EP2457301A2 - Ladevorrichtung für elektroenergiespeicher, versorgungsstation und verfahren zum laden von elektroenergiespeichern - Google Patents

Ladevorrichtung für elektroenergiespeicher, versorgungsstation und verfahren zum laden von elektroenergiespeichern

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Publication number
EP2457301A2
EP2457301A2 EP10735213A EP10735213A EP2457301A2 EP 2457301 A2 EP2457301 A2 EP 2457301A2 EP 10735213 A EP10735213 A EP 10735213A EP 10735213 A EP10735213 A EP 10735213A EP 2457301 A2 EP2457301 A2 EP 2457301A2
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EP
European Patent Office
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air
electric energy
receiving device
temperature
energy storage
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP10735213A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Tim Schaefer
Andreas Gutsch
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Li Tec Battery GmbH
Original Assignee
Li Tec Battery GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Li Tec Battery GmbH filed Critical Li Tec Battery GmbH
Publication of EP2457301A2 publication Critical patent/EP2457301A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or discharging batteries or for supplying loads from batteries
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    • Y02T90/14—Plug-in electric vehicles

Definitions

  • Charger for electric energy storage supply station and method for charging electric energy storage
  • the present invention relates to an electric energy storage charging device, a supply station for supplying vehicles with electric energy storage devices, and a method for charging electric energy storage devices.
  • batteries of uniform size are housed in a thermally insulated and temperature controlled compartment in which they are stored and charged.
  • a temperature control section calculates a difference between an upper and lower one Limit value on the one hand and the internal temperature within the compartment or the outside temperature outside the station on the other hand to calculate a control signal for a temperature controller.
  • the temperature controller has a heater and a refrigerator and sends cool or warm air into the compartment in response to the control signal.
  • the temperature limits are arbitrary, for example, depending on the season, specifiable.
  • the "better place” project envisages a nationwide network of electric charging stations with battery charging stations and battery changing stations (manager-magazin.de, October 30, 2007, "The SAP prodigy returns",
  • the exchange stations are provided to keep vehicle batteries of many types in stock, to load or to get in their charge and replace an empty battery of a vehicle in a short time against a fully charged.
  • a charging device for electric energy storage a receiving device, which is adapted for receiving one or a plurality of electric energy storage devices, preferably of rechargeable Elektroenergiespei- ers for vehicles, designed and set up, a charging and charging control device for controlled charging of / in the Receiving device recorded electric energy storage / -s is designed and set up, and an air conditioning device, which is designed and adapted for controlling the temperature of the interior of the receiving device, wherein the interior of the receiving device tempered air is supplied to, and is characterized in that the air conditioning device designed and is adapted to adjust the air in the interior of the receiving device to the environmental conditions with respect to the dew point.
  • an electric energy storage device is understood to be a device which is also designed and set up for the delivery of electrical energy, the energy being stored in one or more storage cells is storable.
  • a memory cell may in particular, but not only, electrochemical or galvanic cells of the secondary type (so-called accumulators, which, when fully or partially discharged, are rechargeable by supplying electric charges, ie electrical energy, by an electrochemical reaction) include.
  • Storage cells in the sense of the invention can in particular have an active part, within which charging, discharging and, if necessary, conversion processes of electrical energy take place and which is preferably enveloped in a gas-tight and liquid-tight manner by, for example, a foil-like covering.
  • the active part may comprise stacks or film layers of electrochemically active materials, conductive materials, and separating materials.
  • so-called current conductors protrude from the interior of the active part, where they are in conductive connection with electrode areas, by the envelope to the outside of the cell and allow a connection of the active parts of the cells with each other or with a consumer.
  • a battery is also understood to mean an accumulator, that is to say an electric energy accumulator of the secondary (rechargeable) type.
  • picking means a process or a state in which an article, in particular an electric energy store, is also stored and either permanently or temporarily remains.
  • an assignment to a specific receiving or storage location can be provided.
  • Picking up takes place, for example, in or on shelves, compartments or other storage locations, preferably within a confined space.
  • the receiving device can be thermally insulated overall.
  • loading of an electric energy storage device is understood to mean a process whereby energy is also supplied in the form of electrical charges to an electrical energy store or memory cell, whereby a charge displacement, in particular by means of an electric energy storage device or storage cells an electrochemical Reaction sets in such a way that by applying an electrical load and energy in the form of electrical charges, ie electrical current, is removed again.
  • controlled charging is understood to mean charging in compliance with specified or predefinable charging parameters such as charging voltage, charging current and the like, wherein preferably also state parameters such as temperature, voltage, state of charge of the electric energy storage or storage cells are monitored and possibly taken into account be adhered to if necessary.
  • the term tax may also include a regulation.
  • air conditioning is understood as meaning a change in state values of air.
  • the state values are preferably controlled or regulated to predetermined or predefinable setpoint values.
  • tempering means changing the temperature or setting a predetermined or predeterminable temperature.
  • an interior is understood to mean the interior of an enclosed space, wherein the enclosure may comprise not only a boundary, but preferably also a thermal insulation from the surroundings.
  • An enclosure may or may not be complete and universal.
  • an opening for charging and removal of electric energy storage devices may be provided, which forms a gap in the enclosure. It can also be provided each one opening for loading and an opening for removal of electric energy storage.
  • Such openings can be separated from the environment, for example by means of a lamella curtain, in order to avoid intensive air exchange with the environment. It can also be provided with an otherwise completely isolated shelf compartment, for example, a front opening for receiving and removal of each electric energy storage. In the latter case, flaps which fold away when an electric energy storage device is in use may cause separation from the environment when the compartment is not in use.
  • an environment can be understood to mean everything that lies outside of a considered space, preferably the free atmosphere, or else a space within which the considered space is arranged.
  • a plurality of climate chambers or shelf shelves can be arranged as receiving devices for electric energy storage within a larger building.
  • the interior of the building can be understood as the environment of the climate chambers or shelves, or the environment of the building itself.
  • a dew point is understood to be the dew point of water in air. It is the condition in which condensate formation is occurring on an object exposed to moist air. In the dew point so a relative humidity (humidity) of 100% is just reached. For each value pair of temperature and relative humidity there is a • uniquely determined value pair of pressure and temperature that indicates the dew point.
  • the dewpoint is strictly speaking a pair of values of temperature and pressure, the dew point is here equated with the temperature value of the dew point, the dew point temperature, as in a generally customary manner. This relationship can be compiled in the form of tables or applied in the form of diagrams.
  • FIG. 4 shows a family of curves, wherein the relative humidity is selected as the abscissa, the air temperature is selected as the ordinate, and each curve corresponds to a constant value of the dewpoint temperature.
  • the air-conditioning device is designed and adapted to match the air in the interior of the receiving device to the ambient conditions in the dew-point, dew-point passages and problems associated therewith can also be avoided.
  • the air conditioning device may include an air supply device which is designed and arranged for supplying air.
  • an air supply device is understood to mean a device which is also capable of conveying air in the direction of the receiving device. Examples of air handling equipment such as fans of various types are well known in the air conditioning industry.
  • the air-conditioning device may have a tempering device which is designed and arranged for cooling and / or heating the supplied air.
  • a temperature-control device is understood to mean a device which is capable of heating or cooling air, in particular air flowing through it, or both. Examples of heaters and refrigerators or combined appliances of various types are well known in the air conditioning art.
  • the air-conditioning device may have a conditioning device that is designed and set up for moistening and / or dehumidifying the supplied air.
  • a conditioning device is understood to mean a device which is also capable of humidifying or dehumidifying air, in particular air flowing through it, or both. Examples of humidifiers and dehumidifiers or for combined devices of various types are well known in the air conditioning industry.
  • the air conditioning device may have a control device which is designed and set up to control the air supply device, the temperature control device and the conditioning device.
  • a control device is understood to mean a device which is also able to process input data and to which
  • Base external devices that is, to initiate certain actions.
  • a controller of the device can be directly influenced or supplied to the device to be realized by the device setpoint.
  • a control device any data processing device may be used which has at least one computing section, a memory section and an input / output section.
  • a targeted air conditioning ie, promotion, tempering and conditioning of Air can be effectively enabled.
  • the air supply device, the temperature control device and the conditioning device, optionally also the control device, can be housed in a common housing, whereby a compact design can be ensured.
  • the charging device can have a measuring device, wherein the measuring device has a plurality of measuring sensors that are designed and set up, the temperature and the humidity of the ambient air and / or the air introduced into the air conditioning device and the temperature and the humidity of the room air within the receiving device and To measure the air discharged from the receiving device and to output corresponding measurement signals to the control device, wherein the control device is designed and configured to control the supply device, the temperature control device and the conditioning device on the basis of at least a portion of the measurement signals in that it controls the air supplied to it in such a way that the room air within the receiving device complies with a predetermined setpoint temperature and conditions such that the dew point temperature of the room air within the receiving device of the dew point Maturity of the ambient air corresponds.
  • the control device is designed and configured to control the supply device, the temperature control device and the conditioning device on the basis of at least a portion of the measurement signals in that it controls the air supplied to it in such a way that the room air within the receiving device complies with a pre
  • a sensor is understood to be a component which is also capable of detecting a physical property but not only of a medium.
  • temperature sensors and humidity sensors are meant within the meaning of the inventions. These may be room sensors, outdoor sensors, duct sensors or tank sensors, for example.
  • a measuring signal is understood to mean an electrical, optical or otherwise perceptible signal which carries information which allows conclusions to be drawn about the measured value of a physical property.
  • the control device can be designed and set up, nominal values of an air to be supplied to the interior of the receiving device with regard to temperature. temperature, and to determine the supply device, the temperature control device and the conditioning device such that the air supplied to the interior of the receiving device has the determined setpoint values, wherein the measuring device preferably has further measuring sensors which are designed and set up Temperature and the humidity of the interior of the receiving device supplied air to measure and output corresponding measurement signals to the controller.
  • determining is understood to be a process which opens up the information to be determined, be it by calculation, comparison, external input, query from a database or in another way. With such a construction, the control with regard to the state variables of the air can also be facilitated.
  • Sensors may be provided at various locations within the receiver to measure the temperature and humidity of the air at the various locations within the receiver and to output corresponding measurement signals to the controller.
  • the measurements of the probes can be checked for consistency and conclusiveness
  • a suitable mean value can be formed, and the effectiveness of the control can be assessed on the basis of a determined gradient of the measured variables over the entire interior of the receiving device
  • Compliance predetermined temperature limits are checked over the entire interior of the receiving device and, if appropriate, the setpoints for particular temperature and / or the amount of air can be adjusted.
  • the control device can be designed and set up to automatically determine an optimum value for the temperature based on a type of the electric energy store contained in the receiving device and to set the optimum value as a setpoint for the temperature of the room air in the interior of the receiving device.
  • a type of energy storage device may be one which has been determined, for example, by an industry standard.
  • a coded information about the properties and parameters of the energy store containing, for example, the type of energy storage device electrochemical charge and discharge reaction, the materials used, the number of cells, cell voltage, required or permissible charging current, required or permissible charging voltage, permissible temperature ranges or other understood.
  • an optimal value for the temperature is automatically determined by means of a type of electric energy storage contained in the receiving device and the optimum value is set as the target value for the temperature of the room air in the interior of the receiving device, a flexible and reliable control of the temperature profile within the receiving device is particularly easy; The operating parameters of the loader can be exploited over the entire width depending on the situation.
  • the receiving device has a plurality of departments, which are preferably thermally and in particular fire protection separated from each other, wherein in each department probes of the measuring device are provided to the temperature and humidity of the air at least one location within each department to measure and output corresponding measurement signals to the controller. In this way, the reliability of the entire charging device can be further increased.
  • each of the compartments is designed and arranged to accommodate a predetermined type of electric energy storage or multiple types of electric energy storage associated with the same optimum temperature and / or temperature range.
  • the temperature profile within the receiving device can also be made uniform. For example, it may be envisaged that departments with electric energy storage devices that have a low allowable Sige charging temperature, are arranged near an inlet region of the conditioned air, while departments with electric energy storage devices having a higher allowable charging temperature, are arranged closer to an outlet region of the exhaust air.
  • the temperature gradient in the course of the flow path within the receiving device can also be advantageously utilized.
  • each of the plurality of compartments has its own air supply, wherein the control device and the air conditioning device are designed and configured to air-condition each of the plurality of compartments individually or in groups separately.
  • the operating parameters of the charging device can be optimized even more targeted.
  • the energy balance of the entire system is when the heat generated within the receiving device is stored or used directly or recycled.
  • a supply station for supplying at least partially electrically operated vehicles with rechargeable electric energy storage, the charging device, as they has been described above.
  • a supply station is understood to mean a device at which spent electric energy storage devices can be discharged and charged electric energy storage devices can be accommodated.
  • a service station may, but need not, also have facilities for charging remaining electric energy stores in vehicles.
  • Another aspect of the invention relates to a method for charging rechargeable electric energy storage devices, comprising the steps of: receiving one or a plurality of electric energy storage devices, preferably rechargeable electric energy storage devices for vehicles, in a receiving device; Controlled charging of the / in the receiving device recorded electrical energy storage / -s; Tempering the interior of the receiving device, characterized in that the air in the interior of the recording device is adapted to the ambient conditions with respect to the dew point.
  • Another aspect of the invention relates to a method for charging rechargeable electric energy storage devices, comprising the steps of: receiving one or a plurality of electric energy storage devices, preferably rechargeable electric energy storage devices for vehicles, in a receiving device; Controlled charging of the stored in the receiving device Elektroenergy Eat ⁇ s; Climatizing the interior of the receiving device, characterized in that the heat generated within the receiving device is stored or used directly or recycled.
  • FIG. 1 is a schematic representation of an infrastructure for supplying vehicles with rechargeable and replaceable batteries according to the invention
  • Fig. 2 is a schematic representation of a gas station according to the invention
  • Fig. 3 is a schematic illustration of a battery store according to a first embodiment of the invention
  • FIG. 4 is a diagrammatic representation for illustrating an air temperature conditioning and conditioning process according to the invention
  • FIG. and Fig. 5 is a schematic representation of a battery store according to a second embodiment of the invention with air conditioner.
  • Fig. 1 schematically shows an exemplary configuration of an infrastructure in which the present invention is advantageously applicable.
  • a vehicle 2 representing a plurality of vehicles travels on a road network 1.
  • a plurality of service stations "T" are arranged, which are substantially as shown in FIG. 2 and related description are executed.
  • the infrastructure also includes a Satellite 60 of a satellite communications network (which may be from an outside provider) and an Administration Center "Z".
  • the filling stations T have battery charging stations and battery changing stations, which are explained in more detail below;
  • fuel pumps for conventional fuels there.
  • the vehicle 2 has four wheels 4, an electric motor 6 and a battery 8. At least two of the wheels 4 (here: the front wheels) are drivable by the electric motor 4.
  • a battery (hereinafter referred to as "battery” for short) 8 supplies the electric power for the drive, which is transmitted to the electric motor 6 by a vehicle control unit (V-ECU) 10.
  • the electric motor 8 may be formed as a motor-generator, which generates electrical power in the overrun mode and supplies the battery 8 as a charging current.
  • the battery 8 should be designed here as a lithium-ion battery, lithium-polymer battery or similar. However, it is also possible Akkumulatortypen on other electrochemical basis, such as lead-gel batteries, nickel-cadmium batteries or others. It is also possible to provide two or more batteries.
  • the battery 8 may consist of several parts.
  • the battery 8 is designed to be interchangeable. It can optionally be released as a module by hand or automatically removed or inserted as a whole or modularly.
  • the contacting is preferably carried out in a form-fitting manner in a work process with the installation. This way, dangerous voltage levels are avoided.
  • mechanical, electrical or other fuses, such as in the contact area of the module solved, whereby the Battery 8 can not only safely be removed from the system, but can also go to the shipping according to the safety and transport regulations, for example, if the battery is checked by the charging station as defective (see below).
  • the battery 8 is charged without the charging system, but has a suitable battery management system at the module level, which can be operated by a superordinate master or controlled by the energy management of the vehicle.
  • the filling stations T each have at least one service pylon 28 and at least one battery charging and storage building 42, the structure and function of which are explained in more detail at a given point.
  • the vehicle control unit (the V-ECU) 10 can communicate with the radio devices 56 of the filling stations T.
  • the communication can also be done via the serving as a relay satellite 60.
  • the V-ECU 10 and the radio 56 of the service stations T can communicate with the management center Z.
  • Fig. 2 shows schematically the structure of a gas station according to the invention.
  • the filling station T is subdivided into a self-loading zone 12, a transition zone 14, a storage zone 16 and an energy management zone 18.
  • the self-loading zone 12 has an access path 20 and a plurality of loading places 22.
  • Each loading place 22 is assigned a loading machine 24.
  • the loading machine 24 is designed, for example, as a pillar or as a box or the like, and has at least one connection box for a charging cable or a permanently installed charging unit. cable up.
  • the loading machines 24 are designed for fast charging with high power, but can also manage low charging power for gentle charging. If a vehicle 2 is located on a loading space 22, its battery or the charge management system is connected via a cable to the associated charging machine 24.
  • the type of charging is selected based on the type of battery or determined automatically. It can be made a direct payment in cash or by check or credit card directly to the loading machine 24 or at a separate point of sale, or it can be done on the basis of a to be carried out on the loading machine 24 user identification billing via a subscription account.
  • the change or exchange zone 14 has a two-lane Zufahrtsweg 26 and a service pylon 28.
  • the operator terminals 30 are each assigned to one of four slots 32, which are provided on both sides of the service pylons 28. (In a modification, only one control panel 30 may be provided for a plurality of changing slots 32.)
  • Each exchange 32 has two stakes 34 and a removable pit 36.
  • the exchange pit 36 is arranged underground and, if there is no vehicle on the changing place 32, can be closed for safety reasons by means of a drop-down or sliding door (not shown in more detail).
  • a vehicle 2 is moved to the parking lanes 34 of a free changing place 32.
  • a robot (not shown in detail), which removes from below the battery 8 of the vehicle after he has solved brackets, connections and possibly covers.
  • the battery 8 is then transported by means of a conveyor 38 to the storage zone 16. From there, also by means of the conveyor 38, a fresh battery 8 is transported into the exchange pit 36 and installed in the vehicle 2 by means of the robot.
  • the parking lanes 34 may also have a conveying device for positioning the vehicle 2 on the changing station 32, as is known per se from car washes, for example. By means of such a conveying device, the vehicle can be automatically positioned for the replacement process.
