WO2010083927A1 - Klimatisierung elektrochemischer energiespeicher mittels regelbarer latentwärmespeicher - Google Patents

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WO2010083927A1
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electrochemical energy
latent heat
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controllable
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Roland Norden
Dieter Hanauer
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Robert Bosch Gmbh
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Definitions

  • Modern motor vehicles are increasingly being electrified in their powertrain.
  • the approaches range from supporting electrifica- tions such as electric hybrid vehicles (HEV) or vehicles with fuel cells as energy storage for electric propulsion via externally chargeable hybrid vehicles (PHEV) to pure electric vehicles (EV).
  • HEV electric hybrid vehicles
  • PHEV externally chargeable hybrid vehicles
  • EV pure electric vehicles
  • electrochemical energy stores or accumulators exist on the market.
  • Common types are lead acid batteries, lithium ion batteries, nickel / metal hydride batteries, various zinc systems, and others. All systems are characterized by electrochemical processes, which are naturally temperature dependent. The performance, the service life (aging), but also the safety of an electrochemical energy storage depend strongly on the temperature.
  • Air conditioning For the operation of electrochemical energy storage while the following requirements are met.
  • the temperature In order to ensure a safe, reliable and permanent operation of an electrochemical energy store, the temperature must therefore be kept in a specific temperature range (depending on the electrochemical energy store).
  • EP 0 454 017 A1 describes a battery which has a latent heat accumulator permanently integrated in the battery housing and not controllable and / or controllable. This solution does not allow needs-based or energy-efficient air conditioning of the battery.
  • the object of the present invention is to reduce or overcome one or more disadvantages of the described prior art.
  • a device for conditioning electrochemical energy storage comprising a) one or more coupling elements, which are designed such that heat between a coupling element and an electrochemical energy storage is transferable; b) one or more latent heat storage, which are designed as latent heat storage of the type hot storage, rule storage and / or cold storage; c) one or more switching elements, which are configured so controllable that a latent heat accumulator is functionally connected to the heat exchanger or can be decoupled; d) heat-conducting compounds, wherein coupling elements, latent heat storage, switching elements and heat-conducting compounds are so functionally interconnected that a heat transfer between electrochemical energy storage and one or more latent heat storage via one or more switching elements controllable and / or regulated.
  • heat is understood as meaning both a heat energy which is greater than an existing heat energy of a particular receiver and a heat energy which is smaller. At a heat transfer according to the invention can therefore be transmitted both heat energy, which leads to an increase in temperature of the receiver, as well as heat energy, which leads to a decrease in temperature of the receiver (also called cooling energy).
  • the device according to the invention is characterized by the controllable and / or controllable coupling of one or more latent heat storage systems via one or more switching elements for the needs-based conditioning of electrochemical energy stores.
  • the device according to the invention is connected to an electrochemical energy store such that coupling elements can transmit heat energy between the electrochemical energy store and one or more latent heat stores, wherein the heat-conducting connection between coupling elements and latent heat store can be controlled via one or more switching elements and / or or is designed adjustable and / or interruptible.
  • This makes it possible to use a latent heat storage by this is only thermally conductively connected to the electrochemical energy storage when the latent heat storage to absorb heat or give off heat.
  • Interconnection of different latent heat storage which can absorb either heat or cooling energy and / or can give an electrochemical energy storage over a large outdoor temperature range can be maintained in a desired temperature range, preferably an optimal operating temperature range.
  • the latent heat storage are also charged by appropriate switching element positions at energetically favorable times with heat and / or cooling energy, for example by waste heat of the electrochemical energy storage or by cold from the environment or by a heat exchanger.
  • latent heat storage can make the use of more expensive and if inefficient temperature regulation devices are avoided.
  • Previously unused waste heat of the electrochemical energy storage can now be stored and used at a later time targeted and controllable for air conditioning of the electrochemical energy storage.
  • a cooling of an electrochemical energy storage can be supported by latent heat storage.
  • Existing cooling capacity can be stored in energetically sensible states and used at a later time. This eliminates the need to apply additional energy to cooling the electrochemical
  • a temperature of the electrochemical energy store can be kept constant within a certain window by a further latent heat storage, independently of a further heat input.
  • the device according to the invention is used for air conditioning electrochemical energy storage.
  • electrochemical energy storage can be understood any energy storage that stores energy by means of electrochemical processes. In particular, these include batteries and batteries.
  • Preferred electrochemical energy storages are fuel cells, in particular of the type alkaline fuel cell (AFC), polymer electrolyte fuel cell (PEMFC), direct methanol fuel cell (DMFC), phosphoric acid fuel cell (PAFC),
  • MCFC Molten Carbonate Fuel Cell
  • SOFC Solid Oxide Fuel Cell
  • Further preferred electrochemical energy stores are rechargeable batteries, in particular of the type Pb - lead-acid battery, NiCd-nickel-cadmium rechargeable battery, NiH 2 - nickel-hydrogen rechargeable battery, NiMH - nickel-metal hydride rechargeable battery, Li-ion - lithium-ion rechargeable battery, LiPo - Lithium Polymer Battery, LiFe - Lithium Metal Battery, Li-Mn - Lithium Manganese Battery, LiFePO 4 - Lithium Iron Phosphate Battery, LiTi - Lithium Titanate Battery, RAM - Rechargeable Alkaline Manganese , Ni-Fe - Nickel-Iron Battery, Na / NiCI - Sodium-Nickel-Chloride High Temperature Battery SCiB - Super Charge Ion Battery, Silver Zinc Battery, Silicone Battery, Vanadium Redox Battery and / or Zinc Bromine
  • the device according to the invention has one or more coupling elements.
  • These coupling elements or heat exchangers serve a heat transfer between coupling element (s) and electrochemical energy storage.
  • a heat exchanger can be supplied to an electrochemical energy storage heat energy or cooling energy and / or removed.
  • Suitable coupling elements are known to the person skilled in the art.
  • such coupling elements are characterized in that they are in contact with the electrochemical energy store over the largest possible surface area.
  • such coupling elements consist of thermally conductive material.
  • Coupling elements may have a heat conduction, which is brought into contact with a surface of an electrochemical energy storage such that the most effective heat exchange possible.
  • a coupling element may comprise a conduit which is guided in tight coils or loops along a surface of an electrochemical energy transmitter and has a heat conducting means.
  • the heat conducting means of the coupling element can be in contact with a heating means of the heat-conducting connection.
  • the heat-conducting means of the coupling element and the heat-conducting means of the heat-conducting connection are preferably the same heat-conducting means.
  • the device according to the invention has one or more latent heat storage.
