WO2013007326A1 - Energiespeicheranordnung - Google Patents

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WO2013007326A1
WO2013007326A1 PCT/EP2012/002080 EP2012002080W WO2013007326A1 WO 2013007326 A1 WO2013007326 A1 WO 2013007326A1 EP 2012002080 W EP2012002080 W EP 2012002080W WO 2013007326 A1 WO2013007326 A1 WO 2013007326A1
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resistance heating
heating element
energy
storage arrangement
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PCT/EP2012/002080
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Josef Winkler
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Audi Ag
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Definitions

  • the invention relates to an energy storage arrangement, comprising at least one rechargeable electrical energy store and at least one electrical balancing resistor associated therewith.
  • balancing resistors It is known to provide corresponding energy storage arrangements due to aging or discharge phenomena of this associated electrical energy storage or electrical cells with so-called balancing resistors.
  • a respective balancing resistor is usually assigned to the respective energy storage devices forming the energy storage arrangement.
  • corresponding balancing resistors are usually high-resistance electrical resistors, which z. B. are arranged centrally in the control of the energy storage device.
  • a common problem with corresponding energy storage arrangements is the temperature dependence of their performance. Thus, these require a certain operating temperature in order to be able to develop their full capacity. In most energy storage arrangements, the internal resistance increases at low temperatures. It may be that the internal resistance changes within a temperature interval of - 20 ° to + 20 ° C to five times. Similarly, low temperatures lead to a reduction in the charging and discharging capability of a corresponding energy storage device.
  • Heating of an energy storage arrangement via an internal resistance assigned to a corresponding energy storage unit is time-consuming and inefficient.
  • high electrical currents would be necessary, which are prevented by the high internal resistance.
  • the invention is therefore based on the problem of specifying an improved with regard to their temperature control energy storage arrangement.
  • an energy storage arrangement of the type mentioned above which is characterized in that the balancing resistor is designed as a resistance heating element and is coupled via a thermally conductive connection to the energy storage.
  • the present invention is based on the idea of forming the at least one balancing resistor assigned to a corresponding energy store of an energy storage arrangement as a resistance heating element and coupling it via a thermally conductive connection to the corresponding energy store, so that the amount of heat generated by the balancing resistor designed as a resistance heating element is used for temperature control of the energy store can be.
  • a corresponding energization respectively activation of the balancing resistor is therefore not only the above-mentioned aging of the energy storage device associated energy storage and thus the energy storage device encountered altogether, but it can equally be a temperature control or heating of the energy storage, so that the energy storage device faster to its corresponding operating temperature can be heated in order to develop their full capacity.
  • the symmetry resistors designed as a resistance heating element therefore have a double function; on the one hand, it serves for the balancing and, on the other hand, if the energy storage arrangement is not already at operating temperature, the heating of the associated energy store.
  • the thermally conductive connection between a corresponding balancing resistor and a corresponding energy store is basically such that the amount of heat generated by the balancing resistor can be conducted lossless as possible to the energy storage.
  • Possible embodiments of the thermally conductive compound will be further detailed below. Basically, the most direct contact possible between a resistance heating element designed as a Symmetrierwi- resistance and an energy storage in order to minimize said thermal losses effects in the heat transfer.
  • An energy storage arrangement can have a plurality of energy stores connected in series, in particular, each energy store being thermally conductively connected to at least one resistance heating element.
  • An energy store can also be assigned to a plurality of resistance heating elements designed as Symmetrierwideretc. All balancing resistors are advantageously controllable via a control device, which optionally forms part of the energy storage arrangement, that is to say it can be switched on or off individually, in groups or altogether via the control device.
  • a corresponding symmetry resistance that is to say a resistance heating element, is connected in parallel to an energy store.
  • the control device is preferably designed to connect the resistance heating element as a function of a detected temperature of the energy store. Accordingly, individual balancing resistors can be switched on as needed and used as a resistance heating element. That is, these are preferably switched on at an insufficiently high temperature of the energy storage of the energy storage device and correspondingly at a sufficiently high, in particular the operating temperature of the energy storage device corresponding temperature not switched.
  • suitable for this purpose are provided on the energy storage, communicating with the control device temperature sensing means in the sense of a temperature sensor, so that a Targeted and individual temperature control of individual energy storage is possible.
  • the resistance heating element together with the energy store is arranged on or in a common housing of the energy storage arrangement.
  • the balancing resistors can be seen as part of the energy storage arrangement, since they are integrated directly into the associated housing.
  • thermally conductive materials such.
  • thermally conductive adhesive, pastes or the like the heat transfer between the balancing resistors and the energy storage further increase.
  • a Symmetrierwiderstand is fixed stable and within the housing, which can be realized by soldering, potting or mechanical fastening methods, such as screwing, riveting, etc.
  • the arrangement of a balancing resistor within the housing of the energy storage device may be detachable or insoluble.
  • balancing resistors on a corresponding housing, that is to say in particular on at least one outer surface of the housing.