  • the operator terminals 30 have several functions. Here an operator can make an identification and confirm a change process. Furthermore, you can pay here. The operator 30 also indicates the progress or success or failure of the identification and change process.
  • a charging connection 40 for each exchange 32 is also arranged on the service pylon 28.
  • the charging ports 40 are controlled via the operator terminals 30. In contrast to the loading machines 24 in the loading zone only fast loading operations are possible at the charging ports 40 in the transition zone 14, not to occupy the changing space 32 too long.
  • a shelf rack 44 and a test station 46 are provided in a warehouse 42.
  • the shelf rack 44 has a plurality of compartments A to E for accumulators of several types 8A to 8E and a compartment F for flexible use.
  • the test station 46 is used to check the batteries 8 and either release for storage in the shelf rack 44, request for maintenance or removal for removal.
  • the batteries 8 are connected to a charging system.
  • the compartments of the shelf rack 44 have connections which correspond to the poles of the accumulators 8 and which automatically make contact with them during the storage process, preferably with positive engagement.
  • the batteries 8 are charged in the shelf rack 44.
  • One Charge Controller (L-ECU) 65 is designed to carry out a suitable charge program and is connected to the charging system. The charging process is carried out automatically according to the criteria of energy efficiency, safety and warehouse logistics. A permanent trickle charge is preferably avoided for efficiency reasons.
  • the compartments A to F of the shelf rack 42 if necessary even more finely divided, fire protection technology from each other. Furthermore, the entire storage zone 16 and the entire area of the conveyor 38 and the exchange pits 36 is insulated with a tray system against intrusion of any leaking from the battery 8 liquids in the ground.
  • a central power control unit (P-ECU) 48 controls all operations within the gas station T and distributes the electrical energy via a distribution network 50 to the respective consumers, in particular the automatic loading machines 24 in the loading zone 12, the charging ports 40 in the transition zone 14 and the L-ECU 65 in the storage zone 42.
  • the L-ECU 65 may also be inter- fers in the P-ECU 48.
  • a transformer 52 receives electrical energy from the remote energy network “N” and converts it into a usable voltage.
  • electrical energy is buffered.
  • a wind turbine 56 generates electricity from wind energy by means of a generator "G".
  • the wind turbine 56 is only one example of a local generation of electrical energy.
  • a tidal or wave power plant a water storage power plant, a running water generator, a geothermal generator or the like can be used to use renewable energy sources.
  • the electricity generated locally from renewable energy sources since it is usually not continuously available, in the case of non-immediate consumption in the temporary storage 54th buffered.
  • a conventional power plant or a combined heat and power plant can be provided.
  • a radio 58 with antenna 64 is provided to communicate with the management center Z, other gas stations! " , a satellite network (indicated in Fig. 2 by a satellite 60) or vehicles 2 to allow, as explained above.
  • the warehouse 42 has an air conditioner 66 for conditioning the fan shelf 44 and a vent fan 68 for discharging the exhaust air.
  • the operation of the air conditioner will be explained in detail below.
  • FIG. 3 schematically shows the functional relationship between the storage building 42 and the fan rack 44 and the air conditioning unit 66.
  • the shelf rack 44 is shown only with a storage compartment 70 for two batteries 8, representative of the batteries 8A to 8E 2 and communicate with the L-ECU 65, which performs a suitable charging program, via a charging line network 67.
  • the shelf shelf 44 has a wall insulation 72 which thermally isolates the interior of the shelf shelf 44 from its surroundings.
  • the air conditioner 66 is placed outside the storage building 42 and connected via a connecting line 74 with the interior of the shelf rack 44.
  • the air conditioner 66 sucks in air from the environment as supply air, brings it to the desired state values and releases the air as conditioned air to the interior of the fan shelf 44.
  • an exhaust air fan 68 is recessed, which is connected via an exhaust air line 76 with an opening in the wall of the storage building 42 and the exhaust air emits from the interior of the shelf rack 44 into the atmosphere.
  • the air conditioning unit 66 has a supply air duct 78, a fan 80, a heating unit 82, a cooling unit 84, a humidifying unit 86 and a dehumidifying unit. processing unit 88, which are housed in a common housing.
  • Each of the units 82, 84, 86, 88 may comprise a plurality of individual devices or components, and a plurality of the units may be integrated in one component.
  • Numerous air conditioning components are available to the person skilled in the art, which he will suitably select, interpret, arrange, connect and allocate on the basis of his knowledge and ability, without this needing further discussion in the context of this application.
  • Other devices for controlling and supplying the individual components with hot or cold water, steam or electric current as well as suitable conveying elements, storage and collecting containers, control and regulating devices are omitted in the illustration and are used as needed and suitable.
  • the air conditioner 66 is controlled by a climate control unit (K-ECU) 90, which is an ordinary workstation or specialized computing device. It has as the most important components, a central processing unit (CPU) 92, a read-only memory (ROM) 94, a random access memory (RAM) 96, a magnetic or optical drive (LW) 98 (optional), and an internal bus 100 which controls the components of the climate control unit 90 connects to each other.
  • a memory extension a hard disk or a suitable flash memory can be provided.
  • An external interface (I / O interface) which communicates with the internal bus 100, is symbolized by the border of the climate control unit 90.
  • the external interface is realized by connection sockets or the like for connecting cables and a suitable bus for processing the incoming and outgoing data or signals.
  • External input and output devices such as a keyboard, a mouse, a screen, control lights, or the like may be present, but are omitted from the illustration for the sake of simplicity.
  • the climate control unit 90 is connected via signal lines (shown as dash-dotted lines in the figure) on the one hand to the air conditioning unit 66 and the exhaust air ventilation unit. lator 68 and on the other hand with a plurality of sensors in combination.
  • An outdoor temperature sensor 102 is disposed outside of the shelf rack 44 and provided for measuring the temperature V A of the outside air.
  • An external humidity sensor 104 is arranged outside the compartment shelf 44 and provided for measuring the relative humidity ⁇ A of the outside air.
  • a room temperature sensor 106 is disposed within the shelf rack 44 and provided for measuring the temperature V R in the interior of the shelf rack 44.
  • a room humidity sensor 108 is disposed within the shelf rack 44 and provided for measuring the relative humidity ⁇ R in the interior of the shelf rack 44.
  • a routine for controlling the air conditioner 66 is stored, which is processed by the CPU 92.
  • a first goal of the air conditioning is to maintain a certain optimum temperature V opt in the interior of the shelf rack 44.
  • the optimum temperature is given for a particular type of battery or set as an average for a variety of battery types.
  • the optimum temperature may be manually entered or stored in advance in the RAM or the ROM of the climate control unit or be part of the control routine. It is also conceivable that the climate control unit further parameters of the battery 8, the state of charge or the charge program, the season or other parameters in order to calculate the optimum temperature.
  • the climate control unit 90 thus regulates the temperature inside the fan rack 44 to the optimum temperature V opt by suitable activation of the air conditioning unit 66.
  • the control routine performs a humidity control or dew point control, making use of a relationship that is illustrated in FIG. 4.
  • the relative humidity ⁇ of air is plotted as abscissa, and the air temperature V is plotted as ordinate.
  • the dew point temperature
  • lines of constant dew point temperature are plotted as a family of curves with I as a parameter. This relationship is theoretically known and is given by the equation
  • ⁇ f 1 (l, V), where ⁇ is the relative humidity in%, V is the air temperature in 0 C and I is the dew-point temperature in 0 C, and further f is a function which, given V, ⁇ indicates a value for I, and f 1 is an inverse function of the function f, given given
  • This functional relationship is stored in the control routine or a separate memory area as a function or table of values.
  • the aim of the dew point control is that the air in the interior of the fan shelf 44 of the outside air with respect to the dew point (more precisely: the dew point temperature I) is adjusted. This adjustment is performed as follows.
  • the climate control unit 90 From the outside temperature and humidity V A , ⁇ P A measured by the sensors 102, 104, the climate control unit 90 first determines the dew point temperature
  • V opt (4)
  • I R.soll IA where V R1S0II is the setpoint for the air temperature in the interior of the shelf rack 44 and
  • RISOH is the target value for the dew point temperature of the air in the interior of the fan shelf 44, the climate control unit 90 determines the target value ⁇ R ⁇ SO n for the relative humidity in the interior of the fan shelf 44 using the equation
  • the climate control unit 90 controls the air conditioner 66 so that not only the temperature V opt adjusts in the interior of the shelf rack 44, but the air is adjusted in the interior of the fan shelf 44 of the outside air in the dew point.
  • the air leaves the air conditioner 66 with a V ⁇ temperature and a relative humidity ⁇ x at a flow rate dV / dt and 44 is supplied to the interior of the fan shelf as conditioned air.
  • This ridged air mixes at least partially - depending on the air flow guide - with the room air present there, partially displaces the room air present in the interior.
  • a heat flow dQ (x, t) / dt is supplied to this mixture from the accumulators 8, which are located at different points x and have different states of charge.
  • a new state of the room air with a temperature V R and a relative humidity ⁇ R is established .
  • the interior of the shelf rack 44 forms with its heat-emitting batteries 8 a system with a transfer function Ü FR , wherein the transfer function Ü FR of the shelf rack 44 indicates which temperature V R and relative humidity ⁇ R adjusts itself in the interior of the shelf rack 44, when conditioned air having a temperature V ⁇ and a relative humidity ⁇ "is supplied to the interior of the shelf rack 44 at a volume flow dV / dt.
  • the transfer function Ü FR of the shelf rack 44 is not known at any time.
  • the volume flow dV / dt forms a variable parameter that is used to optimize the thermal states and the energy balance.
  • the volume flow (dV / dt) E that can be produced when the fan 80 is switched on is basically invariable. In this case, it can be dispensed with to use the volume flow dV / dt for the optimization, in which case the other devices and components of the air conditioning unit 66, in particular the heating unit 82 and the cooling unit 84, may have to cover a wider control range.
  • the air conditioner 66 forms a system with a transfer function Ü KG . wherein the transfer function Ü KG of the air conditioner 66 indicates which temperature V ⁇ and relative humidity ⁇ «has the conditioned air when outside air having a temperature V A and a relative humidity ⁇ A enters the air conditioner 66 and this with a volume flow dV / dt flows through.
  • the transfer function Ü KG of the air conditioner 66 is theoretically known for all relevant states of the devices and components of the air conditioner 66, wherein the states of the devices and components are determined by manipulated variables of their actuators. If all state and manipulated variables of the devices and components of the air conditioning unit 66 are combined in a state vector S " G , the following applies:
  • the climate control unit 66 has suitable control routines to control the air conditioner 66 so that in known states V A , ⁇ A of the outside air conditioned air for a given volume flow dV / dt assumes a desired temperature V ⁇ , S oi ⁇ and a desired air humidity ⁇ ⁇ , S oi ⁇
  • the control routines can have suitable inverse functions of the transfer function Ü KG or the transfer function Ü KG with varied setting parameters numerically for the air conditioner 66.
  • Ü KG 1 be a reversal or Ü K G N is a numerical evaluation of the transfer function Ü KG of the air conditioner 66, then:
  • volumetric flow dV / dt is given by a control state, eg a variable inrush current or the duty cycle g and a fixed, maximum inrush current, of the fan 80 of the air conditioner 66, ie in the state vector SK G of the Air Conditioner 66 is implicitly included.
  • outdoor sensors 102, 104 provide the temperature V A and the relative humidity ⁇ A of the outside air.
  • supply air duct sensors 114, 116 for measuring temperature V z and relative humidity ⁇ z of the supply air may be provided in the supply air duct 78 of the air conditioning unit 66.
  • the state parameters V z , ⁇ z of the supply air may be used in the control according to the above equations (2) to (11) instead of the state parameters V A , ⁇ A of the outside air.
  • the room sensors 106, 108 are arranged at a suitable location in the interior of the shelf rack 44.
  • a plurality of pairs of room sensors 106, 108 may be provided for verifying and / or averaging the measured values.
  • exhaust air duct sensors 118, 120 may also be provided for measuring the temperature V F and relative humidity ⁇ F of the air in the exhaust air duct 76.
  • the state parameters V F , ⁇ F of the exhaust air can in the control according to the above equations (2) to
  • the air guide in the interior of the shelf rack 44 is designed so that the states of the conditioned air on the one hand and the exhaust air on the other hand mark the boundary conditions of the indoor air inside the fan shelf 44, wherein the conditioned air of the smallest temperature and the highest relative humidity in the interior of the shelf rack 44th corresponds and the exhaust air of the largest temperature and the lowest relative humidity in the interior of the shelf rack 44 corresponds. It therefore applies:
  • I is the total length of the path x of air flow within the fan shelf 44 from the connection channel 74 to the exhaust air channel 76.
  • the air conditioning can also be carried out in such a way that predetermined or separately determined temperature limits of the batteries 8 are maintained.
  • the climate control unit 90 is disposed separately from the air conditioner 66.
  • the climate control unit 90 may also be part of the air conditioning unit 66.
  • the diesel engine control unit 90 can only calculate the setpoint parameters (dV / dt, V, ⁇ ), s o i ⁇ (possibly g instead of dV / dt) for the conditioned air and to the air conditioner 66, while another control unit (not shown in detail) within the air conditioner 66 has the task to control the components of the air conditioner 66 (that is, to calculate its settings S KG SO) that the air conditioner 66 air conditioned provides the required setpoint parameters.
  • the climate control device 90 may also be part of the charge control device (L-ECU) 65 or the power control device (P-ECU) 48 or vice versa.
  • the air conditioner 66 is placed outside the storage building 42 and connected via a connecting line 74 with the interior of the shelf rack 44.
  • the air conditioner can also be arranged inside the storage building 42, directly on the outer wall of the Fesch cherregals 44 or within the fan shelf 44 itself.
  • the shelf shelf 44 or its departments can be set up without a wrapping warehouse. It is also possible for a charging station with several manually loadable compartments to be installed independently of the refueling station shown in FIG.
  • Such a charging station may comprise suitable means for identifying / verifying the exchanged batteries as well as suitable charging mechanisms such as a check card reading and verification device or the like.
  • an exhaust air fan 68 is embedded in the wall of the fan shelf 44 and connected via an exhaust air line 76, which opens into an opening in the wall of the storage building 42, with the environment.
  • the exhaust air fan 68 is optional, but useful for realizing a predetermined flow path within the shelf rack 44. It is also possible, instead of a fan 80 within the air conditioner 66 to work only with the suction effect of the exhaust air fan 68.
  • the wall of the storage building 42 itself may have insulation.
  • the shelf rack 44 is provided with compartments for various battery types A to F, wherein the shelf rack 44 is supplied in total by an air conditioner 66 with conditioned air. Further, the shelf rack 44 is shown in Fig. 3 only with a storage compartment 70 for two batteries 8, which are representative of the batteries 8A to 8E in Fig. 2. It is understood that the shelf division within the shelf rack 44, in particular in terms of number of compartments, the division into departments for different battery types, etc., for the applicability of the invention is irrelevant. In a modification, every department of the shelf shelf can 44 thermally insulated from other departments and be supplied by its own air conditioner or by its own Zu Kunststoffweg an air conditioner with conditioned air.
  • Fig. 5 shows a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 the shelf rack 44 is shown with two compartments A and B for different battery types 8A and 8B.
  • the departments A and B are thermally and fire protection separated from each other. The division into departments can serve the assignment to different battery types or the better handling of fire risks.
  • Each of the departments A and B is assigned its own air conditioner 66.
  • Each of the air conditioning units 66 is controlled by the climate control unit 90.
  • Channel sensor for determining the state parameters (V ⁇ , ⁇ K ) A or (V ⁇ , ⁇ K ) B of the respectively conditioned air are integrated in the air conditioners 66.
  • Both air conditioning units 66 have a common supply air line 78.
  • Exhaust air ducts with channel sensors 118, 120 arranged therein for determining the state parameters (V F , ⁇ F ) A or (V F , ⁇ F ) B open into a common exhaust air line, which in the exhaust air ventilator 68 opens.
  • the target parameter is temperature V K, A / B, soii and relative humidity ⁇ ⁇ "A / B, of the conditioned air and the duty factor g A / B soi ⁇ so i ⁇ supplied, and in response they provide as actual parameter the temperature V K, A / B and relative humidity ⁇ P, A / B and the volume flow (dV / dt) A / B> as measured.
  • the air conditioners 66 are each attached directly to the wall of the shelf rack 44, as discussed in the embodiment described above as a modification.
  • the channel sensors 114-120 discussed in connection with the preceding embodiment are provided by way of example for detecting the state parameters of the supply air and the exhaust air. The use of indoor air andcommunlufteptlem should not be excluded thereby.
  • a data bus 121 is provided to which both the climate control unit 90 and all sensors, devices, controllers and the like are connected.
  • the data bus 121 can, for example, be realized in a local area network (LAN) via which the connected components can be connected by means of a suitable protocol or a combination of several protocols such as HTTP, TCP / IP, UDP, ICMP, MPLS, WLAN, dLAN® or the like, including Specially created protocols that can communicate with each other, and is shown in the figure as a dash-double-dotted line.
  • LAN local area network
  • the exhaust air fan 68 an exhaust air heat exchanger 122 is connected downstream.
  • the exhaust air heat exchanger 122 is coupled via a feed line 124 and a return line 126 to a heat accumulator 128.
  • the heat storage 124 is a container filled with a heat storage medium (usually water).
  • a heat transfer line 130 extends through the cold side K (bottom) of the heat accumulator 128 therethrough, and although so that the heat transfer surface is as large as possible (which is suitably achieved by a serpentine or helical course of the heat transfer line), and has two ports on which the flow line 124 and the return line 126 are connected.
  • a heat transfer medium (again usually water) circulates through the heat recovery circuit formed by the exhaust air heat exchanger, the feed line 124, the return line 126 and the heat transfer line 130 of the heat accumulator 128 by means of a pump 132.
  • the heat recovery circuit can be shut off via a shut-off valve 134.
  • the pump 132 and the shut-off valve 134 can each be controlled by a controller (all controllers are here and hereinafter identified by the letter "R" without any further reference symbols.)
  • the controllers are connected to the data bus 121 and can thus be addressed by the climate control unit 90. In this way, excess, usable heat of the exhaust air over the
  • Exhaust air heat exchanger 122 is discharged to the circulating in the heat recovery circuit heat transfer medium and discharged via the heat transfer line 130 to the heat storage 128 located in the heat storage medium. Due to differences in density, a temperature stratification arises as a result of the gravitational effect such that a cold side is detected in the lower region of the heat accumulator 128 and a hot side W is detected in the upper region of the heat accumulator 128.