  • the basic function of a latent heat storage is to absorb heat and release it when needed.
  • a latent heat storage is characterized in that a phase transition between a solid phase and a liquid phase with increasing heat input is not continuous.
  • the temperature of a latent heat storage in the solid state increases continuously with increasing heat input. From a certain threshold temperature Tsc hm ei z the temperature of the latent heat storage remains constant despite further increasing heat input until complete melting of the medium in the latent heat storage, and only then increases again.
  • Suitable latent heat storage are known in the art and can be classified in the following types. Hot storage:
  • the main task of the hot storage is to store thermal energy from the electrochemical energy storage and possibly other heat sources and provide it again when needed. If the hot accumulator is sufficiently charged, the heat energy can be used, for example, to maintain an accumulator temperature in cold outside temperatures or to preheat an electrochemical energy store.
  • the latent heat storage include whose threshold temperature T SChme i z is higher than an optimal Radiotem peratu r to be conditioned electrochemical energy storage.
  • the main task of a latent heat storage of the type of rule memory is to small temperature changes or fluctuations of the electrochemical
  • Latent heat storage have within a certain heat input window, the property to keep their temperature constant.
  • a rule memory uses this operating window to dampen small battery temperature changes.
  • control memories are used, which include latent heat storage whose threshold temperature T sch meiz is identical to or in the vicinity is to an optimum operating temperature of the electrochemical energy storage to be conditioned.
  • the main task of a cold storage type latent heat accumulator is to store and, if required, make available cooling energy.
  • the cold storage tank absorbs them. This is the case in motor vehicles, for example in underground garages, tunnels or at high vehicle speeds due to the flow around a radiator.
  • the charged cold storage gives off cold energy again. This can for example be the case in motor vehicles when stop phases are run through and / or in strong sunlight, where otherwise a cooling fan or the air conditioning must be switched on.
  • the latent heat storage include whose threshold temperature T sch me i z is lower than an optimal operating temperature of the air-conditioned electrochemical energy storage.
  • the device according to the invention can be at least two
  • the device preferably has at least one hot accumulator and one cold accumulator.
  • the device according to the invention has at least one latent heat store of each of the three types, that is, at least one hot storage, one control store, and one cold store.
  • One, several or all of the latent heat accumulators of one type can be operatively connected to an independent, independent control and / or controllable switching element with a coupling element.
  • the device according to the invention has one or more switching elements. These switching elements are characterized by the fact that they are designed to be controllable and / or adjustable and, depending on the switching element position, connect or disconnect a latent heat accumulator in functional heat-conducting manner to a coupling element.
  • the design of such a switching element depends on the type of thermally conductive connections used, which are used in the device and connect a coupling element with a latent heat storage and can be formed, for example, as a valve.
  • a heat-conducting compound may, for example, comprise a heat-conducting solid (for example a metal) or else be formed as a conduit with a heat-conducting agent in optionally liquid or gaseous form.
  • a switching element may consist of a controllable and / or controllable contact breaker.
  • the switching element can be designed, for example, as a controllable and / or controllable valve and / or through-valve.
  • the device according to the invention has thermally conductive connections, which connect one or more latent heat accumulators via one or more switching elements heat-conducting with one or more coupling elements.
  • latent heat storage and see lying switching elements are thermally conductively connected together such that a heat transfer between electrochemical energy storage and one or more latent heat storage is enabled via one or more switching elements with appropriate switching element position.
  • Such a thermally conductive compound may comprise, for example, a thermally conductive solid (eg a metal) or also filled with a line
  • thermally conductive materials are preferably used with a thermal conductivity ⁇ of> 10 W / (m * K), more preferably of> 20 W / (m * K).
  • a coupling of the latent heat storage with the electrochemical see energy storage is particularly suitable by means of liquid media, but can for example be implemented with gaseous media (eg., Air cooling with flaps and fans).
  • the device according to the invention preferably has further functions which allow a directed transport of the heat conducting means in the device.
  • it may be a pump which is arranged so functionally in the device that a heat conduction can be moved directionally.
  • the device according to the invention is designed as a heat cycle.
  • one or more coupling elements is followed by a circuit of a thermally conductive connection into which one or more latent heat accumulators can be connected or disconnected in a heat-conducting manner via switching elements.
  • the latent heat storage devices can be loaded and unloaded as required.
  • additional partial functions can be omitted or added to the device according to the invention.
  • Such an additional partial function may for example be a pump for moving the heat conduction or a heat exchanger z. B. in the form of a cooler.
  • the device may additionally comprise one or more heat exchangers which are connected to the device via one or more independent, independently controllable switching elements, so that heat transfer between the electrochemical energy store and one or more heat exchangers can be regulated.
  • the invention also relates to an air-conditioned electrical power supply unit which comprises an electrochemical energy store and a device according to the invention.
  • the electrochemical energy store and the device according to the invention can be arranged in a common housing.
  • the invention also relates to a motor vehicle comprising a device according to the invention.
  • motor vehicle is to be understood as meaning all driven vehicles which have an electrochemical energy store, irrespective of which drive these motor vehicles have, in particular the term “motor vehicle” HEV (electric hybrid vehicles), PH EV (plug-in). Hybrid vehicles), EV (electric vehicles), fuel cell vehicles, as well as all vehicles which use an electrochemical energy store for the electrical energy supply.
  • the invention also relates to a circuit arrangement for conditioning electrochemical energy storage, wherein an electrochemical energy storage via switching elements switchable with one or more latent heat storage of the type hot storage and / or one or more latent heat storage of the type control memory and / or one or more latent heat storage of the cold accumulator and / or one or more heat exchangers.
  • the present invention also relates to a method for conditioning an electrochemical energy store, wherein the temperature fluctuations of an electrochemical energy storage at least partially by targeted transfer of heat or cold energy between electrochemical energy storage and one or more latent energy storage via one or more control and / or adjustable switching elements takes place.
  • the solutions of the invention offer many advantages, for example, a security gain is achieved, for. B. by avoiding explosions, it is a hedge against hypothermia of the electrochemical energy storage achieved, it is achieved an increase in the functional availability of the electrochemical energy storage at cryogenic temperatures, as well as an increase in temperature stability is achieved, and a reduction of the thermal aging effects of the electrochemical Energy storage and a cost savings, an improvement in the efficiency of the electrochemical
  • Energy storage a reduction in fuel consumption, a lower energy consumption for air conditioning, a reduction in fuel consumption, a smaller design of the electrochemical energy storage is possible and / or a reduction in system costs.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an embodiment of an air-conditioned electrical power supply unit according to the invention with an electrochemical energy store and an embodiment of a device according to the invention.