  • a thermally conductive material such as a thermally conductive adhesive or a thermally conductive paste may be provided between a balancing resistor and the housing outer surface, which improves the heat transfer between the balancing resistor and the housing.
  • the arrangement of the balancing resistor on the housing or the housing outer surface can be done by gluing, in which case preferably a thermally conductive adhesive is used, soldering or mechanical fastening methods.
  • the compound can be solvable or insoluble.
  • one or more balancing resistors is connected via at least one thermally conductive element to the energy storage device (s) of the energy storage device. Accordingly a Symmetrierwiderstand also locally spaced from the energy storage respectively the energy storage device, that is also spaced from one of these associated housing, be arranged, wherein at least one thermally conductive element ensures lossless as possible heat transfer between the balancing resistors and the energy storage.
  • thermally conductive elements are, for example, thermally conductive paths formed from a thermally conductive material such as a thermally conductive paste, or components formed from materials having a high thermal conductivity such as metals such as copper, silver or thermally conductive plastics; which are arranged between the balancing resistors and the energy storage to understand.
  • the resistance heating element is designed as a resistance heating foil.
  • a resistance heating element serving as a balancing resistor as horrsflowerfolie the heat transfer between the resistance and an energy storage can be improved by the flat nature of the film, since the contact surface is usually increased, so that the heat exchange can be improved.
  • a resistance heating element designed as a resistance heating foil can at least partly envelop a corresponding energy store. Consequently, the efficiency of serving as a resistance heating element balancing resistor is increased.
  • An energy storage can, for. B. comprise at least one lithium-based storage element.
  • an energy storage is to be understood here as a lithium cell.
  • an energy storage arrangement as mentioned, comprise a plurality of, in particular connected in series, corresponding lithium-based storage elements in order to be adjusted specifically to a desired voltage level.
  • an energy store may also be based on other materials suitable for use as a rechargeable electrical energy storage, such as lead, iron-phosphate compounds, or lithium compounds.
  • the invention relates to a motor vehicle, with at least one energy storage device, in particular the energy storage device as described above.
  • the energy storage arrangement comprises at least one rechargeable electrical energy store and at least one associated electrical balancing resistor.
  • the balancing resistor is designed as a resistance heating element and is coupled to the energy store via a thermally conductive connection. Consequently, a corresponding balancing resistor not only serves to balance the energy storage device associated energy storage device, but also the temperature control of the corresponding energy storage, so that they can be controlled in a targeted manner to their corresponding operating temperature.
  • a thermally conductive or conductive connection between the serving as a resistance heating elements balancing resistors and the energy storage is required, which, as described above with respect to the energy storage device according to the invention, may be designed differently.
  • the energy storage arrangement preferably forms part of a vehicle electrical system of the motor vehicle, wherein the vehicle electrical system comprises at least one generator, in particular for charging the energy store, and at least one consumer consuming electrical power.
  • the electrical system can be, for example, a 12 V or 24 V electrical system.
  • the resistance heating element can be switched on and off via a control device assigned thereto, the control device being designed for switching on the resistance heating element in coasting phases of the motor vehicle.
  • the control device being designed for switching on the resistance heating element in coasting phases of the motor vehicle.
  • the current generated by a motor vehicle side generator is generated without additional fuel consumption, so that no additional fuel is consumed during this time for the generation of the heat amount ü about the designed as resistance heating elements balancing resistors. It is therefore about a particularly energy-saving mode of resistance heating elements.
  • the energy storage device is available after a short time with their full capacity. This can then z. B. for the caching of recuperation energy or a redundant power supply, such as for security consumers, are used.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of part of a vehicle electrical system of a motor vehicle according to the invention in an exemplary embodiment
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of an energy storage arrangement according to the invention in a further exemplary embodiment
  • FIG. 3 is a schematic diagram of an energy storage arrangement according to the invention in a further exemplary embodiment.
  • the electrical system 1 shows a schematic representation of part of a vehicle electrical system 1 of a motor vehicle 2 according to the invention in an exemplary embodiment of the invention.
  • the electrical system 1 comprises a part of this forming energy storage device 3, which has a plurality of series-connected, lithium-based energy storage 4 (lithium cells).
  • Each energy storage 4 is preceded by an electrical, so-called internal resistance 5 in series.
  • at least one generator (not shown), in particular for charging the energy storage 4, and at least one electric power consuming consumer (not shown) is provided.
  • balancing resistors 6 are present, each energy storage 4 each a Symmetrierwi- resistor 6 is assigned.
  • the balancing resistors 6 are designed as resistance heating elements and are coupled thermally conductively to the respective energy stores 4.
  • the symmetrizing resistors 6 are resistance heating foils. Accordingly, via a control device 7 respectively driven by this electrical switching means 9 separately or individually switchable balancing resistors 6, the respective energy storage 4 temperature specifically, so that the energy storage device 3 can be brought quickly and easily to their respective operating temperature to their full capacity, especially with regard to their loading and unloading ability to unfold. This will be clarified by the following example.
