DE102008024793A1 - Power supply system for vehicle, has fuel cell system operating tempering system for temperature-sensitive battery, where temperature-sensitive battery is tampered depending on operating temperature of temperature-sensitive battery - Google Patents

Power supply system for vehicle, has fuel cell system operating tempering system for temperature-sensitive battery, where temperature-sensitive battery is tampered depending on operating temperature of temperature-sensitive battery Download PDF

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Abstract

The system has a fuel cell system (20) operating a tempering system (24) for a temperature-sensitive battery (18) e.g. lithium ion batteries. An additional battery (22) is provided for starting the fuel cell system. The temperature-sensitive battery is tampered depending on an operating temperature of the temperature-sensitive battery. The additional battery is tempered by an additional tempering system (26) depending on an operating temperature of the additional battery in a starting phase of the fuel cell system. An independent claim is also included for a method for tempering a temperature-sensitive battery of a power supply system.

Description

Die Erfindung betrifft ein Energieversorgungssystem mit einer temperaturempfindlichen Batterie und einem Brennstoffzellensystem.The The invention relates to a power supply system having a temperature sensitive one Battery and a fuel cell system.

Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Temperierung einer temperaturempfindlichen Batterie eines Energieversorgungssystems.Farther The invention relates to a method for controlling the temperature of a temperature-sensitive battery an energy supply system.

Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Energieversorgungssystem mit einer Batterie und ein Verfahren zur Temperierung einer Batterie eines Energieversorgungssystems.About that In addition, the invention relates to a power supply system with a Battery and a method for controlling the temperature of a battery Energy supply system.

Energieversorgungssysteme werden für eine Vielzahl von Anwendungen benötigt, sowohl für mobile als auch für stationäre Einheiten. So umfassen Energieversorgungssysteme für Fahrzeuge neben einem Motor in der Regel eine Stromquelle, meist eine Batterie, zur Versorgung der verschiedenen Fahrzeugkomponenten mit elektrischer Energie. Hierzu werden aus Gründen der Platz- und Gewichtsersparnis, die sich auch in einem niedrigeren Kraftstoffverbrauch niederschlägt, immer häufiger Hochleistungs-Lithium-Ionen-Batterien verwendet. Jede Batterie hat eine optimale Betriebstemperatur, insbesondere Lithium-Ionen-Batterien bringen ihre volle Leistung aber in einem nach oben und unten begrenzten Temperaturbereich. Dies macht eine Kontrolle der Betriebstemperatur und insbesondere eine Kühlung und bei sehr niedrigen Außentemperaturen gegebenenfalls auch eine Erwärmung der Fahrzeugbatterie erforderlich. Aber auch ortsfeste Systeme wie beispielsweise Telefonzellen, elektronische Fahrplananzeigen oder Beleuchtungen an Bushaltestellen, Parkscheinautomaten oder Werbetafeln, deren Anzeige elektrisch angetrieben wechselt, können auf ein eigenes Energieversorgungssystem angewiesen sein, das eine Batterie umfasst. Häufig kann auch hier beispielsweise aus Platz- oder Gewichtsgründen ein Vorteil in der Verwendung von kleinen, leichten Hochleistungsbatterien liegen. Aufgeladen werden diese Batterien beispielsweise auch über Sonnenkollektoren.Power Supply Systems are needed for a variety of applications for both mobile and stationary Units. So include power supply systems for vehicles in addition to a motor usually a power source, usually a battery, for supplying the various vehicle components with electrical Energy. For reasons of space and weight savings, which is also reflected in lower fuel consumption, increasingly used high-performance lithium-ion batteries. Each battery has an optimal operating temperature, in particular Lithium-ion batteries bring their full power but in one up and down limited temperature range. This makes one Control of the operating temperature and in particular a cooling and at very low outdoor temperatures, if necessary also a heating of the vehicle battery required. But also stationary systems such as telephone boxes, electronic Timetable displays or lighting at bus stops, parking ticket machines or billboards whose displays are electrically powered, may be dependent on their own energy supply system, which includes a battery. Often, here too, for example for space or weight reasons, an advantage in use of small, lightweight high-performance batteries. charged For example, these batteries also have solar panels.

Es sind Verfahren bekannt, die Kühlung einer Batterie in Abhängigkeit von dem Temperaturverlauf zu regeln, wobei die Batterie in einen Kühlkreislauf eines Fahrzeugs eingebunden wird. Ebenso ist es bekannt, eine Kühlung der Batterie eines Fahrzeugs durch ein Verbinden mit einer Klimaanlage zu ermöglichen, die primär den Fahrgastraum kühlt. So sieht die DE 10 2004 035 879 A1 vor, einen Kühlkreislauf zur Kühlung einer Wärmequelle wie einer Fahzeugbatterie an einen Kältekreislauf zu koppeln, der beispielsweise den Zuluftstrom eines Fahrzeuginnenraumes kühlt. Die DE 101 28 164 A1 zeigt ein Kühlsystem für eine temperaturerhöhende Einrichtung, beispielsweise eine Batterie, mit einem die Einrichtung unter Einbeziehung einer Luftkonditionierung der Fahrgastzelle eines Fahrzeugs dienenden Klimaanlage kühlenden Kühlmittel.Methods are known for regulating the cooling of a battery as a function of the temperature profile, wherein the battery is integrated into a cooling circuit of a vehicle. It is also known to allow cooling of the battery of a vehicle by connecting it to an air conditioning system which primarily cools the passenger compartment. That's how it looks DE 10 2004 035 879 A1 to couple a cooling circuit for cooling a heat source such as a vehicle battery to a refrigeration circuit, for example, the supply air flow of a vehicle interior cools. The DE 101 28 164 A1 shows a cooling system for a temperature-increasing device, such as a battery, with an air conditioning cooling system for the cabin of a vehicle serving cabin air conditioning cooling device.

Beschränkt man die Temperierung einer Batterie nicht auf eine passive Kühlung, z. B. durch die Umgebungsluft, müssen alle Temperier- beziehungsweise Klimatisierungssysteme von einer Energiequelle angetrieben werden. Diese kann insbesondere bei einem Fahrzeug ein Verbrennungsmotor sein. In diesem Fall ist eine Temperierung nur möglich, wenn dieser in Betrieb ist. Der Start kann aber wiederum Strom von der Batterie erfordern. Ein Betreiben der Batterietemperierung durch Strom der Batterie ist ebenfalls nachteilig, solange diese nicht durch den Motorbetrieb aufgeladen wird, da die Temperierung ja gerade dann erforderlich ist, wenn die Batterietemperatur in einem Bereich liegt, der keine optimale Leistungsabgabe ermöglicht.Limited the temperature of a battery is not limited to passive cooling, z. B. by the ambient air, all tempering or Air conditioning systems are powered by a power source. This can in particular in a vehicle an internal combustion engine be. In this case, a temperature control is only possible if this is in operation. The start can turn on power from the Require battery. Operating the battery temperature control by Power of the battery is also disadvantageous, as long as these are not is charged by the engine operation, since the temperature is just right then required if the battery temperature in one range which does not allow optimal power output.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein effizientes, auch ohne Betreiben eines Verbrennungsmotors verfügbares Energiesystem für mobile oder stationäre Einheiten zur Verfügung zu stellen.Of the The invention is therefore based on the object, an efficient, too without operating an internal combustion engine available energy system available for mobile or stationary units to deliver.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.These The object is achieved with the features of the independent claims solved.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.advantageous Embodiments of the invention are in the dependent Claims specified.

Die Erfindung baut auf gattungsgemäßen Energieversorgungssystemen dadurch auf, dass das Brennstoffzellensystem ein Temperiersystem für die temperaturempfindliche Batterie betreibt. Ein Brennstoffzellensystem kann die Energie zum Betreiben eines Temperiersystems liefern, auch wenn beispielsweise bei einem Fahrzeug der Verbrennungsmotor nicht in Betrieb ist. Dies kann dadurch geschehen, dass ein Temperiersystem durch die elektrische Energie, die von dem Brennstoffzellensystem geliefert wird, angetrieben wird. Zum Anderen kann das Temperiersystem thermisch mit dem Brennstoffzellensystem gekoppelt sein, so dass das Temperiersystem durch thermische Energie der Brennstoffzelle angetrieben wird. Auch eine Kombination der Nutzung von elektrischer und thermischer Energie ist möglich. Bevor das Brennstoffzellensystem die Energie zur Temperierung der temperaturempfindlichen Batterie liefern kann, ist zu dessen Inbetriebnahme ebenfalls elektrische Energie erforderlich, die von einer separaten, für diese Aufgabe optimal dimensionierten weiteren Batterie geliefert werden kann.The Invention is based on generic power supply systems due to the fact that the fuel cell system is a temperature control system for the temperature-sensitive battery. A fuel cell system can supply the energy to operate a tempering system, too if, for example, in a vehicle, the internal combustion engine is not is in operation. This can be done by using a temperature control system by the electrical energy coming from the fuel cell system is delivered, is driven. On the other hand, the temperature control system be thermally coupled to the fuel cell system, so that the tempering by thermal energy of the fuel cell is driven. Also a combination of the use of electrical and thermal energy is possible. Before the fuel cell system the energy for temperature control of the temperature-sensitive battery can be supplied to its commissioning also electrical Energy required by a separate, for this Task optimally sized additional battery to be delivered can.