  • the energy supply unit 10 comprises an electrochemical energy store 9 and an embodiment of a device according to the invention.
  • the embodiment of the device according to the invention comprises a coupling element 1, heat-conducting connections 2, switching elements 3 as valves, at least one latent heat accumulator of the type hot accumulator 4, the type regulating accumulator 5 and the cold accumulator 6, and optionally a heat exchanger 7 and a pump 8
  • the device according to the invention is designed as a heat cycle.
  • the coupling element 1 is arranged in such a way to the electrochemical energy store 9 that a
  • the coupling element 1 is connected via heat-conducting compounds 2 with the latent heat storage 4, 5 and 6, and with the optional heat exchanger 7 functionally, so that a heat transfer both between the coupling element 1 and the other heat elements 4, 5, 6 and 7, and between the other heating elements 4, 5, 6 and 7 is possible with each other.
  • the thermally conductive compounds 2 can be formed as a conduit system with a heat conducting, wherein the heat transfer medium is preferably liquid or gaseous and can be moved within the conduit system. Furthermore, a pump 8 is optionally functionally connected to the heat-conducting connections 2 in such a way that the heat-conducting means can be moved in the direction of the heat-conducting connections 2.
  • the heat elements 4, 5, 6 and 7 are each connected via independent, independently controllable and / or controllable switching elements 3 to the coupling element 1, so that depending on the respective switch element position heat transfer between see one or more heat elements 4, 5, 6 and / or 7 and the coupling element 1 is possible.
  • each of the latent heat storage 4, 5 and 6, and the optional heat exchanger 7 individually via at least one switching element 3 in the heating circuit or decoupled.
  • This embodiment of the device according to the invention makes it possible to keep an electrochemical energy store 9 over a wide ambient temperature range at a constant temperature or in a desired temperature range, for example a certain operating temperature range. If the temperature of the electrochemical energy store 9 exceeds a specific temperature value, then the heat cycle can be switched via a suitable switching element position such that a cold energy can be supplied to the electrochemical energy store 9 via the coupling element 1 from the cold storage 6 or optionally from a heat exchanger 7.
  • the heat cycle can be switched by way of a suitable second switching element position such that a thermal energy can be fed from the hot accumulator 4 to the electrochemical energy store 9 via the coupling element 1.
  • Smaller temperature fluctuations of the electrochemical energy accumulator 9 can be compensated or reduced by means of a suitable switching element circuit of the heat circuit in that a control accumulator 5 is functionally coupled into the heating circuit via a switching element 3.
  • the latent heat storage 4, 5 and 6 are then charged when the required heat
  • the hot accumulator 4 can be charged by absorbing a waste heat of the electrochemical energy store 9.
  • the cold accumulator 6 can be charged, for example, by taking in ambient cold or by taking in a cold teen energy provided by an upstream heat exchanger 7.
  • Both the charging processes and the heat dissipation processes of the latent heat accumulators are controlled and / or regulated via corresponding positions of the switching elements 3 in the thermal circuit, so that unwanted energy losses do not occur in the device according to the invention. If, for example, thermal energy of a hot accumulator 4 is to be supplied to an electrochemical energy store 9 via a coupling element 1, then the switching elements 3 of the heating circuit can be switched such that the hot accumulator 4 is connected in a heat-conducting manner to the coupling element 1, while the heat elements 5, 6 and 7 are decoupled from the heat cycle.

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Klimatisierung elektrochemischer Energiespeicher, umfassend a) einen oder mehrere Kopplungselemente (1), die derart ausgestaltet sind, dass Wärme zwischen einem Kopplungselement (1) und einem elektrochemischen Energiespeicher (9) übertragbar ist; b) einen oder mehrere Latentwärmespeicher, die als Latentwärmespeicher (4, 5, 6) vom Typ Heißspeicher (4), Regelspeicher (5) und/oder Kaltspeicher (6) ausgebildet sind; c) ein oder mehrere Schaltelemente (3), welche derart regelbar ausgestaltet sind, dass ein Latentwärmespeicher (4, 5, 6) funktional an ein Kopplungselement an- oder abkoppelbar ist; d) wärmeleitende Verbindungen (2), wobei Kopplungselemente (1), Latentwärmespeicher (4, 5, 6), Schaltelemente (3) und wärmeleitende Verbindungen (2) derart funktional miteinander verbunden sind, dass eine Wärmeübertragung zwischen elektrochemischem Energiespeicher (9) und einem oder mehreren Latentwärmespeichern (4, 5, 6) über ein oder mehrere Schaltelemente (3) steuerbar und/oder regelbar ist.

Description

Beschreibung
Titel
Klimatisierung elektrochemischer Enerqiespeicher mittels regelbarer Latentwärmespeicher
Stand der Technik
Moderne Kraftfahrzeuge werden in ihrem Antriebsstrang zunehmend e- lektrifiziert. Die Ansätze reichen dabei von unterstützenden Elektrifi- zierungen, wie bei elektrischen Hybridfahrzeugen (HEV) oder Fahrzeugen mit Brennstoffzellen als Energiespeicher für den Elektroantrieb ü- ber extern aufladbare Hybridfahrzeuge (PHEV) bis hin zu reinen Elek- trofahrzeugen (EV). Diese Systeme arbeiten in der Regel mit eigenen Hochspannungsbatterien als Energiequelle zur Fahrzeugtraktion. Ferner nimmt die Zahl der elektrischen Verbraucher in modernen Kraftfahrzeugen unabhängig von der Antriebsart immer mehr zu. Aus diesem Grund werden alternative Bordnetzarchitekturen und neue Energiespeicher gesucht.
Auf dem Markt existieren unterschiedliche elektrochemische Energie- Speicher oder Akkumulatoren. Gängige Typen sind Blei/Säure-Akkumulatoren, Lithium-Ionen-Akkumulatoren, Nickel/Metall Hydrid-Akkumulatoren , verschiedene Zink-Systeme, und weitere. Alle Systeme zeichnen sich durch elektrochemische Vorgänge aus, die naturgemäß temperaturabhängig sind . Die Leistungsfähigkeit, die Gebrauchsdauer (Alterung), aber auch die Sicherheit eines elektrochemischen Energie- peichers hängen stark von der Temperatur ab.
Alle elektrochemischen Energiespeicher zeichnen sich dadurch aus, dass sie nur in einem bestimmten Temperaturintervall ihre optimale Leistungsfähigkeit zeigen. Sie erfordern daher eine bedarfsgerechte
Klimatisierung. Für den Betrieb elektrochemischer Energiespeicher sollen dabei folgende Anforderungen erfüllt werden.