  • an energy storage arrangement 3 consisting of four series-connected energy storage 4 based on lithium with an electrical power of about 5 Ah and a total mass of about 1 kg would be at a heat capacity of the energy storage 4 of about 0.21 Kcal / kg * K for heating by 10 K an amount of energy of about 2.4 Wh or about 8700 Ws necessary.
  • a corresponding amount of energy would be achieved at a current of about 20 A at an applied voltage of about 14 V with a current of about 20 A after energizing a balancing resistor 6 serving as a resistance heating element after about 30 s.
  • the control of the respective balancing resistors 6 via the control device 7 takes place in particular as a function of the temperature of the respective energy store 4, which is why they correspond indirectly or directly with the temperature sensors (not shown) are connected, which temperature sensors in turn communicate with the control device 7, so that a control of the configured as resistance heating elements metric resistors 6 and thus a temperature control of the energy storage 4 in particular only if this is actually required.
  • control of the symmetry resistors 6 takes place on the part of the control device 7 only in deceleration phases of the motor vehicle 2, in which the current from the generator without Energy, Fuel consumption is generated. Consequently, no additional energy is consumed for tempering the energy store 4 via the balancing resistors 6.
  • the balancing resistors 6 are arranged directly within the housing 8 belonging to the energy storage arrangement 3, so that the amount of heat generated by these can be transmitted to the respective energy store 4 as loss-free as possible.
  • thermally conductive materials such as thermally conductive pastes, adhesive or the like, between the balancing resistors 6 and the energy storage 4 may be provided.
  • balancing resistors 6 as a flat and flexible resistance heating foils allows a sheathing of the energy storage 4 with the balancing resistors 6, which ensures a particularly efficient heat transfer.
  • FIG. 2 shows a schematic diagram of an energy storage arrangement 3 according to the invention in a further exemplary embodiment of the invention.
  • the essential difference from the embodiment shown in FIG. 1 relates to the arrangement of the balancing resistors 6, designed as resistance heating elements, which are not arranged directly inside the housing 8 of the energy storage arrangement 3, but on their outer surface.
  • a thermally conductive or conductive compound between the balancing resistors 6 and the respective energy stores 4 ensured, so that in particular a temperature of the respective surfaces of the housing 8 and further arranged within the housing 8 energy storage 4 is ensured.
  • a heat transfer can additionally be ensured via thermally conductive elements (not shown) between the respective balancing resistors 6 and the energy stores 4 within the housing 8.
  • the outer surface of the housing 8 may in the region of the arrangement of the respective balancing resistors 6 with a thermally conductive material, such.
  • a thermally conductive paste adhesive or solder.
  • the connection of the balancing resistors 6 likewise takes place via the thermally conductive material which, as a corresponding adhesive coating, ensures a stable connection of the balancing resistors 6 and the outer surface of the housing 8.
  • FIG. 3 shows a schematic representation of an energy storage arrangement 3 according to the invention in a further exemplary embodiment of the invention.
  • the balancing resistors 6 are arranged externally or at a distance from the energy storage arrangement 3.
  • a thermally conductive connection between the balancing resistors 6 and the energy stores 4 arranged within the housing 8 of the energy storage arrangement 3 takes place via corresponding thermally conductive elements 10, which may be formed, for example, as thermally insulated copper rods to the outside.
  • this type of connection of the balancing resistors 6 with the energy storage device 3 and the associated energy storage 4 may be associated with relatively large thermal losses, especially in very compact constructed energy storage devices 3, in the housing 8 no place for an additional arrangement of corresponding balancing resistors.

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Abstract

Energiespeicheranordnung (3), umfassend wenigstens einen wiederaufladbaren elektrischen Energiespeicher (4) sowie wenigstens einen diesem zugeordneten elektrischen Symmetrierwiderstand (6), wobei der Symmetrierwiderstand (6) als Widerstandsheizelement ausgebildet ist und über eine thermisch leitende Verbindung mit dem Energiespeicher (4) gekoppelt ist.

Description

Energiespeicheranordnung
Die Erfindung betrifft eine Energiespeicheranordnung, umfassend wenigstens einen wiederaufladbaren elektrischen Energiespeicher sowie wenigstens einen diesem zugeordneten elektrischen Symmetrierwiderstand.
Es ist bekannt, entsprechende Energiespeicheranordnungen aufgrund von Alterungs- oder Entladeerscheinungen der dieser zugehörigen elektrischen Energiespeicher bzw. elektrischen Zellen mit sogenannten Symmetrierwiderständen zu versehen. Dabei ist in der Regel den jeweiligen die Energiespeicheranordnung bildenden Energiespeichern jeweils ein Symmetrierwiderstand zugeordnet. Bei entsprechenden Symmetrierwiderständen handelt es sich üblicherweise um hochohmige elektrische Widerstände, welche z. B. zentral in der Steuerung der Energiespeicheranordnung angeordnet sind.