Es ist also möglich, dass eine weitere Batterie zum Starten des Brennstoffzellensystems vorgesehen ist. Insbesondere bei der Verwendung von Lithium-Ionen-Batterien, die sich trotz ihres hohen Preises aufgrund ihrer kleinen, leichten Bauweise wachsender Beliebtheit beispielsweise bei Fahr zeugherstellern erfreuen, stellt dies zwar einen relevanten Kostenfaktor dar. Da der Energiebedarf nur zum Inbetriebnehmen des Brennstoffzellensystems relativ gering ist, kann aber eine weniger leistungsstarke, vergleichsweise billige Batterie verwendet werden, die bei entsprechender Dimensionierung noch genug Energie liefert, um das Brennstoffzellensystem zu starten. Es ist auch möglich, um die Kosten für eine weitere Batterie zu sparen, statt einer weiteren Batterie die temperaturempfindliche Batterie selbst in der Startphase zum Start des Brennstoffzellensystems vorzusehen.It is therefore possible that a further battery is provided for starting the fuel cell system. Especially in the use of lithium-ion batteries, which despite their high Price because of their small, lightweight design growing popularity, for example, in vehicle manufacturers, this is indeed a relevant cost factor. Since the energy requirements for commissioning the fuel cell system is relatively low, but a less powerful, relatively cheap battery can be used, the corresponding Sizing still provides enough energy to start the fuel cell system. It is also possible to save the cost of another battery, instead of providing another battery, the temperature-sensitive battery even in the start-up phase to start the fuel cell system.

Es ist vorgesehen, dass die Temperierung der temperaturempfindlichen Batterie in Abhängigkeit von einer Betriebstemperatur der temperaturempfindlichen Batterie erfolgt. Jede Batterie hat einen Bereich, in dem die Betriebstemperatur günstig ist, damit die Batterie die optimale Leistung liefert. Die Erfindung beschränkt sich daher keineswegs nur auf die im Folgenden oft als Beispiel angeführten Lithium-Ionen-Batterien. Bei Lithium-Ionen-Batterien liegt dieser Bereich meist zwischen 25°C und 40°c. Liegt die aktuelle Betriebstemperatur nicht in diesem Bereich, wird die Batterie angetrieben von dem Brennstoffzellensystem temperiert, also entweder abgekühlt oder aufgewärmt.It is provided that the temperature control of the temperature-sensitive Battery depending on an operating temperature of temperature-sensitive battery takes place. Every battery has one Area in which the operating temperature is favorable, thus the battery provides the optimum performance. The invention is limited Therefore, by no means only on the below often as an example listed lithium-ion batteries. For lithium-ion batteries is this area usually between 25 ° C and 40 ° c. Lies the current operating temperature is not in this range, the Battery driven by the fuel cell system tempered, So either cooled or warmed up.

Insbesondere ist vorgesehen, dass die weitere Batterie in einer Startphase des Brennstoffzellensystems in Abhängigkeit von einer Betriebstemperatur der weiteren Batterie durch ein weiteres Temperiersystem temperiert werden kann. Um das Brennstoffzellensystem in Betrieb zu nehmen, ist ebenfalls elektrische Energie erforderlich. Da auch diese eine ungünstige Betriebstemperatur haben kann, wird so ermöglicht, diese Batterie separat zu temperieren. Dabei ist vorgesehen, die weitere Batterie zu temperieren, wenn die Betriebstemperatur außerhalb oder am Rande innerhalb des günstigen Temperaturbereiches liegt. Insbesondere wird die Temperatur reduziert, wenn sie mehr als 40°C beträgt.Especially is provided that the further battery in a starting phase of Fuel cell system depending on an operating temperature the further battery tempered by another tempering can be. To put the fuel cell system into operation, Electric energy is also required. Since these too an unfavorable Operating temperature can be so, this allows To heat the battery separately. It is planned, the other Battery to temper when the operating temperature outside or on the edge within the favorable temperature range lies. In particular, the temperature is reduced when more than 40 ° C.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass ein Beginn der Temperierung durch einen Controller gesteuert werden kann. Dieser Controller kann den Beginn der Temperierung, also das Abkühlen oder das Aufheizen einer Batterie, beispielsweise schon vor der Inbetriebnahme des mit Energie zu versorgenden Systems veranlassen. Dies kann beispielsweise durch eine Programmierung einer Startzeit durch einen Benutzer oder durch ein Signal von einem Benutzer beispielsweise mit einer Fernbedienung erfolgen.Preferably It is envisaged that a start of the temperature control by a controller can be controlled. This controller can control the start of the temperature control, So the cooling or heating of a battery, for example even before commissioning the system to be supplied with energy cause. This can be done, for example, by programming a start time by a user or by a signal from one For example, users can be done with a remote control.