  • the heat accumulator 128 is connected in a manner known per se to a heat utilization circuit. At several (here: three) in each case via shut-off valves 136, 138, 140 shut-off points, which are distributed over the height of the heat accumulator 128, the heat storage medium from the heat storage 128 can be removed. Which of the shut-off valves 136, 138, 140 is opened depends on the currently existing temperature stratification within the heat accumulator. The currently existing temperature stratification in the heat accumulator 130 is determined via temperature sensors 142, 144 which are connected to the climate control unit 90 via the data bus 121.
  • the temperature control ler 142 arranged in the upper region of the heat accumulator 130 and detects a container temperature in the hot area V B, w > while the temperature sensor 144 is disposed in the lower region of the heat accumulator 130 and detects a container temperature in the cold region V BK .
  • the outputs of the shut-off valves 136, 138, 140 open into a common feed line 146 of a heat utilization circuit. After supplying one or more user circuits, these run together in a common return line 148 of the heat utilization circuit, which opens into the heat accumulator 130 on the cold side.
  • a heating circuit with a radiator 150, a pump 152 and a thermostatic angle valve 154 as well as a hot water circuit with a heat exchanger 156, a pump 158 and a shut-off valve 160 are shown in FIG.
  • the heat exchanger 156 may be e.g. work according to the continuous flow principle and heat up service or drinking water.
  • the waste heat of the exhaust air may e.g. also supplied to a district heating network, used or otherwise used for the direct heating of indoor air (such as a sales or administration building attached to a gas station).
  • the heat storage can be heated in addition to other heat sources such as district heating, solar heat, geothermal, solar or wind power, a combined heat and power plant or the like.
  • a regenerative heating of the supply air of the air conditioners 66 is possible by the heat contained in the exhaust air.
  • shut-off valves may be, for example, electromagnetically operated switching or on / off valves (2/2-way valves), electric motor-operated ball valves, pneumatic, hydraulic or motor-rack operated gate valves or the like.
  • shut-off valves may optionally control valves or proportional valves are used, in particular, but not exclusively, in the thermostatic angle valve 154 of the heating circuit.
  • the air conditioner 66 may comprise a plurality of individual components, which in turn may be part of control loops, which may be e.g. Hot water and / or cold water circuits including associated containers, boilers, valves, pumps and their control- and actuators, motors, electric heaters, evaporators including associated steam generators, etc., and the like may contain more, each from the climate control unit 90 or individually associated control devices are controlled.
  • control loops which may be e.g. Hot water and / or cold water circuits including associated containers, boilers, valves, pumps and their control- and actuators, motors, electric heaters, evaporators including associated steam generators, etc., and the like may contain more, each from the climate control unit 90 or individually associated control devices are controlled.
  • a part of the components of the air conditioner can be summarized in a Vorrytleitersabites, for example, but not mandatory, a shutter, an air filter, a surface cooler with water collector, an outside air heat exchanger for preheating, with an exhaust air heat exchanger in the exhaust air flow through a water circuit is connected, and have a muffler.
  • a post-conditioning section may then include, for example, but not necessarily or exclusively, a fan, a radiator, a spray humidifier, a mist eliminator, a heater, and another muffler.
  • the after-air conditioning section may be multiple, once for each compartment of the shelf rack 44, while resorting to a common preliminary air conditioning section.
  • a type-recognizing device may be provided which is designed and arranged to store the types of rechargeable batteries received in the receiving device 8 to recognize.
  • the climate control unit (K-ECU) 90 can determine the optimum value for the temperature V opt in the interior of the shelf rack 44 on the basis of the type of batteries 8 accommodated there.
  • a table may be stored in the ROM 94, the RAM 96 or on a data carrier in the drive 98, which allows an allocation of optimum values to a battery type, wherein the types included in the table preferably at least those recordable in the shelf shelf 44 Types of batteries 8 includes.
  • an average value of the optimum values corresponding to the recorded types can be calculated as the optimum temperature V opt .
  • the table may further allow assignment of allowable temperature ranges to the battery types, and the climate control device 66 may be configured and configured to determine an approximate optimum value for the temperature in the interior of the shelf rack 44 from the table such that the allowable temperature ranges for the in-line temperatures the recording device recorded batteries are respected.
  • Measurement of the volume flow of the air conditioner (s) 66 may also facilitate compliance with this parameter
  • a device for disassembling electric energy storage devices can be provided in modules, wherein the disassembly can be done either manually by operating personnel or semi or fully automatic.
  • a decomposition has the advantage that, instead of a large number of sizes and designs of the accumulators 8A,... 8F, which are each adapted to different vehicle models, a more manageable number of module sizes and modular shapes must be taken into account. Therefore There are fewer different types of shelving available. Also, the handling and cooling of the smaller modules can be simpler than with large blocks.
  • the wireless communication illustrated in FIG. 1 and FIG. 2 may be replaced by wired communication, in particular without the use of a satellite communication system.
  • the communication with the vehicle 2 is optional, but may be useful, for example, to adapt a charging program for stored batteries, if a need for the soon to be needed batteries is determined via the communication with the vehicle 2.
  • the battery 8 may consist of several modules that are assembled and interconnected as needed and space for a vehicle types in a suitable manner.
  • the battery modules can each have a plurality of secondary cells.
  • the secondary cells may be, but are not limited to, flat cells with flat current conductors (poles) projecting on opposite narrow sides.
  • the secondary cells may comprise electrochemically active materials which contain lithium (so-called lithium ion accumulators).
  • the invention has been described above in connection with vehicle batteries of a four-wheeled vehicle on a public road network.
  • the applicability of the invention is not dependent on the type of vehicle or the number of wheels or axles or the driven wheels or the structure of the drive train itself.
  • all wheels 4 can be driven by the electric motor 4.
  • each drivable wheel have its own electric motor, which can be optionally installed in the wheel or hub shell.
  • the invention is equally applicable to cars with two or three axles, trucks with two, three or more axles, two-wheelers with successively or juxtaposed wheels, tracked vehicles, water or air vehicles.
  • the invention is also applicable in the context of industrial plants, if electric batteries or other Energy storage such as high power capacitors are charged.
  • the use of the electric energy storage is not limited to vehicles, but may, for example, but not only, be beneficial in the field of renewable power plants.
  • Devices arranged in the storage zone 12 may be understood wholly or partly as a charging device in the sense of the invention.
  • the rechargeable batteries or batteries 8, 8A to 8E mentioned in the context of this description or, if appropriate, their modules, are energy storage devices in the sense of the invention.
  • the shelf shelf 44 or the entire warehouse 42 is a receiving device in the context of the invention.
  • the air conditioner 66 is an air conditioning device according to the invention.
  • the charge control device 65 and the charging line network 67 are a charging and charging control device in the context of the invention.
  • the fan 80 is a supply device in the context of the invention.
  • the heating unit 82 and the cooling unit 84 form a tempering device in the sense of the invention.
  • the moistening unit 86 and the dehumidifying unit 88 form a conditioning device in the sense of the invention.
  • the climate control unit 90 is a control device in the context of the invention.
  • the temperature sensors 102, 106, 110, 114, 118 and the humidity sensors 104, 108, 112, 116 and 120 are sensors in the sense of the invention and form part or all of a measuring device in the sense of the invention.
  • the setpoint for the room temperature DR, SOII is a setpoint temperature within the meaning of the invention.
  • the outside air is an ambient air in the sense of the invention.
  • the supply air which is optionally identical to the outside air, is an air introduced into the air conditioning device according to the invention.
  • the conditioned air is an air supplied to the interior of the receiving device in the sense of the invention.
  • the volume flow dV / dT is a measure of an amount of air within the meaning of the invention.
  • the storage compartment 70 or the position of a battery. 8 on the storage compartment 70 (see Fig. 3 or 5) or a section A to F (see Fig. 2) or each individual compartment thereof or any position within the shelf rack 44 may be a location within the receiving device according to the invention ,
  • V-ECU vehicle control unit
  • LW drive magnet, optical etc., internal or external

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Abstract

Eine Ladevorrichtung für Elektroenergiespeicher weist eine Aufnahmeeinrichtung, die zum Aufnehmen einer oder einer Mehrzahl von Elektroenergiespeiehern, vorzugsweise von wiederaufladbaren Elektroenergiespeichern für Fahrzeuge, ausgelegt und eingerichtet ist, eine Lade- und Ladesteuerungseinrichtung, die zum gesteuerten Laden der/des in der Aufnahmeeinrichtung aufgenommenen Elektroenergiespeicher/-s ausgelegt und eingerichtet ist, und eine Klimatisierungseinrichtung, die zum Temperieren des Innenraums der Aufnahmeeinrichtung ausgelegt und eingerichtet ist, auf, und zeichnet sich dadurch aus, dass die Klimatisierungseinrichtung ausgelegt und angepasst ist, die Luft im Innenraum der Aufnahmeeinrichtung den Umgebungsverhältnissen im Hinblick auf den Taupunkt (I) anzugleichen.

Description

Ladevorrichtung für Elektroenergiespeicher, Versorgungsstation und Verfahren zum Laden von Elektroenergiespeichern
B e s c h r e i b u n g
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ladevorrichtung für Elektroenergiespei- eher, eine Versorgungsstation zur Versorgung von Fahrzeugen mit Elektroenergiespeichern, und ein Verfahren zum Laden von Elektroenergiespeichern.
Es ist bekannt, elektrischen Strom zum Antrieb von Fahrzeugen, beispielsweise Automobilen, Krafträdern und Booten, zu verwenden. Der elektrische Strom wird an Bord des Fahrzeugs in Batterien oder Akkumulatoren (im Fahrzeugbereich wird umgangssprachlich auch bei Akkumulatoren verbreitet von Batterien gesprochen) mitgeführt und über einen Elektromotor zum Antrieb genutzt. In den letzten Jahren haben sich Lithium-Ionen-Akkumulatoren als kapazitäts- und leistungsstarke Grundlage elektrischer Fahrzeugantriebssysteme etabliert. Erste Überlegungen zur flächendeckenden Versorgung solcher Fahrzeuge betrafen Netze von Selbstladestationen, an denen die Fahrzeugbatterien im Fahrzeug aufgeladen werden. Solche Netze befinden sich derzeit in der Erprobung und im Aufbau. Aus der EP 0 902 348 A2 ist es bekannt, Batterien zum Antrieb von Motorrädern in Form eines Leihsystems oder -netzes in Verleihstationen für Nutzer bereitzuhalten. Bei diesen Batterieverleihstationen sind Batterien einheitlicher Größe in einem thermisch isolierten und temperaturgeregelten Abteil aufgenommen, in welchem sie gelagert und auch aufgeladen werden. Ein Temperaturregelungs- abschnitt berechnet eine Differenz zwischen einem oberen und einem unteren Grenzwert einerseits und der Innentemperatur innerhalb des Abteils oder der Außentemperatur außerhalb der Station andererseits, um ein Steuersignal für einen Temperaturregler zu berechnen. Der Temperaturregler weist ein Heizgerät und ein Kühlgerät auf und sendet in Abhängigkeit von dem Steuersignal kühle oder warme Luft in das Abteil. Die Temperaturgrenzwerte sind beliebig, beispielsweise in Abhängigkeit von der Jahreszeit, vorgebbar.
Das Projekt "better place" sieht ein flächendeckendes Netz von Elektrotankstel- len mit Batterieladestationen und Batteriewechselstationen vor (manager- magazin.de, 30. Oktober 2007, "Das SAP-Wunderkind kehrt zurück",
www.manager-magazin.de/it/artikel/0, 2828, 514273, 00. html). Dabei sind die Wechselstationen vorgesehen, um Fahrzeugbatterien vieler Typen vorrätig zu halten, zu laden bzw. in ihrer Ladung zu erhalten und eine leere Batterie eines Fahrzeugs in kurzer Zeit gegen eine voll aufgeladene auszutauschen.
Logistik und Management des Akkubestands und des Ladezustands der Akkus sind entscheidende Faktoren für die Betriebsfähigkeit einer Infrastruktur solcher Akkuwechselstationen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass es verschiedene Fahrzeugtypen mit unterschiedlichen Anforderungen an die Kapazität des Akkus gibt. Es ist eine besondere Herausforderung, stets frisch aufgeladene Akkus zum Austausch für die verschiedenen Fahrzeugtypen bereitzuhalten.
Femer ist zu beachten, dass Elektromotoren für Fahrantriebe häufig mit hohen Spannungen von einigen hundert Volt arbeiten und die Akkumulatoreinheiten in Elektrofahrzeugen mit solchen Antrieben eine entsprechend hohe Anschluss- Spannung aufweisen. Für die Aufladung solcher Einheiten sind Ladestationen entsprechend hoher Leistung und - insbesondere bei kurzen Ladezeiten - beträchtlicher Stromaufnahme vorzusehen. Bei einer Vielzahl unterschiedlicher Akkutypen sind für jeden Akkutyp geeignete Ladestationen bereitzustellen.
Schließlich ist zu beachten, dass bei der Aufladung von Akkus erhebliche Wärme frei wird. Diese Wärme ist üblicherweise nicht nur verloren, sondern kann unter ungünstigen Bedingungen eine hohe Belastung für den Akku und ein Si- cherheits- bzw. Brandrisiko darstellen, insbesondere, wenn eine Vielzahl von Akkus auf engem Raum aufgeladen werden, wie es an Tankstellen, die für die Bereitstellung frisch aufgeladener Akkus und den Austausch gegen verbrauchte Akkus sowie deren Aufladung in einer Lagereinrichtung eingerichtet sind, der Fall sein kann.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Ladestation, ein Verfahren zum Betreiben derselben und eine Versorgungsstation bereitzustellen, welche die oben erläuterten Problem zufriedenstellend lösen, insbesondere das Wärmemanagement beim Aufladen und Lagern der Akkus zu verbessern.
Die vorstehende Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung bilden den Gegenstand der Unteransprüche.
Nach der Erfindung weist eine Ladevorrichtung für Elektroenergiespeicher eine Aufnahmeeinrichtung, die zum Aufnehmen einer oder einer Mehrzahl von Elektroenergiespeichern, vorzugsweise von wiederaufladbaren Elektroenergiespei- ehern für Fahrzeuge, ausgelegt und eingerichtet ist, eine Lade- und Ladesteuerungseinrichtung, die zum gesteuerten Laden der/des in der Aufnahmeeinrichtung aufgenommenen Elektroenergiespeicher/-s ausgelegt und eingerichtet ist, und eine Klimatisierungseinrichtung, die zum Temperieren des Innenraums der Aufnahmeeinrichtung ausgelegt und eingerichtet ist, wobei dem Innenraum der Aufnahmeeinrichtung temperierte Luft zugeführt wird, auf, und zeichnet sich dadurch aus, dass die Klimatisierungseinrichtung ausgelegt und angepasst ist, die Luft im Innenraum der Aufnahmeeinrichtung den Umgebungsverhältnissen im Hinblick auf den Taupunkt anzugleichen. Unter einem Elektroenergiespeicher wird im Sinne der Erfindung eine Vorrichtung verstanden, welche auch zur Abgabe elektrischer Energie ausgelegt und eingerichtet ist, wobei die Energie in einer oder mehreren Speicherzellen speicherbar ist. Eine Speicherzelle kann insbesondere, aber nicht nur, elektrochemische oder galvanische Zellen vom sekundären Typ (sogenannte Akkumulatoren, die, wenn sie ganz oder teilweise entladen sind, durch Zuführen von elektrischen Ladungen, also von elektrischer Energie, durch eine elektrochemi- sehe Reaktion wiederaufladbar sind) umfassen. Speicherzellen im Sinne der Erfindung können insbesondere einen aktiven Teil aufweisen, innerhalb dessen Lade-, Entlade- und ggf. Umwandlungsvorgänge elektrischer Energie stattfinden und der von einer z.B. folienartigen Umhüllung vorzugsweise gas- und flüssigkeitsdicht umhüllt ist. Der aktive Teil kann Stapel oder Folienschichten aus elekt- rochemisch aktiven Materialien, leitenden Materialien und trennenden Materialien aufweisen. Dabei ragen sogenannte Stromableiter aus dem Inneren des aktiven Teils, wo sie mit Elektrodenbereichen in leitender Verbindung stehen, durch die Umhüllung nach außerhalb der Zelle und ermöglichen eine Verbindung der aktiven Teile der Zellen miteinander oder mit einem Verbraucher. Wie in der Automobiltechnik üblich, wird auch innerhalb dieser Anmeldung unter einer Batterie auch ein Akkumulator, also ein Elektroenergiespeicher vom sekundären (wiederaufladbaren) Typ, verstanden.
Unter einem Aufnehmen wird im Sinne der Erfindung ein Vorgang oder ein Zu- stand verstanden, wobei ein Gegenstand, hier insbesondere ein Elektroenergiespeicher, auch abgelegt wird und entweder dauerhaft oder vorübergehend verbleibt. Dabei kann eine Zuweisung zu einem bestimmten Aufnahme- oder Lagerort vorgesehen sein. Das Aufnehmen erfolgt beispielsweise in oder auf Regalen, Fächern oder anderen Lagerorten, vorzugsweise innerhalb eines um- grenzten Raumes. Die Aufnahmeeinrichtung kann insgesamt thermisch isoliert sein.
Unter einem Laden eines Elektroenergiespeichers wird im Sinne der Erfindung ein Vorgang verstanden, wobei einem Elektroenergiespeicher bzw. einer Spei- cherzelle auch Energie in Form von elektrischen Ladungen zugeführt wird, wodurch sich innerhalb des Elektroenergiespeichers bzw. der Speicherzellen/-n eine Ladungsverschiebung, insbesondere mittels einer elektrochemischen Reaktion, derart einstellt, dass durch Anlegen eines elektrischen Verbrauchers auch Energie in Form von elektrischen Ladungen, also elektrischem Strom, wieder entnehmbar ist. Unter einem gesteuerten Laden wird im Sinne der Erfindung ein Laden unter Einhaltung vorgegebener oder vorgebbarer Ladeparametern wie etwa Ladespannung, Ladestrom und dergleichen verstanden, wobei vorzugsweise auch Zustandsparameter wie etwa Temperatur, Spannung, Ladezustand des Elektroenergiespeichers bzw. der Speicherzellen überwacht und gegebenenfalls be- rücksichtigt sowie bei Bedarf eingehalten werden. Der Begriff des Steuems kann auch eine Regelung umfassen.
