DE102022207515A1 - Energiespeichersystem - Google Patents

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Taejun KIM
Byeongsu Kim
Kijung RYU
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LG Electronics Inc
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Abstract

Ein Energiespeichersystem weist auf: einen Batteriepack, in dem mehrere elektrisch verbundene Batteriezellen angeordnet sind; einen Leistungswandler, der einen Elektrizitätskennwert umwandelt, um die mehreren im Batteriepack angeordneten Batteriezellen zu laden oder zu entladen; eine Pumpe, die dem Batteriepack oder dem Leistungswandler ein Fluid zuführt; einen Kühler, der Wärme des durch die Pumpe strömenden Fluids mit Luft austauscht; ein erstes Ventil, das ein von der Pumpe abgegebenes Fluid zum Leistungswandler oder zum Batteriepack leitet; und ein zweites Ventil, das das vom Leistungswandler abgegebene Fluid zum Batteriepack oder zum Kühler leitet.

Description

  • Diese Offenbarung betrifft ein Energiespeichersystem und insbesondere ein Energiespeichersystem zum Kühlen einer Batterie o. ä. mit Hilfe eines Fluids.
  • Allgemein kommt es zu Wärmeableitung der meisten Energiespeichersysteme bisher hauptsächlich durch Zwangskonvektion mit Hilfe eines Lüfters oder natürliche Konvektion mit Hilfe eines Kühlkörpers. In diesem Fall nutzen kommerzielle und industrielle Energiespeichersysteme ein Luftkühlverfahren mit Hilfe eines Lüfters, und Energiespeichersysteme für den Privatgebrauch verwenden ein natürliches Konvektionsverfahren. Da bei Energiespeichersystemen für den Privatgebrauch die Kapazität verglichen mit kommerziellen und industriellen Energiespeichersystemen gering ist, kann die Heizelementwärme zu einem Kühlkörper abgeleitet werden. Bei kommerziellen und industriellen Energiespeichersystemen mit großer Kapazität kommt vorwiegend das Luftkühlverfahren mit Hilfe eines Lüfters zum Einsatz. Grund dafür ist, dass bei eingebautem Lüfter Teile, die mehr Wärme mit natürlicher Konvektion erzeugen, mit dem Lüfter im Vergleich zu natürlicher Konvektion leicht gekühlt werden können.
  • Die US 8448696 B2 offenbart eine Wasserkühlstruktur zur Kühlung eines Leistungswandlers und eines Batteriepacks mit Hilfe eines Vierwegeventils. Dieses Dokument offenbart den Einsatz eines Vierwegeventils, um vier Betriebsmodi mit einem Ventil mit einer einzigen Form zu verwenden.
  • Setzt man ein Vierwegeventil ein, kann jedoch bei Strömungsleitung in zwei oder drei Richtungen eine große Strömungsmenge in einer Richtung auftreten. Außerdem ist beim Vierwegeventil problematisch, dass die Strömung vorübergehend gestoppt werden kann, wenn die Richtung geändert und die Strömung geöffnet/geschlossen wird. Bei Gebrauch eines Vierwegeventils besteht zudem ein Problem darin, dass zwei Pumpen verwendet werden müssen, um die Strömungsrichtung zu ändern.
  • Die Offenbarung kam angesichts dieser Probleme zustande und stellt ein Energiespeichersystem bereit, das eine Batterie kühlen und erwärmen kann, indem eine einzelne Pumpe in einer Struktur zum Kühlen eines Batteriepacks durch Wasserkühlung verwendet wird.
  • Ferner stellt die Offenbarung ein Energiespeichersystem bereit, das eine Strömung durch ein Teil zur Zufuhr eines Fluids einstellen kann.
  • Gemäß einem Aspekt der Offenbarung weist ein Energiespeichersystem auf: einen Batteriepack, in dem mehrere elektrisch verbundene Batteriezellen angeordnet sind; einen Leistungswandler, der einen Elektrizitätskennwert umwandelt, um die mehreren im Batteriepack angeordneten Batteriezellen zu laden oder zu entladen; eine Pumpe, die dem Batteriepack oder dem Leistungswandler ein Fluid zuführt; einen Kühler, der Wärme des durch die Pumpe strömenden Fluids mit Luft austauscht; ein erstes Ventil, das ein von der Pumpe abgegebenes Fluid zum Leistungswandler oder zum Batteriepack leitet; und ein zweites Ventil, das das vom Leistungswandler abgegebene Fluid zum Batteriepack oder zum Kühler leitet, so dass verschiedene Betriebsmodi über eine Pumpe und zwei Ventile realisiert werden können.
  • Ferner weist das Energiespeichersystem auf: eine Leistungswandler-Einlassleitung, die das erste Ventil und den Leistungswandler verbindet; eine Kühlereinlassleitung, die das vom zweiten Ventil abgegebene Fluid zum Kühler leitet; eine erste Ventilabgabeleitung, die das vom ersten Ventil abgegebene Fluid zum Batteriepack leitet; eine zweite Ventilabgabeleitung, die das vom zweiten Ventil abgegebene Fluid zum Batteriepack leitet; und eine Batteriepack-Einlassleitung, in der die erste Ventilabgabeleitung und die zweite Ventilabgabeleitung zusammenlaufen und die mit dem Batteriepack verbunden ist, so dass das vom zweiten Ventil abgegebene Fluid in Kombination mit dem vom ersten Ventil abgegebenen Fluid strömen kann oder getrennt strömen kann.
  • Ein Rückschlagventil ist in der zweiten Ventilabgabeleitung angeordnet, um zu verhindern, dass das Fluid in Richtung des zweiten Ventils zurückströmt.