Es wird ebenfalls bevorzugt, dass das Temperiersystem einen Schnelltemperiermodus vorsieht. So kann durch eine „Boosterfunktion” beispielsweise nach langer Standzeit eines Fahrzeugs in großer Hitze eine besonders schnelle Abkühlung ermöglicht werden. Umgekehrt kann bei langer Standzeit in großer Kälte eine besonders schnelle Erwärmung vorgesehen sein.It It is also preferred that the tempering system is a fast tempering mode provides. Thus, for example, by a "booster function" long life of a vehicle in high heat one particular fast cooling possible. Vice versa can with long life in the cold one be provided particularly rapid heating.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das weitere Temperiersystem für die weitere Batterie ein oder mehrere elektrothermische Wandlerelemente umfasst. Dabei kann die elektrothermische Wandlung beispielsweise auf dem Peltier-Effekt beruhen, es sich bei den Wandlerelementen also um sogenannte Peltier-Elemente handeln. Diese er fordern das Zuführen einer geringen Spannung, die aber auch aus einer eingeschränkt leistungsfähigen Batterie bezogen werden kann. Diese Wandlerelemente sind preiswert herzustellen und weit verbreitet. Die Grundlage für den Peltier-Effekt ist der Kontakt von zwei Halbleitern, die ein unterschiedliches Energieniveau der Leitungsbänder besitzen und bei dem Wärmeenergie aufgenommen wird, damit ein Elektron in das energetisch höhere Leitungsband des benachbarten Halbleitermaterials gelangt. Dementsprechend wird Wärmeenergie abgegeben, wenn ein Elektron von einem höheren auf ein tieferes Energieniveau fällt. Daher sind Peltier-Elemente insbesondere geeignet, eine Batterie zu temperieren, also entweder zu kühlen oder aufzuwärmen. Dies gilt insbesondere bei einem Fahrzeug nicht nur im Fahrbetrieb, sondern auch im Stand und vor Inbetriebnahme des Verbrennungsmotors. Die Vorteile des Einsatzes von Peltier-Elementen sind eine sehr dünne und leichte und in Größe anpassbare Bauform (zuschneidbar), eine relative Unanfälligkeit aufgrund fehlender mechanischer Teile (außer eventuelle Lüfter), Gase und Flüssigkeiten, ein an sich geräuschloser Betrieb (außer eventueller Lüfter), die Unanfälligkeit gegenüber Lagewinkeländerungen sowie die vergleichsweise preisgünstige Herstellung gemessen an der Größe.In A preferred embodiment provides that the further temperature control system for the additional battery or more electrothermal transducer elements. It can the electrothermal conversion, for example, on the Peltier effect based, so it is in the transducer elements so-called Peltier elements act. These he demand the supply of a low voltage, but also from a limited efficient Battery can be purchased. These transducer elements are inexpensive produce and widely used. The basis for the Peltier effect is the contact of two semiconductors, a different one Have energy level of the conduction bands and the heat energy is added, so that an electron in the energetically higher conduction band of the adjacent semiconductor material passes. Accordingly, will Heat energy given off when an electron from a higher falls to a lower energy level. Therefore, Peltier elements particularly suitable to temper a battery, so either to cool or warm up. This is especially true in a vehicle not only while driving, but also in the state and before commissioning of the internal combustion engine. The advantages of Use of Peltier elements are a very thin and lightweight and customizable design (can be cut to size), a relative immunity due to lack of mechanical Parts (except fans), gases and liquids, an inherently noiseless operation (except possibly Fan), the susceptibility to Position angle changes and the relatively inexpensive Production measured by size.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Temperiersystem für die weitere Batterie ein Adsorptionsmedium und ein von dem Medium adsorbierbares Fluid umfasst. Bei einem Fluid kann es sich um eine Flüssigkeit oder ein Gas handeln. Bei dieser Ausführungsform wird ausgenutzt, dass zunächst getrennt und thermisch voneinander isoliert in unterschiedlichen evakuierten Behäl tern oder Kammern vorliegende Substanzen, genauer ein Adsorptionsmedium und ein adsorbierendes Fluid, ein sogenanntes Adsorbat, durch das Öffnen eines Ventils zusammengeführt werden. Das in vor allem flüssiger Form vorliegende Adsorbat, bei dem es sich beispielsweise um Wasser oder Alkohol handeln kann, verdampft im Wesentlichen und wird von dem Adsorptionsmedium adsorbiert. Die bei diesem Prozess frei werdende Verdampfungskälte wird erfindungsgemäß dazu genutzt, die weitere Batterie zu kühlen. Dabei wird vorzugsweise ein Alumosilikat, besonders bevorzugt ein Zeolith, als Adsorptionsmedium verwendet. Diese Ausführungsform bietet den Vorteil, dass abgesehen von der für das Verbinden der beiden Kammern durch das Öffnen eines Ventils aufzuwendenden Energie prinzipiell keine äußere Energiequelle notwendig ist, um den Kühlprozess ablaufen zu lassen.In a further preferred embodiment, it is provided that the temperature control system for the further battery comprises an adsorption medium and a fluid adsorbable by the medium. A fluid may be a liquid or a gas. In this embodiment, it is exploited that initially separated and thermally isolated from each other in different evacuated Behäl tern or chambers present substances, more specifically an adsorbent and an adsorbing fluid, a so-called adsorbate, are brought together by opening a valve. The adsorbate present in above all liquid form, which may be, for example, water or alcohol, essentially evaporates and is adsorbed by the adsorption medium. The evaporative cooling released in this process is used according to the invention to cool the further battery. In this case, preferably an aluminosilicate, particularly preferably a zeolite, as Adsorptionsme used. This embodiment offers the advantage that apart from the energy to be expended for connecting the two chambers by opening a valve, in principle no external energy source is necessary in order to allow the cooling process to proceed.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Temperiersystem für die weitere Batterie unter Zuführung von Wärmeenergie, die vorzugsweise aus einer Abwärme eines Verbrennungsmotors oder einer Abwärme des Brennstoffzellensystems gewonnen wird, in einen Zustand versetzt werden kann, aus dem ein Kühlprozess erfolgen kann. Der durch das Adsorptionsmedium hervorgerufene Kühlprozess ist ohne Zuführung von externer Energie irreversibel. Durch die Zuführung von Wärmeenergie kann der Prozess jedoch umgekehrt werden und das Adsorbat im Wesentlichen wieder von dem Adsorptionsmedium getrennt werden. Nach einem Starten des Brennstoffzellensystems steht hierzu Abwärme des Brennstoffzellensystems zur Verfügung. Ebenso steht hierzu, falls ein Verbrennungsmotor vorhanden ist, Energie aus der Abwärme des Verbrennungsmotors zur Verfügung, nachdem dieser gestartet wurde. Aber auch eine andere Wärmeenergiequelle wie beispielsweise die Sonne kann genutzt werden.Preferably is provided that the temperature control for the further Battery under supply of heat energy, the preferably from a waste heat of an internal combustion engine or a waste heat of the fuel cell system won is, can be put into a state from which a cooling process can be done. The cooling process caused by the adsorption medium is irreversible without supply of external energy. By The supply of heat energy can be the process but reversed and the adsorbate substantially again be separated from the adsorption medium. After starting the Fuel cell system stands for this waste heat of the fuel cell system to disposal. Likewise, if this is an internal combustion engine is present, energy from the waste heat of the internal combustion engine Available after it has been started. But also one other heat energy source such as the sun can be used.

Des Weiteren bildet die Erfindung Verfahren zur Temperierung einer temperaturempfindlichen Batterie eines Energieversorgungssystems dahingehend fort, dass ein Temperiersystem für die temperaturempfindliche Batterie unter Verwendung eines Brennstoffzellensystems betrieben wird.Of Furthermore, the invention forms a method for temperature control of a temperature-sensitive battery of a power supply system to the effect that a temperature control for the temperature-sensitive battery using a fuel cell system is operated.

Auf diese Weise werden die beschriebenen Vorteile und Besonderheiten des erfindungsgemäßen Energieversorgungssystems auch im Rahmen eines Verfahrens umgesetzt. Dies gilt auch für die nachstehend angegebenen besonders bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens.On This way, the advantages and special features described of the power supply system according to the invention also implemented as part of a procedure. This also applies to the particularly preferred embodiments given below the method according to the invention.

Eine Ausführungsform des Verfahrens sieht vor, dass eine weitere Batterie zum Starten des Brennstoffzellensystems vorgesehen ist.A Embodiment of the method provides that another Battery is provided for starting the fuel cell system.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass bei einem Start des Brennstoffzellensystems in Abhängigkeit von einer Betriebstemperatur die weitere Batterie durch ein weiteres Temperiersystem temperiert wird.Preferably is envisaged that at a start of the fuel cell system depending on an operating temperature the other Battery is tempered by another temperature control.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass ein Beginn der Temperierung durch einen Controller gesteuert werden kann.Preferably It is envisaged that a start of the temperature control by a controller can be controlled.

Es wird ebenfalls bevorzugt, dass das Temperiersystem einen Schnelltemperiermodus vorsieht.It It is also preferred that the tempering system is a fast tempering mode provides.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens sieht vor, dass dem weiteren Temperiersystem elektrische Energie für eine elektrothermische Wandlung zugeführt wird.A sees particularly preferred embodiment of the method vor that the further tempering electrical energy for an electrothermal conversion is supplied.

Eine weitere, besonders bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens sieht vor, dass eine Adsorptionskühlung der weiteren Batterie durch das Zusammenführen eines Adsorptionsmediums und eines von dem Medium adsorbierbaren Fluids erreicht wird.A Another, particularly preferred embodiment of the method provides that one adsorption cooling the other battery by combining an adsorption medium and a is achieved by the medium of adsorbable fluid.

Ebenso ist es besonders bevorzugt, dass nach einem Kühlungsprozess unter Zuführung von Wärmeenergie, die vorzugsweise aus einer Abwärme eines Verbrennungsmotors oder aus einer Abwärme des Brennstoffzellensystems gewonnen wird, das Adsorptionsmedium und das Fluid im Wesentlichen wieder getrennt werden können.As well it is particularly preferred that after a cooling process under the supply of heat energy, preferably from a waste heat of an internal combustion engine or from a Waste heat of the fuel cell system is recovered, the Adsorption medium and the fluid is substantially separated again can be.

Jede Batterie hat einen Bereich, in dem die Betriebstemperatur günstig ist, damit die Batterie die optimale Leistung liefert. Bei Lithium-Ionen-Batterien liegt dieser Bereich beispielsweise meist ungefähr zwischen 25°C und 40°C. Liegt die aktuelle Betriebstemperatur nicht in diesem Bereich, wird die Batterie abgekühlt oder aufgewärmt. Die Erfindung beschränkt sich aber keineswegs nur auf Lithium-Ionen-Batterien.each Battery has a range in which the operating temperature is favorable is for the battery to deliver the optimal performance. For lithium-ion batteries is For example, this area is usually around 25 ° C and 40 ° C. Is the current operating temperature not in In this area, the battery is cooled or warmed up. The invention is by no means limited to lithium-ion batteries.

