用于車輛中的驅(qū)動系統(tǒng)的儲存單元的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于車輛中的驅(qū)動系統(tǒng)的儲存單元，該儲存單元具有至少一個吸附儲存器、至少一個電池和至少一個冷卻回路。本發(fā)明另外涉及一種操作這種儲存單元的方法，且還涉及包括這種儲存單元的驅(qū)動系統(tǒng)和車輛。
【背景技術(shù)】
[0002]為了改善車輛的效率和環(huán)境友好性，電動機越來越多地被用作驅(qū)動設(shè)備。例如，內(nèi)燃機與作為混合動力車輛中的輔助驅(qū)動裝置的電動機結(jié)合，以便能夠使內(nèi)燃機在更有利于使用的狀態(tài)下工作。電動機還被用作由電池供給電能的純電力驅(qū)動車輛(電動車輛)中的主驅(qū)動裝置。電動車輛和混合動力車輛通常包括可再充電的電池，其作為電化學電池將化學能變換成電能。此類電池通常也被稱作蓄電池或二次電池。但是，此類電池的一個缺點在于它們對溫度敏感并且僅在約0°c至50°C的范圍內(nèi)能最佳地工作。
[0003]由于油資源的日益短缺，越來越依賴于諸如甲烷、乙醇或氫的非常規(guī)燃料來運轉(zhuǎn)內(nèi)燃機或燃料電池。出于此目的，電動車輛或混合動力車輛不僅包括用于電動機的電池，而且包括用于保持一定儲存量的燃料的吸附儲存器。適合于此類應用的吸附儲存器尤其是包括吸附介質(zhì)的吸附儲存器，所述吸附介質(zhì)具有大的內(nèi)表面積，氣體被吸附并由此儲存在該吸附介質(zhì)上。在充裝吸附儲存器時，由于吸附而釋放熱。類似地，當從儲存器取出氣體時，必須為解吸附過程供熱。在使用吸附儲存器和電池時，熱管理因此非常重要。
[0004]DE 102009000952A1公開了一種具有至少一個潛熱儲存器的車輛用電池，所述潛熱儲存器包括具有特定熔點的介質(zhì)。這里，所述介質(zhì)選擇成使得熔點處于所使用的電池類型的最低工作溫度到最高工作溫度的范圍內(nèi)。這樣，通過一體的潛熱儲存器和電化學能儲存器之間的定向熱傳遞而避免了車輛用電池的電化學能儲存器中的溫度波動。DE102006052110A1描述了一種具有吸附介質(zhì)的流體儲存器，其包括用于改善能量管理并用于為氣體釋放過程即時供熱的能量攝取和輸出裝置。該能量攝取和輸出裝置包括管束，流體在流體儲存器的內(nèi)部被傳送通過所述管束。此外，該流體儲存器經(jīng)由冷卻回路與用于臨時蓄熱的潛熱儲存器聯(lián)接并與加熱元件或連接到發(fā)動機冷卻回路的連接部聯(lián)接，以有助于能量傳遞。
[0005]DE 102010048478A1描述了一種用于電池的熱管理方法，其控制輸入電池中的熱。出于該目的，使用了根據(jù)環(huán)境溫度來冷卻或加熱電池堆的電池溫度系統(tǒng)。在冷卻模式中，熱從電池堆向冷卻劑傳遞并經(jīng)由電池散熱器向環(huán)境散發(fā)。在加熱模式中，冷卻劑在進入電池堆之前借助于加熱設(shè)施而被加熱。
[0006]DE 102008054216A1公開了一種調(diào)節(jié)車輛中的電驅(qū)動裝置的方法。這里，確定電驅(qū)動裝置、例如定子或轉(zhuǎn)子的至少一種溫度，并且根據(jù)一個參數(shù)來設(shè)定電驅(qū)動裝置的一部分的溫度。
[0007]DE 102007004979A1描述了一種用于控制機動車輛中的電池的溫度的裝置，其中，電池被集成在車輛的制冷回路和低溫冷卻回路中。在制冷回路被切斷的工作模式中，通過低溫冷卻回路來實現(xiàn)對電池溫度的控制。在又一工作模式中，通過在冷卻劑進入低溫冷卻回路的冷卻器之前經(jīng)由圍繞電池的旁通管路傳送冷卻劑來實現(xiàn)電池的預熱。