  • Das erste Ventil leitet das von der Pumpe zulaufende Fluid zum Leistungswandler oder zum Batteriepack oder sowohl zum Leistungswandler als auch zum Batteriepack, so dass der Leistungswandler und der Batteriepack jeweils einzeln gekühlt werden können oder der Leistungswandler und der Batteriepack gleichzeitig gekühlt werden können.
  • Außerdem weist das Energiespeichersystem auf: eine Steuerung, die einen Betrieb des ersten Ventils und des zweiten Ventils steuert; einen Batteriepack-Temperatursensor, der eine Temperatur des Batteriepacks detektiert; und einen Leistungswandler-Temperatursensor, der eine Temperatur des Leistungswandlers detektiert, wobei die Steuerung eine Strömungsgeschwindigkeit des dem Batteriepack und dem Leistungswandler zugeführten Fluids auf der Grundlage der durch den Batteriepack-Temperatursensor detektierten Temperatur und der durch den Leistungswandler-Temperatursensor detektierten Temperatur einstellt, so dass die Strömungsgeschwindigkeit des Fluids für einen Ort eingestellt werden kann, an dem relativ mehr Kühlung erforderlich ist.
  • Zudem weist das Energiespeichersystem auf: einen Fluidtemperatursensor, der eine Temperatur des vom Kühler abgegebenen Fluids detektiert; und einen Lüfter, der dem Kühler Außenluft zuführt, wobei dann, wenn die durch den Fluidtemperatursensor detektierte Temperatur des Fluids eine erste Einstelltemperatur übersteigt, die Steuerung die Pumpe betreibt, um eine Drehzahl des Lüfters zu erhöhen und die Strömungsgeschwindigkeit des dem Kühler zugeführten Fluids zu erhöhen, wodurch die Temperatursteuerung des Leistungswandlers oder des Batteriepacks schnell erreicht wird.
  • In einem gleichzeitigen Kühlmodus zur gleichzeitigen Kühlung des Leistungswandlers und des Batteriepacks gibt das erste Ventil das von der Pumpe zulaufende Fluid sowohl zum Leistungswandler als auch zum Batteriepack ab, so dass der Batteriepack und der Leistungswandler gleichzeitig gekühlt werden können.
  • Im gleichzeitigen Kühlmodus steuert die Steuerung einen Betrieb der Pumpe, um die Strömungsgeschwindigkeit des von der Pumpe abgegebenen Fluids zu erhöhen und dadurch den Kühlwirkungsgrad sowohl des Batteriepacks als auch des Leistungswandlers zu steigern.
  • Im gleichzeitigen Kühlmodus vergleicht die Steuerung die vom Batteriepack-Temperatursensor detektierte Temperatur und die vom Leistungswandler-Temperatursensor detektierte Temperatur und stellt das erste Ventil ein, um die Strömungsgeschwindigkeit des Fluids zu einem Ort mit höherer Temperatur zwischen dem Batteriepack und dem Leistungswandler zu erhöhen, so dass die Strömungsgeschwindigkeit des Fluids für einen Ort eingestellt werden kann, an dem relativ mehr Kühlung erforderlich ist.
  • In einem kombinierten Modus zum Kühlen des Leistungswandlers und zum Erwärmen des Batteriepacks stellt die Steuerung das erste Ventil und das zweite Ventil so ein, dass das durch die Pumpe strömende Fluid nacheinander zum Leistungswandler und zum Batteriepack strömt, wodurch der Leistungswandler gekühlt und der Batteriepack erwärmt wird.
  • Im kombinierten Modus stellt die Steuerung das erste Ventil so ein, dass das von der Pumpe zugeführte Fluid dem Leistungswandler zugeführt wird, und stellt das zweite Ventil so ein, dass das vom Leistungswandler zugeführte Fluid dem Batteriepack zugeführt wird.
  • Weiterhin weist das Energiespeichersystem einen Lüfter auf, der dem Kühler Außenluft zuführt, wobei im kombinierten Modus die Steuerung einen Betrieb des Lüfters stoppt, wodurch Leistungsverlust in einer Situation vermieden wird, in der kein Wärmeableitzustand erforderlich ist.
  • Das erste Ventil oder das zweite Ventil verwendet ein Dreiwegeventil mit einem Einlass und zwei Auslässen, so dass eine Pumpe und zwei Dreiwegeventile vorgesehen sein können.
  • Das erste Ventil und das zweite Ventil weisen jeweils auf: eine Verteilerleitung, die einen darin gebildeten Strömungsweg aufweist, den das Fluid durchströmt, und einen ersten Auslass und einen zweiten Auslass hat, die in einer anderen Richtung als der Einlass geöffnet sind und in einer Seite gebildet sind; ein Drehventil, das innerhalb der Verteilerleitung drehbar angeordnet ist und eine Strömungsrichtung des innerhalb der Verteilerleitung strömenden Fluids einstellt; und einen Ventilmotor, der in einer Seite der Verteilerleitung angeordnet ist und das Drehventil dreht, wobei das vom Einlass strömende Fluid zum ersten Auslass oder zweiten Auslass übertragen wird, wenn das Drehventil dreht.
