem Energiespeicher - Wärmetauscher-Ausgang, wobei der Betriebszustand des Wärmetransportmediums eine Temperatur TES-AUS des Wärmetransportmediums an dem Energiespeicher-Wärmetauscher-Ausgang beinhaltet; und/oder
  • einen Wärmequellen-Eingang-Sensor zur Ermittlung eines Betriebszustandes des Wärmetransportmediums an einer ersten Sensorposition in der ersten Fluidleitung, wobei der Betriebszustand des Wärmetransportmediums eine Temperatur TWQ-EIN des Wärmetransportmediums an der ersten Sensorposition beinhaltet, wobei die erste Sensorposition stromaufwärtig der Wärmequelle und stromabwärtig eines ersten Fluidleitungsverbindungspunkts einer Verbindung der ersten Fluidleitung mit der vierten Fluidleitung liegt; und/oder
  • einen Wärmequellen-Ausgang-Sensor zur Ermittlung eines Betriebszustandes des Wärmetransportmediums an einer zweiten Sensorposition in der ersten Fluidleitung, wobei der Betriebszustand des Wärmetransportmediums eine Temperatur TWQ-AUS des Wärmetransportmediums an der zweiten Sensorposition beinhaltet, wobei die zweite Sensorposition stromabwärtig der Wärmequelle und stromaufwärtig eines zweiten Fluidleitungsverbindungspunkts einer Verbindung der ersten Fluidleitung mit der dritten Fluidleitung liegt; und/oder
  • einen Wärmeabnehmer-Wärmebedarf-Sensor zur Ermittlung eines Betrags eines Wärmebedarfs des Wärmeabnehmers, wobei der Wärmebedarf eine Wärmeübertragungsleistung ist, die dem Wärmetransportmedium von dem Wärmeabnehmer über den Wärmeabnehmer-Wärmetauscher entzogen wird;
  • wobei der Energiespeicher-Sensor, der Wärmeabnehmer-Sensor, der Wärmeabnehmer-Wärmetauscher-Eingang-Sensor, der Wärmeabnehmer-Wärmetauscher-Ausgang-Sensor, der Energiespeicher-Wärmetauscher-Eingang-Sensor, der Energiespeicher-Wärmetauscher-Ausgang-Sensor, der Wärmequellen-Eingang-Sensor, der Wärmequellen-Ausgang-Sensor und der Wärmeabnehmer-Wärmebedarf-Sensor jeweils ausgelegt sind, Messwerte des Betriebszustands zu ermitteln und zugeordnete jeweilige Messsignale als Eingangssignale für die Regelungseinheit bereitzustellen.
When regulating the feed-in of thermal energy through the heat source and/or via the energy storage heat exchanger, the control unit controls and/or regulates in particular the volume flow of the heat transport medium within the branched hydraulic system of the thermal coupling module via the regulation of the volume flows through the heat consumer isolation valve Energy storage isolation valve, the heat collector bypass valve and the energy storage bypass valve and thus also the distribution of the amounts of energy fed in. The respective valves can be designed to be controlled by control signals without feedback by evaluating sensor signals by the control unit or to be controlled by control signals based on an evaluation of sensor signals by the control unit. The control and/or regulation of the valves is carried out by partially or completely opening and/or closing the respective valves based on the control and/or regulation signals.
According to the invention, the thermal coupling module additionally includes:
  • a feed-in excess information provider, which is designed to determine an availability and preferably an amount of an excess power that can be fed in and to output it to the control unit as excess power availability information and excess power amount information, wherein the excess power that can be fed in can be supplied to the heat source for heating the heat transport medium, wherein the Excess power information provider is designed to output the excess power availability information and the excess power amount information to the control unit if
    • - the surplus power that can be fed in is surplus power from renewable energies; and or
    • - the surplus power that can be fed in is a thermal surplus power that can be taken from an external heat source; and or
    • - the surplus power that can be fed in is excess electrical power that can be taken from an external power grid to reduce grid overload; and or
    • - the excess power that can be fed in is excess electrical power that can be taken from a power grid at an electricity extraction price per unit of time that is below a threshold extraction price per unit of time; and or
  • an energy storage sensor for determining an operating state of the electrical energy storage, in particular a temperature of a heat storage medium of the electrical energy storage; and or
  • a heat collector sensor for determining a temperature T WA of a heat medium of the heat collector; and or
  • a heat consumer heat exchanger input sensor for determining an operating state of the heat transport medium at the heat consumer heat exchanger input, the operating state of the heat transport medium including a temperature T WA-ON of the heat transport medium at the heat consumer heat exchanger input; and or
  • a heat consumer heat exchanger output sensor for determining an operating state of the heat transport medium at the heat consumer heat exchanger output, the operating state of the heat transport medium including a temperature T WA-OFF of the heat transport medium at the heat consumer heat exchanger output; and or
  • an energy storage heat exchanger input sensor for determining an operating state of the heat transport medium at the energy storage heat exchanger input, the operating state of the heat transport medium including a temperature T ES-ON of the heat transport medium at the energy storage heat exchanger input; and or
  • an energy storage heat exchanger output sensor for determining an operating state of the heat transport medium at the energy storage heat exchanger output, the operating state of the heat transport medium being a temperature T ES-OFF of the heat transport medium at the energy storage cher heat exchanger output includes; and or
  • a heat source input sensor for determining an operating state of the heat transport medium at a first sensor position in the first fluid line, the operating state of the heat transport medium including a temperature T WQ-ON of the heat transport medium at the first sensor position, the first sensor position upstream of the heat source and downstream of a first fluid line connection point is a connection of the first fluid line to the fourth fluid line; and or
  • a heat source output sensor for determining an operating state of the heat transport medium at a second sensor position in the first fluid line, the operating state of the heat transport medium including a temperature T WQ-OFF of the heat transport medium at the second sensor position, the second sensor position downstream of the heat source and upstream of one second fluid line connection point is a connection of the first fluid line to the third fluid line; and or
  • a heat consumer heat demand sensor for determining an amount of heat demand of the heat consumer, the heat demand being a heat transfer power withdrawn from the heat transport medium by the heat consumer via the heat consumer heat exchanger;
  • wherein the energy storage sensor, the heat collector sensor, the heat collector heat exchanger input sensor, the heat collector heat exchanger output sensor, the energy storage heat exchanger input sensor, the energy storage heat exchanger output sensor, the heat source sensor Input sensor, the heat source output sensor and the heat consumer heat demand sensor are each designed to determine measured values of the operating state and to provide associated respective measurement signals as input signals for the control unit.

Der Einspeiseüberschuss-Informationsgeber kann aus externen Informationsquellen eine Verfügbarkeit von Überschussleistung aus externen Energiequellen ermitteln, welche bei Nutzung dieser externen Überschussleistung am thermischen Koppelmodul einen ökologischer und/oder ökonomischer Vorteil für den Betreiber des thermischen Koppelmoduls bewirkt. Die Nutzung externer Überschussleistung aus einem Stromnetz am thermischen Koppelmodul kann auch zur Sicherung des Stromnetzes dienen, wenn bei einer Überlastung des Stromnetzes gezielt elektrische Energie entnommen und damit ein volkswirtschaftlicher Nutzen erzielt wird. Insbesondere können als externe Energiequellen Produktionsanlagen von elektrischer und/oder thermischer Energie aus erneuerbaren Energien dienen. Nutzbare externe Überschussleistung kann dabei auch aus der Nutzung von Abwärme aus einer Kraft-Wärme-Kopplung stammen, insbesondere aus Industrieanlagen, Fernwärme, thermischer Energie aus Solarthermie oder anderer externen Wärmequellen.The feed-in excess information provider can determine the availability of excess power from external energy sources from external information sources, which, when using this external excess power on the thermal coupling module, brings about an ecological and/or economic advantage for the operator of the thermal coupling module. The use of external excess power from a power grid on the thermal coupling module can also serve to secure the power grid if electrical energy is specifically withdrawn when the power grid is overloaded, thereby achieving economic benefits. In particular, production facilities for electrical and/or thermal energy from renewable energies can serve as external energy sources. Usable external excess power can also come from the use of waste heat from combined heat and power, in particular from industrial plants, district heating, thermal energy from solar thermal energy or other external heat sources.

Zudem kann es für den Betreiber des thermischen Koppelmoduls ökonomisch sinnvoll sein, besonders preisgünstige elektrische Leistung aus dem Stromnetz zu beziehen, wenn der Stromentnahmepreis pro Zeiteinheit einen Schwellwertentnahmepreis pro Zeiteinheit unterschreiten. Dabei kann der Schwellwertentnahmepreis pro Zeiteinheit ein vorgegebener Schwellwert oder ein dynamisch ermittelter Schwellwert sein.In addition, it can make economic sense for the operator of the thermal coupling module to obtain particularly inexpensive electrical power from the power grid if the electricity extraction price per unit of time falls below a threshold extraction price per unit of time. The threshold withdrawal price per unit of time can be a predetermined threshold value or a dynamically determined threshold value.

Als externe Informationsquelle kann für den Einspeiseüberschuss-Informationsgeber ein übergeordnetes Energiemanagementsystem und/oder Sensoren zur Messung eines Betriebszustandes an den externen Energiequellen konfiguriert sein. Der Einspeiseüberschuss-Informationsgeber kann zusätzlich auch Verfügbarkeitsinformationen aus einem übergeordneten Datennetzwerk wie beispielsweise dem Internet beziehen und diese Informationen auswerten.A higher-level energy management system and/or sensors for measuring an operating state on the external energy sources can be configured as an external source of information for the feed-in surplus information provider. The feed-in surplus information provider can also obtain availability information from a higher-level data network such as the Internet and evaluate this information.

Der Einspeiseüberschuss-Informationsgeber ermittelt im einfachsten Fall aus den empfangenen Informationen und/oder Sensordaten, ob der Wärmequelle des thermischen Koppelmoduls einspeisbare Überschussleistung zur Verfügung steht. Dabei generiert der Einspeiseüberschuss-Informationsgeber ein binäres Ausgangssignal als Überschussleistung-Verfügbarkeitsinformation, welches als Eingangssignal für die Regelungseinheit konfiguriert ist. Vorzugsweise ermittelt der Einspeiseüberschuss-Informationsgeber auch einen Betrag einer einspeisbaren Überschussleistung und generiert zusätzlich ein Ausgangssignal mit einer Überschussleistung-Betragsinformation, welches als Eingangssignal für die Regelungseinheit konfiguriert ist. Auf Basis der Überschussleistung-Verfügbarkeitsinformation und vorzugsweise auch auf Basis der Überschussleistung-Betragsinformation steuert und/oder regelt die Regelungseinheit einen Zufluss von elektrischer und/oder thermischer Überschussleistung aus mindestens einer der externen Energiequellen an die Wärmequelle und steuert und/oder regelt an der Wärmequelle die Übertragung der Überschussleistung auf das Wärmetransportmedium zu dessen Erwärmung.In the simplest case, the feed-in excess information provider determines from the received information and/or sensor data whether feed-in excess power is available to the heat source of the thermal coupling module. The feed-in excess information provider generates a binary output signal as excess power availability information, which is configured as an input signal for the control unit. Preferably, the excess feed-in information provider also determines an amount of excess power that can be fed in and additionally generates an output signal with excess power amount information, which is configured as an input signal for the control unit. Based on the excess power availability information and preferably also based on the excess power amount information, the control unit controls and/or regulates an inflow of electrical and/or thermal excess power from at least one of the external energy sources to the heat source and controls and/or regulates the flow at the heat source Transfer of excess power to the heat transport medium to heat it.

Bei der Ermittlung des Betriebszustandes des elektrischen Energiespeichers und/oder des Wärmeabnehmers können neben einer Temperaturmessung des Wärmespeichermediums des elektrischen Energiespeichers und/oder des Wärmemediums des Wärmeabnehmers auch zusätzliche regelungsrelevante physikalische Größen am elektrischen Energiespeicher durch den Energiespeicher-Sensor und/oder am Wärmeabnehmer durch den Wärmeabnehmer-Sensor ermittelt und an die Regelungseinheit weitergegeben werden.When determining the operating state of the electrical energy storage and/or the heat consumer, in addition to a temperature measurement of the heat storage medium of the electrical energy storage and/or the heat medium of the heat consumer, additional control-relevant physical variables can also be measured on the electrical energy storage by the energy storage sensor and/or on the heat consumer by the heat consumer sensor is determined and passed on to the control unit.

Der Wärmeabnehmer-Wärmebedarf-Sensor ist ausgelegt, einen Betrag eines Wärmebedarfs am Wärmeabnehmer zu ermitteln. Hierbei kann der Wärmeabnehmer-Wärmebedarf-Sensor zunächst eine Solltemperatur von einem externen Informationsgeber erhalten, auf die das Wärmemedium des Wärmeabnehmers gehalten oder erwärmt werden soll. Anhand der Solltemperatur, der Ist-Temperatur vom Wärmeabnehmer-Sensor und der Auslegung des Wärmemediums, wie beispielsweise dessen Volumen bzw. Volumenstrom, Gewicht und/oder spezifischen Wärmekapazität, kann der Wärmeabnehmer-Wärmebedarf-Sensor dann den Betrag des Wärmebedarfs am Wärmeabnehmer ermitteln und an die Regelungseinheit weiterleiten.The heat consumer heat demand sensor is designed to determine an amount of heat demand at the heat consumer. Here, the heat consumer heat requirement sensor can first receive a target temperature from an external information provider to which the heat medium of the heat consumer is to be maintained or heated. Based on the target temperature, the actual temperature of the heat consumer sensor and the design of the heat medium, such as its volume or volume flow, weight and/or specific heat capacity, the heat consumer heat requirement sensor can then determine and report the amount of heat required by the heat consumer forward the control unit.

Die Regelungseinheit ist ausgelegt, auf Basis der Ausgangssignale des Einspeiseüberschuss-Informationsgebers, Energiespeicher-Sensors, Wärmeabnehmer-Sensors und/oder Wärmeabnehmer-Wärmebedarf-Sensor zu ermitteln, ob und in welcher Menge Wärmeenergie von der Wärmequelle in das Wärmetransportmedium eingespeist wird. Die gesteuerte und/oder geregelte Einspeisung der jeweiligen Wärmeenergiemengen erfolgt durch von der Regelungseinheit generierten Steuerungs- und/oder Regelungssignalen zur Aktivierung oder Deaktivierung der Wärmequelle und/oder zur teilweisen und/oder vollständigen Öffnung und/oder Schließung des Wärmeabnehmer-Abtrennventils, des Energiespeicher-Abtrennventils, des Wärmeabnehmer-Bypass-Ventils und des Energiespeicher-Bypass-Ventils. Die Regelungseinheit kann zusätzlich auch Steuerungs- und/oder Regelungssignale für eine Wärmetransportmedium-Pumpe generieren, um den Volumenstrom durch die Pumpe zu steuern und/oder zu regeln.The control unit is designed to determine, based on the output signals of the feed-in excess information transmitter, energy storage sensor, heat consumer sensor and/or heat consumer heat demand sensor, whether and in what quantity heat energy is fed from the heat source into the heat transport medium. The controlled and/or regulated feed-in of the respective amounts of thermal energy is carried out by control and/or regulation signals generated by the control unit for activating or deactivating the heat source and/or for partially and/or completely opening and/or closing the heat collector isolation valve, the energy storage valve. Isolation valve, the heat collector bypass valve and the energy storage bypass valve. The control unit can also generate control and/or regulation signals for a heat transport medium pump in order to control and/or regulate the volume flow through the pump.

Der Wärmeabnehmer-Wärmetauscher-Eingang-Sensor, der Wärmeabnehmer-Wärmetauscher-Ausgang-Sensor, der Energiespeicher-Wärmetauscher-Eingang-Sensor, der Energiespeicher-Wärmetauscher-Ausgang-Sensor, der Wärmequellen-Eingang-Sensor und der Wärmequellen-Ausgang-Sensor sind dazu ausgelegt, jeweils an den Eingängen und Ausgängen des Energiespeicher-Wärmetauschers, des Wärmeabnehmer-Wärmetauschers und der Wärmequelle den Betriebszustand und insbesondere die Temperatur des Wärmetransportmediums zu ermitteln. Dabei erfolgt die Messung des Betriebszustandes des Wärmetransportmediums vorzugsweise direkt am jeweiligen Eingang oder Ausgang des jeweiligen Wärmetauschers oder der Wärmequelle, oder in deren unmittelbaren Umgebung in den stromaufwärtigen oder stromabwärtigen Fluidleitungen. Die Messung des Betriebszustandes des Wärmetransportmediums kann für den Wärmeabnehmer-Wärmetauscher-Eingang-Sensor auch zwischen dem zweiten Fluidleitungsverbindungspunkt der Verbindung der ersten Fluidleitung mit der dritten Fluidleitung und dem Wärmeabnehmer-Wärmetauscher-Eingang liegen, für den Wärmeabnehmer-Wärmetauscher-Ausgang-Sensor zwischen dem Wärmeabnehmer-Wärmetauscher-Ausgang und einem Fluidleitungsverbindungspunkt der Verbindung der zweiten Fluidleitung mit der dritten Fluidleitung, für den Energiespeicher-Wärmetauscher-Eingang-Sensor zwischen einem Fluidleitungsverbindungspunkt der Verbindung der zweiten Fluidleitung mit der vierten Fluidleitung und dem Energiespeicher-Wärmetauscher-Eingang, für den Energiespeicher-Wärmetauscher-Ausgang-Sensor zwischen dem Energiespeicher-Wärmetauscher-Ausgang und dem ersten Fluidleitungsverbindungspunkt der Verbindung der ersten Fluidleitung mit der vierten Fluidleitung, für den Wärmequellen-Eingang-Sensor zwischen dem ersten Fluidleitungsverbindungspunkt und der Wärmequelle und für den Wärmequellen-Ausgang-Sensor zwischen Wärmequelle und zweitem Fluidleitungsverbindungspunkt.The heat collector heat exchanger input sensor, the heat collector heat exchanger output sensor, the energy storage heat exchanger input sensor, the energy storage heat exchanger output sensor, the heat source input sensor and the heat source output sensor are designed to determine the operating state and in particular the temperature of the heat transport medium at the inputs and outputs of the energy storage heat exchanger, the heat collector heat exchanger and the heat source. The measurement of the operating state of the heat transport medium is preferably carried out directly at the respective inlet or outlet of the respective heat exchanger or heat source, or in its immediate surroundings in the upstream or downstream fluid lines. The measurement of the operating state of the heat transport medium can also be between the second fluid line connection point of the connection of the first fluid line with the third fluid line and the heat collector heat exchanger input for the heat collector heat exchanger input sensor, and for the heat collector heat exchanger output sensor between the Heat collector heat exchanger output and a fluid line connection point of the connection of the second fluid line to the third fluid line, for the energy storage heat exchanger input sensor between a fluid line connection point of the connection of the second fluid line to the fourth fluid line and the energy storage heat exchanger input, for the energy storage -Heat exchanger output sensor between the energy storage heat exchanger output and the first fluid line connection point of the connection of the first fluid line to the fourth fluid line, for the heat source input sensor between the first fluid line connection point and the heat source and for the heat source output sensor between Heat source and second fluid line connection point.

Um nach der initialen Einspeisung von Wärme in das Wärmetransportmedium eine Rückmeldung an die Regelungseinheit über die aktuelle Verteilung der Wärme im verzweigten hydraulischen System des thermischen Koppelmoduls zu erhalten, kann der Wärmeabnehmer-Wärmetauscher-Eingang-Sensor, der Wärmeabnehmer-Wärmetauscher-Ausgang-Sensor, der Energiespeicher-Wärmetauscher-Eingang-Sensor, der Energiespeicher-Wärmetauscher-Ausgang-Sensor, der Wärmequellen-Eingang-Sensor und/oder der Wärmequellen-Ausgang-Sensor den aktuellen Betriebszustand des Wärmetransportmediums an den jeweiligen Positionen der Sensoren ermitteln. Zur Bestimmung des Betriebszustandes des Wärmetransportmediums an den jeweiligen Sensoren kann beispielsweise auch Volumenstrom, Druck, elektrische Leitfähigkeit und/oder pH-Wert gemessen werden. Aufgrund der Rückmeldungen der Sensoren, regelt die Regelungseinheit dann die Einspeisung von Wärme kontinuierlich weiter, um die Einspeisung möglichst nahe an einem gewünschten Einspeisungsverlauf anzupassen. Insbesondere kann die Regelungseinheit anhand des Betriebszustandes des Wärmetransportmediums an den Sensoren ermitteln, ob der elektrische Energiespeicher, der Wärmeabnehmer, das verzweigte hydraulische System des thermischen Koppelmoduls und/oder das Wärmetransportmedium durch die Wärmezufuhr aus der Wärmequelle überlastet wird. Bei einer ermittelten Überlastung ist die Regelung ausgelegt, die Wärmezufuhr über die Wärmequelle umgehend abzuschalten. Vorzugsweise wird zur Kontrolle des Betriebszustandes des gesamten thermischen Koppelmoduls, die Temperatur des Wärmetransportmediums am Wärmequellen-Ausgang-Sensor durch die Regelungseinheit überwacht, beim Erreichen einer voreingestellten zulässigen Maximaltemperatur die Wärmezufuhr gedrosselt und bei einem Überschreiten der voreingestellten zulässigen Maximaltemperatur die Wärmezufuhr über die Wärmequelle abgeschaltet. Zusätzlich kann bei Überschreitung der zulässigen Maximaltemperatur im Wärmetransportmedium die Regelungseinheit den elektrischen Energiespeicher und/oder den Wärmeabnehmer durch die jeweiligen Abtrennventile vom weiteren Zufluss des Wärmetransportmediums abtrennen und der Fluss des Wärmetransportmediums kann durch Öffnen der Bypass-Ventile vorzugsweise über die dritte und/oder vierte Fluidleitung umgeleitet werden.In order to receive feedback to the control unit about the current distribution of heat in the branched hydraulic system of the thermal coupling module after the initial injection of heat into the heat transport medium, the heat consumer heat exchanger input sensor, the heat consumer heat exchanger output sensor, the energy storage heat exchanger input sensor, the energy storage heat exchanger output sensor, the heat source input sensor and / or the heat source output sensor determine the current operating state of the heat transport medium at the respective positions of the sensors. To determine the operating state of the heat transport medium at the respective sensors, for example, volume flow, pressure, electrical conductivity and/or pH value can also be measured. Based on the feedback from the sensors, the control unit then continuously regulates the feed-in of heat in order to adapt the feed-in as close as possible to a desired feed-in curve. In particular, the control unit can use the operating state of the heat transport medium to determine at the sensors whether the electrical energy storage, the heat collector, the branched hydraulic system of the thermal Coupling module and / or the heat transport medium is overloaded by the heat supply from the heat source. If an overload is detected, the control is designed to immediately switch off the heat supply via the heat source. To control the operating state of the entire thermal coupling module, the temperature of the heat transport medium at the heat source output sensor is preferably monitored by the control unit, the heat supply is throttled when a preset permissible maximum temperature is reached and the heat supply via the heat source is switched off when the preset permissible maximum temperature is exceeded. In addition, if the permissible maximum temperature in the heat transport medium is exceeded, the control unit can separate the electrical energy storage and/or the heat collector from the further inflow of the heat transport medium through the respective isolation valves and the flow of the heat transport medium can be controlled by opening the bypass valves, preferably via the third and/or fourth fluid line be redirected.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des thermischen Koppelmoduls ist die Regelungseinheit konfiguriert, das thermische Koppelmodul in mindestens vier Betriebsmodi zu regeln;
wobei in einem ersten Betriebsmodus das Wärmeabnehmer-Abtrennventil und das Energiespeicher-Abtrennventil zumindest teilweise geöffnet sind, sowie das Wärmeabnehmer-Bypass-Ventil und das Energiespeicher-Bypass-Ventil geschlossen sind, um Wärmeenergie von dem elektrischen Energiespeicher und/oder der Wärmequelle zu dem Wärmeabnehmer zu übertragen;
wobei in einem zweiten Betriebsmodus das Wärmeabnehmer-Abtrennventil und das Energiespeicher-Abtrennventil zumindest teilweise geöffnet sind, sowie das Energiespeicher-Bypass-Ventil geschlossen ist, und das Wärmeabnehmer-Bypass-Ventil entweder geschlossen oder zumindest teilweise geöffnet ist, um Wärmeenergie von der Wärmequelle zu dem Wärmeabnehmer und zu dem elektrischen Energiespeicher zu übertragen;
wobei in einem dritten Betriebsmodus das Energiespeicher-Abtrennventil und das Wärmeabnehmer-Bypass-Ventil zumindest teilweile geöffnet sind, sowie das Wärmeabnehmer-Abtrennventil und das Energiespeicher-Bypass-Ventil geschlossen sind, um Wärmeenergie von der Wärmequelle zu dem elektrischen Energiespeicher zu übertragen; und
wobei in einem vierten Betriebsmodus das Wärmeabnehmer-Abtrennventil und das Energiespeicher-Bypass-Ventil zumindest teilweile geöffnet sind, sowie das Energiespeicher-Abtrennventil und das Wärmeabnehmer-Bypass-Ventil geschlossen sind, um Wärmeenergie von der Wärmequelle zu dem Wärmeabnehmer zu übertragen.
In a further preferred embodiment of the thermal coupling module, the control unit is configured to regulate the thermal coupling module in at least four operating modes;
wherein in a first operating mode, the heat collector isolation valve and the energy storage isolation valve are at least partially open, and the heat collector bypass valve and the energy storage bypass valve are closed in order to transfer thermal energy from the electrical energy storage and / or the heat source to the heat collector transferred to;
wherein in a second operating mode, the heat collector isolation valve and the energy storage isolation valve are at least partially open, and the energy storage bypass valve is closed, and the heat collector bypass valve is either closed or at least partially opened to receive thermal energy from the heat source to the heat consumer and to the electrical energy storage;
wherein in a third operating mode, the energy storage isolation valve and the heat collector bypass valve are at least partially open, and the heat collector isolation valve and the energy storage bypass valve are closed in order to transfer thermal energy from the heat source to the electrical energy storage; and
wherein in a fourth operating mode, the heat collector isolation valve and the energy storage bypass valve are at least partially open, and the energy storage isolation valve and the heat collector bypass valve are closed in order to transfer thermal energy from the heat source to the heat collector.

Das thermische Koppelmodul wird basierend auf den hydraulischen Verschaltungen der Wärmetauscher, Fluidverbindungen, Ventilen und der optional eingesetzten Sensoren und Pumpen durch die Regelungseinheit in mindestens vier Betriebsmodi betrieben. Hierbei ist die Regelungseinheit vorzugsweise ausgelegt, das thermische Kopplungsmodul innerhalb des jeweils aktiven Betriebsmodus und ohne einen Betriebsmodus-Übergang zu steuern und/oder zu regeln, solange vordefinierte Randbedingungen des Betriebsmodus eingehalten werden. Dies geschieht durch Generierung entsprechender Regelungssignale durch die Regelungseinheit, um die Einspeisungsmenge von Wärmeenergie durch die Wärmequelle und um die Öffnungszustände des Wärmeabnehmer-Abtrennventils, des Energiespeicher-Abtrennventils, des Wärmeabnehmer-Bypass-Ventils und des Energiespeicher-Bypass-Ventils für die Regelung des Volumenstroms des Wärmetransportmediums zu steuern und/oder zu regeln. Auf diese Weise kann ein stabiler Wärmeenergiefluss innerhalb des thermischen Koppelmodus für jeden Betriebsmodus erreicht werden.The thermal coupling module is operated by the control unit in at least four operating modes based on the hydraulic connections of the heat exchangers, fluid connections, valves and the optionally used sensors and pumps. Here, the control unit is preferably designed to control and/or regulate the thermal coupling module within the respective active operating mode and without an operating mode transition, as long as predefined boundary conditions of the operating mode are maintained. This is done by generating appropriate control signals by the control unit to determine the amount of thermal energy fed in by the heat source and the opening states of the heat consumer isolation valve, the energy storage isolation valve, the heat consumer bypass valve and the energy storage bypass valve for controlling the volume flow to control and/or regulate the heat transport medium. In this way, a stable thermal energy flow can be achieved within the thermal coupling mode for each operating mode.

In dem ersten Betriebsmodus regelt die Regelungseinheit das thermische Koppelmodul derart, dass das Wärmeabnehmer-Abtrennventil und das Energiespeicher-Abtrennventil zumindest teilweile geöffnet, sowie das Wärmeabnehmer-Bypass-Ventil und das Energiespeicher-Bypass-Ventil geschlossen sind. Auf diese Weise entsteht ein Wärmekreislauf im verzweigten hydraulischen System und Wärme wird dem Wärmespeichermedium des elektrischen Energiespeichers über den Energiespeicher-Wärmetauscher entnommen und am Wärmeabnehmer-Wärmetauscher auf das Wärmemedium des Wärmeabnehmers übertragen. Zusätzlich kann dem Wärmetransportmedium noch Wärmeenergie über die Wärmequelle hinzugefügt werden. Dabei kühlt sich das Wärmetransportmedium im Kreislauf am Wärmeabnehmer-Wärmetauscher ab und wird im Energiespeicher-Wärmetauscher wieder aufgewärmt. Kurz umschrieben bewirkt der erste Betriebsmodus ein Kühlen und/oder thermisches Entladen des Wärmespeichermediums des elektrischen Energiespeichers und ein Aufheizen und/oder thermisches Aufladen des Wärmemediums des Wärmeabnehmers.In the first operating mode, the control unit controls the thermal coupling module in such a way that the heat collector isolation valve and the energy storage isolation valve are at least partially open, and the heat collector bypass valve and the energy storage bypass valve are closed. In this way, a heat circuit is created in the branched hydraulic system and heat is taken from the heat storage medium of the electrical energy storage via the energy storage heat exchanger and transferred to the heat medium of the heat consumer at the heat collector heat exchanger. In addition, heat energy can be added to the heat transport medium via the heat source. The heat transport medium cools down in the circuit at the heat consumer heat exchanger and is warmed up again in the energy storage heat exchanger. Briefly described, the first operating mode causes cooling and/or thermal discharging of the heat storage medium of the electrical energy storage and heating and/or thermal charging of the heat medium of the heat consumer.

In einem abgewandelten ersten Betriebsmodus, der auch als ein zusätzlicher Betriebsmodus ausgestaltet sein kann, regelt die Regelungseinheit das thermische Koppelmodul derart, dass alternativ das Energiespeicher-Bypass-Ventil nicht vollständig geschlossen ist, sondern zumindest teilweise geöffnet. Dies entlastet durch den geringeren Volumenstrom und damit auch einen geringeren Druck im Energiespeicher-Wärmetauscher den elektrischen Energiespeicher und eignet sich insbesondere bei einem geringen Bedarf an zusätzlicher Wärmeenergie am Wärmeabnehmer.In a modified first operating mode, which can also be designed as an additional operating mode, the control unit regulates the thermal coupling module in such a way that, alternatively, the energy storage bypass valve is not completely closed, but is at least partially opened. This relieves the load on the electrical energy storage due to the lower volume flow and thus also a lower pressure in the energy storage heat exchanger and is particularly suitable for a low requirement for additional thermal energy at the heat consumer.

Der Betrieb in dem ersten Betriebsmodus ist so lange möglich, wie die Temperatur des Wärmespeichermediums des elektrischen Energiespeichers (vorzugsweise geringfügig) über der Temperatur des vom Wärmeabnehmer-Wärmetauschers zurückgeführten Wärmetransportmediums liegt. Alternativ oder zusätzlich kann der elektrische Betrieb des elektrischen Energiespeichers für Abwärme sorgen und damit den Prozess der thermischen Entladung der elektrischen Energiespeichers verlängern. Dieser Prozess wird als Wärme-Rekuperation bezeichnet. Außerdem ist es im ersten Betriebsmodus möglich, gleichzeitig zur thermischen Entladung am elektrischen Energiespeicher auch zusätzlich thermische Energie über die Wärmequelle einzubringen. Dies kann geschehen, um eine Leistungsdifferenz zwischen Nachfrage an dem Wärmeabnehmer und aktueller geringerer verfügbarer Überschussleistung auszugleichen, so dass das Wärmemedium des Wärmeabnehmers vollständig gewärmt wird. In dem ersten Betriebsmodus kann somit vorzugsweise der Wärmebedarf eines Wärmeabnehmers aus der zur Verfügung stehenden Überschussleistung und die Leistungsdifferenz durch die im elektrischen Energiespeicher gespeicherten Wärmeenergie gedeckt werden. Hierdurch wird der elektrische Energiespeicher thermisch entladen.Operation in the first operating mode is possible as long as the temperature of the heat storage medium of the electrical energy storage is (preferably slightly) above the temperature of the heat transport medium returned by the heat collector heat exchanger. Alternatively or additionally, the electrical operation of the electrical energy storage can generate waste heat and thus extend the process of thermal discharge of the electrical energy storage. This process is called heat recuperation. In addition, in the first operating mode it is possible to introduce additional thermal energy via the heat source at the same time as the thermal discharge on the electrical energy storage device. This can be done in order to compensate for a power difference between demand at the heat consumer and the current, lower available excess power, so that the heat medium of the heat consumer is completely warmed. In the first operating mode, the heat requirement of a heat consumer can preferably be covered by the excess power available and the power difference can be covered by the heat energy stored in the electrical energy storage. This causes the electrical energy storage to be thermally discharged.

In dem zweiten Betriebsmodus regelt die Regelungseinheit das thermische Koppelmodul derart, dass das Wärmeabnehmer-Abtrennventil und das Energiespeicher-Abtrennventil zumindest teilweile geöffnet sind, sowie das Energiespeicher-Bypass-Ventil geschlossen ist, und das Wärmeabnehmer-Bypass-Ventil entweder geschlossen oder zumindest teilweise geöffnet ist. Auf diese Weise kann bei einem erhöhten Überschuss an Wärmeenergie an der Wärmequelle nicht nur die benötigte Wärmeleistung am Wärmeabnehmer gedeckt werden, sondern gleichzeitig kann das Wärmespeichermedium des elektrischen Energiespeichers thermisch aufgeladen werden. Der zweite Betriebsmodus erlaubt im Vergleich zu dem ersten Betriebsmodus eine gezielte Regelung der Temperatur des Wärmemediums des Wärmeabnehmers auf eine vordefinierte maximal erlaubte Temperatur, die meist schon bei 60 °C liegt und/oder ein Beibehalten dieser Temperatur. Zusätzlich kann eine über einen längeren Zeitraum verfügbaren Überschussleistung an der Wärmequelle, welche über die vom Wärmeabnehmer benötigten Wärmeleistung hinausgeht, zur thermischen Aufladung des elektrischen Energiespeichers genutzt werden.In the second operating mode, the control unit controls the thermal coupling module in such a way that the heat collector isolation valve and the energy storage isolation valve are at least partially open, and the energy storage bypass valve is closed, and the heat collector bypass valve is either closed or at least partially opened is. In this way, when there is an increased excess of heat energy at the heat source, not only can the required heat output at the heat consumer be covered, but at the same time the heat storage medium of the electrical energy storage can be thermally charged. In comparison to the first operating mode, the second operating mode allows a targeted regulation of the temperature of the heat medium of the heat collector to a predefined maximum permitted temperature, which is usually already at 60 ° C and/or maintaining this temperature. In addition, excess power at the heat source available over a longer period of time, which exceeds the heat output required by the heat consumer, can be used to thermally charge the electrical energy storage.

