WO2012130576A2 - Energiespeichervorrichtung mit einem solarzellenmodul und zugehöriges betriebsverfahren - Google Patents

Energiespeichervorrichtung mit einem solarzellenmodul und zugehöriges betriebsverfahren Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to an energy storage device for a motor vehicle, a motor vehicle having an energy storage device, and a method for operating an energy storage device.
  • motor vehicles that are partially or entirely powered by electrical energy.
  • Hybrid-powered vehicles include, for example, an internal combustion engine, an electric machine, and one or more electrical energy stores.
  • the electric machine of the hybrid vehicle is usually designed as a starter / generator or as an electric drive.
  • a starter / generator it is used to start the engine and replaces the normally existing starter and the alternator.
  • an electric drive it is used together with the internal combustion engine or alone to drive the motor vehicle.
  • generator mode it enables a recuperation of kinetic energy to supply the electrical system and to charge the energy storage.
  • Both vehicle types - hybrid and electric vehicle - have in common that large amounts of electrical energy through the energy storage (electrochemical and / or electrostatic) must be provided.
  • energy storage mainly nickel-metal hydride cells or lithium-ion cells are used.
  • electrostatic energy storage z. B. double-layer capacitors are used.
  • the aging of the energy storage depends in particular on the type of energy storage, the number of charging and discharging cycles and the environmental conditions. For example, too high or too low a temperature can lead to accelerated aging of the energy storage.
  • a temperature control of energy storage by means of a liquid medium or by means of air during operation of the motor vehicle is known.
  • the energy storage is for this purpose in a more or less complex temperature control of the
  • An energy storage device for a motor vehicle comprises:
  • a housing at least one energy store, which is arranged in the housing, at least one solar module and an electric temperature control device.
  • the electrical Tempe ⁇ r istsvorraum is formed such that the energy storage device is temperature-controlled. Furthermore, the electrical tempering device for supplying electrical energy to the solar module is electrically connected.
  • the energy storage device with respect to the temperature of the energy storage by providing a solar module for supplying the tempering with electrical energy is designed as a self-sufficient system. Due to this self-sufficient operation of the temperature control device, a temperature control of the energy store (cooling and / or heating) is also possible if no external electrical energy source (eg from the vehicle electrical system) is available, or if this is only insufficient. This is for example the case when the Ener ⁇ gie Profvortechnisch is stored or when, although the power storage device installed in a motor vehicle, however, associated with the motor vehicle power source (example ⁇ a current-generating generator example) is not available.
  • the Temper einsvorraum includes at least one Temper michsmechanismus, which can condition the energy storage with respect to the temperature (cooling and / or heating).
  • a Temper michsmechanismus be fan, compressor, Peltier element, water cycle, air ⁇ circulation, heating wire and / or heat pipe / heat pipe called.
  • the availability of the tempering device can thus be increased by the electrical power supply of the tempering ⁇ device through the solar module. This in turn reduces negative effects of temperature, such as aging at particularly high temperatures, on the energy storage considerably, so that the life of the energy storage can be extended.
  • the at least one solar module is arranged on one of the outer surfaces of the housing or part of the housing.
  • the thus configured energy storage device forms a compact unit, which results in advantages in terms of handling, logistics, storage and installation in a motor vehicle.
  • the energy storage device comprises a control device, which is designed and provided with means that it can control the temperature control device in dependence on a condition with respect to their electrical power consumption.
  • An advantage of this embodiment is that an optimal and energy-efficient temperature control of the energy store can be achieved as a function of any given condition.
  • the at least one Temper istsmechanismus the Temperie ⁇ approximately device is for this purpose adjustable continuously or by discrete power levels in electric power consumption. For example, a fan with a high or at a low speed - and thus with a correspondingly large or small electrical power consumption - are operated.
  • control device can adjust or completely switch off the electrical power consumption of the tempering mechanism-and thus also of the tempering device-continuously or by discrete power levels (no or very little electrical power input ).
  • the condition may be based, for example, on the availability of an external electrical energy source or the temperature of the energy store.
  • the Temperianssmechanismus can be operated with a large electrical power consumption. If no external electrical energy source is available - or only weakly - the tempering mechanism can be operated with a smaller electrical power consumption.
  • tempering mechanisms it is also possible that, depending on the condition, certain tempering mechanisms or a certain number of tempering mechanisms are used to cool and / or heat the energy store. In this way, in the case of a limited amount of electrical energy available for operating the temperature control device, optimum temperature control of the temperature control device can be achieved
  • a comparison of a desired value with an actual value of the temperature of the energy store can also be used. If the actual value and the target value are far apart (for example, when the temperature is very high or very low), the tempering mechanism can be operated with a large electric power consumption. However, if the actual value is close to the desired value (for example, if the temperature lies in the optimum operating range of the energy store), then the tempering mechanism can be switched off or at least its electrical power consumption can be reduced. In this way, the average Leis ⁇ capacity requirements of the tempering can be lowered.
  • the energy storage device in addition to an electrical interface, which is designed such that the temperature control device with a external electrical energy source is detachably coupled.
  • the control device is designed such that the Temper istsvor ⁇ direction is operated in a power mode, if the tempering is supplied with electrical energy from a coupled to the electrical interface external electrical energy source. Otherwise, the Temperie ⁇ approximately device is operated in a saving mode, wherein in the
  • the temperature control device is operated with a smaller electrical power consumption than in the power ⁇ processing mode.
  • the electrical interface allows in a simple manner an electrical connection to an external electrical energy source, wherein the connection can be solved in an equally simple manner if required.
  • the external electrical energy source can supply the energy storage device with additional electrical energy, so that the temperature control device can be operated in the power mode with a large electrical power consumption and thus with a large cooling or heating power. Due to the increased flexibility with regard to the energy supply of the temperature control device, the temperature control of the energy storage device can be further improved.
  • this is called a tempering with a fan
  • the fan in the power mode, the fan can be operated at a higher speed and thus with a correspondingly larger electrical power consumption than in economy mode.
  • the economy mode it is additionally possible in the economy mode to temper the energy store with a smaller number of tempering mechanisms than in the power mode.
  • this is called a tempering with a fan and a Peltier element, for cooling in the power mode of the fan and the Peltier element activated and the fan can be operated at a high speed and the Peltier element with a large cooling capacity.
  • the economy mode for example, although the fan with a high speed, but the Peltier element with a smaller cooling capacity (ie with a correspondingly smaller electrical power consumption) are operated as in the power mode.
  • the Peltier element can also be completely deactivated in economy mode and / or the fan operated at a lower speed (ie with a correspondingly lower power consumption) than in power mode.
  • the advantage of this embodiment is that the tempering device can be operated optimally and efficiently in accordance with the electrical energy available to the tempering device.
  • the energy storage device has an electrical interface, which is designed such that the temperature control device can be releasably coupled to an external electrical energy source.
  • the temperature control is completely arranged on or in the housing.
  • the Temper michsvortechnisch in its entirety is an integral part of the energy storage device, whereby the energy storage device is completely self-sufficient with respect to the temperature of the energy storage, as well as with respect to the power supply of Temper michsvortechnisch.
  • a temperature of the Energy storage allows regardless of location, which may be neces sary ⁇ especially when storing the energy storage. Due to the higher availability of Tempe ⁇ turing thus the service life of the energy store can be further extended.
  • the temperature control device for supplying electrical energy to the energy storage device is electrically connected.
  • tempering of the energy storage in exceptional cases, for example, when the temperature of the energy storage is above a critical value and at the same time no electrical energy source for operating the Temperie ⁇ device is available, for example, when the motor vehicle is not in operation and at the same time darkens the So ⁇ larmodul is.
  • This critical value can be defined so that the Ener ⁇ gie Dr above the critical value is threatening permanent damage. For example, a very high temperature may require immediate cooling of the energy store to prevent destruction of the energy store. In this case, a partial emptying of the energy storage would be out ⁇ detachable, in particular since this prevents safety critical Re ⁇ actions (overheating and thermal runaway) and the life of the energy storage can be significantly extended.
