发明内容

本发明的任务在于，提供一种用于机动车的电能存储器以及一种用于运行这种电能存储器的方法，从而可实现对能量存储器的特别有利的调温。

根据本发明，所述任务通过具有权利要求1的特征的电能存储器以及具有权利要求11的特征的方法来解决。本发明的有利实施方式是从属权利要求的技术方案。

本发明的第一方面涉及一种用于机动车、尤其是用于优选构造为轿车的汽车的电能存储器。这意味着，机动车在其完全制造的状态中具有电能存储器。此外，机动车在其完全制造的状态中具有至少一个电机，借助该电机可尤其是纯粹地电驱动机动车。因此，机动车优选是混合动力车辆或电动车辆、尤其是电池电动车辆(BEV)。为了借助电机尤其是纯粹地电驱动机动车，电机例如可在马达模式中并且因此作为电动机运行。在此，在能量存储器中或借助能量存储器存储电能、即电流。为了使电机在马达模式中运行，电机被供应或可被供应存储在能量存储器中的电能。由于机动车可借助电机驱动，电机也被称为牵引机。由于电机被供应存储在能量存储器中的电能，以便尤其是纯粹地电驱动机动车，因此能量存储器也称为牵引存储器或牵引电池，尤其是当能量存储器构造为电池时。这意味着，能量存储器可构造为电池或蓄电池、尤其是锂离子电池或蓄电池。优选电机和能量存储器是高压部件(HV部件)，其相应的电压、尤其是电气工作电压或标称电压优选为至少48伏并且特别优选大于50伏、尤其是大于60伏。电压、尤其是电气工作电压或标称电压优选为几百伏，以便由此实现特别高的电功率，用于尤其是纯粹地电驱动机动车。因此，能量存储器尤其是可构造为高压电池(HV电池)。尤其是可想到，电机也可在发电机模式中并且因此作为发电机运行。借助发电机将运动的机动车的动能转换成由发电机提供的电能。由发电机提供的电能可存储在能量存储器中并且在晚些时候再供使用。

电能存储器具有至少一个存储单元，借助该存储单元可尤其是电化学地存储电能、即电流。存储单元例如构造为电池单元、尤其是锂离子电池单元并且也被简称为单元。能量存储器尤其是可具有多个存储单元，它们相互电连接并且由此彼此串联和/或并联地连接或可互连。关于所述至少一个存储单元的上述和下述说明也可毫无问题地转用到能量存储器的其它存储单元，反之亦然。所述至少一个存储单元具有单元壳体，在该单元壳体中尤其是同时设置有尤其是液态的电解质和电极装置。当然，电解质并非必须是液态的。可想到使用固体电解质和/或由至少一种聚合物形成的聚合物电解质。

这例如意味着，单元壳体可尤其是直接限定容纳空间，电极装置和电解质尤其是同时设置或容纳在该容纳空间中。电极装置在此例如至少部分地、尤其是至少大部分地或完全地浸入电解质中。这尤其是可理解为电解质与电极装置直接接触。电极装置例如可具有至少或正好两个电极、尤其是具有不同极性的电极。电极装置和电解质因此例如组合成原电池或形成这种原电池，借助其可尤其是电化学地存储电能。电极之一例如是阳极，另一个电极例如是阴极。电极中的第一电极例如与存储单元的第一连接元件电连接，电极中的第二电极例如与存储单元的第二连接元件电连接。电极例如彼此电绝缘。各连接元件例如彼此电绝缘。各连接元件可设置在单元壳体的外部，从而电极可以说经由连接元件被引导至外部，即被引导至单元壳体的周围环境。由此，例如连接元件之一形成存储单元的正电极，另一个连接元件例如形成存储单元的负电极。存储单元可通过连接元件(也称为端子)提供存储在其中的电能，或者由发电机提供的电能可通过连接元件存储到存储单元中并因此存储在存储单元中。

此外，电能存储器还包括调温装置，借助该调温装置可对存储单元进行调温、即加热和/或冷却。所述调温装置具有至少一个设置在单元壳体外部的调温通道，所述调温装置例如设置在单元壳体外部。调温通道可被用于对存储单元进行调温、即加热和/或冷却的调温流体穿流。相对于上述多个存储单元调温装置或调温通道例如设置在两个存储单元的相应并排或连续设置的单元壳体之间，从而优选规定，调温装置或调温通道设置在能量存储器的所述或所有存储单元的所有单元壳体外部。由于调温通道或调温装置设置在存储单元之间或存储单元的单元壳体之间，因此调温装置也被称为例如单元中间调温装置(Zellzwischentemperierung)或单元中间冷却器(ZZK)。

