DE102015206193A1 - energy storage - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Energiespeicher (2) für ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Antriebssystem (6), wobei dieser zwei Akkumulatoren umfasst, nämlich einen Tieftemperatur-Akkumulator (8) und einen Hochtemperatur-Akkumulator (10), wobei die beiden Akkumulatoren für unterschiedliche Betriebstemperaturen oder Betriebstemperaturbereiche ausgebildet sind.The invention relates to an energy store (2) for a motor vehicle with an electric drive system (6), which comprises two accumulators, namely a cryogenic accumulator (8) and a high-temperature accumulator (10), wherein the two accumulators for different operating temperatures or Operating temperature ranges are formed.

Description

Die Erfindung betrifft einen Energiespeicher für ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Antriebssystem.The invention relates to an energy store for a motor vehicle with an electric drive system.

Natrium-Nickelchlorid-Zellen bilden die Basis einer sogenannten ZEBRA-Batterie, die als wiederaufladbarer Akkumulator im Kraftfahrzeugbereich zum Einsatz kommt und hier beispielsweise als Energiespeicher für Elektro- oder Hybridfahrzeuge dient.Sodium-nickel chloride cells form the basis of a so-called ZEBRA battery, which is used as a rechargeable accumulator in the automotive sector and used here, for example, as energy storage for electric or hybrid vehicles.

Sie gehört zu den sogenannten Feststoff-Batterien, die sich durch eine hohe Betriebssicherheit, eine hohe Zuverlässigkeit und auch durch eine hohe Energiedichte auszeichnen. Charakteristisch für die Zellen von Feststoff-Batterien sind feste Elektrolyte, die durch einen ionenleitenden Festkörper ausgebildet sind, dessen elektrische Leitfähigkeit durch Ionenwanderung bestimmt wird. Die elektrische Leitfähigkeit dieser ionenleitenden Festkörper, auch Superionenleiter genannt, ist dabei stark temperaturabhängig und tritt typischerweise sprunghaft beispielsweise ab einer Temperatur von 150°Grad auf.It is one of the so-called solid batteries, which are characterized by high reliability, high reliability and also by a high energy density. Characteristic of the cells of solid-state batteries are solid electrolytes, which are formed by an ion-conducting solid whose electrical conductivity is determined by ion migration. The electrical conductivity of these ion-conducting solids, also called superionic conductors, is strongly dependent on temperature and typically occurs abruptly, for example, from a temperature of 150.degree.

Dementsprechend werden relativ hohe Temperaturen benötigt, damit sich entsprechende Feststoff-Batterien nutzen lassen. Um nun entsprechende Feststoff-Batterien auch im Kraftfahrzeugbereich nutzen zu können, müssen diese für den Betrieb auf eine Betriebstemperatur gebracht werden, bei der eine ausreichend hohe Ionenleitfähigkeit gegeben ist. Im Falle der zuvor erwähnten ZEBRA-Batterie liegt diese Betriebstemperatur oberhalb von 270°C und dementsprechend weit oberhalb der typischerweise vorherrschenden Umgebungstemperatur, so dass entsprechende Batterien zum Erreichen der Betriebstemperatur aktiv aufgeheizt werden müssen.Accordingly, relatively high temperatures are needed so that appropriate solid batteries can be used. In order to be able to use appropriate solid-state batteries in the automotive sector, they must be brought to an operating temperature for operation, in which a sufficiently high ionic conductivity is given. In the case of the aforementioned ZEBRA battery, this operating temperature is above 270 ° C. and, accordingly, far above the typically prevailing ambient temperature, so that corresponding batteries must be actively heated to reach the operating temperature.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen vorteilhaft ausgestalteten Energiespeicher anzugeben.Proceeding from this, the invention has for its object to provide an advantageously designed energy storage.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Energiespeicher mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den rückbezogenen Ansprüchen enthalten.This object is achieved by an energy storage with the features of claim 1. Preferred developments are contained in the dependent claims.

Ein entsprechender Energiespeicher ist hierbei für ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Antriebssystem ausgebildet und dementsprechend für ein Hybridfahrzeug oder ein Elektrofahrzeug ausgelegt. Er umfasst zwei Akkumulatoren, nämlich einen Niedertemperatur-Akkumulator und einen Hochtemperatur-Akkumulator, die für unterschiedliche Betriebstemperaturen oder Betriebstemperaturbereiche ausgebildet sind.A corresponding energy store is in this case designed for a motor vehicle with an electric drive system and accordingly designed for a hybrid vehicle or an electric vehicle. It comprises two accumulators, namely a low-temperature accumulator and a high-temperature accumulator, which are designed for different operating temperatures or operating temperature ranges.