Unter einem Klimatisieren wird im Sinne der Erfindung ein Verändern von Zu- standswerten von Luft verstanden. Vorzugsweise werden dabei die Zustands- werte auf vorgegebene oder vorgebbare Sollwerte gesteuert bzw. geregelt. Unter einem Temperieren wird im Sinne der Erfindung ein Verändern der Temperatur oder ein Einstellen einer vorgegebenen oder vorgebbaren Temperatur verstanden. Unter einem Innenraum wird im Sinne der Erfindung das Innere eines umschlossenen Raums verstanden, wobei die Umschließung nicht nur eine Umgrenzung, sondern vorzugsweise auch eine thermische Isolation von der Umgebung umfassen kann. Eine Umschließung kann, muss aber nicht vollständig und allseitig gegeben sein. So kann z.B. bei einem ansonsten isolierten Lagerraum eine Öffnung zur Beschickung und Entnahme von Elektroenergiespeichern vorgesehen sein, welche eine Lücke in der Umhüllung bildet. Es kann auch je eine Öffnung zum Beschicken und eine Öffnung zum Entnehmen von Elektroenergiespeichern vorgesehen sein. Solche Öffnungen können z.B. mittels eines Lamellenvorhangs von der Umgebung abgetrennt sein, um zu intensiven Luftaus- tausch mit der Umgebung zu vermeiden. Es kann auch bei einem ansonsten rundum isolierten Fächerregal eine z.B. frontseitige Öffnung zur Aufnahme und Entnahme je eines Elektroenergiespeichers vorgesehen sein. Im letzteren Fall können z.B. Klappen, die bei Aufnahme eines Elektroenergiespeichers wegklappen, bei Nichtgebrauch des Fachs für eine Abtrennung von der Umgebung sorgen. Unter einer Umgebung kann im Sinne der Erfindung alles verstanden werden, was außerhalb eines betrachteten Raumes liegt, vorzugsweise die freie Atmosphäre, oder auch ein Raum, innerhalb dessen der betrachtete Raum angeordnet ist. Beispielsweise kann eine Mehrzahl von Klimakammern oder Fächerregalen als Aufnahmeeinrichtungen für Elektroenergiespeichern innerhalb eines grö- ßeren Gebäudes angeordnet sein. In diesem Fall kann der Innenraum des Gebäudes als Umgebung der Klimakammern oder Fächerregale verstanden werden, oder aber die Umgebung des Gebäudes selbst.
Unter einem Taupunkt wird im Sinne der Erfindung der Taupunkt von Wasser in Luft verstanden. Es handelt sich um den Zustand, bei dem sich auf einem der feuchten Luft ausgesetzten Gegenstand Kondensatbildung gerade einstellt. Im Taupunkt ist also eine relative Feuchte (Luftfeuchtigkeit) von 100% gerade erreicht. Zu jedem Wertepaar von Temperatur und relativer Feuchte gibt es ein • eindeutig bestimmtes Wertepaar aus Druck und Temperatur, das den Taupunkt angibt. Obschon der Taupunkt also streng genommen ein Wertepaar aus Temperatur und Druck ist, wird hier wie in allgemein üblicher Weise der Taupunkt mit dem Temperaturwert des Taupunkts, der Taupunkttemperatur, gleichgesetzt. Dieser Zusammenhang kann in Form von Tabellen zusammengestellt oder in Form von Diagrammen aufgetragen werden. In Fig. 4 ist eine Kurvenschar dar- gestellt, wobei die relative Feuchte als Abszisse gewählt ist, die Lufttemperatur als Ordinate gewählt ist, und jede Kurve einem konstanten Wert der Taupunkttemperatur entspricht.
Wenn, wie nach der Erfindung vorgesehen, die Klimatisierungseinrichtung aus- gelegt und angepasst ist, die Luft im Innenraum der Aufnahmeeinrichtung den Umgebungsverhältnissen im Taupunkt anzugleichen, können auch Taupunktdurchgänge und damit verbundene Probleme vermieden werden. Die Klimatisierungseinrichtung kann eine Luftzuführungseinrichtung aufweisen, die zum Zuführen von Luft ausgelegt und eingerichtet ist. Unter einer Luftzuführungseinrichtung wird im Sinne der Erfindung eine Einrichtung verstanden, die auch in der Lage ist, Luft in Richtung der Aufnahmeeinrichtung zu fördern. Beispiele für Luftfördereinrichtungen wie z.B. Ventilatoren verschiedener Bauarten sind in der Klimatechnik wohlbekannt. Die Klimatisierungseinrichtung kann eine Temperierungseinrichtung, die zum Kühlen und/oder Erwärmen der zugeführten Luft ausgelegt und eingerichtet ist, aufweisen. Unter einer Temperierungsein- richtung wird im Sinne der Erfindung eine Einrichtung verstanden, die in der Lage ist, Luft, insbesondere durchströmende Luft, zu erwärmen oder zu kühlen oder beides. Beispiele für Heizeinrichtungen und für Kühleinrichtungen bzw. für kombinierte Geräte verschiedener Bauarten sind in der Klimatechnik wohlbekannt. Die Klimatisierungseinrichtung kann eine Konditionierungseinrichtung, die zum Befeuchten und/oder Entfeuchten der zugeführten Luft ausgelegt und eingerichtet ist, aufweisen. Als Konditionierungseinrichtung wird im Sinne der Erfindung eine Einrichtung verstanden, die auch in der Lage ist, Luft, insbesondere durchströmende Luft, zu befeuchten oder zu entfeuchten oder beides. Beispiele für Befeuchtungseinrichtungen und Entfeuchtungseinrichtungen bzw. für kombi- nierte Geräte verschiedener Bauarten sind in der Klimatechnik wohlbekannt. Die Klimatisierungseinrichtung kann eine Steuerungseinrichtung aufweisen, die ausgelegt und eingerichtet ist, die Luftzuführungseinrichtung, die Temperierungseinrichtung und die Konditionierungseinrichtung anzusteuern. Unter einer Steuerungseinrichtung wird im Sinne dieser Erfindung eine Einrichtung verstanden, die auch in der Lage ist, eingegebene Daten zu verarbeiten und auf deren
Grundlage externe Geräte anzusteuern, d.h., zu bestimmten Aktionen zu veranlassen. Dabei kann ein Steller des Geräts direkt beeinflußt werden oder dem Gerät ein durch das Gerät zu verwirklichender Sollwert zugeführt werden. Als Steuerungseinrichtung kann jede Datenverarbeitungseinrichtung eingesetzt werden, die wenigstens einen Rechenabschnitt, einen Speicherabschnitt und einen Eingabe-/Ausgabe-Abschnitt aufweist. Mit diesem Aufbau kann auch eine gezielte Klimatisierung, d.h., Förderung, Temperierung und Konditionierung der Luft wirksam ermöglicht werden. Die Luftzuführungseinrichtung, die Temperierungseinrichtung und die Konditionierungseinrichtung, wahlweise auch die Steuerungseinrichtung, können dabei in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sein, wodurch auch eine kompakte Bauweise gewährleistet werden kann.
Die Ladevorrichtung kann eine Messeinrichtung aufweisen, wobei die Messeinrichtung eine Mehrzahl von Messfühlern aufweist, die ausgelegt und eingerichtet sind, die Temperatur und die Feuchte der Umgebungsluft und/oder der in die Klimatisierungseinrichtung eingeleiteten Luft sowie die Temperatur und die Feuchte der Raumluft innerhalb der Aufnahmeeinrichtung und/oder der aus der Aufnahmeeinrichtung abgeführten Luft zu messen und entsprechende Mess- Signale an die Steuerungseinrichtung auszugeben, wobei die Steuerungseinrichtung ausgelegt und eingerichtet ist, auf der Grundlage wenigstens eines Teils der Mess-Signale die Zuführungseinrichtung, die Temperierungseinrich- tung und die Konditionierungseinrichtung so anzusteuern, dass diese die ihr zugeführte Luft derart temperiert, dass die Raumluft innerhalb der Aufnahmeeinrichtung eine vorbestimmte Solltemperatur einhält, und derart konditioniert, dass die Taupunkttemperatur der Raumluft innerhalb der Aufnahmeeinrichtung der Taupunkttemperatur der Umgebungsluft entspricht. Unter einem Messfühler wird im Sinne der Erfindung ein Bauelement verstanden, das auch in der Lage ist, eine physikalische Eigenschaft aber nicht nur eines Mediums zu erfassen. Insbesondere, aber nicht nur, sind im Sinne der Erfindungen Temperaturfühler und Feuchtefühler gemeint. Dabei kann es sich beispielsweise um Raumfühler, Außenfühler, Kanalfühler oder Behälterfühler handeln. Als Mess-Signal wird im Sinne der Erfindung ein elektrisches, optisches oder sonst wahrnehmbares Signal verstanden, welches eine Information trägt, die Rückschlüsse auf den gemessenen Wert einer physikalischen Eigenschaft erlaubt. Mit einem solchen Aufbau kann auch eine wirksame Regelung der Zustandsgrößen der im Innenraum der Aufnahmeeinrichtung vorhandenen Luft ermöglicht werden.
Die Steuerungseinrichtung kann ausgelegt und eingerichtet sein, Sollwerte einer dem Innenraum der Aufnahmeeinrichtung zuzuführenden Luft hinsichtlich Tem- peratur, Feuchte und Menge zu ermitteln, und die Zuführungseinrichtung, die Temperierungseinrichtung und die Konditionierungseinrichtung so anzusteuern, dass die dem Innenraum der Aufnahmeeinrichtung zugeführte Luft die ermittelten Sollwerte aufweist, wobei die Messeinrichtung vorzugsweise weitere Mess- fühler aufweist, die ausgelegt und eingerichtet sind, die Temperatur und die Feuchte der dem Innenraum der Aufnahmeeinrichtung zugeführten Luft zu messen und entsprechende Mess-Signale an die Steuerungseinrichtung auszugeben. Unter einem Ermitteln wird im Sinne der Erfindung ein Vorgang verstanden, der die zu ermittelnde Information erschließt, sei es durch Berechnung, Vergleich, externe Eingabe, Abfrage aus einem Datenbestand oder auf andere Weise. Mit einem solchen Aufbau kann auch die Regelung hinsichtlich der Zu- standsgrößen der Luft erleichtert werden.
Es können Messfühler an verschiedenen Orten innerhalb der Aufnahmeeinrich- tung vorgesehen sein, um die Temperatur und die Feuchte der Luft an den verschiedenen Orten innerhalb der Aufnahmeeinrichtung zu messen und entsprechende Mess-Signale an die Steuerungseinrichtung auszugeben. Auf diese Weise können auch einerseits die Messungen der Messfühler auf Konsistenz und Schlüssigkeit überprüft werden, kann andererseits ein geeigneter Mittelwert gebildet werden, und es kann anhand eines ermittelten Gradienten der Messgrößen über den gesamten Innenraum der Aufnahmeeinrichtung hinweg die Wirksamkeit der Regelung beurteilt, kann ferner die Einhaltung vorgegebener Temperaturgrenzen über den gesamten Innenraum der Aufnahmeeinrichtung überprüft werden und können gegebenenfalls die Sollwerte für insbesondere die Temperatur und/oder die Luftmenge angepasst werden.
Die Steuerungseinrichtung kann ausgelegt und eingerichtet sein, einen Optimalwert für die Temperatur selbsttätig anhand eines Typs der in der Aufnahmeeinrichtung enthaltenen Elektroenergiespeicher zu ermitteln und den Optimal- wert als Sollwert für die Temperatur der Raumluft im Innenraum der Aufnahmeeinrichtung festzulegen. Als Typ eines Energiespeichers kann im Sinne der Erfindung einerseits eine beispielsweise anhand eines Industriestandards festge- legte, eindeutige Bezeichnung eines Elektroenergiespeichers eines bestimmten Herstellers, einer bestimmten Baureihe, eines bestimmten Fertigungsloses etc. verstanden werden, andererseits kann als Typ eines Energiespeichers im Sinne der Erfindung eine kodierte Informationen über die Eigenschaften und Parame- ter des Energiespeichers, enthaltend beispielsweise die Art der elektrochemischen Lade- und Entladereaktion, die verwendeten Materialien, die Anzahl der Zellen, Zellenspannung, geforderter oder zulässiger Ladestrom, geforderte oder zulässige Ladespannung, zulässige Temperaturbereiche oder anderes, verstanden werden. Wenn ein Optimalwert für die Temperatur selbsttätig anhand eines Typs der in der Aufnahmeeinrichtung enthaltenen Elektroenergiespeicher ermittelt und der Optimalwert als Sollwert für die Temperatur der Raumluft im Innenraum der Aufnahmeeinrichtung festgelegt wird, ist auch eine flexible und betriebssichere Regelung des Temperaturprofils innerhalb der Aufnahmeeinrichtung besonders einfach möglich; die Betriebsparameter der Ladevorrichtung können je nach Situation über die gesamte Breite ausgenutzt werden.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Aufnahmeeinrichtung eine Mehrzahl von Abteilungen aufweist, die vorzugsweise thermisch und insbesondere brandschutztechnisch voneinander getrennt sind, wobei in jeder Abteilung Messfühler der Messeinrichtung vorgesehen sind, um die Temperatur und die Feuchte der Luft an wenigstens einem Ort innerhalb jeder Abteilung zu messen und entsprechende Mess-Signale an die Steuerungseinrichtung auszugeben. Auf diese Weise kann die Betriebssicherheit der gesamten Ladevorrichtung weiter erhöht werden.
Dabei kann es vorteilhaft sein, wenn jede der Abteilungen zur Aufnahme eines vorab festgelegten Typs von Elektroenergiespeichern oder mehrerer Typen von Elektroenergiespeichern, denen die gleiche optimale Temperatur und/oder der gleiche zulässige Temperaturbereich zugeordnet ist, ausgelegt und eingerichtet ist. Durch eine solche Auslegung kann auch das Temperaturprofil innerhalb der Aufnahmeeinrichtung auch vergleichmäßigt werden. So kann es z.B. vorgesehen sein, dass Abteilungen mit Elektroenergiespeichern, die eine geringe zuläs- sige Ladetemperatur aufweisen, nahe eines Eintrittsbereich der klimatisierten Luft angeordnet sind, während Abteilungen mit Elektroenergiespeichern, die eine höhere zulässige Ladetemperatur aufweisen, näher an einem Austrittsbereich der Fortluft angeordnet sind. So kann auch der Temperaturgradient im Ver- lauf des Strömungsweges innerhalb der Aufnahmeeinrichtung vorteilhaft ausgenutzt werden.
Besonders vorteilhaft kann es dabei sein, wenn jede der Mehrzahl von Abteilungen eine eigene Luftzufuhr aufweist, wobei die Steuerungseinrichtung und die Klimatisierungseinrichtung ausgelegt und eingerichtet sind, jede der Mehrzahl der Abteilungen einzeln oder in Gruppen getrennt voneinander zu klimatisieren. Auf diese Weise können die Betriebsparameter der Ladevorrichtung noch gezielter optimiert werden. Von besonderem Vorteil im Hinblick auf die Energiebilanz der Gesamtanlage ist es, wenn die innerhalb der Aufnahmeeinrichtung erzeugte Wärme gespeichert oder direkt genutzt oder verwertet wird. Dies kann beispielsweise, aber nicht ausschließlich, dadurch geschehen, dass die innerhalb der Aufnahmeeinrichtung erzeugte Wärme einem Fernwärmenetz zugeführt wird, dass die innerhalb der Aufnahmeeinrichtung erzeugte Wärme einem Wärmespeicher zugeführt wird, dass die innerhalb der Aufnahmeeinrichtung erzeugte Wärme zur Erwärmung von Brauchwasser oder zum Betrieb oder zur Unterstützung eines lokalen Heizungssystems genutzt wird, oder dass die innerhalb der Aufnahmeeinrichtung erzeugte Wärme zur Vorerwärmung der in die Klimatisierungseinrichtung eingeleiteten Luft genutzt wird.
Die innerhalb der Aufnahmeeinrichtung erzeugte Wärme kann besonders effizient der aus der Aufnahmeeinrichtung abgeführten Fortluft entnommen werden. Ein weiterer Gesichtspunkt der Erfindung betrifft eine Versorgungsstation zur Versorgung von wenigstens teilweise elektrisch betriebenen Fahrzeugen mit wiederaufladbaren Elektroenergiespeichern, der eine Ladevorrichtung, wie sie vorstehend beschrieben wurde, aufweist. Unter einer Versorgungsstation wird im Sinne der Erfindung eine Einrichtung verstanden, an welcher verbrauchte Elektroenergiespeicher abgegeben und aufgeladene Elektroenergiespeicher aufgenommen werden können. Eine Versorgungsstation kann, muss aber nicht, auch Einrichtungen zum Laden von in Fahrzeugen verbleibenden Elektroenergiespeichern aufweisen.
Ein weiterer Gesichtspunkt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufladen von wiederaufladbaren Elektroenergiespeichern, mit den Schritten: Aufnehmen eines oder einer Mehrzahl von Elektroenergiespeichern, vorzugsweise von wiederaufladbaren Elektroenergiespeichern für Fahrzeuge, in einer Aufnahmeeinrichtung; Gesteuertes Laden der/des in der Aufnahmeeinrichtung aufgenommenen Elektroenergiespeicher/-s; Temperieren des Innenraums der Aufnahmeeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Luft im Innenraum der Aufnahme- einrichtung an die Umgebungsverhältnisse im Hinblick auf den Taupunkt angeglichen wird.
Ein weiterer Gesichtspunkt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufladen von wiederaufladbaren Elektroenergiespeichern, mit den Schritten: Aufnehmen eines oder einer Mehrzahl von Elektroenergiespeichern, vorzugsweise von wiederaufladbaren Elektroenergiespeichern für Fahrzeuge, in einer Aufnahmeeinrichtung; Gesteuertes Laden der/des in der Aufnahmeeinrichtung aufgenommenen ElektroenergiespeicherΛs; Klimatisieren des Innenraums der Aufnahmeeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die innerhalb der Aufnahmeeinrichtung erzeugte Wärme gespeichert oder direkt genutzt oder verwertet wird.
