專利名稱：一種溫度調(diào)節(jié)方法和一種蓄電池系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種溫度調(diào)節(jié)方法和一種蓄電池系統(tǒng)，由此能夠產(chǎn)生ー個(gè)用于運(yùn)行蓄電池的優(yōu)化的溫度范圍。
背景技術(shù)：
借助于蓄電池管理系統(tǒng)以某種方式來調(diào)整輸出功率和功率消耗，從而使得蓄電池工作在一個(gè)確定的溫度范圍內(nèi)是已知的。然而由此并不能充分利用蓄電池的總的功率能力。使用冷卻介質(zhì)，如空氣、冷水或致冷介質(zhì)移除蓄電池的熱量并將其向外排出也是已知的。由此雖然能夠有較高的功率收益，但是利用冷卻只可能限制溫度上升。恰巧，針對(duì)汽車上的應(yīng)用，對(duì)于諸如鋰離子蓄電池的蓄電池而言，不僅防止其免于過熱是重要的，而且防止其免于過冷也是重要的。過冷將顯著減小鋰離子蓄電池的輸出功率。如果具有此類蓄電池的車輛停放在寒冷的溫度下，那么蓄電池將變涼，以致于將減小使用時(shí)的最大可能的輸出功率。用于加熱蓄電池的方法也是已知的。能夠在存儲(chǔ)介質(zhì)發(fā)生相變時(shí)將熱能存儲(chǔ)在集成在蓄電池系統(tǒng)中的潛在熱能存儲(chǔ)器中，并在發(fā)生逆變時(shí)再次釋放熱能。但是只能夠在受限的溫度范圍內(nèi)使用這種方法，此外不能夠在時(shí)間上控制逆變。逆變根據(jù)環(huán)境溫度而自主地發(fā)生。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明基于此任務(wù)提出ー種方法和ー種裝置，由此能夠在冷啟動(dòng)之前，節(jié)省能量地加熱蓄電池。將利用具有權(quán)利要求I所述的特征的溫度調(diào)節(jié)方法、根據(jù)權(quán)利要求5所述的蓄電 池系統(tǒng)和根據(jù)權(quán)利要求10所述的車輛來解決該任務(wù)。在依據(jù)本發(fā)明的用于調(diào)節(jié)蓄電池溫度的溫度調(diào)節(jié)方法中，蓄電池的蓄電池單元被安置在多個(gè)分開的、集成在溫度調(diào)節(jié)回路中的模塊中，其中在加熱階段通過如下方式按步驟地實(shí)現(xiàn)加熱，在第一步驟中借助于在溫度調(diào)節(jié)回路之中起作用的且由加熱元件加熱的溫度調(diào)節(jié)介質(zhì)來僅僅加熱第一模塊，并且在至少ー個(gè)其他的步驟中，將在至少所述第一模塊的運(yùn)行中產(chǎn)生的熱量用于至少一個(gè)其他的模塊的加熱。以此，將由該模塊的運(yùn)行產(chǎn)生的熱量有利地用于其他的模塊的加熱。由此總體上非常節(jié)省能量地實(shí)施該加熱。此外，利用依據(jù)本發(fā)明的方法，將以ー種對(duì)蓄電池有利的、經(jīng)濟(jì)的方式實(shí)施蓄電池的冷啟動(dòng)，因?yàn)樵陂_始時(shí)只有已經(jīng)加熱至確定的溫度的模塊在運(yùn)行。在本發(fā)明的優(yōu)選的設(shè)計(jì)方案中設(shè)置有由泵運(yùn)送溫度調(diào)節(jié)介質(zhì)。以此有利地將溫度調(diào)節(jié)介質(zhì)的體積流量和需求相匹配。在本發(fā)明的另ー個(gè)優(yōu)選的設(shè)計(jì)方案中設(shè)置有蓄電池的模塊借助于調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)被分離地集成在溫度調(diào)節(jié)回路中。以此，有利地與溫度調(diào)節(jié)介質(zhì)分離地服務(wù)該模塊。根據(jù)各個(gè)模塊的需求，將為其分配與溫度調(diào)節(jié)介質(zhì)的體積流量的相應(yīng)的份額。