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CN102292865A - 温度受控的电池系统 - Google Patents

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CN102292865A CN2010800052839A CN201080005283A CN102292865A CN 102292865 A CN102292865 A CN 102292865A CN 2010800052839 A CN2010800052839 A CN 2010800052839A CN 201080005283 A CN201080005283 A CN 201080005283A CN 102292865 A CN102292865 A CN 102292865A
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蒂姆·谢弗
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Abstract

本发明涉及一种电池系统，特别用于机动车，包括至少一个电池。为提高电效率提出，该系统还包括至少一个吸收制冷装置，该装置提供用于冷却至少一个电池的可用环境制冷能。

Description

温度受控的电池系统
技术领域
根据权利要求1，本发明涉及一种具有至少一个电池的电池系统。在上下文中以锂离子电池描述本发明。注意，本发明的应用不取决于电池的化学特性，或者也可以用于可充电的电池。
背景技术
现有技术中的电池，特别是锂离子电池被称为具有特别高的容量的环保能量储存器。特别地，其作为所谓的大型电池在现代电子和混合动力车辆中用于能量储存。此外，也已知固定的电池系统，例如用于建筑物的紧急供电。
由于充电和放电过程导致电池内变热，其中，被转化的热量必需被排出，以防止热积累，且保持针对电池的电效率的最佳工作温度。另一方面，在低温下可以有助于提高电池的工作温度，以提高电效率。电效率可以例如根据有效作用系数、电容量或者瞬时功率扩大(功率输出)来测量。此外，在电池的最佳工作温度的范围内操作电池延长其寿命。
发明内容
本发明的目的在于，提供延长电池寿命的可能途径。
该目的通过具有权利要求1所述的特征的电池系统实现。从属权利要求的特征涉及有利的和优选的实施方式。
根据本发明，提供包括至少一个电池的电池系统，还包括至少一个吸收制冷装置，该制冷装置提供用于冷却至少一个电池的可用的环境制冷能。根据本发明的电池系统特别但不唯一地用于机动车。
通过借助于吸收制冷装置的冷却可以延长一个电池或者大量电池的寿命。
如现有技术中充分已知的，电池可以由单个的电池单元或者多个例如堆叠的电池单元构成。此外，根据本发明也可以提供一组电池。电池也具有电解质。该电解质可以包括锂离子。
吸收制冷装置是冷却机，其工作原理在现有技术中是充分已知的。冷却剂在封闭的系统中在低压范围内汽化，其中产生可用的制冷环境。所生成的冷却剂蒸汽通常在热量发散下由吸收体(吸收剂)吸收或被驱散，这也被称为吸收过程。通过冷却剂而充实的吸收体随后被泵入高压区，在热量输送的情况下，所谓的驱动热量实现冷却剂与吸收体的分离，这也被称为解吸过程。然后，通过热量排出实现冷却剂冷凝和液化，且再次汽化。可用的环境制冷能可以通过热交换排出。
有利地，吸收制冷装置通过低能量需求和有效的供冷而表现出色。由此可以明显提高电池系统的电效率，特别是有效作用系数。
根据一优选实施方式，水作为用于吸收制冷装置的制冷剂。有利地，水是特别环保的制冷剂。
根据一优选实施方式，离子流体作为用于吸收制冷装置的吸收体(或者吸收剂)。就该点而言，吸收制冷装置也被称为“离子流体制冷机”。离子流体的优点在于：其在水中几乎无限地可溶，或者相反地，其具有很低的腐蚀性。离子流体的优点还在于：其在该过程中几乎完全可再生。特别是，离子流体为液态盐，其优选在室温下不再是固体。有利地，该液态盐具有很好的热储存能力，且几乎既无毒又环保。
根据一优选的实施方式，包括至少一个潜在热量储存器作为热量源，该潜在热量储存器提供用于吸收制冷装置的驱动热量。潜在热量储存器是低热能损失、具有若干重复周期、且能够长时间储存的装置。潜在热量储存器作为即用型部件，特别用于机动车领域，在市场上可获得各种不同式样。
为吸收制冷装置提供驱动热量的热量源与吸收制冷装置热连通。这种热连通可以例如是封闭的热介质系统，特别地，包括管路系统。
根据一优选的实施方式，包括暴露于外部能量源的至少一个部件作为热量源，该部件为吸收制冷装置提供驱动热量。该部件优选涉及太阳能装置。借助于这样的太阳能装置，可以例如将通过太阳辐射加热的车辆顶部的能量用作用于吸收制冷装置的驱动热量。
根据一优选的实施方式，至少一个高强度或者恒定工作的电池的热量可以作为用于吸收制冷装置的驱动热量，有利地，其通过放出的热量同样冷却。优选地，该电池不由吸收制冷装置冷却。
根据一优选的实施方式，包括多个热量源，热量源可以分别为吸收制冷装置提供或能够提供驱动热量，其中，吸收制冷装置与至少一个部件之间的热连通可以借助于至少一个阀而中断，也就是说，是可分离且可再组装的。因此，例如可以根据情况而选择不同的热量源。借助于阀，可以根据情况开启或者关闭单个的热量源。优选地，所述阀涉及换向阀或者调节阀。