Einerseits soll ein bestimmter Temperaturbereich eingehalten werden.
Bei Temperaturen , die tiefer sind als dieser Temperaturbereich , solche Temperaturen können je nach Energiespeicher bereits bei +1 0 0C beginnen, lässt die Leistungsfähigkeit nach. Beispielsweise bei Hybridfahrzeugen steigt dadurch der Kraftstoffverbrauch, bei Elektrofahrzeu- gen reduziert sich die Reichweite pro Ladevorgang. Sinken die Temperaturen weiter, kann es sogar zum Totalausfall kommen, da der Elektrolyt gefriert und damit den Akkumulator (Zelle) zerstört (z. B. Blei/Säure-Batterien). Bei Nickel/Metallhydrid-Batterien kann Wasserstoff aufgrund der geringen Einlagerungsfähigkeit im Wirtskristall ent- weichen und sich eventuell sogar ein kritisches Wasserstoff/Luft-Gemisch bilden, das durch Zuführung von hinreichend Energie (Zündfunke) sogar explodieren kann. Zumindest wird die Kapazität reduziert, und die Gebrauchsdauer deutlich reduziert (erhöhte Alterung). Bei Li-Ionen Akkumulatoren kann die Aufladung aufgrund von Dendritenbildung (interne Kurz- Schlüsse) zum Sicherheitsrisiko werden.
Dagegen treten bei Temperaturen, die oberhalb des bestimmten Bereichs liegen, chemische Nebenreaktionen auf, die zu einer erhöhten Alterung und somit zu einer reduzierten Gebrauchsdauer des Energiespeichers führen können. Steigen die Temperaturen weiter, kann es sogar zum Bersten, zu
Explosionen oder zu Bränden kommen (Thermal Runaway Effekte - thermischer Teufelskreis).
Um einen sicheren, zuverlässigen und dauerhaften Betrieb eines elektro- chemischen Energiespeichers gewährleisten zu können, muss die Temperatur daher in einem (je nach elektrochemischem Energiespeicher) bestimmten Temperaturbereich gehalten werden.
Dies wird in heutigen Systemen im Wesentlichen durch eine Klimatisierung mittels gezielter Luftführung oder einem Kühlsystem auf Wasser/Glykol Basis realisiert. Zum Teil wird auch eine separate Klimaanlage eingesetzt. In EP 0 454 017 A1 wird eine Batterie beschrieben, welche über eine im Batteriegehäuse fest integrierten und nicht Steuer- und/oder regelbaren Latentwärmespeicher verfügt. Diese Lösung erlaubt keine bedarfsgerechte bzw. energieeffiziente Klimatisierung der Batterie.
Dabei sind die bislang verwendeten Systeme zum einen meist mit einem erhöhten Energieverbrauch verbunden. Zum anderen sind die bekannten Systeme oft nicht in ausreichendem Maße regelbar.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen oder mehrere Nachteile des geschilderten Standes der Technik zu vermindern oder zu überwinden.
Offenbarung der Erfindung
Die Aufgabe wird gelöst durch Bereitstellung einer Vorrichtung zur Klimatisierung elektrochemischer Energiespeicher, umfassend a) einen oder mehrere Kopplungselemente, die derart ausgestaltet sind, dass Wärme zwischen einem Kopplungselement und einem elektro- chemischen Energiespeicher übertragbar ist; b) einen oder mehrere Latentwärmespeicher, die als Latentwärmespeicher vom Typ Heißspeicher, Regelspeicher und/oder Kaltspeicher ausgebildet sind; c) ein oder mehrere Schaltelemente, welche derart regelbar ausgestaltet sind, dass ein Latentwärmespeicher funktional an den Wärmeüberträger an- oder abkoppelbar ist; d) wärmeleitende Verbindungen, wobei Kopplungselemente, Latentwärmespeicher, Schaltelemente und wärmeleitende Verbindungen derart funktional miteinander verbunden sind, dass eine Wärmeübertragung zwischen elektrochemischem Energiespeicher und einem oder mehreren Latentwärmespeichern über ein oder mehrere Schaltelemente steuerbar und/oder regelbar ist.
Für die Zwecke der Erfindung wird unter dem Begriff Wärme sowohl eine Wär- meenergie verstanden, die größer ist als eine vorhandene Wärmeenergie eines bestimmten Empfängers, als auch eine Wärmeenergie, die kleiner ist. Bei einer erfindungsgemäßen Wärmeübertragung kann also sowohl Wärmeenergie übertragen werden, die zu einer Temperaturzunahme des Empfängers, als auch Wärmeenergie, die zu einer Temperaturabnahme des Empfängers (auch Kälteenergie genannt) führt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich durch die über ein oder mehrere Schaltelemente steuerbare und/oder regelbare Kopplung einer o- der mehrerer Latentwärmespeichersysteme zur bedarfsgerechten Klimatisierung elektrochemischer Energiespeicher aus. Dabei ist die er- findungsgemäße Vorrichtung derart mit einem elektrochemischen E- nergiespeicher verbunden , dass Kopplungselemente eine Wärmeenergie zwischen dem elektrochemischen Energiespeicher und einem oder mehreren Latentwärmespeichern übertragen können , wobei die wärmeleitende Verbindung zwischen Kopplungselementen und Latent- Wärmespeicher über ein oder mehrere Schaltelemente steuerbar und/oder regelbar und/oder unterbrechbar ausgestaltet ist. Dadurch ist es möglich, einen Latentwärmespeicher zu nutzen , indem dieser nur dann wärmeleitend mit dem elektrochemischen Energiespeicher verbunden ist, wenn der Latentwärmespeicher Wärme aufnehmen oder Wärme abgeben soll. Durch Einsatz und Steuer- und/oder regelbare
Verschaltung von unterschiedlichen Latentwärmespeichern , die entweder Wärme- oder Kälteenergie aufnehmen und/oder abgeben können, kann ein elektrochemischer Energiespeicher über einen großen Außentemperaturbereich in einem gewünschten Temperaturbereich gehalten werden , bevorzugt einem optimalen Betriebstemperaturbereich . Bei
Bedarf werden über entsprechende Schaltelementstellungen entweder Kälteenergie oder Wärmeenergie aus den Latentwärmespeichern zur Klimatisierung des elektrochemischen Energiespeichers bereitgestellt. Die Latentwärmespeicher werden ebenfalls durch entsprechende Schaltelementstellungen zu energetisch günstigen Zeiten mit Wärme- und/oder Kälteenergie aufgeladen , beispielsweise durch Abwärme des elektrochemischen Energiespeichers oder durch Kälte aus der Umgebung oder von einem Wärmetauscher.
