WO2017102619A1 - Energiesystem - Google Patents

Energiesystem Download PDF

Info

Publication number
WO2017102619A1
WO2017102619A1 PCT/EP2016/080570 EP2016080570W WO2017102619A1 WO 2017102619 A1 WO2017102619 A1 WO 2017102619A1 EP 2016080570 W EP2016080570 W EP 2016080570W WO 2017102619 A1 WO2017102619 A1 WO 2017102619A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
temperature control
temperature
fuel cell
cell module
energy system
Prior art date
Application number
PCT/EP2016/080570
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ulrich Sauter
Frank Baumann
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Publication of WO2017102619A1 publication Critical patent/WO2017102619A1/de

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M16/00—Structural combinations of different types of electrochemical generators
    • H01M16/003—Structural combinations of different types of electrochemical generators of fuel cells with other electrochemical devices, e.g. capacitors, electrolysers
    • H01M16/006—Structural combinations of different types of electrochemical generators of fuel cells with other electrochemical devices, e.g. capacitors, electrolysers of fuel cells with rechargeable batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/62—Heating or cooling; Temperature control specially adapted for specific applications
    • H01M10/625—Vehicles
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0432—Temperature; Ambient temperature
    • H01M8/04358—Temperature; Ambient temperature of the coolant
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0432—Temperature; Ambient temperature
    • H01M8/04365—Temperature; Ambient temperature of other components of a fuel cell or fuel cell stacks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04701—Temperature
    • H01M8/04723—Temperature of the coolant
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K6/00—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00
    • B60K6/20—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs
    • B60K6/22—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by apparatus, components or means specially adapted for HEVs
    • B60K6/32—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by apparatus, components or means specially adapted for HEVs characterised by the fuel cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/66—Heat-exchange relationships between the cells and other systems, e.g. central heating systems or fuel cells
    • H01M10/663—Heat-exchange relationships between the cells and other systems, e.g. central heating systems or fuel cells the system being an air-conditioner or an engine
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M2008/1095—Fuel cells with polymeric electrolytes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2250/00—Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
    • H01M2250/20—Fuel cells in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Definitions

