本發(fā)明涉及一種按獨(dú)立權(quán)利要求的前序部分所述的具有多個(gè)能量存儲(chǔ)單元的能量存儲(chǔ)裝置，以及一種按獨(dú)立權(quán)利要求的前序部分所述的用于控制能量存儲(chǔ)裝置中的冷卻劑流的方法，以及一種相應(yīng)的電池裝置以及一種相應(yīng)的機(jī)動(dòng)車。

背景技術(shù)：

為了使能量存儲(chǔ)裝置在希望的應(yīng)用中例如作為電動(dòng)車輛或混合動(dòng)力車輛的能量存儲(chǔ)器能夠提供所需的功率，該能量存儲(chǔ)裝置可能須由多個(gè)合適地連接的能量存儲(chǔ)單元構(gòu)成。此外，在許多應(yīng)用中，可提供的結(jié)構(gòu)空間有限，使得應(yīng)盡可能相互緊湊地設(shè)置這些能量存儲(chǔ)單元。因?yàn)樵谶\(yùn)行中經(jīng)常產(chǎn)生余熱，所有通常須要以合適的方式對單元進(jìn)行冷卻。在機(jī)動(dòng)車中使用時(shí)，對于能量存儲(chǔ)裝置在提供的功率方面和同時(shí)在結(jié)構(gòu)空間方面的要求是很高的，使得經(jīng)常設(shè)置主動(dòng)的冷卻系統(tǒng)，在該冷卻系統(tǒng)中，用于吸收及帶走能量存儲(chǔ)單元的余熱的冷卻劑在冷卻通道中在能量存儲(chǔ)單元旁邊導(dǎo)過。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于，提供一種能量存儲(chǔ)裝置、一種方法、一種電池裝置以及一種機(jī)動(dòng)車，其中，實(shí)現(xiàn)能量存儲(chǔ)單元的改進(jìn)的冷卻。

上述目的通過按獨(dú)立權(quán)利要求的能量存儲(chǔ)裝置及方法、相應(yīng)的電池裝置以及相應(yīng)的機(jī)動(dòng)車實(shí)現(xiàn)。

按本發(fā)明的能量存儲(chǔ)裝置具有多個(gè)能量存儲(chǔ)單元及一個(gè)外殼，這些能量存儲(chǔ)單元設(shè)置在該外殼內(nèi)，與所述能量存儲(chǔ)單元鄰接地設(shè)置冷卻通道，這些冷卻通道能由冷卻劑流過，所述冷卻劑構(gòu)成為用于吸收 其中至少一個(gè)能量存儲(chǔ)單元的余熱。在此，所述能量存儲(chǔ)裝置具有在其中至少一個(gè)冷卻通道中和/或在冷卻通道的至少一個(gè)分支上設(shè)置的至少一個(gè)控制元件，該控制元件構(gòu)成為用于動(dòng)態(tài)控制冷卻劑流。

按本發(fā)明提出一種用于控制能量存儲(chǔ)裝置中的冷卻劑流的方法，所述能量存儲(chǔ)裝置具有多個(gè)能量存儲(chǔ)單元，冷卻通道與所述能量存儲(chǔ)單元鄰接，所述冷卻通道被冷卻劑流過，所述冷卻劑構(gòu)成為用于吸收其中至少一個(gè)能量存儲(chǔ)單元的余熱，該方法至少具有如下步驟：尤其是借助能量存儲(chǔ)單元的傳感器裝置，檢測能量存儲(chǔ)單元的至少一個(gè)可逆的和/或至少一個(gè)不可逆的特性；尤其是借助能量存儲(chǔ)裝置的控制單元，根據(jù)至少一個(gè)檢測的特性確定能量存儲(chǔ)單元的冷卻需求；以及通過設(shè)置在其中至少一個(gè)冷卻通道中和/或設(shè)置在冷卻通道的至少一個(gè)分支上的至少一個(gè)控制元件，根據(jù)確定的冷卻需求控制冷卻劑流。