  • a motor vehicle according to claim 8 a Energyspei ⁇ chervoroplasty according to claim 1.
  • the energy storage device has an electrical interface, which is designed such that the tempering ⁇ device can be coupled to an electrical energy source.
  • the motor vehicle further comprises an electrical energy source and a further electrical interface, via which an electrical load can be coupled to the electrical energy source.
  • the further electrical interface of the motor vehicle is (releasably) coupled to the electrical interface of the energy storage device such that the energy storage device can be supplied with electrical energy from the electrical energy source of the motor vehicle.
  • an electrical energy source is, for example, a arranged in the motor vehicle power generating generator or energy storage into consideration.
  • the present claim 10 shows a method for operating an energy storage device according to claim 1.
  • This energy storage device has an electrical interface, which is designed such that the temperature control device with a external electrical energy source is detachably coupled.
  • the Temper michsvorraum is operated in accordance with the method in a power mode, when the Energyspei ⁇ chervortechnik is coupled to the external electrical energy source and supplies the Temper michsvortechnik with the electrical energy source with electrical energy becomes. Otherwise, the Temper michsvortechnisch is operated in an economy mode, wherein in the economy mode, the Temper michs ⁇ device is operated with a smaller electrical power consumption than in the power mode.
  • Figure 1 is a schematic external view of a Energypei ⁇ chervorraum
  • Figure 2 is a schematic representation of the internal structure of the energy storage device
  • Figure 3 is a schematic representation of a motor vehicle with an energy storage device.
  • the energy storage device 1 includes a housing 2, a solar module 3, and an electrical
  • the solar module 3 is arranged on an oblique outer surface of the housing 2, whereby the Ein ⁇ beam angle of the light can be optimized.
  • the solar module 3 can also be arranged on another outer side of the housing.
  • the solar module 3 may be fixed to the outer surface of the housing 2 such that the solar module 3, an additional thermal insulation layer with respect to thermal radiation (for example Solar radiation) and heat conduction (for example, due to high temperature differences between the interior and the environment) represents.
  • thermal radiation for example Solar radiation
  • heat conduction for example, due to high temperature differences between the interior and the environment
  • the solar module 3 can also be used in a recess of the housing wall and thereby be part of the housing itself.
  • the solar module 3 may further be removably attached to the housing 2 or formed as a separate part, so that the solar module 3 can be placed separately from the housing 2.
  • the solar module 3 is to be understood as a module which converts radiation energy (for example light) directly into electrical energy with photovoltaic cells and makes this electrical energy available to other electrical devices.
  • the Energyspei ⁇ chervoroplasty 1 can be coupled via the electric interface 7 with an external electrical energy source to supply the energy storage device 1 with electrical power.
  • Energy storage device 1 within the housing 2 further comprises a temperature control device 4, a control device 6 with a sensor 6.1 for detecting the temperature, and at least one energy storage. 5
  • the electrical tempering device 4 is formed such ⁇ that the at least one energy storage device 5 is temperature controlled. Tempering means influencing the temperature of the energy store 5 by the tempering device 4. Thus, the tempering 4 is adapted to cool the energy storage 5 and / or to heat.
  • the tempering device 4 has at least one tempering mechanism.
  • a tempering mechanism is a device for influencing the temperature of the energy accumulator 5 (cooling and / or heating). In the tempering mechanism it may be, for example, a fan, a heating wire, a Peltier element, a heat pipe (“heat pipe”), a varnishtau ⁇ shear, a cooling fin or a well-known air conditioning for cooling and heating.
  • This cooling effect can be enhanced by a further tempering mechanism, for example by Peltier elements, which additionally cool the sucked air stream.
  • heat pipes heat pipes
  • These heat pipes allow a high heat flux density using the heat of vaporization of a substance, so that large amounts of heat can be transported away with a small space requirement.
  • These heat pipes can be removed from the energy store 5 For example, conduct heat to a cooling fin , which is arranged within the air flow or on an outer side of the housing 2.
  • a tempering mechanism for heating represents in ⁇ example, an electric heating wire in combination with a fan.
  • the air within the housing 2 is heated by the heating wire and the heated air is distributed over the fan in the housing for better heat distribution.
  • the heated air circulates only within the housing 2, so that thermal energy losses are avoided.
  • a temperature control mechanism for dehumidifying which, for example, as above has described heating mechanism with a fan.
  • the heated, dry air of the heating mechanism is used here for dehumidifying the energy storage device 1. It is provided that an air exchange between the inside and outside of the housing 2 and the energy storage device 5 is provided in order to remove the moist air from the interior of the housing 2.
  • the tempering device 4 is preferably arranged inside the housing 2.
  • the Temperie ⁇ approximately device 4 may also be arranged in a Aussparrung the housing wall, so that a part of the tempering 4 within the housing 2, and another part outside the housing 2 are located.
  • a cooling fin or a heat exchanger of the temperature control 4 are arranged outside the housing 2, whereby an effective operation of the temperature control 4 is made possible.
  • the tempering device 4 is completely integrated into the energy storage device 1, so that a self-sufficient operation is possible.
  • parts of the tempering 4 may be disposed outside of the housing 2 and other parts within the housing 2.
  • the parts of the tempering device 4 may be rigidly or detachably connected to each other.
  • the Temper einsvorraum 4 is electrically connected via the control device 6 to the solar module 3, the energy storage 5 and the electrical interface 7 that a Ver ⁇ supply the Temper michsvortechnisch 4 with electrical energy through the solar module 3, the energy storage 5 or by an electrical Interface 7 coupled, external electrical energy source (eg power supply,
  • the Temper istsvortechnisch is variable in their electrical power consumption, either in concrete power levels or continuously.
  • a fan can be operated at a low or high speed, wherein the fan at a low speed has a smaller electrical Lei ⁇ tion recording than at a high speed.
  • the fan can also be switched off completely (no or very low power consumption).
  • a pel ⁇ animal element can serve, which with a small or large cooling capacity - with a correspondingly small or large electrical power consumption - is operable.
  • Several tempering mechanisms can also be individually varied in their electrical power consumption at the same time.
  • the fan with a large electrical power consumption and at the same time the Peltier element can be operated with a small electrical power consumption.
  • the energy storage device 5 is one or more electrochemical and / or electrostatic energy storage ⁇ cells, particularly lithium ion cells, nickel metal hydride cells, lead acid batteries and / or double layer capacitors.
  • the energy store 5 is electrically connected via the control device 6 to the tempering device 4, the solar module 3 and the electrical interface 7. He can supply the Temper suitssvoriques 4 with electrical energy, refer to the solar module 3 electrical energy and receive electrical energy from the electrical interface 7 and / or deliver about this.
  • the sensor 6.1 allows the determination of the temperature of the energy storage and is arranged in the embodiment as a separate device in the housing 2. However, the sensor 6.1 can also be integrated in a device located in the housing, in particular in the energy store 5. The sensor 6.1 is electrically connected to the control device 6 and can provide the value of the determined temperature of the energy accumulator 5 via this connection of the control device 6.
  • the control device 6 is designed and provided with means such that it can control the tempering device 4 as a function of at least one condition with respect to its electrical power consumption.
  • control device 6 is electrically connected to the solar module 3, the temperature control device 4, the electrical interface 7 and the energy storage 5 and controls the electrical energy flow between these devices. Furthermore, the control device 6 is electrically connected to a sensor 6.1 for detecting the temperature of the energy store 5.
  • the controller 6 may be set in dependence on the condition of the electrical power consumption of the tempering 4 continuously or by discrete power levels or off completely (no or very low power ⁇ reception).
  • the control device 6 can operate the Temperie ⁇ approximately device 4 at least in a power mode and an economy mode thus being in the economy mode the Temper ⁇ device 4 is operated with a smaller electric power consumption than in the power mode.
  • a fan with a lower speed and / or a Peltier element with a smaller cooling power can be operated than in the power mode.
  • the tempering apparatus 4 can be operated in the power mode, is supplied when the Temperie ⁇ approximately device 4 with electric power from a coupled to the electric interface 7 external electrical energy source (eg. Voltage power supply or power producing generator 10). Otherwise, the Temperie ⁇ approximately 4 device can be operated in the saving mode.