Die beiden Akkumulatoren des Energiespeichers sind infolge dessen für unterschiedliche Betriebsbedingungen ausgelegt und werden daher bevorzugt bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen eingesetzt. Auf diese Weise lässt sich zum Beispiel ein Energiespeicher realisieren, bei dem der Niedertemperatur-Akkumulator genutzt wird, um mit dessen Hilfe den Hochtemperatur-Akkumulator auf Betriebstemperatur aufzuheizen und auf Betriebstemperatur zu halten, so dass dieser dann für das elektrische Antriebssystem des Kraftfahrzeugs zur Verfügung steht.As a result, the two accumulators of the energy accumulator are designed for different operating conditions and are therefore preferably used in different operating conditions. In this way, for example, an energy storage can be realized in which the low-temperature accumulator is used to heat the high-temperature accumulator to operating temperature and keep it at operating temperature so that it is then available for the electric drive system of the motor vehicle ,

Das hierbei zugrunde liegende Konzept lässt sich dabei ohne weiteres auch auf eine größere Anzahl Akkumulatoren übertragen und auf diese Weise an unterschiedliche Anforderungen oder Anwendungszwecke anpassen, wobei nicht zwingend jeder weitere Akkumulator für eine weitere, abweichende, eigene Betriebstemperatur bzw. für einen weiteren, abweichenden, eigenen Betriebstemperaturbereich vorgesehen und ausgelegt ist. Der Einfachheit halber wird dennoch nachfolgend lediglich von zwei Akkumulatoren ausgegangen.The underlying concept can be easily transferred to a larger number of accumulators and adapted in this way to different requirements or applications, although not necessarily every other accumulator for another, different, own operating temperature or for another, different, own operating temperature range is provided and designed. For the sake of simplicity, however, only two accumulators are assumed below.

Bevorzugt weisen die beiden Akkumulatoren des Energiespeichers dabei unterschiedliche Zell-Chemien und insbesondere unterschiedliche Elektrolyte in den Zellen auf, welche beispielsweise in unterschiedlichen Temperaturbereichen eine ausreichend hohe elektrische Leitfähigkeit besitzen und/oder bei unterschiedlichen Temperaturen ihre maximale elektrische Leitfähigkeit erreichen. Dabei zeigt die temperaturabhängige elektrische Leitfähigkeit eines Elektrolytmaterials häufig ein sprunghaftes Verhalten, so dass für das Elektrolytmaterial eine Sprungtemperatur definierbar ist, oberhalb derer eine ausreichende elektrische Leitfähigkeit vorliegt und oberhalb derer die entsprechenden Zellen als Akkumulator-Zellen nutzbar oder betriebsbereit sind. Als Betriebstemperatur oder als Betriebstemperaturbereich wird in diesen Fällen daher die Sprungtemperatur bzw. eine Temperaturbereich oberhalb der Sprungtemperatur festgelegt.In this case, the two accumulators of the energy store preferably have different cell chemistries and, in particular, different electrolytes in the cells, which for example have sufficiently high electrical conductivity in different temperature ranges and / or reach their maximum electrical conductivity at different temperatures. In this case, the temperature-dependent electrical conductivity of an electrolyte material often shows an abrupt behavior, so that a transition temperature can be defined for the electrolyte material, above which a sufficient electrical conductivity is present and above which the corresponding cells are usable or ready for use as accumulator cells. As the operating temperature or as the operating temperature range, therefore, the critical temperature or a temperature range above the critical temperature is determined in these cases.