Durch einen gezielten und über Schaltelemente Steuer- und/oder regelbaren
Einsatz von Latentwärmespeichern kann der Einsatz teurer und gegebenen- falls ineffizienter Temperaturregulationsgeräte vermieden werden. Bislang ungenutzte Verlustwärme des elektrochemischen Energiespeichers kann nun gespeichert und zu einem späteren Zeitpunkt gezielt und regelbar zur Klimatisierung des elektrochemischen Energiespeichers genutzt werden.
Umgekehrt kann auch eine Kühlung eines elektrochemischen Energiespeichers durch Latentwärmespeicher unterstützt werden. Vorhandene Kälteleistung kann in energetisch sinnvollen Zuständen gespeichert und zu einem späteren Zeitpunkt eingesetzt werden. Damit entfällt die Notwendigkeit zu- sätzliche Energie aufzubringen, um eine Kühlung des elektrochemischen
Energiespeichers zu erlauben. Damit kann bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung auf einen konventionellen Wärmetauscher verzichtet werden. Weiterhin kann durch einen weiteren Latentwärmspeicher eine Temperatur des elektrochemischen Energiespeichers, unabhängig von einem weiter stattfin- denden Wärmeeintrag, innerhalb eines gewissen Fensters konstant gehalten werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung dient zur Klimatisierung elektrochemischer Energiespeicher. Unter einem elektrochemischen Energiespeicher kann dabei jeder Energiespeicher verstanden werden, der eine Energie mittels elektrochemischer Prozesse speichert. Insbesondere sind darunter Akkumulatoren und Batterien zu verstehen. Bevorzugte elektrochemische E- nergiespeicher sind Brennstoffzellen, insbesondere vom Typ alkalische Brennstoffzelle (AFC), Polymerelektrolytbrennstoffzelle (PEMFC), Direktme- thanolbrennstoffzelle (DMFC), Phosphorsäurebrennstoffzelle (PAFC),
Schmelzkarbonatbrennstoffzelle (MCFC) und/oder Festoxidbrennstoffzelle (SOFC). Weitere bevorzugte elektrochemische Energiespeicher sind Akkumulatoren, insbesondere vom Typ Pb - Bleiakku, NiCd - Nickel-Cadmium- Akku, NiH2 - Nickel-Wasserstoff-Akkumulator, NiMH - Nickel-Metallhydrid-Akku- mulator, Li-Ion - Lithium-Ionen-Akku, LiPo - Lithium-Polymer-Akku, LiFe - Lithium-Metall-Akku, Li-Mn - Lithium-Mangan-Akku, LiFePO4 - Lithium-Eisen- Phosphat-Akkumulator, LiTi - Lithium-Titanat-Akku, RAM - Rechargeable Alkaline Manganese, Ni-Fe - Nickel-Eisen-Akku, Na/NiCI - Natrium-Nickelchlorid-Hochtemperaturbatterie-Batterie SCiB - Super Charge Ion Battery, Silber-Zink-Akku, Silikon-Akku, Vanadium-Redox-Akkumulator und/oder Zink-Brom-Akku. Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist einen oder mehrere Kopplungselemente auf. Diese Kopplungselemente oder auch Wärmeüberträger dienen einem Wärmeübertrag zwischen Kopplungselement(en) und elektrochemischem Energiespeicher. Mittels eines solchen Wärmeüberträgers kann einem elektrochemi- sehen Energiespeicher Wärmeenergie oder Kälteenergie zugeführt und/oder entnommen werden. Geeignete Kopplungselemente sind dem Fachmann bekannt. Insbesondere zeichnen sich solche Kopplungselemente dadurch aus, dass sie über eine möglichst große Oberfläche mit dem elektrochemischen E- nergiespeicher in Kontakt stehen. Bevorzugt bestehen solche Kopplungsele- mente aus wärmeleitenden Material. Kopplungselemente können ein Wärmeleitmittel aufweisen, welches derart mit einer Oberfläche eines elektrochemischen Energiespeichers in Kontakt gebracht wird, dass ein möglichst effektiver Wärmeaustausch möglich ist. Insbesondere kann ein Kopplungselement eine Leitung umfassen, die in engen Wendeln oder Schlaufen entlang einer Oberfläche eines elektrochemischen Energieüberträgers geführt wird und ein Wärmeleitmittel aufweist. Dabei kann das Wärmeleitmittel des Kopplungselements in Kontakt stehen mit einem Wärmemittel der wärmeleitenden Verbindung. Bevorzugt handelt es sich bei dem Wärmeleitmittel des Kopplungselements und dem Wärmeleitmittel der wärmeleitenden Verbindung um dasselbe Wärmeleitmittel.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist einen oder mehrere Latentwärmespeicher auf. Die Grundfunktion eines Latentwärmespeichers besteht darin , Wärme aufzunehmen und bei Bedarf wieder abzugeben. Dabei zeichnet sich ein Latentwärmespeicher dadurch aus, dass ein Phasen- Übergang zwischen einer festen Phase und einer flüssigen Phase bei zunehmendem Wärmeeintrag nicht kontinuierlich verläuft. Die Temperatur eines Latentwärmespeichers im festen Zustand nimmt bei steigendem Wärmeeintrag kontinuierlich zu . Ab einer bestimmten Schwellentemperatur Tschmeiz bleibt die Temperatur des Latentwärmespeichers trotz weiter zunehmenden Wärmeeintrags konstant, bis zum vollständigen Schmelzen des Mediums im Latentwärmespeicher, und steigt erst danach wieder weiter an . Geeignete Latentwärmespeicher sind dem Fachmann bekannt und lassen sich in folgende Typen einordnen . Heißspeicher:
Hauptaufgabe des Heißspeichers ist es, thermische Energie aus dem elektrochemischen Energiespeicher und gegebenenfalls anderen Wärmequellen zu speichern und bei Bedarf wieder bereitzustellen. Ist der Heißspeicher aus- reichend geladen, kann die Wärmeenergie beispielsweise zur Aufrechterhaltung einer Akkumulatortemperatur bei kalten Außentemperaturen oder zum Vorheizen eines elektrochemischen Energiespeichers eingesetzt werden. Für diesen Zweck werden Heißspeicher eingesetzt, die Latentwärmespeicher umfassen, deren Schwellentemperatur TSChmeiz höher liegt, als eine optimale Betriebstem peratu r des zu klimatisierenden elektrochemischen Energiespeichers.