  • condition may depend on the availability of external electrical energy source to supply the per istsvoroplasty 4 with electrical energy or the temperature of the energy storage 5 based.
  • the temperature control 4 can be operated in the power mode with a large electrical power consumption. If no external electrical energy source is available - or this is only weakly pronounced - the tempering device 4 can be operated in the economy mode with a smaller electrical power consumption.
  • an external electrical energy source such as an electrical power supply or an operating current-generating generator of a motor vehicle 12
  • tempering device 4 has several tempering ⁇ mechanisms, it is also possible that depending on the condition certain Temperianssmechanismen or a certain number of Temper michsmechanismen be used for cooling and / or heating of the energy storage 5.
  • a comparison of a desired value with an actual value of the temperature of the energy store 5 can also be used. If the actual value is close to the desired value (for example, if the temperature lies in the optimum operating range of the energy store 5), then the tempering device 4 can be switched off or at least its electrical power consumption can be reduced. However, if actual value and desired value are far apart (for example, if the temperature is very high), the tempering device 4 can be operated with a correspondingly greater electrical power consumption.
  • FIG. 3 schematically shows a motor vehicle 12.
  • the motor vehicle 12 has an energy storage device 1 with a solar module 3, as described in connection with FIGS. 1 and 2, a further electrical interface 8, a power-generating generator 10 and an internal combustion engine 11.
  • the motor vehicle may have a further solar module 9.
  • the energy storage device 1 is arranged in the embodiment on the roof of the motor vehicle 12. However, it may also be arranged between the axles of the motor vehicle 12, in an interior of the motor vehicle 12 or at any other location outside the motor vehicle 12.
  • the energy storage device 1 is electrically connected via the further electrical interface 8 with the electricity generating generator 10. As a result, the energy storage device 1 can be supplied with electrical energy from the electricity generating generator 10.
  • the energy storage device 1 can also be electrically connected to the solar module 3 and to the further solar module 9 for supplying the energy storage device 1 with electrical energy via the interfaces 7 and 8.
  • the power generating generator 10 is arranged in the motor vehicle 12 ⁇ and coupled to the engine 11 such that the power generating generator 10 can convert the kinetic energy of the engine 11 into electrical energy. Furthermore, the electricity generating generator 10 via the
  • Interfaces 7 and 8 are electrically coupled to the energy storage device 1. In this way, the electricity generating generator 10 can supply the energy storage device 1 with electrical energy.
  • the solar module 3 is arranged in the embodiment at a Au ⁇ z Structure of the housing 2 of the energy storage device 1 or, however, part of the housing 2.
  • the solar module 3 may also be formed as a separate part and mounted on the roof or on a side wall of the motor vehicle 12th
  • the solar module 3 is electrically connected directly to the energy storage device 1 and can thus supply the energy storage device 1 with electrical energy. However, the solar module 3 can also be electrically connected to the energy storage device 1 via the interfaces 7 and 8.
  • the solar module 9 may be arranged on the roof or on a side wall of the motor vehicle 12.
  • the further solar module 9 can be electrically connected via the interfaces 7 and 8 to the energy storage device 1 and can thus also supply the energy storage device 1 with electrical energy.
  • the further solar module 9 is particularly advantageous when the solar module 3, at least in part, the energy storage ⁇ device 1 can not provide with sufficient electrical energy. This may be the case, for example, if the solar module 3 has an unfavorable alignment with the light for generating electrical energy, in particular if the energy storage device 1 is arranged between the axles of the motor vehicle 12 and at the same time the solar module 3 is fastened to the housing 2.
  • the temperature control device 4 of the energy storage device 1 is operated in the power mode when the energy storage device 1 is supplied with electric power by the electricity generating generator 10 (for example during operation of the motor vehicle 12).
  • the tempering device 4 is operated in the economy mode (ie with a smaller electrical power consumption than in the power mode) if the energy storage device 1 is not supplied with electrical energy from the electricity generating generator 10 but only with electrical energy from the solar module 3 and / or 9 ( for example, in the parked state of the motor vehicle 12).

Abstract

Eine Energiespeichervorrichtung (1) für ein Kraftfahrzeug (12), insbesondere einem Hybrid- oder Elektrofahrzeug, umfasst gemäß dem Gegenstand der vorliegenden Erfindung ein Gehäuse (2), ein Solarzellenmodul (3) und mindestens einen elektrochemischen und/oder elektrostatischen Energiespeicher (5), welcher im Gehäuse (2) angeordnet ist. Die Energiespeichervorrichtung (1) weist weiterhin eine elektrische Temperierungsvorrichtung (4) zur Temperierung des Energiespeichers auf. Die Temperierungsvorrichtung (4) ist zur Versorgung mit elektrischer Energie mit dem Solarmodul (3) elektrisch verbunden.

Description

Beschreibung
Energiespeichervorrichtung mit einem Solarzellenmodul und zugehöriges Betriebsverfahren
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Energiespeichervorrichtung für ein Kraftfahrzeug, ein Kraftfahrzeug mit einer Energiespeichervorrichtung, sowie ein Verfahren zum Betrieb einer EnergieSpeichervorrichtung .
Als Hybrid- bzw. Elektrofahrzeuge bezeichnet man Kraftfahrzeuge, die teilweise bzw. ganz durch elektrische Energie angetrieben werden .
Kraftfahrzeuge mit Hybridantrieb weisen beispielsweise eine Brennkraftmaschine, eine elektrische Maschine und einen oder mehrere elektrische Energiespeicher auf.
Die elektrische Maschine des Hybridfahrzeuges ist in der Regel als Starter/Generator oder als elektrischer Antrieb ausgeführt. In der Funktion als Starter/Generator wird sie zum Anlassen der Brennkraftmaschine verwendet und ersetzt den normalerweise vorhandenen Anlasser und die Lichtmaschine. Bei einer Ausführung als elektrischer Antrieb wird sie zusammen mit der Brennkraftmaschine oder alleine zum Antrieb des Kraftfahrzeugs verwendet. Im Generatorbetrieb ermöglicht sie eine Rekuperation von kinetischer Energie zur Versorgung des Bordnetzes und zum Aufladen des Energiespeichers.
Beiden Fahrzeugtypen - Hybrid- und Elektrofahrzeug - ist gemein, dass große Mengen elektrischer Energie durch die Energiespeicher (elektrochemisch und/oder elektrostatisch) bereitgestellt werden müssen. Als Energiespeicher werden hauptsächlich Nickel-Metallhydrid Zellen oder Lithium-Ionen Zellen wendet. Daneben kommen auch elektrostatische Energiespeicher, z. B. Doppelschichtkondensatoren, zum Einsatz. Die Steuerung des Energieflusses erfolgt über eine Elektronik, welche als Hybrid-Controller bezeichnet wird. Diese regelt unter anderem, ob und in welcher Menge dem Energiespeicher Energie entnommen oder zugeführt wird.
Die Alterung des Energiespeichers hängt insbesondere vom Typ des Energiespeichers, von der Anzahl der Lade- und Entladezyklen und von den Umgebungsbedingungen ab. Beispielsweise kann eine zu hohe oder zu niedrige Temperatur zu einer beschleunigten Alterung des Energiespeichers führen.
Insbesondere bei Nutzfahrzeugen sind die Energiespeicher aus Platz- und Sicherheitsgründen häufig an der Außenseite angebracht und daher Sonneneinstrahlung, Temperaturschwankungen und Witterungsbedingungen ausgesetzt. Gleiches gilt für auswechselbare Energiespeicher, welche im Freien gelagert werden.
Eine Temperierung von Energiespeichern mittels eines flüssigen Mediums oder mittels Luft bei Betrieb des Kraftfahrzeugs ist bekannt. In der Regel ist der Energiespeicher zu diesem Zweck in ein mehr oder weniger komplexes Temperierungssystem des
Kraftfahrzeugs integriert.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Energie¬ speichervorrichtung für ein Kraftfahrzeug, ein Kraftfahrzeug mit einer Energiespeichervorrichtung, sowie ein Verfahren zum Betrieb einer Energiespeichervorrichtung bereitzustellen, mit denen die Lebensdauer des Energiespeichers verlängert werden kann .