Durch die Regelung des thermischen Koppelmoduls in dem zweiten Betriebsmodus trifft das nach dem Wärmeabnehmer-Wärmetauscher beispielsweise auf 10 °C heruntergekühlte Wärmetransportmedium am Wärmeabnehmer-Wärmetauscher-Ausgang auf das durch das Wärmeabnehmer-Bypass-Ventil fließende und durch die Wärmequelle erhitzte Wärmetransportmedium, welches beispielsweise 60 °C heiß sein kann. Hierbei kann beispielhaft bei einer stark vereinfachten Rechnung und einer 50:50 Aufteilung des Wärmetransportmediums am Wärmeabnehmer-Abtrennventil und am Wärmeabnehmer-Bypass-Ventil ein Wärmetransportmedium mit einer Temperatur von ungefähr 35 °C am Energiespeicher-Wärmetauscher-Eingang erreicht werden, der zum thermischen Aufladen des Wärmespeichermediums des elektrischen Energiespeichers genutzt wird. Soll bei diesem Beispiel die Einspeiseleistung der Wärmequelle erhöht werden und wäre 60 °C die erlaubte Maximaltemperatur des Wärmeabnehmers, so kann dies erfolgen über einen erhöhten Volumenstrom durch den Wärmeabnehmer-Bypass. Eine Regeleinheit regelt dabei passend zur Wärmeeinspeisung an der Wärmequelle das dazugehörigen Flussverhältnis von Wärmeabnehmer-Bypass und Wärmeabnehmer-Wärmetauscher, so dass die Wärmenachfrage am Wärmeabnehmer weder über noch unterschritten wird. Das steuer- und/oder regelbare Wärmeabnehmer-Bypass-Ventil und das Wärmeabnehmer-Abtrennventil ließen sich auch in einem Verhältnis 0:100 betreiben. In diesem Fall geht der zweite Betriebsmodus hydraulisch betrachtet in den ersten Betriebsmodus über. Der Unterschied liegt dann darin, dass das Wärmespeichermedium des elektrischen Energiespeichers thermisch geladen wird anstelle einer thermischen Entladung im ersten Betriebsmodus.By regulating the thermal coupling module in the second operating mode, the heat transport medium, which has been cooled down to 10 ° C after the heat consumer heat exchanger, for example, meets at the heat consumer heat exchanger outlet the heat transport medium flowing through the heat consumer bypass valve and heated by the heat source, which, for example, 60 °C can be hot. Here, for example, with a greatly simplified calculation and a 50:50 division of the heat transport medium at the heat collector isolation valve and at the heat collector bypass valve, a heat transport medium with a temperature of approximately 35 ° C can be achieved at the energy storage heat exchanger inlet, which is used for thermal charging the heat storage medium of the electrical energy storage is used. If in this example the feed power of the heat source is to be increased and 60 °C is the permitted maximum temperature of the heat consumer, this can be done via an increased volume flow through the heat consumer bypass. A control unit regulates the associated flow ratio of the heat consumer bypass and the heat consumer heat exchanger to match the heat input at the heat source, so that the heat demand at the heat consumer is neither exceeded nor fallen short of. The controllable and/or adjustable heat collector bypass valve and the heat collector isolation valve could also be operated in a ratio of 0:100. In this case, from a hydraulic point of view, the second operating mode transitions into the first operating mode. The difference is then that the heat storage medium of the electrical energy storage is thermally charged instead of a thermal discharge in the first operating mode.

In dem dritten Betriebsmodus regelt die Regelungseinheit das thermische Koppelmodul derart, dass das Energiespeicher-Abtrennventil und das Wärmeabnehmer-Bypass-Ventil zumindest teilweile geöffnet, sowie das Wärmeabnehmer-Abtrennventil und das Energiespeicher-Bypass-Ventil geschlossen sind. Auf diese Weise wird das Wärmespeichermedium des elektrischen Energiespeichers thermisch aufgeladen, während keine Wärmeübertragung auf das Wärmemedium des Wärmeabnehmers erfolgt, da der Wärmeabnehmer-Wärmetauscher durch das Wärmeabnehmer-Bypass-Ventil überbrückt wird. Am Wärmeabnehmer-Wärmetauscher entstehen somit keine unnötigen Druckverluste und das Risiko einer ungewollten latenten Aufwärmung des Wärmemediums des Wärmeabnehmers wird minimiert. Der dritte Betriebsmodus wird somit eingesetzt, wenn kein Wärmebedarf am Wärmeabnehmer besteht und das Wärmespeichermedium des elektrischen Energiespeichers thermisch nicht voll aufgeladen ist.In the third operating mode, the control unit controls the thermal coupling module in such a way that the energy storage isolation valve and the heat collector bypass valve are at least partially open, and the heat collector isolation valve and the energy storage bypass valve are closed. In this way, the heat storage medium of the electrical energy storage is thermally charged, while no heat is transferred to the heat medium of the heat consumer, since the heat consumer heat exchanger is bridged by the heat consumer bypass valve. This means that there are no unnecessary pressure losses on the heat consumer heat exchanger and the risk of unwanted latent heating of the heat consumer's heat medium is minimized. The third operating mode is therefore used when there is no heat requirement at the heat consumer and the heat storage medium of the electrical energy storage is not fully thermally charged.

Im vierten Betriebsmodus regelt die Regelungseinheit das thermische Koppelmodul derart, dass das Wärmeabnehmer-Abtrennventil und das Energiespeicher-Bypass-Ventil zumindest teilweile geöffnet, sowie das Energiespeicher-Abtrennventil und das Wärmeabnehmer-Bypass-Ventil geschlossen sind. Auf diese Weise kann der Energiespeicher-Wärmetauscher durch das Energiespeicher-Bypass-Ventil überbrückt werden. Die Regelung in dem vierten Betriebsmodus kommt insbesondere bei einem bereits thermisch voll aufgeladenem Wärmespeichermedium und hoher Verfügbarkeit zusätzlicher Wärmeenergie aus der Wärmequelle oder bei der Durchführung von Wartungsarbeiten am elektrischen Energiespeicher zum Einsatz.In the fourth operating mode, the control unit regulates the thermal coupling module in such a way that the heat collector isolation valve and the energy storage bypass valve are at least partially open and the energy storage isolation valve and the heat collector bypass valve are closed. In this way, the energy storage heat exchanger can be bypassed by the energy storage bypass valve. The control in the fourth operating mode is used in particular when the heat storage medium is already fully thermally charged and there is a high availability of additional heat energy from the heat source or when carrying out maintenance work on the electrical energy storage device.

So kann in dem vierten Betriebsmodus trotz voll aufgeladenem elektrischen Energiespeicher oder Wartungsarbeiten das thermische Koppelmodul Überschussenergie an der Wärmequelle nutzen, um damit das Wärmemedium des Wärmeabnehmers aufzuwärmen.In the fourth operating mode, despite the electrical energy storage being fully charged or maintenance work being carried out, the thermal coupling module can use excess energy at the heat source in order to warm up the heat medium of the heat consumer.

Die hier beschriebenen vier Betriebsmodi sind nicht als abschließende Liste der steuer- und/oder regelbaren Betriebsmodi des thermischen Koppelmoduls zu verstehen, sondern bilden nur die Betriebsmodi ab, in denen das thermische Koppelmodul durch die Regelungseinheit hauptsächlich betreibbar ist. Zusätzliche Betriebsmodi zum Anfahren und Herunterfahren, für die Wartung einzelner Komponenten innerhalb des Koppelmoduls, für spezifische Störungsbehebungen und für bestimmte Optimierungen einzelner Betriebsmodi sind hierbei möglich.The four operating modes described here are not to be understood as a final list of the controllable and/or regulatable operating modes of the thermal coupling module, but rather only represent the operating modes in which the thermal coupling module can mainly be operated by the control unit. Additional operating modes for starting up and shutting down, for the maintenance of individual components within the coupling module, for specific troubleshooting and for certain optimizations of individual operating modes are possible.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des thermischen Koppelmoduls ist die Regelungseinheit weiter konfiguriert, das thermische Koppelmodul in den mindestens vier Betriebsmodi zu regeln; wobei in dem ersten Betriebsmodus

  • - der Wärmeabnehmer-Wärmebedarf-Sensor anzeigt, dass der Wärmeabnehmer einen Wärmebedarf größer null aufweist;
  • - eine erste Temperaturdifferenz ΔT1 zwischen der Temperatur TES des Wärmespeichermediums des elektrischen Energiespeichers und der Temperatur TES-EIN des Wärmetransportmediums an dem Energiespeicher-Wärmetauscher-Eingang einen ersten Schwellwert TSW1 überschreitet, wobei der erste Schwellwert größer oder gleich null ist; und vorzugsweise
  • - der Einspeiseüberschuss-Informationsgeber anzeigt, dass einspeisbare Überschussleistung verfügbar ist, die der Wärmequelle zuführbar ist;
wobei in dem zweiten Betriebsmodus
  • - der Wärmeabnehmer-Wärmebedarf-Sensor anzeigt, dass der Wärmeabnehmer einen Wärmebedarf größer null aufweist;
  • - eine zweite Temperaturdifferenz ΔT2 zwischen der Temperatur TES-EIN des Wärmetransportmediums an dem Energiespeicher-Wärmetauscher-Eingang und der Temperatur TES des Wärmespeichermediums des elektrischen Energiespeichers einen zweiten Schwellwert TSW2 größer null überschreitet; und vorzugsweise
  • - der Einspeiseüberschuss-Informationsgeber anzeigt, dass einspeisbare Überschussleistung verfügbar ist, die der Wärmequelle zuführbar ist;
wobei in dem dritten Betriebsmodus
  • - der Wärmeabnehmer-Wärmebedarf-Sensor anzeigt, dass der Wärmeabnehmer keinen Wärmebedarf aufweist;
  • - die zweite Temperaturdifferenz ΔT2 den zweiten Schwellwert TSW2 größer null überschreitet; und
  • - der Einspeiseüberschuss-Informationsgeber anzeigt, dass einspeisbare Überschussleistung verfügbar ist, die der Wärmequelle zuführbar ist;
wobei in dem vierten Betriebsmodus
  • - der Wärmeabnehmer-Wärmebedarf-Sensor anzeigt, dass der Wärmeabnehmer einen Wärmebedarf größer null aufweist; und vorzugsweise
  • - der Einspeiseüberschuss-Informationsgeber anzeigt, dass einspeisbare Überschussleistung verfügbar ist, die der Wärmequelle zuführbar ist.
In a further preferred embodiment of the thermal coupling module, the control unit is further configured to regulate the thermal coupling module in the at least four operating modes; wherein in the first operating mode
  • - the heat consumer heat demand sensor indicates that the heat consumer has a heat demand greater than zero;
  • - a first temperature difference ΔT 1 between the temperature T ES of the heat storage medium of the electrical energy storage and the temperature T ES-EIN of the heat transport medium at the energy storage heat exchanger input exceeds a first threshold value T SW1 , the first threshold value being greater than or equal to zero; and preferably
  • - the feed-in excess information provider indicates that feed-in excess power is available that can be supplied to the heat source;
wherein in the second operating mode
  • - the heat consumer heat demand sensor indicates that the heat consumer has a heat demand greater than zero;
  • - a second temperature difference ΔT 2 between the temperature T ES-EIN of the heat transport medium at the energy storage heat exchanger input and the temperature T ES of the heat storage medium of the electrical energy storage exceeds a second threshold value T SW2 greater than zero; and preferably
  • - the feed-in excess information provider indicates that feed-in excess power is available that can be supplied to the heat source;
wherein in the third operating mode
  • - the heat consumer heat demand sensor indicates that the heat consumer has no heat demand;
  • - the second temperature difference ΔT 2 exceeds the second threshold T SW2 greater than zero; and
  • - the feed-in excess information provider indicates that feed-in excess power is available that can be supplied to the heat source;
wherein in the fourth operating mode
  • - the heat consumer heat demand sensor indicates that the heat consumer has a heat demand greater than zero; and preferably
  • - the feed-in surplus information provider indicates that feed-in surplus power is available that can be supplied to the heat source.

Zum stabilen Betrieb des thermischen Koppelmoduls in einem der mindestens vier Betriebsmodi regelt die Regelungseinheit insbesondere die Einspeisung von Wärmeenergie durch die Wärmequelle und den Volumenstrom des Wärmetransportmediums durch das Wärmeabnehmer-Abtrennventil, das Energiespeicher-Abtrennventil, das Wärmeabnehmer-Bypass-Ventil und das Energiespeicher-Bypass-Ventil, damit eine Temperaturdifferenz zwischen Wärmespeichermedium und Wärmetransportmedium am Eingang des Energiespeicher-Wärmetauschers in einem vorbestimmten Temperaturfester beibehalten und/oder eine gewünschte Temperatur des Wärmemediums des Wärmeabnehmers erreicht oder beibehalten wird. Die vorzugsweise automatische Generierung der dazu benötigten Steuer- und/oder Regelungssignale durch die Regelungseinheit für die Wärmequelle und die Ventile basiert dabei auf der zeitnahen Auswertung der Sensorsignale des Einspeiseüberschuss-Informationsgebers, Energiespeicher-Sensors, Wärmeabnehmer-Sensors, Wärmeabnehmer-Wärmetauscher-Eingang-Sensors, Wärmeabnehmer-Wärmetauscher-Ausgang-Sensors, Energiespeicher-Wärmetauscher-Eingang-Sensors, Energiespeicher-Wärmetauscher-Ausgang-Sensors, Wärmequellen-Eingang-Sensors, der Wärmequellen-Ausgang-Sensors und/oder Wärmeabnehmer-Wärmebedarf-Sensors, um die Wärmequelle, die Wärmetransportmedium-Pumpe und/oder die Ventile bei Bedarf nachzuregeln und/oder zu steuern. Insbesondere werden hierzu die jeweiligen Temperaturen an den jeweiligen Sensoren ausgewertet.For stable operation of the thermal coupling module in one of the at least four operating modes, the control unit regulates in particular the feed of thermal energy through the heat source and the volume flow of the heat transport medium through the heat collector isolation valve, the energy storage isolation valve, the heat collector bypass valve and the energy storage bypass -Valve so that a temperature difference between the heat storage medium and the heat transport medium at the inlet of the energy storage heat exchanger is maintained in a predetermined temperature detector and / or a desired temperature of the heat medium of the heat consumer is achieved or maintained. The preferably automatic generation of the control and/or regulation signals required for this by the control unit for the heat source and the valves is based on the timely evaluation of the sensor signals of the feed surplus information transmitter, energy storage sensor, heat collector sensor, heat collector heat exchanger input sensor , heat collector heat exchanger output sensor, energy storage heat exchanger input sensor, energy storage heat exchanger output sensor, heat source input sensor, the heat source output sensor and/or heat measurement consumer heat demand sensor to readjust and/or control the heat source, the heat transport medium pump and/or the valves if necessary. In particular, the respective temperatures at the respective sensors are evaluated for this purpose.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des thermischen Koppelmoduls umfasst die Regelungseinheit eine Betriebsmodi-Übergangs-Regelungseinheit und die Betriebsmodi-Übergangs-Regelungseinheit ist ausgelegt, um zwischen den mindestens vier Betriebsmodi des thermischen Koppelmoduls zu wechseln; und
wobei, optional, der Einspeiseüberschuss-Informationsgeber zusätzlich ausgelegt ist, eine Verfügbarkeit und vorzugsweise einen Betrag einer einspeisbaren Prognose-Überschussenergie aus einer einspeisbaren Prognose-Überschussleistung in einem in der Zukunft liegenden Prognosezeitraum zu ermitteln und an die Regelungseinheit als Prognose-Überschussenergie-Verfügbarkeitsinformation und Prognose-Überschussenergie-Betragsinformation auszugeben, wobei die einspeisbare Prognose-Überschussenergie in dem Prognosezeitraum an die Wärmequelle zur Erwärmung des Wärmetransportmediums zuführbar ist; und
wobei, optional, das thermische Koppelmodul zusätzlich ein Wärmebedarfsenergie-Prognosemodul umfasst, welches ausgelegt ist, eine Prognose-Wärmebedarfsenergie aus einem Prognose-Wärmebedarf in dem in der Zukunft liegenden Prognosezeitraum zu ermitteln;
wobei die Betriebsmodi-Übergangs-Regelungseinheit ausgelegt ist,

  • - vom zweiten, dritten oder vierten Betriebsmodus in den ersten Betriebsmodus zu wechseln, wenn
    • ◯ oder Einspeiseüberschuss-Informationsgeber anzeigt, dass eine einspeisbare Überschussleistung verfügbar ist, die der Wärmequelle zuführbar ist;
    • ◯ oder Wärmeabnehmer-Wärmebedarf-Sensor anzeigt, dass der Wärmeabnehmer einen Wärmebedarf größer null aufweist;
    • ◯ oder Wärmebedarf des Wärmeabnehmers größer oder gleich als der Betrag der einspeisbaren Überschussleistung ist, die von dem Einspeiseüberschuss-Informationsgeber ermittelt wird; und
    • ◯ eine dritte Temperaturdifferenz ΔT3 zwischen der Temperatur TES des Wärmespeichermediums des elektrischen Energiespeichers und der Temperatur TWA des Wärmemediums des Wärmeabnehmers einen dritten Schwellwert TSW3 überschreitet; und
    • ◯ die Temperatur TES des Wärmespeichermediums des elektrischen Energiespeichers größer einer minimalen Temperatur TES_min des Wärmespeichermediums des elektrischen Energiespeichers ist;
    und/oder
    • - vom ersten, dritten oder vierten Betriebsmodus in den zweiten Betriebsmodus zu wechseln, wenn in einer ersten Alternative
      • ◯ oder Einspeiseüberschuss-Informationsgeber anzeigt, dass eine einspeisbare Überschussleistung verfügbar ist, die der Wärmequelle zuführbar ist;
      • ◯ oder Wärmeabnehmer-Wärmebedarf-Sensor anzeigt, dass der Wärmeabnehmer einen Wärmebedarf größer null aufweist;
      • ◯ oder Wärmebedarf des Wärmeabnehmers kleiner als der Betrag der einspeisbaren Überschussleistung ist, die von dem Einspeiseüberschuss-Informationsgeber ermittelt wird;
      • ◯ die Temperatur TES des Wärmespeichermediums des elektrischen Energiespeichers kleiner einer maximalen Temperatur TES_max des Wärmespeichermediums des elektrischen Energiespeichers ist; und
      • ◯ die zweite Temperaturdifferenz ΔT2 den zweiten Schwellwert TSW2 größer null überschreitet;
      und/oder
    • - vom ersten, dritten oder vierten Betriebsmodus in den zweiten Betriebsmodus zu wechseln, wenn in einer zweiten Alternative
      • ◯ die Temperatur TES des Wärmespeichermediums des elektrischen Energiespeichers kleiner der minimalen Temperatur TES_min des Wärmespeichermediums des elektrischen Energiespeichers ist;
      • ◯ oder Wärmeabnehmer-Wärmebedarf-Sensor anzeigt, dass der Wärmeabnehmer einen Wärmebedarf größer null aufweist; und
      • ◯ die zweite Temperaturdifferenz ΔT2 den zweiten Schwellwert TSW2 größer null überschreitet;
      und/oder
    • - vom ersten, zweiten oder vierten Betriebsmodus in den dritten Betriebsmodus zu wechseln, wenn in einer ersten Alternative
      • oder Einspeiseüberschuss-Informationsgeber anzeigt, dass eine einspeisbare Überschussleistung verfügbar ist, die der Wärmequelle zuführbar ist;
      • ◯ oder Wärmeabnehmer-Wärmebedarf-Sensor anzeigt, dass der Wärmeabnehmer keinen Wärmebedarf aufweist; und
      • ◯ die Temperatur TES des Wärmespeichermediums des elektrischen Energiespeichers kleiner als eine maximale Temperatur TES_max des Wärmespeichermediums des elektrischen Energiespeichers ist;
      und/oder
    • - vom ersten, zweiten oder vierten Betriebsmodus in den dritten Betriebsmodus zu wechseln, wenn in einer zweiten Alternative
      • ◯ die Temperatur TES des Wärmespeichermediums des elektrischen Energiespeichers kleiner der minimalen Temperatur TES_min des Wärmespeichermediums des elektrischen Energiespeichers ist; und
      • ◯ oder Wärmeabnehmer-Wärmebedarf-Sensor anzeigt, dass der Wärmeabnehmer keinen Wärmebedarf aufweist;
      und/oder
    • - vom ersten, zweiten oder dritten Betriebsmodus in den vierten Betriebsmodus zu wechseln, wenn gemäß einem ersten Bedingungssatz
      • ◯ oder Einspeiseüberschuss-Informationsgeber anzeigt, dass eine einspeisbare Überschussleistung verfügbar ist, die der Wärmequelle zuführbar ist;
      • ◯ oder Wärmeabnehmer-Wärmebedarf-Sensor anzeigt, dass der Wärmeabnehmer einen Wärmebedarf größer null aufweist;
      • ◯ oder Wärmebedarf des Wärmeabnehmers größer als der Betrag der einspeisbaren Überschussleistung ist, die von dem Einspeiseüberschuss-Informationsgeber ermittelt wird; und
      • ◯ die Temperatur TES des Wärmespeichermediums des elektrischen Energiespeichers größer oder gleich der minimalen Temperatur TES_min des Wärmespeichermediums des elektrischen Energiespeichers ist;
      und/oder
    • - vom ersten, zweiten oder dritten Betriebsmodus in den vierten Betriebsmodus zu wechseln, wenn gemäß einem zweiten Bedingungssatz
      • ◯ oder Einspeiseüberschuss-Informationsgeber anzeigt, dass eine einspeisbare Überschussleistung verfügbar ist, die der Wärmequelle zuführbar ist;
      • ◯ oder Wärmeabnehmer-Wärmebedarf-Sensor anzeigt, dass der Wärmeabnehmer einen Wärmebedarf größer null aufweist;
      • ◯ oder Wärmebedarf des Wärmeabnehmers kleiner als der Betrag der einspeisbaren Überschussleistung ist, die von dem Einspeiseüberschuss-Informationsgeber ermittelt wird; und
      • ◯ die Summe aus der in dem Prognosezeitraum einspeisbaren Prognose-Überschussenergie und einer nutzbaren Wärmeenergie des elektrischen Energiespeichers größer als die Prognose-Wärmebedarfsenergie in dem Prognosezeitraum ist, wobei die nutzbare Wärmeenergie des elektrischen Energiespeichers eine Wärmeenergie des Wärmespeichermediums des elektrischen Energiespeichers ist, die der Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur TES des Wärmespeichermediums des elektrischen Energiespeichers und der Temperatur TWA des Wärmemediums des Wärmeabnehmers zugeordnet ist;
      und/oder
    • - vom ersten, zweiten oder dritten Betriebsmodus in den vierten Betriebsmodus zu wechseln, wenn gemäß einem dritten Bedingungssatz
      • ◯ oder Einspeiseüberschuss-Informationsgeber anzeigt, dass eine einspeisbare Überschussleistung verfügbar ist, die der Wärmequelle zuführbar ist;
      • ◯ oder Wärmeabnehmer-Wärmebedarf-Sensor anzeigt, dass der Wärmeabnehmer einen Wärmebedarf größer null aufweist;
      • ◯ oder Wärmebedarf des Wärmeabnehmers kleiner als der Betrag der einspeisbaren Überschussleistung ist, die von dem Einspeiseüberschuss-Informationsgeber ermittelt wird;
      • ◯ die Temperatur TES des Wärmespeichermediums des elektrischen Energiespeichers größer oder gleich als die maximale Temperatur TES_max des Wärmespeichermediums des elektrischen Energiespeichers ist.
In a further preferred embodiment of the thermal coupling module, the control unit comprises an operating mode transition control unit and the operating mode transition control unit is designed to switch between the at least four operating modes of the thermal coupling module; and
wherein, optionally, the feed-in excess information provider is additionally designed to determine an availability and preferably an amount of a feed-in forecast excess energy from a feed-in forecast excess power in a future forecast period and to the control unit as forecast excess energy availability information and forecast -to output excess energy amount information, wherein the feedable forecast excess energy can be supplied to the heat source in the forecast period for heating the heat transport medium; and
wherein, optionally, the thermal coupling module additionally comprises a heat demand energy forecast module, which is designed to determine a forecast heat demand energy from a forecast heat demand in the future forecast period;
wherein the operating mode transition control unit is designed,
  • - to switch from the second, third or fourth operating mode to the first operating mode, if
    • ◯ or feed-in excess information provider indicates that feed-in excess power is available that can be supplied to the heat source;
    • ◯ or heat consumer heat demand sensor indicates that the heat consumer has a heat demand greater than zero;
    • ◯ or the heat demand of the heat consumer is greater than or equal to the amount of surplus power that can be fed in, which is determined by the feed-in surplus information provider; and
    • ◯ a third temperature difference ΔT 3 between the temperature T ES of the heat storage medium of the electrical energy storage and the temperature T WA of the heat medium of the heat consumer exceeds a third threshold value T SW3 ; and
    • ◯ the temperature T ES of the heat storage medium of the electrical energy storage is greater than a minimum temperature T ES_min of the heat storage medium of the electrical energy storage;
    and or
    • - to switch from the first, third or fourth operating mode to the second operating mode if in a first alternative
      • ◯ or feed-in excess information provider indicates that feed-in excess power is available that can be supplied to the heat source;
      • ◯ or heat consumer heat demand sensor indicates that the heat consumer has a heat demand greater than zero;
      • ◯ or the heat demand of the heat consumer is less than the amount of surplus power that can be fed in, which is determined by the feed-in surplus information provider;
      • ◯ the temperature T ES of the heat storage medium of the electrical energy storage is less than a maximum temperature T ES_max of the heat storage medium of the electrical energy storage; and
      • ◯ the second temperature difference ΔT 2 exceeds the second threshold T SW2 greater than zero;
      and or
    • - to switch from the first, third or fourth operating mode to the second operating mode if in a second alternative
      • ◯ the temperature T ES of the heat storage medium of the electrical energy storage is less than the minimum temperature T ES_min of the heat storage medium of the electrical energy storage;
      • ◯ or heat consumer heat demand sensor indicates that the heat consumer has a heat demand greater than zero; and
      • ◯ the second temperature difference ΔT 2 exceeds the second threshold T SW2 greater than zero;
      and or
    • - to switch from the first, second or fourth operating mode to the third operating mode if in a first alternative
      • or feed-in excess information provider indicates that feed-in excess power is available that can be supplied to the heat source;
      • ◯ or heat consumer heat demand sensor indicates that the heat consumer has no heat demand; and
      • ◯ the temperature T ES of the heat storage medium of the electrical energy storage is smaller than a maximum temperature T ES_max of the heat storage medium of the electrical energy storage;
      and or
    • - to switch from the first, second or fourth operating mode to the third operating mode if in a second alternative
      • ◯ the temperature T ES of the heat storage medium of the electrical energy storage is less than the minimum temperature T ES_min of the heat storage medium of the electrical energy storage; and
      • ◯ or heat consumer heat demand sensor indicates that the heat consumer has no heat demand;
      and or
    • - to switch from the first, second or third operating mode to the fourth operating mode if according to a first set of conditions
      • ◯ or feed-in excess information provider indicates that feed-in excess power is available that can be supplied to the heat source;
      • ◯ or heat consumer heat demand sensor indicates that the heat consumer has a heat demand greater than zero;
      • ◯ or the heat demand of the heat consumer is greater than the amount of surplus power that can be fed in, which is determined by the feed-in surplus information provider; and
      • ◯ the temperature T ES of the heat storage medium of the electrical energy storage is greater than or equal to the minimum temperature T ES_min of the heat storage medium of the electrical energy storage;
      and or
    • - to switch from the first, second or third operating mode to the fourth operating mode if according to a second set of conditions
      • ◯ or feed-in excess information provider indicates that feed-in excess power is available that can be supplied to the heat source;
      • ◯ or heat consumer heat demand sensor indicates that the heat consumer has a heat demand greater than zero;
      • ◯ or the heat demand of the heat consumer is less than the amount of surplus power that can be fed in, which is determined by the feed-in surplus information provider; and
      • ◯ the sum of the forecast excess energy that can be fed in in the forecast period and a usable thermal energy of the electrical energy storage is greater than the forecast heat requirement energy in the forecast period, whereby the usable thermal energy of the electrical energy storage is a thermal energy of the heat storage medium of the electrical energy storage that corresponds to the temperature difference between the temperature T ES of the heat storage medium of the electrical energy storage and the temperature T WA of the heat medium of the heat consumer is assigned;
      and or
    • - to switch from the first, second or third operating mode to the fourth operating mode if according to a third set of conditions
      • ◯ or feed-in excess information provider indicates that feed-in excess power is available that can be supplied to the heat source;
      • ◯ or heat consumer heat demand sensor indicates that the heat consumer has a heat demand greater than zero;
      • ◯ or the heat demand of the heat consumer is less than the amount of surplus power that can be fed in, which is determined by the feed-in surplus information provider;
      • ◯ the temperature T ES of the heat storage medium of the electrical energy storage is greater than or equal to the maximum temperature T ES_max of the heat storage medium of the electrical energy storage.

Bei Überschreitung von vordefinierten Betriebszuständen im elektrischen Energiespeicher und/oder im Wärmeabnehmer und/oder bei einer Änderung der Verfügbarkeit zur Einspeisung von Wärmeenergie an der Wärmequelle ist die Betriebsmodi-Übergangs-Regelungseinheit als Teil der Regelungseinheit ausgelegt, um vorzugsweise automatisch Steuerungs- und/oder Regelungssignale zu generieren, die einen Übergang zwischen den mindestens vier Betriebsmodi ermöglichen. Diese Steuerungs- bzw. Regelungssignale basieren wieder aus der zeitnahen Auswertung der Sensorsignale des Einspeiseüberschuss-Informationsgebers, Energiespeicher-Sensors, Wärmeabnehmer-Sensors, Wärmeabnehmer-Wärmetauscher-Eingang-Sensors, Wärmeabnehmer-Wärmetauscher-Ausgang-Sensors, Energiespeicher-Wärmetauscher-Eingang-Sensors, Energiespeicher-Wärmetauscher-Ausgang-Sensors, Wärmequellen-Eingang-Sensors, der Wärmequellen-Ausgang-Sensors und/oder Wärmeabnehmer-Wärmebedarf-Sensors und im Besonderen auf deren Temperaturmessungen und dem Vergleich zu vordefinierten Temperaturschwellwerten, bei deren Überschreitung ein Wechsel des Betriebsmodi ausgelöst werden kann. Die Steuerung und/oder Regelung für Übergänge zwischen den mindestens vier Betriebsmodi ist dabei ausgelegt, das thermische Koppelmodul, den elektrischen Energiespeicher und den Wärmeabnehmer vor thermischer Überlastung zu schützen und das thermische Koppelmodul überschussgeführt durch situationsbedingte Nutzung verfügbarer Überschussleistung möglichst effizient zu betreiben.If predefined operating states in the electrical energy storage and/or in the heat consumer are exceeded and/or if there is a change in the availability for feeding thermal energy to the heat source, the operating mode transition control unit is designed as part of the control unit in order to preferably automatically generate control and/or regulation signals which enable a transition between the at least four operating modes. These control or regulation signals are again based on the timely evaluation of the sensor signals of the feed-in excess information transmitter, energy storage sensor, heat consumer sensor, heat consumer heat exchanger input sensor, heat consumer heat exchanger output sensor, energy storage heat exchanger input gang sensor, energy storage heat exchanger output sensor, heat source input sensor, the heat source output sensor and/or heat consumer heat demand sensor and in particular on their temperature measurements and the comparison to predefined temperature threshold values, if these are exceeded a change of the operating mode can be triggered. The control and/or regulation for transitions between the at least four operating modes is designed to protect the thermal coupling module, the electrical energy storage and the heat consumer from thermal overload and to operate the thermal coupling module in a surplus manner as efficiently as possible by using available excess power depending on the situation.

Vorzugsweise wird dabei in den ersten Betriebsmodus gewechselt, wenn Wärmebedarf am Wärmeabnehmer besteht, eine einspeisbare Überschussleistung verfügbar ist und nutzbare Wärmeenergie des elektrischen Energiespeichers vorhanden ist. Hier kann es allerdings vorkommen, dass bei der überschussgeführten Regelung des thermischen Koppelmoduls der Wärmebedarf des Wärmeabnehmers nicht voll gedeckt wird, wenn der Wärmebedarf größer als die Summe der nutzbaren Wärmeenergie des elektrischen Energiespeichers und des einspeisbaren Wärmeüberschuss aus der einspeisbaren Überschussleistung ist.Preferably, a change is made to the first operating mode when there is a need for heat at the heat consumer, excess power that can be fed in is available and usable heat energy from the electrical energy storage is available. However, it can happen here that with the surplus-controlled control of the thermal coupling module, the heat requirement of the heat consumer is not fully covered if the heat requirement is greater than the sum of the usable heat energy of the electrical energy storage and the feed-in excess heat from the feed-in excess power.

In den zweiten Betriebsmodus wird vorzugsweise gewechselt, wenn der Wärmebedarf am Wärmeabnehmer kleiner als die einspeisbare Überschussleistung ist und der elektrische Energiespeicher thermisch nicht voll aufgeladen ist. Während im zweiten Betriebsmodus in einer ersten Alternative der Wärmedarf des Wärmeabnehmers komplett durch eine einspeisbare Überschussleistung gedeckt werden kann, muss dies bei einer zweiten Alternative nicht der Fall sein. Diese Alternative dient dazu den elektrischen Energiespeicher wieder thermisch aufzuladen, bei dem die Temperatur unter die minimal erlaubte Temperatur gefallen ist.The second operating mode is preferably switched to when the heat requirement at the heat consumer is smaller than the excess power that can be fed in and the electrical energy storage is not fully thermally charged. While in the second operating mode in a first alternative the heat requirement of the heat consumer can be completely covered by a surplus power that can be fed in, this does not have to be the case in a second alternative. This alternative is used to thermally recharge the electrical energy storage device where the temperature has fallen below the minimum permitted temperature.

In den dritten Betriebsmodus wird vorzugsweise gewechselt, wenn kein Wärmebedarf am Wärmeabnehmer besteht, eine einspeisbare Überschussleistung verfügbar ist und der elektrische Energiespeicher thermisch nicht voll aufgeladen ist. Während im dritten Betriebsmodus in einer ersten Alternative die thermische Aufladung des elektrischen Energiespeichers komplett durch eine einspeisbare Überschussleistung erfolgt, muss dies bei einer zweiten Alternative nicht der Fall sein. In der zweiten Alternative ist dies auch ohne Überschuss möglich. Diese Alternative dient dazu den elektrischen Energiespeicher wieder thermisch aufzuladen, bei dem die Temperatur unter die minimal erlaubte Temperatur gefallen ist.The third operating mode is preferably switched to when there is no heat requirement at the heat consumer, excess power that can be fed in is available and the electrical energy storage is not fully thermally charged. While in the third operating mode, in a first alternative, the thermal charging of the electrical energy storage takes place entirely through feed-in excess power, this does not have to be the case in a second alternative. In the second alternative, this is also possible without a surplus. This alternative is used to thermally recharge the electrical energy storage device where the temperature has fallen below the minimum permitted temperature.