Die Erfindung baut auf gattungsgemäßen Energieversorgungssystemen mit einer Batterie zum einen dadurch auf, dass ein Temperiersystem für die Batterie ein oder mehrere elektrothermische Wandlerelemente umfasst. Dabei kann die elektrothermische Wandlung beispielsweise auf dem Peltier-Effekt beruhen, es sich bei den Wandlerelementen also um sogenannte Peltier-Elemente handeln. Diese erfordern das Zuführen einer geringen Spannung, die aber auch aus einer eingeschränkt leistungsfähigen Batterie bezogen werden kann. Diese Wandlerelemente sind preiswert herzustellen und weit verbreitet. Die Grundlage für den Peltier-Effekt ist der Kontakt von zwei Halbleitern, die ein unterschiedliches Energieniveau der Leitungsbänder besitzen und bei dem Wärmeenergie aufgenommen wird, damit ein Elektron in das energetisch höhere Leitungsband des benachbarten Halbleitermaterials gelangt. Dementsprechend wird Wärmeenergie abgegeben, wenn ein Elektron von einem höheren auf ein tieferes Energieniveau fällt. Daher sind Peltierelemente insbesondere geeignet, eine Batterie zu temperieren, also entweder zu kühlen oder aufzuwärmen. Dies gilt insbesondere bei einem Fahrzeug nicht nur im Fahrbetrieb, sondern auch im Stand und vor Inbetriebnahme des Verbrennungsmotors. Die Vorteile des Einsatzes von Peltier-Elementen sind eine sehr dünne und leichte und in Größe anpassbare Bauform (zuschneidbar), eine relative Unanfälligkeit aufgrund fehlender mechanischer Teile (außer eventuelle Lüfter), Gase und Flüssigkeiten, ein an sich geräuschloser Betrieb (außer eventuelle Lüfter), die Unanfälligkeit gegenüber Lagewinkeländerungen sowie die vergleichsweise preisgünstige Herstellung gemessen an der Größe.The invention is based on generic energy supply systems with a battery on the one hand in that a temperature control system for the battery comprises one or more electrothermal transducer elements. In this case, the electrothermal conversion can be based, for example, on the Peltier effect, that is, the transducer elements are so-called Peltier elements. These require the supply of a low voltage, which can also be obtained from a limited-capacity battery. These transducer elements are inexpensive to manufacture and widely used. The basis for the Peltier effect is the contact of two semiconductors, which have a different energy level of the conduction bands and is absorbed in the heat energy, so that an electron enters the energetically higher conduction band of the adjacent semiconductor material. Accordingly, heat energy is released when an electron falls from a higher to a lower energy level. Therefore, Peltier elements are particularly suitable to temper a battery, so either to cool or warm up. This is especially true in a vehicle not only while driving, but also in the state and before commissioning of the internal combustion engine. The advantages of using Peltier elements are a very thin and lightweight and scalable design (cut to size), a relative immunity to mechanical noise (except for any fans), gases and liquids, inherently noise-free This operation (except possible fans), the susceptibility to position angle changes and the comparatively low-cost production measured by the size.

Die Erfindung baut auf gattungsgemäßen Energieversorgungssystemen mit einer Batterie zum anderen dadurch auf, dass ein Temperiersystem für die Batterie ein Adsorptionsmedium und ein von dem Medium adsorbierbares Fluid umfasst. Bei dieser Ausführungsform wird ausgenutzt, dass bei zunächst getrennt und thermisch voneinander isoliert in unterschiedlichen evakuierten Behältern oder Kammern vorliegende Substanzen, genauer ein Adsorptionsmedium und ein Adsorbat durch das Öffnen eines Ventils zusammengeführt werden. Das in vor allem flüssiger Form vorliegende Adsorbat, bei dem es sich beispielsweise um Wasser oder Alkohol handeln kann, verdampft im Wesentlichen und wird von dem Adsorptionsmedium adsorbiert. Die bei diesem Prozess frei werdende Verdampfungskälte wird erfindungsgemäß dazu genutzt, die zweite Batterie zu kühlen. Dabei wird vorzugsweise ein Alumosilikat, besonders bevorzugt ein Zeolith, als Adsorptionsmedium verwendet. Diese Ausführungsform bietet den Vorteil, dass abgesehen von der für das Verbinden der beiden Kammern durch das Öffnen eines Ventils aufzuwendenden Energie prinzipiell keine äußere Energiequelle notwendig ist, um den Kühlprozess ablaufen zu lassen.The Invention is based on generic power supply systems with a battery to the other by that a temperature control system for the battery, an adsorption medium and one of the medium adsorbable fluid. In this embodiment is exploited that at first separately and thermally isolated from each other in different evacuated containers or chambers present substances, more specifically an adsorption medium and an adsorbate is brought together by opening a valve become. The adsorbate present in a mainly liquid form, which may be, for example, water or alcohol, essentially vaporizes and is adsorbed by the adsorption medium. The evaporative cooling released during this process is used according to the invention, the second To cool the battery. In this case, preferably an aluminosilicate, especially preferably a zeolite used as the adsorption medium. This embodiment offers the advantage of being apart from the one for connecting the two chambers expended by opening a valve Energy in principle no external energy source necessary to run the cooling process.

Besonders bevorzugt ist es, dass das Temperiersystem für die Batterie unter Zuführung von Wärmeenergie, die vorzugsweise aus einer Abwärme eines Verbrennungsmotors gewonnen wird, in einen Zustand versetzt werden kann, aus dem ein Kühlprozess erfolgen kann. Der durch das Adsorptionsmedium hervorgerufene Kühlprozess ist ohne Zuführung von externer Energie irreversibel. Durch die Zuführung von Wärmeenergie kann der Prozess jedoch umgekehrt werden und das Adsorbat im Wesentlichen wieder von dem Adsorptionsmedium getrennt werden. Hierzu steht bei einem Fahrzeug mit Verbrennungsmotor Energie aus der Abwärme des Verbrennungsmotors zur Verfügung, nachdem dieser gestartet wurde. Bei solarbetriebenen Anlagen steht hierzu beispielsweise Sonnenenergie zur Verfügung.Especially it is preferred that the temperature control system for the battery under the supply of heat energy, preferably is obtained from a waste heat of an internal combustion engine, can be put into a state from which a cooling process can be done. The cooling process caused by the adsorption medium is irreversible without supply of external energy. By The supply of heat energy can be the process but reversed and the adsorbate substantially again be separated from the adsorption medium. This is at a Vehicle with combustion engine Energy from the waste heat of the internal combustion engine available after this started has been. For solar powered systems this is for example Solar energy available.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass ein Beginn der Temperierung durch einen Controller gesteuert werden kann. Dieser Controller kann den Beginn der Temperierung, also das Abkühlen oder gegebenenfalls das Aufheizen der Batterie, beispielsweise schon vor der Inbetriebnahme des mit Energie zu versorgenden Systems veranlassen. Dies kann beispielsweise durch eine Programmierung einer Startzeit durch einen Benutzer oder durch ein Signal von einem Benutzer beispielsweise mit einer Fernbedienung erfolgen.Preferably It is envisaged that a start of the temperature control by a controller can be controlled. This controller can control the start of the temperature control, So the cooling or possibly the heating of the Battery, for example, before the start of the energy too inducing system. This can be done, for example a programming of a start time by a user or by a signal from a user, for example with a remote control respectively.

Es wird ebenfalls bevorzugt, dass das Temperiersystem einen Schnelltemperiermodus vorsieht. So kann durch eine „Boosterfunktion” beispielsweise nach langer Standzeit eines Fahrzeugs in großer Hitze eine besonders schnelle Abkühlung ermöglicht werden. Umgekehrt kann, falls das Temperiersystem dafür ausgelegt ist, bei langer Standzeit in großer Kälte eine besonders schnelle Erwärmung vorgesehen sein.It It is also preferred that the tempering system is a fast tempering mode provides. Thus, for example, by a "booster function" long life of a vehicle in high heat one particular fast cooling possible. Vice versa if the tempering system is designed for long service life in great cold a special be provided rapid warming.

Des Weiteren bildet ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Temperierung einer Batterie eines Energieversorgungssystems gattungsgemäße Verfahren dahingehend weiter, dass dem Temperiersystem elektrische Energie für eine elektrothermische Wandlung zugeführt wird.Of Further forms a method according to the invention for tempering a battery of a power supply system generic method to the effect that the tempering electrical energy for an electrothermal Conversion is supplied.