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Energiespeichervorrichtung für ein Kraftfahrzeug, ein Kraftfahrzeug mit einer Energie¬ speichervorrichtung, sowie ein Verfahren zum Betrieb einer Energiespeichervorrichtung gemäß den unabhängigen Patentansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Eine Energiespeichervorrichtung für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Anspruch 1 weist auf:
ein Gehäuse, mindestens einen Energiespeicher, welcher im Gehäuse angeordnet ist, mindestens ein Solarmodul und eine elektrische Temperierungsvorrichtung. Die elektrische Tempe¬ rierungsvorrichtung ist derart ausgebildet, dass der Energiespeicher temperierbar ist. Weiterhin ist die elektrische Temperierungsvorrichtung zur Versorgung mit elektrischer Energie mit dem Solarmodul elektrisch verbunden.
Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee ist darin zu sehen, dass die Energiespeichervorrichtung hinsichtlich der Temperierung der Energiespeicher durch Vorsehen eines Solarmoduls zur Versorgung der Temperierungsvorrichtung mit elektrischer Energie als autarkes System ausgebildet ist. Durch diesen autarken Betrieb der Temperierungsvorrichtung ist eine Temperierung des Energiespeichers (Kühlen und/oder Wärmen) auch dann möglich, wenn keine externe elektrische Energiequelle (z.B. vom Fahrzeugbordnetz) verfügbar ist, oder diese nur unzureichend ist. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn die Ener¬ giespeichervorrichtung gelagert wird oder wenn die Energiespeichervorrichtung zwar in ein Kraftfahrzeug eingebaut, jedoch eine dem Kraftfahrzeug zugeordnete Energiequelle (beispiels¬ weise ein stromerzeugender Generator) nicht verfügbar ist.
Die Temperierungsvorrichtung beinhaltet mindestens einen Temperierungsmechanismus, welcher den Energiespeicher hinsichtlich der Temperatur konditionieren kann (Kühlen und/oder Wärmen) . Als Beispiele für einen Temperierungsmechanismus seien Lüfter, Kompressor, Peltier-Element , Wasserkreislauf, Luft¬ kreislauf, Heizdraht und/oder Wärmerohr/Heatpipe genannt.
Durch die elektrische Energieversorgung der Temperierungs¬ vorrichtung durch das Solarmodul kann somit die Verfügbarkeit der Temperierungsvorrichtung erhöht werden. Dies wiederum verringert negative Temperatureinflüsse, wie Alterung bei besonders hohen Temperaturen, auf den Energiespeicher erheblich, so dass die Lebensdauer des Energiespeichers verlängert werden kann. In einer Ausgestaltung der Energiespeichervorrichtung nach Anspruch 2 ist das mindestens eine Solarmodul an einer der Außenflächen des Gehäuses angeordnet oder Bestandteil des Gehäuses .
Die so ausgestaltete Energiespeichervorrichtung bildet eine kompakte Einheit, wodurch sich Vorteile hinsichtlich Handhabung, Logistik, Lagerung und Einbau in ein Kraftfahrzeug ergeben.
In einer Ausgestaltung der Energiespeichervorrichtung nach Anspruch 3 weist die Energiespeichervorrichtung eine Steuervorrichtung auf, welche derart ausgebildet und mit Mittel versehen ist, dass sie die Temperierungsvorrichtung in Abhängigkeit von einer Bedingung hinsichtlich ihrer elektrischen Leistungsaufnahme steuern kann.
Ein Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, dass in Abhängigkeit einer beliebig vorgegebenen Bedingung eine optimale und energieeffiziente Temperierung des Energiespeichers erreicht werden kann.
Der mindestens eine Temperierungsmechanismus der Temperie¬ rungsvorrichtung ist hierfür in seiner elektrischen Leistungsaufnahme stufenlos oder durch diskrete Leistungsstufen einstellbar. Beispielsweise kann ein Lüfter mit einer großen oder mit einer kleinen Drehzahl - und damit auch mit einer entsprechend großen oder kleinen elektrischen Leistungsaufnahme - betrieben werden .
Die Steuervorrichtung kann in Abhängigkeit von der Bedingung die elektrischen Leistungsaufnahme des Temperierungsmechanismus - und somit auch der Temperierungsvorrichtung - stufenlos oder durch diskrete Leistungsstufen einstellen oder komplett ausschalten (keine oder nur sehr geringe elektrische Leistungs¬ aufnahme) . Die Bedingung kann beispielsweise auf der Verfügbarkeit einer externen elektrischen Energiequelle oder der Temperatur des Energiespeichers basieren.
Bei Verfügbarkeit einer externen elektrischen Energiequelle, beispielsweise eines elektrischen Spannungsnetzteils oder eines im Betrieb befindlichen stromerzeugenden Generators eines Kraftfahrzeugs, kann der Temperierungsmechanismus mit einer großen elektrischen Leistungsaufnahme betrieben werden. Ist keine externe elektrische Energiequelle verfügbar - oder diese nur schwach ausgeprägt - kann der Temperierungsmechanismus mit einer kleineren elektrischen Leistungsaufnahme betrieben werden .
Falls mehrere Temperierungsmechanismen vorhanden sind, ist es ferner möglich, dass in Abhängigkeit von der Bedingung bestimmte Temperierungsmechanismen oder eine bestimmte Anzahl von Temperierungsmechanismen zum Kühlen und/oder Wärmen des Energiespeichers verwendet werden. Auf diese Weise kann bei einer begrenzt vorhandenden elektrischen Energiemenge zum Betrieb der Temperierungsvorrichtung eine optimale Temperierung des
Energiespeichers erreicht und somit die Effizienz der Tempe¬ rierungsvorrichtung gesteigert werden.
Als Bedingung kann auch ein Vergleich eines Sollwertes mit einem Istwert der Temperatur des Energiespeichers herangezogen werden. Falls der Istwert und der Sollwert weit auseinander liegen (beispielsweise wenn die Temperatur sehr hoch oder sehr niedrig ist) , kann der Temperierungsmechanismus mit einer großen elektrischen Leistungsaufnahme betrieben werden. Liegt der Istwert jedoch nahe dem Sollwert (beispielweise wenn die Temperatur im optimalen Betriebsbereich des Energiespeichers liegt) , so kann der Temperierungsmechanismus ausgeschaltet oder zumindest seine elektrische Leistungsaufnahme verkleinert werden. Auf dieser Weise kann der durchschnittliche Leis¬ tungsbedarf der Temperierungsvorrichtung gesenkt werden. In einer Ausgestaltung der Energiespeichervorrichtung nach Anspruch 4 weist die Energiespeichervorrichtung zusätzlich eine elektrische Schnittstelle auf, welche derart ausgebildet ist, dass die Temperierungsvorrichtung mit einer externen elektrischen Energiequelle lösbar koppelbar ist. Die Steuervorrichtung ist derart ausgebildet, dass die Temperierungsvor¬ richtung in einem Leistungsmodus betrieben wird, falls die Temperierungsvorrichtung mit elektrischer Energie von einer an die elektrische Schnittstelle gekoppelten externen elektrischen Energiequelle versorgt wird. Ansonsten wird die Temperie¬ rungsvorrichtung in einem Sparmodus betrieben, wobei im
Sparmodus die Temperierungsvorrichtung mit einer kleineren elektrischen Leistungsaufnahme betrieben wird als im Leis¬ tungsmodus .
Die elektrische Schnittstelle ermöglicht auf einfache Weise eine elektrische Verbindung mit einer externen elektrischen Energiequelle, wobei die Verbindung bei Bedarf auf ebenso einfache Weise lösbar ist. Die externe elektrische Energiequelle kann die Energiespeichervorrichtung mit zusätzlicher elektrischer Energie versorgen, so dass die Temperierungsvorrichtung in dem Leistungsmodus mit einer großen elektrischen Leistungsaufnahme und somit mit einer großen Kühl- oder Heizleistung betrieben werden kann. Durch die erhöhte Flexibilität hinsichtlich der Energieversorgung der Temperierungsvorrichtung kann die Temperierung des Energiespeichers weiter verbessert werden.