Ein Wechseln in den vierten Betriebsmodus erfolgt vorzugsweise unter drei Bedingungssätzen. Unter einem ersten Bedingungssatz wird in den vierten Betriebsmodus gewechselt, wenn Wärmebedarf am Wärmeabnehmer besteht, eine einspeisbare Überschussleistung verfügbar ist und keine nutzbare Wärmeenergie des elektrischen Energiespeichers vorhanden ist. Zudem ist der Wärmebedarf des Wärmeabnehmers größer als der Betrag der einspeisbaren Überschussleistung, die von dem Einspeiseüberschuss-Informationsgeber ermittelt wird; Hier kann es somit vorkommen, dass bei der überschussgeführten Regelung des thermischen Koppelmoduls der Wärmebedarf des Wärmeabnehmers nicht voll gedeckt wird. Der Wärmebedarf des Wärmeabnehmers ist größer als die Summe der nutzbaren Wärmeenergie des elektrischen Energiespeichers und des einspeisbaren Wärmeüberschuss aus der einspeisbaren Überschussleistung. Unter einem zweiten Bedingungssatz wird in den vierten Betriebsmodus gewechselt, wenn der Wärmebedarf am Wärmeabnehmer kleiner als die einspeisbare Überschussleistung ist und der elektrische Energiespeicher thermisch nicht voll aufgeladen ist. Hierbei wird der elektrische Energiespeicher thermisch nicht aufgeladen, wenn aus einer Zukunftsprognose für einen Prognosezeitraum erkennbar ist, dass der Wärmebedarf des Wärmeabnehmers aus einer prognostizierter einspeisbarer Überschussenergie und der nutzbaren Wärmeenergie des elektrischen Energiespeichers abdeckbar ist. Auf diese Weise können lange Verweilzeiten des Wärmespeichermediums des elektrischen Energiespeichers bei hohen Temperaturen vermieden und die Jahresdurchschnittstemperatur des Wärmespeichermediums des elektrischen Energiespeichers verringert werden, um ein frühzeitiges Altern des elektrischen Energiespeichers zu verhindern. Unter einem dritten Bedingungssatz wird in den vierten Betriebsmodus gewechselt, wenn der Wärmebedarf am Wärmeabnehmer kleiner als die einspeisbare Überschussleistung ist und der elektrische Energiespeicher thermisch voll aufgeladen ist.A change to the fourth operating mode preferably takes place under three sets of conditions. Under a first set of conditions, a switch is made to the fourth operating mode when there is a heat requirement at the heat consumer, excess power that can be fed in is available and there is no usable heat energy from the electrical energy storage device. In addition, the heat requirement of the heat consumer is greater than the amount of surplus power that can be fed in, which is determined by the feed-in surplus information provider; It can happen here that the heat demand of the heat consumer is not fully covered by the surplus control of the thermal coupling module. The heat requirement of the heat consumer is greater than the sum of the usable heat energy from the electrical energy storage and the excess heat that can be fed in from the excess power that can be fed in. Under a second set of conditions, the fourth operating mode is switched to if the heat requirement at the heat consumer is less than the excess power that can be fed in and the electrical energy storage is not fully thermally charged. Here, the electrical energy storage is not thermally charged if it can be seen from a future forecast for a forecast period that the heat requirement of the heat consumer can be covered from a forecast surplus energy that can be fed in and the usable thermal energy of the electrical energy storage. In this way, long residence times of the heat storage medium of the electrical energy storage at high temperatures can be avoided and the annual average temperature of the heat storage medium of the electrical energy storage can be reduced in order to prevent premature aging of the electrical energy storage. Under a third set of conditions, the fourth operating mode is switched to when the heat requirement at the heat consumer is smaller than the excess power that can be fed in and the electrical energy storage is fully thermally charged.

Die hier beschriebenen Betriebsmodi-Übergänge sind wie die Betriebsmodi selbst nicht als abschließende Liste möglicher Betriebsmodi-Übergänge zu verstehen, sondern bilden nur die Betriebsmodi-Übergänge ab, die beim Normalbetrieb des thermischen Koppelmodul hauptsächlich auftreten. Zusätzliche Betriebsmodi-Übergänge beim Anfahren und Herunterfahren, für das Aktivieren von spezifische Störungsbehebungen und für bestimmte Optimierungen einzelner Betriebsmodi-Übergänge sind hierbei möglich.The operating mode transitions described here, like the operating modes themselves, are not to be understood as a final list of possible operating mode transitions, but rather only represent the operating mode transitions that mainly occur during normal operation of the thermal coupling module. Additional operating mode transitions when starting up and shutting down, for activating specific troubleshooting and for certain optimizations of individual operating mode transitions are possible.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des thermischen Koppelmoduls ist die Regelungseinheit konfiguriert, das thermische Koppelmodul zusätzlich in einem fünften Betriebsmodi zu regeln, bei dem keine Wärmeenergie von dem elektrischen Energiespeicher oder von der Wärmequelle in das Wärmetransportmedium eingespeist wird und bei dem optional sämtliche der Ventile geschlossen sind; und
wobei die Betriebsmodi-Übergangs-Regelungseinheit ausgelegt ist, von dem ersten, zweiten, dritten oder vierten Betriebsmodus in den fünften Betriebsmodus zu wechseln, wenn, gemäß einem vierten Bedingungssatz,

  • ◯ oder Einspeiseüberschuss-Informationsgeber anzeigt, dass keine einspeisbare Überschussleistung verfügbar ist; und
  • ◯ oder Wärmeabnehmer-Wärmebedarf-Sensor anzeigt, dass der Wärmeabnehmer keinen Wärmebedarf aufweist;

und/oder
wobei die Betriebsmodi-Übergangs-Regelungseinheit ausgelegt ist, von dem ersten, zweiten, dritten oder vierten Betriebsmodus in den fünften Betriebsmodus zu wechseln, wenn, gemäß einem fünften Bedingungssatz,
  • ◯ oder Einspeiseüberschuss-Informationsgeber anzeigt, dass eine einspeisbare Überschussleistung größer null verfügbar ist, die der Wärmequelle zuführbar ist;
  • ◯ oder Wärmeabnehmer-Wärmebedarf-Sensor anzeigt, dass der Wärmeabnehmer keinen Wärmebedarf aufweist; und
  • ◯ die Temperatur TES des Wärmespeichermediums des elektrischen Energiespeichers größer oder gleich der maximalen Temperatur TES_max des Wärmespeichermediums des elektrischen Energiespeichers ist;

und/oder
wobei die Betriebsmodi-Übergangs-Regelungseinheit ausgelegt ist, von dem ersten, zweiten, dritten oder vierten Betriebsmodus in den fünften Betriebsmodus zu wechseln, wenn, gemäß einem sechsten Bedingungssatz,
  • ◯ oder Einspeiseüberschuss-Informationsgeber anzeigt, dass eine einspeisbare Überschussleistung größer null verfügbar ist, die der Wärmequelle zuführbar ist;
  • ◯ oder Wärmeabnehmer-Wärmebedarf-Sensor anzeigt, dass der Wärmeabnehmer keinen Wärmebedarf aufweist;
  • ◯ die Temperatur TES des Wärmespeichermediums des elektrischen Energiespeichers kleiner als die maximale Temperatur TES_max des Wärmespeichermediums des elektrischen Energiespeichers ist; und
  • ◯ die Summe aus der in dem Prognosezeitraum einspeisbaren Prognose-Überschussenergie und einer nutzbaren Wärmeenergie des elektrischen Energiespeichers größer als die Prognose-Wärmebedarfsenergie in dem Prognosezeitraum ist;

und/oder
wobei die Betriebsmodi-Übergangs-Regelungseinheit ausgelegt ist, von dem ersten, zweiten, dritten oder vierten Betriebsmodus in den fünften Betriebsmodus zu wechseln, wenn, gemäß einem siebten Bedingungssatz,
  • ◯ oder Einspeiseüberschuss-Informationsgeber anzeigt, dass keine einspeisbare Überschussleistung verfügbar ist;
  • ◯ oder Wärmeabnehmer-Wärmebedarf-Sensor anzeigt, dass der Wärmeabnehmer einen Wärmebedarf größer null aufweist; und
  • ◯ die Temperatur TES des Wärmespeichermediums des elektrischen Energiespeichers kleiner oder gleich der Temperatur TWA des Wärmemediums des Wärmeabnehmers und/oder kleiner oder gleich der minimalen Temperatur TES_min des Wärmespeichermediums des elektrischen Energiespeichers ist;

und/oder
wobei die Betriebsmodi-Übergangs-Regelungseinheit ausgelegt ist, von dem ersten, zweiten, dritten oder vierten Betriebsmodus in den fünften Betriebsmodus zu wechseln, wenn die Regelungseinheit als Eingangssignal eine sicherheitsrelevante Fehlermeldung und/oder ein Wartungssignal für das thermische Koppelmodul erhält.In a further preferred embodiment of the thermal coupling module, the control unit is configured to additionally operate the thermal coupling module in a fifth operating mode regulate in which no heat energy is fed from the electrical energy storage or from the heat source into the heat transport medium and in which optionally all of the valves are closed; and
wherein the operating mode transition control unit is designed to change from the first, second, third or fourth operating mode to the fifth operating mode if, according to a fourth set of conditions,
  • ◯ or feed-in surplus information provider indicates that no feed-in surplus power is available; and
  • ◯ or heat consumer heat demand sensor indicates that the heat consumer has no heat demand;

and or
wherein the operating mode transition control unit is designed to change from the first, second, third or fourth operating mode to the fifth operating mode if, according to a fifth set of conditions,
  • ◯ or feed-in surplus information provider indicates that feed-in excess power greater than zero is available and can be supplied to the heat source;
  • ◯ or heat consumer heat demand sensor indicates that the heat consumer has no heat demand; and
  • ◯ the temperature T ES of the heat storage medium of the electrical energy storage is greater than or equal to the maximum temperature T ES_max of the heat storage medium of the electrical energy storage;

and or
wherein the operating mode transition control unit is designed to change from the first, second, third or fourth operating mode to the fifth operating mode if, according to a sixth set of conditions,
  • ◯ or feed-in surplus information provider indicates that feed-in excess power greater than zero is available and can be supplied to the heat source;
  • ◯ or heat consumer heat demand sensor indicates that the heat consumer has no heat demand;
  • ◯ the temperature T ES of the heat storage medium of the electrical energy storage is smaller than the maximum temperature T ES_max of the heat storage medium of the electrical energy storage; and
  • ◯ the sum of the forecast excess energy that can be fed in in the forecast period and usable heat energy from the electrical energy storage is greater than the forecast heat requirement energy in the forecast period;

and or
wherein the operating mode transition control unit is designed to change from the first, second, third or fourth operating mode to the fifth operating mode if, according to a seventh set of conditions,
  • ◯ or feed-in surplus information provider indicates that no feed-in surplus power is available;
  • ◯ or heat consumer heat demand sensor indicates that the heat consumer has a heat demand greater than zero; and
  • ◯ the temperature T ES of the heat storage medium of the electrical energy storage is less than or equal to the temperature T WA of the heat medium of the heat consumer and/or less than or equal to the minimum temperature T ES_min of the heat storage medium of the electrical energy storage;

and or
wherein the operating mode transition control unit is designed to switch from the first, second, third or fourth operating mode to the fifth operating mode when the control unit receives a safety-relevant error message and / or a maintenance signal for the thermal coupling module as an input signal.

Die Regelungseinheit verhindert demnach eine Einspeisung von zusätzlicher Wärmeenergie in das Wärmetransportmedium, wenn das Wärmespeichermedium des elektrischen Energiespeichers maximal mit Wärmeenergie aufgeladen ist und keine Wärmeenergie mehr an das Wärmespeichermedium des Wärmeabnehmers abgegeben werden kann. Somit stellt die Regelungseinheit des thermischen Koppelmoduls mit dem fünften Betriebsmodus sicher, dass der elektrische Energiespeicher und der Wärmeabnehmer nicht überhitzt.The control unit therefore prevents additional heat energy from being fed into the heat transport medium when the heat storage medium of the electrical energy storage is maximally charged with heat energy and heat energy can no longer be delivered to the heat storage medium of the heat consumer. The control unit of the thermal coupling module with the fifth operating mode thus ensures that the electrical energy storage and the heat consumer do not overheat.

Ein Wechseln in den fünften Betriebsmodus erfolgt vorzugsweise unter Bedingungssätzen vier bis sieben. Unter einem vierten Bedingungssatz wird in den fünften Betriebsmodus gewechselt, wenn kein Wärmebedarf am Wärmeabnehmer besteht und keine einspeisbare Überschussleistung verfügbar ist. Unter einem fünften Bedingungssatz wird in den fünften Betriebsmodus gewechselt, wenn kein Wärmebedarf am Wärmeabnehmer besteht, eine einspeisbare Überschussleistung verfügbar ist und der elektrische Energiespeicher thermisch voll aufgeladen ist. Unter einem sechsten Bedingungssatz wird in den fünften Betriebsmodus gewechselt, wenn kein Wärmebedarf am Wärmeabnehmer besteht, eine einspeisbare Überschussleistung verfügbar ist und der elektrische Energiespeicher thermisch nicht voll aufgeladen ist. Hierbei wird wiederum der elektrische Energiespeicher thermisch nicht aufgeladen, wenn aus einer Zukunftsprognose für einen Prognosezeitraum erkennbar ist, dass der Wärmebedarf des Wärmeabnehmers aus einer prognostizierter einspeisbarer Überschussenergie und der nutzbaren Wärmeenergie des elektrischen Energiespeichers abdeckbar ist. Auf diese Weise können wieder lange Verweilzeiten des Wärmespeichermediums des elektrischen Energiespeichers bei hohen Temperaturen vermieden und die Jahresdurchschnittstemperatur des Wärmespeichermediums des elektrischen Energiespeichers verringert werden, um ein frühzeitiges Altern des elektrischen Energiespeichers zu verhindern. Unter einem siebten Bedingungssatz wird in den fünften Betriebsmodus gewechselt, wenn ein Wärmebedarf am Wärmeabnehmer besteht, keine einspeisbare Überschussleistung verfügbar ist und keine nutzbare Wärmeenergie des elektrischen Energiespeichers vorhanden ist. Hier kann es wiederum vorkommen, dass bei der überschussgeführten Regelung des thermischen Koppelmoduls der Wärmebedarf des Wärmeabnehmers nicht voll gedeckt wird.A change to the fifth operating mode preferably takes place under condition sets four to seven. Under a fourth set of conditions, the system switches to the fifth operating mode if there is no heat requirement at the heat consumer and no surplus power that can be fed in is available. Under a fifth set of conditions, a change is made to the fifth operating mode when there is no heat requirement at the heat consumer, excess power that can be fed in is available and the electrical energy storage is fully thermally charged. Under a sixth set of conditions, the fifth operating mode occurs changed when there is no heat requirement at the heat consumer, excess power that can be fed in is available and the electrical energy storage is not fully thermally charged. Here, in turn, the electrical energy storage is not thermally charged if it can be seen from a future forecast for a forecast period that the heat requirement of the heat consumer can be covered from a forecast surplus energy that can be fed in and the usable thermal energy of the electrical energy storage. In this way, long residence times of the heat storage medium of the electrical energy storage at high temperatures can be avoided and the annual average temperature of the heat storage medium of the electrical energy storage can be reduced in order to prevent premature aging of the electrical energy storage. Under a seventh set of conditions, a change is made to the fifth operating mode if there is a heat requirement at the heat consumer, no excess power that can be fed in is available and there is no usable heat energy from the electrical energy storage device. Here again it can happen that the heat demand of the heat consumer is not fully covered by the surplus control of the thermal coupling module.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des thermischen Koppelmoduls ist die Regelungseinheit ausgelegt, Zusatz-Wärmeenergie aus einer elektrischen Zusatzleistung aus dem Stromnetz von der Wärmequelle in das Wärmetransportmedium einzuspeisen, wenn der Wärmebedarf des Wärmeabnehmers größer ist als die Summe der nutzbaren Wärmeenergie des elektrischen Energiespeichers und des Betrags der einspeisbaren Überschussenergie aus der einspeisbaren Überschussleistung; und
wobei die Betriebsmodi-Übergangs-Regelungseinheit ausgelegt sein kann, von dem fünften Betriebsmodus in einen vierten Betriebsmodus zu wechseln, wenn der siebte Bedingungssatz im thermischen Koppelmodul erfüllt ist.
In a further preferred embodiment of the thermal coupling module, the control unit is designed to feed additional heat energy from an additional electrical power from the power grid from the heat source into the heat transport medium if the heat requirement of the heat consumer is greater than the sum of the usable heat energy of the electrical energy storage and the amount the surplus energy that can be fed in from the surplus power that can be fed in; and
wherein the operating mode transition control unit can be designed to switch from the fifth operating mode to a fourth operating mode when the seventh set of conditions in the thermal coupling module is fulfilled.

Im Gegensatz zu einer rein überschussgeführten Regelung des thermischen Koppelmoduls kann bei einer wärmebedarfsgeführten Regelung des thermischen Koppelmoduls der Wärmebedarf des Wärmeabnehmers stets gedeckt werden. Dies wird für den Fall, dass der Wärmebedarf größer als die Summe der nutzbaren Wärmeenergie des elektrischen Energiespeichers und des einspeisbaren Wärmeüberschuss aus der einspeisbaren Überschussleistung ist, durch Zusatz-Wärmeenergie aus einer elektrischen Zusatzleistung aus dem Stromnetz sichergestellt. Auf diese Weise kann bei einer wärmebedarfsgeführten Regelung auch im ersten Betriebsmodus und im vierten Betriebsmodus unter dem ersten Bedingungssatz der Wärmebedarf am Wärmeabnehmer voll gedeckt werden. Zudem muss unter dem siebten Bedingungssatz nicht in den fünften Betriebsmodus, sondern es kann in den vierten Betriebsmodus gewechselt werden.In contrast to a purely surplus-controlled control of the thermal coupling module, with a heat demand-controlled control of the thermal coupling module, the heat requirement of the heat consumer can always be covered. In the event that the heat requirement is greater than the sum of the usable heat energy from the electrical energy storage and the excess heat that can be fed in from the excess power that can be fed in, this is ensured by additional heat energy from additional electrical power from the power grid. In this way, with heat demand-based control, the heat demand at the heat consumer can be fully covered even in the first operating mode and in the fourth operating mode under the first set of conditions. In addition, under the seventh set of conditions, it is not necessary to switch to the fifth operating mode, but rather a change to the fourth operating mode.

Durch die stets gesicherte Deckung des Wärmebedarfs am Wärmeabnehmer bei einer wärmebedarfsgeführten Regelung des thermischen Koppelmoduls kann ein Wärmezwischenspeicher im Wärmeabnehmer, beispielsweise ein Warmwasserspeicher, kleiner dimensioniert werden oder es kann ganz auf solch einen Wärmezwischenspeicher verzichtet werden. Dadurch können bei der Ausgestaltung eines thermischen Kopplungssystems Platz und Kosten gespart werden.By ensuring that the heat demand at the heat consumer is always covered with a heat demand-controlled control of the thermal coupling module, an intermediate heat storage in the heat consumer, for example a hot water tank, can be dimensioned smaller or such an intermediate heat storage can be dispensed with entirely. This allows space and costs to be saved when designing a thermal coupling system.

Ein weiterer Aspekt zur Lösung der Aufgabe betrifft ein thermisches Kopplungssystem, umfassend:

  • mindestens einen elektrischen Energiespeicher;
  • mindestens einen Wärmeabnehmer; und
  • ein thermisches Koppelungsmodul nach einem der vorherigen Aspekte und bevorzugten Ausführungsformen zur Wärmeübertragung zwischen dem elektrischen Energiespeicher und dem Wärmeabnehmer.
Another aspect of solving the problem relates to a thermal coupling system, comprising:
  • at least one electrical energy storage;
  • at least one heat consumer; and
  • a thermal coupling module according to one of the previous aspects and preferred embodiments for heat transfer between the electrical energy storage and the heat consumer.

Das thermische Kopplungssystem umfasst dabei neben dem Koppelmodul aus dem vorherigen Aspekt und den dazugehörigen bevorzugten Ausführungsformen als Komponenten des Kopplungssystems auch mindestens einen elektrischen Energiespeicher und mindestens einen Wärmeabnehmer. Dabei kann die Steuerung und/oder Regelung des Gesamtsystems, also auch die Steuerung und/oder Regelung des elektrischen Anteils des elektrischen Energiespeichers und des Wärmeabnehmers durch die Regelungseinheit des thermischen Koppelmodus durchgeführt werden.In addition to the coupling module from the previous aspect and the associated preferred embodiments as components of the coupling system, the thermal coupling system also includes at least one electrical energy storage and at least one heat collector. The control and/or regulation of the entire system, including the control and/or regulation of the electrical portion of the electrical energy storage and the heat collector, can be carried out by the control unit of the thermal coupling mode.

In einer bevorzugten Ausführungsform des thermischen Kopplungssystems ist der elektrische Energiespeicher ausgelegt, Wärmeenergie von der Wärmequelle und/oder Wärmeenergie aus der Verlustleistung des elektrischen Energiespeichers bei elektrischem Betrieb zu speichern.In a preferred embodiment of the thermal coupling system, the electrical energy storage is designed to store thermal energy from the heat source and/or thermal energy from the power loss of the electrical energy storage during electrical operation.

Hierbei kann die Regelungseinheit des thermischen Koppelmodus zusätzlich ausgelegt sein, eine elektrisch betriebene Komponente im Umfeld des thermischen Kopplungssystems bei einer niedrigen Verfügbarkeit elektrischer Energie aus erneuerbaren Energien mit der elektrischen Energie des elektrischen Energiespeichers auszuführen und zu regeln. Auf diese Weise kann ein autarkes oder teilautarkes Energiesystem, beispielsweise in einem Gebäude, noch effizienter betrieben werden, indem zeitnah zum Abruf elektrischer Energie aus dem elektrischen Energiespeicher dessen Verlustwärme direkt im thermischen Kopplungssystem genutzt wird. Bei einem teilautarken Energiesystem kann deshalb auch darüber nachgedacht werden, einen kleineren und damit kostengünstigeren Netzanschluss des Gebäudes einzuplanen.In this case, the control unit of the thermal coupling mode can additionally be designed to execute and regulate an electrically operated component in the environment of the thermal coupling system with the electrical energy of the electrical energy storage when there is low availability of electrical energy from renewable energies. In this way, a self-sufficient or partially self-sufficient energy system, for example in a building, can be operated even more efficiently by promptly retrieving electrical energy from the electrical energy storage whose heat loss is used directly in the thermal coupling system. With a partially self-sufficient energy system, you can also consider planning a smaller and therefore more cost-effective network connection for the building.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des thermischen Kopplungssystems weist der elektrische Energiespeicher eine Lithium-Ionen-Batterie auf und der Energiespeicher-Wärmetauscher ist als Temperaturregelungssystem der Lithium-Ionen-Batterie konfiguriert. Das Temperaturregelungssystem kann insbesondere zur Erwärmung und/oder Kühlung der Lithium-Ionen-Batterie ausgelegt sein.In a further preferred embodiment of the thermal coupling system, the electrical energy storage has a lithium-ion battery and the energy storage heat exchanger is configured as a temperature control system of the lithium-ion battery. The temperature control system can be designed in particular to heat and/or cool the lithium-ion battery.

Da beim Einsatz einer Lithium-Ionen-Batterie in einem thermischen Kopplungssystems das zusätzlich als Wärmespeichermedium genutzte elektrische Energiespeichermedium häufig als ein flüssiger Elektrolyt in einem porösen Separator als Polymerelektrolyt ausgeführt ist, kann das Wärmespeichermedium in der Lithium-Ionen-Batterie meist nicht frei zum Energie-Wärmetauscher zirkulieren. Daher eignet sich die Lithium-Ionen-Batterie nicht für eine Wärmeübertragung an einem Wärmetauscher, der auf einer Übertragung der Wärme von einem fluiden Medium auf ein anderes fluides Medium basiert. Hier kann stattdessen ein Energiespeicher-Wärmetauscher als Temperaturregelungssystem ausgestaltet sein, welches in den Zwischenräumen der Lithium-Ionen-Batterien in einem Lithium-Ionen-Batteriepack oder -modul eingelassen ist und Wärmeenergie von den Lithium-Ionen-Batterien abführen und/oder zuführen kann.Since when using a lithium-ion battery in a thermal coupling system, the electrical energy storage medium additionally used as a heat storage medium is often designed as a liquid electrolyte in a porous separator as a polymer electrolyte, the heat storage medium in the lithium-ion battery usually cannot be freely used for energy storage. Heat exchangers circulate. Therefore, the lithium-ion battery is not suitable for heat transfer on a heat exchanger that is based on transferring heat from one fluid medium to another fluid medium. Here, an energy storage heat exchanger can instead be designed as a temperature control system, which is embedded in the spaces between the lithium-ion batteries in a lithium-ion battery pack or module and can remove and/or supply thermal energy from the lithium-ion batteries.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des thermischen Kopplungssystems weist der elektrische Energiespeicher eine Flow-Batterie, insbesondere eine Redox-Flow-Batterie und vorzugsweise eine Vanadium-Redox-Flow-Batterie auf.In a further preferred embodiment of the thermal coupling system, the electrical energy storage has a flow battery, in particular a redox flow battery and preferably a vanadium redox flow battery.

Für den Einsatz als elektrischer Energiespeicher in einem thermischen Kopplungssystem sind grundsätzlich alle Formen und Ausgestaltungen von Flow-Batterien besonders geeignet. Hierbei sind für den Einsatz als autarker elektrischer Energiespeicher in Gebäuden wegen ihrer flexiblen und sicheren Handhabung Redox-Flow-Batterien und insbesondere Vanadium-Redox-Flow-Batterien bevorzugt. Bereits verbaute Flow-Batterien können dabei auch nachträglich mit dem thermischen Koppelmodul und beispielsweise eines bereits vorhandenen Wärmespeichers im Gebäude als Wärmeabnehmer kombiniert und gekoppelt werden. Auch für den Einsatz in Neubauten sind Flow-Batterien durch ihre flexible Bauweise und Dimensionierung sehr gut geeignet.In principle, all shapes and designs of flow batteries are particularly suitable for use as electrical energy storage in a thermal coupling system. Redox flow batteries and in particular vanadium redox flow batteries are preferred for use as self-sufficient electrical energy storage in buildings because of their flexible and safe handling. Flow batteries that have already been installed can also be subsequently combined and coupled with the thermal coupling module and, for example, an existing heat storage device in the building as a heat consumer. Flow batteries are also very suitable for use in new buildings thanks to their flexible design and dimensions.

Dabei ist eine Flow-Batterie eine Ausführungsform eines Akkumulators, welche elektrische Energie in chemischen Verbindungen speichert, wobei Reaktionspartner in einem Lösungsmittel in gelöster Form als Elektrolyte vorliegen. Die energiespeichernden Elektrolyte zirkulieren dabei in getrennten Kreisläufen, zwischen denen in einer galvanischen Zelle mittels einer Membran ein Ionenaustausch erfolgt. In der Flow-Batterie werden dabei die gelösten Stoffe chemisch reduziert und/oder oxidiert, wobei elektrische Energie frei wird. Im Vergleich zu einem Akkumulator ohne Stoffzirkulation liegt eine aufwändigere Konstruktion vor, die neben Tanks für die Elektrolyte und Rohrleitungen mindestens noch Pumpen für die Umwälzung der Elektrolyte und deren Regelung umfasst. Aus diesen Gründen eignen sich Flow-Batterien eher für größere Anlagen.A flow battery is an embodiment of an accumulator that stores electrical energy in chemical compounds, with reactants present in dissolved form in a solvent as electrolytes. The energy-storing electrolytes circulate in separate circuits, between which ion exchange takes place in a galvanic cell using a membrane. In the flow battery, the dissolved substances are chemically reduced and/or oxidized, releasing electrical energy. Compared to an accumulator without material circulation, there is a more complex design that, in addition to tanks for the electrolytes and pipes, also includes at least pumps for circulating the electrolytes and their regulation. For these reasons, flow batteries are more suitable for larger systems.

Regelmäßig sind Flow-Batterien mit zwei großen Tanks ausgeführt, deren flüssige Speichermedien für elektrische Energie auch für den Einsatz als Wärmespeichermedium geeignet sind. Die beiden Tanks der Flow-Batterie können dabei entweder als ein gesamter Wärmespeicher oder als zwei separate Wärmespeicher für das thermische Kopplungssystem ausgestaltet sein. Für ein thermisches Kopplungssystem können auch ein- oder mehrere Flow-Batterien und ein- oder mehrere Lithium-Ionen-Batterien als elektrische Energiespeicher kombiniert werden und jeweils über einen separaten Energiespeicher-Wärmetauscher mit dem thermischen Koppelmodul gekoppelt sein.Flow batteries are regularly designed with two large tanks, whose liquid storage media for electrical energy are also suitable for use as a heat storage medium. The two tanks of the flow battery can be designed either as an entire heat storage unit or as two separate heat storage units for the thermal coupling system. For a thermal coupling system, one or more flow batteries and one or more lithium-ion batteries can also be combined as electrical energy storage devices and each be coupled to the thermal coupling module via a separate energy storage heat exchanger.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des thermischen Kopplungssystems ist das Wärmespeichermedium des elektrischen Energiespeichers, das Wärmetransportmedium des thermischen Koppelmoduls und das Wärmemedium des Wärmeabnehmer jeweils ein flüssiges Medium;
wobei das thermische Kopplungssystem derart konfiguriert ist, dass der Druck im Wärmespeichermedium des elektrischen Energiespeichers kleiner als der Druck im Wärmetransportmedium ist und der Druck im Wärmetransportmedium kleiner als der Druck im Wärmemedium des Wärmeabnehmer ist;
wobei mindestens ein Sensor von dem Wärmeabnehmer-Wärmetauscher-Eingang-Sensor, Wärmeabnehmer-Wärmetauscher-Ausgang-Sensor, Energiespeicher-Wärmetauscher-Eingang-Sensor, Energiespeicher-Wärmetauscher-Ausgang-Sensor, Wärmequellen-Eingang-Sensor und Wärmequellen-Ausgang-Sensor zusätzlich ausgelegt ist, Messwerte eines Drucks im Wärmetransportmedium zu ermitteln; und/oder
wobei mindestens der Energiespeicher-Wärmetauscher-Ausgang-Sensor zusätzlich ausgelegt ist, Messwerte eines pH-Wertes und/oder einer Leitfähigkeit im Wärmetransportmedium zu ermitteln; und/oder
wobei mindestens der Energiespeicher-Sensor zusätzlich ausgelegt ist, Messwerte eines Drucks im Wärmespeichermedium des elektrischen Energiespeichers zu ermitteln;
wobei die Betriebsmodi-Übergangs-Regelungseinheit ausgelegt ist, von dem ersten, zweiten, dritten oder vierten Betriebsmodus in den fünften Betriebsmodus zu wechseln und die Regelungseinheit ausgelegt ist, eine weitere Zufuhr von thermischer und elektrischer Energie zum thermischen Kopplungssystem zu unterbinden, wenn

  • ◯ ein Betrag einer Druckänderung im Wärmetransportmedium einen ersten Druckänderungsschwellwert überschreitet; und/oder
  • ◯ ein Betrag einer pH-Wert-Änderung im Wärmetransportmedium einen pH-Änderungsschwellwert überschreitet; und/oder
  • ◯ ein Betrag einer Leitfähigkeits-Änderung im Wärmetransportmedium einen Leitfähigkeits-Änderungsschwellwert überschreitet; und/oder
  • ◯ ein Betrag einer Druckänderung im Wärmespeichermedium des elektrischen Energiespeichers einen zweiten Druckänderungsschwellwert überschreitet;

und/oder
wobei ein Thermoschalter im elektrischen Energiespeicher (2001..n) ausgelegt ist, eine weitere Zufuhr von thermischer und elektrischer Energie zum thermischen Kopplungssystem (100) zu unterbinden, wenn die Temperatur TES des Wärmespeichermediums des elektrischen Energiespeichers größer oder gleich einer vorbestimmten Notaus-Temperatur TES_Notaus ist, wobei die Notaus-Temperatur TES_Notaus größer als die maximale Temperatur TES_max des Wärmespeichermediums des elektrischen Energiespeichers ist.In a further preferred embodiment of the thermal coupling system, the heat storage medium of the electrical energy storage, the heat transport medium of the thermal coupling module and the heat medium of the heat consumer are each a liquid medium;
wherein the thermal coupling system is configured such that the pressure in the heat storage medium of the electrical energy storage is less than the pressure in the heat transport medium and the pressure in the heat transport medium is less than the pressure in the heat medium of the heat collector;
wherein at least one sensor of the heat collector heat exchanger input sensor, heat collector heat exchanger output sensor, energy storage heat exchanger input sensor, energy storage heat exchanger output sensor, heat source input sensor and heat source output sensor additionally is designed to determine measured values of a pressure in the heat transport medium; and or
wherein at least the energy storage heat exchanger output sensor is additionally designed to determine measured values of a pH value and/or a conductivity in the heat transport medium; and or
wherein at least the energy storage sensor is additionally designed to record measured values of a pressure in the heat storage medium of the electrical energy to determine memory;
wherein the operating mode transition control unit is designed to switch from the first, second, third or fourth operating mode to the fifth operating mode and the control unit is designed to prevent further supply of thermal and electrical energy to the thermal coupling system if
  • ◯ an amount of a pressure change in the heat transport medium exceeds a first pressure change threshold; and or
  • ◯ an amount of a pH change in the heat transport medium exceeds a pH change threshold; and or
  • ◯ an amount of conductivity change in the heat transport medium exceeds a conductivity change threshold; and or
  • ◯ an amount of a pressure change in the heat storage medium of the electrical energy storage exceeds a second pressure change threshold;

and or
wherein a thermal switch in the electrical energy storage (200 1..n ) is designed to prevent further supply of thermal and electrical energy to the thermal coupling system (100) if the temperature T ES of the heat storage medium of the electrical energy storage is greater than or equal to a predetermined emergency stop Temperature T ES_Notaus is, where the emergency stop temperature T ES_Notaus is greater than the maximum temperature T ES_max of the heat storage medium of the electrical energy storage.

Die Übermittlung von Messwerten bezüglich Volumenstrom, Druck, Leitfähigkeit und/oder pH-Wert im Wärmetransportmedium und/oder im Wärmespeichermedium des elektrischen Energiespeichers an den vorgegebenen Messpunkten der jeweiligen Sensoren kann von Regelungseinheit auch derart auswertet werden, dass eine Fehlerüberwachung im thermischen Kopplungsmodul und/oder im thermischen Kopplungssystem erfolgt. Insbesondere kann die Regelungseinheit über einen Abfall des Drucks und/oder Volumenstroms und/oder einer Veränderung im pH-Wert und/oder in der elektrischen Leitfähigkeit auf eine Leckage im elektrischen Energiespeicher, im Energiespeicher-Wärmetauscher, im verzweigten hydraulischen System des thermischen Koppelmodul und/oder im Wärmeabnehmer-Wärmetauscher schließen und das thermische Koppelmodul und/oder das thermische Kopplungssystem in einen Störmodus und/oder Notausmodus versetzen.The transmission of measured values regarding volume flow, pressure, conductivity and/or pH value in the heat transport medium and/or in the heat storage medium of the electrical energy storage at the predetermined measuring points of the respective sensors can also be evaluated by the control unit in such a way that error monitoring in the thermal coupling module and/or takes place in the thermal coupling system. In particular, the control unit can detect a leak in the electrical energy storage, in the energy storage heat exchanger, in the branched hydraulic system of the thermal coupling module and/or via a drop in the pressure and/or volume flow and/or a change in the pH value and/or in the electrical conductivity. or close in the heat collector heat exchanger and put the thermal coupling module and / or the thermal coupling system into a fault mode and / or emergency stop mode.