按本發(fā)明的電池裝置具有多個(gè)優(yōu)選串聯(lián)和/或并聯(lián)連接的按本發(fā)明的能量存儲(chǔ)裝置。

按本發(fā)明的機(jī)動(dòng)車具有電力驅(qū)動(dòng)裝置或混合驅(qū)動(dòng)裝置以及按本發(fā)明的能量存儲(chǔ)裝置和/或按本發(fā)明的電池裝置。

在本發(fā)明的意義上的機(jī)動(dòng)車優(yōu)選是陸用車輛，尤其是道路車輛，例如尤其具有混合驅(qū)動(dòng)裝置或電驅(qū)動(dòng)裝置的乘用車、載貨車、客車或摩托車。

本發(fā)明基于這樣的構(gòu)思，冷卻劑通過穿過外殼用于冷卻不同能量存儲(chǔ)單元的各個(gè)冷卻通道動(dòng)態(tài)地適配于各個(gè)能量存儲(chǔ)單元的不同運(yùn)行狀態(tài)，例如關(guān)于不同的單元溫度和/或單元中的不同地發(fā)展的老化過程。為此設(shè)置至少一個(gè)控制元件，該控制元件例如在兩個(gè)冷卻通道的分支處是可以運(yùn)動(dòng)的，使得冷卻劑流更多地轉(zhuǎn)向到一個(gè)冷卻通道中，該冷卻通道相配于具有較高冷卻需求(也許僅短暫地較高的冷卻需求)的能量存儲(chǔ)單元。如果在之后的運(yùn)行狀態(tài)中，相配于另一冷卻通道的能量存儲(chǔ)單元具有提高的冷卻需求，那么控制元件可以如此運(yùn)動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)和/或調(diào)節(jié)，使得冷卻劑流的更多份額于是引導(dǎo)到該另一通道中。

因此在本發(fā)明的意義下，動(dòng)態(tài)控制冷卻劑流可以優(yōu)選地理解為， 在能量存儲(chǔ)裝置運(yùn)行中的不同的時(shí)間點(diǎn)上，為了適應(yīng)各個(gè)能量存儲(chǔ)單元的相應(yīng)地變化的冷卻劑需求，能夠?yàn)樵谠撃芰看鎯?chǔ)裝置中的不同的冷卻通道配設(shè)有總冷卻劑流的可變化的份額。

即本發(fā)明使得能量存儲(chǔ)裝置中的冷卻劑流可以動(dòng)態(tài)地適配于各個(gè)能量存儲(chǔ)單元的隨時(shí)間變化的冷卻需求。由此在總體上改善能量存儲(chǔ)單元的冷卻。

可以將適合的流體，例如空氣、水和/或技術(shù)人員已知的冷卻液作為冷卻劑使用。

在一種優(yōu)選的實(shí)施方案中，能量存儲(chǔ)裝置具有至少一個(gè)傳感器裝置，該傳感器裝置構(gòu)成為用于檢測至少一個(gè)能量存儲(chǔ)單元的一個(gè)或多個(gè)特性及用于產(chǎn)生相應(yīng)的傳感器信號(hào)。由此可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)狀地和/或連續(xù)地檢測至少一個(gè)能量存儲(chǔ)單元的實(shí)際狀態(tài)，這簡化了能量存儲(chǔ)單元的實(shí)時(shí)的冷卻需求的確定。

按該優(yōu)選的實(shí)施方案，能量存儲(chǔ)裝置還具有控制單元，該控制單元構(gòu)成為用于控制至少一個(gè)控制元件，使得該至少一個(gè)控制元件能根據(jù)傳感器裝置的傳感器信號(hào)被操縱，由此能更簡單地將各個(gè)冷卻通道中的冷卻劑流適配于能量存儲(chǔ)單元的冷卻需求

為了可以簡化地確定各個(gè)能量存儲(chǔ)單元的冷卻需求，優(yōu)選能量存儲(chǔ)單元單個(gè)地或成組地配設(shè)有為了傳送傳感器信號(hào)與控制單元相連的傳感器裝置。

在一種優(yōu)選的進(jìn)一步改進(jìn)方案中，設(shè)置至少一個(gè)傳感器裝置用于檢測溫度和/或電流和/或電功率和/或內(nèi)電阻。由檢測的一級(jí)參數(shù)可以進(jìn)一步確定二級(jí)參數(shù)，例如能量存儲(chǔ)裝置的老化狀態(tài)。由此可以根據(jù)不同的參數(shù)或根據(jù)不同參數(shù)的組合來確定能量存儲(chǔ)單元(或每一個(gè)能量存儲(chǔ)單元)的冷卻需求。