Die vorstehenden und weitere Merkmale, Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachstehenden Beschreibung deutlicher ersichtlich werden, die unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen angefertigt wurde. In den Zeichnungen: ist Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Infrastruktur zur Versorgung von Fahrzeugen mit wiederaufladbaren und austauschbaren Batterien gemäß der Erfindung; ist Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Tankstelle gemäß der Erfindung; ist Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Batterielagers gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung; ist Fig. 4 eine diagrammatische Darstellung zur Verdeutlichung eines Luft- temperierungs- und— konditionierungsvorgangs gemäß der Erfindung; und ist Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Batterielagers gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung mit Klimagerät.
Es ist darauf hinzuweisen, dass die Darstellungen in den Figuren schematisch sind und sich auf die Wiedergabe der für das Verständnis der Erfindung wich- tigsten Merkmale beschränken. Auch ist darauf hinzuweisen, dass die in den Figuren wiedergegebenen Abmessungen und Größenverhältnisse allein der Deutlichkeit der Darstellung geschuldet sind und in keiner Weise einschränkend oder zwingend zu verstehen sind, soweit sich aus der nachstehenden Beschreibung nichts anderes ergibt. Insbesondere können Abmessungen in einer Raum- richtung im Verhältnis zu anderen Raumrichtungen in den Zeichnungen teilweise erheblich überhöht dargestellt sein.
Fig. 1 zeigt schematisch eine beispielhafte Konfiguration einer Infrastruktur, in welcher die vorliegende Erfindung vorteilhaft anwendbar ist. Ein Fahrzeug 2 als Repräsentant einer Vielzahl von Fahrzeugen fährt auf einem Straßennetz 1. Auf dem Straßennetz 1 sind eine Vielzahl von Tankstellen "T" eingerichtet, die im Wesentlichen gemäß der Darstellung in Fig. 2 und zugehöriger Beschreibung ausgeführt sind. Zu der Infrastruktur gehören auch ein Satellit 60 eines Satellitenkommunikationsnetzes (das von einem externen Anbieter stammen kann) und eine Verwaltungszentrale "Z". Die Tankstellen T weisen Akkuladestationen und Akkuwechselstationen auf, die nachstehend genauer erläutert werden; zusätzlich können dort Zapfsäulen für konventionelle Kraftstoffe vorgesehen sein.
Gemäß der schematischen Darstellung in Fig. 1 weist das Fahrzeug 2 vier Rä- der 4, einen Elektromotor 6 und eine Batterie 8 auf. Wenigstens zwei der Räder 4 (hier: die Vorderräder) sind von dem Elektromotor 4 antreibbar. Eine Batterie bzw. ein Akkumulator (nachstehend kurz als "Akku" bezeichnet) 8 liefert die e- lektrische Energie für den Antrieb, die durch ein Fahrzeugsteuergerät (V-ECU) 10 an den oder die Elektromotoren 6 übertragen wird. Der Elektromotor 8 kann als Motor-Generator ausgebildet sein, der im Schubbetrieb elektrischen Strom erzeugt und der Batterie 8 als Ladestrom zuführt. Zusätzlich zu dem Elektromotor 8 kann auch ein Verbrennungsmotor zum Antreiben des Fahrzeugs und/oder zum Aufladen der Batterie über den als Generator arbeitenden Elektromotor 8 vorhanden sein.
Der Akku 8 soll hier als Lithium-Ionen-Akku, Lithium-Polymer-Akku oder ähnlich ausgeführt sein. Es sind jedoch auch Akkumulatortypen auf anderer elektrochemischer Grundlage denkbar, wie etwa Blei-Gel-Akkus, Nickel-Cadmium- Akkus oder andere. Es ist auch möglich, zwei oder mehrere Akkus vorzusehen. Der Akku 8 kann aus mehreren Teilen bestehen.
Der Akku 8 ist auswechselbar gestaltet. Er lässt sich optional als Modul per Hand ausklinken oder automatisch als Ganzes oder modular entnehmen bzw. einsetzten. Die Kontaktierung erfolgt vorzugsweise formschlüssig in einem Ar- beitsgang mit dem Einbau. So werden gefährliche Spannungslagen grundsätzlich vermieden. Dabei werden auch mechanische, elektrische oder sonstige Sicherungen, etwa im Kontaktierungsbereich des Moduls, gelöst, wodurch der Akku 8 nicht nur gefahrlos aus dem System entfernt werden kann, sondern auch nach den Sicherheits- und Transportvorschriften zum Versand gehen kann, z.B. wenn das Akkuteil von der Ladestation als defekt geprüft wird (siehe unten). Der Akku 8 wird ohne mitgeführtes Ladesystem geladen, verfügt aber auf Modulebene über ein geeignetes Batteriemanagementsystem, das von einem ü- bergeordneten Master betrieben oder über das Energiemanagement des Fahrzeugs gesteuert werden kann. Die Tankstellen T verfügen jeweils über wenigstens einen Servicepylon 28 sowie wenigstens ein Akkulade- und Lagergebäude 42, deren Aufbau und Funktion an gegebener Stelle genauer erläutert werden.
Über eine Antenne 62 des Fahrzeugs 2 und Antennen 64 der Tankstellen T kann das Fahrzeugsteuergerät (die V-ECU) 10 mit den Funkeinrichtungen 56 der Tankstellen T kommunizieren. Die Kommunikation kann auch über den als Relais dienenden Satelliten 60 erfolgen. Ebenso über das Satelliten-Relais können die V-ECU 10 und die Funkeinrichtung 56 der Tankstellen T mit der Verwaltungszentrale Z kommunizieren. Auf diese Weise können Daten über die Positi- on eines Fahrzeugs, den Ladezustand der Batterie 8 des Fahrzeugs sowie die Position von Tankstellen und deren Lagerbestand ausgetauscht und zur Wegführung des Fahrzeugs bzw. einer Vielzahl von Fahrzeugen, zur Lager- und Ladelogistik der Tankstellen und dergleichen verwendet werden. Fig. 2 zeigt schematisch den Aufbau einer Tankstelle nach der Erfindung. Die Tankstelle T gliedert sich in eine Selbstladezone 12, eine Wechselzone 14, eine Lagerzone 16 und eine Energieverwaltungszone 18.
Die Selbstladezone 12 weist einen Zufahrtsweg 20 und mehrere Ladeplätze 22 auf. Jedem Ladeplatz 22 ist ein Ladeautomat 24 zugeordnet. Der Ladeautomat 24 ist z.B. als Säule oder als Kasten oder dergleichen ausgeführt und weist wenigstens eine Anschlussdose für ein Ladekabel oder ein fest installiertes Lade- kabel auf. Die Ladeautomaten 24 sind zur Schnelladung mit hoher Leistung ausgelegt, können aber auch niedrige Ladeleistungen zur schonenden Aufladung verwalten. Befindet sich ein Fahrzeug 2 auf einem Ladeplatz 22, wird sein Akku bzw. das Ladungsmanagementsystem über ein Kabel mit dem zugehöri- gen Ladeautomat 24 verbunden. An dem Ladeautomat 24 wird die Art des Ladevorgangs anhand des Akkutyps ausgewählt oder automatisch ermittelt. Es kann ein direkter Bezahlvorgang in bar oder per Scheck- oder Kreditkarte direkt an dem Ladeautomat 24 oder an einer gesonderten Kassenstelle vorgenommen werden, oder es kann anhand einer an dem Ladeautomat 24 vorzunehmenden Benutzeridentifizierung eine Abrechnung über ein Abonnementkonto erfolgen.
Die Wechsel- oder Austauschzone 14 weist einen zweispurigen Zufahrtsweg 26 und einen Servicepylon 28 auf. Auf dem Servicepylon 28 sind insgesamt vier Bedienautomaten 30 angeordnet. Die Bedienautomaten 30 sind jeweils einem von vier Wechselplätzen 32 zugeordnet, die beiderseits des Servicepylons 28 vorgesehen sind. (In einer Abwandlung kann nur ein Bedienautomat 30 für mehrere Wechselplätze 32 vorgesehen sein.)
Jeder Wechselplatz 32 weist zwei Standspuren 34 und eine Wechselgrube 36 auf. Die Wechselgrube 36 ist unterirdisch angeordnet und ist, wenn sich kein Fahrzeug auf dem Wechselplatz 32 befindet, aus Sicherheitsgründen mittels einer Fall- oder Schiebetür (nicht näher dargestellt) verschließbar. Zum Austausch eines Akkus wird ein Fahrzeug 2 auf die Standspuren 34 eines freien Wechselplatzes 32 bewegt. In der Wechselgrube 36 befindet sich ein Roboter (nicht näher dargestellt), der von unten den Akku 8 des Fahrzeugs entfernt, nachdem er Halterungen, Anschlüsse und ggf. Abdeckungen gelöst hat. Der Akku 8 wird dann mittels eines Förderers 38 zu der Lagerzone 16 transportiert. Von dort wird, ebenfalls mittels des Förderers 38, ein frischer Akku 8 in die Wechselgrube 36 transportiert und mittels des Roboters in das Fahrzeug 2 ein- gebaut. Die Standspuren 34 sind hier nur auf den Boden gemalte Markierungen. In einer Abwandlung können die Standspuren 34 jedoch auch eine Fördereinrichtung zum Positionieren des Fahrzeugs 2 auf dem Wechselplatz 32 aufweisen, wie es z.B. aus Autowaschanlagen an sich bekannt ist. Durch eine solche Förderein- richtung ist das Fahrzeug automatisch für den Austauschvorgang positionierbar.
Die Bedienautomaten 30 weisen mehrere Funktionen auf. Hier kann ein Bediener eine Identifikation vornehmen und einen Wechselvorgang bestätigen. Ferner kann hier bezahlt werden. Der Bedienautomat 30 zeigt auch den Fortschritt bzw. Erfolg oder Misserfolg des Identifikations- und Wechselvorgangs an.
Für den Fall, dass ein Wechselvorgang fehlschlägt, ist auf dem Servicepylon 28 auch je ein Ladeanschluss 40 für jeden Wechselplatz 32 angeordnet. Die Ladeanschlüsse 40 werden über die Bedienautomaten 30 angesteuert. Im Gegensatz zu den Ladeautomaten 24 in der Ladezone sind an den Ladeanschlüssen 40 in der Wechselzone 14 nur Schnellladevorgänge möglich, um den Wechselplatz 32 nicht zu lange zu belegen.
In der Lagerzone 16 sind in einem Lagergebäude 42 ein Fächerregal 44 und ein Prüfplatz 46 vorgesehen.
Das Fächerregal 44 weist mehrere Abteilungen A bis E für Akkumulatoren mehrerer Typen 8A bis 8E sowie eine Abteilung F zur flexiblen Verwendung auf. Der Prüfplatz 46 dient der Überprüfung der Akkus 8 und entweder Freigabe zur Ein- lagerung in dem Fächerregal 44, Anforderung einer Wartung oder Ausmusterung zum Abtransport.
In den Fächern des Fächerregals 44 sind die Akkus 8 an ein Ladesystem angeschlossen. Die Fächer des Fächerregals 44 weisen zu diesem Zweck Anschlüs- se auf, die mit den Polen der Akkus 8 korrespondieren und die im Zuge des Einlagerungsvorgangs automatisch, vorzugsweise formschlüssig, mit diesen Kontakt herstellen. So werden die Akkus 8 in dem Fächerregal 44 aufgeladen. Ein Ladesteuergerät (L-ECU) 65 ist zur Durchführung eines geeigneten Ladeprogramms vorgesehen und an das Ladesystem angeschlossen. Der Ladevorgang wird nach den Gesichtspunkten der Energieeffizienz, der Sicherheit, und der Lagerlogistik automatisch durchgeführt. Eine permanente Erhaltungsladung wird aus Effizienzgründen vorzugsweise vermieden.
Aus Sicherheitsgründen sind die Abteilungen A bis F des Fächerregals 42, gegebenenfalls auch noch kleinteiliger, brandschutztechnisch voneinander abgeschottet. Ferner ist die gesamte Lagerzone 16 sowie der gesamte Bereich des Förderers 38 und der Wechselgruben 36 mit einem Wannensystem gegen ein Eindringen eventuell aus den Akkus 8 austretender Flüssigkeiten in den Boden isoliert.
In der Energieverwaltungszone 18 steuert ein zentrales Energiesteuergerät (P- ECU) 48 alle Vorgänge innerhalb der Tankstelle T und verteilt die elektrische Energie über ein Verteilnetz 50 an die jeweiligen Verbraucher, insbesondere die Ladeautomaten 24 in der Ladezone 12, die Ladeanschlüsse 40 in der Wechselzone 14 und die L-ECU 65 in der Lagerzone 42. Die L-ECU 65 kann auch in der P-ECU 48 interiert sein.
Ein Umspanner 52 empfängt aus dem Fernenergienetz "N" elektrische Energie und wandelt sie in eine nutzbare Spannung um. In einem Zwischenspeicherwerk 54 wird elektrische Energie gepuffert. Ein Windrad 56 erzeugt mittels eines Generators "G" elektrischen Strom aus Windenergie.
Das Windrad 56 ist nur ein Beispiel für eine lokale Generierung elektrischer E- nergie. Ebenso können je nach geographischer Lage eine Solarfarm, ein Gezeiten- oder Wellenkraftwerk, ein Wasserspeicherkraftwerk, ein Fließwassergenerator, ein geothermischer Generator oder dergleichen zur Nutzung regenerativer Energiequellen genutzt werden. Auch die lokal aus regenerativen Energiequellen erzeugte Elektrizität wird, da sie in der Regel nicht kontinuierlich zur Verfügung steht, bei nicht sofortigem Verbrauch in dem Zwischenspeicherwerk 54 gepuffert. Neben regenerativer Stromerzeugung kann auch ein herkömmliches Kraftwerk oder ein Blockheizkraftwerk vorgesehen sein.
Eine Funkeinrichtung 58 mit Antenne 64 ist vorgesehen, um eine Kommunikati- on mit der Verwaltungszentrale Z, anderen Tankstellen!", einem Satellitennetz (in Fig. 2 durch einen Satelliten 60 angedeutet) oder Fahrzeugen 2 zu ermöglichen, wie oben erläutert.
Das Lagergebäude 42 verfügt über ein Klimagerät 66 zur Klimatisierung des Fächerregals 44 sowie einen Abzugsventilator 68 zum Abführen der Fortluft. Die Funktionsweise des Klimageräts wird nachstehend im Einzelnen erläutert.
Fig. 3 zeigt schematisch den funktionalen Zusammenhang zwischen dem Lagergebäude 42 bzw. dem Fächerregal 44 und dem Klimagerät 66. Der Einfach- heit halber ist das Fächerregal 44 nur mit einem Ablagefach 70 für zwei Akkus 8 dargestellt, die stellvertretend für die Akkus 8A bis 8E in Fig. 2 stehen und mit der L-ECU 65, welche ein geeignetes Ladeprogramm durchführt, über ein Ladeleitungsnetz 67 in Verbindung stehen. Das Fächerregal 44 verfügt über eine Wandisolierung 72, welche den Innenraum des Fächerregals 44 thermisch von seiner Umgebung isoliert. Das Klimagerät 66 ist außerhalb des Lagergebäudes 42 aufgestellt und über eine Verbindungsleitung 74 mit dem Innenraum des Fächerregals 44 verbunden. Das Klimagerät 66 saugt Luft aus der Umgebung als Zuluft an, bringt sie auf gewünsch- te Zustandswerte und gibt die Luft als klimatisierte Luft an den Innenraum des Fächerregals 44 ab. In der Wandung des Fächerregals 44 ist ein Fortluftventilator 68 eingelassen, der über eine Fortluftleitung 76 mit einer Öffnung in der Wandung des Lagergebäudes 42 verbunden ist und die Fortluft aus dem Innenraum des Fächerregals 44 in die Atmosphäre abgibt.
Das Klimagerät 66 weist einen Zuluftkanal 78, einen Ventilator 80, eine Heizeinheit 82, eine Kühleinheit 84, eine Befeuchtungseinheit 86 und einen Entfeuch- tungseinheit 88 auf, die in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sind. Jede der Einheiten 82, 84, 86, 88 kann mehrere Einzelgeräte bzw. Komponenten aufweisen, und es können mehrere der Einheiten in einer Komponente integriert sein. Dem Fachmann stehen zahlreiche klimatechnische Komponenten zur Verfügung, die er anhand seines Wissens und Könnens geeignet auswählen, auslegen, anordnen, verbinden und zuordnen wird, ohne dass dies im Rahmen dieser Anmeldung einer vertiefenden Erörterung bedarf. Weitere Einrichtungen zur Ansteuerung und Versorgung der einzelnen Komponenten mit Warm- oder Kaltwasser, Dampf oder elektrischem Strom sowie geeignete För- derelemente, Vorrats- und Auffangbehälter, Ansteuerungs- und Regeleinrichtungen sind in der Darstellung weggelassen und werden nach Bedarf und Eignung eingesetzt.
Das Klimagerät 66 wird durch ein Klimasteuergerät (K-ECU) 90 angesteuert, das ein gewöhnlicher Arbeitsplatzrechner oder ein spezialisiertes Rechengerät ist. Es weist als wichtigste Komponenten, eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) 92, einen Festwertspeicher (ROM) 94, einen Arbeitsspeicher (RAM) 96, ein magnetisches oder optisches Laufwerk (LW) 98 (optional) und einen internen Bus 100 auf, der die Komponenten des Klimasteuergeräts 90 untereinander verbindet. Als Speichererweiterung kann eine Festplatte oder ein geeigneter Flash-Speicher vorgesehen sein. Eine externe Schnittstelle (E/A-Schnittstelle), die mit dem internen Bus 100 in Verbindung steht, ist durch die Umrandung des Klimasteuergeräts 90 symbolisiert. Die externe Schnittstelle wird durch Anschlussbuchsen oder dergleichen zum Anschließen von Kabeln und einen ge- eigneten Bus zur Verarbeiten der eingehenden und ausgegebenen Daten bzw. Signale verwirklicht. Externe Ein- und Ausgabegeräte wie etwa eine Tastatur, eine Maus, ein Bildschirm, Kontroll-Leuchten oder dergleichen können vorhanden sein, sind aber aus Gründen der Vereinfachung in der Darstellung weggelassen.