  • Die Verteilerleitung weist auf: eine Einlassleitung, die den Einlass hat und einen Zulaufkanal darin bildet; eine erste Abgabeleitung, die den ersten Auslass und einen darin gebildeten ersten Abgabekanal hat, eine zweite Abgabeleitung, die den zweiten Auslass und einen darin gebildeten zweiten Abgabekanal hat, und einen Verteilerleitungskörper, der den Zulaufkanal mit der ersten Abgabeleitung oder der zweiten Abgabeleitung kommunizieren lässt, wobei die erste Abgabeleitung und die zweite Abgabeleitung jeweils senkrecht zur Einlassleitung angeordnet sind und das Drehventil einen Ventileinlass, der mit dem Zulaufkanal kommuniziert und der in einer Unterseite gebildet ist, sowie einen ersten Ventilauslass und einen zweiten Ventilauslass hat, die in senkrechter Richtung zur Unterseite gebildet sind, wobei der Ventilmotor einen Öffnungsbereich sowohl des ersten Ventilauslasses als auch des zweiten Ventilauslasses einstellt, wodurch die Strömungsgeschwindigkeit des zu jedem Auslass abgegebenen Fluids eingestellt wird.
  • Die Einzelheiten anderer Ausführungsformen finden sich in der näheren Beschreibung und den Zeichnungen.
  • Diese und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Offenbarung gehen aus der folgenden näheren Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen deutlicher hervor. Es zeigen:
    • 1 eine schematische Darstellung eines Energiespeichersystems gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung;
    • 2 eine Perspektivansicht eines ersten Ventils oder eines zweiten Ventils gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung;
    • 3A eine Querschnittansicht einer Seite eines Steuerventils, wenn einem ersten Lastteil Wasser zugeführt wird;
    • 3B eine Querschnittansicht der anderen Seite des Steuerventils, wenn dem ersten Lastteil Wasser zugeführt wird;
    • 4A eine Querschnittansicht einer Seite des Steuerventils, wenn einem zweiten Lastteil Wasser zugeführt wird;
    • 4B eine Querschnittansicht der anderen Seite des Steuerventils, wenn dem zweiten Lastteil Wasser zugeführt wird;
    • 5A eine Querschnittansicht einer Seite des Steuerventils, wenn dem ersten Lastteil und dem zweiten Lastteil Wasser zugeführt wird;
    • 5B eine Querschnittansicht der anderen Seite des Steuerventils, wenn dem ersten Lastteil und dem zweiten Lastteil Wasser zugeführt wird;
    • 6 ein Blockdiagramm einer Steuerung und einer sie betreffenden Konfiguration gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung;
    • 7 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Strömung eines Fluids in einem gleichzeitigen Kühlmodus des Energiespeichersystems der Offenbarung;
    • 8 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Strömung eines Fluids in einem kombinierten Modus des Energiespeichersystems der Offenbarung;
    • 9 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Strömung eines Fluids in einem Batteriepack-Kühlmodus des Energiespeichersystems der Offenbarung; und
    • 10 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Strömung eines Fluids in einem Leistungswandler-Kühlmodus des Energiespeichersystems der Offenbarung.
  • Nachstehend werden Vorteile und Merkmale der Offenbarung sowie Verfahren zu ihrer Realisierung mit Bezug auf die in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen näher beschriebenen Ausführungsformen deutlich. Gleichwohl ist die Offenbarung nicht auf die nachstehend offengelegten Ausführungsformen beschränkt, sondern kann in verschiedenen anderen Formen ausgeführt sein, und diese Ausführungsformen dienen nur dazu, die Offenbarung vollständig zu machen und den Fachmann auf dem Gebiet der Offenbarung vollständig über den Schutzumfang der Erfindung in Kenntnis zu setzen, wobei die Offenbarung nur durch den Schutzumfang der Ansprüche festgelegt ist. Gleiche Bezugszahlen bezeichnen durchweg gleiche Elemente.
  • Nachfolgend wird die Offenbarung anhand der Zeichnungen beschrieben, um ein Energiespeichersystem gemäß Ausführungsformen der Offenbarung zu erläutern.
  • Gemäß 1 verfügt ein Energiespeichersystem 10 über ein Gehäuse 12, einen Batteriepack 30, der innerhalb des Gehäuses 12 angeordnet ist und in dem mehrere Batteriezellen (nicht gezeigt) angeordnet sind, einen Leistungswandler 35 (PCS), der Elektrizitätskennwerte umwandelt, um mehrere im Batteriepack 30 angeordnete Batteriezellen zu laden oder zu entladen, eine Pumpe 60 zum Zuführen eines Kühlfluids zum Batteriepack 30 oder zum Leistungswandler 35, einen Kühler 20 zum Kühlen eines von der Pumpe 60 strömenden Kühlfluids, einen Lüfter 18, der eine Luftströmung zum Kühler 20 erzeugt, ein erstes Ventil 62 zum Leiten des von der Pumpe 60 strömenden Kühlfluids zum Batteriepack 30 oder zum Leistungswandler 35 und ein zweites Ventil 64 zum Leiten des vom Leistungswandler 35 strömenden Kühlfluids zum Batteriepack 30 oder zum Kühler 20.
  • Das Energiespeichersystem 10 kann eine Kühlfluidleitung aufweisen, die innerhalb des Gehäuses 12 angeordnet ist und ein durch den Betrieb der Pumpe 60 strömendes Kühlfluid dem Batteriepack 30 oder dem Leistungswandler 35 zuführt.
  • Das Gehäuse 12 kann einen Packlagerraum 12a, in dem der Batteriepack 30 angeordnet ist, und einen Wärmeableitraum 12b aufweisen, der in der Oberseite des Packlagerraums 12a gebildet ist und in dem der Leistungswandler 35, die Pumpe 60 und der Kühler 20 angeordnet sind.
  • Das Gehäuse 12 hat eine Seite mit einem Einlassloch 14, über das Außenluft durch den Lüfter 18 eingeleitet wird, und die andere Seite mit einem Abgabeloch 16, über das die im Inneren des Gehäuses 12 strömende Luft durch den Lüfter 18 nach außen abgegeben wird.