Regelspeicher:
Hauptaufgabe eines Latentwärmespeichers vom Typ des Regelspeichers ist es, kleine Temperaturwechsel oder -Schwankungen des elektrochemischen
Energiespeichers zu dämpfen und/oder auszugleichen. Latentwärmespeicher besitzen innerhalb eines gewissen Wärmeeintragsfensters die Eigenschaft ihre Temperatur konstant zu halten. Ein Regelspeicher nutzt dieses Betriebsfenster, um kleine Akkumulator-Temperaturwechsel zu dämpfen. Für diesen Zweck werden Regelspeicher eingesetzt, die Latentwärmespeicher umfassen, deren Schwellentemperatur Tschmeiz identisch ist mit oder in der Nähe liegt zu einer optimale Betriebstemperatur des zu klimatisierenden elektrochemischen Energiespeichers.
Kaltspeicher:
Hauptaufgabe eines Latentwärmespeichers vom Typ des Kaltspeichers ist es, Kälteenergie zu speichern und bei Bedarf wieder zur Verfügung zu stellen. In Zeiten, in denen Kälteenergie energieeffizient zur Verfügung steht, nimmt der Kältespeicher diese auf. Dies ist bei Kraftfahrzeugen beispiels- weise in Tiefgaragen, Tunnels oder bei hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten durch Umströmung eines Kühlers der Fall. In Zuständen, in denen eine aktive gegebenenfalls energieaufwendige Kühlung notwendig ist, gibt der geladene Kaltspeicher Kälteenergie wieder ab. Dies kann beispielsweise bei Kraftfahrzeugen dann der Fall sein, wenn Stopphasen durchlaufen werden und/oder bei starker Sonneneinstrahlung, wo andernfalls ein Kühlerlüfter oder die Klimaanlage zugeschaltet werden muss. Für diesen Zweck werden Kaltspeicher eingesetzt, die Latentwärmespeicher umfassen, deren Schwellentemperatur Tsch meiz niedriger ist als eine optimale Betriebstemperatu r des zu klimatisierenden elektrochemischen Energiespeichers.
I nsbesondere kann die erfindu ngsgemäße Vorrichtu ng mindestens zwei
Latentwärmespeicher aufweisen , die n icht vom selben Typ sind . Bevorzugt weist die Vorrichtung m indestens einen Heißspeicher und einen Kaltspeicher auf. I n ei ner besonders bevorzugten Variante weist d ie erfind ungsgemäße Vorrichtu ng mindestens einen Latentwärme- Speicher von jedem der drei Typen auf, also mi ndestens einen Hei ßspeicher, ei nen Regelspeicher u nd einen Kaltspeicher.
Ein , mehrere oder alle Latentwärmespeicher eines Typs kön nen mit einem eigenständ igen , unabhängigen Steuer- und/oder regelbaren Schaltelement funktional mit einem Koppl ungselement verbunden sein .
Die sich dad urch ergebenden Kopplungsmöglich keiten erlau ben eine unterschied liche, je nach Bedarf einstellbare Dimensionierung der erfind ungsgemäßen Vorrichtung.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist ein oder mehrere Schaltelemente auf. Diese Schaltelemente zeichnen sich dadurch aus, dass sie steuer- und/oder regelbar ausgestaltet sind und je nach Schaltelementstellung einen Latentwärmespeicher funktional wärmeleitend an ein Kopplungselement an- oder abkoppeln. Die Ausgestaltung eines solchen Schaltelements hängt von der Art der verwendeten wärmeleitenden Verbindungen ab, die in der Vorrichtung zum Einsatz kommen und ein Kopplungselement mit einem Latentwärmespeicher verbinden und kann beispielsweise als Ventil ausgebildet sein. Eine solche wärmeleitende Verbindung kann beispielsweise einen wärmeleitenden Feststoff umfassen (z. B. ein Metall) oder auch als Leitung mit ei- nem Wärmeleitmittel in gegebenenfalls flüssiger oder gasförmiger Form ausgebildet sein. Im Falle eines wärmeleitenden Feststoffs kann ein Schaltelement aus einem Steuer- und/oder regelbaren Kontaktunterbrecher bestehen. Im Falle eines flüssigen oder gasförmigen Wärmeleitmittels in einem Leitungssystem kann das Schaltelement beispielsweise als Steuer- und/oder re- gelbares Ventil und/oder Durchgangsventil ausgebildet sein. Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist wärmeleitende Verbindungen auf, die einen oder mehrere Latentwärmespeicher über ein oder mehrere Schaltelemente wärmeleitend mit einem oder mehreren Kopplungselementen verbinden. Damit sind Kopplungselemente, Latentwärmespeicher und dazwi- sehen liegende Schaltelemente derart wärmeleitend miteinander verbunden, dass eine Wärmeübertragung zwischen elektrochemischem Energiespeicher und einem oder mehreren Latentwärmespeicher über ein oder mehrere Schaltelemente bei entsprechender Schaltelementstellung ermöglicht ist. Eine solche wärmeleitende Verbindung kann beispielsweise einen wärmeleitenden Feststoff umfassen (z. B. ein Metall) oder auch als Leitung gefüllt mit einem
Wärmeleitmittel in gegebenenfalls flüssiger oder gasförmiger Form ausgebildet sein. Bevorzugt werden wärmeleitende Materialien verwendet mit einer Wärmeleitfähigkeit λ von > 10 W/(m*K), besonders bevorzugt von > 20 W/(m*K). Eine Kopplung der Latentwärmespeicher mit dem elektrochemi- sehen Energiespeicher bietet sich insbesondere mittels flüssiger Medien an, kann aber beispielsweise auch mit gasförmigen Medien umgesetzt werden (z. B. Luftkühlung mit Klappen und Ventilatoren). In Fällen, in denen flüssige oder gasförmige Wärmeleitmittel verwendet werden, weist die erfindungsgemäße Vorrichtung bevorzugt weitere Funktionen auf, die einen gerichteten Transport des Wärmeleitmittels in der Vorrichtung erlauben. Insbesondere kann es sich dabei um eine Pumpe handeln, die derart funktional in der Vorrichtung angeordnet ist, dass ein Wärmeleitmittel gerichtet bewegt werden kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die erfindungsgemäße Vorrichtung als Wärmekreislauf ausgebildet. Dabei schließt sich an einen oder mehrere Kopplungselemente ein Kreislauf aus einer wärmeleitenden Verbindung an, in den über Schaltelemente ein oder mehrere Latentwärmespeicher wärme- leitend ein- oder ausgekoppelt werden können. Durch Ein-/Auskoppeln der einzelnen Elemente über Schaltelemente im Wärmekreislauf können die Latentwärmespeicher bedarfsgerecht be- und entladen werden. Durch Weglassen oder Zufügen von weiteren Kopplungen (gegebenenfalls über Schaltelemente) können zusätzliche Teilfunktionen weggelassen oder der erfindungsgemäßen Vorrichtung hinzugefügt werden. Eine solche zusätzliche Teilfunktion kann beispielsweise eine Pumpe zur Bewegung des Wärmeleitmittels sein oder ein Wärmetauscher z. B. in Form eines Kühlers. Insbeson- dere kann die Vorrichtung zusätzlich einen oder mehrere Wärmetauscher aufweisen, die über ein oder mehrere eigenständige, unabhängig regelbare Schaltelemente mit der Vorrichtung verbunden sind, so dass eine Wärmeübertragung zwischen elektrochemischem Energiespeicher und einem oder mehreren Wärmetauschern regelbar ist.