Vorteilhaft für die Betriebssicherheit des thermischen Koppelmodus erweisen sich hierbei insbesondere die unterschiedlichen Druckniveaus im elektrischen Energiespeicher, im verzweigten hydraulischen System des thermischen Koppelmoduls und im Wärmeabnehmer. Hierbei weist der Frischwasserzulauf eines Gebäudes als Beispiel für einen Wärmeabnehmer häufig ein Druckniveau zwischen etwa 4 bis 6 bar auf, während das Druckniveau im verzweigten hydraulischen System des thermischen Koppelmoduls vorzugsweise mit etwa 2 bis 4 bar kleiner als das Druckniveau im Wärmeabnehmer ist. Das Druckniveau im elektrischen Energiespeicher ist zudem gewöhnlich unter 2 bar und somit nochmals geringer als im verzweigten hydraulischen System des thermischen Koppelmoduls. So würde beispielsweise bei einer Leckage im Wärmeabnehmer-Wärmetauscher eines Warmwasserspeichers durch den höheren Druck im Wärmeabnehmer nur Trinkwasser in den Kreislauf des thermischen Koppelmoduls und/oder bei einer Leckage im Energiespeicher-Wärmetauscher durch den höheren Druck im thermischen Koppelmodul nur das elektrisch neutrale Wärmetransportmedium in den elektrischen Energiespeicher eindringen.The different pressure levels in the electrical energy storage, in the branched hydraulic system of the thermal coupling module and in the heat collector prove to be particularly advantageous for the operational reliability of the thermal coupling mode. Here, the fresh water inlet of a building, as an example of a heat consumer, often has a pressure level between approximately 4 to 6 bar, while the pressure level in the branched hydraulic system of the thermal coupling module is preferably approximately 2 to 4 bar smaller than the pressure level in the heat consumer. The pressure level in the electrical energy storage is usually below 2 bar and therefore even lower than in the branched hydraulic system of the thermal coupling module. For example, in the event of a leak in the heat consumer heat exchanger of a hot water storage tank due to the higher pressure in the heat consumer, only drinking water would enter the circuit of the thermal coupling module and/or in the event of a leak in the energy storage heat exchanger due to the higher pressure in the thermal coupling module, only the electrically neutral heat transport medium would enter the circuit penetrate electrical energy storage.

Dabei ist der Tank des elektrischen Energiespeichers vorzugsweise derart ausgelegt, dass das Volumen des Wärmetransportmediums aus dem thermischen Koppelmodul zusätzlich im Tank des elektrischen Energiespeichers aufgenommen werden kann, ohne dass dieser überläuft. Durch das Druckgefälle vom höheren Druck im Wärmeabnehmer hin zu einem niedrigen Druck im elektrischen Energiespeicher ist bereits konstruktiv sichergestellt, dass ein eventuell umweltschädliches Wärmespeichermedium des elektrischen Energiespeichers nicht über das thermische Koppelmodul in die Umwelt gelangt.The tank of the electrical energy storage is preferably designed such that the volume of the heat transport medium from the thermal coupling module can also be accommodated in the tank of the electrical energy storage without it overflowing. The pressure gradient from the higher pressure in the heat collector to a low pressure in the electrical energy storage device ensures that a potentially environmentally harmful heat storage medium in the electrical energy storage device does not enter the environment via the thermal coupling module.

Um eine Leckage im Energiespeicher-Wärmetauscher zu einer Flow-Batterie zu ermitteln, wird vorzugsweise der pH- und/oder Leitfähigkeit am Energiespeicher-Wärmetauscher-Ausgang-Sensor gemessen. Bei einem elektrischen Energiespeicher in Form einer Lithium-Ionen-Batterie wird zur Detektion einer Leckage im Energiespeicher-Wärmetauscher vorzugsweise der Druck im Wärmespeichermedium des elektrischen Energiespeichers durch einen Energiespeicher-Sensor ermittelt.In order to determine a leak in the energy storage heat exchanger to a flow battery, the pH and/or conductivity is preferably measured at the energy storage heat exchanger output sensor. In the case of an electrical energy storage in the form of a lithium-ion battery, in order to detect a leak in the energy storage heat exchanger, the pressure in the heat storage medium of the electrical energy storage is preferably determined by an energy storage sensor.

Die Regelung des thermischen Koppelmodul und/oder des thermischen Kopplungssystems bei einer Störung kann durch die Regelungseinheit und deren Betriebsmodi-Übergangs-Regelungseinheit und/oder durch ein übergeordnetes Energiemanagementsystem erfolgen.The control of the thermal coupling module and/or the thermal coupling system in the event of a fault can be carried out by the control unit and its operating mode transition control unit and/or by a higher-level energy management system.

Zudem kann bei einer Überschreitung einer vorbestimmten Notfall-Temperatur TES_Notaus im elektrischen Energiespeicher die gesamte Zufuhr von thermischer und elektrischer Energie in das thermische Kopplungssystem durch einen Thermoschalter im elektrischen Energiespeicher unterbunden und somit ein Notaus des Systems herbeigeführt werden.In addition, if a predetermined emergency temperature T ES_Notaus in the electrical energy storage is exceeded, the entire supply of thermal and electrical energy into the thermal coupling system can be stopped by a thermal scarf ter in the electrical energy storage can be prevented and thus an emergency stop of the system can be brought about.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des thermischen Kopplungssystems ist die Regelungseinheit ausgelegt, die Temperatur TES des Wärmespeichermediums des elektrischen Energiespeichers über den Energiespeicher-Wärmetauscher derart zu regeln, dass die Temperatur TES des Wärmespeichermediums eine vorbestimmte maximale Temperatur TES_max des Wärmespeichermediums nicht übersteigt, wobei die maximale Temperatur TES_max vorzugsweise eine Temperatur im Bereich von 30 °C und 60 °C ist, und weiter bevorzugt etwa 40 °C ist; und optional
dass die Temperatur TES des Wärmespeichermediums der mindestens einen Flow-Batterie eine vorbestimmte minimale Temperatur TES_min des Wärmespeichermediums nicht unterschreitet, wobei die minimale Temperatur TES_min vorzugsweise eine Temperatur im Bereich von 5 °C und 20 °C ist, und weiter bevorzugt etwa 10 °C ist.
In a further preferred embodiment of the thermal coupling system, the control unit is designed to regulate the temperature T ES of the heat storage medium of the electrical energy storage via the energy storage heat exchanger in such a way that the temperature T ES of the heat storage medium does not exceed a predetermined maximum temperature T ES_max of the heat storage medium, where the maximum temperature T ES_max is preferably a temperature in the range of 30°C and 60°C, and more preferably is about 40°C; and optional
that the temperature T ES of the heat storage medium of the at least one flow battery does not fall below a predetermined minimum temperature T ES_min of the heat storage medium, wherein the minimum temperature T ES_min is preferably a temperature in the range of 5 ° C and 20 ° C, and more preferably about 10 °C is.

Bei gängigen elektrischen Energiespeichern gibt es eine starke Begrenzung des zulässigen Temperaturbereichs des Wärmespeichermediums. Hierbei ist eine Temperatur von 40 °C im Wärmespeichermedium des elektrischen Energiespeichers eine häufig empfohlene und eingesetzte Obergrenze bei Flow-Batterien und Lithium-Ionen-Batterien. Eine Temperatur von 10 °C ist eine typische Untergrenze für Speichermedien von Flow-Batterien, um eine verstärkte Alterung der Batterien zu vermeiden. Zukünftig können sich durch Weiterentwicklung elektrischer Energiespeicher ein thermisch nutzbarer Temperaturbereich mit niedrigere Temperaturuntergrenzen und höheren Temperaturobergrenzen ergeben.With common electrical energy storage devices, there is a strong limitation on the permissible temperature range of the heat storage medium. A temperature of 40 °C in the heat storage medium of the electrical energy storage is a frequently recommended and used upper limit for flow batteries and lithium-ion batteries. A temperature of 10 °C is a typical lower limit for flow battery storage media in order to avoid increased aging of the batteries. In the future, further development of electrical energy storage may result in a thermally usable temperature range with lower lower temperature limits and higher upper temperature limits.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des thermischen Kopplungssystems weist der Wärmeabnehmer einen Wärmespeicher, insbesondere einen Warmwasserspeicher, zur Speicherung von Wärmeenergie auf, welcher einen Kaltwasserzulauf aufweist; und optional
wobei die Regeleinheit ausgelegt ist, die Temperatur in dem Kaltwasserzulauf und/oder in dem Wärmespeicher für einen vorgegebenen Zeitraum über den Wärmeabnehmer-Wärmetauscher derart zu regeln, dass die Temperatur eine Mindesttemperatur zum Aufbereiten von Wasser, insbesondere von Trinkwasser, erreicht.
In a further preferred embodiment of the thermal coupling system, the heat consumer has a heat storage, in particular a hot water storage, for storing thermal energy, which has a cold water inlet; and optional
wherein the control unit is designed to regulate the temperature in the cold water inlet and/or in the heat storage for a predetermined period of time via the heat collector heat exchanger in such a way that the temperature reaches a minimum temperature for treating water, in particular drinking water.

Hierbei stellt die Ausführung eines Wärmeabnehmers als Warmwasserspeicher mit einem Kaltwasserzulauf eine effiziente Möglichkeit dar, das thermische Koppelmodul mit bereits vorhandenen Abnehmern von Wärmeenergie in einem bestehenden Gebäude oder in einem Neubau zu koppeln. In einer solchen Ausführungsform wird insbesondere der Kaltwasserzulauf des Warmwasserspeichers mit dem Wärmeabnehmer-Wärmetauscher gekoppelt. In diesem Fall entspricht das Kaltwasser im Kaltwasserzulauf dem Wärmemedium des Wärmeabnehmer-Wärmetauschers.Designing a heat consumer as a hot water storage tank with a cold water inlet represents an efficient way to couple the thermal coupling module with existing heat energy consumers in an existing building or in a new building. In such an embodiment, in particular the cold water inlet of the hot water storage tank is coupled to the heat collector heat exchanger. In this case, the cold water in the cold water inlet corresponds to the heat medium of the heat consumer heat exchanger.

Beim Betrieb eines thermischen Kopplungssystems mit angeschlossenem Warmwasserspeicher ist es möglich, dass in bestimmten Zeiträumen eine bestimmte Menge an Verlustwärme des elektrischen Energiespeichers bei elektrischem Betrieb entsteht und/oder ein bestimmter Wärmeeintrag aus erneuerbaren Energien über die Wärmequelle in das System eingebracht wird, gleichzeitig aber der Kaltwasserzulauf wegen fehlender Wärmeabnahme im Warmwasserspeicher stillsteht. In diesem Fall könnten sich bei einem länger anhaltenden Temperaturfenster von 30 °C bis 45 °C Legionellen im Trinkwasser des Kaltwasserzulaufs bilden, wenn der Wärmeabnehmer-Wärmetauscher nicht abtrennbar ist. Diesem Problem wirkt die bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen thermischen Koppelmodul entgegen, da der Wärmeabnehmer-Wärmetauscher in dem dritten Betriebsmodus über ein Wärmeabnehmer-Bypass-Ventil überbrückt werden kann. Somit kann das Wärmespeichermedium des elektrischen Energiespeichers auch mit geringen Wärmeleistungen aufgewärmt werden, ohne ein Risiko einer Legionellenvermehrung am Trinkwasserzulauf zu vergrößern. Sollte der Temperaturbereich von 30 °C bis 45 °C dennoch über einen längeren Zeitraum am Kaltwasserzulauf bestehen, so lässt sich durch Überbrückung des elektrischen Energiespeichers mittels des Energiespeicher-Bypass-Ventils dessen große thermische Masse auskoppeln und somit im vierten Betriebsmodus der übrige Wärmekreislauf im thermischen Koppelmodul und damit auch der Kaltwasserzulauf des Warmwasserspeichers effektiv und schnell auf eine Mindesttemperatur zum Aufbereiten von Wasser, insbesondere von Trinkwasser erwärmen. Hierbei ist der Wärmeabnehmer-Wärmetauscher ausgelegt, die Mindesttemperatur auf mindestens 55 °C im gesamten Leitungssystem, des Wärmespeicher und auf mindestens 60 °C im Warmwasserspeicher zu regeln, um eine Vermehrung von Legionellen zu verhindern. Bevorzugt regelt der Wärmeabnehmer-Wärmetauscher die Mindesttemperatur im gesamten Wärmespeicher für mindestens 30 Minuten auf mindestens 60 °C und besonders bevorzugt für mindestens 3 Minuten auf mindestens 70 °C, um Legionellen im Wärmespeicher sicher abzutöten. Somit können in diesem als selten, aber wichtig einzuschätzenden Szenario, bei einer Regelung der Kaltwasserzulauftemperatur und/oder des Warmwasserspeichers über eine Mindesttemperatur über einen vorgegebenen Zeitraum Legionellen im Trinkwasser sicher abgetötet werden.When operating a thermal coupling system with a connected hot water storage tank, it is possible that in certain periods of time a certain amount of heat loss from the electrical energy storage is generated during electrical operation and/or a certain heat input from renewable energies is introduced into the system via the heat source, but at the same time the cold water inlet is at a standstill due to a lack of heat consumption in the hot water tank. In this case, with a longer temperature window of 30 °C to 45 °C, legionella could form in the drinking water of the cold water inlet if the heat collector heat exchanger cannot be separated. The preferred embodiment of the thermal coupling module according to the invention counteracts this problem, since the heat collector heat exchanger can be bridged in the third operating mode via a heat collector bypass valve. This means that the heat storage medium of the electrical energy storage can be warmed up even with low heat outputs without increasing the risk of legionella proliferation in the drinking water supply. If the temperature range of 30 °C to 45 °C still exists at the cold water inlet for a longer period of time, the large thermal mass can be decoupled by bridging the electrical energy storage using the energy storage bypass valve and the remaining heat circuit can thus be converted into thermal in the fourth operating mode Heating the coupling module and thus also the cold water inlet of the hot water tank effectively and quickly to a minimum temperature for the treatment of water, especially drinking water. The heat collector heat exchanger is designed to regulate the minimum temperature to at least 55 °C in the entire pipe system, the heat storage and to at least 60 °C in the hot water storage in order to prevent Legionella from multiplying. The heat collector heat exchanger preferably regulates the minimum temperature in the entire heat storage to at least 60 ° C for at least 30 minutes and particularly preferably to at least 70 ° C for at least 3 minutes in order to safely kill legionella in the heat storage. Thus, in this scenario, which is considered rare but important, legionella in drinking water can be safely killed by controlling the cold water inlet temperature and/or the hot water tank above a minimum temperature over a predetermined period of time.

Zudem lässt sich durch den ersten, zweiten und vierten Betriebsmodus des thermischen Koppelmodus im thermischen Kopplungssystem zu jeder Zeit eine vorgegebene Warmwassertemperatur im Warmwasserspeicher über solch einer Mindesttemperatur erreichen.In addition, the first, second and fourth operating modes of the thermal coupling mode in the thermal coupling system allow each Time to reach a specified hot water temperature in the hot water tank above such a minimum temperature.

Ein weiterer Aspekt zur Lösung der Aufgabe umfasst ein Verfahren zur Wärmeübertragung zwischen mindestens einem elektrischen Energiespeicher, einem thermischen Koppelmodul umfassend eine Wärmequelle und mindestens einem Wärmeabnehmer, wobei das Verfahren vier Betriebsmodi mit folgenden Schritten aufweist:

  • Übertragen von Wärmeenergie in einem ersten Betriebsmodus von dem elektrischen Energiespeicher und/oder der Wärmequelle zu dem Wärmeabnehmer;
  • Übertragen von Wärmeenergie in einem zweiten Betriebsmodus von der Wärmequelle zu dem Wärmeabnehmer und zu dem elektrischen Energiespeicher;
  • Übertragen von Wärmeenergie in einem dritten Betriebsmodus von der Wärmequelle zu dem elektrischen Energiespeicher; und
  • Übertragen von Wärmeenergie in einem vierten Betriebsmodus von der Wärmequelle zu dem Wärmeabnehmer,
wobei das thermische Koppelmodul ein thermisches Koppelmodul gemäß dem ersten Aspekt und dessen bevorzugten Ausführungsformen ist.A further aspect of solving the problem includes a method for heat transfer between at least one electrical energy storage, a thermal coupling module comprising a heat source and at least one heat collector, the method having four operating modes with the following steps:
  • Transferring thermal energy in a first operating mode from the electrical energy storage and/or the heat source to the heat consumer;
  • Transferring thermal energy in a second operating mode from the heat source to the heat consumer and to the electrical energy storage;
  • Transferring thermal energy in a third operating mode from the heat source to the electrical energy storage; and
  • Transferring heat energy in a fourth operating mode from the heat source to the heat consumer,
wherein the thermal coupling module is a thermal coupling module according to the first aspect and its preferred embodiments.

Weitere Verfahrensschritte für bevorzugte Ausführungsformen des Verfahrens ergeben sich aus den vorherigen Ausführungen zu den Aspekten und bevorzugten Ausführungsformen des thermischen Koppelmoduls und des thermischen Kopplungssystems.Further method steps for preferred embodiments of the method result from the previous statements on the aspects and preferred embodiments of the thermal coupling module and the thermal coupling system.

Ein weiterer Aspekt zur Lösung der Aufgabe betrifft die Verwendung eines thermischen Koppelmoduls und eines thermischen Kopplungssystems gemäß den vorigen Aspekten und bevorzugten Ausführungsformen zur Wärmeübertragung zwischen mindestens einem elektrischen Energiespeicher und mindestens einem Wärmeabnehmer.A further aspect of solving the problem relates to the use of a thermal coupling module and a thermal coupling system according to the previous aspects and preferred embodiments for heat transfer between at least one electrical energy storage and at least one heat consumer.

Für die oben genannten Aspekte und insbesondere für diesbezüglich bevorzugte Ausführungsformen gelten auch die vor- oder nachstehend gemachten Ausführungen zu den Ausführungsformen der jeweils anderen Aspekte.For the above-mentioned aspects and in particular for preferred embodiments in this regard, the statements made above or below regarding the embodiments of the other aspects also apply.

Im Folgenden werden einzelne Ausführungsformen zur Lösung der Aufgabe anhand der Figuren beispielhaft beschrieben. Dabei weisen die einzelnen beschriebenen Ausführungsformen zum Teil Merkmale auf, die nicht zwingend erforderlich sind, um den beanspruchten Gegenstand auszuführen, die aber in bestimmten Anwendungsfällen gewünschte Eigenschaften bereitstellen. So sollen auch Ausführungsformen als unter die beschriebene technische Lehre fallend offenbart angesehen werden, die nicht alle Merkmale der im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen aufweisen. Ferner werden, um unnötige Wiederholungen zu vermeiden, bestimmte Merkmale nur in Bezug auf einzelne der im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen erwähnt bzw. beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass die einzelnen Ausführungsformen daher nicht nur für sich genommen, sondern auch in einer Zusammenschau betrachtet werden sollen. Anhand dieser Zusammenschau wird der Fachmann erkennen, dass einzelne Ausführungsformen auch durch Einbeziehung von einzelnen oder mehreren Merkmalen anderer Ausführungsformen modifiziert werden können. Es wird darauf hingewiesen, dass eine systematische Kombination der einzelnen Ausführungsformen mit einzelnen oder mehreren Merkmalen, die in Bezug auf andere Ausführungsformen beschrieben werden, wünschenswert und sinnvoll sein kann und daher in Erwägung gezogen und auch als von der Beschreibung umfasst angesehen werden soll.Individual embodiments for solving the problem are described below using the figures as examples. Some of the individual embodiments described have features that are not absolutely necessary to carry out the claimed subject matter, but which provide desired properties in certain applications. Embodiments that do not have all the features of the embodiments described below should also be viewed as falling under the technical teaching described. Furthermore, in order to avoid unnecessary repetitions, certain features are only mentioned or described in relation to individual embodiments described below. It should be noted that the individual embodiments should therefore not only be viewed individually, but also in conjunction. Based on this overview, the person skilled in the art will recognize that individual embodiments can also be modified by incorporating individual or multiple features of other embodiments. It is noted that a systematic combination of the individual embodiments with one or more features described in relation to other embodiments may be desirable and useful and should therefore be considered and included in the description.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

  • 1 zeigt eine schematische Darstellung eines thermischen Koppelungssystems gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 1 shows a schematic representation of a thermal coupling system according to a preferred embodiment of the present invention.
  • 2 zeigt einen ersten Betriebsmodus für ein thermisches Koppelmodul eines thermischen Kopplungssystem gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 2 shows a first operating mode for a thermal coupling module of a thermal coupling system according to a preferred embodiment of the present invention.
  • 3 zeigt einen zweiten Betriebsmodus für das thermische Koppelmodul aus 2 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 3 shows a second operating mode for the thermal coupling module 2 according to a preferred embodiment of the present invention.
  • 4 zeigt einen dritten Betriebsmodus für das thermische Koppelmodul aus 2 und 3 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 4 shows a third operating mode for the thermal coupling module 2 and 3 according to a preferred embodiment of the present invention.
  • 5 zeigt einen vierten Betriebsmodus für das thermische Koppelmodul aus den 2 bis 4 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 5 shows a fourth operating mode for the thermal coupling module from the 2 to 4 according to a preferred embodiment of the present invention.
  • 6 zeigt eine schematische Darstellung eines nicht erfindungsgemäßen thermischen Koppelungssystems ohne verzweigten Wärmekreislauf zu Vergleichszwecken. 6 shows a schematic representation of a thermal coupling system not according to the invention without a branched heat circuit for comparison purposes.

Detaillierte Beschreibung der ZeichnungenDetailed description of the drawings

1 zeigt eine schematische Darstellung eines thermischen Kopplungssystems 100 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Dabei umfasst das thermische Kopplungssystem 100 mindestens einen elektrischen Energiespeicher 2001..n und mindestens einen Wärmeabnehmer 3001n, wobei in 1 ein thermisches Koppelmodul 10 einen elektrischen Energiespeicher 2001 und einen Wärmeabnehmer 3001 durch ein verzweigtes hydraulisches System koppelt. Der elektrische Energiespeicher 2001 ist mit einem Medium gefüllt, das bei einem ausschließlich elektrischen Betrieb ursprünglich nur als elektrisches Energiespeichermedium ausgelegt war und im Zusammenspiel mit dem thermischen Kopplungssystem 100 zusätzlich noch die Funktion eines Wärmespeichermediums übernimmt. Der elektrische Energiespeicher 2001 kann dabei als eine Batterie ausgebildet sein, die in vielen Ausführungsformen denkbar ist und die vorzugsweise durch eine Lithium-Ionen-Batterie oder eine Flow-Batterie realisiert wird. Eine Flow-Batterie wird dabei regemäßig mit zwei Tanks ausgebildet, kann aber wie in der 1 auch als ein gesamter elektrischer Energiespeicher 2001 schematisch dargestellt sein. Der Wärmeabnehmer 3001 ist als unspezifische Komponente dargestellt und kann durch Übertragung von Wärme auf das Wärmemedium des Wärmeabnehmers 3001 betrieben werden. 1 shows a schematic representation of a thermal coupling system 100 according to a preferred embodiment of the present invention. This includes thermal coupling lution system 100 at least one electrical energy storage 200 1..n and at least one heat collector 300 1n , where in 1 a thermal coupling module 10 couples an electrical energy storage 200 1 and a heat collector 300 1 through a branched hydraulic system. The electrical energy storage 200 1 is filled with a medium that was originally designed only as an electrical energy storage medium when operated exclusively electrically and, in interaction with the thermal coupling system 100, also takes on the function of a heat storage medium. The electrical energy storage 200 1 can be designed as a battery, which is conceivable in many embodiments and which is preferably implemented by a lithium-ion battery or a flow battery. A flow battery is usually designed with two tanks, but can be used as in 1 also be shown schematically as an entire electrical energy storage device 200 1 . The heat collector 300 1 is shown as a non-specific component and can be operated by transferring heat to the heat medium of the heat collector 300 1 .

Das thermische Koppelmodul 10 weist ein verzweigtes, hydraulisches System auf, welches mit einem Wärmetransportmedium 90 gefüllt ist und zusätzlich eine Wärmequelle 80 und vorzugsweise eine Wärmetransportmedium-Pumpe 98 umfasst. Dabei ist das Wärmetransportmedium 90 entweder gasförmig oder flüssig und wird beim Betrieb der Wärmetransportmedium-Pumpe 98 stets in unverändert gleicher Richtung an der Wärmetransportmedium-Pumpe 98 weitergepumpt, so dass das Wärmetransportmedium 90 in der 1 im Uhrzeigersinn durch das verzweigte hydraulische System des thermischen Koppelmoduls 10 transportiert wird.The thermal coupling module 10 has a branched, hydraulic system which is filled with a heat transport medium 90 and additionally includes a heat source 80 and preferably a heat transport medium pump 98. The heat transport medium 90 is either gaseous or liquid and is always pumped further in the same direction at the heat transport medium pump 98 during operation of the heat transport medium pump 98, so that the heat transport medium 90 in the 1 is transported clockwise through the branched hydraulic system of the thermal coupling module 10.

Das verzweigte hydraulische System weist im Wesentlichen einen Energiespeicher-Wärmetauscher 201, einen Wärmeabnehmer-Wärmetauscher 301, röhrenförmige Fluidverbindungen, steuer- und/oder regelbare Ventile zur Steuerung und/oder Regelung von Volumenströmen in den Fluidverbindungen und Sensoren auf. Dabei koppelt der Energiespeicher-Wärmetauscher 201 das thermische Koppelmodul thermisch mit dem elektrischer Energiespeicher 2001 und weist einen Energiespeicher-Wärmetauscher-Eingang 221 und einen Energiespeicher-Wärmetauscher-Ausgang 241 auf. Zudem koppelt der Wärmeabnehmer-Wärmetauscher 301 das thermische Koppelmodul thermisch mit dem Wärmeabnehmer 3001 und weist einen Wärmeabnehmer-Wärmetauscher-Eingang 321 und einen Wärmeabnehmer-Wärmetauscher-Ausgang 341 auf. Wärmetauscher-Eingang bezieht sich hierbei jeweils auf den Teil eines Wärmetauschers, in den das Wärmetransportmedium 90 durch die Pumprichtung der Wärmetransportmedium-Pumpe 98 zuerst eingeleitet wird und entsprechend bezieht sich ein Wärmetauscher-Ausgang jeweils auf den Teil eines Wärmetauschers, bei dem das Wärmetransportmedium 90 wieder hinausgeleitet wird.The branched hydraulic system essentially has an energy storage heat exchanger 20 1 , a heat collector heat exchanger 30 1 , tubular fluid connections, controllable and/or regulatable valves for controlling and/or regulating volume flows in the fluid connections and sensors. The energy storage heat exchanger 20 1 thermally couples the thermal coupling module to the electrical energy storage 200 1 and has an energy storage heat exchanger input 22 1 and an energy storage heat exchanger output 24 1 . In addition, the heat consumer heat exchanger 30 1 thermally couples the thermal coupling module to the heat consumer 300 1 and has a heat consumer heat exchanger input 32 1 and a heat consumer heat exchanger output 34 1 . Heat exchanger input here refers to the part of a heat exchanger into which the heat transport medium 90 is first introduced by the pumping direction of the heat transport medium pump 98 and accordingly a heat exchanger output refers to the part of a heat exchanger in which the heat transport medium 90 is again is directed out.

Der Energiespeicher-Wärmetauscher-Ausgang 241 ist durch eine erste Fluidverbindung 40 mit dem Wärmeabnehmer-Wärmetauscher-Eingang 321 verbunden. Die erste Fluidverbindung 40 enthält die Wärmequelle 80, über die externe Wärmeenergie vorzugsweise aus erneuerbaren Energien in das Wärmetransportmedium 90 eingespeist werden kann. Die erste Fluidverbindung 40 ist in zwei Teile aufgeteilt, wobei ein Wärmequellen-stromaufwärtiger Leitungsabschnitt 44 zwischen Energiespeicher-Wärmetauscher-Ausgang 241 und Wärmequelle 80 und ein Wärmequellen-stromabwärtiger Leitungsabschnitt 42 zwischen Wärmequelle 80 und Wärmeabnehmer-Wärmetauscher-Eingang 321 angeordnet ist. Der Wärmequellen-stromabwärtige Leitungsabschnitt 42 weist ein Wärmeabnehmer-Abtrennventil 46 auf, über das ein Volumenstrom des Wärmetransportmediums 90 in den Wärmeabnehmer-Wärmetauscher-Eingang 321 gesteuert und/oder geregelt wird.The energy storage heat exchanger output 24 1 is connected to the heat collector heat exchanger input 32 1 by a first fluid connection 40. The first fluid connection 40 contains the heat source 80, via which external heat energy, preferably from renewable energies, can be fed into the heat transport medium 90. The first fluid connection 40 is divided into two parts, with a heat source upstream line section 44 between energy storage heat exchanger outlet 24 1 and heat source 80 and a heat source downstream line section 42 between heat source 80 and heat collector heat exchanger inlet 32 1 is arranged. The heat source downstream line section 42 has a heat collector isolation valve 46, via which a volume flow of the heat transport medium 90 into the heat collector heat exchanger inlet 32 1 is controlled and / or regulated.

Der Wärmeabnehmer-Wärmetauscher-Ausgang 341 ist durch eine zweite Fluidleitung 50 mit dem Energiespeicher-Wärmetauscher-Eingang 221 verbunden. Die zweite Fluidleitung 50 enthält eine optionale Wärmetransportmedium-Pumpe 98, die vorzugsweise das Wärmetransportmedium 90 gesteuert und/oder geregelt in Richtung Energiespeicher-Wärmetauscher-Eingang 221 und damit insgesamt im Uhrzeigersinn des verzweigten hydraulischen Systems pumpen kann. Die zweite Fluidleitung 50 weist ein Energiespeicher-Abtrennventil 52 zwischen der Wärmetransportmedium-Pumpe 98 und dem Energiespeicher-Wärmetauscher-Eingang 221 auf, über das ein Volumenstrom des Wärmetransportmediums 90 in dem Energiespeicher-Wärmetauscher-Eingang 221 gesteuert und/oder geregelt wird.The heat collector heat exchanger output 34 1 is connected to the energy storage heat exchanger input 22 1 by a second fluid line 50. The second fluid line 50 contains an optional heat transport medium pump 98, which can preferably pump the heat transport medium 90 in a controlled and/or regulated manner in the direction of the energy storage heat exchanger inlet 22 1 and thus overall in the clockwise direction of the branched hydraulic system. The second fluid line 50 has an energy storage isolation valve 52 between the heat transport medium pump 98 and the energy storage heat exchanger inlet 22 1 , via which a volume flow of the heat transport medium 90 in the energy storage heat exchanger inlet 22 1 is controlled and / or regulated.

Im Wärmequellen-stromabwärtigen Leitungsabschnitt 42 befindet sich ein Verzweigungsbereich der ersten Fluidleitung 40, welcher über eine dritte Fluidleitung 60 mit einem Verzweigungsbereich der zweiten Fluidleitung 50 zwischen Wärmeabnehmer-Wärmetauscher-Ausgang 341 und Wärmetransportmedium-Pumpe 98 verbunden ist. Die dritte Fluidleitung 60 weist ein Wärmeabnehmer-Bypass-Ventil 62 auf, über das ein Volumenstrom durch die dritte Fluidleitung 60 gesteuert und/oder geregelt wird. Zwischen der Wärmetransportmedium-Pumpe 98 und dem Energiespeicher-Wärmetauscher-Eingang 221 befindet sich ein Verzweigungsbereich der zweiten Fluidleitung 50, welcher über eine vierte Fluidleitung 70 mit einem Verzweigungsbereich im Wärmequellen-stromaufwärtigen Leitungsabschnitt 44 verbunden ist. Die vierte Fluidleitung 70 weist ein Energiespeicher-Bypass-Ventil 72 auf, über das ein Volumenstrom durch die vierte Fluidleitung 70 gesteuert und/oder geregelt wird.In the heat source downstream line section 42 there is a branching area of the first fluid line 40, which is connected via a third fluid line 60 to a branching area of the second fluid line 50 between the heat collector heat exchanger outlet 34 1 and the heat transport medium pump 98. The third fluid line 60 has a heat collector bypass valve 62, via which a volume flow through the third fluid line 60 is controlled and/or regulated. Between the heat transport medium pump 98 and the energy storage heat exchanger inlet 22 1 there is a branching area of the second fluid line 50, which has a fourth Fluid line 70 is connected to a branch area in the heat source upstream line section 44. The fourth fluid line 70 has an energy storage bypass valve 72, via which a volume flow through the fourth fluid line 70 is controlled and/or regulated.