  • Der Batteriepack 30 ist im Packlagerraum 12a des Gehäuses 12 angeordnet. Mehrere Batteriezellen können innerhalb des Batteriepacks 30 in Reihe oder parallel verbunden sein. Innerhalb des Gehäuses 12 können mehrere Batteriepacks 30 angeordnet sein. Jeder der mehreren Batteriepacks 30 kann in Reihe miteinander verbunden sein.
  • Der Batteriepack 30 kann mehrere Batteriezellen 33, ein Packgehäuse 32, in dem die mehreren Batteriezellen 33 gelagert sind, und eine erste Kühlplatte 34 aufweisen, die mit den mehreren Batteriezellen 33 in Kontakt steht und von einem Fluid durchströmt wird.
  • Das Packgehäuse 32 bildet einen Raum, in dem mehrere Batteriezellen 33 angeordnet sind. Das Packgehäuse 32 kann eine Struktur zur Befestigung der darin angeordneten mehreren Batteriezellen 33 bilden.
  • Die mehreren Batteriezellen 33 können so angeordnet sein, dass sie innerhalb des Packgehäuses 32 in dieselbe Richtung weisen.
  • Eine erste Kühlplatte 34 kann in einer Seite des Packgehäuses 32 oder innerhalb des Packgehäuses 32 angeordnet sein. Die erste Kühlplatte 34 kann zwischen den mehreren Batteriezellen 33 angeordnet sein, die innerhalb des Packgehäuses 32 angeordnet sind. Die erste Kühlplatte 34 kann Wärme absorbieren, die in der Batteriezelle 33 erzeugt wird. Die erste Kühlplatte 34 kann einen Strömungsweg bilden, den das Fluid darin durchströmt.
  • Der Leistungswandler 35 kann eine Leiterplatte 36, ein Bauelement zur Leistungswandlung (Bipolartransistor mit isoliertem Gate: IGBT), das in einer Seite der Leiterplatte 36 angeordnet ist und die Leistungswandlung durchführt, und eine zweite Kühlplatte 38 zur Kühlung des Bauelements 37 zur Leistungswandlung aufweisen.
  • Das Bauelement zur Leistungswandlung kann ein Bipolartransistor mit isoliertem Gate sein. Ein solches Bauelement zur Leistungswandlung kann als A/D-Wandler arbeiten, der Wechselstrom einer Batterie in Gleichstrom umwandelt, um eine elektronische Vorrichtung, die Gleichstrom benötigt, mit Hilfe von Wechselstrom zu betreiben, und kann umgekehrt als Inverter arbeiten, der Gleichstrom in Wechselstrom umwandelt, um eine elektronische Vorrichtung, die Wechselstrom benötigt, mit Hilfe einer Speicherbatterie zu betreiben.
  • Die zweite Kühlplatte 38 kann in einer Seite der Leiterplatte 36 angeordnet sein, um vom Leistungswandler 35 erzeugte Wärme zu absorbieren. Innerhalb der zweiten Kühlplatte 38 kann ein Strömungsweg gebildet sein, den das Fluid durchströmt.
  • Das Energiespeichersystem 10 kann aufweisen: eine Pumpenabgabeleitung 40, die die Pumpe 60 und das erste Ventil 62 verbindet, eine Leistungswandler-Einlassleitung 42, die das erste Ventil 62 und den Leistungswandler 35 verbindet, eine Leistungswandler-Abgabeleitung 44, die das Konditioniersystem 35 und das zweite Ventil 64 verbindet, eine Kühlereinlassleitung 46, die das zweite Ventil 64 und den Kühler 20 verbindet, eine erste Ventilabgabeleitung 48 zum Leiten des vom ersten Ventil 62 abgegebenen Fluids zum Batteriepack 30, eine zweite Ventilabgabeleitung 54 zum Leiten des vom zweiten Ventil 64 abgegebenen Fluids zum Batteriepack 30, eine Batteriepack-Einlassleitung 50, in der die erste Ventilabgabeleitung 48 und die zweite Ventilabgabeleitung 54 zusammenlaufen und die mit dem Batteriepack 30 verbunden ist, und eine Batteriepack-Abgabeleitung 52, die den Batteriepack 30 und den Kühler 20 verbindet. Ein Rückschlagventil 55 kann in der zweiten Ventilabgabeleitung 54 angeordnet sein, um zu verhindern, dass das Fluid in Richtung des zweiten Ventils 64 zurückströmt.
  • Das erste Ventil 62 kann das von der Strömungspumpe 60 strömende Fluid dem Leistungswandler 35 und/oder dem Batteriepack 30 zuführen. Das zweite Ventil 64 kann das vom Leistungswandler 35 strömende Fluid dem Batteriepack 30 oder dem Kühler 20 zuführen.
  • Erstes Ventil, zweites Ventil
  • Nachstehend werden das erste Ventil 62 und das zweite Ventil 64 gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung anhand von 2 bis 5B beschrieben. Die in 2 bis 5B beschriebenen Inhalte können sowohl auf das erste Ventil 62 als auch auf das zweite Ventil 64 angewendet werden.
  • Das erste Ventil 62 und das zweite Ventil 64 können ein Dreiwegeventil mit einem Einlass und zwei Auslässen verwenden.
  • Die Ventile 62 und 64 der Offenbarung verfügen über eine Verteilerleitung 110, in der ein Strömungsweg gebildet ist, den das Fluid durchströmt, und einen Einlass 102 und zwei Auslässe 104 und 506 hat, ein Drehventil 120, das innerhalb der Verteilerleitung 110 drehbar angeordnet ist und die Strömungsrichtung des innerhalb der Verteilerleitung 110 strömenden Fluids steuert, und einen Ventilmotor 130, der in einer Seite der Verteilerleitung 110 angeordnet ist und das Drehventil 120 dreht.