  • the present invention relates to an energy system according to the preamble of
  • the invention also relates to a vehicle having an energy system with at least one battery module and at least one fuel cell module according to the preamble of claim 10.
  • Such energy systems are often used for vehicles, in particular
  • Fuel cell vehicles used which are operated with fuel cell modules.
  • Core components are so-called fuel cell stacks, which consist of several individual cells that are stacked on top of each other in a bipolar arrangement and clamped together.
  • the core component of a single cell is a so-called membrane electrode unit which comprises a proton-conducting membrane on which catalyst layers are applied on both sides.
  • fuel cells based on such membranes are typically operated in a temperature range between 50 and 90 °. A corresponding cooling system is accordingly designed for the upper end of this temperature range.
  • a fuel cell usually has a hypotension by means of a rechargeable battery.
  • the currently used accumulators are operated on lithium-ion basis at temperatures of ⁇ 40 ° C.
  • the cells become carbonate-based liquid or gelatinous
  • Electrolytes used which show a high accelerated aging at higher temperatures in contact with the active material used and also can reach safety-critical conditions. To prevent this, the hybrid accumulator needs its own cooling system, which typically connected to the air conditioning system of the vehicle. An above average powerful air conditioning system is used. Furthermore, it is common that the cooling system has its own air conditioning. Disclosure of the invention
  • the present invention relates to an energy system with all the features of the main claim. Furthermore, the invention is likewise directed to a vehicle having an energy system with at least one battery module and at least one fuel cell module having all the features of claim 10.
  • the energy system according to the invention has at least one battery module and at least one fuel cell module. Furthermore, the energy system comprises a first temperature control circuit for at least the battery module and a second temperature control circuit for at least the fuel cell module.
  • the core of the invention is that the temperature control circuits are connected to each other at least energy technology to a common Temperier Vietnamese Wunsch.
  • a battery module may preferably be an electric battery comprising an interconnection of a plurality of similar galvanic cells. Furthermore, it may also be rechargeable batteries.
  • lithium-ion batteries can preferably be used. These work on the basis of lithium compounds, whereby these reactive materials in the electrodes as well as in the electrolyte contain lithium ions.
  • lithium-ion batteries can be thermally stable. In particular, by using a medium-temperature battery concept, the batteries can be operated at temperatures between 20 and 120 ° C, preferably at temperatures between 35 and 100 ° C and more preferably at temperatures between 50 and 80 ° C.
  • Fuel cell module may be in particular PEM fuel cells, wherein the fuel cell module of one or more
  • Fuel cell stacks may exist, the individual stacks may consist of up to several hundred individual cells.
  • the fuel cell module can preferably be operated in the same temperature range as the battery module.
  • For temperature control of the fuel cell module and the Battery module can be provided Temperier Vietnamese.
  • a first temperature control circuit can be provided for the battery module and a second temperature control circuit can be provided for the fuel cell module.
  • Fuel cell module connected to a single common Temperier Vietnamese Jerusalemmaschinerier tempering circuits are tempered. Several separate temperature control circuits or temperature control are therefore superfluous.
  • the tempering circuit may in particular be at least one
  • the tempering takes place in particular against the outside temperature.
  • a composite with an air conditioner in particular the air conditioning of a motor vehicle, also conceivable.
  • the first temperature control circuit of the battery module and the second temperature control circuit for the fuel cell module can be connected to one another, in particular integrated into one another.
  • the connection or the integration can preferably take place in terms of energy, with an exchange of energy between the first temperature control circuit and the second temperature control circuit being made possible.
  • a separate tempering system in particular a cooling system can be saved and a common
  • Temperierniklauf may be sufficient for both the fuel cell module and for the battery module.
  • Air conditioning compressor is not needed in contrast to conventional Li-ion battery modules.
  • Air conditioning compressor is not needed in contrast to conventional Li-ion battery modules.
  • the temperature control circuits of the energy system are thermally connected to each other.
  • this connection can be made by a heat exchanger.
  • a heat exchanger is a device that can transmit thermal energy. The temperature transfer can be done directly or indirectly.
  • a heat exchanger can preferably exchange the temperature by passing fluids past each other and allowing the various temperatures to equalize as they pass.
  • the thermal connection may cause in the first and in the second temperature control in each case the same temperature prevails.
  • the preferred temperature is in particular between 50 ° C and 80 ° C.
  • the temperature control circuits are fluidly connected with each other. In particular, this may be the case if the
  • Temperature control circuits are permeable to specific fluids.
  • the fluids may advantageously be gaseous or liquid fluids, in particular air, water, oil and / or glycol and a mixture thereof.
  • the fluids of the first temperature control circuit can also flow through the second temperature control circuit and vice versa.
  • Connection can be achieved in particular an efficient adjustment of the temperature in the entire common temperature control. It can be provided that the fluids via lines to the various
  • Components (such as, battery module, pump, valves, heat exchangers, fuel cell module) of the temperature control circuits are performed. It is from
  • the lines are made of plastic or plastic dressings or other materials, so that they have a low weight and are designed at the same time very durable.
  • the temperature control circuits comprise at least one pump and / or a valve and / or a heat exchanger.
  • the pump can advantageously be a fluid pump which can pump fluids, in particular fluids for temperature control, through the temperature control circuits or through the common temperature control circuit.
  • the valves may be designed for blocking or for introducing and / or discharging fluids.
  • This may advantageously be adjustable three and / or
  • valves that allow the flow of fluid in multiple parts of the circuits and in any bypass of the energy system.
  • the valves can preferably between a possible
  • Fuel cell module and the battery module may be arranged.
  • the pump can also be particularly between the battery module and the
  • Fuel cell module may be arranged. This may advantageously also be several different pumps.
  • the heat exchanger is preferably arranged such that it is cooled with the ambient air can.
  • the air cooler can be configured at sufficient speed by itself and / or additionally with a fan, which passes ambient air for cooling in this.
  • Heat exchanger can temper the energy system to a temperature of in particular 50 to 80 ° C.
  • the heat exchanger can also be arranged in particular in spatial proximity to the fuel cell module. Further, it is advantageous if the valves and / or the pump are made of plastic or plastic dressings or other materials, so that they have a low weight and are designed at the same time very durable.
  • the temperature control circuits have a fluid, wherein this fluid is in particular a refrigerant fluid.
  • the fluid can advantageously for maintaining the temperature of the
  • a tempering fluid is a medium which, in particular in a heating and / or a
  • Cooling circuit transports a specific fluid from one location to another.
  • the two places have a temperature gradient.
  • Temperingfluiden can be both heating fluids and to
  • a tempering fluid has a specific heat capacity and a high heat transfer coefficient and a high heat transfer coefficient
  • Thermal conductivity A low freezing point in particular ⁇ 30 ° C and a sufficiently high boiling point in particular> than 130 ° C may be useful. Furthermore, a low viscosity of the tempering fluid may also be advantageous in order to be transported particularly easily. It is also conceivable that the temperature fluid is neither combustible nor explosive or toxic in order to ensure the safety of the entire energy system. Air as
  • Temperature control system can be used for cooling or for heating. Furthermore, air has the advantage that it can be used in an environmentally friendly way. Water is also a good one due to its high specific heat capacity (about 4.2 kJ per kg) and its high specific enthalpy of vaporization (about 2000 kJ per kg) and its melting temperature of about 330 kJ per kg Heat or cold carrier. Water can be used in particular as a cooling fluid is a coolant. Water can be used not only in the liquid, but also in the gas or vapor state as a heat carrier and in the solid state as a refrigerant. In addition to water can also more
  • Water compositions are used, in particular water / glycol
  • compositions have the advantage that they are hardly corrosive. Furthermore, these can be used in particular as antifreeze, since the