能量存儲(chǔ)單元的溫度經(jīng)常對可發(fā)出的功率有大的影響，使得例如在檢測一個(gè)能量存儲(chǔ)單元(與其它能量存儲(chǔ)單元的溫度相比)的較高的溫度時(shí)，能夠確定該能量存儲(chǔ)單元的提高的冷卻需求以及相應(yīng)地對控制元件進(jìn)行控制。

也可以由檢測能量存儲(chǔ)單元的電流和/或電功率和/或內(nèi)電阻，尤其間接地推斷出較低的期望的單元溫度，使得基于此可以確定對應(yīng)單元的冷卻需求。

優(yōu)選傳感器裝置也可以設(shè)置為用于檢測能量存儲(chǔ)單元的按日期或按周期的老化。為了這種檢測可以設(shè)置傳感器檢測充電過程與放電過程間的交替(按周期的老化)和/或?qū)⑺鼈兣c時(shí)間參數(shù)聯(lián)系起來。為此，也可以設(shè)置傳感器檢測材料在電極上的沉積，例如在所謂的電鍍作用的意義上。此外，由檢測的或計(jì)算的參數(shù)，例如從最大充電狀態(tài)到最小充電狀態(tài)的可用容量，能量存儲(chǔ)單元的電壓與充電狀態(tài)的比較，以及能量存儲(chǔ)單元的內(nèi)電阻，可以推斷出該能量存儲(chǔ)單元的老化狀態(tài)。優(yōu)選使用本身已知的傳感器用于檢測上面提及的特性，技術(shù)人員可以無問題地選擇傳感器。

在本發(fā)明的意義上，能量存儲(chǔ)單元的溫度，作為由傳感器裝置檢測的特性，可能不僅與單元外部的運(yùn)行狀態(tài)例如提高的外部溫度或高功率要求有關(guān)，還與單元內(nèi)部的過程例如單元的提高的老化或其他缺陷有關(guān)。

為了能夠在能量存儲(chǔ)裝置中考慮冷卻通道的不同的結(jié)構(gòu)，按優(yōu)選的進(jìn)一步改進(jìn)方案，可以在至少兩個(gè)冷卻通道的分支、合流和/或交叉處構(gòu)成至少一個(gè)控制元件。在此，在分支處的控制元件尤其控制冷卻劑分配到特定的冷卻通道上；在合流處的控制元件尤其調(diào)節(jié)冷卻劑從特定的冷卻通道上流出；在至少兩個(gè)、也優(yōu)選三個(gè)或四個(gè)冷卻通道的交叉處的控制元件尤其調(diào)節(jié)冷卻劑從至少一個(gè)冷卻通道轉(zhuǎn)向到另外的預(yù)先確定的至少一個(gè)冷卻通道中。

為了保證對于冷卻劑流的控制盡可能地精細(xì)，在至少一個(gè)冷卻通道中設(shè)置至少一個(gè)控制元件，使得該控制元件按可變的比例釋放或阻止冷卻劑流。在本發(fā)明的意義上，按可變的比例釋放尤其可以理解為，設(shè)置和/或操作控制元件，使得冷卻劑流例如為在冷卻通道被完全釋放時(shí)的冷卻劑流的五分之一、四分之一、三分之一、二分之一、三分之二或四分之三。

在一種優(yōu)先的實(shí)施例中，所述至少一個(gè)控制元件具有至少一個(gè)可移動(dòng)的控制活門和/或至少一個(gè)控制閥。借助控制活門可以例如實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)控制冷卻劑流的相當(dāng)簡單和/或低成本的方案；借助控制閥可以例如實(shí)現(xiàn)相當(dāng)精確地控制冷卻劑流。