  • Die Verteilerleitung 110 verfügt über eine Zulaufleitung 112, die den Einlass 102 hat und einen Zulaufkanal 112a darin bildet, eine erste Abgabeleitung 114, die einen ersten Auslass 104 und einen darin gebildeten ersten Abgabekanal 114a hat, eine zweite Abgabeleitung 116, die einen zweiten Auslass 106 und einen darin gebildeten zweiten Abgabekanal 116a hat, und einen Verteilerleitungskörper 118, der die Zulaufleitung 112 mit der ersten Abgabeleitung 114 und der zweiten Abgabeleitung 116 verbindet.
  • Die Zulaufleitung 112 sowie die erste Abgabeleitung 114 und die zweite Abgabeleitung 116 sind senkrecht zueinander angeordnet. Die erste Abgabeleitung 114 und die zweite Abgabeleitung 116 erstrecken sich im Hinblick auf den Verteilerleitungskörper 118 in Gegenrichtungen. Die erste Abgabeleitung 114 und die zweite Abgabeleitung 116 sind parallel zueinander angeordnet. Der Ventilmotor 130 kann in Gegenrichtung der Zulaufleitung 112 im Hinblick auf den Verteilerleitungskörper 118 angeordnet sein.
  • Innerhalb des Verteilerleitungskörpers 118 ist eine gemeinsam genutzte Kammer 118a gebildet, die den Zulaufkanal 112a, den ersten Abgabekanal 114a und den zweiten Abgabekanal 116a verbindet. Ein Drehventil ist in der gemeinsam genutzten Kammer 118a drehbar angeordnet.
  • Das Drehventil 120 hat einen Ventileinlass 122, der mit dem Zulaufkanal 112a kommuniziert und der in der Unterseite gebildet ist, sowie einen ersten Ventilauslass 124 und einen zweiten Ventilauslass 126, die in senkrechter Richtung zur Unterseite gebildet sind. Der erste Ventilauslass 124 und der zweite Ventilauslass 126 können in senkrechter Richtung zueinander gebildet sein. Folglich kann bei Drehung des Drehventils 120 das vom Einlass 102 strömende Fluid zum ersten Auslass 104 oder zum zweiten Auslass 106 geleitet werden.
  • Der erste Ventilauslass 124 und der zweite Ventilauslass 126 sind in vertikaler Richtung ausgebildet. Kommuniziert der erste Ventilauslass 124 mit dem ersten Abgabekanal 114a gemäß 3A und 3B, ist der zweite Abgabekanal 116a somit blockiert. Kommuniziert zudem gemäß 5A und 5B der zweite Ventilauslass 126 mit dem zweiten Abgabekanal 116a, ist der erste Abgabekanal 114a blockiert.
  • Gemäß 4A bis 4B kann der erste Ventilauslass 124 mit dem ersten Auslasskanal 114a kommunizieren, und der zweite Ventilauslass 126 kann so angeordnet sein, dass er mit dem zweiten Auslasskanal 116a kommuniziert. Jedoch sind in diesem Fall der Öffnungsbetrag des ersten Ventilauslasses 124 und der Öffnungsbetrag des zweiten Ventilauslasses 126 verkleinert, so dass die Strömungsgeschwindigkeit, die in den ersten Abgabekanal 114a und den zweiten Abgabekanal 116a strömt, verringert sein kann.
  • Der Ventilmotor 130 kann einen Gleichstrommotor nutzen. Demzufolge kann der Drehbereich des Drehventils 120 durch Ändern eines am Ventilmotor 130 angelegten Impulses eingestellt werden.
  • Liegt gemäß 3A und 3B ein Strom mit einem ersten Stromwert am Ventilmotor 130 an, kommunizieren der erste Ventilauslass 124 und der erste Auslasskanal 114a miteinander. Hierbei kann der erste Stromwert 0 Impulse betragen. Liegt der Strom mit einem ersten Stromwert am Ventilmotor 130 an, kann das in den Einlass 102 eingeleitete Fluid zum ersten Auslass 104 strömen.
  • Liegt im ersten Ventil 62 der Strom mit einem ersten Stromwert am Ventilmotor 130 an, kann das von der Pumpe 60 zulaufende Fluid dem Leistungswandler 35 zugeführt werden. Liegt im zweiten Ventil 64 der Strom mit einem ersten Stromwert am Ventilmotor 130 an, kann das vom Leistungswandler 35 zulaufende Fluid dem Kühler 20 zugeführt werden.
  • Liegt gemäß 5A bis 5B ein Strom mit einem zweiten Stromwert am Ventilmotor 130 an, kommunizieren der zweite Ventilauslass 126 und der zweite Auslasskanal 116a miteinander. Hierbei kann der zweite Stromwert größer als der erste Stromwert sein. In einem Beispiel kann der zweite Stromwert 2000 Impulse betragen.
  • Liegt der Strom mit einem zweiten Stromwert am Ventilmotor 130 an, kann das in den Einlass 102 eingeleitete Fluid zum zweiten Auslass 106 strömen.
  • Liegt im ersten Ventil 62 der Strom mit einem zweiten Stromwert am Ventilmotor 130 an, kann das von der Pumpe 60 zulaufende Fluid dem Batteriepack 30 zugeführt werden. Liegt im zweiten Ventil 64 der Strom mit einem zweiten Stromwert am Ventilmotor 130 an, kann das vom Leistungswandler 35 zulaufende Fluid dem Batteriepack 30 zugeführt werden.