Gemäß einer Ausgestaltungsvariante ist der Niedertemperatur-Akkumulator weiter als sogenannter Lithium-Akkumulator oder klassischer Lithium-Ionen-Akkumulator mit einem flüssigen Elektrolyt ausgebildet, insbesondere einem flüssigen Elektrolyt aus einem aprotischen Lösungsmittel und einem Lithiumsalz. Entsprechende Lithium-Akkumulatoren, also Akkumulatoren, in deren Zellen Lithium als elektrochemisch aktives Element fungiert, sind weitverbreitet und kommen auch im Kraftfahrzeugbereich zum Einsatz. Sie lassen sich je nach Ausführungsvariante in einem Temperaturbereich von –30°C bis +60°C betreiben und dementsprechend müssen diese beim Einsatz in einem Kraftfahrzeug typischerweise weder aktiv gekühlt noch aktiv geheizt werden, um diese in einen Betriebstemperaturbereich zu bringen oder in einem Betriebstemperaturbereich zu halten. Alternativ kommen Zellen mit einer anderen Zellchemie zu Einsatz, wobei die Betriebstemperatur vorzugsweise unterhalb 100°C liegt.According to one embodiment variant, the low-temperature accumulator is further designed as a so-called lithium accumulator or classical lithium-ion accumulator with a liquid electrolyte, in particular a liquid electrolyte of an aprotic solvent and a lithium salt. Corresponding lithium accumulators, ie accumulators in whose cells lithium acts as an electrochemically active element, are widely used and are also used in the automotive sector. Depending on the design variant, they can be operated in a temperature range from -30.degree. C. to + 60.degree. C. and accordingly, when used in a motor vehicle, they typically need neither be actively cooled nor actively heated in order to bring them into an operating temperature range or in an operating temperature range hold. Alternatively, cells come with a different cell chemistry Use, wherein the operating temperature is preferably below 100 ° C.

Unter anderem auch aufgrund der eingangs genannten Vorteile ist es weiter günstig, wenn der Hochtemperatur-Akkumulator als Feststoff-Akkumulator mit einem Betriebstemperaturbereich oberhalb von +60°C und insbesondere als sogenannter Lithium-Feststoff-Akkumulator ausgebildet ist, wobei dessen Betriebstemperaturbereich typischerweise oberhalb von +150°C liegt. Alternativ wird als Hochtemperatur-Akkumulator eine Batterie aus der Gruppe der sogenannten Thermalbatterien eingesetzt, also zum Beispiel ein Natrium-Schwefel-Akkumulator.Among other things, also due to the advantages mentioned above, it is further favorable if the high-temperature accumulator is designed as a solid accumulator with an operating temperature range above + 60 ° C and in particular as a so-called lithium-solid-accumulator, wherein the operating temperature range is typically above + 150 ° C is located. Alternatively, a battery from the group of so-called thermal batteries is used as high-temperature accumulator, so for example, a sodium-sulfur accumulator.

Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante ist der Hochtemperatur-Akkumulator als Lithium-Polymer-Akkumulator ausgestaltet. Hierbei handelt es sich um eine Weiterentwicklung des klassischen Lithium-Ionen-Akkumulators, bei dem ein gelartiger oder fester Elektrolyt auf Polymerbasis zum Einsatz kommt. Dieser liegt als im Wesentlichen feste Folie vor und erreicht typischerweise eine hinreichend hohe Ionenleitfähigkeit ab einer Temperatur von etwa +60°C. Derartige Lithium-Polymer-Akkumulatoren weisen somit einen typischen Betriebstemperaturbereich von +60°C bis +100°C auf. Alternativ lassen sich auch andere elektrochemisch aktive Elemente für einen Polymer-Akkumulator nutzen.According to a further embodiment, the high temperature accumulator is designed as a lithium polymer accumulator. This is a further development of the classic lithium-ion battery, in which a gel-like or solid polymer-based electrolyte is used. This is present as a substantially solid film and typically reaches a sufficiently high ionic conductivity from a temperature of about + 60 ° C. Such lithium polymer accumulators thus have a typical operating temperature range of + 60 ° C to + 100 ° C. Alternatively, other electrochemically active elements for a polymer accumulator can be used.