  • Thermal oils can be used for oil cooling or oil heating.
  • valves are particularly advantageous since they can discharge the fluids from the device or through these into the device are hineinleitbar or are interchangeable. Therefore, the arrangement of valves, in particular in or around the pumping area of advantage, but depending on the obstruction of the device according to an optimal
  • Accessibility can be varied.
  • control device may be provided, which with the
  • connection can advantageously via a signal connection to
  • the control unit can monitor the various parameters.
  • the control unit can monitor the various parameters.
  • the control device can also control the fluid flow, in particular by regulating the pump and / or the valve and / or the heat exchanger. In particular, the duration of the pumping power and the intensity or the pressure of the pumping power can be set for the pump.
  • the valves which are advantageously three- or four-way valves, can be controlled so that the flow rate of the fluid through the conduit between the various modules is variable.
  • the heat exchanger can also be controlled, whereby an intensity of the air cooling can be controlled and thus a reduction or increase the temperature can go along. On the control device can thus be determined whether the device should be heated or cooled.
  • a control of the individual components can be done in particular centrally.
  • reference values can be stored in the control device, so that the control device can determine whether, for example, the temperature of the
  • Battery module and / or the fuel cell module is located in a predefined normal range.
  • the sensors can in particular be in signal communication with the control device.
  • the control device can detect the parameters such as temperature pressure, flow velocity, etc., in particular via sensors.
  • the sensors can advantageously be installed in the battery module and / or in the fuel cell module as well as in the heat exchanger in the various valves and in the pump. In addition, sensors may also be integrated in the lines between the various elements to achieve even more accurate monitoring of the energy system.
  • At least one of the temperature control circuits has a bypass, in particular that through the bypass
  • Fuel cell module is separable from the temperature control.
  • a bypass may be provided in particular, between heat exchanger and
  • Fuel cell module can lead past, but the entire line is passed past the fuel cell module.
  • a bypass it is only possible that the fuel cell module is virtually decoupled from the circuit and thus the circuit of pumps, valves and heat exchangers can only be integrated with the battery module.
  • a temperature exchange only with the battery module without the fuel cell module is thereby made possible.
  • a bypass for bypassing the battery module is conceivable.
  • the battery module is operable at a temperature of 20 to 120 ° C, preferably at a temperature of 35 to 100 ° C and more preferably at a temperature of 50 to 80 ° C.
  • the fuel cell module at a temperature of 20 to 120 ° C, preferably at a temperature of 35 to 100 ° C and more preferably at a temperature of 50 to 80 ° C is operable. In this temperature range may preferably be assumed that a mean temperature. This may advantageously be around
  • Medium temperature battery modules and medium temperature fuel cell modules act. These can be operated in the same temperature range, in particular at 50 to 80 ° C. Since both modules are in the same temperature range, there is no need for a separate system for controlling the temperature of both modules. Both modules can be tempered with the same system for temperature control, in particular the same temperature control circuit. It can thereby be achieved that such fuel cell modules are cold-start capable and thus can start even at temperatures of -25 ° C. or below. If, for example, the battery module cools down to a temperature below its operating temperature range after a long standstill of the battery module, then in the system according to the invention the cold start can be performed by a fuel cell module and the battery module can be brought to operating temperature with the module in the common temperature control circuit. It is also conceivable that the battery module is also able to bring the fuel cell module to the desired operating temperature range. The temperature control can be done mutually.
  • Another core of the invention is a vehicle having an energy system with at least one battery module and at least one fuel cell module. Furthermore, a first temperature control circuit for the battery module and a second temperature control circuit for the fuel cell module is included.
  • the temperature control circuits can be connected to one another at least in energy terms to form a temperature control circuit.
  • the present invention is also directed to
  • Figure 1 is a schematic representation of a vehicle with a
  • Figure 2a is a schematic representation of an embodiment of the
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a vehicle 1 with an energy system 10 according to the invention.
  • the energy system 10 can be used not only in vehicles, but also in connection with the temperature control of any other battery modules 2 and / or fuel cell modules 3.
  • the energy system 10 can thereby for temperature control of at least one battery module 2 or a
  • Fuel cell module 3 serve.
  • FIG. 2 a shows the energy system 10 according to the invention.
  • a first line 9.1 runs from the battery module 2 to the pump 5, wherein the pump 5 runs the
  • Temperierfluid passes through the lines 9.1, 9.2, 9.3, 9.4, 9.4a, 9.5, 9.6.
  • various parameters such as. Pressure,
  • Heat exchanger 4 can be performed.
  • the heat exchanger 4 can cool the tempering fluid, in particular by the ambient air.
  • a fan can be installed in the heat exchanger 4, the other ambient air in the
  • Heat exchanger 4 passes and thereby the fluid is cooled more efficiently.
  • Heat exchanger 4 can also be arranged a heat exchanger to temper the fluid. From the heat exchanger 4, the fluid can continue over a
  • Line 9.4 be passed via a valve 6 to the fuel cell module 3.
  • the valve 6 can manipulate the fluid flow. Often it can be
  • valve 6 can reduce, increase or eliminate the flow of fluid. Furthermore, a bypass of the fuel cell module is possible via a line 9.4a, wherein the
  • Line 9.4a can go into the line 9.5, which back to
  • Battery module 2 leads. The fluid continues in line 9.5 through two
  • the energy system 10 comprises at least the components heat exchanger 4, valve 6, 7, 8,
  • the fluid is, in particular, a tempering fluid, which may in particular comprise at least one of the substances air, water, water / glycol or oil.
  • a tempering fluid which may in particular comprise at least one of the substances air, water, water / glycol or oil.
  • the valves 6, 7, 8, the pump 5 and the lines 9 are made of plastic or plastic dressings or other materials, so that they are light in weight have and can be designed very durable.
  • the energy system 10 may have a control device 20, which has at least one signal connection 21 with at least one of the following, the
  • Heat exchanger 4 the valve 6, the fuel cell module 3, the valve 7, the valve 8, the pump 5 or the battery module 2 is connected. about
  • Sensors 22 the temperature of the battery module 2, in particular at several points within the battery module 2, are measured and monitored. Furthermore, it can be provided that also sensors 23 can measure the temperature in the fuel cell module 3, in particular at several locations of the fuel cell module 3. Further, also can
  • Sensors 24 in the heat exchanger 4 sensors 26 in the valve 6, sensors 27 in the valve 7, sensors 28 in the valve 8 or sensors 25 in the pump 5 and various sensors 29 in the lines 9.1, 9.2, 9.3, 9.4, 9.4a, 9.5, 9.6 of the energy system 10.
  • a temperature in particular in the range of 50 to 80 ° C, a
  • Components in particular heat exchanger 4 and valves 6, 7, 8 or 5 control the pump and initiate a temperature adjustment, for example, the intensity of the heat exchanger 4 can be increased here. An optimal operating temperature can thus be maintained constant.
  • the senor prefferably regulates the fluid flow by regulating the valves 6, 7, 8 and / or the pump 5.
  • FIG. 2b shows another embodiment of the energy system 10 from FIG. 2a.
  • two pumps 5a, 5b are shown, wherein one pump 5a can be arranged in the line 9.1 and another pump 5b can be arranged in a line between the lines 9.1 and 9.6.
  • a more precise control of the fluid flow can be caused.
  • the fluid flow can be influenced at several points, so that an optimal temperature control of the
  • the first temperature control circuit comprises the battery module 2 and the line 9.1, the pumps 5a, 5b and the line 9.2, 9.3, the
  • the second temperature control circuit comprises the components fuel cell module 3 and the line 9.3, the heat exchanger 4, the line 9.4, the valve 6.
  • at least one pump 5a, 5b may be arranged in the second temperature control.
  • the common temperature control circuit can comprise all components of the first and second temperature control circuits.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Energiesystem (1) mit mindestens einem Batteriemodul (2) und mindestens einem Brennstoffzellenmodul (3), umfassend einen ersten Temperierkreislauf für das Batteriemodul (2) sowie einen zweiten Temperierkreislauf für das Brennstoffzellenmodul (3). Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Temperierkreisläufe zumindest energietechnisch miteinander zu einem gemeinsamen Temperierkreislauf verbunden sind.