  • Liegt gemäß 4A und 4B der Strom mit einem dritten Stromwert am Ventilmotor 130 an, kommunizieren der erste Ventilauslass 124 und der erste Abgabekanal 114a miteinander, und der zweite Ventilauslass 126 und der zweite Abgabekanal 116a kommunizieren miteinander. Der dritte Stromwert kann größer als der erste Stromwert und kleiner als der zweite Stromwert sein. In einem Beispiel kann der dritte Stromwert 1000 Impulse betragen.
  • Liegt der Strom mit einem dritten Stromwert am Ventilmotor 130 an, kann das in den Einlass 102 eingeleitete Fluid zum ersten Auslass 104 und zum zweiten Auslass 106 strömen.
  • Liegt im ersten Ventil 62 der Strom mit einem dritten Stromwert am Ventilmotor 130 an, kann das von der Pumpe 60 zulaufende Fluid sowohl dem Leistungswandler 35 als auch dem Batteriepack 30 zugeführt werden. Liegt im zweiten Ventil 64 der Strom mit einem dritten Stromwert am Ventilmotor 130 an, kann das vom Leistungswandler 35 zulaufende Fluid sowohl dem Batteriepack 30 als auch dem Kühler 20 zugeführt werden.
  • Obwohl in der Zeichnung nicht gezeigt, kann am Ventilmotor 130 ein Strom mit einem vierten Stromwert, der größer als der erste Stromwert und kleiner als der dritte Stromwert ist, angelegt werden, oder es kann ein Strom mit einem fünften Stromwert, der größer als der dritte Stromwert und kleiner als der zweite Stromwert ist, angelegt werden.
  • Liegt der Strom mit einem vierten Stromwert am Ventilmotor 130 an, wird das Fluid zum ersten Auslass 104 und zum zweiten Auslass 106 abgegeben. Allerdings kann die Menge des zum ersten Auslass 104 abgegebenen Fluids größer als die Menge des zum zweiten Auslass 106 abgegebenen Fluids sein.
  • Liegt der Strom mit einem fünften Stromwert am Ventilmotor 130 an, wird das Fluid zum ersten Auslass 104 und zum zweiten Auslass 106 abgegeben. Allerdings kann die zum ersten Auslass 104 abgegebene Fluidmenge kleiner als die zum zweiten Auslass 106 abgegebene Fluidmenge sein.
  • Punkte im Zusammenhang mit einer Steuerung
  • Im Folgenden werden eine Steuerung und eine relevante Konfiguration anhand von 6 beschrieben.
  • Das Energiespeichersystem 10 kann eine Steuerung 70 zum Steuern des Betriebs der Pumpe 60, des Betriebs des Lüfters 18 und des Öffnens und Schließens des ersten Ventils 62 und des zweiten Ventils 64 aufweisen.
  • Das Energiespeichersystem 10 kann einen Batteriepack-Temperatursensor 72 zum Detektieren der Temperatur des Batteriepacks 30, einen Leistungswandler-Temperatursensor 74 zum Detektieren der Temperatur des Leistungswandlers 35 und einen Fluidtemperatursensor 76 zum Detektieren der Temperatur des vom Kühler 20 abgegebenen Fluids aufweisen.
  • Die Steuerung 70 kann den Batteriepack 30 oder den Leistungswandler 35 kühlen, indem sie das erste Ventil 62 und das zweite Ventil 64 auf der Grundlage der Temperatur einstellt, die vom Batteriepack-Temperatursensor 72, vom Leistungswandler-Temperatursensor 74 und vom Fluidtemperatursensor 76 detektiert wird. Die Steuerung 70 kann das erste Ventil 62 und das zweite Ventil 64 so einstellen, dass eine vom ersten Ventil 62 oder vom zweiten Ventil 64 abgegebene Fläche eingestellt wird oder ein Öffnungsgrad einer entsprechenden Fläche eingestellt wird.
  • Außerdem kann die Steuerung 70 die Drehzahl des Lüfters 18 oder der Pumpe 60 auf der Grundlage der Temperatur einstellen, die vom Batteriepack-Temperatursensor 72, vom Leistungswandler-Temperatursensor 74 und vom Fluidtemperatursensor 76 detektiert wird.
  • Betrieb
  • Nachfolgend wird ein Betrieb des Energiespeichersystems 10 anhand von 7 bis 10 beschrieben.
  • Das Energiespeichersystem 10 kann in einem gleichzeitigen Kühlmodus zum gleichzeitigen Kühlen des Batteriepacks 30 und des Leistungswandlers 35, in einem kombinierten Modus zum Kühlen des Leistungswandlers 35 und Erwärmen des Batteriepacks 30, in einem Batteriepack-Kühlmodus zum ausschließlichen Kühlen des Batteriepacks 30 und in einem Leistungswandler-Kühlmodus zum ausschließlichen Kühlen des Leistungswandlers 35 betrieben werden.
  • Gemäß 7 kann im gleichzeitigen Kühlmodus das im Kühler 20 gekühlte Fluid sowohl zum Leistungswandler 35 als auch zum Batteriepack 30 strömen. Das heißt, das erste Ventil 62 gibt das von der Pumpe 60 zulaufende Fluid sowohl zum Leistungswandler 35 als auch zum Batteriepack 30 ab.
  • Übersteigt dabei die vom Fluidtemperatursensor 76 detektierte Temperatur des dem ersten Ventil 62 zugeführten Fluids eine erste Einstelltemperatur, kann die Steuerung 70 die Drehzahl des Lüfters 18 erhöhen oder kann die Pumpe 60 betreiben, um die Strömungsgeschwindigkeit des von der Pumpe 60 abgegebenen Fluids zu erhöhen.