Ein- und ausgangsseitig vom Wärmeabnehmer-Wärmetauscher 301 sind ein Wärmeabnehmer-Wärmetauscher-Eingang-Sensor 481 und ein Wärmeabnehmer-Wärmetauscher-Ausgang-Sensor 491 angeordnet, die Messwerte über Betriebszustände des Wärmetransportmediums 90 am Wärmeabnehmer-Wärmetauscher-Eingang 321 und Wärmeabnehmer-Wärmetauscher-Ausgang 341 liefern. Der Wärmeabnehmer-Wärmetauscher-Eingang-Sensor 481 ist zwischen dem Verzweigungsbereich im Wärmequellen-stromabwärtigen Leitungsabschnitt 42 und dem Wärmeabnehmer-Wärmetauscher-Eingang 321 und vorzugsweise direkt am oder in unmittelbarer räumlicher Nähe vom Wärmeabnehmer-Wärmetauscher-Eingang 321 angeordnet. Vorzugsweise misst der Wärmeabnehmer-Wärmetauscher-Eingang-Sensor 481 eine Temperatur TWA-EIN des Wärmetransportmediums 90 direkt am oder in unmittelbarer räumlicher Nähe vom Wärmeabnehmer-Wärmetauscher-Eingang 321, um eine nutzbare Temperaturdifferenz zwischen einer Temperatur TWA des Wärmemediums des Wärmeabnehmers 3001 und der Temperatur TWA-EIN des Wärmetransportmediums 90 im Wärmeabnehmer-Wärmetauscher 301 zu ermitteln und an eine Regelungseinheit 92 weiterleiten zu können. Der Wärmeabnehmer-Wärmetauscher-Ausgang-Sensor 491 misst vorzugsweise die Temperatur TWA-AUS des Wärmetransportmediums 90 direkt am oder in unmittelbarer räumlicher Nähe vom Wärmeabnehmer-Wärmetauscher-Ausgang 341, um die abgegebene Wärme an den Wärmeabnehmer zu ermitteln. Der Wärmeabnehmer-Wärmetauscher-Ausgang-Sensor 491 misst zudem vorzugsweise den Druck im Wärmetransportmediums 90 direkt am oder in unmittelbarer räumlicher Nähe vom Wärmeabnehmer-Wärmetauscher-Ausgang 341, um bei einer Druckabweichung im Vergleich zum übrigen verzweigten hydraulischen Systems eine Leckage zwischen Wärmeabnehmer 3001 und Wärmeabnehmer-Wärmetauscher 301 zu ermitteln und an die Regelungseinheit 92 weiterleiten zu können. Eine Druckabweichung im verzweigten hydraulischen System kann aber auch an einer anderen Stelle im Koppelmodul 10 gemessen werden, beispielsweise hinter dem Energiespeicher-Wärmetauscher 201. Dabei reicht bereits ein Drucksensor im Koppelmodul 10 aus, um Leckagen an verschiedenen Stellen im Koppelmodul 10 zu detektieren.A heat consumer heat exchanger input sensor 48 1 and a heat consumer heat exchanger output sensor 49 1 are arranged on the input and output sides of the heat consumer heat exchanger 30 1 , the measured values about operating states of the heat transport medium 90 at the heat consumer heat exchanger input 32 1 and Heat collector heat exchanger output 34 1 supply. The heat collector heat exchanger input sensor 48 1 is arranged between the branching area in the heat source downstream line section 42 and the heat collector heat exchanger input 32 1 and preferably directly on or in the immediate spatial vicinity of the heat collector heat exchanger input 32 1 . Preferably, the heat consumer heat exchanger input sensor 48 1 measures a temperature T WA-ON of the heat transport medium 90 directly at or in the immediate vicinity of the heat consumer heat exchanger input 32 1 in order to obtain a usable temperature difference between a temperature T WA of the heat medium of the heat consumer 300 1 and the temperature T WA-ON of the heat transport medium 90 in the heat consumer heat exchanger 30 1 to be determined and forwarded to a control unit 92. The heat consumer heat exchanger output sensor 49 1 preferably measures the temperature T WA-AUS of the heat transport medium 90 directly at or in the immediate vicinity of the heat consumer heat exchanger output 34 1 in order to determine the heat given off to the heat consumer. The heat consumer heat exchanger output sensor 49 1 also preferably measures the pressure in the heat transport medium 90 directly at or in the immediate spatial proximity of the heat consumer heat exchanger output 34 1 in order to detect a leak between the heat consumer 300 in the event of a pressure deviation compared to the rest of the branched hydraulic system 1 and heat consumer heat exchanger 30 1 to be determined and forwarded to the control unit 92. However, a pressure deviation in the branched hydraulic system can also be measured at another point in the coupling module 10, for example behind the energy storage heat exchanger 20 1 . A pressure sensor in the coupling module 10 is sufficient to detect leaks at various points in the coupling module 10.

Ein- und ausgangsseitig vom Energiespeicher-Wärmetauscher 201 sind ein Energiespeicher-Wärmetauscher-Eingang-Sensor 541 und ein Energiespeicher-Wärmetauscher-Ausgang-Sensor 561 angeordnet, die Messwerte über Betriebszustände des Wärmetransportmediums 90 am Energiespeicher-Wärmetauscher-Eingang 221 und Energiespeicher-Wärmetauscher-Ausgang 241 liefern. Der Energiespeicher-Wärmetauscher-Eingang-Sensor 541 ist zwischen dem Verzweigungsbereich zwischen Wärmetransportmedium-Pumpe 98 und Energiespeicher-Abtrennventil 52 und dem Energiespeicher-Wärmetauscher-Eingang 221 und vorzugsweise direkt am oder in unmittelbarer räumlicher Nähe vom Energiespeicher-Wärmetauscher-Eingang 221 angeordnet. Vorzugsweise misst der Energiespeicher-Wärmetauscher-Eingang-Sensor 541 eine Temperatur TES-EIN des Wärmetransportmediums 90 direkt am oder in unmittelbarer räumlicher Nähe vom Energiespeicher-Wärmetauscher-Eingang 221, um eine nutzbare Temperaturdifferenz zwischen einer Temperatur TES des Wärmespeichermediums des elektrischen Energiespeichers 2001 und der Temperatur TES-EIN des Wärmetransportmediums 90 im Energiespeicher-Wärmetauscher 201 zu ermitteln und an die Regelungseinheit 92 weiterleiten zu können. Der Energiespeicher-Wärmetauscher-Ausgang-Sensor 561 misst vorzugsweise den Druck, den pH-Wert und/oder die Leitfähigkeit im Wärmetransportmediums 90 direkt am Energiespeicher-Wärmetauscher-Ausgang 241, um bei einer Abweichung des Drucks, pH-Wertes und/oder der Leitfähigkeit im Vergleich zum übrigen verzweigten hydraulischen Systems eine Leckage zwischen Wärmeabnehmer 3001 und Wärmeabnehmer-Wärmetauscher 301 zu ermitteln und an die Regelungseinheit 92 weiterleiten zu können.An energy storage heat exchanger input sensor 54 1 and an energy storage heat exchanger output sensor 56 1 are arranged on the input and output sides of the energy storage heat exchanger 20 1 , the measured values about operating states of the heat transport medium 90 at the energy storage heat exchanger input 22 1 and Energy storage heat exchanger output 24 1 supply. The energy storage heat exchanger input sensor 54 1 is between the branching area between the heat transport medium pump 98 and the energy storage isolation valve 52 and the energy storage heat exchanger input 22 1 and preferably directly on or in the immediate spatial vicinity of the energy storage heat exchanger input 22 1 arranged. Preferably, the energy storage heat exchanger input sensor 54 1 measures a temperature T ES-ON of the heat transport medium 90 directly at or in the immediate vicinity of the energy storage heat exchanger input 22 1 in order to obtain a usable temperature difference between a temperature T ES of the heat storage medium of the electrical Energy storage 200 1 and the temperature T ES-ON of the heat transport medium 90 in the energy storage heat exchanger 20 1 to be determined and forwarded to the control unit 92. The energy storage heat exchanger output sensor 56 1 preferably measures the pressure, the pH value and/or the conductivity in the heat transport medium 90 directly at the energy storage heat exchanger output 24 1 in order to detect a deviation in the pressure, pH value and/or the conductivity in comparison to the rest of the branched hydraulic system to determine a leak between the heat consumer 300 1 and the heat consumer heat exchanger 30 1 and to be able to forward it to the control unit 92.

Ein- und ausgangsseitig vom der Wärmequelle 80 sind ein Wärmequellen-Eingang-Sensor 84 und ein Wärmequellen-Ausgang-Sensor 86 angeordnet, die Messwerte über Betriebszustände des Wärmetransportmediums 90 ein- und ausgangsseitig zur Wärmequelle 80 liefern. Der Wärmequellen-Eingang-Sensor 84 ist zwischen dem Verzweigungsbereich im Wärmequellen-stromaufwärtigen Leitungsabschnitt 44 und der Wärmequelle 80 und vorzugsweise direkt am oder in unmittelbarer räumlicher Nähe vom Eingang zur Wärmequelle 80 angeordnet. Vorzugsweise misst der Wärmequellen-Eingang-Sensor 84 eine Temperatur TWQ-EIN des Wärmetransportmediums 90, um die von der Wärmequelle einzuspeisende Wärmeenergie zu ermitteln und an die Regelungseinheit 92 weiterleiten zu können. Der Wärmequellen-Ausgang-Sensor 86 misst vorzugsweise die Temperatur TWQ-AUS direkt am Ausgang von der Wärmequelle 80, um an der Regelungseinheit 92 ermitteln zu können wie viel Wärmeenergie tatsächlich von der Wärmequelle 80 auf das Wärmetransportmedium 90 übertragen wurde und ob bei der Übertragung der Wärmeenergie durch die Wärmequelle 80 das Wärmetransportmedium 90 unzulässig stark erhitzt wurde. In einem solchen Fall muss die weitere Zufuhr von Wärmeenergie durch die Wärmequelle 80 umgehend von der Regelungseinheit 92 oder einem übergeordneten Energiemanagementsystem unterbunden werden.A heat source input sensor 84 and a heat source output sensor 86 are arranged on the input and output sides of the heat source 80, which provide measured values about operating states of the heat transport medium 90 on the input and output sides to the heat source 80. The heat source input sensor 84 is arranged between the branching area in the heat source upstream line section 44 and the heat source 80 and preferably directly at or in the immediate spatial vicinity of the entrance to the heat source 80. The heat source input sensor 84 preferably measures a temperature T WQ-IN of the heat transport medium 90 in order to determine the thermal energy to be fed in from the heat source and to be able to forward it to the control unit 92. The heat source output sensor 86 preferably measures the temperature T WQ-AUS directly at the output of the heat source 80 in order to be able to determine at the control unit 92 how much heat energy was actually transferred from the heat source 80 to the heat transport medium 90 and whether during the transfer of the heat energy from the heat source 80, the heat transport medium 90 was heated to an unacceptably high level. In such a case, further supply of thermal energy must be carried out the heat source 80 can be immediately stopped by the control unit 92 or a higher-level energy management system.

Zudem weist das thermische Koppelmodul 10 vorzugsweise einen Einspeiseüberschuss-Informationsgeber 82 auf. Der Einspeiseüberschuss-Informationsgeber 82 kann dabei aus externen Informationsquellen wie einem Energiemanagementsystem, dem Internet und/oder externer Sensoren eine Verfügbarkeit von Überschussleistung und vorzugsweise auch den Betrag der Überschussleistung aus externen Energiequellen ermitteln, welche ökologisch und/oder ökonomisch vorteilhaft für den Betreiber des thermischen Koppelmoduls 10 ist oder zur Entlastung eines überlasteten Stromnetzes dient. Insbesondere kann externe Überschussleistung aus elektrischer und/oder thermischer Energie aus erneuerbaren Energien und/oder besonders preisgünstige externe elektrische Leistung aus dem Stromnetz ermittelt und deren Verfügbarkeit und dessen Betrag an die Regelungseinheit 92 weitergeleitet werden.In addition, the thermal coupling module 10 preferably has an excess feed information transmitter 82. The feed-in excess information provider 82 can use external information sources such as an energy management system, the Internet and/or external sensors to determine the availability of excess power and preferably also the amount of excess power from external energy sources, which is ecologically and/or economically advantageous for the operator of the thermal coupling module 10 or is used to relieve an overloaded power grid. In particular, external surplus power from electrical and/or thermal energy from renewable energies and/or particularly inexpensive external electrical power from the power grid can be determined and its availability and amount can be forwarded to the control unit 92.

Das thermische Koppelmodul 10 weist auch einen Energiespeicher-Sensor 261 zur Ermittlung eines Betriebszustandes des elektrischen Energiespeichers 2001 auf, welcher in räumlicher Nähe zum Wärmespeichermedium des elektrischen Energiespeicher 2001 und/oder im Wärmespeichermedium des elektrischen Energiespeicher 2001 angeordnet ist und vorzugsweise die Temperatur TES und einen Druck des Wärmespeichermediums des elektrischen Energiespeichers 2001 misst. Ebenso weist das thermische Koppelmodul 10 vorzugsweise einen Wärmeabnehmer-Sensor 361 zur Ermittlung eines Betriebszustandes des Wärmeabnehmers 3001 auf, welcher in räumlicher Nähe zum Wärmemedium des Wärmeabnehmers 3001 und/oder im Wärmemedium des Wärmeabnehmers 3001 angeordnet ist und vorzugsweise die Temperatur TWA des Wärmemediums des Wärmeabnehmers 3001 misst.The thermal coupling module 10 also has an energy storage sensor 26 1 for determining an operating state of the electrical energy storage 200 1 , which is arranged in spatial proximity to the heat storage medium of the electrical energy storage 200 1 and/or in the heat storage medium of the electrical energy storage 200 1 and preferably the temperature T ES and a pressure of the heat storage medium of the electrical energy storage 200 1 measures. Likewise, the thermal coupling module 10 preferably has a heat collector sensor 36 1 for determining an operating state of the heat collector 300 1 , which is arranged in spatial proximity to the heat medium of the heat collector 300 1 and/or in the heat medium of the heat collector 300 1 and preferably the temperature T WA of the heat medium of the heat collector 300 1 measures.

Zudem weist das thermische Koppelmodul 10 vorzugsweise einen Wärmeabnehmer-Wärmebedarf-Sensor 381 zur Ermittlung eines Betrags eines Wärmebedarfs am Wärmeabnehmer auf. Hierbei kann der Wärmeabnehmer-Wärmebedarf-Sensor 381 zunächst eine Solltemperatur von einem externen Informationsgeber erhalten, auf die das Wärmemedium des Wärmeabnehmers 3001 gehalten oder erwärmt werden soll. Anhand der Solltemperatur, der Ist-Temperatur vom Wärmeabnehmer-Sensor 361 und der Auslegung des Wärmemediums, wie beispielsweise dessen Volumen bzw. Volumenstrom, Gewicht und/oder spezifischen Wärmekapazität, kann der Wärmeabnehmer-Wärmebedarf-Sensor 381 dann den Betrag des Wärmebedarfs am Wärmeabnehmer ermitteln und an die Regelungseinheit 92 weiterleiten.In addition, the thermal coupling module 10 preferably has a heat consumer heat requirement sensor 38 1 for determining an amount of heat requirement at the heat consumer. Here, the heat consumer heat requirement sensor 38 1 can first receive a target temperature from an external information provider, to which the heat medium of the heat consumer 300 1 is to be maintained or heated. Based on the target temperature, the actual temperature of the heat consumer sensor 36 1 and the design of the heat medium, such as its volume or volume flow, weight and / or specific heat capacity, the heat consumer heat requirement sensor 38 1 can then determine the amount of heat required Determine the heat consumer and forward it to the control unit 92.

Alle Messergebnisse des Einspeiseüberschuss-Informationsgebers 82, Energiespeicher-Sensors 261, Wärmeabnehmer-Sensors 361, Wärmeabnehmer-Wärmebedarf-Sensors 381, Wärmeabnehmer-Wärmetauscher-Eingang-Sensors 481, Wärmeabnehmer-Wärmetauscher-Ausgang-Sensors 491, Energiespeicher-Wärmetauscher-Eingang-Sensors 541, Energiespeicher-Wärmetauscher-Ausgang-Sensors 561, Wärmequellen-Eingang-Sensors 84 und Wärmequellen-Ausgang-Sensors 86 und werden als Eingangssignale durch eine leitungsgebundene und/oder drahtlose Übertragung zur Regelungseinheit 92 und einer darin integrierten Betriebsmodi-Übergangs-Regelungseinheit 94 sowie Wärmebedarfsenergie-Prognosemoduls 96 übermittelt und dort zur Generierung von Steuerungs- und/oder Regelungssignalen verarbeitet. Diese Steuerungs- und/oder Regelungssignale werden dann zur Aktivierung oder Deaktivierung der Wärmequelle 80 und/oder zur teilweisen und/oder vollständigen Öffnung und/oder Schließung des Wärmeabnehmer-Abtrennventils 46, des Energiespeicher-Abtrennventils 52, des Wärmeabnehmer-Bypass-Ventils 62 und des Energiespeicher-Bypass-Ventils 72 und für den Wechsel zwischen verschiedenen Betriebsmodi des thermischen Koppelmoduls 10 verwendet. Die Regelungseinheit 92 generiert auch Steuerungs- und/oder Regelungssignale für die Wärmetransportmedium-Pumpe 98, um den Volumenstrom durch die Pumpe zu steuern und/oder zu regeln.All measurement results of the feed-in surplus information transmitter 82, energy storage sensor 26 1 , heat consumer sensor 36 1 , heat consumer heat demand sensor 38 1 , heat consumer heat exchanger input sensor 48 1 , heat consumer heat exchanger output sensor 49 1 , energy storage Heat exchanger input sensor 54 1 , energy storage heat exchanger output sensor 56 1 , heat source input sensor 84 and heat source output sensor 86 and are used as input signals by a wired and / or wireless transmission to the control unit 92 and one integrated therein Operating mode transition control unit 94 and heat demand energy forecast module 96 are transmitted and processed there to generate control and / or regulation signals. These control and/or regulation signals are then used to activate or deactivate the heat source 80 and/or to partially and/or completely open and/or close the heat collector isolation valve 46, the energy storage isolation valve 52, the heat collector bypass valve 62 and the energy storage bypass valve 72 and used for switching between different operating modes of the thermal coupling module 10. The control unit 92 also generates control and/or regulation signals for the heat transport medium pump 98 in order to control and/or regulate the volume flow through the pump.

Die 2 bis 5 zeigen vier Betriebsmodi eines thermischen Koppelmoduls 10 eines Kopplungssystem 100 in einer bevorzugten Ausführungsform mit zwei parallel angeordneten elektrischen Energiespeichern 2001 und 2002 und einem Wärmeabnehmer 3001, wobei die zwei elektrischen Energiespeicher 2001 und 2002 als eine Flow-Batterie mit zwei Tanks für jeweils ein Wärmespeichermedium konfiguriert sind. Entsprechend der zwei elektrischen Energiespeicher 2001 und 2002 weist das thermische Koppelmodul 10 zwei Energiespeicher-Wärmetauscher 201 und 202, zwei Energiespeicher-Sensoren 261 und 262, zwei Energiespeicher-Wärmetauscher-Eingang-Sensoren 541 und 542, zwei Energiespeicher-Wärmetauscher-Ausgang-Sensoren 561 und 562 und zwei Energiespeicher-Abtrennventile 52 auf, wobei die zwei Energiespeicher-Abtrennventile 52 auch als ein Drei-Wege-Abtrennventil 52 ausgeführt sein können. Der Wärmeabnehmer 3001 ist in den 2 bis 5 insbesondere ausgelegt, Wärmeenergie über den Wärmeabnehmer-Wärmetauscher 301 an einem Kaltwasserzulauf 3041 aufzunehmen und diese Wärmeenergie durch den Kaltwasserzulauf 3041 zu einem Wärmespeicher 3021 zu transportieren, der als Warmwasserspeicher dient. Die anderen Komponenten des thermischen Koppelmoduls 10 entsprechen jeweils den bereits in 1 beschriebenen Komponenten.The 2 to 5 show four operating modes of a thermal coupling module 10 of a coupling system 100 in a preferred embodiment with two electrical energy stores 200 1 and 200 2 arranged in parallel and a heat collector 300 1 , the two electrical energy stores 200 1 and 200 2 as a flow battery with two tanks for Each heat storage medium is configured. Corresponding to the two electrical energy storage devices 200 1 and 200 2 , the thermal coupling module 10 has two energy storage heat exchangers 20 1 and 20 2 , two energy storage sensors 26 1 and 26 2 , two energy storage heat exchanger input sensors 54 1 and 54 2 , two Energy storage heat exchanger output sensors 56 1 and 56 2 and two energy storage isolation valves 52, whereby the two energy storage isolation valves 52 can also be designed as a three-way isolation valve 52. The heat collector 300 1 is in the 2 to 5 in particular designed to absorb heat energy via the heat collector heat exchanger 30 1 at a cold water inlet 304 1 and to transport this heat energy through the cold water inlet 304 1 to a heat storage 302 1 , which serves as a hot water storage. The other components of the thermal Coupling module 10 correspond to those already in 1 components described.

Die Regelungseinheit 92 des thermischen Koppelmoduls 10 ist vorzugsweise derart ausgelegt, dass ein stabiler Wärmeenergiefluss innerhalb des thermischen Koppelmoduls 10 für jeden der Betriebsmodi erreicht wird. Hierzu ist die Regelungseinheit 92 ausgelegt, entsprechende Steuerungs- und/oder Regelungssignale für die Wärmequelle 80 und die Ventile zu generieren und auszugeben, um die Einspeisungsmenge von Wärmeenergie an der Wärmequelle 80 und um die Öffnungszustände des Wärmeabnehmer-Abtrennventils 46, der Energiespeicher-Abtrennventile 52, des Wärmeabnehmer-Bypass-Ventils 62 und des Energiespeicher-Bypass-Ventils 72 für die Regelung des Volumenstroms des Wärmetransportmediums 90 zu steuern und/oder zu regeln. Die Regelungseinheit 92 steuert und/oder regelt das thermische Koppelmodul 10 auf Basis der Betriebszustände und Wärmeverfügbarkeiten im Koppelungssystem 100 und insbesondere auf Basis der Temperaturen und Temperaturdifferenzen. Die Regelungseinheit 92 kann ausgelegt sein, zusätzlich Messsignale von Sensoren zu Volumenstrom, Druck, Leitfähigkeit, pH-Wert oder anderer physikalischer Größen in die Steuerung und/oder Regelung einzubeziehen.The control unit 92 of the thermal coupling module 10 is preferably designed such that a stable thermal energy flow within the thermal coupling module 10 is achieved for each of the operating modes. For this purpose, the control unit 92 is designed to generate and output corresponding control and/or regulation signals for the heat source 80 and the valves in order to determine the amount of thermal energy fed into the heat source 80 and to determine the opening states of the heat collector isolation valve 46 and the energy storage isolation valves 52 , the heat collector bypass valve 62 and the energy storage bypass valve 72 for controlling the volume flow of the heat transport medium 90 to control and / or regulate. The control unit 92 controls and/or regulates the thermal coupling module 10 based on the operating states and heat availability in the coupling system 100 and in particular based on the temperatures and temperature differences. The control unit 92 can be designed to additionally include measurement signals from sensors for volume flow, pressure, conductivity, pH value or other physical variables in the control and/or regulation.

Damit das thermische Koppelmodul 10 stabil in einem der vier Betriebsmodi betrieben wird, erfassen die Sensoren die aktuellen Betriebszustände in den Wärmespeichermedien der elektrischen Energiespeicher 2001 und 2002, im Wärmemedium des Wärmeabnehmers 3001 und an oder in der Nähe der Eingänge der Energiespeicher Wärmetauscher 201 und 202 und des Wärmeabnehmer-Wärmetauschers 301 und geben diese Betriebszustände an die Regelungseinheit 92 weiter. Insbesondere wird durch die beiden Energiespeicher-Sensoren 261 und 262 jeweils die aktuelle Temperatur TES der Wärmespeichermedien der elektrischen Energiespeicher 2001 und 2002 gemessen. Zudem messen die beiden Energiespeicher-Wärmetauscher-Eingang-Sensoren 541 und 542 jeweils eine aktuelle Temperatur des Wärmetransportmediums 90 am bzw. in örtlicher Nähe der Energiespeicher-Wärmetauscher-Eingänge 221 und 222. Des Weiteren misst der Wärmeabnehmer-Sensor 361 die aktuelle Temperatur TWA des Wärmemediums des Wärmeabnehmers 3001, der Wärmeabnehmer-Wärmebedarf-Sensor 381 ermittelt den aktuellen Wärmebedarf am Wärmeabnehmer und der Einspeiseüberschuss-Informationsgeber 82 ermittelt eine Verfügbarkeit einspeisbarer Überschussleistung und den Betrag der einspeisbaren Überschussleistung. Für einen stabilen Betrieb des thermischen Koppelmoduls 10 ermittelt vorzugsweise der Wärmequellen-Ausgang-Sensor 86 die Temperatur im Wärmetransportmedium 90, da dieser direkt hinter der Überschusseinspeisung an der Wärmequelle 80 sitzt und somit als Kontrolle dient, dass nicht zu viel Wärmeenergie in das Wärmetransportmedium des Koppelmoduls eingebracht wird.So that the thermal coupling module 10 is operated stably in one of the four operating modes, the sensors detect the current operating states in the heat storage media of the electrical energy storage 200 1 and 200 2 , in the heat medium of the heat collector 300 1 and at or near the inputs of the energy storage heat exchanger 20 1 and 20 2 and the heat consumer heat exchanger 30 1 and pass on these operating states to the control unit 92. In particular, the current temperature T ES of the heat storage media of the electrical energy storage devices 200 1 and 200 2 is measured by the two energy storage sensors 26 1 and 26 2 . In addition, the two energy storage heat exchanger input sensors 54 1 and 54 2 each measure a current temperature of the heat transport medium 90 at or in the local vicinity of the energy storage heat exchanger inputs 22 1 and 22 2 . Furthermore, the heat consumer sensor 36 1 measures the current temperature T WA of the heat medium of the heat consumer 300 1 , the heat consumer heat requirement sensor 38 1 determines the current heat requirement at the heat consumer and the feed-in surplus information provider 82 determines the availability of feed-in excess power and the amount of excess power that can be fed in. For stable operation of the thermal coupling module 10, the heat source output sensor 86 preferably determines the temperature in the heat transport medium 90, since this is located directly behind the excess feed at the heat source 80 and thus serves as a check that not too much heat energy enters the heat transport medium of the coupling module is introduced.

Dabei steuert und/oder regelt die Regelungseinheit 92 eine Wärmeübertragung zwischen den Wärmespeichermedien der elektrischen Energiespeicher 2001 und 2002 und den Energiespeicher-Wärmetauschern 201 und 202 derart, dass die beiden Wärmespeichermedien der elektrischen Energiespeicher 2001 und 2002 möglichst durchgängig ähnliche oder gleiche Temperaturen aufweisen, um beispielsweise in Vanadium-Flow-Batterien ungewünschte Ausgleichsströme innerhalb der Batterie zu vermeiden.The control unit 92 controls and/or regulates heat transfer between the heat storage media of the electrical energy storage 200 1 and 200 2 and the energy storage heat exchangers 20 1 and 20 2 in such a way that the two heat storage media of the electrical energy storage 200 1 and 200 2 are as consistently similar or as possible have the same temperatures, for example in vanadium flow batteries to avoid unwanted compensating currents within the battery.

2 zeigt einen ersten Betriebsmodus für das thermische Koppelmodul 10 des zuvor für die 2 bis 5 beschriebenen thermischen Kopplungssystems 100. Dabei bewirkt der erste Betriebsmodus ein Kühlen und/oder thermisches Entladen des Wärmespeichermediums der elektrischen Energiespeicher 2001 und 2002 und ein Aufheizen und/oder thermisches Aufladen des Wärmemediums des Wärmeabnehmers 3001. 2 shows a first operating mode for the thermal coupling module 10 of the one previously used for 2 to 5 described thermal coupling system 100. The first operating mode causes cooling and/or thermal discharging of the heat storage medium of the electrical energy storage 200 1 and 200 2 and heating and/or thermal charging of the heat medium of the heat collector 300 1 .

Im ersten Betriebsmodus steuert und/oder regelt die Regelungseinheit 92 das thermische Koppelmodul 10 derart, dass das Wärmeabnehmer-Abtrennventil 46 und die Energiespeicher-Abtrennventile 52 zumindest teilweise geöffnet, sowie das Wärmeabnehmer-Bypass-Ventil 62 und das Energiespeicher-Bypass-Ventil 72 geschlossen sind. Auf diese Weise entsteht ein Wärmekreislauf im verzweigten hydraulischen System und Wärme wird den Wärmespeichermedien der elektrischen Energiespeicher 2001 und 2002 über die Energiespeicher-Wärmetauscher 201 und 202 entnommen und am Wärmeabnehmer-Wärmetauscher 301 auf das Wärmemedium des Wärmeabnehmers 3001 übertragen. Zusätzlich kann dem Wärmetransportmedium 90 Wärmeenergie über die Wärmequelle 80 hinzugefügt werden. Dabei kühlt sich das Wärmetransportmedium 90 im Kreislauf am Wärmeabnehmer-Wärmetauscher 301 ab und wird in den Energiespeicher-Wärmetauschern 201 und 202 wieder aufgewärmt. In einem abgewandelten ersten Betriebsmodus, der auch als ein zusätzlicher Betriebsmodus ausgestaltet sein kann, regelt die Regelungseinheit 92 das thermische Koppelmodul 10 derart, dass alternativ das Energiespeicher-Bypass-Ventil 72 nicht vollständig geschlossen ist, sondern zumindest teilweise geöffnet. Dies entlastet durch den geringeren Volumenstrom und damit auch einen geringeren Druck in den Energiespeicher-Wärmetauschern 201 und 202 die elektrischen Energiespeicher 2001 und 2002 und eignet sich insbesondere bei einem geringen Bedarf an zusätzlicher Wärmeenergie am Wärmeabnehmer 3001.In the first operating mode, the control unit 92 controls and/or regulates the thermal coupling module 10 such that the heat collector isolation valve 46 and the energy storage isolation valves 52 are at least partially opened, and the heat collector bypass valve 62 and the energy storage bypass valve 72 are closed are. In this way, a heat circuit is created in the branched hydraulic system and heat is taken from the heat storage media of the electrical energy storage 200 1 and 200 2 via the energy storage heat exchangers 20 1 and 20 2 and transferred to the heat medium of the heat consumer 300 1 at the heat consumer heat exchanger 30 1 . Additionally, heat energy can be added to the heat transport medium 90 via the heat source 80. The heat transport medium 90 cools down in the circuit at the heat collector heat exchanger 30 1 and is warmed up again in the energy storage heat exchangers 20 1 and 20 2 . In a modified first operating mode, which can also be designed as an additional operating mode, the control unit 92 regulates the thermal coupling module 10 such that, alternatively, the energy storage bypass valve 72 is not completely closed, but at least partially opened. This relieves the load on the electrical energy storage devices 200 1 and 200 2 due to the lower volume flow and thus also a lower pressure in the energy storage heat exchangers 20 1 and 20 2 and is particularly suitable when there is a low requirement for additional thermal energy at the heat consumer 300 1 .

Um das thermische Koppelmodul 10 im ersten Betriebsmodus stabil zu betreiben, wertet die Regelungseinheit 92 vorzugsweise den vom Wärmeabnehmer-Wärmebedarf-Sensor 381 ermittelten aktuellen Wärmebedarf am Wärmeabnehmer 3001, die vom Einspeiseüberschuss-Informationsgeber 82 ermittelte aktuell verfügbare einspeisbare Überschussleistung an der Wärmequelle 80 und die aktuellen Betriebszustände der Temperatursensoren aus. Insbesondere prüft die Regelungseinheit 92, ob jeweils eine erste Temperaturdifferenz ΔT1 = TES - TES-EIN zwischen den aktuellen Temperaturen TES der Wärmespeichermedien der elektrischen Energiespeicher 2001 und 2002 und jeweils den aktuellen Temperaturen TES-EIN des Wärmetransportmediums 90 an den Energiespeicher-Wärmetauscher-Eingängen 221 und 222 einen ersten Schwellwert TSW1 überschreitet (ΔT1 > TSW1). Auf diese Weise stellt die Regelungseinheit fest, ob die Wärmespeichermedien der elektrischen Energiespeicher 2001 und 2002 noch genügend Wärmeenergie gespeichert haben und/oder ob die Temperaturdifferenz ΔT1 noch ausreicht, um Wärmeenergie über die Energiespeicher-Wärmetauscher 201 und 202 auf das Wärmetransportmedium 90 zu übertragen.In order to operate the thermal coupling module 10 stably in the first operating mode, the control unit 92 preferably evaluates the current heat requirement at the heat consumer 300 1 determined by the heat consumer heat demand sensor 38 1 , the currently available feedable excess power at the heat source 80 determined by the feed surplus information provider 82 and the current operating states of the temperature sensors. In particular, the control unit 92 checks whether there is a first temperature difference ΔT 1 = T ES - T ES-ON between the current temperatures T ES of the heat storage media of the electrical energy storage 200 1 and 200 2 and the current temperatures T ES-ON of the heat transport medium 90 the energy storage heat exchanger inputs 22 1 and 22 2 exceeds a first threshold value T SW1 (ΔT 1 > T SW1 ). In this way, the control unit determines whether the heat storage media of the electrical energy storage devices 200 1 and 200 2 still have enough heat energy stored and/or whether the temperature difference ΔT 1 is still sufficient to transfer heat energy via the energy storage heat exchangers 20 1 and 20 2 to the heat transport medium 90 to transfer.

Wenn diese Betriebsbedingungen für den ersten Betriebsmodus aktuell noch erfüllt sind, kann die Regelungseinheit 92 Steuerungs- und/oder Regelungssignale generieren, die entweder die Ventilstellungen am Wärmeabnehmer-Abtrennventil 46 und an den Energiespeicher-Abtrennventilen 52 und damit die Volumenströme des Wärmetransportmediums 90 durch den Wärmeabnehmer-Wärmetauscher 301 und die Energiespeicher-Wärmetauscher 201 und 202 sowie die aktuelle Einspeisungsmenge externer Wärmeenergie über die Wärmequelle 80 beibehalten oder die Ventilstellungen und die Wärmeeinspeisung über neue Steuerungs- und/oder Regelungssignale abändern, um die Wärmenutzung aus den Wärmespeichermedien der elektrischen Energiespeicher 2001 und 2002 und/oder der Wärmequelle 80 zu ändern bzw. zu optimieren. Insbesondere kann die Regelungseinheit 92 bei einer hohen Verfügbarkeit an externer Wärmeenergie, vorzugsweise aus erneuerbaren Energiequellen, die Wärmeeinspeisung aus den Wärmespeichermedien der elektrischen Energiespeicher 2001 und 2002 reduzieren oder ganz stoppen, um ein unnötiges Entladen der elektrischen Energiespeicher 2001 und 2002 zu vermeiden.If these operating conditions for the first operating mode are currently still met, the control unit 92 can generate control and/or regulation signals that either determine the valve positions on the heat collector isolation valve 46 and on the energy storage isolation valves 52 and thus the volume flows of the heat transport medium 90 through the heat collector -Heat exchanger 30 1 and the energy storage heat exchangers 20 1 and 20 2 as well as the current feed amount of external heat energy via the heat source 80 or change the valve positions and the heat feed via new control and / or regulation signals in order to use the heat from the heat storage media of the electrical energy storage 200 1 and 200 2 and/or the heat source 80 to change or optimize. In particular, when there is a high availability of external heat energy, preferably from renewable energy sources, the control unit 92 can reduce or completely stop the heat input from the heat storage media of the electrical energy storage 200 1 and 200 2 in order to avoid unnecessary discharging of the electrical energy storage 200 1 and 200 2 .

Die Steuerung und/oder Regelung durch die Regelungseinheit 92 in dem ersten Betriebsmodus ist so lange möglich, bis die Temperatur TES der Wärmespeichermedien der elektrischen Energiespeicher 2001 und 2002 zumindest einige Grad (z.B. 2 °C) über der Temperatur des vom Wärmeabnehmer-Wärmetauschers 301 zurückgeführten Wärmetransportmediums 90 liegt. Alternativ oder zusätzlich kann der elektrische Betrieb der elektrischen Energiespeicher 2001 und 2002 für Abwärme sorgen und damit den Prozess der thermischen Entladung der elektrischen Energiespeicher 2001 und 2002 verlängern.The control and/or regulation by the control unit 92 in the first operating mode is possible until the temperature T ES of the heat storage media of the electrical energy storage 200 1 and 200 2 is at least a few degrees (eg 2 ° C) above the temperature of the heat storage medium used by the heat consumer. Heat exchanger 30 1 returned heat transport medium 90 is located. Alternatively or additionally, the electrical operation of the electrical energy stores 200 1 and 200 2 can generate waste heat and thus extend the process of thermal discharge of the electrical energy stores 200 1 and 200 2 .