Description

Beschreibung
Titel
Energiesystem Die vorliegende Erfindung betrifft ein Energiesystem gemäß dem Oberbegriff des
Hauptanspruchs. Ferner betrifft die Erfindung ebenfalls ein Fahrzeug mit einem Energiesystem mit mindestens einem Batteriemodul und mindestens einem Brennstoffzellenmodul gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 10. Stand der Technik
Derartige Energiesysteme werden oftmals für Fahrzeuge, insbesondere
Brennstoffzellenfahrzeuge eingesetzt, welche mit Brennstoffzellenmodulen betrieben werden. Kernkomponenten sind dabei so genannte Brennstoff- zellenstacks, die aus mehreren Einzelzellen bestehen, die in Bipolaranordnung aufeinander gestapelt und miteinander verspannt sind. Kernkomponente einer Einzelzelle ist eine so genannte Membranelektrodeneinheit, welche eine protonenleitende Membran umfasst, auf welcher beidseitig Katalysatorschichten aufgebracht sind. Um eine optimale Befeuchtung und Leitfähigkeit der Membran zu gewährleisten, werden auf derartigen Membranen basierte Brennstoffzellen typischerweise in einem Temperaturbereich zwischen 50 und 90° betrieben. Ein entsprechendes Kühlsystem ist dementsprechend auf das obere Ende dieses Temperaturbereichs ausgelegt. Ferner verfügt eine Brennstoffzelle üblicherweise über eine Hypotisierung mittels eines Akkumulators. Die aktuell verwendeten Akkumulatoren werden auf Lithium-Ionen-Basis bei Temperaturen von < 40°C betrieben. In den Zellen werden karbonatbasierte flüssige oder gelartige
Elektrolyte verwendet, die bei höheren Temperaturen in Kontakt mit dem verwendeten Aktivmaterial eine stark beschleunigte Alterung zeigen und außerdem in sicherheitskritische Zustände gelangen können. Um dies zu verhindern, benötigt der Hybridakkumulator ein eigenes Kühlsystems, welches typischerweise mit der Klimaanlage des Fahrzeugs verbunden ist. Eine überdurchschnittlich leistungsfähige Klimaanlage kommt dabei zum Einsatz. Ferner ist es üblich, dass das Kühlsystem über eine eigene Klimaanlage verfügt. Offenbarung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Energiesystem mit sämtlichen Merkmalen des Hauptanspruchs. Des Weiteren ist die Erfindung ebenfalls auf ein Fahrzeug mit einem Energiesystem mit mindestens einem Batteriemodul und mindestens einem Brennstoffzellenmodul mit sämtlichen Merkmalen des Anspruchs 10 gerichtet.
Das erfindungsgemäße Energiesystem weist zumindest ein Batteriemodul und zumindest ein Brennstoffzellenmodul auf. Ferner umfasst das Energiesystem einen ersten Temperierkreislauf für zumindest das Batteriemodul sowie einen zweiten Temperierkreislauf für zumindest das Brennstoffzellenmodul. Dabei ist der Kern der Erfindung, dass die Temperierkreisläufe zumindest energietechnisch miteinander zu einem gemeinsamen Temperierkreislauf verbunden sind. Bei einem Batteriemodul kann es sich vorzugsweise um eine elektrische Batterie handeln, die eine Zusammenschaltung mehrerer gleichartiger galvanischer Zellen umfasst. Ferner kann es sich ebenfalls um wieder aufladbare Akkumulatoren handeln. Ferner können bevorzugt Lithium-Ionen-Batterien eingesetzt werden. Diese funktionieren auf der Basis von Lithium-Verbindungen, wobei diese reaktiven Materialien in den Elektroden sowie im Elektrolyt Lithium- Ionen enthalten. Vorteilhafterweise können Lithium-Ionen-Batterien thermisch stabil sein. Insbesondere durch die Verwendung eines Mitteltemperaturbatteriekonzepts können die Batterien bei Temperaturen zwischen 20 und 120°C, bevorzugt bei Temperaturen zwischen 35 und 100°C und besonders bevorzugt bei Temperaturen zwischen 50 und 80°C betrieben werden. Bei dem
Brennstoffzellenmodul kann es sich insbesondere um PEM-Brennstoffzellen handeln, wobei das Brennstoffzellenmodul aus einem oder mehreren
Brennstoffzellenstacks bestehen kann, wobei die einzelnen Stacks aus bis zu mehreren hundert Einzelzellen bestehen können. Das Brennstoffzellenmodul kann vorzugsweise im selben Temperaturbereich betrieben werden wie das Batteriemodul. Zur Temperierung des Brennstoffzellenmoduls sowie des Batteriemoduls können Temperierkreisläufe vorgesehen sein. Dabei kann ein erster Temperierkreislauf für das Batteriemodul vorgesehen und ein zweiter Temperierkreislauf für das Brennstoffzellenmodul vorgesehen sein.
Erfindungswesentlich kann sowohl das Batteriemodul als auch das
Brennstoffzellenmodul, zu einem einzigen gemeinsamen Temperierkreislauf verbundenen Temperierkreisläufen, temperiert werden. Mehrere separate Temperierkreisläufe bzw. Temperiermittel sind damit überflüssig. Bei dem Temperierkreislauf kann es sich insbesondere um mindestens einen
Kühlkreislauf handeln, der einen Temperaturbereich von insbesondere 50 bis 80°C im Energiesystem konstant hält. Die Temperierung erfolgt dabei insbesondere gegen die Außentemperatur. Ferner ist ein Verbund mit einer Klimaanlage, insbesondere der Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs, ebenfalls denkbar. Der erste Temperierkreislauf des Batteriemoduls und der zweite Temperierkreislauf für das Brennstoffzellenmodul können miteinander verbunden sein, insbesondere ineinander integriert sein. Die Verbindung bzw. die Integration kann vorzugsweise energietechnisch erfolgen, wobei ein Austausch von Energie zwischen dem ersten Temperierkreislauf und dem zweiten Temperierkreislauf ermöglicht wird. Vorteilhafterweise kann damit ein separates Temperiersystem, insbesondere ein Kühlsystem eingespart werden und ein gemeinsamer
Temperierkreislauf kann sowohl für das Brennstoffzellenmodul als auch für das Batteriemodul ausreichend sein. Ein Temperierkreislauf mit einem
Klimakompressor wird im Gegensatz zu konventionellen Li-Ionen- Batteriemodulen nicht benötigt. Vorteilhafterweise wird es durch ein derartiges Energiesystem ermöglicht die Temperierung in dem Energiesystem auf einfache und kostengünstige Weise zu gewährleisten.
Ferner ist es vorteilhaft, dass die Temperierkreisläufe des Energiesystems thermisch miteinander verbunden sind. Insbesondere kann diese Verbindung durch einen Wärmetauscher erfolgen. Ein Wärmetauscher ist eine Vorrichtung, die thermische Energie übertragen kann. Die Temperaturübertragung kann dabei direkt oder indirekt erfolgen. Ein Wärmetauscher kann die Temperatur bevorzugt dadurch austauschen, dass Fluide aneinander vorbei geleitet werden und beim Passieren sich die verschiedenen Temperaturen angleichen können. Die thermische Verbindung kann dazu führen, dass in dem ersten und in dem zweiten Temperierkreislauf jeweils die gleiche Temperatur vorherrscht. Die bevorzugte Temperatur ist dabei insbesondere zwischen 50°C und 80°C.