根据一优选的实施方式，包括至少一个温度控制通道，吸收制冷装置的可用环境制冷能作为冷空气流而被导入温度控制通道。温度控制通道例如也可以由围绕电池的管路系统形成。可替换地，用于电池的热连通的导热板也可以具有温度控制通道。所述温度控制通道具有至少一个气流入口。所述温度控制通道具有至少一个出口，空气流可以再通过该出口排出。
根据一优选的实施方式，包括至少一个热交换器，该热交换器提供或能够提供用于加热电池的可用热量。由此也可以加热电池，根据本发明的电池系统的电效率可以进一步被提高。特别地，可以很大程度地控制电池温度(温度恒定)。
根据一优选的实施方式，热交换器与至少一个热量源热连接或热连通，该热量源为吸收制冷装置提供驱动热量。由此，热量源的热量既可以用于驱动吸收制冷装置而因此用于冷却电池，又可以用于加热电池。在此，所涉及的热量源既与吸收制冷装置又与所涉及的热交换器热连接，例如借助于管路系统。理想地，各热连接可通过至少一个阀建立和/或分离。
根据一优选的实施方式，用于加热电池的可用热量可作为热空气流而被导入温度控制通道。在此，可参照上述温度控制通道的方式。
根据一优选的实施方式，包括至少一个阀，以将热空气流或者冷空气流选择性地导入或能够导入温度控制通道。优选地，根据情况，借助于该阀在加热或者冷却电池之间切换。
根据一优选的实施方式，包括至少一个鼓风机装置，以驱动热或者冷空气流通过温度控制通道。优选地，该鼓风机装置被布置在温度控制通道的入口区域。
根据一优选的实施方式，包括至少一个控制单元，该控制单元可以预测地控制和/或调节电池的温度。所述预测调节基于对于未来的系统行为的预测。理想地，借助于可重写的处理指令实现所述调节，该处理指令根据操作方式和/或老化的需要来调整电池系统的状态。优选地，基于软件实现调节。优选地，控制单元与至少一个相关部件连接，且特别优选与多个相关部件连接，由此可以影响电池的温度。这例如可以包括对上述阀或者鼓风机装置的控制和/或调节。优选地，控制单元也可以控制和/或调节电池的充电状态。
在下文中，将结合唯一的附图更加详细地描述本发明。该附图以示意图的方式示出了根据本发明的锂离子电池系统的实施例。
具体实施方式
锂离子电池系统被标记为1。该电池系统包括若干个锂离子电池2，其分别由单个电池单元3构成。锂离子电池2被布置在温度控制通道4中，在此，仅作为示例，该温度控制通道4完全包围锂离子电池2。温度控制通道具有入口5和出口6。
此外，锂离子电池系统1还包括吸收制冷装置8，吸收制冷装置8提供可用的制冷环境。已在上文中描述了吸收制冷装置的工作原理。吸收制冷装置的基本优点在于：低能量需求和有效供冷。借助于冷空气流9实现制冷传输，冷空气流9通过连接件10和入口5导入温度控制通道4，且在其中用于冷却锂离子电池2。
在所示实施例中，由两个热量源提供用于吸收制冷装置8的驱动热量。第一热量源为潜在热量储存器11，第二热量源为太阳能装置12，该太阳能装置12暴露于外部能量源，即太阳辐射13。该太阳能装置可以例如被布置在机动车顶部。可替换地，也可以仅包括一个或者多于两个的热量源。热量源11和12通过封闭的热介质回路与吸收制冷装置8热连通。该热介质回路包括具有供给和回流线路的管路系统14。
热量源11和12与吸收制冷装置8之间的热连通可以借助于阀15根据情况控制，也就是可以建立和/或分离。阀15优选为换向阀或者调节阀。也可以提供多个阀代替单个阀，多个阀可以例如产生和/或中断对各热量源的供给和/或回流。
此外，锂离子电池系统1还包括热交换器17，热交换器17可以提供用于加热锂离子电池2的可用热量。在此，所述热交换器17与热介质回路或者其管路系统14热连通。热量源11和12的热量因此也可以用于提供热空气流18。热空气流18通过连接件19和入口5导入温度控制通道4，且在此用于加热锂离子电池2。
阀21用于选择性地将冷空气流9或者热空气流18导入温度控制通道4。阀21也可以被实现为挡板或者类似物。这使得能够根据情况在加热或者冷却锂离子电池2之间切换，由此对于每个时间点和在不同的环境条件下，可以在锂离子电池2的最佳工作温度范围内操作锂离子电池2，这优化了电效率并延长了锂离子电池2的寿命。
为了可以选择性地将冷空气流9或者热空气流18导入温度控制通道4，作为对阀21的替换和/或补充，也可以通过在热介质回路或者其管路系统14中布置相应的阀来中断至热交换器17的热连通。
在温度控制通道4的入口5中布置有鼓风机装置22，特别如风扇轮，其将冷空气流9或者热空气流18驱入温度控制通道4。可替换地和/或补充地，鼓风机装置也可以被布置在连接件10或者19中，或者吸收制冷装置8和热交换器17中。
此外，锂离子电池系统1包括控制单元24，控制单元24使得预测地调节锂离子电池2的温度成为可能。为此，控制单元24与所有用于调节温度的相关部件连接，特别与吸收制冷装置8、与阀15、与阀21和鼓风机装置22连接。此外，控制单元24与热量源11和12连接，例如以获得其当前状态，和/或可以调节和/或控制其热量吸收或者热量发散。在所示的实施例中，控制单元24也与热交换器17连接。此外，控制单元24与温度控制通道4中和/或锂离子电池2上的温度感应器25连接。
仿真示出，可以使用具有70至80℃的热量源，以可以提供用于锂离子电池的环境制冷能或者15℃的制冷温度。在这种情况下，吸收制冷装置的余热大约为40℃。这对于操作本发明的锂离子电池系统是优选值。