Des Weiteren bildet ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Temperierung einer Batterie eines Energieversorgungssystems gattungsgemäße Verfahren dahingehend weiter, dass eine Kühlung der Batterie durch ein Zusammenführen eines Adsorptionsmediums und eines von dem Medium adsorbierbaren Fluids erreicht wird.Of Further forms a method according to the invention for tempering a battery of a power supply system generic method to the effect that a cooling of the battery by a merge an adsorption medium and a medium adsorbable by the medium is reached.

Auf diese Weise werden die Vorteile und Besonderheiten des erfindungsgemäßen Energieversorgungssystems für ein Fahrzeug mit einer Batterie auch im Rahmen von Verfahren angesetzt.On This way, the advantages and peculiarities of the invention Power supply system for a vehicle with a battery too as part of proceedings.

Dies gilt auch für die nachstehend angegebene bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens.This also applies to the preferred embodiments given below the method according to the invention.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Adsorptionskühlungsverfahrens ist es vorgesehen, dass nach einem Kühlungsprozess unter Zuführung von Wärmeenergie, die vorzugsweise aus einer Abwärme eines Verbrennungsmotors gewonnen wird, das Adsorptionsmedium und das Fluid im Wesentlichen wieder getrennt werden können.In a preferred embodiment of the adsorption cooling process it is envisaged that after a cooling process under Supply of heat energy, preferably from a waste heat of an internal combustion engine is obtained, the Adsorption medium and the fluid is substantially separated again can be.

Vorzugsweise ist bei den beiden vorstehenden Verfahren vorgesehen, dass ein Beginn der Temperierung durch einen Controller gesteuert werden kann.Preferably is provided in the two preceding methods that a beginning the temperature control can be controlled by a controller.

Es wird ebenfalls bei den beiden vorstehenden Verfahren bevorzugt, dass das Temperiersystem einen Schnelltemperiermodus vorsieht.It is also preferred in the two above methods, that the tempering system provides a rapid tempering mode.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten bevorzugten Ausführungsformen beispielhaft erläutert.The Invention will be described below with reference to the drawings preferred embodiments exemplified.

Es zeigen:It demonstrate:

1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einem Energieversorgungssystem; 1 a schematic representation of a vehicle with a power supply system;

2 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Energieversorgungssystems; 2 a schematic representation of a first embodiment of a power supply system according to the invention;

3 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Energieversorgungssystems; 3 a schematic representation of a second embodiment of a power supply system according to the invention;

4 eine schematische Darstellung eines diskontinuierlichen Zeolith-Kühlsystems; 4 a schematic representation of a discontinuous zeolite cooling system;

5 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Energieversorgungssystems; 5 a schematic representation of a third embodiment of a power supply system according to the invention;

6 eine schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Energieversorgungssystems; und 6 a schematic representation of a fourth embodiment of a power supply system according to the invention; and

7 eine weitere Darstellung eines diskontinuierlichen Zeolith-Kühlsystems. 7 another illustration of a discontinuous zeolite cooling system.

Bei der nachfolgenden Beschreibung der Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Komponenten.at the following description of the drawings denote the same Reference signs the same or similar components.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs 12 mit einem Energieversorgungssystem 10, das neben einem Verbrennungsmotor 16 zur Erzeugung von mechanischer Energie ein Stromversorgungssystem 14 umfasst, das Strom an die Stromverbraucher des Fahrzeugs, beispielsweise Zündkerzen des Verbrennungsmotors 16, abgibt. Die Darstellung der Erfindung in Verbindung mit einem Fahrzeug dient hierbei nur der Veranschaulichung. Prinzipiell kann es sich hier um jede mobile oder stationäre Einheit handeln, die ein erfindungsgemäßes System zur Energieversorgung verwendet. 1 shows a schematic representation of a vehicle 12 with a power supply system 10 , in addition to an internal combustion engine 16 a power supply system for generating mechanical energy 14 includes, the power to the power consumers of the vehicle, such as spark plugs of the engine 16 , gives up. The illustration of the invention in connection with a vehicle is only illustrative. In principle, this can be any mobile or stationary unit that uses a system according to the invention for power supply.

2 zeigt eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Energieversorgungssystems. Eine temperaturempfindliche Batterie 18 versorgt die Stromverbraucher des Fahrzeugs, beispielsweise Zündkerzen des Verbrennungsmotors 16, mit Strom. Die Batterie kann beispielsweise ein stark verbreiteter Bleiakkumulator (der Blei, Bleioxid und Schwefelsäure enthält) sein, aber auch andere Bauformen, insbesondere eine Lithium-Ionen-Batterie, sind möglich. Diese haben gegenüber Bleiakkumulatoren den Vorteil, dass sie kleiner und leichter als Bleiakkumulatoren sind, weswegen ihre Verbreitung in Fahrzeugen zunimmt, obwohl der Preis vergleichsweise hoch ist. Jede Batterie hat einen Temperaturbereich, in dem sie optimal in der Lage ist, ihre Leistung abzugeben. Dies ist insbesondere bei Lithium-Ionen-Batterien relevant, die meist bei weniger als 40°C und am besten zwischen 25°C und 40°C betrieben werden sollten. Zum Einstellen der Betriebstemperatur wird diese gemessen und die Batterie 18 von einem Temperiersystem 24 gekühlt beziehungsweise gegebenenfalls erwärmt. Das Temperiersystem 24 wird von dem Brennstoffzellensystem 20 angetrieben, indem es mit elektrischer und/oder thermischer Energie versorgt wird. In einer Startphase des Brennstoffzellensystems 20 erfordert dieses ebenfalls eine Zufuhr von elektrischer Energie um Förderpumpe, Gebläse und Kompressor 30 anzutreiben. Der benötigte Strom hierzu wird von einer weiteren Batterie 22 zur Verfügung gestellt. Auch hierbei kann es sich beispielsweise um eine Lithium-Ionen-Batterie handeln. Es kann erforderlich sein, auch diese Batterie in der Startphase des Brennstoffzellensystems, bevor und während dieses die externe Stromzufuhr benötigt, zu kühlen oder zu erwärmen. Dies wird durch ein weiters Temperiersystem 26 durchgeführt, das elektrothermische Wandlerelemente 28 umfasst, vorzugsweise Peltier-Elemente. Diese wandeln elektrischen Strom in thermische Energie oder Kühlen und Erwärmen die weitere Batterie 22. Da der benötigte Strom gering ist, kann dieser von einer der Batterien, beispielsweise von der weiteren Batterie 22 bezogen werden, auch wenn diese sich aufgrund fehlender Temperierung noch nicht auf der optimalen Betriebstemperatur befindet. 2 shows a schematic representation of a first embodiment of a power supply system according to the invention. A temperature-sensitive battery 18 supplies the power consumers of the vehicle, such as spark plugs of the engine 16 , with electricity. The battery may be, for example, a widely used lead-acid battery (containing lead, lead dioxide and sulfuric acid), but other types, in particular a lithium-ion battery, are possible. These have the advantage over lead-acid batteries that they are smaller and lighter than lead-acid batteries, and therefore their distribution in vehicles is increasing, although the price is comparatively high. Each battery has a temperature range in which it is optimally able to deliver its power. This is particularly relevant for lithium-ion batteries, which should be operated at less than 40 ° C and most preferably between 25 ° C and 40 ° C. To set the operating temperature, this is measured and the battery 18 from a temperature control system 24 cooled or optionally heated. The temperature control system 24 is from the fuel cell system 20 powered by being supplied with electrical and / or thermal energy. In a starting phase of the fuel cell system 20 this also requires a supply of electrical energy to feed pump, blower and compressor 30 drive. The required power for this is from another battery 22 made available. Again, this may be, for example, a lithium-ion battery. It may be necessary to also cool or heat this battery in the startup phase of the fuel cell system before and while this requires the external power supply. This is done by a further tempering system 26 performed, the electrothermal transducer elements 28 includes, preferably Peltier elements. These convert electrical energy into thermal energy or cooling and heating the extra battery 22 , Since the required power is low, this can be from one of the batteries, for example from the other battery 22 be obtained, even if this is not yet due to lack of temperature control at the optimum operating temperature.