在本發(fā)明的另ー個(gè)優(yōu)選的設(shè)計(jì)方案中設(shè)置有由蓄電池管理系統(tǒng)調(diào)整加熱方法，其中所述蓄電池管理系統(tǒng)至少獲得所述蓄電池的溫度、所述蓄電池的功率消耗和輸出功率、所述溫度調(diào)節(jié)介質(zhì)的溫度和所述溫度調(diào)節(jié)介質(zhì)的體積流量作為參數(shù)，并且所述蓄電池管理系統(tǒng)在考慮所獲得的參數(shù)的情況下調(diào)節(jié)所述泵、所述加熱元件和所述調(diào)節(jié)閥。以此將有利地自動(dòng)產(chǎn)生所述蓄電池的優(yōu)化的溫度范圍。通過調(diào)整所述蓄電池管理系統(tǒng)能夠非常節(jié)省能源地進(jìn)行加熱。此外，將通過具有權(quán)利要求5所述的特征的蓄電池系統(tǒng)解決該任務(wù)。依據(jù)本發(fā)明的蓄電池系統(tǒng)包括蓄電池管理系統(tǒng)、帶有安置在至少兩個(gè)模塊中的蓄電池單元的蓄電池、帶有溫度調(diào)節(jié)介質(zhì)的溫度調(diào)節(jié)回路、加熱元件、泵和調(diào)節(jié)閥，其中所述蓄電池管理系統(tǒng)包括所述模塊的溫度獲取器、所述溫度調(diào)節(jié)介質(zhì)的溫度獲取器和所述溫度調(diào)節(jié)介質(zhì)的體積流量獲取器，并且能夠由所述蓄電池管理系統(tǒng)以分離于所述溫度調(diào)節(jié)介質(zhì) 加熱所述模塊的方式調(diào)節(jié)所述加熱元件、所述泵和所述調(diào)節(jié)閥。由此有利地實(shí)現(xiàn)了能夠逐漸地加熱各個(gè)模塊且能夠?qū)⒃谠撃K的運(yùn)行中產(chǎn)生的熱量用于加熱其他的模塊。因此，整個(gè)蓄電池的加熱能夠在能量上是非常節(jié)省的。由此能夠總是在一個(gè)優(yōu)化的溫度范圍內(nèi)運(yùn)行蓄電池。由此有利地使得蓄電池具有更長(zhǎng)的使用壽命和更高的運(yùn)行安全性。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的設(shè)計(jì)方案中設(shè)置有ー個(gè)模塊是尺寸上比其他的模塊小的啟動(dòng)單元。由此實(shí)現(xiàn)了在冷啟動(dòng)時(shí)有利地需要更少的能量用于加熱，因?yàn)榧訜嵋粋€(gè)較小的模塊相較于ー個(gè)較大的需要更少的能量。在另ー個(gè)優(yōu)選的設(shè)計(jì)方案中，相較于下一個(gè)更大的模塊，該啟動(dòng)單元包括少于80%，尤其少于50%的質(zhì)量和/或體積和/或蓄電池単元的數(shù)量。在本發(fā)明的另ー個(gè)優(yōu)選的設(shè)計(jì)方案中設(shè)置有，溫度調(diào)節(jié)回路具有熱交換器。由此有利地實(shí)現(xiàn)了，溫度調(diào)節(jié)介質(zhì)能夠?qū)崮茚尫胖林苓叚h(huán)境并且因此溫度調(diào)節(jié)介質(zhì)能夠附加地用于冷卻蓄電池。在本發(fā)明的另ー個(gè)優(yōu)選的設(shè)計(jì)方案中設(shè)置有，蓄電池系統(tǒng)具有繞開所述熱交換器的旁路和混合閥。由此有利地實(shí)現(xiàn)了，在加熱階段中將溫度調(diào)節(jié)介質(zhì)直接引入至具有加熱元件的調(diào)整槽(Ausgleichsbeh&lter )。溫度調(diào)節(jié)介質(zhì)因此不會(huì)將不必要的熱量傳給