Das Klimasteuergerät 90 steht über Signalleitungen (in der Figur als strichpunktierte Linien dargestellt) einerseits mit dem Klimagerät 66 und dem Fortluftventi- lator 68 und andererseits mit einer Vielzahl von Sensoren in Verbindung. Ein Außen-Temperaturfühler 102 ist außerhalb des Fächerregals 44 angeordnet und zur Messung der Temperatur VA der Außenluft vorgesehen. Ein Außen- Feuchtefühler 104 ist außerhalb des Fächerregals 44 angeordnet und zur Mes- sung der relativen Feuchtigkeit φA der Außenluft vorgesehen. Ein Raum- Temperaturfühler 106 ist innerhalb des Fächerregals 44 angeordnet und zur Messung der Temperatur VR im Innenraum des Fächerregals 44 vorgesehen. Ein Raum-Feuchtefühler 108 ist innerhalb des Fächerregals 44 angeordnet und zur Messung der relativen Feuchtigkeit φR im Innenraum des Fächerregals 44 vorgesehen.
In einem Speicherbereich des Klimasteuergeräts 90 ist eine Routine zur Steuerung des Klimageräts 66 hinterlegt, die von der CPU 92 abgearbeitet wird. Ein erstes Ziel der Klimatisierung ist die Einhaltung einer bestimmten Optimaltemperatur Vopt im Innenraum des Fächerregals 44. Die Optimaltemperatur ist für einen bestimmten Akkutyp vorgegeben oder als Mittelwert für eine Vielzahl von Akkutypen festgelegt. Die Optimaltemperatur kann manuell eingebbar sein oder in dem RAM oder dem ROM des Klimasteuergeräts vorab gespeichert sein oder Bestandteil der Steuerungsroutine sein. Es ist auch denkbar, dass das Klimasteuergerät weitere Parameter der Akkus 8, des Ladezustands oder des Ladeprogramms, der Jahreszeit oder andere Parameter heranzieht, um die Optimaltemperatur zu berechnen. Das Klimasteuergerät 90 regelt also durch geeignetes Ansteuern des Klimageräts 66 die Temperatur im Inneren des Fächerre- gals 44 auf die Optimaltemperatur Vopt.
Neben der Temperaturregelung führt die Steuerungsroutine eine Feuchteregelung bzw. Taupunktregelung durch und macht dabei Gebrauch von einem Zusammenhang, der in Fig. 4 verdeutlicht ist. In dem Diagramm von Fig. 4 ist die relative Feuchte φ von Luft als Abszisse aufgetragen und ist die Lufttemperatur V als Ordinate aufgetragen. Zu jedem Wertepaar von relativer Feuchte und Temperatur gibt es genau eine Temperatur, bei der sich auf einem der feuchten Luft ausgesetzten Gegenstand Kondensatbildung gerade einstellt, bei der also eine relative Feuchte von 100% gerade erreicht ist. Diese Temperatur ist die Taupunkttemperatur | . In dem Diagramm von Fig. 4 sind Linien konstanter Taupunkttemperatur als Kurvenschar mit I als Parameter eingezeichnet. Dieser Zusammenhang ist theoretisch bekannt und wird durch die Gleichung
(1) I = f (V, φ) bzw.
(1a) φ = f1 ( l , V) symbolisiert, wobei φ die relative Feuchte in % ist, V die Lufttemperatur in 0C ist und I die Taupunkttemperatur in 0C ist, und wobei ferner f eine Funktion ist, welche bei gegebenen V, φ einen Wert für I angibt, und f1 eine Umkehrfunktion der Funktion f ist, welche bei gegebenen | , V einen Wert für φ angibt. Dieser Funktionszusammenhang ist in der Steuerungsroutine oder einem separaten Speicherbereich als Funktion oder Wertetabelle hinterlegt.
Ziel der Taupunktregelung ist es, dass die Luft im Innenraum des Fächerregals 44 der Außenluft hinsichtlich des Taupunkts (genauer: der Taupunkttemperatur I ) angepasst ist. Diese Anpassung wird wie folgt durchgeführt.
Aus der durch die Fühler 102, 104 gemessenen Außentemperatur und -feuchte VA, <PA ermittelt das Klimasteuergerät 90 zunächst die Taupunkttemperatur | A der Außenluft nach der Gleichung
Mit den Bedingungen (3) VR,S0|| = Vopt (4) I R.soll = I A wobei VR1S0II der Sollwert für die Lufttemperatur im Innenraum des Fächerregal 44 ist und | RISOH der Sollwert für die Taupunkttemperatur der Luft im Innenraum des Fächerregal 44 ist, ermittelt das Klimasteuergerät 90 den Sollwert φRιSOn für die relative Feuchte im Innenraum des Fächerregals 44 anhand der Gleichung
(5) (PR.SOII = f ( I R.soll, VRIS0||)
= f1 ( lA, vopt)
= f1 (f (VA, φA), Vopt).
(Die Steuerungsroutine greift dabei nur auf die erste Zeile der Gleichung (5) zurück; die zweite und dritte Zeile der Gleichung (5) dienen nur der Verdeutlichung dessen, von welchen Parametern (PR,SOII letztlich abhängig ist.)
Davon ausgehend steuert das Klimasteuergerät 90 das Klimagerät 66 so an, dass sich im Innenraum des Fächerregals 44 nicht nur die Temperatur Vopt einstellt, sondern die Luft im Innenraum des Fächerregals 44 der Außenluft im Taupunkt angepasst ist. Diese Vorgänge werden nachstehend genauer erläu- tert.
Wie aus Fig. 3 ersichtlich, verlässt die Luft das Klimagerät 66 mit einer Temperatur Vκ und einer relativen Feuchte ψx bei einem Volumenstrom dV/dt und wird dem Innenraum des Fächerregals 44 als klimatisierte Luft zugeführt. Diese RIi- matisierte Luft vermischt sich wenigstens teilweise - in Abhängigkeit von der Luftstromführung - mit der dort vorhandenen Raumluft, teilweise verdrängt sie die im Innenraum vorhandene Raumluft. Ferner wird diesem Gemisch aus den sich an unterschiedlichen Stellen x befindlichen und unterschiedliche Ladezustände aufweisenden Akkus 8 ein Wärmestrom dQ(x,t)/dt zugeführt. Hierdurch stellt sich ein neuer Zustand der Raumluft mit einer Temperatur VR und einer relativen Feuchte φR ein. Aus regelungstechnischer Sicht bildet der Innenraum des Fächerregals 44 mit seinen Wärme abgebenden Akkus 8 ein System mit einer Übertragungsfunktion ÜFR, wobei die Übertragungsfunktion ÜFR des Fächerregals 44 angibt, welche Temperatur VR und relative Feuchte φR sich im Innenraum des Fächerregals 44 einstellt, wenn klimatisierte Luft mit einer Temperatur Vκ und einer relativen Feuchte φ« dem Innenraum des Fächerregals 44 mit einem Volumenstrom dV/dt zugeführt wird. Die Übertragungsfunktion ÜFR des Fächerregals 44 ist zu einem beliebigen Zeitpunkt nicht bekannt. (Es ist aber zu erwähnen, dass unter der Annahme, dass dem Innenraum des Fächerregals 44 außer der von der klimati- sierten Luft mitgeführten Wassermenge keine Feuchtigkeit zugeführt wird und außer der in der Fortluft mitgeführten Wassermenge keine Feuchtigkeit entzogen wird, sich die relative Feuchte φR des Innenraums des Fächerregals 44 aufgrund der physikalischen Gesetzmäßigkeit, dass warme Luft mehr Feuchtigkeit aufnehmen kann als kalte Luft, zwangsläufig auf der Grundlage der sich dort einstellenden Temperatur VR und der in der Raumluft enthaltenen Gesamtwassermenge ergibt.) In formaler Schreibweise gilt also:
(6) (VR, φR) = ÜFR (VR, φR, dV/dt, Vκ, φκ) Wie bereits erwähnt, ist die Übertragungsfunktion ÜFR des Innenraums des Fächerregals 44 zu einem beliebigen Zeitpunkt nicht bekannt. Dennoch ist es möglich, anhand der gegenwärtigen Ist-Werte der Temperatur VR und der relativen Feuchte φR im Innenraum des Fächerregals 44 Rückschlüsse auf die Übertragungsfunktion ÜFR des Fächerregals 44 zu ziehen. Insbesondere ist es möglich, eine angenäherte Umkehrfunktion ÜFR "1 der Übertragungsfunktion ÜFR des Fächerregals aufzustellen und daraus geeignete Soll-Werte für die Temperatur Vκ,soiι , die relative Feuchte φκ,Soiι und des Volumenstroms (dV/dt)son der klimatisierten Luft zu ermitteln, um die zuvor ermittelten Sollzustände im Innenraum des Fächerregals 44 zu erreichen. Dieser Zusammenhang kann wie folgt aus- gedrückt werden:
(7) ((dV/dt)SOιι, Vκ,soiι, <PK,SOII) = ÜFR '1 (VR, φR, VRson, φR,S0„) Auf der Grundlage der Gleichung (7) berechnet das Klimasteuergerät 90 also die Sollparameter (dV/dt)Soiι- VKlSoiι. φκ,soiι für die dem Fächerregal 44 zuzuführende, klimatisierte Luft.
Der Volumenstrom dV/dt bildet dabei einen variablen Parameter, der zur Optimierung der thermischen Zustände und der Energiebilanz herangezogen wird.
Wird in dem Klimagerät 66 ein Ventilator 80 mit fest vorgegebener Drehzahl n verwendet, so ist der bei eingeschaltetem Ventilator 80 produzierbare Volumenstrom (dV/dt)Ein des Klimageräts 66 grundsätzlich unveränderlich. In diesem Fall kann darauf verzichtet werden, den Volumenstrom dV/dt zur Optimierung heranzuziehen, wobei dann die sonstigen Geräte und Komponenten des Klimageräts 66, insbesondere die Heizeinheit 82 und die Kühleinheit 84, möglicherweise ei- nen breiteren Regelbereich abdecken müssen.
Soll jedoch bei vorgegebenem, festem Volumenstrom (dV/dt)Ein des Klimageräts 66 auf eine Optimierung anhand des Volumenstroms dV/dt nicht verzichtet werden, so kann durch intervallartiges Ein- und Ausschalten des Ventilators 80 ein beliebiger (durchschnittlicher) Volumenstrom dV/dt verwirklicht werden. Wird dem Ventilator 80 ein Einschaltstrom als Rechtecksignal, das nur einen vorgegebenen Maximalwert (eingeschaltet) und 0 (ausgeschaltet) annehmen kann, zugeführt, so ist der sogenannte Tastgrad g des Einschaltstroms definiert als (8) g = tEin / T wobei tEin eine Einschaltdauer des Ventilators 80 und T eine Periodendauer des Rechtecksignals ist. Das gewünschte Tastverhältnis ergibt sich dann aus (9) gSoiι = (dV/dt)SOι, / (dV/dt)Ein Es versteht sich, dass bei der Anwendung der Gleichung (7) in diesem Fall die Bedingung
(10) (dV/dt)βofl≤ (dV/dt)Ein zu beachten ist. Mit anderen Worten, der insgesamt durch Taststeuerung erzielbare Volumenstrom kann nicht größer als der Einschalt-Volumenstrom des Klimageräts 66 sein. Auch das Klimagerät 66 bildet ein System mit einer Übertragungsfunktion ÜKG. wobei die Übertragungsfunktion ÜKG des Klimageräts 66 angibt, welche Temperatur Vκ und relative Feuchte φ« die klimatisierte Luft aufweist, wenn Außenluft mit einer Temperatur VA und einer relativen Feuchte φA in das Klimagerät 66 eintritt und dieses mit einem Volumenstrom dV/dt durchströmt.
Die Übertragungsfunktion ÜKG des Klimageräts 66 ist theoretisch für alle relevanten Zustände der Geräte und Komponenten des Klimageräts 66 bekannt, wobei die Zustände der Geräte und Komponenten durch Stellgrößen ihrer Stellglieder bestimmt sind. Seien in einem Zustandsvektor S«G alle Zustands- und Stellgrößen der Geräte und Komponenten des Klimageräts 66 zusammenge- fasst, so gilt:
(11) (Vκ, (PK) = ÜKG (SKG, VA, φA) Das Klimasteuergerät 66 verfügt über geeignete Stellroutinen, um das Klimagerät 66 so anzusteuern, dass bei bekannten Zuständen VA, φA der Außenluft die klimatisierte Luft für einen vorgegebenen Volumenstrom dV/dt eine gewünschte Temperatur Vκ,Soiι und eine gewünschte Luftfeuchtigkeit φκ,Soiι annimmt. Die Stellroutinen können dabei über geeignete Umkehrfunktionen der Übertragungs- funktion ÜKG verfügen oder die Übertragungsfunktion ÜKG bei variierten Stellparametern für das Klimagerät 66 numerisch auswerten. Sei ÜKG 1 eine Umkehrung oder ÜKGN eine numerische Auswertung der Übertragungsfunktion ÜKG des Klimageräts 66, so gilt:
(1 1 a) SKG = ÜKG"1 (VK1SOH, ΨK.SOII, VAl φA) oder
(1 1 b) SKG = ÜKGN (VK1SOH, ΨK.SOII, VAI φA).
Dabei ist zu beachten, dass der Volumenstrom dV/dt durch einen Ansteue- rungszustand, z.B. einen variablen Einschaltstrom oder den Tastgrad g und ei- nen fest vorgegebenen, maximalen Einschaltstrom, des Ventilators 80 des Klimageräts 66 gegeben, also in dem Zustandsvektor SKG des Klimageräts 66 implizit enthalten ist.
Mit anderen Worten, das Klimasteuergerät 90 steuert das Klimagerät 66 so an, dass es aus der zugeführten Außenluft klimatisierte Luft liefert, deren Parameter dV/dt, Vκ, <pκ SO eingestellt sind, dass sich im Innenraum des Fächerregals 44 die gewünschte Temperatur VR = VRιSOn = Vopt und die gewünschte Luftfeuchtigkeit φR = (PR1SOH einstellt mit der Maßgabe, dass die Taupunkttemperatur | R im Innenraum des Fächerregals 44 der Taupunkttemperatur I A der Außenluft ent- spricht.
In der dargestellten Ausführungsform liefern Außenfühler 102, 104 die Temperatur VA und die relative Feuchte φA der Außenluft. Alternativ oder zusätzlich zu den Außenfühlern 102, 104 können Zuluft-Kanalfühler 114, 116 zur Messung von Temperatur Vz und relativer Feuchte φz der Zuluft in dem Zuluftkanal 78 des Klimageräts 66 vorgesehen sein. Die Zustandsparameter Vz, φz der Zuluft können in der Regelung gemäß vorstehenden Gleichungen (2) bis (11) anstelle der Zustandsparameter VA, φA der Außenluft verwendet werden. Die Raumfühler 106, 108 sind an geeigneter Stelle im Innenraum des Fächerregals 44 angeordnet. Da sich die Zustandsgrößen der Luft, insbesondere die Temperatur VR und damit auch die relative Feuchte φR, im Innenraum des Fä- cherregals 44 mit dem Überstreichen einer Mehrzahl von Wärme abgebenden Akkus 8 verändert, können zur Verifizierung und/oder Mittelung der Messwerte mehrere Paare von Raumfühlern 106, 108 vorgesehen sein. Zusätzlich oder alternativ zu den Raumfühlern 106, 108 können ferner Fortluft- Kanalfühler 118, 120 zur Messung von Temperatur VF und relativer Feuchte φF der Luft in dem Fortluftkanal 76 vorgesehen sein. Die Zustandsparameter VF, φF der Fortluft können in der Regelung gemäß vorstehenden Gleichungen (2) bis
(11) zusätzlich oder anstelle der Zustandsparameter VR, φR der Luft im Innen- räum des Fächerregals 44 verwendet werden, um z.B. eine weitere Verifizierung bzw. Mittelung zu verwirklichen.
Die Luftführung im Innenraum des Fächerregals 44 ist so ausgelegt, dass die Zustände der klimatisierten Luft einerseits und der Fortluft andererseits die Grenzzustände der Raumluft im Inneren des Fächerregals 44 markieren, wobei die klimatisierte Luft der kleinsten Temperatur und der größten relativen Feuchte im Innenraum des Fächerregals 44 entspricht und die Fortluft der größten Temperatur und der geringsten relativen Feuchte im Innenraum des Fächerregals 44 entspricht. Es gilt also:
(12) Vκ < VR(X) < VF und
(13) φκ > φR(x)≥ CpF Mit guter Genauigkeit können daher die mittlere Temperatur und die mittlere relative Feuchte im Innenraum des Fächerregals 44 mit
(14) VR(x=l/2) = ( VF + Vκ ) / 2 (15) φR(x=l/2) = ( φF + φK ) / 2 abgeschätzt werden, wobei I die Gesamtlänge des Weges x der Luftströmung innerhalb des Fächerregals 44 von dem Verbindungskanal 74 zu dem Fortluftkanal 76 ist. Wird eine solche Mittelung, gegebenenfalls mit einer geeigneten, experimentell oder theoretisch ermittelten Gewichtung versehen, vorgenommen, kann auf den Einsatz von Raumluftfühlern unter Umständen verzichtet werden.
Zusätzlich oder alternativ zu der Regelung anhand der Optimaltemperatur Dopt kann die Klimatisierung auch so durchgeführt werden, dass vorgegebene oder gesondert ermittelte Temperaturgrenzen der aufgenommenen Akkus 8 eingehal- ten werden.