Ferner ist es ebenfalls denkbar, dass die Temperierkreisläufe fluidtechnisch miteinander verbunden sind. Insbesondere kann dies der Fall sein, wenn die
Temperierkreisläufe durchlässig für spezifische Fluide sind. Bei den Fluiden kann es sich dabei vorteilhafterweise um gasförmige oder flüssige Fluide handeln, insbesondere um Luft, Wasser, Öl und/oder Glykol sowie ein Gemisch daraus. Die Fluide des ersten Temperierkreislaufs können dabei ebenfalls den zweiten Temperierkreislauf und umgekehrt durchfließen. Durch eine fluidtechnische
Verbindung kann insbesondere ein effizientes Angleichen der Temperatur im gesamten gemeinsamen Temperierkreislauf erreicht werden. Dabei kann es vorgesehen sein, dass die Fluide über Leitungen zu den verschiedenen
Komponenten (wie bspw. Batteriemodul, Pumpe, Ventile, Wärmetauscher, Brennstoffzellenmodul) der Temperierkreisläufe geführt werden. Dabei ist es von
Vorteil, wenn die Leitungen aus Kunststoff oder Kunststoffverbänden oder anderen Materialien hergestellt sind, so dass diese ein geringes Gewicht aufweisen und gleichzeitig sehr strapazierfähig ausgestaltet sind. Es ist ebenfalls denkbar, dass die Temperierkreisläufe zumindest eine Pumpe und/oder ein Ventil und/oder einen Wärmetauscher umfassen. Bei der Pumpe kann es sich vorteilhafterweise um eine Fluidpumpe handeln, welche Fluide, insbesondere Fluide zum Temperieren, durch die Temperierkreisläufe bzw. durch den gemeinsamen Temperierkreislauf pumpen kann. Die Ventile können zum Blockieren oder zum Ein- und/oder Auslassen von Fluiden ausgestaltet sein.
Dabei kann es sich vorteilhafterweise um regelbare Drei- und/oder
Vierwegeventile handeln, die den Fluss des Fluids in mehreren Teilen der Kreisläufe sowie in einem eventuellen Bypass des Energiesystems ermöglichen. Die Ventile können dabei vorzugsweise zwischen einem möglichen
Wärmetauscher und dem Brennstoffzellenmodul sowie zwischen dem
Brennstoffzellenmodul und dem Batteriemodul angeordnet sein. Die Pumpe kann ferner insbesondere zwischen dem Batteriemodul und dem
Brennstoffzellenmodul angeordnet sein. Dabei kann es sich vorteilhafterweise auch um mehrere verschiedene Pumpen handeln. Der Wärmetauscher ist vorzugsweise derart angeordnet, dass er mit der Umgebungsluft gekühlt werden kann. Insbesondere in einem Fahrzeug kann der Luftkühler bei ausreichender Geschwindigkeit von selbst und/oder zusätzlich mit einem Lüfter ausgestaltet sein, welcher Umgebungsluft zum Kühlen in diesen hineinleitet. Der
Wärmetauscher kann dabei das Energiesystem auf eine Temperatur von insbesondere 50 bis 80°C temperieren. Der Wärmetauscher kann dabei ferner insbesondere in räumlicher Nähe zum Brennstoffzellenmodul angeordnet sein. Ferner ist es von Vorteil, wenn die Ventile und/oder die Pumpe aus Kunststoff oder Kunststoffverbänden oder anderen Materialien hergestellt sind, so dass diese ein geringes Gewicht aufweisen und gleichzeitig sehr strapazierfähig ausgestaltet sind.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass die Temperierkreisläufe ein Fluid aufweisen, wobei dieses Fluid insbesondere ein Kältefluid ist. Das Fluid kann dabei vorteilhafterweise zur Aufrechterhaltung der Temperatur des
Batteriemoduls und/oder des Brennstoffzellenmoduls beitragen. Es ist dabei sinnvoll, dass das Fluid mindestens einen der folgenden Stoffe aufweist: Luft, Wasser, Glykol, Wasser/Glykolzusammensetzung, Öl. Ein Temperierfluid ist dabei ein Medium, welches insbesondere in einem Heiz- und/oder einem
Kühlkreislauf ein bestimmtes Fluid von einem Ort zu einem anderen Ort transportiert. Insbesondere weisen die beiden Orte dabei ein Temperaturgefälle auf. Bei Temperierfluiden kann es sich sowohl um Heizfluide als auch um
Kühlfluide handeln. Vorliegend werden insbesondere Kühlfluide eingesetzt. Ein Temperierfluid weist dabei insbesondere eine spezifische Wärmekapazität und einen großen Wärmeübertragungskoeffizienten auf sowie eine hohe
Wärmeleitfähigkeit. Ein niedriger Gefrierpunkt bei insbesondere < 30°C und ein ausreichend hoher Siedepunkt bei insbesondere > als 130°C kann dabei sinnvoll sein. Ferner kann ebenfalls eine geringe Viskosität des Temperierfluids von Vorteil sein, um besonders leicht transportiert zu werden. Ebenfalls ist es denkbar, dass das Temperaturfluid weder brennbar noch explosiv oder giftig ist, um die Sicherheit des gesamten Energiesystems zu gewährleisten. Luft als
Temperiersystem kann zur Kühlung oder zur Erwärmung eingesetzt werden. Weiterhin hat Luft den Vorteil, dass diese umweltschonend eingesetzt werden kann. Wasser ist ferner aufgrund seiner hohen spezifischen Wärmekapazität (ca. 4,2 kJ pro kg) und seiner hohen spezifischen Verdampfungsenthalpie (ca. 2000 kJ pro kg) und seiner Schmelztemperatur von ca. 330 kJ pro kg, ein guter Wärme- bzw. Kälteträger. Wasser stellt dabei insbesondere als Kühlfluid ein Kühlmittel dar. Wasser kann nicht nur im flüssigen, sondern auch im gas- bzw. dampfförmigen Zustand als Wärmeträger und im festen Zustand als Kälteträger eingesetzt werden. Neben Wasser können auch weitere
Wasserzusammensetzungen eingesetzt werden, insbesondere Wasser/Glykol-
Zusammensetzungen haben den Vorteil, dass diese kaum korrosiv sind. Ferner können diese insbesondere als Gefrierschutz eingesetzt werden, da der
Gefrierpunkt bei sehr niedrigen Temperaturen liegt. Öle, insbesondere
Thermalöle, können zur Ölkühlung oder Ölbeheizung eingesetzt werden.
Insbesondere werden Materialöle, Synthetiköle und/oder biologische Öle verwendet. Besonders Mineralöle können dabei zur Temperaturübertragung eingesetzt werden. Die Ventile können dabei insbesondere von Vorteil sein, da sie die Fluide aus der Vorrichtung entlassen können bzw. durch diese in die Vorrichtung hineinleitbar sind oder durch diese austauschbar sind. Daher ist die Anordnung von Ventilen insbesondere in oder um den Pumpbereich von Vorteil, kann jedoch je nach Verbauung der Vorrichtung gemäß einer optimalen
Zugänglichkeit variiert werden.
Ferner kann ein Kontrollgerät vorgesehen sein, welches mit den