熱交換器和至熱交換器的輸入導(dǎo)管。由此，能夠在能量上更有利地實(shí)施加熱階段。在本發(fā)明的另ー個(gè)優(yōu)選的設(shè)計(jì)方案中設(shè)置有所述蓄電池是鋰離子蓄電池。相較于其他蓄電池類型，鋰離子蓄電池有利地提供更好的性能。其具有更輕的重量和更大的容量以及更長(zhǎng)的使用壽命。有利地將在所有所述的設(shè)計(jì)方案中的依據(jù)本發(fā)明的蓄電池系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)在機(jī)動(dòng)車中。此外，將通過具有權(quán)利要求10所述的特征的車輛解決此任務(wù)。依據(jù)本發(fā)明的車輛包括蓄電池系統(tǒng)，該蓄電池系統(tǒng)具有蓄電池管理系統(tǒng)、帶有安置在至少兩個(gè)模塊中的蓄電池単元的蓄電池、帶有溫度調(diào)節(jié)介質(zhì)的溫度調(diào)節(jié)回路、加熱元件、泵和調(diào)節(jié)閥，其中所述蓄電池管理系統(tǒng)包括所述模塊的溫度獲取器、所述溫度調(diào)節(jié)介質(zhì)的溫度獲取器和所述溫度調(diào)節(jié)介質(zhì)的體積流量獲取器，并且能夠由所述蓄電池管理系統(tǒng)以分離于所述溫度調(diào)節(jié)介質(zhì)加熱所述模塊的方式調(diào)節(jié)所述加熱元件、所述泵和所述調(diào)節(jié)閥。
由此有利地實(shí)現(xiàn)了，在低的室外溫度的情況下也能運(yùn)行車輛，而不會(huì)因此給蓄電池施加負(fù)面的負(fù)擔(dān)。由此，該蓄電池也能夠在冬季的溫度下被提取或輸送功率。在車輛蓄電池的情形下，利用該蓄電池系統(tǒng)能夠確保更高的運(yùn)行安全性。由其余的在從屬權(quán)利要求中所述的特征給出了本發(fā)明其他的優(yōu)選的設(shè)計(jì)方案。


下面將在實(shí)施例中根據(jù)所附附圖進(jìn)ー步闡述本發(fā)明。其中圖I示出了依據(jù)本發(fā)明的蓄電池系統(tǒng)的裝置；以及圖2示出了依據(jù)本發(fā)明的蓄電池系統(tǒng)的另ー個(gè)裝置。
具體實(shí)施方式
、溫度對(duì)于蓄電池的可用功率、老化以及運(yùn)行安全性具有很大影響。圖I示出了依據(jù)本發(fā)明的、具有用于蓄電池10的溫度調(diào)節(jié)的裝置的蓄電池系統(tǒng)。由此不僅能夠保護(hù)蓄電池10免于過熱，而且能夠保護(hù)蓄電池10免于過冷。該依據(jù)本發(fā)明的蓄電池系統(tǒng)產(chǎn)生ー個(gè)用于運(yùn)行蓄電池10的優(yōu)化的溫度范圍。當(dāng)溫度即將處于該優(yōu)化的溫度范圍之外時(shí)，冷卻由于運(yùn)行而被加熱的蓄電池10，以及加熱由周圍環(huán)境冷卻的蓄電池10。依據(jù)本發(fā)明的蓄電池系統(tǒng)具有優(yōu)化的冷啟動(dòng)特性，其中冷啟動(dòng)表示環(huán)境溫度低于優(yōu)化的溫度范圍時(shí)的運(yùn)行的消耗。此處，蓄電池10的蓄電池單元被安置在多個(gè)模塊14、16和18之中，其中第一模塊14構(gòu)成啟動(dòng)單元。與其余的模塊16、18不同,啟動(dòng)單元適應(yīng)冷啟動(dòng)的特定要求。因此,該啟動(dòng)單元能夠在大小、重量和/或蓄電池単元數(shù)量方面區(qū)別于其他的模塊。在圖I中，更小地實(shí)施該啟動(dòng)單元。由此，相較于其他的模塊16、18，其在相同的加熱功率的情況下會(huì)更快地變熱或在相同的時(shí)間內(nèi)會(huì)以更少的加熱功率變熱。為了調(diào)節(jié)溫度，模塊14、16、18集成在溫度調(diào)節(jié)回路之中。根據(jù)模塊的實(shí)際狀態(tài)，包含于溫度調(diào)節(jié)回路之中的溫度調(diào)節(jié)介質(zhì)冷卻或加熱所述模塊14、16、18。所述溫度調(diào)節(jié)回路包括引入導(dǎo)管42、引出管道38、熱交換器36、具有優(yōu)選地集成的加熱元件30的調(diào)整槽34、泵28和調(diào)節(jié)閥20、44、46。該加熱元件也能夠放置在溫度調(diào)節(jié)回路之外。