Ein häufiges Problem bei entsprechenden Energiespeicheranordnungen ist die Temperaturabhängigkeit deren Leistungsfähigkeit. Mithin erfordern diese eine bestimmte Betriebstemperatur, um ihre volle Leistungsfähigkeit entfalten zu können. Bei den meisten Energiespeicheranordnungen erhöht sich der Innenwiderstand bei niedrigen Temperaturen. Dabei kann es sein, dass der Innenwiderstand sich innerhalb eines Temperaturintervalls von - 20° bis + 20° C um das Fünffache verändert. Gleichermaßen führen niedrige Temperaturen zu einer Reduzierung der Lade- und Entladefähigkeit einer entsprechenden Energiespeicheranordnung.
Eine Erwärmung einer Energiespeicheranordnung über einen einer entsprechenden Energiespeichereinheit zugeordneten Innenwiderstand ist zeitauf- wändig und ineffizient. Hierfür wären hohe elektrische Ströme notwendig, welche durch die hohen Innenwiderstände verhindert werden. Der Erfindung liegt sonach das Problem zugrunde, eine im Hinblick auf ihre Temperierbarkeit verbesserte Energiespeicheranordnung anzugeben.
Das Problem wird erfindungsgemäß durch eine Energiespeicheranordnung der eingangs genannten Art gelöst, welche sich dadurch auszeichnet, dass der Symmetrierwiderstand als Widerstandsheizelement ausgebildet ist und über eine thermisch leitende Verbindung mit dem Energiespeicher gekoppelt ist.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem Gedanken, den wenigstens einen einem entsprechenden Energiespeicher einer Energiespeicheranordnung zugeordneten Symmetrierwiderstand als Widerstandsheizelement auszubilden und über eine thermisch leitende Verbindung mit dem entsprechenden Energiespeicher zu koppeln, so dass die von dem als Widerstandsheizelement ausgebildeten Symmetrierwiderstand erzeugte Wärmemenge zur Temperierung des Energiespeichers verwendet werden kann. Durch eine entsprechende Bestromung respektive Aktivierung des Symmetrierwiderstands wird sonach nicht allein den oben genannten Alterungserscheinungen der der Energiespeicheranordnung zugehörigen Energiespeicher und somit der Energiespeicheranordnung insgesamt begegnet, sondern es kann gleichermaßen eine Temperierung bzw. Beheizung der Energiespeicher erfolgen, so dass die Energiespeicheranordnung schneller auf ihre entsprechende Betriebstemperatur erwärmt werden kann, um so ihre volle Leistungsfähigkeit entfalten zu können. Den als Widerstandsheizelement ausgebildeten Sym- metrierwiderständen kommt sonach eine doppelte Funktion zu; sie dient zum einen der Symmetrierung und zum anderen, sofern die Energiespeicheranordnung nicht bereits auf Betriebstemperatur ist, der Beheizung der dieser zugehörigen Energiespeicher.
Die thermisch leitfähige Verbindung zwischen einem entsprechenden Symmetrierwiderstand und einem entsprechenden Energiespeicher ist grundsätzlich derart, dass die von dem Symmetrierwiderstand erzeugte Wärmemenge möglichst verlustfrei zu dem Energiespeicher geführt werden kann. Auf mögliche Ausführungsformen der thermisch leitfähigen Verbindung wird weiter unten näher eingegangen. Grundsätzlich wird ein möglichst direkter Kontakt zwischen einem als Widerstandsheizelement ausgebildeten Symmetrierwi- derstand und einem Energiespeicher angestrebt, um die genannten thermischen Verlusteffekte bei der Wärmeübertragung zu minimieren.
Die erfindungsgemäß eingesetzten Symmetrierwiderstände können für den beispielhaften Fall einer Energiespeicheranordnung mit einer Zellspannung von ca. 3,6 V und einer beispielhaft geforderten Heizleistung von ca. 10 W einen Widerstandswert von ca. 1 ,3 Ω aufweisen. Dies ergibt sich aus dem Zusammenhang R = U2/P.
Eine Energiespeicheranordnung kann mehrere, insbesondere in Serie geschaltete, Energiespeicher aufweisen, wobei jeder Energiespeicher thermisch leitend mit wenigstens einem Widerstandsheizelement verbunden ist. Einem Energiespeicher können dabei auch mehrere als Widerstandsheizelemente ausgebildete Symmetrierwiderstände zugeordnet sein. Sämtliche Symmetrierwiderstände sind vorteilhaft über eine, gegebenenfalls einen Teil der Energiespeicheranordnung bildende, Steuereinrichtung ansteuerbar, das heißt können individuell, in Gruppen oder insgesamt über die Steuereinrichtung zu- oder abgeschaltet werden. Bevorzugt ist ein entsprechender Sym- metrierwiderstand, das heißt ein Widerstandsheizelement, zu einem Energiespeicher parallel geschaltet.