Temperierkreisläufen in Verbindung steht. Diese Verbindung besteht
insbesondere mit dem Batteriemodul und/oder mit dem Brennstoffzellenmodul. Die Verbindung kann vorteilhafterweise über eine Signalverbindung zum
Datenaustausch und/oder zur Kontrolle erfolgen. Das Kontrollgerät kann dabei die verschiedenen Parameter überwachen. Vorteilhafterweise kann das
Kontrollgerät die Temperatur des Batteriemoduls bzw. des Brennstoffzellenmoduls überwachen. Darüber hinaus kann ebenfalls eine Überwachung des Fluidflusses von Vorteil sein. Das Kontrollgerät kann dabei ferner den Fluidfluss steuern, insbesondere durch eine Regelung der Pumpe und/oder des Ventils und/oder des Wärmetauschers. Für die Pumpe kann insbesondere die Dauer der Pumpleistung sowie die Intensität oder der Druck der Pumpleistung eingestellt werden. Die Ventile, wobei es sich vorteilhafterweise um Drei- bzw. Vierwegeventile handelt, können derart gesteuert werden, dass die Durchflussmenge des Fluids durch die Leitung zwischen den verschiedenen Modulen variierbar ist. Ferner kann ebenfalls der Wärmetauscher kontrolliert werden, wobei eine Intensität der Luftkühlung gesteuert werden kann und damit eine Verringerung bzw. Erhöhung der Temperatur einhergehen kann. Über das Kontrollgerät kann somit festgelegt werden, ob die Vorrichtung erwärmt oder gekühlt werden soll. Eine Steuerung der einzelnen Komponenten kann dabei insbesondere zentral erfolgen. Ferner können in dem Kontrollgerät Referenzwerte gespeichert werden, so dass das Kontrollgerät ermitteln kann, ob bspw. die Temperatur des
Batteriemoduls und/oder des Brennstoffzellenmoduls sich in einem vordefinierten Normbereich befindet.
Ferner ist es möglich, dass Sensoren, insbesondere zur Ermittlung der
Temperatur, vorgesehen sind. Die Sensoren können dabei insbesondere mit dem Kontrollgerät in Signalverbindung stehen. Das Kontrollgerät kann die Parameter wie Temperaturdruck, Fließgeschwindigkeit etc. insbesondere über Sensoren detektieren. Die Sensoren können dabei vorteilhafterweise in dem Batteriemodul und/oder auch im Brennstoffzellenmodul sowie im Wärmetauscher in den verschiedenen Ventilen und in der Pumpe eingebaut sein. Darüber hinaus können ebenfalls Sensoren in den Leitungen zwischen den verschiedenen Elementen integriert sein, um zu einer noch genaueren Überwachung des Energiesystems zu gelangen.
Weiterhin ist es denkbar, dass zumindest eine der Temperierkreisläufe einen Bypass aufweist, insbesondere dass durch den Bypass das
Brennstoffzellenmodul vom Temperierkreislauf trennbar ist. Ein Bypass kann dabei insbesondere vorgesehen sein, um zwischen Wärmetauscher und
Batteriemodul das Brennstoffzellenmodul zu umgehen. Ebenfalls kann ein Bypass vom Batteriemodul zum Wärmetauscher das Brennstoffzellenmodul umgehen. Ferner ist es ebenfalls denkbar, dass in der Leitung vom
Batteriemodul zum Wärmetauscher nicht nur lediglich ein Bypass am
Brennstoffzellenmodul vorbeiführen kann, sondern die gesamte Leitung am Brennstoffzellenmodul vorbeigeleitet wird. Durch einen Bypass ist es nur möglich, dass das Brennstoffzellenmodul aus dem Kreislauf quasi entkoppelt wird und dadurch der Kreislauf aus Pumpen, Ventilen und Wärmetauschern lediglich mit dem Batteriemodul integriert sein kann. Ein Temperaturtausch lediglich mit dem Batteriemodul ohne das Brennstoffzellenmodul wird dadurch ermöglicht. Ebenfalls ist ein Bypass zur Umgehung des Batteriemoduls denkbar. Ferner ist es möglich, dass das Batteriemodul bei einer Temperatur von 20 bis 120°C, bevorzugt bei einer Temperatur von 35 bis 100°C und besonders bevorzugt bei einer Temperatur von 50 bis 80°C betreibbar ist. Alternativ oder zusätzlich ist es ebenfalls möglich, dass das Brennstoffzellenmodul bei einer Temperatur von 20 bis 120°C bevorzugt bei einer Temperatur von 35 bis 100°C und besonders bevorzugt bei einer Temperatur von 50 bis 80°C betreibbar ist. Bei diesem Temperaturbereich kann vorzugsweise von einer Mitteltemperatur ausgegangen werden. Dabei kann es sich vorteilhafterweise um
Mitteltemperatur-Batteriemodule sowie Mitteltemperatur-Brennstoffzellenmodule handeln. Diese können im selben Temperaturbereich, insbesondere bei 50 bis 80°C betrieben werden. Da beide Module sich in demselben Temperaturbereich befinden, gibt es keine Notwendigkeit für ein eigenes System zur Temperierung beider Module. Beide Module können mit demselben System zur Temperierung, insbesondere demselben Temperierkreislauf temperiert werden. Dadurch kann erreicht werden, dass derartige Brennstoffzellenmodule kaltstartfähig sind und somit auch bei Temperaturen von -25°C oder darunter starten können. Kühlt bspw. das Batteriemodul nach längerem Stillstand des Batteriemoduls auf eine Temperatur ab, die unterhalb Ihres Betriebstemperaturbereichs liegt, so kann im erfindungsgemäßen System der Kaltstart durch ein Brennstoffzellenmodul vorgenommen werden und mit dem Modul im gemeinsamen Temperierkreislauf das Batteriemodul auf Betriebstemperatur gebracht werden. Ebenfalls ist es denkbar, dass auch das Batteriemodul in der Lage ist das Brennstoffzellenmodul auf den gewünschten Betriebstemperaturbereich zu bringen. Die Temperierung kann dabei wechselseitig erfolgen.
Ein weiterer Kern der Erfindung ist ein Fahrzeug mit einem Energiesystem mit mindestens einem Batteriemodul und mindestens einem Brennstoffzellenmodul. Ferner ist ein erster Temperierkreislauf für das Batteriemodul und ein zweiter Temperierkreislauf für das Brennstoffzellenmodul umfasst. Es ist insbesondere erfindungswesentlich, dass die Temperierkreisläufe zumindest energietechnisch miteinander zu einem Temperierkreislauf verbunden sein können. Vorteilhafterweise wird es durch ein derartiges Fahrzeug mit einem Energiesystem ermöglicht die Temperierung in dem Energiesystem auf einfache und kostengünstige Weise zu gewährleisten. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten
Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Energiesystem beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Fahrzeug mit einem Energiesystems und jeweils umgekehrt, so dass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen
Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann. Erfindungsgemäß können die Merkmale der Beschreibung und der Ansprüche des erfindungsgemäßen Systems sowie des erfindungsgemäßen Fahrzeug sowohl einzeln für sich als auch in verschiedenen Kombinationen