Claims (13)

1.一种电池系统(1)，特别用于机动车，包括至少一个电池(2)，其特征在于，还包括至少一个吸收制冷装置(8)，该吸收制冷装置提供用于冷却至少一个电池(2)的可用环境制冷能。
2.根据权利要求1所述的电池系统(1)，其特征在于，提供水作为用于所述吸收制冷装置(8)的冷却剂。
3.根据权利要求1或者2所述的电池系统(1)，其特征在于，提供离子流体作为用于所述吸收制冷装置(8)的吸收体。
4.根据前述权利要求中任一项所述的电池系统(1)，其特征在于，包括至少一个潜在热量储存器(11)作为热量源，其为所述吸收制冷装置(8)提供驱动热量。
5.根据前述权利要求中任一项所述的电池系统(1)，其特征在于，包括至少一个暴露于外部能量源的部件(12)作为热量源，为所述吸收制冷装置(8)提供驱动热量。
6.根据前述权利要求中任一项所述的电池系统(1)，其特征在于，包括多个热量源(11、12)，每个所述热量源为吸收制冷装置(8)提供驱动热量，其中，在所述吸收制冷装置(8)与至少一个所述部件之间的热连通可以借助于至少一个阀(15)被中断。
7.根据前述权利要求中任一项所述的电池系统(1)，其特征在于，包括至少一个温度控制通道(4)，所述吸收制冷装置(8)的可用环境制冷能可以作为冷空气流(9)被导入所述温度控制通道。
8.根据前述权利要求中任一项所述的电池系统(1)，其特征在于，包括至少一个热交换器(17)，其提供用于加热所述电池(2)的可用热量。
9.根据权利要求8所述的电池系统(1)，其特征在于，所述热交换器(17)与至少一个热量源(11、12)热连通，所述至少一个热量源为所述吸收制冷装置(8)提供驱动热量。
10.根据权利要求8或者9所述的电池系统(1)，其特征在于，用于加热所述电池(2)的所述可用热量作为热空气流(18)被导入所述温度控制通道(4)。
11.根据权利要求10所述的电池系统(1)，其特征在于，包括至少一个阀(21)，以选择性地将热空气流(18)或者冷空气流(9)导入所述温度控制通道(4)。
12.根据权利要求7至11中任一项所述的电池系统(1)，其特征在于，包括至少一个鼓风机装置22，以驱动热(18)或者冷(9)空气流通过所述温度控制通道(4)。
13.根据前述权利要求中任一项所述的电池系统(1)，其特征在于，包括控制单元(24)，其容许预测调节所述电池(2)的温度。
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