Bevorzugt ist die Steuereinrichtung zur Zuschaltung des Widerstandsheizelements in Abhängigkeit einer erfassten Temperatur des Energiespeichers ausgebildet. Demnach können einzelne Symmetrierwiderstände bedarfsgerecht zugeschaltet und als Widerstandsheizelement verwendet werden. Das heißt, diese werden bevorzugt bei einer nicht hinreichend hohen Temperatur der Energiespeicher der Energiespeicheranordnung zugeschaltet und entsprechend bei einer hinreichend hohen, insbesondere der Betriebstemperatur der Energiespeicheranordnung entsprechenden, Temperatur nicht zugeschaltet werden. Selbstverständlich sind hierfür an den Energiespeichern geeignete, mit der Steuereinrichtung kommunizierende Temperaturerfassungsmittel im Sinne einer Temperatursensorik vorgesehen, so dass eine gezielte und individuelle Temperierung einzelner Energiespeicher möglich ist.
Es ist zweckmäßig, dass das Widerstandsheizelement samt dem Energiespeicher an oder in einem gemeinsamen Gehäuse der Energiespeicheranordnung angeordnet ist. Mithin können die Symmetrierwiderstände als Bestandteil der Energiespeicheranordnung gesehen werden, da diese direkt in das dieser zugehörige Gehäuse integriert sind. Derart jst ein möglichst guter Kontakt zwischen den Symmetrierwiderständen und den Energiespeichern möglich, welcher eine gute Wärmeübertragung erlaubt. Hierbei können thermisch leitfähige Materialien, wie z. B. thermisch leitfähige Kleber, Pasten o- der dergleichen, die Wärmeübertragung zwischen den Symmetrierwiderständen und den Energiespeichern weiter erhöhen. Selbstverständlich ist ein Symmetrierwiderstand stabil und lagefest innerhalb des Gehäuses festgelegt, was durch Verlöten, Vergießen oder mechanische Befestigungsarten, wie Verschrauben, Vernieten etc., realisiert sein kann. Die Anordnung eines Symmetrierwiderstands innerhalb des Gehäuses der Energiespeicheranordnung kann lösbar oder unlösbar sein.
Alternativ oder ergänzend ist es möglich, Symmetrierwiderstände an ein entsprechendes Gehäuse, das heißt insbesondere an wenigstens einer Außenfläche des Gehäuses anzuordnen. Gegebenenfalls kann zwischen einem Symmetrierwiderstand und der Gehäuseaußenfläche ein thermisch leitfähiges Material, wie ein thermisch leitfähiger Kleber oder eine thermisch leitfähige Paste, vorgesehen sein, welche die Wärmeübertragung zwischen dem Symmetrierwiderstand und dem Gehäuse verbessert. Die Anordnung des Symmetrierwiderstands an dem Gehäuse respektive der Gehäuseaußenfläche kann über Kleben, wobei hier bevorzugt ein thermisch leitfähiger Kleber verwendet wird, Löten oder mechanische Befestigungsarten erfolgen. Die Verbindung kann lösbar oder unlösbar sein.
Es ist weiterhin denkbar, dass ein oder mehrere Symmetrierwiderstände ü- ber wenigstens ein thermisch leitfähiges Element mit dem oder den Energiespeichern der Energiespeicheranordnung verbunden ist. Entsprechend kann ein Symmetrierwiderstand auch örtlich beabstandet von dem Energiespeicher respektive der Energiespeicheranordnung, das heißt auch beabstandet von einem dieser zugehörigen Gehäuse, angeordnet sein, wobei wenigstens ein thermisch leitfähiges Element eine möglichst verlustfreie Wärmeübertragung zwischen den Symmetrierwiderständen und den Energiespeichern sicherstellt. Unter einem thermisch leitfähigen Element sind beispielsweise aus einem thermisch leitfähigen Material, wie einer thermisch leitfähigen Paste, gebildete thermisch leitfähige Pfade oder aus Materialien mit einer hohen thermischen Leitfähigkeit, wie etwa Metallen wie Kupfer, Silber oder thermisch leitfähigen Kunststoffen gebildete Bauteile; welche zwischen den Symmetrierwiderständen und den Energiespeichern angeordnet sind, zu verstehen.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Widerstandsheizelement als Widerstandsheizfolie ausgebildet. Durch die Ausbildung eines als Widerstandsheizelement dienenden Symmetrierwiderstands als Widerstandsheizfolie kann die Wärmeübertragung zwischen dem Widerstandsheizelement und einem Energiespeicher durch die flächige Natur der Folie verbessert werden, da die Kontaktfläche in der Regel vergrößert ist, so dass der Wärmeaustausch verbessert werden kann. Beispielsweise kann ein als Widerstandsheizfolie ausgebildetes Widerstandsheizelement einen entsprechenden Energiespeicher wenigstens teilweise umhüllen. Mithin ist der Wirkungsgrad des als Widerstandsheizelement dienenden Symmetrierwiderstands erhöht.