erfindungswesentlich sein. Die vorliegende Erfindung ist ebenfalls auf ein
Fahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Energiesystem gerichtet. Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einem
Energiesystem,
Figur 2a eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des
Energiesystems aus Figur 1 und Figur 2b eine schematischer Darstellung einer Ausführungsform des
Energiesystems aus Figur 1.
In den Figuren werden für die gleichen technischen Merkmale auch für die unterschiedlichen Ausführungsbeispiele identische Bezugszeichen verwendet.
In Figur 1 ist eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs 1 mit einem erfindungsgemäßen Energiesystem 10 dargestellt. Das Energiesystem 10 kann selbstverständlich nicht nur bei Fahrzeugen, sondern auch im Zusammenhang mit der Temperierung von jeglichen anderen Batteriemodulen 2 und/oder Brennstoffzellenmodulen 3 eingesetzt werden. Das Energiesystem 10 kann dabei zur Temperierung von zumindest einem Batteriemodul 2 oder einem
Brennstoffzellenmodul 3 dienen.
Figur 2a zeigt das erfindungsgemäße Energiesystem 10. Dabei verläuft eine erste Leitung 9.1 vom Batteriemodul 2 zur Pumpe 5, wobei die Pumpe 5 das
Temperierfluid durch die Leitungen 9.1, 9.2, 9.3, 9.4, 9.4a, 9.5, 9.6 leitet. In der Pumpe 5 können verschiedene Parameter wie bspw. Druck,
Fließgeschwindigkeit und Menge des Fluids reguliert werden. Die Leitungen 9.1, 9.2, 9.3, 9.4, 9.4a, 9.5, 9.6 verlaufen daraufhin weiter zum
Brennstoffzellenmodul 3 und von dort aus zum Wärmetauscher 4. Ferner ist es denkbar, dass die Leitungen 9.1, 9.2, 9.3, 9.4, 9.4a, 9.5, 9.6 nicht über das Brennstoffzellenmodul 3, sondern direkt vom Batteriemoduls 2 zum
Wärmetauscher 4 geführt werden können. Der Wärmetauscher 4 kann das Temperierfluid kühlen, insbesondere durch die Umgebungsluft. Zusätzlich kann im Wärmetauscher 4 ein Lüfter eingebaut sein, der weitere Umgebungsluft in den
Wärmetauscher 4 leitet und dadurch das Fluid effizienter kühlt. Im
Wärmetauscher 4 kann ferner ein Wärmetauscher angeordnet sein, um das Fluid zu temperieren. Vom Wärmetauscher 4 kann das Fluid weiter über eine
Leitung 9.4 über ein Ventil 6 zum Brennstoffzellenmodul 3 geleitet werden. Das Ventil 6 kann dabei den Fluidfluss manipulieren. Oftmals kann es sich dabei um
Drei- bzw. Vierwegeventile handeln. Das Ventil 6 kann den Durchstrom des Fluids dabei verringern, vergrößern oder unterbinden. Ferner ist über eine Leitung 9.4a ein Bypass des Brennstoffzellenmoduls möglich, wobei die
Leitung 9.4a in die Leitung 9.5 übergehen kann, welche zurück zum
Batteriemodul 2 führt. Das Fluid wird in der Leitung 9.5 weiterhin durch zwei
Ventile 7, 8 geleitet, wobei diese Ventile 7, 8 ebenfalls den Fluidstrom
manipulieren können. Das erfindungsgemäße Energiesystem 10 umfasst dabei zumindest die Komponenten Wärmetauscher 4, Ventil 6, 7, 8,
Brennstoffzellenmodul 3, Batteriemodul 2, Pumpe 5, Leitungen 9. Dabei ist es möglich, dass die jeweiligen Komponenten mehrfach vorgesehen sein können.
Bei dem Fluid handelt es sich insbesondere um ein Temperierfluid, das insbesondere zumindest eine der Substanzen Luft, Wasser, Wasser/Glykol oder Öl aufweisen kann. Ferner ist es von Vorteil, wenn die Ventile 6, 7, 8, die Pumpe 5 und die Leitungen 9 aus Kunststoff oder Kunststoffverbänden oder anderen Materialien hergestellt sind, so dass diese ein geringes Gewicht aufweisen und sehr strapazierfähig ausgestaltet sein können. Ferner kann das Energiesystem 10 ein Kontrollgerät 20 aufweisen, das über je mindestens eine Signalverbindung 21 mit mindestens einem der folgenden, dem
Wärmetauscher 4, dem Ventil 6, dem Brennstoffzellenmodul 3, dem Ventil 7, dem Ventil 8, der Pumpe 5 oder dem Batteriemodul 2 verbunden ist. Über
Sensoren 22 kann die Temperatur des Batteriemoduls 2, insbesondere an mehreren Stellen innerhalb des Batteriemoduls 2, gemessen und überwacht werden. Des Weiteren kann es vorgesehen sein, dass ebenfalls Sensoren 23 die Temperatur in dem Brennstoffzellenmodul 3, insbesondere an mehreren Orten des Brennstoffzellenmoduls 3, messen können. Ferner können ebenfalls
Sensoren 24 im Wärmetauscher 4, Sensoren 26 im Ventil 6, Sensoren 27 im Ventil 7, Sensoren 28 im Ventil 8 oder Sensoren 25 in der Pumpe 5 vorhanden sein sowie verschiedene Sensoren 29 in den Leitungen 9.1, 9.2, 9.3, 9.4, 9.4a, 9.5, 9.6 des Energiesystems 10. Bei einem Unterschreiten bzw. Überschreiten der optimalen Temperatur, insbesondere im Bereich von 50 bis 80°C, kann ein
Alarm ausgelöst werden. Ferner kann das Kontrollgerät die weiteren
Komponenten, insbesondere Wärmetauscher 4 sowie Ventile 6, 7, 8 oder die Pumpe 5 ansteuern und darüber eine Temperaturanpassung einleiten, bspw. kann die Intensität des Wärmetauschers 4 hier heraufgesetzt werden. Eine optimale Betriebstemperatur kann somit konstant aufrechterhalten werden.
Ebenfalls ist es möglich, dass der Sensor den Fluidfluss regelt indem die Ventile 6, 7, 8 und/oder die Pumpe 5 reguliert werden.
Figur 2b zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel des Energiesystems 10 aus Figur 2a. In dem Ausführungsbeispiel in Figur 2b sind zwei Pumpen 5a, 5b gezeigt, wobei die eine Pumpe 5a in der Leitung 9.1 angeordnet sein kann und eine weitere Pumpe 5b in einer Leitung zwischen den Leitungen 9.1 und 9.6 angeordnet sein kann. Durch mehrere Pumpen 5a, 5b kann eine präzisere Steuerung des Fluidflusses hervorgerufen werden. Ferner kann der Fluidfluss an mehreren Stellen beeinflusst werden, so dass eine optimale Temperierung des
Batteriemoduls sowie des Brennstoffzellenmoduls gewährleistet werden kann. Der erste Temperierkreislauf umfasst erfindungsgemäß das Batteriemodul 2 sowie die Leitung 9.1, die Pumpen 5a, 5b sowie die Leitung 9.2, 9.3, den
Wärmetauscher 4, die weiteren Leitungen 9.4, 94a sowie die Leitung 9.4a, die Ventile 6, 7, 8 sowie die Leitung 9.5, 9.6. Der zweite Temperierkreislauf hingegen umfasst die Komponenten Brennstoffzellenmodul 3 sowie die Leitung 9.3, den Wärmetauscher 4, die Leitung 9.4, das Ventil 6. Vorteilhafterweise kann zumindest eine Pumpe 5a, 5b im zweiten Temperierkreislauf angeordnet sein. Der gemeinsame Temperierkreislauf hingegen kann sämtliche Komponenten des ersten und zweiten Temperierkreislaufs umfassen.