Insbesondere auch zugunsten einer hohen Effektivität des Energiespeichers ist desweiteren zwischen den beiden Akkumulatoren bevorzugt eine thermische Kopplung ausgebildet. Dabei gilt es zu bedenken, dass beim Laden und Entladen eines Akkumulators in der Regel Abwärme generiert wird. Diese Abwärme geht zumindest im Falle des Niedertemperatur-Akkumulators typischerweise ungenutzt verloren und wirkt sich mitunter ungünstig auf den Betrieb des Niedertemperatur-Akkumulators aus, zumindest sofern der Niedertemperatur-Akkumulator durch die Abwärme in einen ungünstigeren Temperaturbereich oder Betriebstemperaturbereich getrieben wird. Erfindungsgemäß wird nun diese bisher ungenutzte und in einigen Fällen auch ungünstig wirkende Abwärme durch die thermische Kopplung gezielt genutzt, um den Hochtemperatur-Akkumulator zu heizen. Je nach Ausgestaltung des Energiespeichers sowie je nach Umgebungsbedingungen genügt die im Niedertemperatur-Akkumulator generierte Abwärme dann, um den Hochtemperatur-Akkumulator auf Betriebstemperatur aufzuheizen und/oder auf Betriebstemperatur zu halten, so dass in diesem Fall dann auf eine zusätzliche Heizung des Hochtemperatur-Akkumulators mithilfe von Heizelementen, insbesondere mithilfe von elektrischen Heizelementen, verzichtet werden kann und dementsprechend dann auch verzichtet wird. Ist weiterhin eine zusätzliche Heizung des Hochtemperatur-Akkumulators notwendig, so reduziert sich zumindest der Energiebedarf für die entsprechenden Heizelemente. In einigen Fällen wird die zusätzliche Heizung dann mittels einer einfacheren und schwächeren Heizvorrichtung bewerkstelligt, die insbesondere auch ein geringeres Gewicht aufweist.In particular, in favor of a high efficiency of the energy storage, furthermore, a thermal coupling is preferably formed between the two accumulators. It should be remembered that when charging and discharging a battery usually waste heat is generated. This waste heat is lost, at least in the case of the low-temperature accumulator typically unused and sometimes has an unfavorable effect on the operation of the low-temperature accumulator, at least if the low-temperature accumulator is driven by the waste heat in a less favorable temperature range or operating temperature range. According to the invention, this previously unused and in some cases unfavorable acting waste heat through the thermal coupling is now selectively used to heat the high-temperature accumulator. Depending on the configuration of the energy storage and depending on ambient conditions, the waste heat generated in the low-temperature accumulator then suffices to heat the high-temperature accumulator to operating temperature and / or to maintain operating temperature, so that then in this case to an additional heating of the high-temperature accumulator of heating elements, in particular by means of electrical heating elements, can be dispensed with and accordingly also omitted. If, furthermore, additional heating of the high-temperature accumulator is necessary, then at least the energy requirement for the corresponding heating elements is reduced. In some cases, the additional heating is then accomplished by means of a simpler and weaker heating device, which in particular also has a lower weight.

In vorteilhafter Weiterbildung ist die thermische Koppelung zwischen den beiden Akkumulatoren als gerichtete thermische Koppelung ausgebildet, so dass der Niedertemperatur-Akkumulator als Wärmequelle und der Hochtemperatur-Akkumulator als Wärmesenke genutzt wird. In diesem Fall findet dann nicht nur ein Temperaturausgleich infolge der thermischen Koppelung statt, stattdessen erfolgt durch die gerichtete thermische Koppelung eine aktive Kühlung des Niedertemperatur-Akkumulators und gleichzeitig eine aktive Erwärmung oder Aufheizung des Hochtemperatur-Akkumulators. Die gerichtete thermische Koppelung ist somit vorzugsweise nach Art einer Wärmepumpe ausgestaltet.In an advantageous embodiment, the thermal coupling between the two accumulators is designed as directional thermal coupling, so that the low-temperature accumulator is used as a heat source and the high-temperature accumulator as a heat sink. In this case, then takes place not only a temperature compensation due to the thermal coupling, instead takes place by the directed thermal coupling active cooling of the low-temperature accumulator and at the same time an active heating or heating of the high-temperature accumulator. The directed thermal coupling is thus preferably designed in the manner of a heat pump.