Die Erfindung bezieht sich auch auf eine klimatisierte elektrische Energieversorgungseinheit, die einen elektrochemischen Energiespeicher und eine erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst. Bevorzugt können der elektroche- mische Energiespeicher und die erfindungsgemäße Vorrichtung in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sein.
Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Kraftfahrzeug, welches eine erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst. Dabei sind unter dem Begriff „Kraftfahr- zeug" alle angetriebenen Fahrzeuge zu verstehen, die einen elektrochemischen Energiespeicher aufweisen, unabhängig davon welchen Antrieb diese Kraftfahrzeuge aufweisen. Insbesondere umfasst der Begriff „Kraftfahrzeug" HEV (elektrische Hybridfahrzeuge), PH EV (Plug-In-Hybridfahrzeuge), EV (E- lektrofahrzeuge), Brennstoffzellenfahrzeuge, sowie alle Fahrzeuge, die ei- nen elektrochemischen Energiespeicher für die elektrische Energieversorgung einsetzen.
Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Schaltungsanordnung zur Klimatisierung elektrochemischer Energiespeicher, wobei ein elektrochemischer Energie- Speicher über Schaltelemente zuschaltbar mit einem oder mehreren Latentwärmespeichern vom Typ Heißspeicher und/oder einem oder mehreren Latentwärmespeichern vom Typ Regelspeicher und/oder einem oder mehreren Latentwärmespeichern vom Typ Kaltspeicher und/oder einem oder mehreren Wärmetauschern verbunden ist.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zur Klimatisierung eines elektrochemischen Energiespeichers, wobei die Temperaturschwankungen eines elektrochemischen Energiespeichers mindestens teilweise durch gezielte Übertragung von Wärme- oder Kälteenergie zwischen elektrochemischem Ener- giespeicher und einem oder mehreren Latentenergiespeichern über ein oder mehrere Steuer- und/oder regelbare Schaltelemente erfolgt. Die erfindungsgemäßen Lösungen bieten viele Vorteile, beispielsweise wird ein Sicherheitsgewinn erzielt, z. B. durch Vermeidung von Explosionen , es wird eine Absicherung gegenüber Unterkühlung des elektro- chemischen Energiespeichers erreicht, es wird eine Erhöhung der funktionalen Verfügbarkeit des elektrochemischen Energiespeichers bei Tieftemperaturen erreicht, ebenso wird eine Erhöhung der Temperaturkonstanz erreicht, sowie eine Reduktion der thermischen Alterungseffekte des elektrochemischen Energiespeichers und eine Kos- teneinsparung, eine Wirkungsgradverbesserung des elektrochemischen
Energiespeichers, eine Reduktion des Kraftstoffverbrauchs, ein geringerer Energieaufwand für Klimatisierung, eine Reduktion des Kraftstoffverbrauchs, eine verkleinerte Auslegung des elektrochemischen Energiespeichers wird möglich und/oder eine Reduktion der System- kosten.
Figuren
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfin- dungsgemäßen klimatisierten elektrischen Energieversorgungseinheit mit einem elektrochemischen Energiespeicher und einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Beschreibung ausgewählter Ausführungsformen der Erfindung
In Fig. 1 ist eine Ausführungsform einer klimatisierten elektrischen Energieversorgungseinheit 10 gezeigt. Die Energieversorgungseinheit 10 umfasst einen e- lektrochemischen Energiespeicher 9 und eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vor- richtung weist ein Kopplungselement 1 , wärmeleitende Verbindungen 2, Schaltelemente 3 als Ventile, je mindestens einen Latentwärmespeicher vom Typ Heißspeicher 4, vom Typ Regelspeicher 5 und vom Typ Kaltspeicher 6 auf, sowie optional einen Wärmetauscher 7 und eine Pumpe 8. Dabei ist die erfindungsgemäße Vorrichtung als Wärmekreislauf ausgebildet. Das Kopplungsele- ment 1 ist derart zum elektrochemischen Energiespeicher 9 angeordnet, dass ein
Wärmeaustausch zwischen Kopplungselement 1 und Energiespeicher 9 möglich ist. Das Kopplungselement 1 ist über wärmeleitende Verbindungen 2 mit den Latentwärmespeichern 4, 5 und 6, sowie mit dem optionalen Wärmetauscher 7 funktional verbunden, so dass eine Wärmeübertragung sowohl zwischen Kopplungselement 1 und und den weiteren Wärmeelementen 4, 5, 6 und 7, als auch zwischen den weiteren Wärmeelementen 4, 5, 6 und 7 untereinander möglich ist.