Als Beispiel sei hierzu eine Temperierungsvorrichtung mit einem Lüfter genannt, wobei im Leistungsmodus der Lüfter mit einer größeren Drehzahl und somit mit einer entsprechend größeren elektrischen Leistungsaufnahme betrieben werden kann als im Sparmodus .
Bei einer Temperierungsvorrichtung mit mehreren Temperierungsmechanismen besteht zusätzlich die Möglichkeit im Sparmodus den Energiespeicher mit einer geringeren Anzahl von Temperierungsmechanismus als im Leistungsmodus zu temperieren. Als Beispiel sei hierzu eine Temperierungsvorrichtung mit einem Lüfter und einem Peltier-Element genannt, wobei zur Kühlung im Leistungsmodus der Lüfter und das Peltier-Element aktiviert und der Lüfter mit einer großen Drehzahl und das Peltier-Element mit einer großen Kühlleistung betrieben werden können. Dagegen kann im Sparmodus beispielsweise der Lüfter zwar mit einer großen Drehzahl, jedoch das Peltier-Element mit einer kleineren Kühlleistung (d. h. mit einer entsprechend kleineren elektrischen Leistungsaufnahme) als im Leistungsmodus betrieben werden. Das Peltier-Element kann im Sparmodus auch vollständig deaktiviert und/oder der Lüfter mit einer kleineren Drehzahl (d. h. mit einer entsprechend kleineren Leistungsaufnahme) als im Leistungsmodus betrieben werden.
Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass die Temperierungsvorrichtung entsprechend der der Temperierungsvorrichtung zur Verfügung stehenden elektrischen Energie optimal und effizient betrieben werden kann.
In einer Ausgestaltung der Energiespeichervorrichtung nach Anspruch 5 weist die Energiespeichervorrichtung eine elektrische Schnittstelle auf, welche derart ausgebildet ist, dass die Temperierungsvorrichtung mit einer externen elektrischen Energiequelle lösbar koppelbar ist.
Hinsichtlich der Vorteile der elektrischen Schnittstelle wird auf die Beschreibung des vorliegenden Anspruchs 4 verwiesen.
In einer Ausgestaltung der Energiespeichervorrichtung nach Anspruch 6 ist die Temperierungsvorrichtung vollständig am oder im Gehäuse angeordnet.
Gemäß dieser Ausgestaltung ist die Temperierungsvorrichtung in ihrer Gesamtheit integraler Bestandteil der Energiespeichervorrichtung, wodurch die Energiespeichervorrichtung hinsichtlich der Temperierung des Energiespeichers, sowie hinsichtlich der Energieversorgung der Temperierungsvorrichtung vollständig autark ist. Dadurch wird eine Temperierung des Energiespeichers unabhängig vom Standort ermöglicht, was insbesondere bei einer Lagerung des Energiespeichers erfor¬ derlich sein kann. Durch die höhere Verfügbarkeit der Tempe¬ rierung kann somit die Lebensdauer des Energiespeichers weiter verlängert werden.
Weitere positive Nebeneffekte dieser Ausgestaltung ergeben sich für die Integration der Energiespeichervorrichtung in ein Kraftfahrzeug. So ergibt sich eine größere Freiheit bei der Auswahl des Einbauortes am Kraftfahrzeug, da keine besonderen Anforderung an den Einbauort (bspw. Anschluss an ein Kraftfahrzeug internes Kühlsystem) gestellt sind. Auch kann eine technische Abstimmung der Temperierungsvorrichtung auf die Energiespeichervorrichtung bereits außerhalb eines Kraft¬ fahrzeugs erfolgen und bleibt auch nach einem Ausbau der Temperierungsvorrichtung aus dem Kraftfahrzeug erhalten.
In einer Ausgestaltung der Energiespeichervorrichtung nach Anspruch 7 ist die Temperierungsvorrichtung zur Versorgung mit elektrischer Energie mit dem Energiespeicher elektrisch verbunden .
Dies ermöglicht eine Temperierung des Energiespeichers in Ausnahmefällen, beispielweise wenn die Temperatur des Energiespeichers über einen kritischen Wert liegt und gleichzeitig keine elektrische Energiequelle zum Betrieb der Temperie¬ rungsvorrichtung zur Verfügung steht, beispielsweise wenn das Kraftfahrzeug nicht im Betrieb ist und gleichzeitig das So¬ larmodul abgedunkelt ist.
Dieser kritische Wert kann so definiert sein, dass dem Ener¬ giespeicher oberhalb des kritischen Wertes eine dauerhafte Schädigung droht. Beispielweise kann eine sehr hohe Temperatur eine sofortige Kühlung des Energiespeichers erforderlich machen, um eine Zerstörung des Energiespeichers zu verhindern. In diesem Fall wäre ein teilweises Entleeren des Energiespeichers hin¬ nehmbar, insbesondere da hierdurch sicherheitskritische Re¬ aktionen (Überhitzung und thermisches Durchgehen) verhindert und die Lebensdauer des Energiespeichers deutlich verlängert werden können .
Ein Kraftfahrzeug umfasst gemäß Anspruch 8 eine Energiespei¬ chervorrichtung nach Anspruch 1.
Die Vorteile dieses Kraftfahrzeugs ergeben sich in analoger Weise aus der Beschreibung des vorliegenden Anspruchs 1.
In einer Ausgestaltung des Kraftfahrzeugs gemäß Anspruch 9 weist die Energiespeichervorrichtung eine elektrische Schnittstelle auf, welche derart ausgebildet ist, dass die Temperierungs¬ vorrichtung mit einer elektrischen Energiequelle koppelbar ist. Das Kraftfahrzeug umfasst ferner eine elektrische Energiequelle und eine weitere elektrische Schnittstelle, über die ein elektrischer Verbraucher mit der elektrischen Energiequelle koppelbar ist. Die weitere elektrische Schnittstelle des Kraftfahrzeugs ist mit der elektrischen Schnittstelle der Energiespeichervorrichtung derart (lösbar) gekoppelt, dass die Energiespeichervorrichtung mit elektrischer Energie von der elektrischen Energiequelle des Kraftfahrzeugs versorgt werden kann. Als elektrische Energiequelle kommt beispielsweise ein im Kraftfahrzeug angeordneter stromerzeugender Generator oder ein Energiespeicher in Betracht.
Die Vorteile dieses Kraftfahrzeugs ergeben sich in analoger Weise aus der Beschreibung des vorliegenden Anspruchs 4.
Der vorliegende Anspruch 10 zeigt ein Verfahren zum Betrieb einer Energiespeichervorrichtung nach Anspruch 1. Diese Energiespeichervorrichtung weist eine elektrische Schnittstelle auf, welche derart ausgebildet ist, dass die Temperierungsvorrichtung mit einer externen elektrischen Energiequelle lösbar koppelbar ist. Die Temperierungsvorrichtung wird gemäß dem Verfahren in einem Leistungsmodus betrieben wird, wenn die Energiespei¬ chervorrichtung mit der externen elektrischen Energiequelle gekoppelt ist und die Temperierungsvorrichtung mit der elektrischen Energiequelle mit elektrischer Energie versorgt wird. Ansonsten wird die Temperierungsvorrichtung in einem Sparmodus betrieben, wobei im Sparmodus die Temperierungs¬ vorrichtung mit einer kleineren elektrischen Leistungsaufnahme betrieben wird als im Leistungsmodus.
Die sich aus dem Verfahren ergebende Vorteile sind in analoger Weise der Beschreibung des Anspruchs 4 zu entnehmen.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die beigefügten Figuren näher erläutert. In den Figuren sind:
Figur 1 eine schematische Außenansicht einer Energiespei¬ chervorrichtung;
Figur 2 eine schematische Darstellung des inneren Aufbaus der EnergieSpeichervorrichtung;
Figur 3 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einer Energiespeichervorrichtung.