Da die beiden Akkumulatoren für unterschiedliche Betriebsbedingungen ausgelegt sind, werden diese bevorzugt auch bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen genutzt und dementsprechend weist der Energiespeicher bevorzugt eine Steuereinheit auf, die den Betrieb oder die Nutzung der beiden Akkumulatoren steuert, so dass insbesondere auch eine intelligente Nutzung der Rekuperationsenergie im Kraftfahrzeug ermöglicht wird. Hierzu umfasst der Energiespeicher vorteilhafter Weise eine Schnittstelle mit einem Leistungseingang und einem Leistungsausgang, wobei der Leistungseingang und der Leistungsausgang nicht zwingend voneinander getrennt sind, und die Steuereinheit ist derart eingerichtet, dass diese die über die Schnittstelle fließenden Leistungsströme auf die beiden Akkumulatoren in Abhängigkeit der Betriebsbedingungen verteilt. D. h. also insbesondere, dass die Steuereinheit vorgibt, welcher Akkumulator unter welchen Betriebsbedingungen zur Energieversorgung von Verbrauchern im Kraftfahrzeug und insbesondere zur Versorgung des elektrischen Antriebssystems entladen und/oder im Zuge einer Energierückgewinnung geladen wird. Da die beiden Akkumulatoren für unterschiedliche Betriebstemperaturen ausgelegt sind, erfolgt die Verteilung der Leistungsströme zweckdienlicher Weise temperaturabhängig und zwar bevorzugt zumindest in Abhängigkeit der in den Akkumulatoren vorherrschenden Temperaturen. Alternativ wird zudem die Umgebungstemperatur berücksichtigt, unter anderem, da diese den aktuellen Leistungsbedarf des Kraftfahrzeuges mitbestimmt.Since the two accumulators are designed for different operating conditions, these are preferably used even under different operating conditions and accordingly, the energy storage preferably has a control unit that controls the operation or use of the two accumulators, so that in particular an intelligent use of Rekuperationsenergie in the motor vehicle is possible. For this purpose, the energy store advantageously comprises an interface with a power input and a power output, the power input and the power output are not necessarily separated, and the control unit is set up so that this flows over the interface power currents to the two accumulators depending on the operating conditions distributed. Ie. Thus, in particular, that the control unit specifies which accumulator is discharged under which operating conditions for supplying energy to consumers in the motor vehicle and in particular for supplying the electric drive system and / or is charged in the course of energy recovery. Since the two accumulators are designed for different operating temperatures, the distribution of the power flows is expediently temperature-dependent, preferably at least as a function of the temperatures prevailing in the accumulators. Alternatively, the ambient temperature is also taken into account, among other things, since it also determines the current power requirement of the motor vehicle.

Zudem erfolgt die Verteilung vorteilhafterweise in Abhängigkeit der aktuell durch Rekuperation generierten Leistung. Da die beiden Akkumulatoren typischerweise unterschiedliche Zellchemien aufweisen und unterschiedlich aufgebaut sind, weisen diese in der Regel auch unterschiedliche elektrische Eigenschaften auf. Sie sind also zum Beispiel für unterschiedliche maximale Ladeströme oder Leistungsaufnahmen ausgelegt.In addition, the distribution advantageously takes place as a function of the power currently generated by recuperation. Since the two accumulators typically have different cell chemistries and have different structures, these generally also have different electrical characteristics Properties on. So they are designed, for example, for different maximum charging currents or power consumption.

Die Koppelung und Entkoppelung der Akkumulatoren mit bzw. von der Schnittstelle erfolgt dabei z. B. mit Hilfe von Halbleiterschaltern und gemäß einer Ausführungsvariante ist die Steuereinheit derart eingerichtet, dass stets maximal ein Akkumulator mit der Schnittstelle gekoppelt ist.The coupling and decoupling of the batteries with or from the interface takes place z. B. with the aid of semiconductor switches and according to an embodiment variant, the control unit is set up such that always a maximum of one accumulator is coupled to the interface.

Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante, bei der die beiden Akkumulatoren über eine gerichtete thermische Koppelung miteinander verbunden sind, wird zumindest zeitweise zumindest ein Teil der Rekuperationsenergie direkt, also ohne den Umweg über die Akkumulatoren, zur Versorgung der gerichteten thermischen Koppelung herangezogen.According to a further embodiment, in which the two accumulators are connected to one another via a directed thermal coupling, at least at times at least part of the recuperation energy is used directly, ie without the detour via the accumulators, to supply the directed thermal coupling.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand einer schematischen Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt:Embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to a schematic drawing. It shows:

1 in einem Blockschaltbild ein Kraftfahrzeug mit einem Energiespeicher. 1 in a block diagram of a motor vehicle with an energy storage.