Claims

Ansprüche
1. Energiesystems (10) mit mindestens einem Batteriemodul (2) und
mindestens einem Brennstoffzellenmodul (3),
umfassend einen ersten Temperierkreislauf für das Batteriemodul (2) sowie einen zweiten Temperierkreislauf für das Brennstoffzellenmodul (3), dadurch gekennzeichnet,
dass die Temperierkreisläufe zumindest energietechnisch miteinander zu einem gemeinsamen Temperierkreislauf verbunden sind.
2. Energiesystem (10) gemäß Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Temperierkreisläufe thermisch, insbesondere durch einen Wärmetauscher (4), miteinander verbunden sind.
3. Energiesystem (10) gemäß Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Temperierkreisläufe fluidtechnisch miteinander verbunden sind.
4. Energiesystem (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Temperierkreisläufe zumindest eine Pumpe (5, 5a, 5b) oder ein Ventil (6, 7, 8) oder einen Wärmetauscher (4) umfassen.
Energiesystem (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass ein Kontrollgerät (20) vorgesehen ist, welches mit den
Temperierkreisläufen, insbesondere mit dem Batteriemodul (2) und/oder dem Brennstoffzellenmodul (3), über mindestens eine Signalverbindung (21) zum Datentausch und/oder zur Kontrolle in Verbindung steht.
Energiesystem (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass Sensoren (22), insbesondere zur Ermittlung der Temperatur, vorgesehen sind, wobei die Sensoren (22) insbesondere mit dem
Kontrollgerät (20) in Signalverbindung stehen.
Energiesystem (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass die Temperierkreisläufe ein Fluid aufweisen, wobei das Fluid insbesondere ein Kältefluid ist, insbesondere zur Aufrechterhaltung der Temperatur des Batteriemoduls (2) und des Brennstoffzellenmoduls (3) und/oder dass das Fluid mindestens einen der folgenden Stoffe aufweist: Luft, Wasser, Glykol, Wasser/Glykol-Zusammensetzung, Öl.
Energiesystem (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass zumindest einer der Temperierkreisläufe einen Bypass (9.4a) aufweist, insbesondere dass durch den Bypass (9.4a) das
Brennstoffzellenmodul (3) vom Temperierkreislauf trennbar ist.
Energiesystem (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass das Batteriemodul (2) bei einer Temperatur von 20 bis 120°C, bevorzugt bei einer Temperatur von 35 bis 100°C und besonders bevorzugt bei einer Temperatur von 50 bis 80°C, betreibbar ist oder dass das
Brennstoffzellenmodul bei einer Temperatur von 20 bis 120°C, bevorzugt bei einer Temperatur von 35 bis 100°C und besonders bevorzugt bei einer Temperatur von 50 bis 80°C, betreibbar ist. 10. Fahrzeug (1) mit einem Energiesystem (10) mit mindestens einem
Batteriemodul (2) und mindestens einem Brennstoffzellenmodul (3), umfassend einen ersten Temperierkreislauf für das Batteriemodul (2) sowie einen zweiten Temperierkreislauf für das Brennstoffzellenmodul (3), dadurch gekennzeichnet,
dass die Temperierkreisläufe zumindest energietechnisch miteinander zu einem gemeinsamen Temperierkreislauf verbunden sind.
PCT/EP2016/080570 2015-12-17 2016-12-12 Energiesystem WO2017102619A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102015225700.2A DE102015225700A1 (de) 2015-12-17 2015-12-17 Energiesystem
DE102015225700.2 2015-12-17

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2017102619A1 true WO2017102619A1 (de) 2017-06-22

Family

ID=57680213

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2016/080570 WO2017102619A1 (de) 2015-12-17 2016-12-12 Energiesystem

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102015225700A1 (de)
WO (1) WO2017102619A1 (de)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DK180671B1 (en) * 2020-04-07 2021-11-25 Blue World Technologies Holding ApS Fuel cell system, use of it, and method of its operation
DE102021207940A1 (de) 2021-07-23 2023-01-26 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Überwachungssystem und Überwachungsverfahren zur Überwachung eines Kühlmittelflusses in einem Brennstoffzellensystem

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011076737A1 (de) * 2011-05-30 2012-12-06 Robert Bosch Gmbh Vorrichtung zur Bereitstellung elektrischer Energie
DE102013218092A1 (de) * 2013-09-10 2015-03-12 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Erwärmen einer Batterie
DE102013015514A1 (de) * 2013-09-19 2015-03-19 Daimler Ag Vorrichtung zum Speichern von Energie

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011076737A1 (de) * 2011-05-30 2012-12-06 Robert Bosch Gmbh Vorrichtung zur Bereitstellung elektrischer Energie
DE102013218092A1 (de) * 2013-09-10 2015-03-12 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Erwärmen einer Batterie
DE102013015514A1 (de) * 2013-09-19 2015-03-19 Daimler Ag Vorrichtung zum Speichern von Energie

Also Published As

Publication number Publication date
DE102015225700A1 (de) 2017-06-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2017102449A1 (de) Verfahren zum temperieren eines energiesystems
EP3444135A1 (de) Kreislaufsystem für ein brennstoffzellen-fahrzeug
EP2780958B1 (de) Batteriesystem mit einem temperierkörper enthaltend einen temperierkanal und einen bypass sowie kraftfahrzeug welches das batteriesystem enthält
EP3269002A1 (de) Kühlanordnung zum kühlen einer brennstoffzelle
DE102006022825A1 (de) Steuerung der relativen Feuchte für eine Brennstoffzelle
WO2011057853A1 (de) Temperierungsverfahren und batteriesystem
EP2389706B1 (de) Temperiertes batteriesystem
DE102015215790A1 (de) Brennstoffzellen-Kühlmittelkreislauf-Entlüftungsventil, Brennstoffzellen-Kühlmittelkreislauf sowie Verfahren zum Filtern eines Kühlmittels in einer Brennstoffzellen-Kühleinrichtung
DE102016114948A1 (de) Vorrichtung zum Temperieren eines Brennstoffzellenstapels sowie Kraftfahrzeug mit einer solchen Vorrichtung
DE102016110964A1 (de) Brennstoffzellen-Kühlsystem mit zwei Kühlkreisen und Verfahren zum Abschalten einer Brennstoffzelle
DE102008020903A1 (de) Flüssigkeitskühlungsvorrichtung für eine Brennstoffzelleneinrichtung und Brennstoffzellensystem
WO2016113101A1 (de) Solarthermisches element zur temperierung eines batteriepacks bei gleichzeitiger verminderung des fahrzeugklimatisierungsbedarfs
EP2828917B1 (de) Verfahren zum betreiben eines brennstoffzellenstapels für ein brennstoffzellensystem
WO2011009619A1 (de) Elektrochemischer energiespeicher und verfahren zum kühlen oder erwärmen eines elektrochemischen energiespeichers
EP2442390B1 (de) Batterie mit verminderter Brandgefahr
WO2017102619A1 (de) Energiesystem
DE102011082562A1 (de) Batteriemodul mit zumindest einer Batteriezelle und direkter Kühlmittelkühlung sowie Kraftfahrzeug
EP2838153A1 (de) Verfahren zum Homogenisieren der Zelltemperaturverteilung einer Lithium-Ionen-Batterie für ein Kraftfahrzeug sowie Lithium-Ionen-Batterie für ein Kraftfahrzeug
WO2012143152A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur homogenisierung der temperaturverteilung fluidtemperierter körper
WO2017108181A1 (de) Temperierungssystem sowie fahrzeug, insbesondere landfahrzeug, mit einem solchen
DE102018215723A1 (de) Temperaturabsenkung zur Leitwertreduzierung
DE102008060533A1 (de) Flüssigkeitsabscheider für ein Brennstoffzellensystem
DE102009000066A1 (de) Kühlung von Batteriezellen
DE102012011326A1 (de) Brennstoffzellensystem
DE102012011511A1 (de) Batteriesystem mit einem Klimatisierungssystem

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 16819455

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 16819455

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1