借助于蓄電池管理系統(tǒng)12調(diào)整溫度調(diào)節(jié)。其至少獲取蓄電池10的溫度22、電壓24和電流強(qiáng)度26，且由此獲取蓄電池10的功率消耗和輸出功率、調(diào)整槽34中的溫度調(diào)節(jié)介質(zhì)的溫度22’和溫度調(diào)節(jié)介質(zhì)的體積流量32，并利用預(yù)先給定的額定值調(diào)整上述值。為了調(diào)整，該蓄電池管理系統(tǒng)相應(yīng)地設(shè)置有泵28、加熱單元30和調(diào)節(jié)閥20、44、46。在冷啟動(dòng)時(shí)，蓄電池系統(tǒng)進(jìn)入加熱階段。此時(shí)將借助于在調(diào)整槽34中的加熱元件30加熱溫度調(diào)節(jié)介質(zhì)。泵28通過引入管道42將經(jīng)加熱的溫度調(diào)節(jié)介質(zhì)運(yùn)送至調(diào)節(jié)閥20、44、46。首先只打開用于第一模塊14(即啟動(dòng)単元)的調(diào)節(jié)閥20而其他調(diào)節(jié)閥44、46被關(guān)閉。經(jīng)加熱的溫度調(diào)節(jié)介質(zhì)將其熱量給至啟動(dòng)單元14且經(jīng)過引出管道38重新引回到調(diào)整槽。這個(gè)過程一直進(jìn)行，直至啟動(dòng)單元14達(dá)到優(yōu)化的溫度。從ー個(gè)準(zhǔn)備運(yùn)行的溫度起，啟動(dòng)單元14能夠運(yùn)行。該準(zhǔn)備運(yùn)行的溫度能夠低于優(yōu)化的溫度。在運(yùn)行中，即在充電或者放電時(shí)，啟動(dòng)單元14由于基于蓄電池內(nèi)阻的歐姆式熱損耗產(chǎn)生熱。為了達(dá)到啟動(dòng)單元14的優(yōu)化的溫度，將額外地或?qū)Ｓ械乩脽釗p耗產(chǎn)生的熱。如果該啟動(dòng)單元14具有優(yōu)化的溫度，那么將不會(huì)繼續(xù)通過溫度調(diào)節(jié)介質(zhì)來加熱啟動(dòng)単元14。如果該啟動(dòng)單元14具有ー個(gè)高于優(yōu)化溫度的溫度，那么啟動(dòng)單元14將熱傳遞至溫度調(diào)節(jié)介質(zhì)。從啟動(dòng)單元14的一個(gè)確定的、在包括且高于所述準(zhǔn)備運(yùn)行的溫度的范圍內(nèi)的溫度起，將至少一個(gè)其他的模塊16、18加入所述溫度調(diào)節(jié)回路中。為此打開相應(yīng)的調(diào)節(jié)閥44、46。此時(shí)，溫度調(diào)節(jié)介質(zhì)吸收由加熱元件和/或啟動(dòng)單元14在運(yùn)行中產(chǎn)生的熱并將其傳遞至與之相連的模塊。此時(shí)只根據(jù)需求運(yùn)行加熱元件30。如果與之相連的模塊16、18也達(dá)到了確定的溫度，那么將連接下ー個(gè)或多個(gè)模塊。當(dāng)一個(gè)或多個(gè)與之相連的模塊僅僅由其他的模塊運(yùn)行中產(chǎn)生的熱量加熱時(shí)是最省能源的。能夠借助于溫度調(diào)節(jié)介質(zhì)單獨(dú)地通過調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)閥20、44、46來加熱蓄電池10的所有模塊14、16、18。此時(shí)，通過由加熱單元30加熱溫度調(diào)節(jié)介質(zhì)和/或通過溫度調(diào)節(jié)介質(zhì)吸收其他的由已加熱的模塊14、16、18的運(yùn)行而產(chǎn)生的熱，溫度調(diào)節(jié)介質(zhì)來獲得熱量。 如果蓄電池10的模塊14、16、18達(dá)到ー個(gè)確定的、高于優(yōu)化溫度的溫度，那么蓄電池系統(tǒng)將進(jìn)入冷卻階段。