In den Figuren 1 und 2 ist ein Ausführungsbeispiel der Ener¬ giespeichervorrichtung 1 dargestellt, wobei Figur 1 den äußeren Aufbau und Figur 2 den inneren Aufbau schematisch darstellt.
Wie in Figur 1 gezeigt, weist die Energiespeichervorrichtung 1 ein Gehäuse 2, ein Solarmodul 3 und eine elektrische
Schnittstelle 7 auf.
Im Ausführungsbeispiel ist das Solarmodul 3 an einer schrägen Außenfläche des Gehäuses 2 angeordnet, wodurch der Ein¬ strahlwinkel des Lichtes optimiert werden kann. Das Solarmodul 3 kann jedoch auch an einer anderen Außenseite des Gehäuses angeordnet sein.
Das Solarmodul 3 kann an der Außenfläche des Gehäuses 2 derart befestigt sein, dass das Solarmodul 3 eine zusätzliche thermische Isolationsschicht hinsichtlich Wärmestrahlung (beispielsweise Sonneneinstrahlung) und Wärmeleitung (beispielsweise aufgrund hoher Temperaturunterschiede zwischen Innenraum und Umgebung) darstellt. Damit kann eine Abkühlung oder Erwärmung des Raumes innerhalb des Gehäuses 2 verlangsamt werden.
Das Solarmodul 3 kann auch in einer Aussparung der Gehäusewand eingesetzt und dadurch selbst Bestandteil des Gehäuses sein.
Das Solarmodul 3 kann weiterhin abnehmbar am Gehäuse 2 angebracht oder als ein separates Teil ausgebildet sein, so dass das Solarmodul 3 separat vom Gehäuse 2 platziert werden kann.
Unter dem Solarmodul 3 ist ein Modul zu verstehen, welches mit photovoltaischen Zellen Strahlungsenergie (bspw. Licht) direkt in elektrische Energie wandeln und diese elektrische Energie anderen elektrischen Einrichtungen zur Verfügung stellen kann.
Über die elektrische Schnittstelle 7 kann die Energiespei¬ chervorrichtung 1 mit einer externen elektrischen Energiequelle gekoppelt werden, zur Versorgung der Energiespeichervorrichtung 1 mit elektrischer Energie.
Wie in Figur 2 schematisch dargestellt ist, umfasst die
Energiespeichervorrichtung 1 innerhalb des Gehäuses 2 weiterhin eine Temperierungsvorrichtung 4, eine Steuervorrichtung 6 mit einem Sensor 6.1 zur Erfassung der Temperatur, und zumindest einen Energiespeicher 5.
Die elektrische Temperierungsvorrichtung 4 ist derart ausge¬ bildet, dass der mindestens eine Energiespeicher 5 temperierbar ist. Unter Temperierung ist die Beeinflussung der Temperatur des Energiespeichers 5 durch die Temperierungsvorrichtung 4 zu verstehen. Somit ist die Temperierungsvorrichtung 4 geeignet, den Energiespeicher 5 zu kühlen und/oder zu erwärmen. Dazu weist die Temperierungsvorrichtung 4 mindestens einen Temperierungsmechanismus auf. Ein Temperierungsmechanismus ist eine Einrichtung zum Beeinflussen der Temperatur des Energiespeichers 5 (Kühlen und/oder Erwärmen) . Bei dem Temperierungsmechanismus kann es sich beispielsweise um einen Lüfter, einen Heizdraht, ein Peltier-Element , ein Wärmerohr („Heatpipe" ) , einen Wärmetau¬ scher, eine Kühlrippe oder eine hinreichend bekannte Klimaanlage zum Kühlen und Heizen handeln.
Durch einen Lüfter kann ein Luftstrom durch das Gehäuse 2 erzeugt werden. Hierbei wird Luft an einer Stelle des Gehäuses 2 an¬ gesaugt, durch das Gehäuse 2 geleitet und an einer anderen Stelle des Gehäuses 2 wieder ausgestoßen. Dadurch kann das Innere des Gehäuses 2, insbesondere der darin angeordnete Energiespeicher 5, gekühlt werden.
Dieser Kühleffekt kann durch einen weiteren Temperierungsmechanismus verstärkt werden, beispielweise durch Pel- tier-Elemente, welche den angesaugten Luftstrom zusätzlich abkühlen .
Eine weitere Verbesserung der Wärmeabführung kann beispielsweise durch Wärmeleitrohre („Heatpipes" ) erreicht werden. Diese Wärmeleitrohre ermöglichen eine hohe Wärmestromdichte unter Nutzung der Verdampfungswärme eines Stoffes. So können bei geringem Platzbedarf große Mengen an Wärme abtransportiert werden. Diese Wärmeleitrohre können die vom Energiespeicher 5 abzuführende Wärme beispielsweise an eine Kühlrippe weiter¬ leiten, welche innerhalb des Luftstroms oder an einer Außenseite des Gehäuses 2 angeordnet ist.
Einen Temperierungsmechanismus zum Erwärmen stellt bei¬ spielsweise ein elektrischer Heizdraht in Kombination mit einem Lüfter dar. Die Luft innerhalb des Gehäuses 2 wird über den Heizdraht erwärmt und die erwärmte Luft wird zur besseren Wärmeverteilung über den Lüfter im Gehäuse verteilt. In vorteilhafter Weise zirkuliert die erwärmte Luft hierbei nur innerhalb des Gehäuses 2, so dass Wärmeenergieverluste vermieden werden .
Weiterhin ist es möglich einen Temperierungsmechanismus zum Entfeuchten zu verwenden, welcher beispielsweise einen wie oben beschriebenen Heizmechanismus mit einem Lüfter aufweist. Die erwärmte, trockene Luft des Heizmechanismus wird hierbei jedoch zur Entfeuchtung der Energiespeichervorrichtung 1 verwendet. Hierbei ist vorgesehen, dass ein Luftaustausch zwischen der Innen- und Außenseite des Gehäuses 2 und des Energiespeichers 5 vorgesehen, um die feuchte Luft aus dem Inneren des Gehäuses 2 abzutransportieren .
Die Temperierungsvorrichtung 4 ist, wie in Figur 2 dargestellt, bevorzugt innerhalb des Gehäuses 2 angeordnet. Die Temperie¬ rungsvorrichtung 4 kann jedoch auch in einer Aussparrung der Gehäusewandung angeordnet sein, so dass sich ein Teil der Temperierungsvorrichtung 4 innerhalb des Gehäuses 2 und ein anderer Teil außerhalb des Gehäuses 2 befinden. Auf diese Weise kann beispielsweise eine Kühlrippe oder ein Wärmetauscher der Temperierungsvorrichtung 4 außerhalb des Gehäuses 2 angeordnet werden, wodurch ein effektiver Betrieb der Temperierungsvorrichtung 4 ermöglicht wird.
Im Ausführungsbeispiel ist die Temperierungsvorrichtung 4 vollständig in die Energiespeichervorrichtung 1 integriert, so dass ein autarker Betrieb möglich ist. Jedoch können auch Teile der Temperierungsvorrichtung 4 außerhalb des Gehäuses 2 und andere Teile innerhalb des Gehäuses 2 angeordnet sein. Die Teile der Temperierungsvorrichtung 4 können untereinander starr oder lösbar verbunden sein. Beispielsweise wäre es denkbar, die Energiespeichervorrichtung 1 an einen Kühl-/Heizkreislauf eines Kraftfahrzeugs anzukoppeln, wobei Pumpen für das Kühlmittel sowie der Wärmetauscher auf Seite des Kraftfahrzeugs angeordnet sind und die Energiespeichervorrichtung 1 lediglich Strömungskanäle mit entsprechenden Anschlüssen aufweist.