Ein nachfolgend exemplarisch beschriebener und in 1 dargestellter Energiespeicher 2 ist in einem Elektrofahrzeug 4 verbaut und dient hier zur Versorgung eines elektrischen Antriebssystems 6.An example described below and in 1 illustrated energy storage 2 is in an electric vehicle 4 installed and used here to supply an electric drive system 6 ,

Er umfasst einen Tieftemperatur-Akkumulator 8, sowie einen Hochtemperatur-Akkumulator 10, die beide jeweils an eine Wandler-Schalteinheit 12 angebunden sind. Mithilfe der Wandler-Schalteinheit 12 wird je nach Betriebsweise entweder elektrische Leistung über eine Schnittstelle 14 an das elektrische Antriebssystem 6 zu dessen Versorgung ausgegeben oder aber es wird mittels des elektrischen Antriebssystems 6 generierte elektrische Leistung in den Energiespeicher 2 eingespeist und auf die Akkumulatoren 8, 10 verteilt.It includes a cryogenic accumulator 8th , as well as a high temperature accumulator 10 , both each to a converter switching unit 12 are connected. Using the converter switching unit 12 Depending on the operating mode, either electrical power is supplied via an interface 14 to the electric drive system 6 issued to its supply or it is by means of the electric drive system 6 Generated electrical power in the energy storage 2 fed and on the accumulators 8th . 10 distributed.

Die Steuerung und Verteilung der Lade- und Entladeströme auf die Akkumulatoren 8, 10 erfolgt hierbei mittels einer Steuereinheit 16, die zur Ansteuerung der Wandler-Schalteinheit 12 ausgebildet ist und durch eine entsprechende Ansteuerung von Halbleiterschaltern in der Wandler-Schalteinheit 12 den Tieftemperatur-Akkumulator 8 einerseits und den Hochtemperatur-Akkumulator 10 andererseits bedarfsweise mit der Schnittstelle 14 koppelt oder von der Schnittstelle 14 entkoppelt. Die Steuerung erfolgt hierbei in Abhängigkeit der in den Akkumulatoren 8, 10 vorherrschenden Temperaturen, welche mithilfe von Temperatursensoren 20 ermittelt und überwacht werden.The control and distribution of the charging and discharging currents on the accumulators 8th . 10 takes place here by means of a control unit 16 , which are used to control the converter switching unit 12 is formed and by a corresponding control of semiconductor switches in the converter switching unit 12 the cryogenic accumulator 8th on the one hand and the high-temperature accumulator 10 on the other hand, if necessary, with the interface 14 couples or from the interface 14 decoupled. The control takes place here depending on the in the accumulators 8th . 10 prevailing temperatures, using temperature sensors 20 be determined and monitored.

Wird nun das Elektrofahrzeug 4 in Betrieb genommen, so entspricht die Temperatur in den Akkumulatoren 8, 10 in etwa der Temperatur in der Umgebung des Elektrofahrzeugs 4 und liegt dementsprechend typischerweise im Bereich zwischen –30°C und +50°C. Bei diesen Bedingungen wird zunächst lediglich der Tieftemperatur-Akkumulator 8 als Energiequelle oder Energieaufnehmer für elektrische Energie genutzt und mit der Schnittstelle 14 gekoppelt. Jener Tieftemperatur-Akkumulator 8 ist als Lithium-Ionen-Akkumulator mit einem flüssigen Elektrolyt ausgestaltet und dementsprechend für einen Betrieb im genannten Temperaturbereich ausgelegt.Will now be the electric vehicle 4 put into operation, so corresponds to the temperature in the accumulators 8th . 10 at about the temperature in the vicinity of the electric vehicle 4 and is therefore typically in the range between -30 ° C and + 50 ° C. At these conditions, initially only the cryogenic accumulator 8th used as an energy source or energy absorber for electrical energy and with the interface 14 coupled. That cryogenic accumulator 8th is designed as a lithium-ion battery with a liquid electrolyte and accordingly designed for operation in said temperature range.

Durch das Laden und Entladen des Tieftemperatur-Akkumulators 8 wird in diesem Abwärme generiert, die mittels einer Wärmepumpe 22 hin zum Hochtemperatur-Akkumulator 10 transportiert wird, so dass dieser durch die Abwärme aus dem Tieftemperatur-Akkumulator 8 aufgeheizt wird. Dabei wird die Wärmepumpe 22 durch die Steuereinheit 16 derart angesteuert, dass im Tieftemperatur-Akkumulator 8 eine Temperatur von etwa +10°C als Betriebstemperatur gehalten wird und dass die im Tieftemperatur-Akkumulator 8 nicht benötigte oder nicht gewünschte Wärme in den Hochtemperatur-Akkumulator 10 gepumpt wird.By charging and discharging the cryogenic accumulator 8th is generated in this waste heat by means of a heat pump 22 towards the high temperature accumulator 10 is transported, so that this by the waste heat from the cryogenic accumulator 8th is heated. At the same time the heat pump becomes 22 through the control unit 16 triggered in such a way that in the cryogenic accumulator 8th a temperature of about + 10 ° C is kept as the operating temperature and that in the cryogenic accumulator 8th unnecessary or unwanted heat in the high temperature accumulator 10 is pumped.