  • Zudem kann die Steuerung 70 die vom Batteriepack-Temperatursensor 72 detektierte Temperatur mit der vom Leistungswandler-Temperatursensor 74 detektierten Temperatur vergleichen und das erste Ventil 62 so einstellen, dass die Strömungsgeschwindigkeit des Fluids zu einem Ort mit höherer Temperatur erhöht wird.
  • Gemäß 8 kann im kombinierten Modus das durch die Pumpe 60 strömende Fluid nacheinander zum Leistungswandler 35 und zum Batteriepack 30 strömen. Somit kann der Leistungswandler 35 durch das Fluid gekühlt werden, und das Fluid, das Wärme vom Leistungswandler 35 absorbiert hat, kann dem Batteriepack 30 zugeführt werden, um den Batteriepack 30 vorzuwärmen.
  • Hierbei verhindert die Steuerung 70, dass der Lüfter 18 dreht, so dass das Fluid Wärme vom Batteriepack 30 verliert und das Fluid Wärme vom Leistungswandler 35 aufnehmen kann.
  • Gemäß 9 wird im Batteriepack-Kühlmodus das von der Pumpe 60 abgegebene Fluid nur dem Batteriepack 30 zugeführt, indem das erste Ventil 62 eingestellt wird. Demzufolge strömt das von der Pumpe 60 zulaufende Fluid zum ersten Ventil 62, zum Batteriepack 30 und zum Kühler 20.
  • Gemäß 10 kann im Leistungswandler-Kühlmodus das die Pumpe 60 durchströmende Fluid nur den Leistungswandler 35 durchlaufen und zum Kühler 20 strömen, indem das erste Ventil 62 und das zweite Ventil 64 eingestellt werden.
  • Das erste Ventil 62 gibt das von der Pumpe 60 zulaufende Fluid in Richtung des Leistungswandlers 35 ab. Das zweite Ventil 64 gibt das vom Leistungswandler 35 zulaufende Fluid zum Kühler 20 ab.
  • Gemäß dem Energiespeichersystem der Offenbarung beobachtet man eine oder mehrere der folgenden Wirkungen.
  • Erstens hat es den Vorteil, ein integriertes Fluid bereitzustellen, das in verschiedenen Umgebungen und Klimazonen verwendet werden kann, indem eine einzelne Pumpe und zwei Dreiwegeventile verwendet werden. Da nur eine einzige Pumpe verwendet wird, kann außerdem vorteilhaft mit einer stromsenkenden Wirkung gerechnet werden.
  • Zweitens besteht ein struktureller Vorteil darin, dass die Strömungsdrift im Vergleich zum Gebrauch eines Vierwegeventils verhindert werden kann, da es für den Einsatz eines Dreiwegeventils ausgelegt werden kann.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 8448696 B2 [0003]

Claims (15)

  1. Energiespeichersystem, das aufweist: einen Batteriepack (30), in dem mehrere elektrisch verbundene Batteriezellen (33) angeordnet sind; einen Leistungswandler (35) zum Umwandeln eines Elektrizitätskennwerts, um die mehreren Batteriezellen (33) zu laden oder zu entladen; eine Pumpe (60) zum Zuführen eines Fluids zum Batteriepack (30) oder zum Leistungswandler (35); einen Kühler (20) zum Austauschen von Wärme des die Pumpe (60) durchströmenden Fluids mit Luft; ein erstes Ventil (62) zum Leiten des von der Pumpe (60) abgegebenen Fluids zum Leistungswandler (35) oder zum Batteriepack (30); und ein zweites Ventil (64) zum Leiten des vom Leistungswandler (35) abgegebenen Fluids zum Batteriepack (30) oder zum Kühler (20).
  2. Energiespeichersystem nach Anspruch 1, das ferner aufweist: eine Leistungswandler-Einlassleitung (42), die das erste Ventil (62) und den Leistungswandler (35) verbindet; eine Kühlereinlassleitung (46) zwischen dem zweiten Ventil (64) und dem Kühler (20); eine erste Ventilabgabeleitung (48) zwischen dem ersten Ventil (62) und dem Batteriepack (30); eine zweite Ventilabgabeleitung (54) zwischen dem zweiten Ventil (64) und dem Batteriepack (30); und eine Batteriepack-Einlassleitung (50), in der die erste Ventilabgabeleitung (48) und die zweite Ventilabgabeleitung (54) zusammenlaufen und die mit dem Batteriepack (30) verbunden ist.
  3. Energiespeichersystem nach Anspruch 2, wobei ein Rückschlagventil (55) in der zweiten Ventilabgabeleitung (54) angeordnet ist, um zu verhindern, dass das Fluid in Richtung des zweiten Ventils (64) zurückströmt.
  4. Energiespeichersystem nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei das erste Ventil (62) das von der Pumpe (60) zulaufende Fluid zum Leistungswandler (35) oder zum Batteriepack (30) oder sowohl zum Leistungswandler (35) als auch zum Batteriepack (30) leitet.
  5. Energiespeichersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, das ferner aufweist: eine Steuerung (70) zum Steuern eines Betriebs des ersten Ventils (62) und des zweiten Ventils (64); einen Batteriepack-Temperatursensor (72) zum Detektieren einer Temperatur des Batteriepacks (30); und einen Leistungswandler-Temperatursensor (74) zum Detektieren einer Temperatur des Leistungswandlers (35), wobei die Steuerung (70) so konfiguriert ist, dass sie eine Strömungsgeschwindigkeit des dem Batteriepack (30) und dem Leistungswandler (35) zugeführten Fluids auf der Grundlage der durch den Batteriepack-Temperatursensor (72) detektierten Temperatur und der durch den Leistungswandler-Temperatursensor (74) detektierten Temperatur einstellt.