模塊14、16、18將其在運(yùn)行中產(chǎn)生的且此時(shí)多余的熱傳遞至溫度調(diào)節(jié)介質(zhì)。溫度調(diào)節(jié)介質(zhì)借助于泵28繼續(xù)運(yùn)送至熱交換器，在熱交換器36中熱被傳遞至周圍環(huán)境。在冷卻階段，加熱元件30不運(yùn)行。能夠借助于溫度調(diào)節(jié)介質(zhì)通過調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)閥20、44、46単獨(dú)冷卻蓄電池10的所有模塊14、16、18。此時(shí)，通過熱交換器36和/或冷的模塊14、16、18冷卻溫度調(diào)節(jié)介質(zhì)，溫度調(diào)節(jié)介質(zhì)獲得冷卻。圖2示出了依據(jù)本發(fā)明的蓄電池系統(tǒng)的另一個(gè)實(shí)施例。相較于圖I示出的實(shí)施變型，該蓄電池系統(tǒng)在溫度調(diào)節(jié)回路中附加地具有一個(gè)旁路48。該旁路48繞過熱交換器36。由此使得在加熱階段將溫度調(diào)節(jié)介質(zhì)直接引入至具有加熱元件30的調(diào)整槽34。溫度調(diào)節(jié)介質(zhì)不會(huì)將不必要的熱量傳遞至熱交換器36以及至熱交換器的輸入導(dǎo)管。由此，能夠在能量上更有利地實(shí)施加熱階段。溫度調(diào)節(jié)介質(zhì)流由混合閥40定向。該閥能夠例如是恒溫開關(guān)，其具有預(yù)先設(shè)置的溫度，從該溫度起，溫度調(diào)節(jié)介質(zhì)應(yīng)被引導(dǎo)經(jīng)過熱交換器36，或者通過蓄電池管理系統(tǒng)12調(diào)節(jié)該混合閥。
權(quán)利要求
1.一種用于調(diào)節(jié)蓄電池溫度的溫度調(diào)節(jié)方法，其中所述蓄電池的蓄電池單元被安置在多個(gè)分離的、集成在溫度調(diào)節(jié)回路中的模塊中，其中在加熱階段通過如下方式按步驟地實(shí)現(xiàn)加熱，在第一步驟中借助于在溫度調(diào)節(jié)回路之中起作用的且由加熱元件加熱的溫度調(diào)節(jié)介質(zhì)來僅僅加熱第一模塊，并且在至少一個(gè)其他的步驟中，將在至少所述第一模塊的運(yùn)行中產(chǎn)生的熱量用于至少一個(gè)其他的模塊的加熱。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的溫度調(diào)節(jié)方法，其特征在于，所述溫度調(diào)節(jié)介質(zhì)由泵運(yùn)送。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的溫度調(diào)節(jié)方法，其特征在于，所述蓄電池的所述模塊借助于調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)被分離地集成在所述溫度調(diào)節(jié)回路中。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的溫度調(diào)節(jié)方法，其特征在于，由蓄電池管理系統(tǒng)調(diào)整所述加熱方法，其中所述蓄電池管理系統(tǒng)至少獲得所述蓄電池的溫度、所述蓄電池的功率消耗和輸出功率、所述溫度調(diào)節(jié)介質(zhì)的溫度和所述溫度調(diào)節(jié)介質(zhì)的體積流量作為參數(shù)，并且所述蓄電池管理系統(tǒng)在考慮所述所獲得的參數(shù)的情況下調(diào)節(jié)所述泵、所述加熱元件和所述調(diào)節(jié)閥。