Sobald im Hochtemperatur-Akkumulator 10, der als Lithium-Polymer-Akkumulator ausgestaltet ist, eine Temperatur von +60°C erreicht ist, wird der Hochtemperatur-Akkumulator 10 in Betrieb genommen und nachfolgend als zusätzliche Energiequelle oder zusätzlicher Energieaufnehmer genutzt und hierfür an die Schnittstelle 14 angekoppelt. Sobald die Temperatur im Hochtemperatur-Akkumulator 10 wieder unter +60°C fällt, wird der Hochtemperatur-Akkumulator 10 von der Schnittstelle 14 entkoppelt und somit quasi wieder stillgelegt, bis erneut eine Temperatur von +60°C überschritten wird.Once in the high temperature accumulator 10 , which is designed as a lithium-polymer accumulator, a temperature of + 60 ° C is reached, the high-temperature accumulator 10 put into operation and subsequently used as an additional energy source or additional energy absorber and this to the interface 14 coupled. Once the temperature in the high temperature accumulator 10 again falls below + 60 ° C, the high-temperature accumulator 10 from the interface 14 decoupled and thus virtually shut down again until a temperature of + 60 ° C is exceeded again.

Solange der Hochtemperatur-Akkumulator 10 in Betrieb ist, wird dieser bevorzugt zur Versorgung des elektrischen Antriebssystems 6 herangezogen und zudem wird in den Energiespeicher 2 zurückgespeiste elektrische Energie bevorzugt in den Tieftemperatur-Akkumulator 8 eingespeist, so dass dieser einen möglichst hohen Ladezustand aufweist, solange der Hochtemperatur-Akkumulator 10 aktiv ist. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass der Tieftemperatur-Akkumulator 8 als Energiequelle auch längerfristig zur Verfügung steht, sobald der Hochtemperatur-Akkumulator 10 aus dem Betriebstemperaturbereich fällt und infolge dessen von der Schnittstelle 14 abgekoppelt wird.As long as the high temperature accumulator 10 is in operation, this is preferred for the supply of the electric drive system 6 used and also is in the energy storage 2 fed back electrical energy preferably in the cryogenic accumulator 8th fed so that it has the highest possible state of charge, as long as the high-temperature battery 10 is active. In this way it is ensured that the cryogenic accumulator 8th as a source of energy is also available in the longer term, once the high-temperature battery 10 falls out of the operating temperature range and as a result of the interface 14 is decoupled.

Ist der Tieftemperatur-Akkumulator 8 vollständig aufgeladen und der Hochtemperatur-Akkumulator 10 an die Schnittstelle 14 angekoppelt, so wird der Tieftemperatur-Akkumulator 8, sofern die Versorgung mit elektrischer Energie durch den Hochtemperatur-Akkumulator 10 ausreichend abgedeckt wird, von der Schnittstelle 14 abgekoppelt und dementsprechend zeitweise stillgelegt oder außer Betrieb gesetzt.Is the cryogenic accumulator 8th fully charged and the high temperature accumulator 10 to the interface 14 coupled, so is the cryogenic accumulator 8th provided the supply of electrical energy through the high-temperature accumulator 10 is sufficiently covered by the interface 14 disconnected and therefore temporarily shut down or put out of service.

Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt, Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.The invention is not limited to the exemplary embodiment described above, but rather other variants of the invention can be derived therefrom by the person skilled in the art without departing from the subject matter of the invention. In particular, all the individual features described in connection with the exemplary embodiment can also be combined with each other in other ways, without departing from the subject matter of the invention.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

22
Energiespeicherenergy storage
44
Elektrofahrzeugelectric vehicle
66
Elektrisches AntriebssystemElectric drive system
88th
Tieftemperatur-AkkumulatorCryogenic accumulator
1010
Hochtemperatur-AkkumulatorHigh-temperature storage battery
1212
Wandler-SchalteinheitConverter switch unit
1414
Schnittstelleinterface
1616
Steuereinheitcontrol unit
2020
Temperatursensortemperature sensor
2222
Wärmepumpeheat pump

Claims (13)