  6. Energiespeichersystem nach Anspruch 4 oder 5, das ferner aufweist: einen Fluidtemperatursensor zum Detektieren einer Temperatur des vom Kühler (20) abgegebenen Fluids; und einen Lüfter (18) zum Zuführen von Außenluft zum Kühler (20), wobei dann, wenn die durch den Fluidtemperatursensor (76) detektierte Temperatur des Fluids eine erste Einstelltemperatur übersteigt, die Steuerung (70) so konfiguriert ist, dass sie die Pumpe (60) betreibt, eine Drehzahl des Lüfters (18) erhöht und die Strömungsgeschwindigkeit des dem Kühler (20) zugeführten Fluids erhöht.
  7. Energiespeichersystem nach Anspruch 5 oder 6, wobei in einem gleichzeitigen Kühlmodus zum gleichzeitigen Kühlen des Leistungswandlers (35) und des Batteriepacks (30) das erste Ventil (62) so betrieben wird, dass es das von der Pumpe (60) zulaufende Fluid sowohl zum Leistungswandler (35) als auch zum Batteriepack (30) abgibt.
  8. Energiespeichersystem nach Anspruch 7, wobei im gleichzeitigen Kühlmodus die Steuerung (70) so konfiguriert ist, dass sie einen Betrieb der Pumpe (60) steuert, um die Strömungsgeschwindigkeit des von der Pumpe (60) abgegebenen Fluids zu erhöhen.
  9. Energiespeichersystem nach Anspruch 7, wobei im gleichzeitigen Kühlmodus die Steuerung so konfiguriert ist, dass sie die vom Batteriepack-Temperatursensor (72) detektierte Temperatur und die vom Leistungswandler-Temperatursensor (74) detektierte Temperatur vergleicht und das erste Ventil (62) einstellt, um die Strömungsgeschwindigkeit des Fluids zu einem Ort mit höherer Temperatur zwischen dem Batteriepack (30) und dem Leistungswandler (35) zu erhöhen.
  10. Energiespeichersystem nach einem der Ansprüche 5 bis 9, wobei in einem kombinierten Modus zum Kühlen des Leistungswandlers (35) und zum Erwärmen des Batteriepacks (30) die Steuerung so konfiguriert ist, dass sie das erste Ventil (62) und das zweite Ventil (64) so einstellt, dass das durch die Pumpe (60) strömende Fluid nacheinander zum Leistungswandler (35) und zum Batteriepack (30) strömt.
  11. Energiespeichersystem nach Anspruch 10, wobei im kombinierten Modus die Steuerung (70) so konfiguriert ist, dass sie das erste Ventil (62) so einstellt, dass das von der Pumpe (60) zugeführte Fluid dem Leistungswandler (35) zugeführt wird, und das zweite Ventil (64) so einstellt, dass das vom Leistungswandler (35) zugeführte Fluid dem Batteriepack (30) zugeführt wird.
  12. Energiespeichersystem nach Anspruch 10, das ferner einen Lüfter (18) aufweist, der dem Kühler (20) Außenluft zuführt, wobei im kombinierten Modus die Steuerung so konfiguriert ist, dass sie einen Betrieb des Lüfters (18) stoppt.
  13. Energiespeichersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das erste Ventil (62) und/oder das zweite Ventil (64) ein Dreiwegeventil mit einem Einlass (102) und zwei Auslässen (104, 106) verwenden.
  14. Energiespeichersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei das erste Ventil (62) und das zweite Ventil (64) jeweils aufweisen: eine Verteilerleitung (110), die einen darin gebildeten Strömungsweg hat, den das Fluid durchströmt, sowie einen ersten Auslass (104) und einen zweiten Auslass (106) hat, die in einer anderen Richtung als der Einlass (102) geöffnet sind und in einer Seite gebildet sind; ein Drehventil (120), das innerhalb der Verteilerleitung (110) drehbar angeordnet ist, zum Einstellen einer Strömungsrichtung des innerhalb der Verteilerleitung (110) strömenden Fluids; und einen Ventilmotor (130), der in einer Seite der Verteilerleitung (110) angeordnet ist und das Drehventil (120) dreht, wobei das vom Einlass (102) strömende Fluid zum ersten Auslass (104) oder zum zweiten Auslass (106) übertragen wird, wenn das Drehventil (120) dreht.
  15. Energiespeichersystem nach Anspruch 14, wobei die Verteilerleitung (110) aufweist: eine Zulaufleitung (112), die den Einlass (102) hat und einen Zulaufkanal (112a) darin bildet; eine erste Abgabeleitung (114), die den ersten Auslass (104) und einen darin gebildeten ersten Abgabekanal (114a) hat, eine zweite Abgabeleitung (116), die den zweiten Auslass (106) und einen darin gebildeten zweiten Abgabekanal (116a) hat, und einen Verteilerleitungskörper (118), der den Zulaufkanal (112a) mit der ersten Abgabeleitung (114) oder der zweiten Abgabeleitung (116) kommunizieren lässt, wobei die erste Abgabeleitung (114) und die zweite Abgabeleitung (116) jeweils senkrecht zur Zulaufleitung (112) angeordnet sind und das Drehventil (120) einen Ventileinlass (122), der mit dem Zulaufkanal (112a) kommuniziert und der in einer Unterseite gebildet ist, sowie einen ersten Ventilauslass (124) und einen zweiten Ventilauslass (126) hat, die in senkrechter Richtung zur Unterseite gebildet sind, wobei der Ventilmotor (130) so betrieben wird, dass er einen Öffnungsbereich sowohl des ersten Ventilauslasses (124) als auch des zweiten Ventilauslasses (126) einstellt.
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