Die 3 zeigt einen zweiten Betriebsmodus für das thermische Koppelmodul 10 des zuvor für die 2 bis 5 beschriebenen thermischen Kopplungssystems 100. Dabei bewirkt der zweite Betriebsmodus, dass bei einem erhöhten Überschuss an externer Wärmeenergie an der Wärmequelle 80 nicht nur die benötigte Wärmeleistung am Wärmeabnehmer 3001 gedeckt wird, sondern gleichzeitig die Wärmespeichermedien der elektrischen Energiespeicher 2001 und 2002 wieder thermisch aufgeladen werden.The 3 shows a second operating mode for the thermal coupling module 10 of the one previously used for 2 to 5 described thermal coupling system 100. The second operating mode means that in the event of an increased excess of external heat energy at the heat source 80, not only is the required heat output at the heat consumer 300 1 covered, but at the same time the heat storage media of the electrical energy storage 200 1 and 200 2 are thermally charged again become.

Im zweiten Betriebsmodus steuert und/oder regelt die Regelungseinheit 92 das thermische Koppelmodul 10 derart, dass das Wärmeabnehmer-Abtrennventil 46 und die Energiespeicher-Abtrennventile 52 zumindest teilweile geöffnet sind, sowie das Energiespeicher-Bypass-Ventil 72 geschlossen ist und das Wärmeabnehmer-Bypass-Ventil 62 entweder geschlossen oder zumindest teilweise geöffnet ist. Auf diese Weise entsteht ein Wärmekreislauf im verzweigten hydraulischen System und externe Wärme wird über die Wärmequelle 80 in das Wärmetransportmedium 90 eingespeist. Die externe Wärme wird am Wärmeabnehmer-Wärmetauscher 301 auf das Wärmemedium des Wärmeabnehmers 3001 und an den Energiespeicher-Wärmetauscher 201 und 202 auf die Wärmespeichermedien der elektrischen Energiespeicher 2001 und 2002 übertragen.In the second operating mode, the control unit 92 controls and/or regulates the thermal coupling module 10 such that the heat collector isolation valve 46 and the energy storage isolation valves 52 are at least partially open, and the energy storage bypass valve 72 is closed and the heat collector bypass Valve 62 is either closed or at least partially open. In this way, a heat cycle is created in the branched hydraulic system and external heat is fed into the heat transport medium 90 via the heat source 80. The external heat is transferred at the heat consumer heat exchanger 30 1 to the heat medium of the heat consumer 300 1 and at the energy storage heat exchanger 20 1 and 20 2 to the heat storage media of the electrical energy storage 200 1 and 200 2 .

Um das thermische Koppelmodul 10 im zweiten Betriebsmodus stabil zu betreiben, wertet die Regelungseinheit 92 vorzugsweise den vom Wärmeabnehmer-Wärmebedarf-Sensor 381 ermittelten aktuellen Wärmebedarf am Wärmeabnehmer 3001, die vom Einspeiseüberschuss-Informationsgeber 82 ermittelte aktuell verfügbare einspeisbare Überschussleistung an der Wärmequelle 80 und die aktuellen Betriebszustände der Temperatursensoren aus. Insbesondere überprüft die Regelungseinheit 92, ob jeweils eine zweite Temperaturdifferenz ΔT2 = TES-EIN - TES zwischen jeweils den aktuellen Temperaturen TES-EIN des Wärmetransportmediums 90 an den Energiespeicher-Wärmetauscher-Eingängen 221 und 222 und den aktuellen Temperaturen TES der Wärmespeichermedien der elektrischen Energiespeicher 2001 und 2002 einen zweiten Schwellwert TSW2 überschreitet (ΔT2 > TSW2). Auf diese Weise stellt die Regelungseinheit fest, ob das Wärmetransportmedium 90 in den Energiespeicher-Wärmetauschern 201 und 202 eine ausreichend hohe Temperatur aufweist bzw. genügend Wärmeenergie gespeichert hat, um die Wärmeenergie auf die Wärmespeichermedien der elektrischen Energiespeicher 2001 und 2002 zu übertragen.In order to operate the thermal coupling module 10 stably in the second operating mode, the control unit 92 preferably evaluates the current heat requirement at the heat consumer 300 1 determined by the heat consumer heat demand sensor 38 1 , the currently available feedable excess power at the heat source 80 determined by the feed surplus information provider 82 and the current operating states of the temperature sensors. In particular, the control unit 92 checks whether there is a second temperature difference ΔT 2 = T ES-ON - T ES between the current temperatures T ES-ON of the heat transport medium 90 at the energy storage heat exchanger inputs 22 1 and 22 2 and the current temperatures T ES of the heat storage media of the electrical energy storage devices 200 1 and 200 2 exceeds a second threshold value T SW2 (ΔT 2 > T SW2 ). In this way, the control unit determines whether the heat transport medium 90 in the energy storage heat exchangers 20 1 and 20 2 has a sufficiently high temperature or has stored enough thermal energy to transfer the thermal energy to the heat storage media of the electrical energy storage 200 1 and 200 2 .

Wenn diese Betriebsbedingungen für den zweiten Betriebsmodus aktuell noch erfüllt sind, kann die Regelungseinheit 92 Steuerungs- und/oder Regelungssignale generieren, die entweder die Ventilstellungen am Wärmeabnehmer-Abtrennventil 46, an den Energiespeicher-Abtrennventilen 52 und am Wärmeabnehmer-Bypass-Ventil 62 und damit die Volumenströme des Wärmetransportmediums 90 durch den Wärmeabnehmer-Wärmetauscher 301, die dritte Fluidleitung 60 und die Energiespeicher-Wärmetauscher 201 und 202 sowie die aktuelle Einspeisungsmenge externer Wärmeenergie über die Wärmequelle 80 beibehalten oder die Ventilstellungen und die Wärmeeinspeisung über neue Steuerungs- und/oder Regelungssignale abändern, um die Wärmenutzung aus der Wärmequelle 80 zu ändern bzw. zu optimieren.If these operating conditions for the second operating mode are currently still met, the control unit 92 can generate control and/or regulation signals that either determine the valve positions on the heat collector isolation valve 46, on the energy storage isolation valves 52 and on the heat collector bypass valve 62 and thus the volume flows of the heat transport medium 90 through the heat consumer heat exchanger 30 1 , the third fluid line 60 and the energy storage heat exchangers 20 1 and 20 2 as well as the current feed amount of external heat energy via the heat source 80 are maintained or the valve positions and the heat feed via new control and/or or modify control signals in order to change or optimize the use of heat from the heat source 80.

Der zweite Betriebsmodus sorgt im Vergleich zum ersten Betriebsmodus dafür, dass die erlaubte maximale Temperatur des Wärmemediums des Wärmeabnehmers 3001 durch die zusätzliche Wärmeenergie aus der Wärmequelle 80 nicht überschritten und diese Wärmeenergie stattdessen zum thermischen Aufladen des elektrischen Energiespeichers verwendet wird.In comparison to the first operating mode, the second operating mode ensures that the permitted maximum temperature of the heat medium of the heat collector 300 1 is not exceeded by the additional heat energy from the heat source 80 and this heat energy is instead used to thermally charge the electrical energy storage.

Die 4 zeigt einen dritten Betriebsmodus für das thermische Koppelmodul 10 des zuvor für die 2 bis 5 beschriebenen thermischen Kopplungssystems 100. Der dritte Betriebsmodus wird eingesetzt, wenn kein Wärmebedarf am Wärmeabnehmer 3001 besteht und die Wärmespeichermedien der elektrischen Energiespeicher 2001 und 2002 thermisch nicht voll aufgeladen sind.The 4 shows a third operating mode for the thermal coupling module 10 of the one previously used for 2 to 5 described thermal coupling system 100. The third operating mode is used when there is no heat requirement at the heat consumer 300 1 and the heat storage media of the electrical energy storage 200 1 and 200 2 are not fully thermally charged.

Im dritten Betriebsmodus steuert und/oder regelt die Regelungseinheit 90 das thermische Koppelmodul 10 derart, dass die Energiespeicher-Abtrennventile 52 und das Wärmeabnehmer-Bypass-Ventil 62 zumindest teilweile geöffnet, sowie das Wärmeabnehmer-Abtrennventil 46 und das Energiespeicher-Bypass-Ventil 72 geschlossen sind.In the third operating mode, the control unit 90 controls and/or regulates the thermal coupling module 10 such that the energy storage isolation valves 52 and the heat collector bypass valve 62 are at least partially opened, and the heat collector isolation valve 46 and the energy storage bypass valve 72 are closed are.

Auf diese Weise entsteht ein Wärmekreislauf im verzweigten hydraulischen System und externe Wärme wird über die Wärmequelle 80 in das Wärmetransportmedium 90 eingespeist. Diese externe Wärme wird an den Energiespeicher-Wärmetauschern 201 und 202 auf die Wärmespeichermedien der elektrischen Energiespeicher 2001 und 2002 übertragen.In this way, a heat cycle is created in the branched hydraulic system and external heat is fed into the heat transport medium 90 via the heat source 80. This external heat is transferred to the energy storage heat exchangers 20 1 and 20 2 to the heat storage media of the electrical energy storage devices 200 1 and 200 2 .

Um das thermische Koppelmodul 10 im dritten Betriebsmodus stabil zu betreiben, überprüft die Regelungseinheit 92 vorzugsweise über den Wärmeabnehmer-Wärmebedarf-Sensor 381 aktuell weiter kein Wärmebedarf am Wärmeabnehmer 3001 besteht und wertet die vom Einspeiseüberschuss-Informationsgeber 82 ermittelte aktuell verfügbare einspeisbare Überschussleistung an der Wärmequelle 80 und die aktuellen Betriebszustände der Temperatursensoren aus. Insbesondere überprüft die Regelungseinheit 92, ob jeweils die zweite Temperaturdifferenz ΔT2 = TES-EIN - TES den zweiten Schwellwert TSW2 überschreitet (ΔT2 > TSW2). Auf diese Weise stellt die Regelungseinheit fest, ob das Wärmetransportmedium 90 in den Energiespeicher-Wärmetauschern 201 und 202 eine ausreichend hohe Temperatur aufweist bzw. genügend Wärmeenergie gespeichert hat, um die Wärmeenergie auf die Wärmespeichermedien der elektrischen Energiespeicher 2001 und 2002 zu übertragen. In order to operate the thermal coupling module 10 stably in the third operating mode, the control unit 92 preferably checks via the heat consumer heat requirement sensor 38 1 that there is currently no heat requirement at the heat consumer 300 1 and evaluates the currently available feed-in excess power determined by the feed-in surplus information provider 82 Heat source 80 and the current operating states of the temperature sensors. In particular, the control unit 92 checks whether the second temperature difference ΔT 2 = T ES-ON - T ES exceeds the second threshold value T SW2 (ΔT 2 > T SW2 ). In this way, the control unit determines whether the heat transport medium 90 in the energy storage heat exchangers 20 1 and 20 2 has a sufficiently high temperature or has stored enough thermal energy to transfer the thermal energy to the heat storage media of the electrical energy storage 200 1 and 200 2 .

Wenn diese Betriebsbedingungen für den dritten Betriebsmodus aktuell noch erfüllt sind, kann die Regelungseinheit 92 Steuerungs- und/oder Regelungssignale generieren, die entweder die Ventilstellungen an den Energiespeicher-Abtrennventilen 52 und am Wärmeabnehmer-Bypass-Ventil 62 und damit die Volumenströme des Wärmetransportmediums 90 durch die dritte Fluidleitung 60 und die Energiespeicher-Wärmetauscher 201 und 202 sowie die aktuelle Einspeisungsmenge externer Wärmeenergie über die Wärmequelle 80 beibehalten oder die Ventilstellungen und die Wärmeeinspeisung über neue Steuerungs- und/oder Regelungssignale abändern, um die Wärmenutzung aus der Wärmequelle 80 zu ändern bzw. zu optimieren.If these operating conditions for the third operating mode are currently still met, the control unit 92 can generate control and/or regulation signals that determine either the valve positions on the energy storage isolation valves 52 and on the heat collector bypass valve 62 and thus the volume flows of the heat transport medium 90 the third fluid line 60 and the energy storage heat exchangers 20 1 and 20 2 as well as the current feed amount of external heat energy via the heat source 80 or change the valve positions and the heat feed via new control and / or regulation signals in order to change the heat utilization from the heat source 80 or to optimize.

Die 5 zeigt einen vierten Betriebsmodus für das thermische Koppelmodul 10 des zuvor für die 2 bis 5 beschriebenen thermischen Kopplungssystems 100. Dabei bewirkt der vierte Betriebsmodus bei vorzugsweise bereits thermisch teil- oder voll aufgeladenen Wärmespeichermedien der elektrischen Energiespeicher 2001 und 2002, hoher Verfügbarkeit zusätzlicher Wärmeenergie aus der Wärmequelle 80 und einem noch nicht voll aufgeladenen Wärmemedium des Wärmeabnehmers 3001 ein Aufladen des Wärmemediums des Wärmeabnehmers 3001 und ein Abkoppeln der elektrischen Energiespeicher 2001 und 2002 vom thermischen Koppelmodul 10. Im vierten Betriebsmodus können auch Wartungsarbeiten an den elektrischen Energiespeichern 2001 und 2002 durchgeführt werden.The 5 shows a fourth operating mode for the thermal coupling module 10 of the one previously used for 2 to 5 described thermal coupling system 100. The fourth operating mode causes charging when the heat storage media of the electrical energy storage 200 1 and 200 2 are preferably already partially or fully charged thermally, there is a high availability of additional heat energy from the heat source 80 and a heat medium of the heat consumer 300 1 is not yet fully charged of the heat medium of the heat collector 300 1 and decoupling the electrical energy storage 200 1 and 200 2 from the thermal coupling module 10. In the fourth operating mode, maintenance work can also be carried out on the electrical energy storage 200 1 and 200 2 .

Im vierten Betriebsmodus steuert und/oder regelt die Regelungseinheit 92 das thermische Koppelmodul 10 derart, dass das Wärmeabnehmer-Abtrennventil 46 und das Energiespeicher-Bypass-Ventil 72 zumindest teilweile geöffnet sowie die Energiespeicher-Abtrennventile 52 und das Wärmeabnehmer-Bypass-Ventil 62 geschlossen sind.In the fourth operating mode, the control unit 92 controls and/or regulates the thermal coupling module 10 such that the heat collector isolation valve 46 and the energy storage bypass valve 72 are at least partially opened and the energy storage isolation valves 52 and the heat collector bypass valve 62 are closed .

Auf diese Weise entsteht ein Wärmekreislauf im verzweigten hydraulischen System und externe Wärme wird über die Wärmequelle 80 in das Wärmetransportmedium 90 eingespeist. Diese externe Wärme wird am Wärmeabnehmer-Wärmetauscher 301 auf das Wärmemedium des Wärmeabnehmers 3001 übertragen.In this way, a heat cycle is created in the branched hydraulic system and external heat is fed into the heat transport medium 90 via the heat source 80. This external Heat is transferred at the heat collector heat exchanger 30 1 to the heat medium of the heat collector 300 1 .

Um das thermische Koppelmodul 10 im vierten Betriebsmodus stabil zu betreiben, wertet die Regelungseinheit 92 vorzugsweise den vom Wärmeabnehmer-Wärmebedarf-Sensor 381 ermittelten aktuellen Wärmebedarf am Wärmeabnehmer 3001, die vom Einspeiseüberschuss-Informationsgeber 82 ermittelte aktuell verfügbare einspeisbare Überschussleistung an der Wärmequelle 80 und die aktuellen Betriebszustände der Temperatursensoren aus.In order to operate the thermal coupling module 10 stably in the fourth operating mode, the control unit 92 preferably evaluates the current heat requirement at the heat consumer 300 1 determined by the heat consumer heat demand sensor 38 1 , the currently available feedable excess power at the heat source 80 determined by the feed surplus information provider 82 and the current operating states of the temperature sensors.

Optional kann die Regelungseinheit 92 prüfen, ob jeweils die erste Temperaturdifferenz ΔT1 den ersten Schwellwert TSW1 überschreitet. Auf diese Weise stellt die Regelungseinheit 92 fest, ob die Wärmespeichermedien der elektrischen Energiespeicher 2001 und 2002 bereits thermisch teil- oder voll aufgeladen sind und ein Wechsel in den zweiten Betriebsmodus deshalb nicht sinnvoll ist.Optionally, the control unit 92 can check whether the first temperature difference ΔT 1 exceeds the first threshold value T SW1 . In this way, the control unit 92 determines whether the heat storage media of the electrical energy storage devices 200 1 and 200 2 are already partially or fully thermally charged and a change to the second operating mode therefore does not make sense.

Wenn diese Betriebsbedingungen für den vierten Betriebsmodus aktuell noch erfüllt sind, kann die Regelungseinheit 92 Steuerungs- und/oder Regelungssignale generieren, die entweder die Ventilstellungen am Wärmeabnehmer-Abtrennventil 46 und am Energiespeicher-Bypass-Ventil 72 und damit die Volumenströme des Wärmetransportmediums 90 durch den Wärmeabnehmer-Wärmetauscher 301 und die vierte Fluidleitung 70 sowie die aktuelle Einspeisungsmenge externer Wärmeenergie über die Wärmequelle 80 beibehalten oder die Ventilstellungen und die Wärmeeinspeisung über neue Steuerungs- und/oder Regelungssignale abzuändern, um die Wärmenutzung aus der Wärmequelle 80 zu ändern bzw. zu optimieren.If these operating conditions for the fourth operating mode are currently still met, the control unit 92 can generate control and/or regulation signals that determine either the valve positions on the heat collector isolation valve 46 and on the energy storage bypass valve 72 and thus the volume flows of the heat transport medium 90 through the Heat collector heat exchanger 30 1 and the fourth fluid line 70 as well as the current feed amount of external heat energy via the heat source 80 to be maintained or to change the valve positions and the heat feed via new control and / or regulation signals in order to change or optimize the heat utilization from the heat source 80 .

So kann im vierten Betriebsmodus trotz teil- oder voll aufgeladener elektrischen Energiespeicher 2001 und 2002 oder Wartungsarbeiten an den elektrischen Energiespeichern 2001 und 2002 das thermische Koppelmodul 10 Überschussenergie an der Wärmequelle 80 nutzen, um damit das Wärmemedium des Wärmeabnehmers 3001 aufzuwärmen. Auf diese Weise können lange Verweilzeiten der Wärmespeichermedien der elektrischen Energiespeicher 2001 und 2002 bei hohen Temperaturen reduziert und die Jahresdurchschnittstemperatur des Wärmespeichermediums der elektrischen Energiespeicher 2001 und 2002 verringert werden. Dadurch werden die elektrischen Energiespeicher 2001 und 2002 geschont und ein frühzeitiges Altern verhindert.In the fourth operating mode, despite partially or fully charged electrical energy storage devices 200 1 and 200 2 or maintenance work on the electrical energy storage devices 200 1 and 200 2 , the thermal coupling module 10 can use excess energy at the heat source 80 in order to warm up the heat medium of the heat consumer 300 1 . In this way, long residence times of the heat storage media of the electrical energy storage devices 200 1 and 200 2 at high temperatures can be reduced and the annual average temperature of the heat storage medium of the electrical energy storage devices 200 1 and 200 2 can be reduced. This protects the electrical energy storage devices 200 1 and 200 2 and prevents premature aging.

Neben den in den 2 bis 5 beschriebenen vier Betriebsmodi ist auch ein fünfter Betriebsmodus möglich, bei der die Regelungseinheit 92 eine Eispeisung von zusätzlicher Wärmeenergie in das Wärmetransportmedium 90 ganz ausschaltet, wenn beispielsweise das Wärmespeichermedium der elektrischen Energiespeicher 2001 und 2002 maximal mit Wärmeenergie beladen ist und keine Wärmeenergie mehr an das Wärmemedium des Wärmeabnehmers 3001 abgegeben werden kann. Somit stellt die Regelungseinheit 90 des thermischen Koppelmoduls 10 mit solch einem fünften Betriebsmodus sicher, dass die elektrische Energiespeicher 2001 und 2002 und der Wärmeabnehmer 3001 nicht überhitzt. Zusätzliche Betriebsmodi zum Anfahren und Herunterfahren des thermischen Kopplungssystems 100, für die Wartung einzelner Komponenten innerhalb des thermischen Koppelmoduls 10, für spezifische Störungsbehebungen und für bestimmte Optimierungen einzelner Betriebsmodi sind ebenso möglich.In addition to the ones in the 2 to 5 In addition to the four operating modes described, a fifth operating mode is also possible in which the control unit 92 completely switches off the feeding of additional heat energy into the heat transport medium 90 if, for example, the heat storage medium of the electrical energy storage devices 200 1 and 200 2 is maximally loaded with heat energy and no more heat energy is sent to it Heat medium of the heat collector 300 1 can be delivered. Thus, the control unit 90 of the thermal coupling module 10 with such a fifth operating mode ensures that the electrical energy storage 200 1 and 200 2 and the heat collector 300 1 do not overheat. Additional operating modes for starting up and shutting down the thermal coupling system 100, for the maintenance of individual components within the thermal coupling module 10, for specific troubleshooting and for certain optimizations of individual operating modes are also possible.

Bei Überschreitung von vordefinierten Betriebszuständen in den elektrischen Energiespeichern 2001 und 2002 und/oder im Wärmeabnehmer 3001 und/oder bei einer Änderung der Verfügbarkeit zur Einspeisung von Überschussleistung an der Wärmequelle 80 und/oder einer Änderung des Wärmebedarfs am Wärmeabnehmer 3001 sind die Betriebsmodi-Übergangs-Regelungseinheit 94 und das Wärmebedarfsenergie-Prognosemodul 96 als Teil der Regelungseinheit 92 ausgelegt, um vorzugsweise automatisch Steuerungs- und/oder Regelungssignale zu generieren, die einen Übergang zwischen den mindestens vier Betriebsmodi ermöglichen. Diese Steuerungs- und/oder Regelungssignale basieren auf der zeitnahen Auswertung bzw. Echtzeitauswertung der Verfügbarkeit einspeisbarer Überschussleistung und/oder einspeisbarer Prognose-Überschussenergie an der Wärmequelle, des Wärmebedarfs am Wärmeabnehmer 3001, sowie Sensorsignalen und insbesondere auf deren Temperaturmessungen und dem Vergleich zu vordefinierten Temperaturschwellwerten, bei deren Überschreitung ein Wechsel des Betriebsmodi ausgelöst werden kann. Die Steuerung und/oder Regelung für Übergänge zwischen den mindestens vier Betriebsmodi ist dabei ausgelegt, das thermische Koppelmodul 10, die elektrischen Energiespeicher 2001 und 2002 und den Wärmeabnehmer 3001 vor thermischer Überlastung zu schützen und möglichst effizient zu betreiben.If predefined operating states in the electrical energy storage devices 200 1 and 200 2 and/or in the heat consumer 300 1 are exceeded and/or if there is a change in the availability for feeding in excess power at the heat source 80 and/or a change in the heat requirement at the heat consumer 300 1 , these are Operating mode transition control unit 94 and the heat demand energy forecast module 96 as part of the control unit 92 are designed to preferably automatically generate control and / or regulation signals that enable a transition between the at least four operating modes. These control and/or regulation signals are based on the timely evaluation or real-time evaluation of the availability of feed-in excess power and/or feed-in forecast excess energy at the heat source, the heat requirement at the heat consumer 300 1 , as well as sensor signals and in particular on their temperature measurements and the comparison to predefined temperature threshold values , which, if exceeded, can trigger a change in operating mode. The control and/or regulation for transitions between the at least four operating modes is designed to protect the thermal coupling module 10, the electrical energy storage 200 1 and 200 2 and the heat collector 300 1 from thermal overload and to operate it as efficiently as possible.

Die 6 zeigt eine schematische Darstellung eines nicht erfindungsgemäßen thermischen Koppelungssystems ohne verzweigten Wärmekreislauf zu Vergleichszwecken mit den zuvor beschriebenen, bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung. Dabei wird einer von zwei elektrischen Energiespeichern 2001 und 2002 und ein Wärmeabnehmer 3001 durch einen einfachen, unverzweigten Wärmekreislauf thermisch miteinander gekoppelt. Solch ein einfacher Wärmekreislauf könnte aus einem Energiespeicher-Wärmekoppler und einem Wärmeabnehmer-Wärmekoppler bestehen, die über zwei Fluidleitungen direkt miteinander gekoppelt und durch eine Fluidpumpe angetrieben sind, wobei externe Wärme über eine Wärmequelle in ein Wärmetransportmedium an einer der Fluidleitungen eingespeist werden kann. Der Betrieb eines solchen Wärmekreislaufes würde in etwa dem ersten Betriebsmodus des erfindungsgemäßen thermischen Koppelmoduls 10 entsprechen.The 6 shows a schematic representation of a thermal coupling system not according to the invention without a branched heat circuit for comparison purposes with the previously described, preferred embodiments of the invention. One of two electrical energy storage devices 200 1 and 200 2 and a heat collector 300 1 are thermally coupled to one another by a simple, unbranched heat circuit. Such a simple heat cycle could consist of an energy storage heat coupler and a heat collector heat coupler, which are directly coupled to one another via two fluid lines and driven by a fluid pump, whereby external heat can be fed via a heat source into a heat transport medium on one of the fluid lines. The operation of such a heat circuit would correspond approximately to the first operating mode of the thermal coupling module 10 according to the invention.

Bei Einsatz einer Flow-Batterie, wie in 6 gezeigt, entnimmt der Wärmekreislauf des Vergleichsbeispiels lediglich Wärme aus einem der beiden Tanks der Flow-Batterie, so dass ungewollte und nachteilige Ausgleichsströme in der Flow-Batterie auftreten werden. Vorteilhafterweise wird daher beim erfindungsgemäßen thermischen Koppelmodul 10 der Zufluss zu den beiden Wärmetauschern über die jeweiligen Ventile steuer- und/oder regelbar ausgeführt, um Ausgleichsströme verhindern zu können.When using a flow battery, as in 6 shown, the heat circuit of the comparative example only takes heat from one of the two tanks of the flow battery, so that unwanted and disadvantageous compensating currents will occur in the flow battery. Advantageously, in the thermal coupling module 10 according to the invention, the inflow to the two heat exchangers is designed to be controllable and/or regulated via the respective valves in order to be able to prevent compensating currents.

Zusätzlich ergeben sich aus dem Wärmekreislauf der 6 folgende Limitierungen, die einen realen Einsatz unattraktiv machen.In addition, the heat cycle results in: 6 following limitations that make real use unattractive.

Als erster Punkt ist zu nennen, dass es bei allen gängigen elektrischen Energiespeichern eine starke Begrenzung des zulässigen Temperaturbereiches für das elektrische Energiespeichermedium gibt. Beispielsweise weist eine Vanadium-Redox-Flow-Batterie meist nur ein zulässiges Temperaturfenster von rund 10 °C bis 40 °C auf. Bei einer flüssig-gekühlten Lithium-Ionen-Batterie sollte dessen Kühlflüssigkeit ebenfalls eine Temperatur von 40 °C nicht übersteigen, um eine verstärkte Alterung der Batterien zu vermeiden. Dabei ist die Wärmespeicherfähigkeit eines Wärmespeichers direkt proportional zur erreichbaren Temperaturdifferenz zwischen vollem und leerem Wärmespeicher. Wären die beiden Wärmetauscher wie im unflexiblen Wärmekreislauf der 6 direkt verbunden, so wäre die maximale Speichertemperatur auf die maximal zulässige Temperatur im Speichermedium des elektrischen Energiespeichers beschränkt. In modernen Heizungssystemen ist teilweise eine Vorlauftemperatur von 30 °C - 40 °C ausreichend, der Großteil der Heizanwendungen und alle Warmwassersysteme benötigen aber eine Vorlauftemperatur und/oder eine Temperatur im Heizkessel von in der Regel 60 °C. Ältere Systeme benötigen noch höhere Temperaturen. Für die notwendigen 60 °C Vorlauftemperatur eines Warmwassersystems in einem Gebäude werden deshalb üblicherweise Heizkessel eingesetzt, die das Wasser auf die notwendigen 60 °C oder höher erwärmen können. Somit kann es nachteilig sein, einen Kreislauf zur Wärmerückgewinnung direkt mit der Wärmeversorgung eines Gebäudes zu verbinden.The first point that should be mentioned is that with all common electrical energy storage devices there is a strong limitation on the permissible temperature range for the electrical energy storage medium. For example, a vanadium redox flow battery usually only has a permissible temperature window of around 10 °C to 40 °C. In the case of a liquid-cooled lithium-ion battery, the coolant should not exceed a temperature of 40 °C in order to avoid increased aging of the batteries. The heat storage capacity of a heat storage device is directly proportional to the achievable temperature difference between a full and empty heat storage device. If the two heat exchangers were like in the inflexible heat circuit 6 directly connected, the maximum storage temperature would be limited to the maximum permissible temperature in the storage medium of the electrical energy storage. In modern heating systems, a flow temperature of 30 °C - 40 °C is sometimes sufficient, but the majority of heating applications and all hot water systems require a flow temperature and/or a temperature in the boiler of usually 60 °C. Older systems require even higher temperatures. For the necessary 60 °C flow temperature of a hot water system in a building, boilers are usually used that can heat the water to the necessary 60 °C or higher. It can therefore be disadvantageous to connect a heat recovery circuit directly to the heat supply of a building.

Auch bei den erfindungsgemäßen Ausführungsformen ist es unter Umständen nicht sinnvoll, dauerhaft eine Temperatur von über 40 °C im Wärmespeichermedium eines Wärmespeichers zu halten, da als Wärmespeicher für ein thermisches Kopplungssystem das elektrische Energiespeichermedium eines elektrischen Energiespeichers genutzt werden soll. Deshalb stellt die erfindungsgemäße Lösung ein thermisches Koppelmodul 10 mit mehreren steuer- und/oder regelbaren Betriebsmodi bereit, insbesondere den ersten, zweiten und vierten Betriebsmodus zur Übertragung von Wärmeenergie auf einen Wärmeabnehmer 3001..n, die alle auf ein ausreichendes Heizen des Wärmemediums im Wärmeabnehmer ausgelegt sind.Even in the embodiments according to the invention, it may not make sense to permanently maintain a temperature of over 40 ° C in the heat storage medium of a heat storage, since the electrical energy storage medium of an electrical energy storage should be used as the heat storage for a thermal coupling system. Therefore, the solution according to the invention provides a thermal coupling module 10 with several controllable and/or regulatable operating modes, in particular the first, second and fourth operating modes for transferring thermal energy to a heat consumer 300 1..n , all of which aim at sufficient heating of the thermal medium heat consumers are designed.

Als zweiter limitierender Punkt des unflexiblen Wärmekreislaufsystems des Vergleichsbeispiels ergibt sich, dass die über die Wärmequelle einspeisbare Leistung sehr begrenzt ist, da zu hohe Temperaturgradienten am Energiespeicher-Wärmetauscher einem elektrischen Energiespeicher unter Umständen schaden könnten.The second limiting point of the inflexible heat circuit system of the comparative example is that the power that can be fed in via the heat source is very limited, since excessively high temperature gradients on the energy storage heat exchanger could potentially damage an electrical energy storage device.

Das erfindungsgemäße thermische Koppelmodul 10 hingegen kann bei Bedarf den elektrischen Energiespeicher 2001..n im vierten Betriebsmodus (5) abkoppeln. Auf diese Weise kann bedenkenlos hohe thermische Leistung in den Wärmekreislauf eingebracht werden. Das ist vor allem deshalb wichtig, da die Wärmeeinspeisung bevorzugt aus den volatilen Quellen der erneuerbaren Energien erfolgen sollte. Wind- und Sonnenenergie als die häufigsten Vertreter der erneuerbaren Energien besitzen eine Spitzenleistung, welche die Durchschnittsleistung um ein Vielfaches übertrifft.The thermal coupling module 10 according to the invention, on the other hand, can, if necessary, use the electrical energy storage 200 1..n in the fourth operating mode ( 5 ). In this way, high thermal output can be introduced into the heat circuit without any concerns. This is particularly important because heat should preferably be fed in from volatile renewable energy sources. Wind and solar energy, as the most common representatives of renewable energies, have a peak performance that exceeds the average performance many times over.

Ein dritter limitierender Punkt des unflexiblen Wärmekreislaufs des Vergleichsbeispiels ergibt sich, wenn das Speichermedium des elektrischen Energiespeichers vollständig thermisch aufgeladen ist. Soll nun über die Wärmequelle Überschussenergie eingespeist werden, so wird über den unflexiblen Wärmekreislauf wieder kühles Wärmetransportmedium durch den Energiespeicher-Wärmetauscher am Speichermedium des elektrischen Energiespeichers vorbeigeführt. Der elektrische Energiespeicher würde sich also thermisch wieder entladen. Ein thermisch vollgeladener elektrischer Energiespeicher würde das Wärmetransportmedium im Wärmekreislauf zudem sehr nahe auf seine maximale Temperatur aufladen, so dass keine oder nur eine geringe externe Überschussenergie über die Wärmequelle hinzugefügt werden kann. Im Resultat kann in einem unflexiblen Wärmekreislauf bei einem thermisch geladenem Batteriesystem keine Überschussenergie mehr eingespeist werden.A third limiting point of the inflexible heat circuit of the comparative example arises when the storage medium of the electrical energy storage is completely thermally charged. If excess energy is now to be fed in via the heat source, cool heat transport medium is again led past the storage medium of the electrical energy storage device through the energy storage heat exchanger via the inflexible heat circuit. The electrical energy storage would therefore be thermally discharged again. A thermally fully charged electrical energy storage device would also charge the heat transport medium in the heat circuit very close to its maximum temperature, so that no or only a small amount of external excess energy can be added via the heat source. As a result, excess energy can no longer be fed into an inflexible heat circuit with a thermally charged battery system.

Dieser Nachteil kann durch die bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen thermischen Koppelmoduls 10 durch den vierten Betriebsmodus (5) verhindert werden. Des Weiteren ist durch die Überbrückung des elektrischen Energiespeichers 2001..n im vierten Betriebsmodus eine unkomplizierte Wartung des elektrischen Energiespeichers 2001..n möglich, während das thermischen Koppelmodul 10 mittels Wärmequelle 80 weiter zur Vorwärmung des Wärmeabnehmers 3001..n betrieben werden kann.This disadvantage can be avoided by the preferred embodiment of the thermal device according to the invention coupling module 10 through the fourth operating mode ( 5 ) be prevented. Furthermore, by bridging the electrical energy storage 200 1..n in the fourth operating mode, uncomplicated maintenance of the electrical energy storage 200 1..n is possible, while the thermal coupling module 10 continues to be operated by means of a heat source 80 to preheat the heat collector 300 1..n can.

Ein vierter limitierender Punkt bei dem unflexiblen Wärmekreislauf des Vergleichsbeispiels von 6 stellt die fehlende Möglichkeit dar, wirkungsvoll die Bildung von Legionellen in einem Kaltwasserzulauf eines Warmwasserspeichers zu verhindern. Insbesondere kann der unflexibler Wärmekreislauf ein länger anhaltendes Temperaturfenster von 30 °C bis 45 °C am Kaltwasserzulauf, in welchen sich Legionellen bilden können, nicht wirkungsvoll unterdrücken. Zudem ist es kaum möglich, den Kaltwasserzulauf schnell auf über 55 °C zu erwärmen, um bereits entstandene Legionellen abzutöten.A fourth limiting point in the inflexible heat circuit of the comparative example 6 represents the lack of possibility to effectively prevent the formation of legionella in a cold water inlet of a hot water tank. In particular, the inflexible heat circuit cannot effectively suppress a prolonged temperature window of 30 °C to 45 °C at the cold water inlet, in which Legionella can form. In addition, it is hardly possible to quickly heat the cold water supply to over 55 °C in order to kill Legionella that has already formed.