Ein Energiespeicher kann z. B. wenigstens ein auf Lithium basierendes Speicherelement umfassen. Mithin ist ein Energiespeicher hier als Lithiumzelle zu verstehen. Dabei kann eine Energiespeicheranordnung, wie erwähnt, mehrere, insbesondere in Serie geschaltete, entsprechende auf Lithium basierende Speicherelemente umfassen, um gezielt auf ein gewünschtes Spannungsniveau eingestellt zu werden. Selbstverständlich kann ein E- nergiespeicher auch auf anderen für die Verwendung als wiederaufladbarer elektrischer Energiespeicher geeigneten Materialien, wie etwa Blei, Eisen- Phosphat-Verbindungen oder Lithium-Verbindungen, basieren. Daneben betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug, mit wenigstens einer Energiespeicheranordnung, insbesondere der Energiespeicheranordnung wie vorstehend beschrieben. Die Energiespeicheranordnung umfasst wenigstens einen wiederaufladbaren elektrischen Energiespeicher sowie wenigstens einen diesem zugeordneten elektrischen Symmetrierwiderstand. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Symmetrierwiderstand als Widerstandsheizelement ausgebildet ist und über eine thermisch leitfähige Verbindung mit dem Energiespeicher gekoppelt ist. Mithin dient ein entsprechender Symmetrierwiderstand nicht allein der Symmetrierung der der Energiespeicheranordnung zugehörigen Energiespeicher, sondern zusätzlich der Temperierung der entsprechenden Energiespeicher, so dass diese gezielt auf ihre entsprechende Betriebstemperatur temperiert werden können.
Hierfür ist eine thermisch leitende bzw. leitfähige Verbindung zwischen den als Widerstandsheizelementen dienenden Symmetrierwiderständen und den Energiespeichern erforderlich, welche, wie oben bezüglich des erfindungsgemäßen Energiespeichers ausgeführt, unterschiedlich ausgebildet sein kann.
Bevorzugt bildet die Energiespeicheranordnung einen Teil eines Bordnetzes des Kraftfahrzeugs, wobei das Bordnetz wenigstens einen Generator, insbesondere zum Laden des Energiespeichers, und wenigstens einen elektrischen Strom verbrauchenden Verbraucher umfasst. Das Bordnetz kann beispielsweise ein 12 V oder ein 24 V Bordnetz sein.
Vorteilhaft ist das Widerstandsheizelement über eine diesem zugeordneten Steuereinrichtung zu- und abschaltbar, wobei die Steuereinrichtung zur Zu- schaltung des Widerstandsheizelements in Schubphasen des Kraftfahrzeugs ausgebildet ist. In den Schubphasen wird der von einem kraftfahrzeugseitig vorgesehenen Generator erzeugte Strom ohne Kraftstoffmehrverbrauch erzeugt, so dass während dieser Zeit für die Erzeugung der Wärmemenge ü- ber die als Widerstandsheizelemente ausgebildeten Symmetrierwiderstände kein zusätzlicher Kraftstoff verbraucht wird. Es handelt sich demnach um eine besonders energiesparende Betriebsart der Widerstandsheizelemente. Durch die über die Symmetrierwiderstände erfolgende schnelle Temperierung der Energiespeicher respektive der Energiespeicheranordnung steht die Energiespeicheranordnung bereits nach kurzer Zeit mit ihrer vollen Leistungsfähigkeit zur Verfügung. Diese kann dann z. B. für die Zwischenspei- cherung von Rekuperationsenergie oder eine redundante Energieversorgung, wie etwa für Sicherheitsverbraucher, verwendet werden.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
Fig. 1 eine Prinzipdarstellung eines Teils eines Bordnetzes eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs in einer beispielhaften Ausführungsform;
Fig. 2 eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Energiespeicheranordnung in einer weiteren beispielhaften Ausführungsform; und
Fig. 3 eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Energiespeicheranordnung in einer weiteren beispielhaften Ausführungsform.
Fig. 1 zeigt eine Prinzipdarstellung eines Teils eines Bordnetzes 1 eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs 2 in einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung. Das Bordnetz 1 umfasst eine einen Teil dieses bildende Energiespeicheranordnung 3, welche mehrere in Serie geschaltete, auf Lithium basierende Energiespeicher 4 (Lithiumzellen) aufweist. Jedem Energiespeicher 4 ist ein elektrischer, sogenannter Innenwiderstand 5 in Serie vorgeschaltet. Üblicherweise ist in dem Bordnetz 1 weiterhin wenigstens ein Generator (nicht gezeigt), insbesondere zum Laden der Energiespeicher 4, und wenigstens ein elektrischen Strom verbrauchender Verbraucher (nicht gezeigt) vorgesehen. Um Alterungs- bzw. Selbstentladeerscheinungen der E- nergiespeicher 4 zu begegnen, sind sogenannte Symmetrierwiderstände 6 vorhanden, wobei jedem Energiespeicher 4 jeweils ein Symmetrierwi- derstand 6 zugeordnet ist.