In der dargestellten Ausführungsform ist das Klimasteuergerät 90 von dem Klimagerät 66 getrennt angeordnet. Das Klimasteuergerät 90 kann aber auch Bestandteil des Klimageräts 66 sein. In einer weiteren Abwandlung kann das KIi- masteuergerät 90 anstelle der Sollwerte des Zustandsvektors SKG,SOII nur die Sollparameter (dV/dt, V, φ)«,soiι (gegebenenfalls g anstelle dV/dt) für die klimatisierte Luft berechnen und dem Klimagerät 66 zuführen, während eine weitere Steuereinheit (nicht näher dargestellt) innerhalb des Klimageräts 66 die Aufgabe hat, die Komponenten des Klimageräts 66 so anzusteuern (d.h., deren Stellwer- te SKG SO ZU berechnen), dass das Klimagerät 66 klimatisierte Luft mit den geforderten Sollparametern liefert. Das Klimasteuergerät 90 kann auch Teil des Ladesteuergeräts (L-ECU) 65 oder des Energiesteuergeräts (P-ECU) 48 sein oder umgekehrt. In der dargestellten Ausführungsform ist das Klimagerät 66 außerhalb des Lagergebäudes 42 aufgestellt und über eine Verbindungsleitung 74 mit dem Innenraum des Fächerregals 44 verbunden. Der Standort des Klimageräts 66 ist jedoch ohne Bedeutung für die Anwendbarkeit der Erfindung. Das Klimagerät kann auch innerhalb des Lagergebäudes 42, direkt an der Außenwand des Fä- cherregals 44 oder auch innerhalb des Fächerregals 44 selbst angeordnet sein. Auch kann das Fächerregal 44 oder seine Abteilungen ohne ein umhüllendes Lagergebäude aufgestellt sein. Es ist auch möglich, dass eine Ladestation mit mehreren manuell beschickbaren Fächern unabhängig von der in Fig. 2 gezeigten Tankstellenanlage in der Art eines Selbstbedienungs-Getränkeautomaten am Straßenrand aufgestellt ist, wobei der Ladestation nicht nur aufgeladene Akkus entnommen, sondern ihr auch entladene Akkus zugeführt werden können. Eine solche Ladestation kann geeignete Mittel zur Identifizierung/Verifizierung der ausgetauschten Akkus sowie geeignete Abrechnungsmechanismen wie etwa ein Scheckkartenlese- und - Verifizierungsgerät oder dergleichen aufweisen.
In der dargestellen Ausführungsform ist ein Fortluftventilator 68 in der Wandung des Fächerregals 44 eingelassen und über eine Fortluftleitung 76, die in einer Öffnung in der Wandung des Lagergebäudes 42 mündet, mit der Umgebung verbunden. Der Fortluftventilator 68 ist optional, aber zur Verwirklichung eines vorbestimmten Strömungsweges innerhalb des Fächerregals 44 zweckmäßig. Es ist auch möglich, anstelle eines Ventilators 80 innerhalb des Klimageräts 66 nur mit der Sogwirkung des Fortluftventilators 68 zu arbeiten.
In der dargestellen Ausführungsform gemäß Fig. 3 weist die Wandung des Fä- cherregals 44 eine Isolierung 72 auf, wobei das Fächerregal 44 innerhalb des Lagergebäudes 42 angeordnet ist. Alternativ oder zusätzlich kann die Wandung des Lagergebäudes 42 selbst eine Isolierung aufweisen.
In der dargestellten Ausführungsform gemäß Fig. 2 ist das Fächerregal 44 mit Fächern bzw. Abteilungen für verschiedene Akkutypen A bis F versehen, wobei das Fächerregal 44 insgesamt durch ein Klimagerät 66 mit klimatisierter Luft versorgt wird. Ferner ist das Fächerregal 44 in Fig. 3 nur mit einem Ablagefach 70 für zwei Akkus 8 dargestellt, die stellvertretend für die Akkus 8A bis 8E in Fig. 2 stehen. Es versteht sich, dass die Regalaufteilung innerhalb des Fächerregals 44, insbesondere hinsichtlich Anzahl der Fächer, der Aufteilung in Abteilungen für unterschiedliche Akkutypen etc., für die Anwendbarkeit der Erfindung ohne Bedeutung ist. In einer Abwandlung kann auch jede Abteilung des Fächerregals 44 thermisch von anderen Abteilungen isoliert sein und durch ein eigenes Klimagerät oder durch einen eigenen Zuluftweg eines Klimageräts mit klimatisierter Luft versorgt werden. Fig. 5 zeigt eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Diese Ausführungsform ist bis auf nachstehend erläuterte, abweichende Punkte mit der vorstehend beschriebenen Ausführungsform identisch. Daher können die Erläuterungen in Bezug auf die vorherige Ausführungsform und deren Abwandlungen vollumfänglich auf die vorliegende Ausführungsform angewendet wer- den, soweit es nicht im Widerspruch zu den nachstehend erläuterten Abweichungen steht. Insbesondere bezeichnen gleiche Bezugszeichen wie in der zuvor beschriebenen Ausführungsform gleiche oder analoge Bauelemente. Bauelemente, die im Zusammenhang mit der zuvor beschriebenen Ausführungsform genannt und erläutert wurden, können aus Gründen der Vereinfachung wegge- lassen sein und unerwähnt bleiben; das schließt deren Vorhandensein jedoch nicht aus. Auch können die Überlegungen und Abwandlungen hinsichtlich der nachstehend beschriebenen Ausführungsform auch auf die vorherige Ausführungsform und ihre Abwandlungen übertragen werden sofern technisch sinnvoll. In Fig. 5 ist das Fächerregal 44 mit zwei Abteilungen A und B für verschiedene Akkutypen 8A und 8B dargestellt. Die Abteilungen A und B sind thermisch und brandschutztechnisch voneinander abgetrennt. Die Aufteilung in Abteilungen kann der Zuordnung zu unterschiedlichen Akkutypen oder der besseren Handhabung von Brandrisiken dienen.
Jeder der Abteilungen A und B ist ein eigenes Klimagerät 66 zugeordnet. Jedes der Klimageräte 66 wird von dem Klimasteuergerät 90 angesteuert. Kanalfühler zur Ermittlung der Zustandsparameter (Vκ, ΨK)A bzw. (Vκ, ΨK)B der jeweils klimatisierten Luft sind in den Klimageräten 66 integriert. Beide Klimageräte 66 verfü- gen über eine gemeinsame Zuluftleitung 78. Fortluftleitungen mit darin angeordneten Kanalfühlern 118, 120 zur Ermittlung der Zustandsparameter (VF, φF)A bzw. (VF, φF)B münden in eine gemeinsame Fortluftleitung, die in dem Fortluft- ventilator 68 mündet. Ohne Beschränkung der Allgemeinheit werden den Klimageräten als Sollparameter die Temperatur VK,A/B,SOII und relative Feuchte φκ„A/B,soiι der klimatisierten Luft sowie der Tastgrad gA/B,soiι zugeführt, und als Antwort liefern sie als Istparameter die Temperatur VK,A/B und relative Feuchte <P«,A/B und den Volumenstrom (dV/dt)A/B> wie gemessen.
Bei dieser Ausführungsform sind die Klimageräte 66 jeweils direkt an der Wandung des Fächerregals 44 angebracht, wie es bereits bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform als Abwandlung diskutiert wurde. Bei dieser Aus- führungsform sind beispielhaft jeweils die im Zusammenhang mit der vorher- genden Ausführungsform diskutierten Kanalfühler 114-120 zur Erfassung der Zustandsparameter der Zuluft und der Fortluft vorgesehen. Die Verwendung von Raumluft- und Außenluftfühlem soll hierdurch nicht ausgeschlossen sein. Im Unterschied zu der ersten Ausführungsform ist hier nicht jeder Fühler und jedes Gerät einzeln über eine eigene Daten- oder Signalleitung mit dem Klimasteuergerät 90 verbunden; vielmehr ist ein Datenbus 121 vorgesehen, an welchem sowohl das Klimasteuergerät 90 als auch alle Sensoren, Geräte, Regler und dergleichen angeschlossen sind. Der Datenbus 121 kann beispielsweise in einem Nahbereichsnetz (LAN) verwirklicht sein, über welches die angeschlossenen Komponenten mittels eines geeigneten Protokolls oder einer Kombination mehrerer Protokolle wie etwa HTTP, TCP/IP, UDP, ICMP, MPLS, wLAN, dLAN® oder dergleichen, einschließlich eigens erstellter Protokolle, miteinander kommunizieren können, und ist in der Figur als strich-doppelpunktierte Linie darge- stellt.
Ferner ist dem Fortluftventilator 68 ein Fortluft-Wärmetauscher 122 nachgeschaltet. Der Fortluft-Wärmetauscher 122 ist über eine Vorlaufleitung 124 und eine Rücklaufleitung 126 mit einem Wärmespeicher 128 gekoppelt. Der Wärme- Speicher 124 ist ein Behälter, der mit einem Wärmespeichermedium (üblicherweise Wasser) gefüllt ist. Eine Wärmeübertragungsleitung 130 erstreckt sich auf der Kaltseite K (unten) des Wärmespeichers 128 durch diesen hindurch, und zwar so, dass die Wärmeübertragungsfläche möglichst groß ist (was zweckmäßigerweise durch einen schlangen- oder wendeiförmigen Verlauf der Wärmeübertragungsleitung erzielt wird), und weist zwei Anschlüsse auf, an denen die Vorlaufleitung 124 und die Rücklaufleitung 126 angeschlossen sind. Ein Wär- meübertragungsmedium (wiederum üblicherweise Wasser) zirkuliert mittels einer Pumpe 132 durch den Wärmerückgewinnungskreis, der von dem Fortluft- Wärmetauscher, der Vorlaufleitung 124, der Rücklaufleitung 126 und der Wärmeübertragungsleitung 130 des Wärmespeichers 128 gebildet wird. Der Wärmerückgewinnungskreis ist über ein Absperrventil 134 absperrbar. Die Pumpe 132 und das Absperrventil 134 sind jeweils über einen Regler ansteuerbar (alle Regler sind hier und im Folgenden ohne weiteres Bezugszeichen mit dem Buchstaben "R" gekennzeichnet"). Die Regler sind mit dem Datenbus 121 verbunden und so durch das Klimasteuergerät 90 ansprechbar. Auf diese Weise wird überschüssige, nutzbare Wärme der Fortluft über den
Fortluft-Wärmetauscher 122 an das in dem Wärmerückgewinnungskreis zirkulierende Wärmeübertragungsmedium abgegeben und über die Wärmeübertragungsleitung 130 an das in dem Wärmespeicher 128 befindliche Wärmespeichermedium abgegeben. Aufgrund von Dichteunterschieden stellt sich durch die Wirkung der Gravitation eine Temperaturschichtung derart ein, dass in dem unteren Bereich des Wärmespeichers 128 eine Kaltseite und in dem oberen Bereich des Wärmespeichers 128 eine Warmseite W festgestellt wird.
Der Wärmespeicher 128 ist in an sich bekannter Weise an einen Wärmenut- zungskreis angeschlossen. An mehreren (hier: drei) jeweils über Absperrventile 136, 138, 140 absperrbaren Stellen, die über die Höhe des Wärmespeichers 128 verteilt sind, ist das Wärmespeichermedium aus dem Wärmespeicher 128 entnehmbar. Welches der Absperrventile 136, 138, 140 geöffnet ist, hängt von der gegenwärtig vorliegenden Temperaturschichtung innerhalb des Wärmespei- chers ab. Die gegenwärtig vorhandene Temperaturschichtung im Wärmespeicher 130 wird über Temperaturfühler 142, 144 ermittelt, die über den Datenbus 121 mit dem Klimasteuergerät 90 verbunden sind. Dabei ist der Temperaturfüh- ler 142 im oberen Bereich des Wärmespeichers 130 angeordnet und erfasst eine Behältertemperatur im Warmbereich VB,w> während der Temperaturfühler 144 im unteren Bereich des Wärmespeichers 130 angeordnet ist und eine Behältertemperatur im Kaltbereich VB K erfasst.
Die Ausgänge der Absperrventile 136, 138, 140 münden in eine gemeinsame Vorlaufleitung 146 eines Wärmenutzungskreises. Nach Versorgung eines oder mehrerer Nutzerkreise laufen diese in einer gemeinsamen Rücklaufleitung 148 des Wärmenutzungskreises, die in den Wärmespeicher 130 auf der Kaltseite mündet, zusammen. Als Beispiele für Nutzerkreise sind in Fig. 5 ein Heizungskreis mit einem Heizkörper 150, einer Pumpe 152 und einem Thermostat- Eckventil 154 sowie ein Warmwasserkreis mit einem Wärmetauscher 156, einer Pumpe 158 und einem Absperrventil 160 gezeigt. Der Wärmetauscher 156 kann z.B. nach dem Durchlaufprinzip arbeiten und Brauch- oder Trinkwasser erwär- men.
Es versteht sich, dass die in der Figur dargestellten Kreisläufe und Nutzungsarten Beispiele sind, welche die Anwendungsmöglichkeiten in keiner Weise beschränken. Die Abwärme der Fortluft kann z.B. auch in ein Fernwärmenetz ge- speist, zur direkten Erwärmung von Raumluft (etwa eines der Tankstelle angegliederten Verkaufs- oder Verwaltungsgebäudes) verwendet oder auf andere Weise genutzt werden. Der Wärmespeicher kann zusätzlich über andere Wärmequellen wie etwa Fernwärme, Solarwärme, Erdwärme, Solar- oder Windstrom, ein Blockheizkraftwerk oder dergleichen erwärmt werden. Auch ist eine regenerative Erwärmung der Zuluft der Klimageräte 66 durch die in der Fortluft enthaltene Wärme möglich.
Im Rahmen dieser Beschreibung werden alle strömungsmechanischen Regelarmaturen, die einen Volumenstrom schalten oder regulieren, unabhängig von der Bauart als Ventil bezeichnet. So unterfallen auch Hähne, Schieber, Klappen, Schließblenden und dergleichen im Rahmen dieser Beschreibung dem Begriff "Ventil". Die im Zusammenhang mit der vorstehenden Ausführungsform be- schriebenen Absperrventile können z.B. elektromagnetisch betätigte Schalt-oder Ein-/Aus-Ventile (2/2-Wegeventile), elektromotorisch betätigte Kugelhähne, pneumatisch, hydraulisch oder motorisch-zahnstangenbetätigte Sperrschieber oder dergleichen sein sein. Anstelle von Absperrventilen können gegebenenfalls Regelventile oder Proportionalventile verwendet werden, insbesondere, aber nicht ausschließlich, bei dem Thermostat-Eckventil 154 des Heizungskreises.
Der Aufbau des Klimageräts 66 wurde im Rahmen dieser Anmeldung nicht in den Einzelheiten erörtert. Es versteht sich, dass das Klimagerät 66 eine Vielzahl von Einzelkomponenten aufweisen kann, die ihrerseits Bestandteil von Regelkreisen sein können, welche z.B. Heißwasser- und/oder Kaltwasserkreise einschließlich zugehöriger Behälter, Kessel, Ventile, Pumpen und deren Ansteue- rungs- und Betätigungselemente, Motoren, elektrische Heizaggregate, Verdampfer einschließlich zugehöriger Dampferzeuger etc., und dergleichen mehr enthalten können, die jeweils von dem Klimasteuergerät 90 oder einzeln zugehörigen Steuereinrichtungen angesteuert werden.
Ein Teil der Komponenten des Klimageräts kann in einem Vorklimatisierungsabschnitt zusammengefasst sein, der beispielsweise, aber nicht zwingend aus- schließlich, eine Jalousieklappe, ein Luftfilter, einen Oberflächenkühler mit Wassersammler, einen Außenluft-Wärmetauscher zur Vorerwärmung, der mit einem Fortluft-Wärmetauscher im Fortluftstrom durch einen Wasserkreislauf verbunden ist, und einen Schalldämpfer aufweisen. Ein Nachklimatisierungsabschnitt kann dann beispielsweise, aber nicht zwingend oder ausschließlich, einen Ventilator, einen Kühler, einen Sprühbefeuchter, einen Tropfenabscheider, eine Heizung und einen weiteren Schalldämpfer aufweisen. In Bezug auf die zuletzt beschriebene Ausführungsform mit mehreren, thermisch voneinander abgetrennten Abteilungen des Fächerregals 44 kann der Nachklimatisierungsabschnitt mehrfach vorhanden sein, und zwar einmal für jede Abteilung des Fächerregals 44, wäh- rend auf einen gemeinsamen Vorklimatisierungsabschnitt zurückgegriffen wird. AIs Ergänzung der Anlage kann entweder in dem Fächerregal 44 oder an dem Wartungsplatz 46 oder in dem Förderer 38 oder in der Wechselgrube 36 oder an einem sonst geeigneten Ort eine Typenerkennungseinrichtung vorgesehen sein, die ausgelegt und eingerichtet ist, die Typen der in der Aufnahmeeinrichtung aufgenommenen Akkus 8 zu erkennen. Eine solche Typenerkennung ermöglicht einerseits die Anwendung eines geeigneten Ladeprogramms, andererseits kann das Klimasteuergerät (K-ECU) 90 den Optimalwert für die Temperatur Vopt in dem Innenraum des Fächerregals 44 anhand des Typs der dort aufgenommenen Akkus 8 ermitteln. Zu diesem Zweck kann in dem ROM 94, dem RAM 96 oder auf einem Datenträger in dem Laufwerk 98 eine Tabelle gespeichert sein, welche eine Zuordnung von Optimalwerten zu einem Akkutyp ermöglicht, wobei die in der Tabelle erfassten Typen vorzugsweise wenigstens die in dem Fächerregal 44 aufnehmbaren Typen von Akkus 8 umfasst. Bei mehreren in einem Fächerregal 44 aufnehmbaren Akkutypen (8A bis 8E) kann als Optimaltemperatur Vopt ein Mittelwert der den aufgenommenen Typen entsprechenden Optimalwerte berechnet werden. Die Tabelle kann ferner eine Zuordnung zulässiger Temperaturbereiche zu den Akkutypen ermöglichen, und das Klimasteuergerät 66 kann ausgelegt und eingerichtet sein, einen angenäherten Optimalwert für die Temperatur in dem Innenraum des Fächerregals 44 anhand der Tabelle so fest- zulegen, dass die zulässigen Temperaturbereiche für die in der Aufnahmeeinrichtung aufgenommenen Akkus eingehalten werden.
Eine Messung des Volumenstroms des oder der Klimageräte 66 kann auch die Einhaltung dieses Parameters erleichtern
Als weitere Ergänzung der Anlage kann eine Einrichtung zum Zerlegen von E- lektroenergiespeichereinrichtungen in Module vorgesehen sein, wobei die Zerlegung entweder manuell durch Bedienpersonal oder halb- oder vollautomatisch geschehen kann. Eine solche Zerlegung hat den Vorteil, dass anstelle einer Vielzahl zu berücksichtigender Baugrößen und Bauformen der Akkus 8A, ... 8F, die jeweils an verschiedene Fahrzeugmodelle angepasst sind, eine überschaubarere Anzahl von Modulgrößen und Modulformen zu berücksichtigen ist. Daher sind weniger unterschiedliche Fachformen im Fächerregal vorzusehen. Auch kann die Handhabung und die Kühlung der kleineren Module einfacher sein als bei großen Blöcken. Die in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellte drahtlose Kommunikation kann durch eine drahtgebundene Kommunikation, insbesondere ohne Einsatz eines Satellitenkommunikationssystems, ersetzt sein. Die Kommunikation mit dem Fahrzeug 2 ist optional, kann aber beispielsweise zur Anpassung eines Ladeprogramms für gelagerte Akkus sinnvoll sein, wenn über die Kommunikation mit dem Fahrzeug 2 ein Bedarf an demnächst benötigten Akkus ermittelt wird.