Der Beginn der Temperierung kann durch einen Controller 66 gesteuert werden. Dieser Controller 66 kann den Beginn der Temperierung, also das Abkühlen oder das Aufheizen einer Batterie, beispielsweise schon vor der Inbetriebnahme des Fahrzeugs veranlassen. Dazu kann der Benutzer eine Startzeit programmieren oder ein Signal beispielsweise mit einer Fernbedienung geben. Außerdem steht ein Schnelltemperiermodus zur Verfügung. So kann durch diese „Boosterfunktion” beispielsweise nach langer Standzeit eines Fahrzeugs in großer Hitze eine besonders schnelle Abkühlung ermöglicht werden. Umgekehrt kann bei langer Standzeit in großer Kälte eine besonders schnelle Erwärmung vorgesehen sein.The beginning of tempering can be done by a controller 66 to be controlled. This controller 66 can cause the beginning of the temperature, so the cooling or heating of a battery, for example, even before the commissioning of the vehicle. For this purpose, the user can program a start time or give a signal, for example with a remote control. In addition, a fast tempering mode is available. So can be made possible by this "booster", for example, after a long service life of a vehicle in high heat, a particularly rapid cooling. Conversely, with a long service life in great cold, a particularly rapid heating can be provided.

3 zeigt eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Energieversorgungssystems. Es werden die Systemkomponenten beschrieben, die sich von der in 2 dargestellten Ausführungsform unterscheiden. Bei dieser Ausführungsform erfolgt die Temperierung der weiteren Batterie 22 nicht durch ein Temperiersystem mit elektrothermischen Wandlerelementen, sondern durch ein Adsorptionskühlsystem 32, das auf der Grundlage des physikalischen Effekts des Freiwerdens von Adsorptionskälte beim Zusammenführen eines Adsorptionsmediums mit einem Adsorbat thermische Energie freisetzt, mit der die Batterie 22 gekühlt wird. Dieses Prinzip wird auch bei Kühlsystemen zur Selbstkühlung von Bierfässern angewandt. Der Kühlprozess ist diskontinuierlich, das heißt, er beginnt, wenn Adsorptionsmedium und Adsorbat zusammengeführt werden und endet spätestens, wenn das Adsorptionsmedium die maximal adsorbierbare Menge an Adsorbat adsorbiert hat. Um das Kühlsystem wieder in den Zustand zu versetzen, dass erneut ein Kühlprozess durchgeführt werden kann, werden Adsorptionsmedium und Adsorbat unter Zuführung von Wärmeenergie wieder getrennt. Die Wärmeenergie wird in 3 von dem in Betrieb befindlichen Brennstoffzellensystem 20 als Abwärme geliefert. Andere Wärmequellen sind möglich, beispielsweise Abwärme des in Betrieb befindlichen Verbrennungsmotors 16. 3 shows a schematic representation of a second embodiment of a power supply system according to the invention. It describes the system components that differ from the in 2 different embodiment illustrated. In this embodiment, the temperature of the other battery takes place 22 not by a tempering system with electrothermal transducer elements, but by an adsorption cooling system 32 which releases thermal energy on the basis of the physical effect of liberation of adsorption refrigeration when combining an adsorption medium with an adsorbate, with which the battery 22 is cooled. This principle is also used in cooling systems for the self-cooling of beer kegs. The cooling process is discontinuous, that is, it starts when adsorption medium and adsorbate are brought together and ends late when the adsorption medium has adsorbed the maximum adsorbable amount of adsorbate. In order to put the cooling system back into the condition that a cooling process can be carried out again, adsorption medium and adsorbate are separated again with the supply of heat energy. The heat energy is in 3 from the operating fuel cell system 20 delivered as waste heat. Other heat sources are possible, for example, waste heat of the internal combustion engine in operation 16 ,

4 zeigt eine schematische Darstellung eines diskontinuierlichen Adsorptions-Kühlsystems 32. Das Adsorptionsme dium 34 befindet sich in einem dichten Vakuumbehälter 36. Als Adsorptionsmedium eignen sich beispielsweise kristalline Alumo-Silikate, insbesondere Zeolithe. Ein aufgrund der Temperatur der Batterie 22 ansteuerbares Ventil 38 trennt eine Verbindung von einem dichten Behälter 42, in dem sich das Adsorbat 40 befindet. Hierzu kann beispielsweise Wasser oder Alkohol verwendet werden. Beide Behälter sind thermisch voneinander isoliert, entweder räumlich oder durch eine Isolationswand oder beides. Nach dem Öffnen des Ventils verdampft das Adsorbat und strömt zum Behälter mit dem Adsorptionsmedium. Die entstehende Verdampfungskälte kühlt die Batterie 22. 4 shows a schematic representation of a discontinuous adsorption cooling system 32 , The Adsorptionsme medium 34 is in a tight vacuum container 36 , Suitable adsorption medium are, for example, crystalline aluminosilicates, in particular zeolites. A due to the temperature of the battery 22 controllable valve 38 separates a connection from a tight container 42 in which the adsorbate 40 located. For this example, water or alcohol can be used. Both containers are thermally isolated from each other, either spatially or by an isolation wall or both. After opening the valve, the adsorbate evaporates and flows to the container with the adsorption medium. The resulting evaporative cooling cools the battery 22 ,

5 zeigt eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Energieversorgungssystems. Eine Batterie 50 versorgt die Stromverbraucher des Fahrzeugs, beispielsweise Zündkerzen des Verbrennungsmotors 16, mit Strom. Die Batterie kann beispielsweise ein stark verbreiteter Bleiakkumulator (der Blei, Bleioxid und Schwefelsäure enthält) sein, aber auch andere Bauformen, insbesondere eine Lithium-Ionen-Batterie, sind möglich. Diese haben gegenüber Bleiakkumulatoren den Vorteil, dass sie kleiner und leichter als Bleiakkumulatoren sind, weswegen ihre Verbreitung in Fahrzeugen zunimmt, obwohl der Preis vergleichsweise hoch ist. Jede Batterie hat einen Temperaturbereich, in dem sie optimal in der Lage ist, ihre Leistung abzugeben. Dies ist insbesondere bei Lithium-Ionen-Batterien relevant, die meist bei weniger als 40°C und am besten zwischen 25°C und 40°C betrieben werden sollten. Zum Einstellen der Betriebstemperatur wird diese gemessen und die Batterie 50 von einem Temperiersystem 46 gekühlt beziehungsweise gegebenenfalls erwärmt. Dieses Temperiersystem 46 umfasst elektrothermische Wandelelemente 48 umfasst, vorzugsweise Peltier-Elemente. Diese wandeln elektrischen Strom in thermische Energie oder Kühlen und Erwärmen die Batterie 50. Da der benötigte Strom gering ist, kann dieser von der Batterie 50 bezogen werden, auch wenn diese sich aufgrund fehlender Temperierung noch nicht auf der optimalen Betriebstemperatur befindet. 5 shows a schematic representation of a third embodiment of a power supply system according to the invention. A battery 50 supplies the power consumers of the vehicle, such as spark plugs of the engine 16 , with electricity. The battery may be, for example, a widely used lead-acid battery (containing lead, lead dioxide and sulfuric acid), but other types, in particular a lithium-ion battery, are possible. These have the advantage over lead-acid batteries that they are smaller and lighter than lead-acid batteries, and therefore their distribution in vehicles is increasing, although the price is comparatively high. Each battery has a temperature range in which it is optimally able to deliver its power. This is particularly relevant for lithium-ion batteries, which should be operated at less than 40 ° C and most preferably between 25 ° C and 40 ° C. To set the operating temperature, this is measured and the battery 50 from a temperature control system 46 cooled or optionally heated. This tempering system 46 includes electrothermal conversion elements 48 includes, preferably Peltier elements. These convert electrical energy into thermal energy or cooling and heating the battery 50 , Since the required power is low, this can be from the battery 50 be obtained, even if this is not yet due to lack of temperature control at the optimum operating temperature.

Der Beginn der Temperierung kann durch einen Controller 66 gesteuert werden. Dieser Controller 66 kann den Beginn der Temperierung, also das Abkühlen oder das Aufheizen einer Batterie, beispielsweise schon vor der Inbetriebnahme des Fahrzeugs veranlassen. Dazu kann der Benutzer eine Startzeit programmieren oder ein Signal beispielsweise mit einer Fernbedienung geben. Außerdem steht ein Schnelltemperiermodus zur Verfügung. So kann durch diese „Boosterfunktion” beispielsweise nach langer Standzeit eines Fahrzeugs in großer Hitze eine besonders schnelle Abkühlung ermöglicht werden. Umgekehrt kann bei langer Standzeit in großer Kälte eine besonders schnelle Erwärmung vorgesehen sein.The beginning of tempering can be done by a controller 66 to be controlled. This controller 66 can cause the beginning of the temperature, so the cooling or heating of a battery, for example, even before the commissioning of the vehicle. For this purpose, the user can program a start time or give a signal, for example with a remote control. In addition, a fast tempering mode is available. So can be made possible by this "booster", for example, after a long service life of a vehicle in high heat, a particularly rapid cooling. Conversely, with a long service life in great cold, a particularly rapid heating can be provided.