5.一種蓄電池系統(tǒng)，其具有蓄電池管理系統(tǒng)(12)、帶有安置在至少兩個(gè)模塊(14、16、18)中的蓄電池單元的蓄電池(10)、帶有溫度調(diào)節(jié)介質(zhì)的溫度調(diào)節(jié)回路、加熱元件(30)、泵(28)和調(diào)節(jié)閥(20、44、46)，其中所述蓄電池管理系統(tǒng)(12)包括所述模塊(14、16、18)的溫度獲取器(22)、所述溫度調(diào)節(jié)介質(zhì)的溫度獲取器(22，)和所述溫度調(diào)節(jié)介質(zhì)的體積流量獲取器(32)，并且由所述蓄電池管理系統(tǒng)(12)以分離于所述溫度調(diào)節(jié)介質(zhì)加熱所述模塊的方式調(diào)節(jié)所述加熱元件(30)、所述泵(28)和所述調(diào)節(jié)閥(20、44、46)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的蓄電池系統(tǒng)，其特征在于，一個(gè)模塊是尺寸上比其他的模塊小的啟動(dòng)單元(14)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的蓄電池系統(tǒng)，其特征在于，所述溫度調(diào)節(jié)回路具有熱交換器(36)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的蓄電池系統(tǒng)，其特征在于，所述蓄電池系統(tǒng)具有繞開所述熱交換器(36)的旁路(48)和混合閥(40)。
9.根據(jù)權(quán)利要求5至8中任一項(xiàng)所述的蓄電池系統(tǒng)，其特征在于，所述蓄電池(10)是鋰離子蓄電池。
10.一種具有蓄電池系統(tǒng)的車輛，所述蓄電池系統(tǒng)具有蓄電池管理系統(tǒng)(12)、帶有安置在至少兩個(gè)模塊(14、16、18)中的蓄電池單元的蓄電池(10)、帶有溫度調(diào)節(jié)介質(zhì)的溫度調(diào)節(jié)回路、加熱元件(30)、泵(28)和調(diào)節(jié)閥(20、44、46)，其中所述蓄電池管理系統(tǒng)(12)包括所述模塊(14、16、18)的溫度獲取器(22)、所述溫度調(diào)節(jié)介質(zhì)的溫度獲取器(22’)和所述溫度調(diào)節(jié)介質(zhì)的體積流量獲取器(32)，并且由所述蓄電池管理系統(tǒng)(12)以分離于所述溫度調(diào)節(jié)介質(zhì)加熱所述模塊的方式調(diào)節(jié)所述加熱元件(30)、所述泵(28)和所述調(diào)節(jié)閥(20、.44,46)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種溫度調(diào)節(jié)方法和一種蓄電池系統(tǒng)，由此能夠產(chǎn)生一個(gè)用于運(yùn)行蓄電池的優(yōu)化的溫度范圍。在用于調(diào)節(jié)蓄電池(10)溫度的溫度調(diào)節(jié)方法中設(shè)置有所述蓄電池的蓄電池單元被安置在多個(gè)分離的、集成在溫度調(diào)節(jié)回路中的模塊(14、16、18)中，其中在加熱階段通過如下方式按步驟地實(shí)現(xiàn)加熱，在第一步驟中借助于在溫度調(diào)節(jié)回路之中起作用的且由加熱元件(30)加熱的溫度調(diào)節(jié)介質(zhì)來僅僅加熱第一模塊，并且在至少一個(gè)其他的步驟中，將在至少所述第一模塊(14)的運(yùn)行中產(chǎn)生的熱量用于至少一個(gè)其他的模塊(16、18)的加熱。
文檔編號(hào)H01M10/48GK102668203SQ201080051100
公開日2012年9月12日 申請(qǐng)日期2010年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月10日
發(fā)明者A·施密特, C·潘克伊維茨, S·京農(nóng), X·嚴(yán) 申請(qǐng)人:Sb鋰摩托德國(guó)有限公司, Sb鋰摩托有限公司