為了實(shí)現(xiàn)有效地動(dòng)態(tài)地控制冷卻劑流，在一種優(yōu)選的實(shí)施方案中，每個(gè)能量存儲(chǔ)單元配設(shè)有至少一個(gè)冷卻通道。在該實(shí)施方案中，優(yōu)選地在冷卻通道的每個(gè)分支處和/或每個(gè)合流處設(shè)置至少一個(gè)控制元件，該控制元件能夠影響在分支或合流處的冷卻劑流的相對比例。

為了使本發(fā)明可以同樣用于能量存儲(chǔ)裝置的經(jīng)常使用的類型中，按一種優(yōu)選的進(jìn)一步改進(jìn)方案，能量存儲(chǔ)單元的至少一部分設(shè)置為二維矩陣，在兩個(gè)維度上，在每兩列單元或者說單元組之間設(shè)置一個(gè)冷卻通道。在本發(fā)明的框架中也包括在三維中至少重復(fù)一次地并且相應(yīng)地串聯(lián)和/或并聯(lián)連接的設(shè)置。

為了實(shí)現(xiàn)控制元件的簡單裝配，按一種優(yōu)選的實(shí)施方案，在冷卻通道的入口和/或出口分別設(shè)置有控制元件。

優(yōu)選在外殼上設(shè)置冷卻劑入口和冷卻劑出口，由此冷卻劑供給至外殼或從外殼導(dǎo)出，在此，冷卻劑入口和/或冷卻劑出口具有尤其與控制單元相連的主閥，該主閥構(gòu)成為用于控制經(jīng)過能量存儲(chǔ)裝置的總冷卻劑流。由此可以使得通向在能量存儲(chǔ)裝置外部的冷卻劑循環(huán)的接口標(biāo)準(zhǔn)化和/或簡單。

附圖說明

下面結(jié)合附圖說明本發(fā)明的其他特征、優(yōu)點(diǎn)及應(yīng)用可能性。附圖如下：

圖1在剖視圖中示出能量存儲(chǔ)裝置的一種實(shí)施例，該能量存儲(chǔ)裝置的能量存儲(chǔ)單元設(shè)置成二維矩陣；以及

圖2示出圖1的實(shí)施例，其中，能量存儲(chǔ)單元之一具有提高的冷卻需求。

具體實(shí)施方式

在圖1中示出能量存儲(chǔ)裝置1，其中，在外殼2中、在x方向和y方向上以二維矩陣的形式設(shè)置能量存儲(chǔ)單元E11～E64。在此，在在二維矩陣的y方向上延伸的每一列能量存儲(chǔ)單元Ex1～Ex4中設(shè)置有六個(gè)能量存儲(chǔ)單元E1y～E6y。在所示的示例中總共設(shè)置有24個(gè)能量存儲(chǔ)單元；但是，原則上在能量存儲(chǔ)裝置1的外殼2中也可以設(shè)置明顯更多或更少的能量存儲(chǔ)單元。

每個(gè)能量存儲(chǔ)單元E11～E64具有一個(gè)傳感器裝置S11～S64，該傳感器設(shè)置用于檢測所屬能量存儲(chǔ)單元的溫度以及與與此無關(guān)地檢測所屬能量存儲(chǔ)單元的內(nèi)電阻，并且向控制單元4傳遞相應(yīng)的傳感器信號(hào)。為此相應(yīng)地設(shè)置的在傳感器裝置S11～S64與控制單元4之間的連接出于表述清楚的原因未在圖中示出。

外殼2具有帶有入口主閥8的冷卻劑入口6以及帶有出口主閥12的冷卻劑出口10。主閥8和12與控制單元4連接，控制通過能量存儲(chǔ)裝置1的總冷卻劑流。在圖中通過虛線的面狀箭頭表示各冷卻劑流。

相應(yīng)于能量存儲(chǔ)單元E11～E64的矩陣形式的布置，能量存儲(chǔ)裝置1具有在y方向上延伸的冷卻通道Cy以及在x方向上延伸的冷卻通道Cx。對冷卻通道Cx和Cy進(jìn)行編號(hào)，使得由此示出與能量存儲(chǔ)單元的特定的行或列的相鄰關(guān)系，當(dāng)冷卻劑流經(jīng)相應(yīng)的通道時(shí)，該冷卻劑可以吸收這些能量存儲(chǔ)單元的余熱。例如在x方向上的通道Cx1構(gòu)成在外殼壁與能量存儲(chǔ)單元Ex1之間；反之，冷卻通道Cy12設(shè)置在能量存儲(chǔ)單元E1y與E2y之間。