Energiespeicher (2) für ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Antriebssystem (6), dadurch gekennzeichnet, dass dieser zwei Akkumulatoren umfasst, nämlich einen Tieftemperatur-Akkumulator (8) und einen Hochtemperatur-Akkumulator (10), wobei die beiden Akkumulatoren für unterschiedliche Betriebstemperaturen oder Betriebstemperaturbereiche ausgebildet sind.Energy storage ( 2 ) for a motor vehicle having an electric drive system ( 6 ), characterized in that it comprises two accumulators, namely a cryogenic accumulator ( 8th ) and a high temperature accumulator ( 10 ), wherein the two accumulators are designed for different operating temperatures or operating temperature ranges. Energiespeicher (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Akkumulatoren unterschiedliche Elektrolyte aufweisen, welche bei unterschiedlichen Temperaturen ihre maximale elektrische Leitfähigkeit erreichen.Energy storage ( 2 ) according to claim 1, characterized in that the two accumulators have different electrolytes which reach their maximum electrical conductivity at different temperatures. Energiespeicher (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Tieftemperatur-Akkumulator (8) als Lithium-Akkumulator mit flüssigem Elektrolyt ausgebildet ist.Energy storage ( 2 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the cryogenic accumulator ( 8th ) is designed as a lithium accumulator with liquid electrolyte. Energiespeicher (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochtemperatur-Akkumulator (10) als Thermalbatterie ausgebildet ist.Energy storage ( 2 ) According to one of claims 1 to 3, characterized in that the high-temperature accumulator ( 10 ) is designed as a thermal battery. Energiespeicher (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochtemperatur-Akkumulator (10) als Lithium-Feststoff-Akkumulator ausgebildet ist.Energy storage ( 2 ) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the high-temperature accumulator ( 10 ) is formed as a lithium-solid-battery. Energiespeicher (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochtemperatur-Akkumulator (10) als Lithium-Polymer-Akkumulator ausgebildet ist.Energy storage ( 2 ) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the high-temperature accumulator ( 10 ) is formed as a lithium polymer accumulator. Energiespeicher (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den beiden Akkumulatoren eine thermische Koppelung ausgebildet ist.Energy storage ( 2 ) according to one of claims 1 to 6, characterized in that between the two accumulators, a thermal coupling is formed. Energiespeicher (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den beiden Akkumulatoren eine gerichtete thermische Koppelung ausgebildet ist, so dass der Tieftemperatur-Akkumulator (8) als Wärmequelle und der Hochtemperatur-Akkumulator (10) als Wärmesenke genutzt wird.Energy storage ( 2 ) according to one of claims 1 to 7, characterized in that a directed thermal coupling is formed between the two accumulators, so that the cryogenic accumulator ( 8th ) as a heat source and the high-temperature accumulator ( 10 ) is used as a heat sink. Energiespeicher (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass dieser eine Schnittstelle (14) mit einem Leistungseingang und einem Leistungsausgang sowie eine Steuereinheit (16) umfasst, welche eingerichtet ist zur Verteilung der über die Schnittstelle (14) fließenden Leistungsströme auf die beiden Akkumulatoren.Energy storage ( 2 ) according to one of claims 1 to 8, characterized in that it has an interface ( 14 ) with a power input and a power output and a control unit ( 16 ), which is set up for distribution via the interface ( 14 ) flowing power currents to the two accumulators. Energiespeicher (2) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilung Leistungsströme auf die beiden Akkumulatoren temperaturabhängig erfolgt.Energy storage ( 2 ) according to claim 9, characterized in that the distribution of power flows on the two accumulators is temperature-dependent. Energiespeicher (2) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilung Leistungsströme auf die beiden Akkumulatoren durch Koppelung und Entkoppelung der Akkumulatoren mit bzw. von der Schnittstelle (14) erfolgt.Energy storage ( 2 ) according to claim 9 or 10, characterized in that the distribution of power currents to the two accumulators by coupling and decoupling of the accumulators with or from the interface ( 14 ) he follows. Energiespeicher (2) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (16) derart eingerichtet ist, dass stets maximal ein Akkumulator mit der Schnittstelle (14) gekoppelt ist.Energy storage ( 2 ) according to claim 11, characterized in that the control unit ( 16 ) is set up such that always at most one accumulator with the interface ( 14 ) is coupled. Energiespeicher (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass dieser derart eingerichtet ist, dass stets genau ein Akkumulator geladen oder entladen wird.Energy storage ( 2 ) according to one of claims 1 to 12, characterized in that it is set up such that always exactly one accumulator is charged or discharged.
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