Die Temperierungsvorrichtung 4 ist über die Steuervorrichtung 6 mit dem Solarmodul 3, dem Energiespeicher 5 und der elektrischen Schnittstelle 7 derart elektrisch verbunden, dass eine Ver¬ sorgung der Temperierungsvorrichtung 4 mit elektrischer Energie durch das Solarmodul 3, den Energiespeicher 5 oder durch eine an der elektrischen Schnittstelle 7 gekoppelten, externen elektrischen Energiequelle (bspw. Spannungsnetzteil,
erzeugender Generator 10) ermöglicht wird.
Die Temperierungsvorrichtung ist in ihrer elektrischen Leistungsaufnahme variierbar, entweder in konkreten Leistungsstufen oder auch stufenlos. Beispielsweise kann ein Lüfter mit einer kleinen oder großen Drehzahl betrieben werden, wobei der Lüfter bei einer kleinen Drehzahl eine kleinere elektrische Leis¬ tungsaufnahme aufweist als bei einer großen Drehzahl. Der Lüfter kann auch komplett ausgeschaltet werden (keine oder sehr geringe Leistungsaufnahme) . Als weiteres Beispiel kann ein Pel¬ tier-Element dienen, welches mit einer kleinen oder großen Kühlleistung - mit einer entsprechend kleinen oder großen elektrischen Leistungsaufnahme - betreibbar ist. Mehrere Temperierungsmechanismen können auch gleichzeitig individuell in ihrer elektrischen Leistungsaufnahme variiert werden.
Beispielsweise kann der Lüfter mit einer großen elektrischen Leistungsaufnahme und gleichzeitig das Peltier-Element mit einer kleinen elektrischen Leistungsaufnahme betrieben werden.
Bei dem Energiespeicher 5 handelt es sich um eine oder mehrere elektrochemische und/oder elektrostatische Energiespeicher¬ zellen, insbesondere Lithium-Ionen Zellen, Nickel-Metallhydrid Zellen, Bleibatterien und/oder Doppelschichtkondensatoren.
Der Energiespeicher 5 ist über die Steuervorrichtung 6 mit der Temperierungsvorrichtung 4, dem Solarmodul 3 und der elektrischen Schnittstelle 7 elektrisch verbunden. Dabei kann er die Temperierungsvorrichtung 4 mit elektrischer Energie versorgen, von dem Solarmodul 3 elektrische Energie beziehen und von der elektrischen Schnittstelle 7 elektrische Energie beziehen und/oder über diese abgeben.
Der Sensor 6.1 ermöglicht die Ermittlung der Temperatur des Energiespeichers und ist im Ausführungsbeispiel als separates Gerät im Gehäuse 2 angeordnet. Der Sensor 6.1 kann jedoch auch in einer im Gehäuse befindlichen Einrichtung integriert sein, insbesondere im Energiespeicher 5. Der Sensor 6.1 ist mit der Steuervorrichtung 6 elektrisch verbunden und kann über diese Verbindung der Steuervorrichtung 6 den Wert der ermittelten Temperatur des Energiespeichers 5 zur Verfügung stellen.
Die Steuervorrichtung 6 ist derart ausgebildet und mit Mittel versehen, dass sie die Temperierungsvorrichtung 4 in Abhängigkeit von mindestens einer Bedingung hinsichtlich ihrer elektrischen Leistungsaufnahme steuern kann.
Hierzu ist die Steuervorrichtung 6 mit dem Solarmodul 3, der Temperierungsvorrichtung 4, der elektrischen Schnittstelle 7 und dem Energiespeicher 5 elektrisch verbunden und steuert den elektrischen Energiefluss zwischen diesen Geräten. Weiterhin ist die Steuervorrichtung 6 mit einem Sensor 6.1 zur Erfassung der Temperatur des Energiespeichers 5 elektrisch verbunden.
Die Steuervorrichtung 6 kann in Abhängigkeit von der Bedingung die elektrische Leistungsaufnahme der Temperierungsvorrichtung 4 stufenlos oder durch diskrete Leistungsstufen einstellen oder komplett ausschalten (keine oder nur sehr geringe Leistungs¬ aufnahme) . Die Steuervorrichtung 6 kann somit die Temperie¬ rungsvorrichtung 4 zumindest in einem Leistungsmodus und in einem Sparmodus betreiben, wobei im Sparmodus die Temperierungs¬ vorrichtung 4 mit einer kleineren elektrischen Leistungsaufnahme betrieben wird als im Leistungsmodus. Beispielsweise kann im Sparmodus ein Lüfter mit einer kleineren Drehzahl und/oder ein Peltier-Element mit einer kleineren Kühlleistung betrieben werden als im Leistungsmodus. Die Temperierungsvorrichtung 4 kann im Leistungsmodus betrieben werden, wenn die Temperie¬ rungsvorrichtung 4 mit elektrischer Energie von einer an die elektrische Schnittstelle 7 gekoppelten externen elektrischen Energiequelle (bspw. Spannungsnetzteil oder stromerzeugender Generator 10) versorgt wird. Ansonsten kann die Temperie¬ rungsvorrichtung 4 im Sparmodus betrieben werden.
Die Bedingung kann beispielsweise auf der Verfügbarkeit externen elektrischen Energiequelle zur Versorgung der perierungsvorrichtung 4 mit elektrischer Energie oder der Temperatur des Energiespeichers 5 basieren.
Bei Verfügbarkeit einer externen elektrischen Energiequelle, beispielsweise eines elektrischen Spannungsnetzteils oder eines im Betrieb befindlichen stromerzeugenden Generators eines Kraftfahrzeugs 12, kann die Temperierungsvorrichtung 4 im Leistungsmodus mit einer großen elektrischen Leistungsaufnahme betrieben werden. Ist keine externe elektrische Energiequelle verfügbar - oder diese nur schwach ausgeprägt - kann die Temperierungsvorrichtung 4 im Sparmodus mit einer kleineren elektrischen Leistungsaufnahme betrieben werden.
Falls die Temperierungsvorrichtung 4 mehrere Temperierungs¬ mechanismen aufweist, ist es ferner möglich, dass in Abhängigkeit von der Bedingung bestimmte Temperierungsmechanismen oder eine bestimmte Anzahl von Temperierungsmechanismen zum Kühlen und/oder Wärmen des Energiespeichers 5 verwendet werden.
Als Bedingung kann auch ein Vergleich von einem Sollwert mit einem Istwert der Temperatur des Energiespeichers 5 herangezogen werden. Liegt der Istwert nahe dem Sollwert (beispielweise wenn die Temperatur im optimalen Betriebsbereich des Energiespeichers 5 liegt) , so kann die Temperierungsvorrichtung 4 ausgeschaltet oder zumindest ihre elektrische Leistungsaufnahme verringert werden. Liegen Istwert und Sollwert jedoch weit auseinander (beispielsweise wenn die Temperatur sehr hoch ist) so kann die Temperierungsvorrichtung 4 mit einer entsprechend größeren elektrischen Leistungsaufnahme betrieben werden.
In Figur 3 ist ein Kraftfahrzeug 12 schematisch dargestellt. Das Kraftfahrzeug 12 weist eine Energiespeichervorrichtung 1 mit einem Solarmodul 3, wie sie im Zusammenhang mit Figur 1 und 2 beschrieben ist, eine weitere elektrische Schnittstelle 8, einen stromerzeugenden Generator 10 und einen Verbrennungsmotor 11 auf. In einer Ausgestaltung kann das Kraftfahrzeug ein weiteres Solarmodul 9 aufweisen. Die Energiespeichervorrichtung 1 ist in dem Ausführungsbeispiel auf dem Dach des Kraftfahrzeugs 12 angeordnet. Sie kann jedoch auch zwischen den Achsen des Kraftfahrzeugs 12, in einem Innenraum des Kraftfahrzeugs 12 oder an einem beliebigen anderen Ort außen am Kraftfahrzeug 12 angeordnet sein.
Die Energiespeichervorrichtung 1 ist über die weitere elektrischen Schnittstelle 8 mit dem stromerzeugenden Generator 10 elektrisch verbunden. Hierdurch kann die Energiespeichervorrichtung 1 mit elektrischer Energie aus dem stromerzeugenden Generator 10 versorgt werden. Die Energiespeichervorrichtung 1 kann über die Schnittstellen 7 und 8 auch mit dem Solarmodul 3 und mit dem weiteren Solarmodul 9 zur Versorgung der Energiespeichervorrichtung 1 mit elektrischer Energie elektrisch verbunden sein.