Auch diese Nachteile können durch das bevorzugte, erfindungsgemäße thermische Koppelmodul 10 durch den Betrieb im dritten und/oder vierten Betriebsmodus ( 4 und 5) verhindert werden. Unabhängig von der Legionellenproblematik ist es energetisch vorteilhaft, den Wärmeabnehmer 3001..n gemäß dem dritten Betriebsmodus auszukoppeln, wenn es zu diesem Zeitpunkt keine Wärmenachfrage gibt. Dadurch wird ein Druckverlust über dem Wärmeabnehmer-Wärmetauscher 301..n vermieden. Außerdem ist der Wärmeverlust im thermischen Koppelmodul 10 bei abgekoppeltem Wärmeabnehmer geringer.These disadvantages can also be eliminated by the preferred thermal coupling module 10 according to the invention by operating in the third and/or fourth operating mode ( 4 and 5 ) be prevented. Regardless of the legionella problem, it is energetically advantageous to decouple the heat consumer 300 1..n according to the third operating mode if there is no demand for heat at this point in time. This avoids a pressure loss across the heat collector heat exchanger 30 1..n . In addition, the heat loss in the thermal coupling module 10 is lower when the heat consumer is decoupled.

BezugszeichenlisteReference symbol list

1010
thermisches Koppelmodulthermal coupling module
201..n201..n
Energiespeicher-WärmetauscherEnergy storage heat exchanger
221..n221..n
Energiespeicher-Wärmetauscher-EingangEnergy storage heat exchanger input
241..n241..n
Energiespeicher-Wärmetauscher-AusgangEnergy storage heat exchanger output
261..n261..n
Energiespeicher-SensorEnergy storage sensor
301..m301..m
Wärmeabnehmer-WärmetauscherHeat collector heat exchanger
321..m321..m
Wärmeabnehmer-Wärmetauscher-EingangHeat collector heat exchanger input
341..m341..m
Wärmeabnehmer-Wärmetauscher-AusgangHeat collector heat exchanger outlet
361..m361..m
Wärmeabnehmer-SensorHeat collector sensor
381..m381..m
Wärmeabnehmer-Wärmebedarf-SensorHeat collector heat demand sensor
4040
erste Fluidleitungfirst fluid line
4242
Wärmequellen-stromabwärtigen Leitungsabschnitt der ersten FluidleitungHeat source downstream line section of the first fluid line
4444
Wärmequellen-stromaufwärtigen Leitungsabschnitt der ersten FluidleitungHeat source upstream line section of the first fluid line
4646
Wärmeabnehmer-AbtrennventilHeat collector isolation valve
481..m481..m
Wärmeabnehmer-Wärmetauscher-Eingang-SensorHeat collector heat exchanger input sensor
491..m491..m
Wärmeabnehmer-Wärmetauscher-Ausgang-SensorHeat collector heat exchanger output sensor
5050
zweite Fluidleitungsecond fluid line
5252
Energiespeicher-AbtrennventilEnergy storage isolation valve
541..n541..n
Energiespeicher-Wärmetauscher-Eingang-SensorEnergy storage heat exchanger input sensor
561..n561..n
Energiespeicher-Wärmetauscher-Ausgang-SensorEnergy storage heat exchanger output sensor
6060
dritte Fluidleitungthird fluid line
6262
Wärmeabnehmer-Bypass-VentilHeat collector bypass valve
7070
vierte Fluidleitungfourth fluid line
7272
Energiespeicher-Bypass-VentilEnergy storage bypass valve
8080
Wärmequelleheat source
8282
Einspeiseüberschluss-InformationsgeberFeed-in excess information provider
8484
Wärmequellen-Eingang-SensorHeat source input sensor
8686
Wärmequellen-Ausgang-SensorHeat source output sensor
9090
WärmetransportmediumHeat transport medium
9292
RegelungseinheitControl unit
9494
Betriebsmodi-Übergangs-RegelungseinheitOperating mode transition control unit
9696
Wärmebedarfsenergie-PrognosemodulHeat demand energy forecast module
9898
Wärmetransportmedium-PumpeHeat transport medium pump
100100
thermisches Kopplungssystemthermal coupling system
2001..n2001..n
elektrischer Energiespeicherelectrical energy storage
3001..n3001..n
Wärmeabnehmerheat collector
3021..n3021..n
WärmespeicherHeat storage
3041..n3041..n
KaltwasserzulaufCold water inlet
TESTES
Temperatur des Wärmespeichermediums des elektrischen EnergiespeichersTemperature of the heat storage medium of the electrical energy storage
TES_maxTES_max
maximale Temperatur des Wärmespeichermediums des elektrischen Energiespeichersmaximum temperature of the heat storage medium of the electrical energy storage
TES_minTES_min
minimale Temperatur des Wärmespeichermediums des elektrischen EnergiespeichersMinimum temperature of the heat storage medium of the electrical energy storage
TES_NotausTES_Emergency stop
Notaus-Temperatur des Wärmespeichermediums des elektrischen EnergiespeichersEmergency stop temperature of the heat storage medium of the electrical energy storage
TES-EINTES-A
Temperatur des Wärmetransportmediums an dem Energiespeicher-Wärmetauscher-EingangTemperature of the heat transport medium at the energy storage heat exchanger inlet
TES-AUSTES-OFF
Temperatur des Wärmetransportmediums an dem Energiespeicher-Wärmetauscher-AusgangTemperature of the heat transport medium at the energy storage heat exchanger outlet
TWATWA
Temperatur des Wärmemediums des WärmeabnehmersTemperature of the heat medium of the heat consumer
TWA-EINTWA-A
Temperatur des Wärmetransportmediums an dem Wärmeabnehmer-Wärmetauscher-EingangTemperature of the heat transport medium at the heat collector heat exchanger inlet
TWA-AUSTWA-OFF
Temperatur des Wärmetransportmediums an dem Wärmeabnehmer-Wärmetauscher-AusgangTemperature of the heat transport medium at the heat collector heat exchanger outlet
TWQ-EINTWQ-ON
Temperatur des Wärmetransportmediums stromaufwärtig der Wärmequelle und stromabwärtig eines ersten FluidleitungsverbindungspunktsTemperature of the heat transport medium upstream of the heat source and downstream of a first fluid line connection point
TWQ-AUSTWQ OFF
Temperatur des Wärmetransportmediums stromabwärtig der Wärmequelle und stromaufwärtig eines zweiten FluidleitungsverbindungspunktsTemperature of the heat transport medium downstream of the heat source and upstream of a second fluid line connection point
ΔT1ΔT1
erste Temperaturdifferenz TES - TES-EIN first temperature difference T ES - T ES-ON
ΔT2ΔT2
zweite Temperaturdifferenz TES-EIN - TES second temperature difference T ES-ON - T ES
ΔT3ΔT3
dritte Temperaturdifferenz TES - TWA third temperature difference T ES - T WA
TSW1TSW1
erster Schwellwertfirst threshold
TSW2TSW2
zweiter Schwellwertsecond threshold
TSW3TSW3
dritter Schwellwertthird threshold

Claims (14)