[0008]WO 2009/127531A1公開了一種用于燃料電池設(shè)備的液體冷卻裝置，該液體冷卻裝置被構(gòu)造為獨立單元并向燃料電池設(shè)備提供冷卻液體或從燃料電池設(shè)備取得經(jīng)加熱的液體。
[0009]DE 102008040211A1公開了一種用于操作燃料電池系統(tǒng)的方法，所述燃料電池系統(tǒng)包括燃料電池、儲存容器和電池。
[0010]US 2012/0141842描述了一種由固態(tài)電池包圍的燃料電池。
[0011]已知的用于電池或吸附儲存器的熱管理系統(tǒng)的一個缺點在于，需要另外的構(gòu)件來導熱，并且這些導致更多成本并且占據(jù)了更多結(jié)構(gòu)空間。此外，潛熱儲存系統(tǒng)的效率受到限制并且例如在移動離開時不能充分利用其容量。這些缺點在移動應用中一一例如在機動車輛中一一特別嚴重。因此，存在對提供一種非常簡單和有效的用于此類儲存系統(tǒng)的熱管理概念的持續(xù)的關(guān)注。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明的一個目的是提供一種用于燃料和電能的儲存單元，該儲存單元配備有非常少的附加構(gòu)件，并且能借助于該儲存單元實現(xiàn)高效且簡單的熱管理。本發(fā)明的又一個目的是提供一種簡單且高效地調(diào)節(jié)儲存單元中的溫度的方法。
[0013]通過一種儲存單元來實現(xiàn)該目的，所述儲存單元尤其適合用于車輛中的驅(qū)動系統(tǒng)中并具有至少一個吸附儲存器、至少一個電池和至少一個冷卻回路，其中吸附儲存器經(jīng)由冷卻回路聯(lián)接至電池。
[0014]本發(fā)明還提供了一種操作儲存單元的方法，還提供了一種操作驅(qū)動系統(tǒng)中的儲存單元的方法，所述驅(qū)動系統(tǒng)具有電機單元，該電機單元包括至少一個內(nèi)燃機或至少一個燃料電池和至少一個電動機。此處，經(jīng)由冷卻回路在電池與吸附儲存器之間進行熱交換，至少一個電池和至少一個吸附儲存器與所述冷卻回路連接。
[0015]本發(fā)明還提供了配備有根據(jù)本發(fā)明的儲存單元的驅(qū)動系統(tǒng)和車輛，尤其混合動力車輛。除車輛外，本發(fā)明的儲存單元還能用于其它移動應用中，例如船一一尤其是潛艇一一的驅(qū)動系統(tǒng)中。此外，本發(fā)明的儲存單元適合于靜止應用，例如與用于加熱建筑物或用于組合式供熱和發(fā)電站中的太陽能電池結(jié)合。
[0016]本發(fā)明的儲存單元將傳送制冷劑的冷卻回路與吸附儲存器和電池聯(lián)接。這使得能夠以簡單方式來調(diào)節(jié)兩個構(gòu)件的溫度，其中來自電池的熱被導入吸附儲存器中且反之亦然。當車輛被驅(qū)動時，來自電池的熱例如能被制冷劑攝取并經(jīng)由冷卻回路被傳送到吸附罐，以便提供其中的燃料的解吸附所需的熱。因此，吸附儲存器提供了用于冷卻電池的冷卻功率。來自吸附儲存器的過剩的冷卻功率能被用于其它構(gòu)件，例如用于車輛中的乘員艙的空氣調(diào)節(jié)。相反地，電池提供啟動吸附儲存器中的解吸附所需的加熱功率。當達到電池與吸附儲存器之間的熱平衡時，甚至可以免去其它導熱或溫度控制構(gòu)件。這允許此類儲存單元的簡單和有效的配置，此外，所述儲存單元需要的安裝空間小并且因此特別適合于移動應用，例如用于車輛中。