Der Akku 8 kann aus mehreren Modulen bestehen, die je nach Bedarf und Platzangebot für einen Fahrzeugtypen in geeigneter Weise zusammengebaut und verschaltet sind. Die Akkumodule können jeweils mehrere Sekundärzellen aufweisen. Die Sekundärzellen können insbesondere, aber nicht nur, flache Zellen mit flachen, an gegenüberliegenden Schmalseiten abragenden Stromableitern (Polen) sein. Vorteilhaft, aber nicht ausschließlich, können die Sekundärzellen elektrochemisch aktive Materialen aufweisen, die Lithium enthalten (sog. Lithium-Ionen-Akkumulatoren).
Die Erfindung wurde vorstehend im Zusammenhang mit Fahrzeugbatterien eines vierrädrigen Fahrzeugs einem öffentlichen Straßennetz beschrieben. Die Anwendbarkeit der Erfindung ist nicht von Art des Fahrzeugs oder der Anzahl der Räder oder Achsen bzw. der angetriebenen Räder oder dem Aufbau des Antriebsstrangs an sich abhängig. Es können alternativ alle Räder 4 von dem Elektromotor 4 antreibbar sein. Es kann auch jedes antreibbare Rad einen eigenen Elektromotor aufweisen, der optional in dem Rad- oder Nabengehäuse eingebaut sein kann. Die Erfindung ist gleichermaßen auf Personenwagen mit zwei oder drei Achsen, Lastwagen mit zwei, drei oder mehr Achsen, Zweiräder mit hintereinander oder nebeneinander angeordneten Rädern, Kettenfahrzeuge, Wasser- oder Luftfahrzeuge anwendbar. Die Erfindung ist auch im Zusammenhang mit industriellen Anlagen anwendbar, wenn Elektroakkus oder auch andere Energiespeicher wie etwa Hochleistungskondensatoren geladen werden. Der Einsatz der Elektroenergiespeicher ist nicht auf Fahrzeuge beschränkt, sondern kann beispielsweise auch, aber nicht nur, im Bereich von regenerativen Kraftwerken vorteilhaft sein.
In der Lagerzone 12 (vgl. Fig. 2) angeordnete Einrichtungen können insgesamt oder teilweise als Ladeeinrichtung im Sinne der Erfindung verstanden werden. Die im Rahmen dieser Beschreibung genannten Akkus bzw. Batterien 8, 8A bis 8E oder gegebenenfalls ihre Module sind Elektroenergiespeicher im Sinne der Erfindung. Das Fächerregal 44 oder das gesamte Lagergebäude 42 ist eine Aufnahmeeinrichtung im Sinne der Erfindung. Das Klimagerät 66 ist eine Klimatisierungseinrichtung im Sinne der Erfindung. Das Ladesteuergerät 65 und das Ladeleitungsnetz 67 sind eine Lade- und Ladesteuerungseinrichtung im Sinne der Erfindung. Der Ventilator 80 ist eine Zuführungseinrichtung im Sinne der Erfindung. Die Heizeinheit 82 und die Kühleinheit 84 bilden eine Temperierungseinrichtung im Sinne der Erfindung. Die Befeuchtungseinheit 86 und die Entfeuchtungseinheit 88 bilden eine Konditionierungseinrichtung im Sinne der Erfindung. Man beachte, dass sich die Funktionen der Konditioniereinrichtung und der Temperierungseinrichtung hier abstrakt getrennt sind; die Funktionen ihrer zugehörigen klimatechnischen Komponenten können sich überschneiten bzw. sowohl der Temperierungseinrichtung als auch der Konditionierungseinrichtung zuordenbar sein. Das Klimasteuergerät 90 ist eine Steuerungseinrichtung im Sinne der Erfindung. Die Temperaturfühler 102, 106, 110, 114, 118 und die Feuchtefühler 104, 108, 112, 116 und 120 sind Messfühler im Sinne der Er- findung und bilden teilweise oder insgesamt eine Messeinrichtung im Sinne der Erfindung. Der Sollwert für die Raumtemperatur DR,SOII ist eine Solltemperatur im Sinne der Erfindung. Die Außenluft ist eine Umgebungsluft im Sinne der Erfindung. Die Zuluft, die gegebenenfalls mit der Außenluft identisch ist, ist eine in die Klimatisierungseinrichtung eingeleitete Luft im Sinne der Erfindung. Die KIi- matisierte Luft ist eine dem Innenraum der Aufnahmeeinrichtung zugeführte Luft im Sinne der Erfindung. Der Volumenstrom dV/dT ist ein Maß für eine Luftmenge im Sinne der Erfindung. Das Ablagefach 70 oder die Position eines Akkus 8 auf dem Ablagefach 70 (vgl. Fig. 3 oder 5) oder eine Abteilung A bis F (vgl. Fig. 2) oder jedes einzelne Fach hiervon oder eine beliebige Position innerhalb des Fächerregals 44 kann ein Ort innerhalb der Aufnahmeeinrichtung im Sinne der Erfindung sein.
Liste der Bezugszeichen:
1 Straßennetz
2 Fahrzeug
4 Antriebsrad
6 Elektromotor (M/G)
8, 8' Akkumulator
10 Fahrzeug-Steuergerät (V-ECU)
12 Selbstladezone
14 Wechselzone
16 Lagerzone
18 Energieverwaltungszone
20 Zufahrtsweg von 12
22 Ladeplatz
24 Ladeautomat
26 Zufahrtsweg von 14
28 Servicepylon
30 Bedienautomat
32 Wechselplatz
34 Standspur
36 Wechselgrube
38 Förderer
40 Ladeanschluss
42 Akkulade- und -lagergebäude
44 Fächerregal
46 Prüfplatz
48 Energiesteuergerät (P-ECU)
50 Verteilnetz
52 Umspanner
54 Zwischenspeicherwerk
56 Windrad
58 Funkeinrichtung 60 Satellit
62 Antenne von 2 bzw. 88
64 Antenne von T bzw. 58
65 Ladesteuergerät (L-ECU)
66 Klimagerät
67 Ladeleitungsnetz
68 Fortluftventilator
70 Ablagefach
72 Wandisolation
74 Verbindungskanal
76 Fortluftkanal
78 Zuluftkanal
80 Ventilator
82 Heizeiπheit
84 Kühleinheit
86 Befeuchtungseinheit
88 Entfeuchtungseinheit
90 Klimasteuergerät
92 CPU
94 ROM
96 RAM
98 Laufwerk (LW)
100 Interner Bus
102 Außen-Temperaturfühler
104 Außen-Feuchtefühler
106 Raum-Temperaturfühler
108 Raum-Feuchtefühler
110, 114, 118 Kanal-Temperaturfühler
112, 116, 120 Kanal-Feuchtefühler
121 Externer Bus (LAN)
122 Fortluft-Wärmetauscher
124 Vorlaufleitung 126 Rücklaufleitung
128 Wärmespeicher
130 Wärmeübertragungsleitung
132 Pumpe
134-140 Absperrventile
142, 144 Behälter-Temperaturfühler
146 Warmkreis-Vorlaufleitung
148 Warmkreis-Rücklaufleitung
150 Heizkörper
152 Pumpe
154 Thermostat-Eckventil
156 Warmwasser-Wärmetauscher
158 Pumpe
160 Absperrventil
A bis F Abteilungen des Fächerregals 44
CPU Zentrale Rechen- bzw. Verarbeitungseinheit
CTR Steuergerät
ECU Elektrisches/elektronisches Steuergerät bzw. Steuereinheit
G Generator
K Kaltseite
K-ECU Klimasteuergerät
L-ECU Ladesteuergerät
LAN Nahbereichsnetz
LW Laufwerk (magnetisch, optisch etc., intern oder extern)
M Motor
N Stromnetz
P-ECU Energiesteuergerät
R Regler
RAM Arbeitsspeicher
ROM Festwertspeicher
T Tankstelle V-ECU Fahrzeugsteuergerät
W Warmseite
Z Zentrale Liste der Formelzeichen:
I Taupunkttemperatur in 0C
φ Relative Luftfeuchtigkeit in %
V Temperatur in 0C d.../dt zeitliche Ableitung von ... bzw. ...-Strom
f Funktion (hier speziell: Taupunktfunktion)
g Tastgrad (auch: Aussteuerungsgrad oder Tastverhältnis)
I Gesamtlänge des Luftströmungsweges
n Drehzahl
t Zeit
x Weglänge der Luftströmung
S Zustandsvektor (oder allgemein: Zustandsmatrix) von Stellgrößen
T Periodendauer eines Rechtecksignals
Ü Übertragungsfunktion
V Volumen
Liste der Indizes (soweit nicht anders angegeben, tiefgestellt):
-1 Umkehrung einer Funktion (nur hochgestellt)
A bis F Abteilungen des Fächerregals 44
A Außenluft
B Behälter
Ein eingeschaltet
F Fortluft
FR Fächerregal K Klimatisierte Luft; Kaltseite
KG Klimagerät
Opt Optimalwert
N Numerische Auswertung einer Funktion (nur hochgestellt) R Raumluft
soll Sollwert
W Warmseite
Z Zuluft Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass vorstehende Listen von Bezugsund Formelzeichen sowie Indizes integraler Bestandteil der Beschreibung sind.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Ladevorrichtung für Elektroenergiespeicher, aufweisend
eine Aufnahmeeinrichtung, die zum Aufnehmen einer oder einer Mehrzahl von Elektroenergiespeichern, vorzugsweise von wiederaufladbaren Elektroenergiespeichern für Fahrzeuge, ausgelegt und eingerichtet ist, eine Ladesteuerungseinrichtung, die zum gesteuerten Laden der/des in der Aufnahmeeinrichtung aufgenommenen Elektroenergiespeicher/-s ausgelegt und eingerichtet ist, und
eine Klimatisierungseinrichtung, die zum Temperieren des Innenraums der Aufnahmeeinrichtung ausgelegt und eingerichtet ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Klimatisierungseinrichtung ausgelegt und angepasst ist, die Luft im Innenraum der Aufnahmeeinrichtung den Umgebungsverhältnissen hinsichtlich des Taupunktes anzugleichen.
2. Ladevorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Klimatisierungseinrichtung eine Luftzuführungseinrichtung, die zum Zu- führen von Luft ausgelegt und eingerichtet ist, eine Temperierungseinrichtung, die zum Kühlen und/oder Erwärmen der zugeführten Luft ausgelegt und eingerichtet ist, eine Konditionierungseinrichtung, die zum Befeuchten und/oder Entfeuchten der zugeführten Luft ausgelegt und eingerichtet ist, und eine Steuerungseinrichtung, die ausgelegt und eingerichtet ist, die Luftzuführungseinrichtung, die Temperierungseinrichtung und die
Konditionierungseinrichtung anzusteuern, aufweist.
3. Ladevorrichtung nach Anspruch 2, weiter gekennzeichnet durch eine Messeinrichtung, wobei die Messeinrichtung eine Mehrzahl von Messfüh- lern aufweist, die ausgelegt und eingerichtet sind, die Temperatur und die
Feuchte der Umgebungsluft und/oder der in die Klimatisierungseinrichtung eingeleiteten Luft sowie die Temperatur und die Feuchte der Raum- luft innerhalb der Aufnahmeeinrichtung und/oder der aus der Aufnahmeeinrichtung abgeführten Luft zu messen und entsprechende Mess- Signale an die Steuerungseinrichtung auszugeben, wobei die Steuerungseinrichtung ausgelegt und eingerichtet ist, auf der Grundlage we- nigstens eines Teils der Mess-Signale die Zuführungseinrichtung, die
Temperierungseinrichtung und die Konditionierungseinrichtung so anzusteuern, dass diese die ihr zugeführte Luft derart temperiert, dass die Raumluft innerhalb der Aufnahmeeinrichtung eine vorbestimmte Solltemperatur einhält, und derart konditioniert, dass die Taupunkttemperatur der Raumluft innerhalb der Aufnahmeeinrichtung der Taupunkttemperatur der
Umgebungsluft entspricht.
4. Ladevorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung ausgelegt und eingerichtet ist, Sollwerte einer dem Innenraum der Aufnahmeeinrichtung zuzuführenden Luft hinsichtlich
Temperatur, Feuchte und Menge zu ermitteln, und die Zuführungseinrichtung, die Temperierungseinrichtung und die Konditionierungseinrichtung so anzusteuern, dass die dem Innenraum der Aufnahmeeinrichtung zugeführte Luft die ermittelten Sollwerte aufweist, wobei die Messeinrich- tung vorzugsweise weitere Messfühler aufweist, die ausgelegt und eingerichtet sind, die Temperatur und die Feuchte der dem Innenraum der Aufnahmeeinrichtung zugeführten Luft zu messen und entsprechende Mess-Signale an die Steuerungseinrichtung auszugeben.
5. Ladevorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass Messfühler an verschiedenen Orten innerhalb der Aufnahmeeinrichtung vorgesehen sind, um die Temperatur und die Feuchte der Luft an den verschiedenen Orten innerhalb der Aufnahmeeinrichtung zu messen und entsprechende Mess-Signale an die Steuerungseinrichtung auszugeben.
6. Ladevorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung ausgelegt und eingerichtet ist, einen Optimalwert für die Temperatur selbsttätig anhand eines Typs der in der Aufnahmeeinrichtung enthaltenen Elektroenergiespeicher zu ermitteln und den Optimalwert als Sollwert für die Temperatur der Raumluft im Innenraum der Aufnahmeeinrichtung festzulegen.
7. Ladevorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmeeinrichtung eine Mehrzahl von Abteilungen aufweist, die vorzugsweise thermisch und insbesondere brandschutztechnisch voneinander getrennt sind, wobei in jeder Abteilung Messfühler der Messeinrichtung vorgesehen sind, um die Temperatur und die Feuchte der Luft an wenigstens einem Ort innerhalb jeder Abteilung zu messen und diese angebende Mess-Signale an die Steuerungseinrichtung auszugeben.
8. Ladevorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Abteilungen zur Aufnahme eines vorab festgelegten Typs von Elektroenergiespeichern oder mehrerer Typen von Elektroenergiespeichern, denen die gleiche optimale Temperatur und/oder der gleiche zulässige Temperaturbereich zugeordnet ist, ausgelegt und eingerichtet ist.
9. Ladevorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Mehrzahl von Abteilungen eine eigene Luftzufuhr aufweist, wobei die Steuerungseinrichtung und die Klimatisierungseinrichtung ausgelegt und eingerichtet sind, jede der Mehrzahl der Abteilungen einzeln o- der in Gruppen getrennt voneinander zu klimatisieren.
10. Ladevorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die innerhalb der Aufnahmeeinrichtung erzeugte Wärme gespeichert oder direkt genutzt oder verwertet wird.
11. Ladevorrichtung für Elektroenergiespeicher, aufweisend
eine Aufnahmeeinrichtung, die zum Aufnehmen einer oder einer Mehr- zahl von Elektroenergiespeichern, vorzugsweise von wiederaufladbaren Elektroenergiespeichern für Fahrzeuge, ausgelegt und eingerichtet ist, eine Ladesteuerungseinrichtung, die zum gesteuerten Laden der/des in der Aufnahmeeinrichtung aufgenommenen Elektroenergiespeicher/-s ausgelegt und eingerichtet ist, und
eine Klimatisierungseinrichtung, die zum Klimatisieren des Innenraums der Aufnahmeeinrichtung ausgelegt und eingerichtet ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass die innerhalb der Aufnahmeeinrichtung erzeugte Wärme gespei- chert oder direkt genutzt oder verwertet wird.
12. Ladevorrichtung nach Anspruch 10 oder 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die innerhalb der Aufnahmeeinrichtung erzeugte Wärme einem Fernwärmenetz zugeführt wird.
13. Ladevorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die innerhalb der Aufnahmeeinrichtung erzeugte Wärme einem Wärmespeicher zugeführt wird.
14. Ladevorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die innerhalb der Aufnahmeeinrichtung erzeugte Wärme zur Erwärmung von Brauchwasser oder zum Betrieb oder zur Unterstützung eines lokalen Heizungssystems genutzt wird.
15. Ladevorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die innerhalb der Aufnahmeeinrichtung erzeugte Wärme zur Vorerwärmung der der Klimatisierungseinrichtung zugeführten Luft genutzt wird.
16. Ladevorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die innerhalb der Aufnahmeeinrichtung erzeugte Wärme der aus der Aufnahmeeinrichtung abgeführten Fortluft entnommen wird.
17. Versorgungsstation zur Versorgung von wenigstens teilweise elektrisch betriebenen Fahrzeugen mit wiederaufladbaren Elektroenergiespeichern, aufweisend eine Ladevorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche.
18. Verfahren zum Aufladen von Elektroenergiespeichern, mit den Schritten:
Aufnehmen eines oder einer Mehrzahl von Elektroenergiespeichern, vorzugsweise von wiederaufladbaren Elektroenergiespeichern für Fahrzeuge, in einer Aufnahmeeinrichtung;
Gesteuertes Laden der/des in der Aufnahmeeinrichtung aufgenommenen Elektroenergiespeicher/-s;
Temperieren des Innenraums der Aufnahmeeinrichtung,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Luft im Innenraum der Aufnahmeeinrichtung an die Umgebungsverhältnisse im Hinblick auf den Taupunkt angeglichen wird.
19. Verfahren zum Aufladen von Elektroenergiespeichern, mit den Schritten:
Aufnehmen eines oder einer Mehrzahl von Elektroenergiespeichern, vorzugsweise von wiederaufladbaren Elektroenergiespeichern für Fahrzeuge, in einer Aufnahmeeinrichtung;
Gesteuertes Laden der/des in der Aufnahmeeinrichtung aufgenommenen
Elektroenergiespeicher/-s;
Temperieren des Innenraums der Aufnahmeeinrichtung,
dadurch gekennzeichnet,
dass die innerhalb der Aufnahmeeinrichtung erzeugte Wärme gespei- chert oder direkt genutzt oder verwertet wird.
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