Erfindungsgemäß sind die Symmetrierwiderstände 6 als Widerstandsheizelemente ausgebildet und thermisch leitend mit den jeweiligen Energiespeichern 4 gekoppelt. Besonders vorteilhaft handelt es sich bei den Sym- metrierwiderständen 6 um Widerstandsheizfolien. Sonach können die über eine Steuereinrichtung 7 respektive von dieser angesteuerte elektrische Schaltmittel 9 separat bzw. individuell zuschaltbaren Symmetrierwiderstände 6 die jeweiligen Energiespeicher 4 gezielt temperieren, so dass die Energiespeicheranordnung 3 insgesamt schnell und einfach auf ihre jeweilige Betriebstemperatur gebracht werden kann, um ihre volle Leistungsfähigkeit, insbesondere auch im Hinblick auf ihre Lade- und Entladefähigkeit, entfalten zu können. Dies wird am nachfolgenden Beispiel verdeutlicht.
Ausgehend von einer Energiespeicheranordnung 3 bestehend aus vier in Serie geschalteten Energiespeichern 4 basierend auf Lithium mit einer elektrischen Leistung von ca. 5 Ah und einer Gesamtmasse von ca. 1 kg wäre bei einer Wärmekapazität der Energiespeicher 4 von ca. 0,21 Kcal/kg*K für eine Erwärmung um 10 K eine Energiemenge von ca. 2,4 Wh bzw. ca. 8700 Ws notwendig. Eine entsprechende Energiemenge wäre bei einer Bestromung eines als Widerstandsheizelement dienenden Symmetrierwiderstands 6 bei einer angelegten Spannung von ca. 14 V mit einer Stromstärke von ca. 20 A nach ca. 30 s erreicht. Im Vergleich dazu würde bei einer entsprechenden Bestromung eines Innenwiderstands 5 mit einem Widerstandswert von ca. 40 ηπΩ mit einer Stromstärke von ca. 20 A eine Leistung von ca. 16 W erzeugt, so dass die für die erforderliche Energiemenge von ca. 8700 Ws eine Bestromung des Innenwiderstands über eine Dauer von ca. 540 s erforderlich wäre.
Die Ansteuerung der jeweiligen Symmetrierwiderstände 6 über die Steuereinrichtung 7 erfolgt insbesondere in Abhängigkeit der Temperatur der jeweiligen Energiespeicher 4, weshalb diese indirekt oder direkt mit entsprechen- den Temperatursensoren (nicht gezeigt) verbunden sind, welche Temperatursensoren wiederum mit der Steuereinrichtung 7 kommunizieren, so dass eine Ansteuerung der als Widerstandsheizelemente ausgebildeten Sym- metrierwiderstände 6 und somit eine Temperierung der Energiespeicher 4 insbesondere nur erfolgt, wenn dies auch tatsächlich erforderlich ist.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung erfolgt die Ansteuerung der Sym- metrierwiderstände 6 seitens der Steuereinrichtung 7 nur in Schubphasen des Kraftfahrzeugs 2, in welchen der Strom vom Generator ohne Energiebzw. Kraftstoffmehrverbrauch erzeugt wird. Mithin wird zur Temperierung der Energiespeicher 4 über die Symmetrierwiderstände 6 keine zusätzliche E- nergie verbraucht.
Ersichtlich sind die Symmetrierwiderstände 6 bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform direkt innerhalb des der Energiespeicheranordnung 3 zugehörigen Gehäuses 8 angeordnet, so dass die von diesen erzeugte Wärmemenge möglichst verlustfrei auf die jeweiligen Energiespeicher 4 übertragen werden kann. Gegebenenfalls können zusätzlich thermisch leitfähige Materialien, wie z. B. thermisch leitfähige Pasten, Kleber oder dergleichen, zwischen den Symmetrierwiderständen 6 und den Energiespeichern 4 vorgesehen sein.
Die oben genannte vorteilhafte Ausführung der Symmetrierwiderstände 6 als flächige und flexible Widerstandsheizfolien erlaubt eine Umhüllung der Energiespeicher 4 mit den Symmetrierwiderständen 6, welche einen besonders effizienten Wärmeübergang gewährleistet.
Fig. 2 zeigt eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Energiespeicheranordnung 3 in einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der Erfindung. Der wesentliche Unterschied zu der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform betrifft die Anordnung der als Widerstandsheizelemente ausgebildeten Symmetrierwiderstände 6, welche hier nicht direkt innerhalb des Gehäuses 8 der Energiespeicheranordnung 3, sondern an deren Außenfläche angeordnet sind. Gleichermaßen ist eine thermisch leitende bzw. leitfähige Verbindung zwischen den Symmetrierwiderständen 6 und den jeweiligen Energiespeichern 4 sichergestellt, so dass insbesondere eine Temperierung der jeweiligen Flächen des Gehäuses 8 und weiter der innerhalb des Gehäuses 8 angeordneten Energiespeicher 4 sichergestellt ist. Eine Wärmeübertragung kann ergänzend auch über thermisch leitfähige Elemente (nicht gezeigt) zwischen den jeweiligen Symmetrierwiderständen 6 und den Energiespeichern 4 innerhalb des Gehäuses 8 sichergestellt sein.