6 zeigt eine schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Energieversorgungssystems. Bei dieser Ausführungsform erfolgt die Temperierung der Batterie 50 nicht durch ein Temperiersystem mit elektrothermischen Wandlerelementen, sondern durch ein Adsorptionskühlsystem 52, das auf der Grundlage des physikalischen Effekts des Freiwerdens von Adsorptionskälte beim Zusammenführen eines Adsorptionsmediums mit einem Adsorbat thermische Energie freisetzt, mit der die Batterie 50 ge kühlt wird. Dieses Prinzip wird auch bei Kühlsystemen zur Selbstkühlung von Bierfässern angewandt. Der Kühlprozess ist diskontinuierlich, das heißt er beginnt, wenn Adsorptionsmedium und Adsorbat zusammengeführt werden und endet spätestens, wenn das Adsorptionsmedium die maximal adsorbierbare Menge an Adsorbat adsorbiert hat. Um das Kühlsystem wieder in den Zustand zu versetzen, dass erneut ein Kühlprozess durchgeführt werden kann, werden Adsorptionsmedium und Adsorbat unter Zuführung von Wärmeenergie wieder getrennt. Diese Wärmeenergie wird in 6 von dem im Betrieb befindlichen Verbrennungsmotor 16 als Abwärme geliefert. Andere Wärmequellen sind möglich. 6 shows a schematic representation of a fourth embodiment of a power supply system according to the invention. In this embodiment, the temperature of the battery takes place 50 not by a tempering system with electrothermal transducer elements, but by an adsorption cooling system 52 which releases thermal energy on the basis of the physical effect of liberation of adsorption refrigeration when combining an adsorption medium with an adsorbate, with which the battery 50 ge is cooled. This principle is also used in cooling systems for the self-cooling of beer kegs. The cooling process is discontinuous, that is to say it begins when adsorption medium and adsorbate are brought together and ends at the latest when the adsorption medium has adsorbed the maximum adsorbable amount of adsorbate. In order to put the cooling system back into the condition that a cooling process can be carried out again, adsorption medium and adsorbate are separated again with the supply of heat energy. This heat energy is in 6 from the internal combustion engine in operation 16 delivered as waste heat. Other heat sources are possible.

Der Beginn der Temperierung kann durch einen Controller 66 gesteuert werden. Dieser Controller 66 kann den Beginn der Temperierung, also das Abkühlen oder das Aufheizen einer Batterie, beispielsweise schon vor der Inbetriebnahme des Fahrzeugs veranlassen. Dazu kann der Benutzer eine Startzeit programmieren oder ein Signal beispielsweise mit einer Fernbedienung geben. Außerdem steht ein Schnelltemperiermodus zur Verfügung. So kann durch diese „Boosterfunktion” beispielsweise nach langer Standzeit eines Fahrzeugs in großer Hitze eine besonders schnelle Abkühlung ermöglicht werden. Umgekehrt kann bei langer Standzeit in großer Kälte eine besonders schnelle Erwärmung vorgesehen sein.The beginning of tempering can be done by a controller 66 to be controlled. This controller 66 can cause the beginning of the temperature, so the cooling or heating of a battery, for example, even before the commissioning of the vehicle. For this purpose, the user can program a start time or give a signal, for example with a remote control. In addition, a fast tempering mode is available. So can be made possible by this "booster", for example, after a long service life of a vehicle in high heat, a particularly rapid cooling. Conversely, with a long service life in great cold, a particularly rapid heating can be provided.

7 zeigt eine weitere Darstellung eines diskontinuierlichen Adsorptionskühlsystems 52. Das Adsorptionsmedium 54 befindet sich in einem dichten Vakuumbehälter 56. Als Adsorptionsmedium eignen sich beispielsweise kristalline Alumo-Silikate, insbesondere Zeolithe. Ein aufgrund der Tempe ratur der Batterie 50 ansteuerbares Ventil 58 trennt eine Verbindung von einem evakuierten dichten Behälter 62, in dem sich das Adsorbat 60 befindet. Hierzu kann beispielsweise Wasser oder Alkohol verwendet werden. Beide Behälter sind thermisch voneinander isoliert, entweder räumlich oder durch eine Isolationswand oder beides. Nach dem Öffnen des Ventils verdampft das Adsorbat und strömt zum Behälter mit dem Adsorptionsmedium. Die entstehende Verdampfungskälte kühlt die Batterie 50. 7 shows a further illustration of a discontinuous adsorption cooling system 52 , The adsorption 54 is in a tight vacuum container 56 , Suitable adsorption medium are, for example, crystalline aluminosilicates, in particular zeolites. A due to the tempera ture of the battery 50 controllable valve 58 disconnects from an evacuated sealed container 62 in which the adsorbate 60 located. For this example, water or alcohol can be used. Both containers are thermally isolated from each other, either spatially or by an isolation wall or both. After opening the valve, the adsorbate evaporates and flows to the container with the adsorption medium. The resulting evaporative cooling cools the battery 50 ,

Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.The in the above description, in the drawings and in the Claims disclosed features of the invention can both individually and in any combination for the To be essential to the realization of the invention.

1010
EnergieversorgungssystemPower system
1212
Fahrzeugvehicle
1414
StromversorgungssystemPower system
1616
Verbrennungsmotorinternal combustion engine
1818
temperaturempfindliche Batterietemperature sensitive battery
2020
BrennstoffzellensystemThe fuel cell system
2222
weitere BatterieFurther battery
2424
TemperiersystemTemperature System
2626
weiteres Temperiersystemadditional Temperature System
2828
elektrothermische Wandlerelementeelectrothermal transducer elements
3030
Förderpumpe, Gebläse/KompressorFeed pump, Blower / compressor
3232
Adsorptionskühlsystemadsorption cooling
3434
Adsorptionsmediumadsorption
3636
dichter Vakuumbehälterpoet vacuum vessel
3838
VentilValve
4040
Adsorbatadsorbate
4242
dichter evakuierter Behälterpoet evacuated container
4444
thermische Isolierungthermal insulation
4646
TemperiersystemTemperature System
4848
elektrothermische Wandlerelementeelectrothermal transducer elements
5050
Batteriebattery
5252
Adsorptionssystemadsorption
5454
Adsorptionsmediumadsorption
5656
dichter Vakuumbehälterpoet vacuum vessel
5858
VentilValve
6060
Adsorbatadsorbate
6262
dichter evakuierter Behälterpoet evacuated container
6464
thermische Isolierungthermal insulation
6666
Controllercontroller

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - DE 102004035879 A1 [0005] DE 102004035879 A1 [0005]
  • - DE 10128164 A1 [0005] - DE 10128164 A1 [0005]

Claims (27)