Thermisches Koppelmodul (10) zur Wärmeübertragung zwischen mindestens einem elektrischen Energiespeicher (2001..n) und mindestens einem Wärmeabnehmer (3001..n), wobei das thermische Koppelmodul (10) umfasst: mindestens einen Energiespeicher-Wärmetauscher (201..n), welcher zur Wärmeübertragung zwischen dem elektrischen Energiespeicher (2001..n) und einem Wärmetransportmedium (90) ausgelegt ist, wobei der Energiespeicher-Wärmetauscher (201..n) einen Energiespeicher-Wärmetauscher-Eingang (221..n) und einen Energiespeicher-Wärmetauscher-Ausgang (241..n) für das Wärmetransportmedium (90) aufweist; mindestens einen Wärmeabnehmer-Wärmetauscher (301..m), welcher zur Wärmeübertragung zwischen dem Wärmeabnehmer (3001..n) und dem Wärmetransportmedium (90) ausgelegt ist, wobei der Wärmeabnehmer-Wärmetauscher (301..m) einen Wärmeabnehmer-Wärmetauscher-Eingang (321..m) und einen Wärmeabnehmer-Wärmetauscher-Ausgang (341..m) für das Wärmetransportmedium (90) aufweist; eine erste Fluidleitung (40) für das Wärmetransportmedium (90) zur Fluidverbindung des Energiespeicher-Wärmetauscher-Ausgangs (241..n) mit dem Wärmeabnehmer-Wärmetauscher-Eingang (321..m); ein in der ersten Fluidleitung (40) angeordnetes, steuerbares Wärmeabnehmer-Abtrennventil (46) zur Steuerung eines Volumenstroms des Wärmetransportmediums (90) durch das Wärmeabnehmer-Abtrennventil (46); eine zweite Fluidleitung (50) für das Wärmetransportmedium (90) zur Fluidverbindung des Wärmeabnehmer-Wärmetauscher-Ausgangs (341..m) mit dem Energiespeicher-Wärmetauscher-Eingang (221..n); ein in der zweiten Fluidleitung (50) angeordnetes, steuerbares Energiespeicher-Abtrennventil (52) zur Steuerung eines Volumenstroms des Wärmetransportmediums (90) durch das Energiespeicher-Abtrennventil (52); mindestens eine Wärmequelle (80) zur Einspeisung von Wärmeenergie in das Wärmetransportmedium (90) zwischen dem Energiespeicher-Wärmetauscher-Ausgang (241..n) und dem Wärmeabnehmer-Abtrennventil (46) in der ersten Fluidleitung (40); eine dritte Fluidverbindung (60) für das Wärmetransportmedium (90) zur Fluidverbindung des Wärmeabnehmer-Wärmetauscher-Ausgangs (341..m) mit einem Wärmequellen-stromabwärtigen Leitungsabschnitt (42) der ersten Fluidleitung (40) zwischen der Wärmequelle (80) und dem Wärmeabnehmer-Abtrennventil (46); ein in der dritten Fluidleitung (60) angeordnetes, steuerbares Wärmeabnehmer-Bypass-Ventil (62) zur Steuerung eines Volumenstroms des Wärmetransportmediums (90) durch das Wärmeabnehmer-Bypass-Ventil (62); eine vierte Fluidverbindung (70) für das Wärmetransportmedium (90) zur Fluidverbindung des Wärmeabnehmer-Wärmetauscher-Ausgang (341..m) mit einem Wärmequellen-stromaufwärtigen Leitungsabschnitt (44) der ersten Fluidleitung (40) zwischen dem Energiespeicher-Wärmetauscher-Ausgang (241..n) und der Wärmequelle (80); ein in der vierten Fluidleitung (70) angeordnetes, steuerbares Energiespeicher-Bypass-Ventil (72) zur Steuerung eines Volumenstroms des Wärmetransportmediums (90) durch das Energiespeicher-Bypass-Ventil (72); und eine Regelungseinheit (92) zur Steuerung bzw. Regelung der Einspeisung von Wärmeenergie durch die Wärmequelle (80) und zur Steuerung bzw. Regelung der Wärmeübertragung zwischen dem elektrischen Energiespeicher (2001..n) und dem Wärmeabnehmer (3001..n) durch Steuerung bzw. Regelung des Volumenstroms des Wärmetransportmediums (90) durch das Wärmeabnehmer-Abtrennventil (46), das Energiespeicher-Abtrennventil (52), das Wärmeabnehmer-Bypass-Ventil (62) und das Energiespeicher-Bypass-Ventil (72); wobei das thermische Koppelmodul (10) zusätzlich umfasst: einen Einspeiseüberschuss-Informationsgeber (82), welcher ausgelegt ist, eine Verfügbarkeit und vorzugsweise einen Betrag einer einspeisbaren Überschussleistung zu ermitteln und an die Regelungseinheit (92) als Überschussleistung-Verfügbarkeitsinformation und Überschussleistung-Betragsinformation auszugeben, wobei die einspeisbare Überschussleistung an die Wärmequelle (80) zur Erwärmung des Wärmetransportmediums (90) zuführbar ist, wobei der Einspeiseüberschuss-Informationsgeber (82) ausgelegt ist, die Überschussleistung-Verfügbarkeitsinformation und die Überschussleistung-Betragsinformation an die Regelungseinheit (92) auszugeben, wenn - die einspeisbare Überschussleistung eine Überschussleistung aus erneuerbaren Energien ist; und/oder - die einspeisbare Überschussleistung eine thermische Überschussleistung ist, welche einer externen Wärmequelle entnehmbar ist; und/oder - die einspeisbare Überschussleistung eine elektrische Überschussleistung ist, welche zur Verringerung einer Netzüberlastung einem externen Stromnetz entnehmbar ist; und/oder - die einspeisbare Überschussleistung eine elektrische Überschussleistung ist, welchem einem Stromnetz zu einem Stromentnahmepreis pro Zeiteinheit entnehmbar ist, welcher unter einem Schwellwertentnahmepreis pro Zeiteinheit liegt; und/oder einen Energiespeicher-Sensor (261..n) zur Ermittlung eines Betriebszustandes des elektrischen Energiespeichers (2001..n), insbesondere einer Temperatur (TES) eines Wärmespeichermediums des elektrischen Energiespeichers (2001..n); und/oder einen Wärmeabnehmer-Sensor (361..m) zur Ermittlung einer Temperatur (TWA) eines Wärmemediums des Wärmeabnehmers (3001..n); und/oder einen Wärmeabnehmer-Wärmetauscher-Eingang-Sensor (481..m) zur Ermittlung eines Betriebszustandes des Wärmetransportmediums (90) an dem Wärmeabnehmer-Wärmetauscher-Eingang (321..m), wobei der Betriebszustand des Wärmetransportmediums (90) eine Temperatur (TWA-EIN) des Wärmetransportmediums (90) an dem Wärmeabnehmer-Wärmetauscher-Eingang (321..m) beinhaltet; und/oder einen Wärmeabnehmer-Wärmetauscher-Ausgang-Sensor (491..m) zur Ermittlung eines Betriebszustandes des Wärmetransportmediums (90) an dem Wärmeabnehmer-Wärmetauscher-Ausgang (341..m), wobei der Betriebszustand des Wärmetransportmediums (90) eine Temperatur (TWA-AUS) des Wärmetransportmediums (90) an dem Wärmeabnehmer-Wärmetauscher-Ausgang (341..m) beinhaltet; und/oder einen Energiespeicher-Wärmetauscher-Eingang-Sensor (541..n) zur Ermittlung eines Betriebszustandes des Wärmetransportmediums (90) an dem Energiespeicher-Wärmetauscher-Eingang (221..n), wobei der Betriebszustand des Wärmetransportmediums (90) eine Temperatur (TES-EIN) des Wärmetransportmediums (90) an dem Energiespeicher-Wärmetauscher-Eingang (221..n) beinhaltet; und/oder einen Energiespeicher-Wärmetauscher-Ausgang-Sensor (561..n) zur Ermittlung eines Betriebszustandes des Wärmetransportmediums (90) an dem Energiespeicher -Wärmetauscher-Ausgang (241..n), wobei der Betriebszustand des Wärmetransportmediums (90) eine Temperatur (TES-AUS) des Wärmetransportmediums (90) an dem Energiespeicher-Wärmetauscher-Ausgang (241..n) beinhaltet; und/oder einen Wärmequellen-Eingang-Sensor (84) zur Ermittlung eines Betriebszustandes des Wärmetransportmediums (90) an einer ersten Sensorposition in der ersten Fluidleitung (40), wobei der Betriebszustand des Wärmetransportmediums (90) eine Temperatur (TWQ-EIN) des Wärmetransportmediums (90) an der ersten Sensorposition beinhaltet, wobei die erste Sensorposition stromaufwärtig der Wärmequelle (80) und stromabwärtig eines ersten Fluidleitungsverbindungspunkts einer Verbindung der ersten Fluidleitung (40) mit der vierten Fluidleitung (70) liegt; und/oder einen Wärmequellen-Ausgang-Sensor (86) zur Ermittlung eines Betriebszustandes des Wärmetransportmediums (90) an einer zweiten Sensorposition in der ersten Fluidleitung (40), wobei der Betriebszustand des Wärmetransportmediums (90) eine Temperatur (TWQ-AUS) des Wärmetransportmediums (90) an der zweiten Sensorposition beinhaltet, wobei die zweite Sensorposition stromabwärtig der Wärmequelle (80) und stromaufwärtig eines zweiten Fluidleitungsverbindungspunkts einer Verbindung der ersten Fluidleitung (40) mit der dritten Fluidleitung (60) liegt; und/oder einen Wärmeabnehmer-Wärmebedarf-Sensor (381..m) zur Ermittlung eines Betrags eines Wärmebedarfs des Wärmeabnehmers (3001..n), wobei der Wärmebedarf eine Wärmeübertragungsleistung ist, die dem Wärmetransportmedium (90) von dem Wärmeabnehmer (3001..n) über den Wärmeabnehmer-Wärmetauscher (301) entzogen wird; wobei der Energiespeicher-Sensor (261..n), der Wärmeabnehmer-Sensor (361..m), der Wärmeabnehmer-Wärmetauscher-Eingang-Sensor (481..m), der Wärmeabnehmer-Wärmetauscher-Ausgang-Sensor (491..m), der Energiespeicher-Wärmetauscher-Eingang-Sensor (541..n), der Energiespeicher-Wärmetauscher-Ausgang-Sensor (561..n), der Wärmequellen-Eingang-Sensor (84), der Wärmequellen-Ausgang-Sensor (86) und der Wärmeabnehmer-Wärmebedarf-Sensor (381..m) jeweils ausgelegt sind, jeweils Messwerte des Betriebszustands zu ermitteln und zugeordnete jeweilige Messsignale als Eingangssignale für die Regelungseinheit (92) bereitzustellen.Thermal coupling module (10) for heat transfer between at least one electrical energy storage (200 1..n ) and at least one heat consumer (300 1..n ), the thermal coupling module (10) comprising: at least one energy storage heat exchanger (20 1.. n ), which is designed for heat transfer between the electrical energy storage (200 1..n ) and a heat transport medium (90), the energy storage heat exchanger (20 1..n ) having an energy storage heat exchanger input (22 1..n ) and an energy storage heat exchanger outlet (24 1..n ) for the heat transport medium (90); at least one heat collector heat exchanger (30 1..m ), which is designed for heat transfer between the heat collector (300 1..n ) and the heat transport medium (90), the heat collector heat exchanger (30 1..m ) having a heat collector Heat exchanger inlet (32 1..m ) and a heat collector heat exchanger outlet (34 1..m ) for the heat transport medium (90); a first fluid line (40) for the heat transport medium (90) for fluidly connecting the energy storage heat exchanger outlet (24 1..n ) to the heat collector heat exchanger inlet (32 1..m ); a controllable heat collector isolation valve (46) arranged in the first fluid line (40) for controlling a volume flow of the heat transport medium (90) through the heat collector isolation valve (46); a second fluid line (50) for the heat transport medium (90) for fluidly connecting the heat collector heat exchanger output (34 1..m ) to the energy storage heat exchanger input (22 1..n ); a controllable energy storage isolation valve (52) arranged in the second fluid line (50) for controlling a volume flow of the heat transport medium (90) through the energy storage isolation valve (52); at least one heat source (80) for feeding thermal energy into the heat transport medium (90) between the energy storage heat exchanger outlet (24 1..n ) and the heat collector isolation valve (46) in the first fluid line (40); a third fluid connection (60) for the heat transport medium (90) for fluid connection of the heat collector heat exchanger outlet (34 1..m ) with a heat source downstream line section (42) of the first fluid line (40) between the heat source (80) and the heat collector isolation valve (46); a controllable heat collector bypass valve (62) arranged in the third fluid line (60) for controlling a volume flow of the heat transport medium (90) through the heat collector mer bypass valve (62); a fourth fluid connection (70) for the heat transport medium (90) for fluidly connecting the heat consumer heat exchanger outlet (34 1..m ) to a heat source upstream line section (44) of the first fluid line (40) between the energy storage heat exchanger outlet ( 24 1..n ) and the heat source (80); a controllable energy storage bypass valve (72) arranged in the fourth fluid line (70) for controlling a volume flow of the heat transport medium (90) through the energy storage bypass valve (72); and a control unit (92) for controlling or regulating the feed of thermal energy through the heat source (80) and for controlling or regulating the heat transfer between the electrical energy storage (200 1..n ) and the heat consumer (300 1..n ) by controlling or regulating the volume flow of the heat transport medium (90) through the heat collector isolation valve (46), the energy storage isolation valve (52), the heat collector bypass valve (62) and the energy storage bypass valve (72); wherein the thermal coupling module (10) additionally comprises: an excess feed-in information provider (82), which is designed to determine an availability and preferably an amount of excess power that can be fed in and to output it to the control unit (92) as excess power availability information and excess power amount information, wherein the excess power that can be fed in can be supplied to the heat source (80) for heating the heat transport medium (90), the excess feed-in information provider (82) being designed to output the excess power availability information and the excess power amount information to the control unit (92) if - the surplus power that can be fed in is surplus power from renewable energies; and/or - the surplus power that can be fed in is a thermal surplus power that can be taken from an external heat source; and/or - the surplus power that can be fed in is excess electrical power that can be taken from an external power grid to reduce grid overload; and/or - the excess power that can be fed in is excess electrical power that can be taken from a power grid at an electricity extraction price per unit of time that is below a threshold extraction price per unit of time; and/or an energy storage sensor (26 1..n ) for determining an operating state of the electrical energy storage (200 1..n ), in particular a temperature (T ES ) of a heat storage medium of the electrical energy storage (200 1..n ); and/or a heat collector sensor (36 1..m ) for determining a temperature (T WA ) of a heat medium of the heat collector (300 1..n ); and/or a heat collector heat exchanger input sensor (48 1..m ) for determining an operating state of the heat transport medium (90) at the heat collector heat exchanger input (32 1..m ), the operating state of the heat transport medium (90) a temperature (T WA-IN ) of the heat transport medium (90) at the heat collector heat exchanger inlet (32 1..m ); and/or a heat consumer heat exchanger output sensor (49 1..m ) for determining an operating state of the heat transport medium (90) at the heat consumer heat exchanger output (34 1..m ), the operating state of the heat transport medium (90) a temperature (T WA-AUS ) of the heat transport medium (90) at the heat collector heat exchanger outlet (34 1..m ); and/or an energy storage heat exchanger input sensor (54 1..n ) for determining an operating state of the heat transport medium (90) at the energy storage heat exchanger input (22 1..n ), the operating state of the heat transport medium (90) a temperature (T ES-IN ) of the heat transport medium (90) at the energy storage heat exchanger inlet (22 1..n ); and/or an energy storage heat exchanger output sensor (56 1..n ) for determining an operating state of the heat transport medium (90) at the energy storage heat exchanger output (24 1..n ), the operating state of the heat transport medium (90) a temperature (T ES-AUS ) of the heat transport medium (90) at the energy storage heat exchanger outlet (24 1..n ); and/or a heat source input sensor (84) for determining an operating state of the heat transport medium (90) at a first sensor position in the first fluid line (40), the operating state of the heat transport medium (90) being a temperature (T WQ-ON ) of the Heat transport medium (90) at the first sensor position, the first sensor position being upstream of the heat source (80) and downstream of a first fluid line connection point of a connection of the first fluid line (40) to the fourth fluid line (70); and/or a heat source output sensor (86) for determining an operating state of the heat transport medium (90) at a second sensor position in the first fluid line (40), the operating state of the heat transport medium (90) being a temperature (T WQ-AUS ). Heat transport medium (90) at the second sensor position, the second sensor position downstream of the heat source (80) and upstream of a second Fluid line connection point of a connection of the first fluid line (40) with the third fluid line (60); and/or a heat consumer heat requirement sensor (38 1..m ) for determining an amount of heat requirement of the heat consumer (300 1..n ), the heat requirement being a heat transfer performance that is supplied to the heat transport medium (90) by the heat consumer (300 1..n ) is withdrawn via the heat consumer heat exchanger (30 1 ); whereby the energy storage sensor (26 1..n ), the heat consumer sensor (36 1..m ), the heat consumer heat exchanger input sensor (48 1..m ), the heat consumer heat exchanger output sensor ( 49 1..m ), the energy storage heat exchanger input sensor (54 1..n ), the energy storage heat exchanger output sensor (56 1..n ), the heat source input sensor (84), the Heat source output sensor (86) and the heat consumer heat requirement sensor (38 1..m ) are each designed to determine measured values of the operating state and to provide associated respective measurement signals as input signals for the control unit (92). Thermisches Koppelmodul (10) nach Anspruch 1, wobei die Regelungseinheit (92) konfiguriert ist, das thermische Koppelmodul (10) in mindestens vier Betriebsmodi zu regeln; wobei in einem ersten Betriebsmodus das Wärmeabnehmer-Abtrennventil (46) und das Energiespeicher-Abtrennventil (52) zumindest teilweise geöffnet sind, sowie das Wärmeabnehmer-Bypass-Ventil (62) und das Energiespeicher-Bypass-Ventil (72) geschlossen sind, um Wärmeenergie von dem elektrischen Energiespeicher (2001..n) und/oder der Wärmequelle (80) zu dem Wärmeabnehmer (3001..n) zu übertragen; wobei in einem zweiten Betriebsmodus das Wärmeabnehmer-Abtrennventil (46) und das Energiespeicher-Abtrennventil (52) zumindest teilweise geöffnet sind, sowie das Energiespeicher-Bypass-Ventil (72) geschlossen ist, und das Wärmeabnehmer-Bypass-Ventil (62) entweder geschlossen oder zumindest teilweise geöffnet ist, um Wärmeenergie von der Wärmequelle (80) zu dem Wärmeabnehmer (3001..n) und zu dem elektrischen Energiespeicher (2001..n) zu übertragen; wobei in einem dritten Betriebsmodus das Energiespeicher-Abtrennventil (52) und das Wärmeabnehmer-Bypass-Ventil (62) zumindest teilweise geöffnet sind, sowie das Wärmeabnehmer-Abtrennventil (46) und das Energiespeicher-Bypass-Ventil (72) geschlossen sind, um Wärmeenergie von der Wärmequelle (80) zu dem elektrischen Energiespeicher (2001..n) zu übertragen; und wobei in einem vierten Betriebsmodus das Wärmeabnehmer-Abtrennventil (46) und das Energiespeicher-Bypass-Ventil (72) zumindest teilweise geöffnet sind, sowie das Energiespeicher-Abtrennventil (52) und das Wärmeabnehmer-Bypass-Ventil (62) geschlossen sind, um Wärmeenergie von der Wärmequelle (80) zu dem Wärmeabnehmer (3001..n) zu übertragen.Thermal coupling module (10) according to Claim 1 , wherein the control unit (92) is configured to control the thermal coupling module (10) in at least four operating modes; wherein in a first operating mode, the heat collector isolation valve (46) and the energy storage isolation valve (52) are at least partially open, and the heat collector bypass valve (62) and the energy storage bypass valve (72) are closed to heat energy from the electrical energy storage (200 1..n ) and/or the heat source (80) to the heat collector (300 1..n ); wherein in a second operating mode, the heat collector isolation valve (46) and the energy storage isolation valve (52) are at least partially open, and the energy storage bypass valve (72) is closed, and the heat collector bypass valve (62) is either closed or is at least partially open in order to transfer heat energy from the heat source (80) to the heat consumer (300 1..n ) and to the electrical energy storage (200 1..n ); wherein in a third operating mode, the energy storage isolation valve (52) and the heat collector bypass valve (62) are at least partially open, and the heat collector isolation valve (46) and the energy storage bypass valve (72) are closed to heat energy from the heat source (80) to the electrical energy storage (200 1..n ); and wherein in a fourth operating mode, the heat collector isolation valve (46) and the energy storage bypass valve (72) are at least partially open, and the energy storage isolation valve (52) and the heat collector bypass valve (62) are closed To transfer heat energy from the heat source (80) to the heat consumer (300 1..n ). Thermisches Koppelmodul (10) nach Anspruch 1 und 2, wobei in dem ersten Betriebsmodus - der Wärmeabnehmer-Wärmebedarf-Sensor (381..m) anzeigt, dass der Wärmeabnehmer (3001..n) einen Wärmebedarf größer null aufweist; - eine erste Temperaturdifferenz (ΔT1) zwischen der Temperatur (TES) des Wärmespeichermediums des elektrischen Energiespeichers (2001..n) und der Temperatur (TES-EIN) des Wärmetransportmediums (90) an dem Energiespeicher-Wärmetauscher-Eingang (221..n) einen ersten Schwellwert (TSW1) überschreitet, wobei der erste Schwellwert (TSW1) größer oder gleich null ist; und vorzugsweise - der Einspeiseüberschuss-Informationsgeber (82) anzeigt, dass einspeisbare Überschussleistung verfügbar ist, die der Wärmequelle (80) zuführbar ist; wobei in dem zweiten Betriebsmodus - der Wärmeabnehmer-Wärmebedarf-Sensor (381..m) anzeigt, dass der Wärmeabnehmer (3001..n) einen Wärmebedarf größer null aufweist; - eine zweite Temperaturdifferenz (ΔT2) zwischen der Temperatur (TES-EIN) des Wärmetransportmediums an dem Energiespeicher-Wärmetauscher-Eingang (221..n) und der Temperatur (TES) des Wärmespeichermediums des elektrischen Energiespeichers (2001..n) einen zweiten Schwellwert (TSW2) größer null überschreitet; und vorzugsweise - der Einspeiseüberschuss-Informationsgeber (82) anzeigt, dass einspeisbare Überschussleistung verfügbar ist, die der Wärmequelle (80) zuführbar ist; wobei in dem dritten Betriebsmodus - der Wärmeabnehmer-Wärmebedarf-Sensor (381..m) anzeigt, dass der Wärmeabnehmer (3001..n) keinen Wärmebedarf aufweist; - die zweite Temperaturdifferenz (ΔT2) den zweiten Schwellwert (TSW2) größer null überschreitet; und - der Einspeiseüberschuss-Informationsgeber (82) anzeigt, dass einspeisbare Überschussleistung verfügbar ist, die der Wärmequelle (80) zuführbar ist; wobei in dem vierten Betriebsmodus - der Wärmeabnehmer-Wärmebedarf-Sensor (381..m) anzeigt, dass der Wärmeabnehmer (3001..n) einen Wärmebedarf größer null aufweist; und vorzugsweise - der Einspeiseüberschuss-Informationsgeber (82) anzeigt, dass einspeisbare Überschussleistung verfügbar ist, die der Wärmequelle (80) zuführbar ist.Thermal coupling module (10) according to Claim 1 and 2 , wherein in the first operating mode - the heat consumer heat requirement sensor (38 1..m ) indicates that the heat consumer (300 1..n ) has a heat requirement greater than zero; - a first temperature difference (ΔT 1 ) between the temperature (T ES ) of the heat storage medium of the electrical energy storage device (200 1..n ) and the temperature (T ES-EIN ) of the heat transport medium (90) at the energy storage heat exchanger inlet (22 1..n ) exceeds a first threshold value (T SW1 ), wherein the first threshold value (T SW1 ) is greater than or equal to zero; and preferably - the feed-in excess information provider (82) indicates that feed-in excess power is available which can be supplied to the heat source (80); wherein in the second operating mode - the heat consumer heat requirement sensor (38 1..m ) indicates that the heat consumer (300 1..n ) has a heat requirement greater than zero; - a second temperature difference (ΔT 2 ) between the temperature (T ES-EIN ) of the heat transport medium at the energy storage heat exchanger input (22 1..n ) and the temperature (T ES ) of the heat storage medium of the electrical energy storage (200 1.. n ) exceeds a second threshold value (T SW2 ) greater than zero; and preferably - the feed-in excess information provider (82) indicates that feed-in excess power is available which can be supplied to the heat source (80); wherein in the third operating mode - the heat consumer heat requirement sensor (38 1..m ) indicates that the heat consumer (300 1..n ) has no heat requirement; - the second temperature difference (ΔT 2 ) exceeds the second threshold value (T SW2 ) greater than zero; and - the feed-in excess information provider (82) indicates that feed-in excess power is available which can be supplied to the heat source (80); wherein in the fourth operating mode - the heat consumer heat requirement sensor (38 1..m ) indicates that the heat consumer (300 1..n ) has a heat requirement greater than zero; and preferably - the feed-in excess information provider (82) indicates that feed-in excess power is available, which can be supplied to the heat source (80). Thermisches Koppelmodul (10) nach Anspruch 1 und 2 oder nach Anspruch 3, wobei die Regelungseinheit (92) eine Betriebsmodi-Übergangs-Regelungseinheit (94) umfasst und die Betriebsmodi-Übergangs-Regelungseinheit (94) ausgelegt ist, um zwischen den mindestens vier Betriebsmodi des thermischen Koppelmoduls (10) zu wechseln; und wobei, optional, der Einspeiseüberschuss-Informationsgeber (82) zusätzlich ausgelegt ist, eine Verfügbarkeit und vorzugsweise einen Betrag einer einspeisbaren Prognose-Überschussenergie aus einer einspeisbaren Prognose-Überschussleistung in einem in der Zukunft liegenden Prognosezeitraum zu ermitteln und an die Regelungseinheit (92) als Prognose-Überschussenergie-Verfügbarkeitsinformation und Prognose-Überschussenergie-Betragsinformation auszugeben, wobei die einspeisbare Prognose-Überschussenergie in dem Prognosezeitraum an die Wärmequelle (80) zur Erwärmung des Wärmetransportmediums (90) zuführbar ist; und wobei, optional, das thermische Koppelmodul (10) zusätzlich ein Wärmebedarfsenergie-Prognosemodul (96) umfasst, welches ausgelegt ist, eine Prognose-Wärmebedarfsenergie aus einem Prognose-Wärmebedarf in dem in der Zukunft liegenden Prognosezeitraum zu ermitteln; wobei die Betriebsmodi-Übergangs-Regelungseinheit (94) ausgelegt ist, - vom zweiten, dritten oder vierten Betriebsmodus in den ersten Betriebsmodus zu wechseln, wenn ◯ der Einspeiseüberschuss-Informationsgeber (82) anzeigt, dass eine einspeisbare Überschussleistung verfügbar ist, die der Wärmequelle (80) zuführbar ist; ◯ der Wärmeabnehmer-Wärmebedarf-Sensor (381..m) anzeigt, dass der Wärmeabnehmer (3001..n) einen Wärmebedarf größer null aufweist; ◯ der Wärmebedarf des Wärmeabnehmers (3001..n) größer oder gleich als der Betrag der einspeisbaren Überschussleistung ist, die von dem Einspeiseüberschuss-Informationsgeber (82) ermittelt wird; ◯ eine dritte Temperaturdifferenz (ΔT3) zwischen der Temperatur (TES) des Wärmespeichermediums des elektrischen Energiespeichers (2001..n) und der Temperatur (TWA) des Wärmemediums des Wärmeabnehmers (3001..n) einen dritten Schwellwert (TSW3) überschreitet; und ◯ die Temperatur (TES) des Wärmespeichermediums des elektrischen Energiespeichers (2001..n) größer einer minimalen Temperatur (TES_min) des Wärmespeichermediums des elektrischen Energiespeichers (2001..n) ist; und/oder - vom ersten, dritten oder vierten Betriebsmodus in den zweiten Betriebsmodus zu wechseln, wenn in einer ersten Alternative oder Einspeiseüberschuss-Informationsgeber (82) anzeigt, dass eine einspeisbare Überschussleistung verfügbar ist, die der Wärmequelle (80) zuführbar ist; ◯ der Wärmeabnehmer-Wärmebedarf-Sensor (381..m) anzeigt, dass der Wärmeabnehmer (3001..n) einen Wärmebedarf größer null aufweist; ◯ der Wärmebedarf des Wärmeabnehmers (3001..n) kleiner als der Betrag der einspeisbaren Überschussleistung ist, die von dem Einspeiseüberschuss-Informationsgeber (82) ermittelt wird; ◯ die Temperatur (TES) des Wärmespeichermediums des elektrischen Energiespeichers (2001..n) kleiner einer maximalen Temperatur (TES_max) des Wärmespeichermediums des elektrischen Energiespeichers (2001..n) ist; und ◯ die zweite Temperaturdifferenz (ΔT2) den zweiten Schwellwert (TSW2) größer null überschreitet; und/oder - vom ersten, dritten oder vierten Betriebsmodus in den zweiten Betriebsmodus zu wechseln, wenn in einer zweiten Alternative ◯ die Temperatur (TES) des Wärmespeichermediums des elektrischen Energiespeichers (2001..n) kleiner als die minimale Temperatur (TES_min) des Wärmespeichermediums des elektrischen Energiespeichers (2001..n) ist; ◯ der Wärmeabnehmer-Wärmebedarf-Sensor (381..m) anzeigt, dass der Wärmeabnehmer (3001..n) einen Wärmebedarf größer null aufweist; und ◯ die zweite Temperaturdifferenz (ΔT2) den zweiten Schwellwert (TSW2) größer null überschreitet; und/oder - vom ersten, zweiten oder vierten Betriebsmodus in den dritten Betriebsmodus zu wechseln, wenn in einer ersten Alternative ◯ der Einspeiseüberschuss-Informationsgeber (82) anzeigt, dass eine einspeisbare Überschussleistung verfügbar ist, die der Wärmequelle (80) zuführbar ist; ◯ der Wärmeabnehmer-Wärmebedarf-Sensor (381..m) anzeigt, dass der Wärmeabnehmer (300↓1..n↓) keinen Wärmebedarf aufweist; und ◯ die Temperatur (TES) des Wärmespeichermediums des elektrischen Energiespeichers (2001..n) kleiner als eine maximale Temperatur (TES_max) des Wärmespeichermediums des elektrischen Energiespeichers (2001..n) ist; und/oder - vom ersten, zweiten oder vierten Betriebsmodus in den dritten Betriebsmodus zu wechseln, wenn in einer zweiten Alternative ◯ die Temperatur (TES) des Wärmespeichermediums des elektrischen Energiespeichers (2001..n) kleiner als die minimale Temperatur (TES_min) des Wärmespeichermediums des elektrischen Energiespeichers (2001..n) ist; und ◯ der Wärmeabnehmer-Wärmebedarf-Sensor (381..m) anzeigt, dass der Wärmeabnehmer (3001..n) keinen Wärmebedarf aufweist; und/oder - vom ersten, zweiten oder dritten Betriebsmodus in den vierten Betriebsmodus zu wechseln, wenn gemäß einem ersten Bedingungssatz ◯ der Einspeiseüberschuss-Informationsgeber (82) anzeigt, dass eine einspeisbare Überschussleistung verfügbar ist, die der Wärmequelle (80) zuführbar ist; ◯ der Wärmeabnehmer-Wärmebedarf-Sensor (381..m) anzeigt, dass der Wärmeabnehmer (3001..n) einen Wärmebedarf größer null aufweist; ◯ der Wärmebedarf des Wärmeabnehmers (300↓1..n↓) größer als der Betrag der einspeisbaren Überschussleistung ist, die von dem Einspeiseüberschuss-Informationsgeber (82) ermittelt wird; und ◯ die Temperatur (TES) des Wärmespeichermediums des elektrischen Energiespeichers (2001..n) größer oder gleich der minimalen Temperatur (TES_min) des Wärmespeichermediums des elektrischen Energiespeichers (2001..n) ist; und/oder - vom ersten, zweiten oder dritten Betriebsmodus in den vierten Betriebsmodus zu wechseln, wenn gemäß einem zweiten Bedingungssatz ◯ der Einspeiseüberschuss-Informationsgeber (82) anzeigt, dass eine einspeisbare Überschussleistung verfügbar ist, die der Wärmequelle (80) zuführbar ist; ◯ der Wärmeabnehmer-Wärmebedarf-Sensor (381..m) anzeigt, dass der Wärmeabnehmer (3001..n) einen Wärmebedarf größer null aufweist; ◯ der Wärmebedarf des Wärmeabnehmers (3001..n) kleiner als der Betrag der einspeisbaren Überschussleistung ist, die von dem Einspeiseüberschuss-Informationsgeber (82) ermittelt wird; und ◯ die Summe aus der in dem Prognosezeitraum einspeisbaren Prognose-Überschussenergie und einer nutzbaren Wärmeenergie des elektrischen Energiespeichers (2001..n) größer als die Prognose-Wärmebedarfsenergie in dem Prognosezeitraum ist, wobei die nutzbare Wärmeenergie des elektrischen Energiespeichers (2001..n) eine Wärmeenergie des Wärmespeichermediums des elektrischen Energiespeichers (2001..n) ist, die der dritten Temperaturdifferenz (ΔT3) zwischen der Temperatur (TES) des Wärmespeichermediums des elektrischen Energiespeichers (2001..n) und der Temperatur (TWA) des Wärmemediums des Wärmeabnehmers (3001..n) zugeordnet ist; und/oder - vom ersten, zweiten oder dritten Betriebsmodus in den vierten Betriebsmodus zu wechseln, wenn gemäß einem dritten Bedingungssatz ◯ der Einspeiseüberschuss-Informationsgeber (82) anzeigt, dass eine einspeisbare Überschussleistung verfügbar ist, die der Wärmequelle (80) zuführbar ist; ◯ der Wärmeabnehmer-Wärmebedarf-Sensor (381..m) anzeigt, dass der Wärmeabnehmer (300↓1..n↓) einen Wärmebedarf größer null aufweist; ◯ der Wärmebedarf des Wärmeabnehmers (3001..n) kleiner als der Betrag der einspeisbaren Überschussleistung ist, die von dem Einspeiseüberschuss-Informationsgeber (82) ermittelt wird; ◯ die Temperatur (TES) des Wärmespeichermediums des elektrischen Energiespeichers (2001..n) größer oder gleich als die maximale Temperatur (TES_max) des Wärmespeichermediums des elektrischen Energiespeichers (2001..n) ist.Thermal coupling module (10) according to Claim 1 and 2 or after Claim 3 , wherein the control unit (92) comprises an operating mode transition control unit (94) and the operating mode transition control unit (94) is designed to switch between the at least four to change operating modes of the thermal coupling module (10); and wherein, optionally, the feed-in surplus information provider (82) is additionally designed to determine an availability and preferably an amount of a feed-in forecast surplus energy from a feed-in forecast surplus power in a future forecast period and to the control unit (92) as output forecast excess energy availability information and forecast excess energy amount information, wherein the feedable forecast excess energy can be supplied to the heat source (80) in the forecast period for heating the heat transport medium (90); and wherein, optionally, the thermal coupling module (10) additionally comprises a heat demand energy forecast module (96) which is designed to determine a forecast heat demand energy from a forecast heat demand in the future forecast period; wherein the operating mode transition control unit (94) is designed to - switch from the second, third or fourth operating mode to the first operating mode when ◯ the feed-in surplus information provider (82) indicates that feed-in excess power is available, which is available to the heat source ( 80) can be supplied; ◯ the heat consumer heat requirement sensor (38 1..m ) indicates that the heat consumer (300 1..n ) has a heat requirement greater than zero; ◯ the heat requirement of the heat consumer (300 1..n ) is greater than or equal to the amount of excess power that can be fed in, which is determined by the excess feed-in information provider (82); ◯ a third temperature difference (ΔT 3 ) between the temperature (T ES ) of the heat storage medium of the electrical energy storage (200 1..n ) and the temperature (T WA ) of the heat medium of the heat consumer (300 1..n ) a third threshold value (T SW3 ) exceeds; and ◯ the temperature (T ES ) of the heat storage medium of the electrical energy storage (200 1..n ) is greater than a minimum temperature (T ES_min ) of the heat storage medium of the electrical energy storage (200 1..n ); and/or - to switch from the first, third or fourth operating mode to the second operating mode if in a first alternative or feed-in surplus information provider (82) indicates that feed-in excess power is available which can be supplied to the heat source (80); ◯ the heat consumer heat requirement sensor (38 1..m ) indicates that the heat consumer (300 1..n ) has a heat requirement greater than zero; ◯ the heat requirement of the heat consumer (300 1..n ) is smaller than the amount of excess power that can be fed in, which is determined by the excess feed-in information provider (82); ◯ the temperature (T ES ) of the heat storage medium of the electrical energy storage (200 1..n ) is less than a maximum temperature (T ES_max ) of the heat storage medium of the electrical energy storage (200 1..n ); and ◯ the second temperature difference (ΔT 2 ) exceeds the second threshold value (T SW2 ) greater than zero; and/or - to switch from the first, third or fourth operating mode to the second operating mode if, in a second alternative, ◯ the temperature (T ES ) of the heat storage medium of the electrical energy storage (200 1..n ) is smaller than the minimum temperature (T ES_min ) of the heat storage medium of the electrical energy storage (200 1..n ); ◯ the heat consumer heat requirement sensor (38 1..m ) indicates that the heat consumer (300 1..n ) has a heat requirement greater than zero; and ◯ the second temperature difference (ΔT 2 ) exceeds the second threshold value (T SW2 ) greater than zero; and/or - to switch from the first, second or fourth operating mode to the third operating mode if, in a first alternative, ◯ the feed-in excess information provider (82) indicates that feed-in excess power is available which can be supplied to the heat source (80); ◯ the heat consumer heat requirement sensor (38 1..m ) indicates that the heat consumer (300↓1..n↓) has no heat requirement; and ◯ the temperature (T ES ) of the heat storage medium of the electrical energy storage (200 1..n ) is smaller than a maximum temperature (T ES_max ) of the heat storage medium of the electrical energy storage (200 1..n ); and/or - to switch from the first, second or fourth operating mode to the third operating mode if, in a second alternative, ◯ the temperature (T ES ) of the heat storage medium of the electrical energy storage (200 1..n ) is smaller than the minimum temperature (T ES_min ) of the heat storage medium of the electrical energy storage (200 1..n ); and ◯ the heat consumer heat demand sensor (38 1..m ) indicates that the heat consumer (300 1..n ) has no heat demand; and/or - to switch from the first, second or third operating mode to the fourth operating mode if, according to a first set of conditions: ◯ the feed-in excess information provider (82) indicates that feed-in excess power is available which can be supplied to the heat source (80); ◯ the heat consumer heat requirement sensor (38 1..m ) indicates that the heat consumer (300 1..n ) has a heat requirement greater than zero; ◯ the heat requirement of the heat consumer (300↓1..n↓) is greater than the amount of excess power that can be fed in, which is determined by the excess feed-in information provider (82); and ◯ the temperature (T ES ) of the heat storage medium of the electrical energy storage (200 1..n ) is greater than or equal to the minimum temperature (T ES_min ) of the heat storage medium of the electrical energy storage (200 1..n ); and/or - to switch from the first, second or third operating mode to the fourth operating mode if, according to a second set of conditions: ◯ the feed-in excess information provider (82) indicates that feed-in excess power is available which can be supplied to the heat source (80); ◯ the heat consumer heat requirement sensor (38 1..m ) indicates that the heat consumer (300 1..n ) has a heat requirement greater than zero; ◯ the heat requirement of the heat consumer (300 1..n ) is smaller than the amount of excess power that can be fed in, which is determined by the excess feed-in information provider (82); and ◯ the sum of the forecast excess energy that can be fed in in the forecast period and usable heat energy from the electrical energy storage (200 1..n ) is greater than the forecast heat requirement energy in the forecast period, whereby the usable heat energy from the electrical energy storage (200 1.. n ) is a heat energy of the heat storage medium of the electrical energy storage (200 1..n ), which corresponds to the third temperature difference (ΔT 3 ) between the temperature (T ES ) of the heat storage medium of the electrical energy storage (200 1..n ) and the temperature (T WA ) is assigned to the heat medium of the heat consumer (300 1..n ); and/or - to switch from the first, second or third operating mode to the fourth operating mode if, according to a third set of conditions: ◯ the feed-in excess information provider (82) indicates that feed-in excess power is available which can be supplied to the heat source (80); ◯ the heat consumer heat requirement sensor (38 1..m ) indicates that the heat consumer (300↓1..n↓) has a heat requirement greater than zero; ◯ the heat requirement of the heat consumer (300 1..n ) is smaller than the amount of excess power that can be fed in, which is determined by the excess feed-in information provider (82); ◯ the temperature (T ES ) of the heat storage medium of the electrical energy storage (200 1..n ) is greater than or equal to the maximum temperature (T ES_max ) of the heat storage medium of the electrical energy storage (200 1..n ). Thermisches Koppelmodul (10) nach Anspruch 4, wobei die Regelungseinheit (92) konfiguriert ist, das thermische Koppelmodul (10) zusätzlich in einem fünften Betriebsmodus zu regeln, bei dem keine Wärmeenergie von dem elektrischen Energiespeicher (2001..n) oder von der Wärmequelle (80) in das Wärmetransportmedium (90) eingespeist wird und bei dem optional sämtliche der Ventile geschlossen sind; und wobei die Betriebsmodi-Übergangs-Regelungseinheit (94) ausgelegt ist, von dem ersten, zweiten, dritten oder vierten Betriebsmodus in den fünften Betriebsmodus zu wechseln, wenn, gemäß einem vierten Bedingungssatz, ◯ der Einspeiseüberschuss-Informationsgeber (82) anzeigt, dass keine einspeisbare Überschussleistung verfügbar ist; und ◯ der Wärmeabnehmer-Wärmebedarf-Sensor (381..m) anzeigt, dass der Wärmeabnehmer (3001..n) keinen Wärmebedarf aufweist; und/oder wobei die Betriebsmodi-Übergangs-Regelungseinheit (94) ausgelegt ist, von dem ersten, zweiten, dritten oder vierten Betriebsmodus in den fünften Betriebsmodus zu wechseln, wenn, gemäß einem fünften Bedingungssatz, ◯ der Einspeiseüberschuss-Informationsgeber (82) anzeigt, dass eine einspeisbare Überschussleistung größer null verfügbar ist, die der Wärmequelle (80) zuführbar ist; ◯ der Wärmeabnehmer-Wärmebedarf-Sensor (381..m) anzeigt, dass der Wärmeabnehmer (3001..n) keinen Wärmebedarf aufweist; und ◯ die Temperatur (TES) des Wärmespeichermediums des elektrischen Energiespeichers (2001..n) größer oder gleich der maximalen Temperatur (TES_max) des Wärmespeichermediums des elektrischen Energiespeichers (2001..n) ist; und/oder wobei die Betriebsmodi-Übergangs-Regelungseinheit (94) ausgelegt ist, von dem ersten, zweiten, dritten oder vierten Betriebsmodus in den fünften Betriebsmodus zu wechseln, wenn, gemäß einem sechsten Bedingungssatz, ◯ der Einspeiseüberschuss-Informationsgeber (82) anzeigt, dass eine einspeisbare Überschussleistung größer null verfügbar ist, die der Wärmequelle (80) zuführbar ist; ◯ der Wärmeabnehmer-Wärmebedarf-Sensor (381..m) anzeigt, dass der Wärmeabnehmer (3001..n) keinen Wärmebedarf aufweist; ◯ die Temperatur (TES) des Wärmespeichermediums des elektrischen Energiespeichers (2001..n) kleiner als die maximale Temperatur (TES_max) des Wärmespeichermediums des elektrischen Energiespeichers (2001..n) ist; und ◯ die Summe aus der in dem Prognosezeitraum einspeisbaren Prognose-Überschussenergie und einer nutzbaren Wärmeenergie des elektrischen Energiespeichers (2001..n) größer als die Prognose-Wärmebedarfsenergie in dem Prognosezeitraum ist; und/oder wobei die Betriebsmodi-Übergangs-Regelungseinheit (94) ausgelegt ist, von dem ersten, zweiten, dritten oder vierten Betriebsmodus in den fünften Betriebsmodus zu wechseln, wenn, gemäß einem siebten Bedingungssatz, ◯ der Einspeiseüberschuss-Informationsgeber (82) anzeigt, dass keine einspeisbare Überschussleistung verfügbar ist; ◯ der Wärmeabnehmer-Wärmebedarf-Sensor (381..m) anzeigt, dass der Wärmeabnehmer (3001..n) einen Wärmebedarf größer null aufweist; und ◯ die Temperatur TES des Wärmespeichermediums des elektrischen Energiespeichers (2001..n) kleiner oder gleich der Temperatur TWA des Wärmemediums des Wärmeabnehmers (3001..n) und/oder kleiner oder gleich der minimalen Temperatur TES_min des Wärmespeichermediums des elektrischen Energiespeichers (2001..n) ist; und/oder wobei die Betriebsmodi-Übergangs-Regelungseinheit (94) ausgelegt ist, von dem ersten, zweiten, dritten oder vierten Betriebsmodus in den fünften Betriebsmodus zu wechseln, wenn die Regelungseinheit (92) als Eingangssignal eine sicherheitsrelevante Fehlermeldung und/oder ein Wartungssignal für das thermische Koppelmodul (10) erhält. Thermal coupling module (10) according to Claim 4 , wherein the control unit (92) is configured to additionally control the thermal coupling module (10) in a fifth operating mode in which no thermal energy from the electrical energy storage (200 1..n ) or from the heat source (80) into the heat transport medium ( 90) is fed in and in which optionally all of the valves are closed; and wherein the operating mode transition control unit (94) is designed to switch from the first, second, third or fourth operating mode to the fifth operating mode if, according to a fourth set of conditions, ◯ the feed surplus information provider (82) indicates that none excess power that can be fed in is available; and ◯ the heat consumer heat demand sensor (38 1..m ) indicates that the heat consumer (300 1..n ) has no heat demand; and/or wherein the operating mode transition control unit (94) is designed to switch from the first, second, third or fourth operating mode to the fifth operating mode if, according to a fifth set of conditions, ◯ the feed-in surplus information provider (82) indicates, that an excess power greater than zero that can be fed in is available and can be supplied to the heat source (80); ◯ the heat consumer heat requirement sensor (38 1..m ) indicates that the heat consumer (300 1..n ) has no heat requirement; and ◯ the temperature (T ES ) of the heat storage medium of the electrical energy storage (200 1..n ) is greater than or equal to the maximum temperature (T ES_max ) of the heat storage medium of the electrical energy storage (200 1..n ); and/or wherein the operating mode transition control unit (94) is designed to switch from the first, second, third or fourth operating mode to the fifth operating mode if, according to a sixth set of conditions, ◯ the feed-in surplus information provider (82) indicates, that an excess power greater than zero that can be fed in is available and can be supplied to the heat source (80); ◯ the heat consumer heat requirement sensor (38 1..m ) indicates that the heat consumer (300 1..n ) has no heat requirement; ◯ the temperature (T ES ) of the heat storage medium of the electrical energy storage (200 1..n ) is smaller than the maximum temperature (T ES_max ) of the heat storage medium of the electrical energy storage (200 1..n ); and ◯ the sum of the forecast excess energy that can be fed in in the forecast period and usable heat energy from the electrical energy storage (200 1..n ) is greater than the forecast heat requirement energy in the forecast period; and/or wherein the operating mode transition control unit (94) is designed from the first, second, third th or fourth operating mode to switch to the fifth operating mode if, according to a seventh set of conditions, ◯ the feed-in surplus information provider (82) indicates that no feed-in surplus power is available; ◯ the heat consumer heat requirement sensor (38 1..m ) indicates that the heat consumer (300 1..n ) has a heat requirement greater than zero; and ◯ the temperature T ES of the heat storage medium of the electrical energy storage (200 1..n ) less than or equal to the temperature T WA of the heat medium of the heat consumer (300 1..n ) and/or less than or equal to the minimum temperature T ES_min of the heat storage medium of the electrical energy storage (200 1..n ); and/or wherein the operating mode transition control unit (94) is designed to switch from the first, second, third or fourth operating mode to the fifth operating mode when the control unit (92) provides a safety-relevant error message and/or a maintenance signal as an input signal the thermal coupling module (10) receives. Thermisches Koppelmodul (10) nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Regelungseinheit (92) ausgelegt ist, Zusatz-Wärmeenergie aus einer elektrischen Zusatzleistung aus dem Stromnetz von der Wärmequelle (80) in das Wärmetransportmedium (90) einzuspeisen, wenn der Wärmebedarf des Wärmeabnehmers (3001..n) größer ist als die Summe der nutzbaren Wärmeenergie des elektrischen Energiespeichers (2001..n) und des Betrags der einspeisbaren Überschussenergie aus der einspeisbaren Überschussleistung; und optional wobei die Betriebsmodi-Übergangs-Regelungseinheit (94) ausgelegt ist, von dem fünften Betriebsmodus in einen vierten Betriebsmodus zu wechseln, wenn der siebte Bedingungssatz im thermischen Koppelmodul (10) erfüllt ist.Thermal coupling module (10) according to Claim 4 or 5 , wherein the control unit (92) is designed to feed additional heat energy from an additional electrical power from the power network from the heat source (80) into the heat transport medium (90) when the heat requirement of the heat consumer (300 1..n ) is greater than that Sum of the usable thermal energy of the electrical energy storage (200 1..n ) and the amount of excess energy that can be fed in from the excess power that can be fed in; and optionally wherein the operating mode transition control unit (94) is designed to switch from the fifth operating mode to a fourth operating mode when the seventh set of conditions in the thermal coupling module (10) is fulfilled. Thermisches Kopplungssystem (100), umfassend: mindestens einen elektrischen Energiespeicher (2001..n); mindestens einen Wärmeabnehmer (3001..n); und ein thermisches Koppelmodul (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 zur Wärmeübertragung zwischen dem elektrischen Energiespeicher (2001..n) und dem Wärmeabnehmer (3001..n).Thermal coupling system (100), comprising: at least one electrical energy storage (200 1..n ); at least one heat consumer (300 1..n ); and a thermal coupling module (10) according to one of Claims 1 until 6 for heat transfer between the electrical energy storage (200 1..n ) and the heat consumer (300 1..n ). Thermisches Kopplungssystem (100) nach Anspruch 7, wobei der elektrische Energiespeicher (2001..n) ausgelegt ist, Wärmeenergie von der Wärmequelle (80) und/oder Wärmeenergie aus der Verlustleistung des elektrischen Energiespeichers (2001..n) bei elektrischem Betrieb zu speichern.Thermal coupling system (100) after Claim 7 , wherein the electrical energy storage (200 1..n ) is designed to store thermal energy from the heat source (80) and / or thermal energy from the power loss of the electrical energy storage (200 1..n ) during electrical operation. Thermisches Kopplungssystem (100) nach Anspruch 7 oder 8, wobei der elektrische Energiespeicher (2001..n) eine Lithium-Ionen-Batterie aufweist und der Energiespeicher-Wärmetauscher (201..n) als Temperaturregelungssystem der Lithium-Ionen-Batterie konfiguriert ist.Thermal coupling system (100) after Claim 7 or 8th , wherein the electrical energy storage (200 1..n ) has a lithium-ion battery and the energy storage heat exchanger (20 1..n ) is configured as a temperature control system of the lithium-ion battery. Thermisches Kopplungssystem (100) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei der elektrische Energiespeicher (2001..n) eine Flow-Batterie, insbesondere eine Redox-Flow-Batterie und vorzugsweise eine Vanadium-Redox-Flow-Batterie aufweist.Thermal coupling system (100) according to one of the Claims 7 until 9 , wherein the electrical energy storage (200 1..n ) has a flow battery, in particular a redox flow battery and preferably a vanadium redox flow battery. Thermisches Kopplungssystem (100) nach Anspruch 10, wobei das Wärmespeichermedium des elektrischen Energiespeichers (2001..n), das Wärmetransportmedium (90) des thermischen Koppelmoduls (10) und das Wärmemedium des Wärmeabnehmers (3001..n) jeweils ein flüssiges Medium ist; wobei das thermische Kopplungssystem (100) derart konfiguriert ist, dass der Druck im Wärmespeichermedium des elektrischen Energiespeichers (2001..n) kleiner als der Druck im Wärmetransportmedium (90) ist und der Druck im Wärmetransportmedium (90) kleiner als der Druck im Wärmemedium des Wärmeabnehmers (3001..n); wobei mindestens ein Sensor von dem Wärmeabnehmer-Wärmetauscher-Eingang-Sensor (481..m), Wärmeabnehmer-Wärmetauscher-Ausgang-Sensor (491..m), Energiespeicher-Wärmetauscher-Eingang-Sensor (541..n), Energiespeicher-Wärmetauscher-Ausgang-Sensor (561..n), Wärmequellen-Eingang-Sensor (84) und Wärmequellen-Ausgang-Sensor (86) zusätzlich ausgelegt ist, Messwerte eines Drucks im Wärmetransportmedium (90) zu ermitteln; und/oder wobei mindestens der Energiespeicher-Wärmetauscher-Ausgang-Sensor (561..n) oder mindestens der Wärmequellen-Eingang-Sensor (84) zusätzlich ausgelegt ist, Messwerte eines pH-Wertes und/oder einer Leitfähigkeit im Wärmetransportmedium (90) zu ermitteln; und/oder wobei mindestens der Energiespeicher-Sensor (261..n) zusätzlich ausgelegt ist, Messwerte eines Drucks im Wärmespeichermedium des elektrischen Energiespeichers (2001..n) zu ermitteln; wobei die Betriebsmodi-Übergangs-Regelungseinheit (94) ausgelegt ist, von dem ersten, zweiten, dritten oder vierten Betriebsmodus in den fünften Betriebsmodus zu wechseln und die Regelungseinheit (92) ausgelegt ist, eine weitere Zufuhr von thermischer und elektrischer Energie zum thermischen Kopplungssystem (100) zu unterbinden, wenn ◯ ein Betrag einer Druckänderung im Wärmetransportmedium (90) einen ersten Druckänderungsschwellwert überschreitet; und/oder ◯ ein Betrag einer pH-Wert-Änderung im Wärmetransportmedium (90) einen pH-Änderungsschwellwert überschreitet; und/oder ◯ ein Betrag einer Leitfähigkeitsänderung im Wärmetransportmedium (90) einen Leitfähigkeits-Änderungsschwellwert überschreitet; und/oder ◯ ein Betrag einer Druckänderung im Wärmespeichermedium des elektrischen Energiespeichers (2001..n) einen zweiten Druckänderungsschwellwert überschreitet; und/oder wobei ein Thermoschalter im elektrischen Energiespeicher (2001..n) ausgelegt ist, eine weitere Zufuhr von thermischer und elektrischer Energie zum thermischen Kopplungssystem (100) zu unterbinden, wenn die Temperatur (TES) des Wärmespeichermediums des elektrischen Energiespeichers (2001..n) größer oder gleich einer vorbestimmten Notaus-Temperatur (TES_Notaus) ist, wobei die Notaus-Temperatur (TES_Notaus) größer als die maximale Temperatur (TES_max) des Wärmespeichermediums des elektrischen Energiespeichers (2001..n) ist.Thermal coupling system (100) after Claim 10 , wherein the heat storage medium of the electrical energy storage (200 1..n ), the heat transport medium (90) of the thermal coupling module (10) and the heat medium of the heat collector (300 1..n ) are each a liquid medium; wherein the thermal coupling system (100) is configured such that the pressure in the heat storage medium of the electrical energy storage (200 1..n ) is smaller than the pressure in the heat transport medium (90) and the pressure in the heat transport medium (90) is smaller than the pressure in the heat medium of the heat consumer (300 1..n ); wherein at least one sensor from the heat consumer heat exchanger input sensor (48 1..m ), heat consumer heat exchanger output sensor (49 1..m ), energy storage heat exchanger input sensor (54 1..n ) , energy storage heat exchanger output sensor (56 1..n ), heat source input sensor (84) and heat source output sensor (86) are additionally designed to determine measured values of a pressure in the heat transport medium (90); and/or wherein at least the energy storage heat exchanger output sensor (56 1..n ) or at least the heat source input sensor (84) is additionally designed to receive measured values of a pH value and/or a conductivity in the heat transport medium (90) to determine; and/or wherein at least the energy storage sensor (26 1..n ) is additionally designed to determine measured values of a pressure in the heat storage medium of the electrical energy storage (200 1..n ); wherein the operating mode transition control unit (94) is designed to switch from the first, second, third or fourth operating mode to the fifth operating mode and the control unit (92) is designed to provide a further supply of thermal and electrical energy to the thermal coupling system ( 100) to prevent if ◯ an amount of a pressure change in the heat transport medium (90) exceeds a first pressure change threshold; and/or ◯ an amount of a pH change in the heat transport medium (90) exceeds a pH change threshold; and or ◯ an amount of a conductivity change in the heat transport medium (90) exceeds a conductivity change threshold; and/or ◯ an amount of a pressure change in the heat storage medium of the electrical energy storage (200 1..n ) exceeds a second pressure change threshold; and/or wherein a thermal switch in the electrical energy storage (200 1..n ) is designed to prevent further supply of thermal and electrical energy to the thermal coupling system (100) when the temperature (T ES ) of the heat storage medium of the electrical energy storage (200 1..n ) is greater than or equal to a predetermined emergency stop temperature ( TES_Notaus ), whereby the emergency stop temperature ( TES_Notaus ) is greater than the maximum temperature ( TES_max ) of the heat storage medium of the electrical energy storage (200 1..n ). . Thermisches Kopplungssystem (100) nach einem der Ansprüche 7 bis 11, wobei die Regelungseinheit (92) ausgelegt ist, die Temperatur (TES) des Wärmespeichermediums des elektrischen Energiespeichers (2001..n) über den Energiespeicher-Wärmetauscher (201..n) derart zu regeln, dass die Temperatur (TES) des Wärmespeichermediums eine vorbestimmte maximale Temperatur (TES_max) des Wärmespeichermediums nicht übersteigt, wobei die maximale Temperatur (TES_max) vorzugsweise eine Temperatur im Bereich von 30 °C und 60 °C ist, und weiter bevorzugt etwa 40 °C ist; und optional dass die Temperatur (TES) des Wärmespeichermediums der mindestens einen Flow-Batterie nach Anspruch 10 eine vorbestimmte minimale Temperatur (TES_min) des Wärmespeichermediums nicht unterschreitet, wobei die minimale Temperatur (TES_min) vorzugsweise eine Temperatur im Bereich von 5 °C und 20 °C ist, und weiter bevorzugt etwa 10 °C ist.Thermal coupling system (100) according to one of the Claims 7 until 11 , wherein the control unit (92) is designed to regulate the temperature (T ES ) of the heat storage medium of the electrical energy storage (200 1..n ) via the energy storage heat exchanger (20 1..n ) in such a way that the temperature (T ES ) of the heat storage medium does not exceed a predetermined maximum temperature (T ES_max ) of the heat storage medium, wherein the maximum temperature (T ES_max ) is preferably a temperature in the range of 30 ° C and 60 ° C, and more preferably is about 40 ° C; and optionally that the temperature (T ES ) of the heat storage medium of the at least one flow battery Claim 10 does not fall below a predetermined minimum temperature (T ES_min ) of the heat storage medium, wherein the minimum temperature (T ES_min ) is preferably a temperature in the range of 5 ° C and 20 ° C, and more preferably is about 10 ° C. Thermisches Kopplungssystem (100) nach einem der Ansprüche 7 bis 12, wobei der Wärmeabnehmer (3001..n) einen Wärmespeicher (3021..n), insbesondere einen Warmwasserspeicher, zur Speicherung von Wärmeenergie aufweist, welcher einen Kaltwasserzulauf (3041..n) aufweist; und optional wobei die Regelungseinheit (92) ausgelegt ist, die Temperatur in dem Kaltwasserzulauf (3041..n) und/oder in dem Wärmespeicher (3021..n) für einen vorgegebenen Zeitraum über den Wärmeabnehmer-Wärmetauscher (301..m) derart zu regeln, dass die Temperatur eine Mindesttemperatur zum Aufbereiten von Wasser, insbesondere von Trinkwasser, erreicht.Thermal coupling system (100) according to one of the Claims 7 until 12 , wherein the heat consumer (300 1..n ) has a heat storage (302 1..n ), in particular a hot water storage, for storing thermal energy, which has a cold water inlet (304 1..n ); and optionally, the control unit (92) is designed to control the temperature in the cold water inlet (304 1..n ) and/or in the heat storage (302 1..n ) for a predetermined period of time via the heat consumer heat exchanger (30 1.. m ) to be regulated in such a way that the temperature reaches a minimum temperature for treating water, especially drinking water. Verfahren zur Wärmeübertragung zwischen mindestens einem elektrischen Energiespeicher (2001..n), einem thermischen Koppelmodul (10) umfassend eine Wärmequelle (80) und mindestens einem Wärmeabnehmer (3001..n), wobei das Verfahren vier Betriebsmodi mit folgenden Schritten aufweist: Übertragen von Wärmeenergie in einem ersten Betriebsmodus von dem elektrischen Energiespeicher (2001..n) und/oder der Wärmequelle (80) zu dem Wärmeabnehmer (3001..n); Übertragen von Wärmeenergie in einem zweiten Betriebsmodus von der Wärmequelle (80) zu dem Wärmeabnehmer (3001..n) und zu dem elektrischen Energiespeicher (2001..n); Übertragen von Wärmeenergie in einem dritten Betriebsmodus von der Wärmequelle (80) zu dem elektrischen Energiespeicher (2001..n); und Übertragen von Wärmeenergie in einem vierten Betriebsmodus von der Wärmequelle (80) zu dem Wärmeabnehmer (3001..n); wobei das thermische Koppelmodul ein thermisches Koppelmodul gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 ist.Method for heat transfer between at least one electrical energy storage (200 1..n ), a thermal coupling module (10) comprising a heat source (80) and at least one heat collector (300 1..n ), the method having four operating modes with the following steps: Transferring thermal energy in a first operating mode from the electrical energy storage (200 1..n ) and/or the heat source (80) to the heat collector (300 1..n ); Transferring thermal energy in a second operating mode from the heat source (80) to the heat consumer (300 1..n ) and to the electrical energy storage (200 1..n ); Transferring thermal energy in a third operating mode from the heat source (80) to the electrical energy storage (200 1..n ); and transferring thermal energy in a fourth operating mode from the heat source (80) to the heat consumer (300 1..n ); wherein the thermal coupling module is a thermal coupling module according to one of Claims 1 until 6 is.
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