Die Außenfläche des Gehäuses 8 kann im Bereich der Anordnung der jeweiligen Symmetrierwiderstände 6 mit einem thermisch leitfähigen Material, wie z. B. einer thermisch leitfähigen Paste, Kleber oder Lot versehen sein. Vorteilhaft erfolgt die Anbindung der Symmetrierwiderstände 6 gleichermaßen auch über das thermisch leitfähige Material, welches als entsprechende adhäsive Beschichtung eine stabile Verbindung der Symmetrierwiderstände 6 und der Außenfläche des Gehäuses 8 gewährleistet.
Fig. 3 zeigt eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Energiespeicheranordnung 3 in einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der Erfindung. Hierbei sind die Symmetrierwiderstände 6 extern bzw. beabstandet zu der Energiespeicheranordnung 3 angeordnet. Eine thermisch leitfähige Verbindung zwischen den Symmetrierwiderständen 6 und den innerhalb des Gehäuses 8 der Energiespeicheranordnung 3 angeordneten Energiespeichern 4 erfolgt hier über entsprechende thermisch leitfähige Elemente 10, welche beispielsweise als nach außen thermisch isolierte Kupferstangen ausgebildet sein können. Wenngleich diese Art der Verbindung der Symmetrierwiderstände 6 mit der Energiespeicheranordnung 3 respektive der dieser zugehörigen Energiespeicher 4 mit verhältnismäßig großen thermischen Verlusten verbunden sein kann, können sich insbesondere bei besonders kompakt aufgebauten Energiespeicheranordnungen 3, in deren Gehäuse 8 kein Platz für eine zusätzliche Anordnung entsprechender Symmetrierwiderstände 6 gegeben ist, Vorteile ergeben, da eine Einbringung von Wärmeenergie mittels der thermisch leitfähigen Elemente 10 auch von einem zu der Energiespeicheranordnung 3 beabstandeten Ort über entsprechende Symmetrierwiderstände 6 möglich ist. Selbstverständlich ist die Anordnung der Symmetrierwiderstände 6 derart, dass diese weiterhin auch der Sym- metrierung der der Energiespeicheranordnung 3 zugehörigen Energiespeicher 4 dienen.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Energiespeicheranordnung (3), umfassend wenigstens einen wieder- aufladbaren elektrischen Energiespeicher (4) sowie wenigstens einen diesem zugeordneten elektrischen Symmetrierwiderstand (6), dadurch gekennzeichnet,
dass der Symmetrierwiderstand (6) als Widerstandsheizelement ausgebildet ist und über eine thermisch leitende Verbindung mit dem Energiespeicher (4) gekoppelt ist.
2. Energiespeicheranordnung nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Widerstandsheizelement samt dem Energiespeicher (4) an oder in einem gemeinsamen Gehäuse (8) der Energiespeicheranordnung (3) angeordnet ist oder über wenigstens ein thermisch leitfähiges Element (10) mit dem Energiespeicher (4) verbunden ist.
3. Energiespeicheranprdnung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Widerstandsheizelement über eine diesem zugeordnete Steuereinrichtung (7) zu- und abschaltbar ist.
4. Energiespeicheranordnung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Steuereinrichtung (7) zur Zuschaltung des Widerstandsheizelements in Abhängigkeit einer erfassten Temperatur des Energiespeichers (4) ausgebildet ist.
5. Energiespeicheranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass das Widerstandsheizelement zu dem Energiespeicher (4) parallel geschaltet ist.
6. Energiespeicheranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass das Widerstandsheizelement als Widerstandsheizfolie ausgebildet ist.
7. Energiespeicheranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass ein Energiespeicher (4) wenigstens ein auf Lithium basierendes Speicherelement umfasst.
8. Energiespeicheranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass mehrere in Serie geschaltete Energiespeicher (4) vorgesehen sind, wobei jeder Energiespeicher (4) thermisch leitend mit wenigstens einem Widerstandsheizelement verbunden ist.
9. Kraftfahrzeug (2), mit wenigstens einer Energiespeicheranordnung (3), insbesondere der Energiespeicheranordnung (3) nach einem der vorangehenden Ansprüche, umfassend wenigstens einen wiederauflad- baren elektrischen Energiespeicher (4) sowie wenigstens einen diesem zugeordneten elektrischen Symmetrierwiderstand (6),
dadurch gekennzeichnet,
dass der Symmetrierwiderstand (6) als Widerstandsheizelement ausgebildet ist und über eine thermisch leitende Verbindung mit dem Energiespeicher (4) gekoppelt ist.
10. Kraftfahrzeug nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, dass die Energiespeicheranordnung (3) einen Teil eines Bordnetzes (1) des Kraftfahrzeugs (2) bildet, wobei das Bordnetz (1) wenigstens einen Generator, insbesondere zum Laden des Energiespeichers, und wenigstens einen elektrischen Strom verbrauchenden Verbraucher umfasst.
11. Kraftfahrzeug nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Widerstandsheizelement über eine diesem zugeordnete Steuereinrichtung (7) zu- und abschaltbar ist, wobei die Steuereinrichtung (7) zur Zuschaltung des Widerstandsheizelements in Schubphasen des Kraftfahrzeugs (2) ausgebildet ist.
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