[0017]出于本發(fā)明的目的，吸附儲存器是包括吸附介質(zhì)的儲存器，該吸附介質(zhì)具有大的表面積，以吸附氣體并由此儲存氣體。因此，在吸附儲存器的充裝期間放熱，同時通過導入熱來啟動解吸附。特別地，諸如甲烷、甲醇、氫、乙炔、丙烷或丙烯的燃料能被儲存在本發(fā)明的儲存單元的吸附儲存器中并通過解吸附而被供給內(nèi)燃機或燃料電池。甲烷尤其適合作為用于內(nèi)燃機的燃料。燃料電池優(yōu)選利用甲烷或氫來工作。
[0018]出于本發(fā)明的目的，術(shù)語“電池”指的是將化學能變換成電能的可再充電的二次電池或蓄電池。優(yōu)選的電池為:鉛基蓄電池，例如鉛酸蓄電池；鎳基蓄電池，例如鎳鎘蓄電池、鎳氫蓄電池、鎳金屬氫化物蓄電池、鎳鐵蓄電池或鎳鋅蓄電池；鋰基蓄電池，例如鋰硫蓄電池、鋰離子蓄電池、鋰聚合物蓄電池、鋰金屬蓄電池、鋰錳蓄電池、磷酸鐵鋰蓄電池、鈦酸鋰蓄電池或錫硫鋰蓄電池；鈉基蓄電池，例如鈉硫蓄電池或鈉-氯化鎳蓄電池；銀鋅蓄電池；硅蓄電池；釩氧化還原蓄電池；或鋅溴蓄電池。這里，本發(fā)明的儲存單元可包括相同類型或不同類型的上述電池中的一個或多個。
[0019]尤其優(yōu)選的電池為:鋰基蓄電池，尤其是鋰離子蓄電池或鋰硫蓄電池；鉛基蓄電池；鎳基蓄電池；或鈉基蓄電池。
[0020]在本發(fā)明的儲存單元的一個實施例中，冷卻回路包括至少一個傳送制冷劑的泵。根據(jù)適合于冷卻或加熱吸附儲存器和電池中的燃料的溫度范圍，多種制冷劑是可行的，例如水、乙二醇、乙醇、或它們的混合物。適當?shù)闹评鋭τ诒绢I(lǐng)域技術(shù)人員而言是已知的。
[0021]在本發(fā)明的儲存單元的一個實施例中，該冷卻回路包括至少一個吸附儲存器回路和至少一個電池回路。在冷卻回路的一個變型中，吸附回路和電池回路從至少一個主管路分支。這里，主管路的制冷劑的總流/合流可在吸附儲存器回路與電池回路之間被分流。為了在兩個回路之間可變地分流制冷劑的總流，至少可在吸附回路或電池回路中設(shè)置至少一個閥。吸附儲存器回路和電池回路優(yōu)選包括至少一個閥，該至少一個閥位于吸附儲存器和電池的上游，以便控制制冷劑流入相應構(gòu)件中的流量。
[0022]在具有從主管路分支的吸附儲存器回路和電池回路的冷卻回路中，所述泵可設(shè)置成用于在冷卻回路的主管路的區(qū)域中傳送制冷劑。此外，在冷卻回路的主管路的區(qū)域中可布置有熱交換器以便調(diào)節(jié)制冷劑的溫度。可行的熱交換器對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是充分已知的。例如，板式熱交換器、螺旋式熱交換器、殼管式熱交換器或微通道式熱交換器是合適的。
[0023]在又一實施例中，吸附儲存器回路和電池回路構(gòu)成經(jīng)由連接管路在回路中互相連接的兩個單獨的回路。該連接管路優(yōu)選包括至少一個泵和至少一個閥。這里，所述泵可被布置在該連接管路的通向電池回路中的支路中。該閥可被布置在連接管路的通向吸附儲存器回路中的另一支路中。因此，可通過泵在電池回路與吸附儲存器回路之間的回路中傳送制冷劑，其中所述閥調(diào)節(jié)電池回路與吸附儲存器回路之間的制冷劑流量。
[0024]在本發(fā)明的儲存單元的又一實施例中，吸附儲存器回路和電池回路可包括至少一個泵和至少一個熱交換器。該泵優(yōu)選設(shè)置成使得制冷劑被傳送通過電池或吸附罐并隨后通過熱交換器。因此，該泵優(yōu)選在電池回路中位于電池上游或在吸附回路中位于吸附儲存器上游。該熱交換器用來調(diào)節(jié)溫度并優(yōu)選在電池回路中位于電池下游或在吸附回路中位于吸附儲存器下游?？尚械臒峤粨Q器對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是充分已知的。例如，板式熱交換器、螺旋式熱交換器、殼管式熱交換器或微通道熱交換器是合適