在每個(gè)冷卻通道Cx12～Cx34及Cy12～Cy56(這些冷卻通道分別設(shè)置在能量存儲(chǔ)單元的每兩列或行之間)的入口和出口處設(shè)置有控制元件14，該控制元件構(gòu)成為可繞自己的豎軸旋轉(zhuǎn)的控制活門。每個(gè)控制元件14可以通過控制單元4根據(jù)傳感器裝置S11～S64的傳感器信號(hào)操縱，使得在冷卻通道Cx和Cy中的冷卻劑流適配于能量存儲(chǔ)單元E11～E64的冷卻需求。

在圖1中示出能量存儲(chǔ)裝置1的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行狀態(tài)。沒有傳感器裝置 S向控制單元4報(bào)告溫度值或內(nèi)電阻值，該溫度值或內(nèi)電阻值可能表明能量存儲(chǔ)單元E的偏離于正常值的冷卻需求的確定。因此，通過控制單元4對控制元件14進(jìn)行控制，使得這些控制元件允許“正常的”冷卻循環(huán)。

在此，冷卻劑通過入口主閥8到達(dá)外殼2的內(nèi)部。在冷卻通道CY1中的控制元件14.9傾斜地設(shè)置，使得將至少大部分的冷卻劑引入到冷卻通道Cx1中。設(shè)置在冷卻通道Cx1中的控制元件14.1至14.5以它們的控制活門平行于冷卻劑流，使得它們基本上不使冷卻劑流轉(zhuǎn)向。不會(huì)強(qiáng)制地將冷卻劑引入在y方向上延伸的冷卻通道Cy12～Cy56中。

接著，冷卻劑流在外殼壁上轉(zhuǎn)向到冷卻通道CY6中，控制元件14.6和14.7在該冷卻通道CY6中略傾斜地設(shè)置，使得在每一個(gè)控制元件上總冷卻劑流的一部分，優(yōu)選三分之一，分別轉(zhuǎn)向到冷卻通道Cx12或冷卻通道Cx23中。控制元件14.8傾斜地設(shè)置，使得基本上所有剩下的冷卻劑流，優(yōu)選三分之一，轉(zhuǎn)向到冷卻通道Cx34中。為了使冷卻劑在圖示中向下轉(zhuǎn)向到冷卻通道Cy1中，在冷卻通道Cx12～Cx34的端部，控制元件14.9至14.11合適地傾斜設(shè)置。

在外殼壁上轉(zhuǎn)向之后，基本上所有的冷卻劑流沿著平行設(shè)置的控制元件14.12至14.16流經(jīng)冷卻通道Cx4到達(dá)出口主閥12，冷卻劑流通過該出口主閥又離開能量存儲(chǔ)裝置1的外殼2。優(yōu)選地，在外殼2外部設(shè)置泵和/或熱交換器。

在冷卻劑流通過冷卻通道Cx1，Cx12～Cx34和Cx4時(shí)，每個(gè)能量存儲(chǔ)單元E11～E64的余熱可以向冷卻劑散發(fā)和帶走。優(yōu)選地，能量存儲(chǔ)裝置1構(gòu)成為，使得借助該冷卻劑流、尤其是定義為正常的冷卻劑流實(shí)現(xiàn)所有能量存儲(chǔ)單元的余熱的最優(yōu)的散發(fā)。

以按本發(fā)明的方式，尤其當(dāng)能量存儲(chǔ)單元E之一具有偏離于正常值的冷卻需求時(shí)，動(dòng)態(tài)地適配該冷卻劑流。

在圖2中示出圖1的能量存儲(chǔ)裝置1，其中，能量存儲(chǔ)單元E42由于提高的內(nèi)電阻、例如由老化引起的提高的內(nèi)電阻而具有明顯高于其他單元的溫度。

能量存儲(chǔ)單元E42的傳感器裝置S42檢測與其它能量存儲(chǔ)單元相比提高的溫度，并且向控制單元4傳送相應(yīng)的傳感器信號(hào)。例如傳感器裝置S42報(bào)告70℃的單元溫度，而其它單元的傳感器裝置報(bào)告約40℃的溫度。