Energieversorgungssystem (10) mit einer temperaturempfindlichen Batterie (18) und einem Brennstoffzellensystem (20), dadurch gekennzeichnet, dass das Brennstoffzellensystem (20) ein Temperiersystem (24) für die temperaturempfindliche Batterie betreibt.Energy supply system ( 10 ) with a temperature-sensitive battery ( 18 ) and a fuel cell system ( 20 ), characterized in that the fuel cell system ( 20 ) a tempering system ( 24 ) for the temperature-sensitive battery. Energieversorgungssystem (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine weitere Batterie (22) zum Starten des Brennstoffzellensystems vorgesehen ist.Energy supply system ( 10 ) according to claim 1, characterized in that a further battery ( 22 ) is provided for starting the fuel cell system. Energieversorgungssystem (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperierung der temperaturempfindlichen Batterie (18) in Abhängigkeit von einer Betriebstemperatur der temperaturempfindlichen Batterie erfolgt.Energy supply system ( 10 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the temperature of the temperature-sensitive battery ( 18 ) in response to an operating temperature of the temperature-sensitive battery. Energieversorgungssystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Batterie (22) in einer Startphase des Brennstoffzellensystems (20) in Abhängigkeit von einer Betriebstemperatur der weiteren Batterie (22) durch ein weiteres Temperiersystem (26) temperiert werden kann.Energy supply system ( 10 ) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the further battery ( 22 ) in a starting phase of the fuel cell system ( 20 ) in dependence on an operating temperature of the further battery ( 22 ) by a further tempering system ( 26 ) can be tempered. Energieversorgungssystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Beginn der Temperierung durch einen Controller (66) gesteuert werden kann.Energy supply system ( 10 ) according to one of claims 1 to 4, characterized in that a start of the temperature control by a controller ( 66 ) can be controlled. Energieversorgungssystem (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Temperiersystem einen Schnelltemperiermodus vorsieht.Energy supply system ( 10 ) according to claim 4, characterized in that the further temperature control system provides a rapid temperature control mode. Energieversorgungssystem (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Temperiersystem (26) für die weitere Batterie (22) ein oder mehrere elektrothermische Wandlerelemente (28) umfasst.Energy supply system ( 10 ) according to claim 4, characterized in that the further tempering system ( 26 ) for the further battery ( 22 ) one or more electrothermal transducer elements ( 28 ). Energieversorgungssystem (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Temperiersystem (32) für die weitere Batterie (22) ein Adsorptionsmedium (34) und ein von dem Medium adsorbierbares Fluid (40) umfasst.Energy supply system ( 10 ) according to claim 4, characterized in that the tempering system ( 32 ) for the further battery ( 22 ) an adsorption medium ( 34 ) and a fluid adsorbable by the medium ( 40 ). Energieversorgungssystem (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Temperiersystem (32) für die weitere Batterie (22) unter Zuführung von Wärmeenergie, die vorzugsweise aus einer Abwärme eines Verbrennungsmotors (16) oder einer Abwärme des Brennstoffzellensystems (20) gewonnen wird, in einen Zustand versetzt werden kann, aus dem ein Kühlprozess erfolgen kann.Energy supply system ( 10 ) according to claim 8, characterized in that the tempering system ( 32 ) for the further battery ( 22 ) with the supply of heat energy, preferably from a waste heat of an internal combustion engine ( 16 ) or waste heat of the fuel cell system ( 20 ) can be put into a state from which a cooling process can take place. Verfahren zur Temperierung einer temperaturempfindlichen Batterie (18) eines Energieversorgungssystems (10), dadurch gekennzeichnet, dass ein Temperiersystem (24) für die temperaturempfindliche Batterie (18) unter Verwendung eines Brennstoffzellensystems (20) betrieben wird.Method for tempering a temperature-sensitive battery ( 18 ) of an energy supply system ( 10 ), characterized in that a tempering system ( 24 ) for the temperature-sensitive battery ( 18 ) using a fuel cell system ( 20 ) is operated. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine weitere Batterie (22) zum Starten des Brennstoffzellensystems vorgesehen ist.Method according to claim 10, characterized in that a further battery ( 22 ) is provided for starting the fuel cell system. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Start des Brennstoffzellensystems (20) in Abhängigkeit von einer Betriebstemperatur die weitere Batterie (22) durch ein weiteres Temperiersystem (26) temperiert wird.A method according to claim 11, characterized in that at a start of the fuel cell system ( 20 ) depending on an operating temperature, the further battery ( 22 ) by a further tempering system ( 26 ) is tempered. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Beginn der Temperierung durch einen Controller (66) gesteuert werden kann.Method according to one of claims 10 to 12, characterized in that a start of the temperature control by a controller ( 66 ) can be controlled. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Temperiersystem einen Schnelltemperiermodus vorsieht.Method according to claim 12, characterized in that that the further temperature control system provides a rapid temperature control mode. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass dem weiteren Temperiersystem (24) elektrische Energie für eine elektrothermische Wandlung zugeführt wird.Method according to claim 12, characterized in that the further tempering system ( 24 ) electrical energy is supplied for an electrothermal conversion. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Adsorptionskühlung der weiteren Batterie (22) durch das Zusammenführen eines Adsorptionsmediums (34) und eines von dem Medium adsorbierbaren Fluids (40) erreicht wird.A method according to claim 12, characterized in that an adsorption cooling of the further battery ( 22 ) by combining an adsorption medium ( 34 ) and a fluid adsorbable by the medium ( 40 ) is achieved. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass nach einem Kühlungsprozess unter Zuführung von Wärmeenergie, die vorzugsweise aus einer Abwärme eines Verbrennungsmotors (16) oder aus einer Abwärme des Brennstoffzellensystems (20) gewonnen wird, das Adsorptionsmedium (34) und das Fluid (40) im Wesentlichen wieder getrennt werden können.A method according to claim 16, characterized in that after a cooling process with the supply of heat energy, preferably from a waste heat of an internal combustion engine ( 16 ) or from a waste heat of the fuel cell system ( 20 ), the adsorption medium ( 34 ) and the fluid ( 40 ) can be essentially separated again. Energieversorgungssystem (10) mit einer Batterie (50), dadurch gekennzeichnet, dass ein Temperiersystem (46) für die Batterie (50) ein oder mehrere elektrothermische Wandlerelemente (48) umfasst.Energy supply system ( 10 ) with a battery ( 50 ), characterized in that a tempering system ( 46 ) for the battery ( 50 ) one or more electrothermal transducer elements ( 48 ). Energieversorgungssystem (10) mit einer Batterie (50), dadurch gekennzeichnet, dass ein Temperiersystem (52) für die Batterie (50) ein Adsorptionsmedium (54) und ein von dem Medium adsorbierbares Fluid (60) umfasst.Energy supply system ( 10 ) with a battery ( 50 ), characterized in that a tempering system ( 52 ) for the battery ( 50 ) an adsorption medium ( 54 ) and a fluid adsorbable by the medium ( 60 ). Energieversorgungssystem (10) nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Temperiersystem (52) für die Batterie (50) unter Zuführung von Wärmeenergie, die vorzugsweise aus einer Abwärme eines Verbrennungsmotors (16) gewonnen wird, in einen Zustand versetzt werden kann, aus dem ein Kühlprozess erfolgen kann.Energy supply system ( 10 ) according to claim 19, characterized in that the tempering system ( 52 ) for the battery ( 50 ) under Zufüh tion of heat energy, preferably from a waste heat of an internal combustion engine ( 16 ) can be put into a state from which a cooling process can take place. Energieversorgungssystem (10) nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass ein Beginn der Temperierung durch einen Controller (66) gesteuert werden kann.Energy supply system ( 10 ) according to one of claims 18 to 20, characterized in that a start of the temperature control by a controller ( 66 ) can be controlled. Energieversorgungssystem (10) nach einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Temperiersystem einen Schnelltemperiermodus vorsieht.Energy supply system ( 10 ) according to one of claims 18 to 21, characterized in that the temperature control system provides a rapid temperature control mode. Verfahren zur Temperierung einer Batterie (50) eines Energieversorgungssystems (10), dadurch gekennzeichnet, dass einem Temperiersystem (46) elektrische Energie für eine elektrothermische Wandlung zugeführt wird.Method for tempering a battery ( 50 ) of an energy supply system ( 10 ), characterized in that a tempering system ( 46 ) electrical energy is supplied for an electrothermal conversion. Verfahren zur Temperierung einer Batterie (50) eines Energieversorgungssystems (10), dadurch gekennzeichnet, dass eine Kühlung der Batterie (50) durch ein Zusammenführen eines Adsorptionsmediums (54) und eines von dem Medium adsorbierbaren Fluids erreicht wird.Method for tempering a battery ( 50 ) of an energy supply system ( 10 ), characterized in that a cooling of the battery ( 50 ) by combining an adsorption medium ( 54 ) and a fluid adsorbable by the medium. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass nach einem Kühlungsprozess unter Zuführung von Wärmeenergie, die vorzugsweise aus einer Abwärme eines Verbrennungsmotors (16) gewonnen wird, das Adsorptionsmedium (54) und das Fluid (60) im Wesentlichen wieder getrennt werden können.A method according to claim 24, characterized in that after a cooling process with the supply of heat energy, preferably from a waste heat of an internal combustion engine ( 16 ), the adsorption medium ( 54 ) and the fluid ( 60 ) can be essentially separated again. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass ein Beginn der Temperierung durch einen Controller (66) gesteuert werden kann.Method according to one of claims 23 to 25, characterized in that a start of the temperature control by a controller ( 66 ) can be controlled. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass das Temperiersystem einen Schnelltemperiermodus vorsieht.Method according to one of claims 23 to 26, characterized in that the tempering a fast tempering mode provides.
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