Der stromerzeugende Generator 10 ist im Kraftfahrzeug 12 an¬ geordnet und mit dem Verbrennungsmotor 11 derart gekoppelt, dass der stromerzeugende Generator 10 die kinetische Energie des Verbrennungsmotors 11 in elektrische Energie umwandeln kann. Weiterhin ist der stromerzeugende Generator 10 über die
Schnittstellen 7 und 8 mit der Energiespeichervorrichtung 1 elektrisch gekoppelt. Auf diese Weise kann der stromerzeugende Generator 10 die Energiespeichervorrichtung 1 mit elektrischer Energie versorgen.
Das Solarmodul 3 ist in dem Ausführungsbeispiel an einer Au¬ ßenfläche des Gehäuses 2 der Energiespeichervorrichtung 1 angeordnet oder Bestandteil des Gehäuses 2. Das Solarmodul 3 kann jedoch auch als ein separates Teil ausgebildet und auf dem Dach oder an einer Seitenwand des Kraftfahrzeugs 12 angeordnet sein.
Das Solarmodul 3 ist direkt mit der Energiespeichervorrichtung 1 elektrisch verbunden und kann so die Energiespeichervorrichtung 1 mit elektrischer Energie versorgen. Das Solarmodul 3 kann jedoch auch über die Schnittstellen 7 und 8 mit der Energiespeichervorrichtung 1 elektrisch verbunden sein. Das Solarmodul 9 kann auf dem Dach oder an einer Seitenwand des Kraftfahrzeugs 12 angeordnet sein.
Das weitere Solarmodul 9 kann über die Schnittstellen 7 und 8 mit der Energiespeichervorrichtung 1 elektrisch verbunden sein und kann so die Energiespeichervorrichtung 1 ebenfalls mit elektrischer Energie versorgen.
Das weitere Solarmoduls 9 ist besonders dann vorteilhaft, wenn das Solarmodul 3 zumindest zweitweise die Energiespeicher¬ vorrichtung 1 nicht mit ausreichend elektrischer Energie versorgen kann. Dies kann beispielsweise dann der Fall sein, wenn das Solarmodul 3 eine für die Erzeugung von elektrischer Energie ungünstige Ausrichtung zum Licht aufweist, insbesondere wenn die Energiespeichervorrichtung 1 zwischen den Achsen des Kraftfahrzeugs 12 angeordnet und gleichzeitig das Solarmodul 3 an dem Gehäuse 2 befestigt ist.
Gemäß dem Verfahren wird die Temperierungsvorrichtung 4 der Energiespeichervorrichtung 1 im Leistungsmodus betrieben, wenn die Energiespeichervorrichtung 1 mit elektrischer Energie durch den stromerzeugende Generator 10 versorgt wird (beispielsweise während des Betriebs des Kraftfahrzeugs 12) . Dagegen wird die Temperierungsvorrichtung 4 im Sparmodus betrieben (d. h. mit einer kleineren elektrischen Leistungsaufnahme als im Leistungsmodus), wenn die Energiespeichervorrichtung 1 nicht mit elektrischer Energie von dem stromerzeugende Generator 10, sondern nur mit elektrischer Energie von dem Solarmodul 3 und/oder 9 versorgt wird (beispielsweise im parkenden Zustand des Kraftfahrzeugs 12) .

Claims

Energiespeichervorrichtung (1) für ein Kraftfahrzeug (12), welche aufweist:
- ein Gehäuse ( 2 ) ,
- mindestens einen Energiespeicher (5), welcher im Gehäuse (2) angeordnet ist,
- mindestens ein Solarzellenmodul (3, 9),
- eine elektrische Temperierungsvorrichtung (4) zur Temperierung des Energiespeichers, welche zur Versorgung mit elektrischer Energie mit dem Solarzellenmodul (3, 9) elektrisch verbunden ist.
Energiespeichervorrichtung (1) nach Anspruch 1,
wobei das mindestens eine Solarzellenmodul (3) an einer Außenfläche des Gehäuses (2) angeordnet oder Bestandteil des Gehäuses (2) ist.
Energiespeichervorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche,
mit einer Steuervorrichtung (6), welche derart ausgebildet ist und mit Mittel versehen ist, dass sie die Temperie¬ rungsvorrichtung (4) in Abhängigkeit von einer Bedingung hinsichtlich ihrer elektrischen Leistungsaufnahme steuern kann .
Energiespeichervorrichtung (1) nach Anspruch 3,
wobei
- die Energiespeichervorrichtung (1) eine elektrische Schnittstelle (7) aufweist, welche derart ausgebildet ist, dass die Temperierungsvorrichtung (4) mit einer externen elektrischen Energiequelle (9, 10) koppelbar ist, und
- die Steuervorrichtung (6) derart ausgebildet ist, dass die Temperierungsvorrichtung (4) in einem Leistungsmodus betrieben wird, falls die Temperierungsvorrichtung (4) mit elektrischer Energie von einer an die elektrische
Schnittstelle (7) gekoppelten externen elektrischen
Energiequelle versorgt wird, und ansonsten die Temperie- rungsvorrichtung (4) in einem Sparmodus betrieben wird, wobei im Sparmodus die Temperierungsvorrichtung (4) mit einer kleineren elektrischen Leistungsaufnahme betrieben wird als im Leistungsmodus.
Energiespeichervorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3 ,
wobei die Energiespeichervorrichtung (1) eine elektrische Schnittstelle (7) aufweist, welche derart ausgebildet ist, dass die Temperierungsvorrichtung (4) mit einer externen elektrischen Energiequelle (9, 10) koppelbar ist.
Energiespeichervorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche,
wobei die Temperierungsvorrichtung (4) vollständig am oder im Gehäuse (2) angeordnet ist.
Energiespeichervorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche,
wobei die Temperierungsvorrichtung (4) zur Versorgung mit elektrischer Energie mit dem Energiespeicher (5) elektrisch verbunden ist.
Kraftfahrzeug (12) mit einer Energiespeichervorrichtung (1) nach Anspruch 1.
Kraftfahrzeug (12) nach Anspruch 8,
- wobei die Energiespeichervorrichtung (1) eine elektrische Schnittstelle (7) aufweist, welche derart ausgebildet ist, dass die Temperierungsvorrichtung (4) mit einer elektrischen Energiequelle (9, 10) koppelbar ist,
- mit einer elektrischen Energiequelle (9, 10), und
- mit einer weiteren elektrischen Schnittstelle (8) , über die ein elektrischer Verbraucher mit der elektrischen Energiequelle (9, 10) koppelbar ist,
wobei die weitere elektrische Schnittstelle (8) des
Kraftfahrzeugs (12) mit der elektrische Schnittstelle (7) der Energiespeichervorrichtung (1) derart gekoppelt ist, dass die Energiespeichervorrichtung (1) mit elektrischer Energie von der elektrischen Energiequelle (9, 10) des Kraftfahrzeugs (12) versorgt werden kann.
Verfahren zum Betrieb einer Energiespeichervorrichtung (1) nach Anspruch 1,
wobei die Energiespeichervorrichtung (1) eine elektrische Schnittstelle (7) aufweist, welche derart ausgebildet ist, dass die Temperierungsvorrichtung (4) mit einer externen elektrischen Energiequelle (9, 10) koppelbar ist,
wobei die Temperierungsvorrichtung (4) in einem Leistungsmodus betrieben wird, falls die Temperierungsvorrichtung (4) mit elektrischer Energie von einer an die elektrische Schnittstelle (7) gekoppelten externen elektrischen Energiequelle versorgt wird, und ansonsten die Temperierungsvorrichtung (4) in einem Sparmodus betrieben wird, wobei im Sparmodus die Temperierungsvorrichtung (4) mit einer kleineren elektrischen Leistungsaufnahme betrieben wird als im Leistungsmodus.
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