Die wärmeleitenden Verbindungen 2 können dabei als Leitungssystem mit einem Wärmeleitmittel ausgebildet sein, wobei das Wärmeleitmittel bevorzugt flüssig oder gasförmig ist und innerhalb des Leitungssystems bewegt werden kann. Des Weiteren ist optional eine Pumpe 8 mit den wärmeleitenden Verbindungen 2 der- art funktional verbunden, dass das Wärmeleitmittel im Leitungssystem der wärmeleitenden Verbindungen 2 gerichtet bewegt werden kann. Die Wärmeelemente 4, 5, 6 und 7 sind jeweils über eigenständige, unabhängig steuer- und/oder regelbare Schaltelemente 3 mit dem Kopplungselement 1 verbunden, so dass je nach jeweiliger Schalterelementstellung eine Wärmeübertragung zwi- sehen einem oder mehreren Wärmeelementen 4, 5, 6 und/oder 7 und dem Kopplungselement 1 möglich ist. Dabei ist jeder der Latentwärmespeicher 4, 5 und 6, sowie der optionale Wärmetauscher 7 einzeln über mindestens ein Schaltelement 3 in den Wärmekreislauf ein- oder auskoppelbar. Diese Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung erlaubt es, einen elektrochemischen Ener- giespeicher 9 über einen weiten Außentemperaturbereich bei konstanter Temperatur bzw. in einem gewünschten Temperaturbereich, beispielsweise einem bestimmten Betriebstemperaturbereich, zu halten. Übersteigt die Temperatur des elektrochemischen Energiespeichers 9 einen bestimmten Temperaturwert, so kann der Wärmekreislauf über eine geeignete Schaltelementstellung so geschal- tet werden, dass dem elektrochemischen Energiespeicher 9 über das Kopplungselement 1 eine Kälteenergie aus dem Kaltspeicher 6 oder gegebenenfalls aus einem Wärmetauscher 7 zuführbar ist. Unterschreitet die Temperatur des e- lektrochemischen Energiespeichers einen bestimmten Temperaturwert, so kann der Wärmekreislauf über eine geeignete zweite Schaltelementstellung so ge- schaltet werden, dass dem elektrochemischen Energiespeicher 9 über das Kopplungselement 1 eine Wärmeenergie aus dem Heißspeicher 4 zuführbar ist. Kleinere Temperaturschwankungen des elektrochemischen Energiespeichers 9 können über eine geeignete Schaltelementschaltung des Wärmekreislaufs dadurch ausgeglichen oder vermindert werden, dass ein Regelspeicher 5 funktional in den Wärmekreislauf über ein Schaltelement 3 eingekoppelt ist. Die Latentwärmespeicher 4, 5 und 6 werden dann aufgeladen, wenn die benötigte Wärme- energie energieschonend zur Verfügung steht, beispielsweise kann der Heißspeicher 4 aufgeladen werden durch Aufnahme einer Abwärme des elektrochemischen Energiespeichers 9. Der Kaltspeicher 6 kann beispielsweise aufgeladen werden durch Aufnahme einer Umgebungskälte oder durch Aufnahme einer Käl- teenergie, die von einem vorgeschalteten Wärmetauscher 7 bereitgestellt wird.
Sowohl die Aufladevorgänge als auch die Wärmeabgabevorgänge der Latentwärmespeicher werden über entsprechende Stellungen der Schaltelemente 3 im Wärmekreislauf gesteuert und/oder geregelt, so dass es in der erfindungsgemäßen Vorrichtung nicht zu unerwünschten Energieverlusten kommt. Soll bei- spielsweise Wärmeenergie eines Heißspeichers 4 über ein Kopplungselement 1 einem elektrochemischen Energiespeicher 9 zugeführt werden, so können die Schaltelemente 3 des Heizkreislaufs so geschaltet sein, dass der Heißspeicher 4 wärmeleitend mit dem Kopplungselement 1 verbunden ist, während die Wärmeelemente 5, 6 und 7 aus dem Wärmekreislauf ausgekoppelt sind.

Claims

Ansprüche
1 . Vorrichtung zur Klimatisierung elektrochemischer Energiespeicher, umfas- send a) einen oder mehrere Kopplungselemente (1 ), die derart ausgestaltet sind, dass Wärme zwischen einem Kopplungselement (1 ) und einem elektrochemischen Energiespeicher (9) übertragbar ist; b) einen oder mehrere Latentwärmespeicher, die als Latentwärmespeicher (4, 5, 6) vom Typ Heißspeicher (4), Regelspeicher (5) und/oder Kaltspeicher (6) ausgebildet sind; c) ein oder mehrere Schaltelemente (3), welche derart regelbar ausgestaltet sind, dass ein Latentwärmespeicher (4, 5, 6) funktional an ein Kopplungselement an- oder abkoppelbar ist; e) wärmeleitende Verbindungen (2), wobei Kopplungselemente (1 ), Latentwärmespeicher (4, 5, 6), Schaltelemente (3) und wärmeleitende Verbindungen (2) derart funktional miteinander verbunden sind, dass eine Wärmeübertragung zwischen elektrochemischem Energiespeicher (9) und einem oder mehreren Latentwär- mespeichern (4, 5, 6) über ein oder mehrere Schaltelemente (3) steuerbar und/oder regelbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mindestens zwei Latentwärmespeicher (4, 5, 6) aufweist, die nicht vom sel- ben Typ sind, bevorzugt weist die Vorrichtung einen oder mehrere Latentwärmespeicher von jedem der drei Typen Heißspeicher (4), Regelspeicher (5) und Kaltspeicher (6) auf.
3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass ein, mehrere oder alle Latentwärmespeicher (4, 5, 6) eines
Typs mit einem eigenständigen, unabhängig Steuer- und/oder regelbaren Schaltelement (3) funktional verbunden sind.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Vorrichtung zusätzlich einen oder mehrere Wärmetauscher (7) aufweist, die über ein oder mehrere eigenständige, unabhängig steuer- und/oder regelbare Schaltelemente (3) mit der Vorrichtung verbunden sind, so dass eine Wärmeübertragung zwischen elektrochemischem Energiespeicher (9) und einem oder mehreren Wärmetauschern (7) steuer- und/oder regelbar ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung als Wärmekreislauf ausgebildet ist.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass die wärmeleitenden Verbindungen (2) ein Wärmeleitmittel aufweisen.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zusätzlich eine Pumpe (8) aufweist, die derart funktional angeordnet ist, dass ein Wärmeleitmittel in der Vorrichtung gerichtet bewegt werden kann.
8. Klimatisierte elektrische Energieversorgungseinheit (10) umfassend einen elektrochemischen Energiespeicher (9) und eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
9. Kraftfahrzeug umfassend eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 oder eine klimatisierte Energieversorgung (10) nach Anspruch 8.
10. Schaltungsanordnung zur Klimatisierung elektrochemischer Energiespei- eher, wobei ein elektrochemischer Energiespeicher (9) über Schaltelemente
(3) zuschaltbar mit einem oder mehreren Latentwärmespeichern vom Typ Heißspeicher (4) und/oder einem oder mehreren Latentwärmespeichern vom Typ Regelspeicher (5) und/oder einem oder mehreren Latentwärmespeichern vom Typ Kaltspeicher (6) und/oder einem oder mehreren Wär- metauschern (7) verbunden ist.
1 1 . Verfahren zur Klimatisierung eines elektrochemischen Energiespeichers (9), dadurch gekennzeichnet, dass Temperaturschwankungen eines elektrochemischen Energiespeichers (9) durch gezielte Übertragung von Wärme zwi- sehen elektrochemischem Energiespeicher (9) und einem oder mehreren La- tentenergiespeichern (4, 5, 6) über ein oder mehrere Steuer- und/oder regelbare Schaltelemente (3) erfolgt.
PCT/EP2009/067460 2009-01-23 2009-12-17 Klimatisierung elektrochemischer energiespeicher mittels regelbarer latentwärmespeicher WO2010083927A1 (de)

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