在本實(shí)施例中，存儲(chǔ)在控制單元4中的控制算法基于以下假設(shè)：在運(yùn)行溫度為70℃時(shí)使用的單元類型提供比40℃時(shí)明顯更少的功率。因此，控制單元4的控制算法由傳感器裝置S42的傳感器值確認(rèn)能量存儲(chǔ)單元E42的提高的冷卻需求。為此借助控制單元4將控制元件14.3和14.4從與與冷卻劑流平行的布置中設(shè)置為略傾斜的，并且將控制元件14.6和14.7設(shè)置為比正常運(yùn)行情況下更傾斜。這導(dǎo)致冷卻劑的一部分被主動(dòng)地導(dǎo)入到與能量存儲(chǔ)單元E42鄰接的、在y方向上延伸的冷卻通道Cy34和Cy45中。附加地，大部分冷卻劑轉(zhuǎn)向到同樣與能量存儲(chǔ)單元E42鄰接的、在x方向上延伸的冷卻通道Cx12和Cx23中。

因此，在與單元E42鄰接的冷卻劑通道上保證明顯增強(qiáng)的冷卻劑流，該單元由此獲得明顯增強(qiáng)的冷卻，因?yàn)樵搯卧軌蛳蚶鋮s劑散發(fā)更多的接著被帶走的余熱。結(jié)果，單元E42的溫度下降。

這是尤其有利的，因?yàn)樵诿總€(gè)串聯(lián)的單元支路上，在溫度特性方面最退化的單元確定該支路的工作能力。通過使溫度沿著該支路得到平衡，可以優(yōu)化該工作能力。

如果由于冷卻劑流的轉(zhuǎn)向而使得給其它單元供應(yīng)過少的冷卻劑流，那么可以例如通過擴(kuò)大入口主閥8和出口主閥12的閥位來保證提高的總冷卻劑流。因?yàn)樵谠S多情況下能量存儲(chǔ)裝置的工作能力取決于最為老化的單元，所以可以不必經(jīng)常這樣提高總冷卻劑流。

在當(dāng)前描述的實(shí)施例中，傳感器裝置S42除了檢測提高的溫度外，也檢測提高的內(nèi)電阻，并且將其傳送給控制單元4。這可以例如作為這樣的標(biāo)示，即電池沒有在外部承受較高熱負(fù)荷，而是單元E42的提高的溫度是由該單元的高內(nèi)電阻而提高的發(fā)熱引起。在基于控制單元4的控制算法的模型中，這被認(rèn)為是單元的已發(fā)展較晚的按日期的和/或按周期的老化的標(biāo)示，因此在有效的冷卻運(yùn)行的意義上，與其它單 元相比更強(qiáng)地冷卻單元E42是有意義的。

在當(dāng)前情況下可以甚至有意義的是，不僅僅如此程度冷卻單元E42，即降低提高的溫度70℃，而且還進(jìn)一步冷卻該單元，使得單元E42具有比其它單元還要更低的運(yùn)行溫度。在有效的電池管理的意義上，在這樣的使用情況下，在特定的前提條件下可能更重要的是，通過如此強(qiáng)的冷卻阻止能量存儲(chǔ)單元E42的進(jìn)一步老化，與其它能量存儲(chǔ)單元的正常老化相比得到延緩。

在相應(yīng)的運(yùn)行狀況下，可以同樣設(shè)置，一個(gè)、幾個(gè)或全部控制活門14.1～14.16的調(diào)節(jié)位置相應(yīng)適配，用于使冷卻通道中的冷卻劑流動(dòng)態(tài)適配于其它能量存儲(chǔ)單元的E11～E64。

附圖標(biāo)記列表

1 能量存儲(chǔ)裝置

2 外殼

4 控制單元

6 冷卻劑入口

8 入口主閥

10 冷卻劑出口

12 出口主閥

14 控制元件

Cx 水平延伸的冷卻通道

Cy 豎直延伸的冷卻通道

E 能量存儲(chǔ)單元

S 傳感器裝置

X 水平方向

y 豎直方向