可借助调温流体例如这样冷却存储单元，使得热量从存储单元、尤其是从单元壳体传递到调温流体。可借助调温流体例如这样加热存储单元，使得热量从调温流体传递到存储单元、尤其是单元壳体。

为了实现对能量存储器的特别有利的调温，根据本发明规定，所述电能存储器具有至少一个加热装置，该加热装置可被供应存储在存储单元中的电能并且由此可电运行。因此，加热装置是电加热装置、即可电运行的加热装置，借助其可利用源自存储单元的电能加热存储单元，该电能可被供应或供应给加热装置。此外，根据本发明规定，仅当存储单元或能量存储器整体的充电状态不超过存储单元的最大充电状态的60％时，加热装置才可无损坏地运行。尤其是优选规定，仅当存储单元或能量存储器整体的充电状态不超过存储单元的最大充电状态的60％时，加热装置才能在运行时间上或在运行时间期间无间断地、即连续地以及无损坏地运行，所述运行时间最多或正好为30分钟、尤其是最多或正好15分钟并且特别优选是最多或正好5分钟。尤其是当加热装置构造为单元中间加热器时，运行时间优选最多为5分钟、尤其是最多或正好3分钟并且特别优选最多或正好2分钟。已显示出特别有利的是，尤其是当加热装置构造为单元内部加热器时，运行时间最多或正好为60秒、尤其是最多或正好为30秒。这尤其是可理解为：当存储单元的充电状态大于存储单元的最大充电状态的60％时，如果加热装置被供应存储在存储单元中的电能并由此运行，则加热装置将在运行时间结束之前被损坏或毁坏、尤其是烧坏，所述运行时间开始于存储单元的运行，即开始于加热装置被供应存储在存储单元中的电能并由此运行。

存储单元的最大充电状态可理解为：当存储单元具有其最大充电状态时，存储单元充满电，从而不能在存储单元中存储更多的电能。换句话说，存储单元的最大可能充电状态最多为存储单元最大充电状态的60％，仅当存储单元或能量存储器整体的充电状态不超过最大可能充电状态时，加热装置才能在运行时间上或在运行时间期间无间断地以及无损坏地运行。存储单元的尤其是当前的充电状态也被称为SOC并且例如表示尤其是当前存储在存储单元中的电能的量。如果加热装置在SOC大于60％时被供应存储在存储单元中的电能并且由此运行，则例如构造为电阻加热器的加热装置将在运行时间结束之前被损坏或毁坏、尤其是烧坏。

总之可以看出，本发明将单元中间调温装置与如上所述构造或设计的加热装置组合。已经发现，通过该组合可实现存储单元或能量存储器整体的特别有利的调温，使得一方面可实现能量存储器的特别好的所谓的快速充电。另一方面，可在正常行驶期间特别有利地对能量存储器进行调温。“能量存储器的快速充电”尤其是可理解为电能以这样的电功率(也称为充电功率)存储到能量存储器中，其峰值尤其是至少100千瓦、尤其是至少250千瓦并且例如处于250千瓦(包括)到350千瓦(包括)的范围内。本发明尤其是利用下述认识：调温流体(也称为调温介质)可用作加热存储单元的加热器，但调温流体的加热功率通常限于五到十千瓦。这尤其是适用于整个能量存储器。关于相应存储单元，加热功率例如限于每个存储单元10至30瓦。由此，为了使存储单元升温或者是加热或变热提供的并且借助调温装置、即仅借助调温流体可实现的加热速率太低，以至于上述快速充电不能实现或不能在足够短的时间内进行或开始。仅借助所述加热装置就可为快速充电实现足够高的加热速率。但电加热装置在其技术设计方面存在目标冲突。电加热装置可设计用于低电压水平并且因此用于能量存储器或存储单元的低充电状态或设计用于高电压水平并且因此用于存储单元或能量存储器的高充电状态。此外，借助加热装置尤其是连续或无间断地加热存储单元的最大加热时间受到限制，更确切地说因加热装置本身、尤其是其加热结构在借助加热装置加热存储单元时发生的温度升高而受到限制。用于加热存储单元的加热装置或其加热结构的温度不应超过极限温度，因为否则可能损坏材料、如存储单元的粘合层或绝缘层和/或存储单元的其它单元部件。如果加热装置设计用于低充电状态，则只能在此实现完整的加热时间。相反，在高充电状态时，最大可能的加热时间大大受到限制，因为否则加热装置或其加热结构将过热。在高充电状态时，加热装置的加热功率高于低充电状态，由此更快地达到最高温度。

本发明所基于的另一认识在于：例如当存储单元的当前充电状态具有第一值时，存储单元具有或提供第一电压，所述第一电压例如被施加到加热装置上。但如果存储单元的当前充电状态具有例如低于第一值的第二值，则存储单元具有低于第一电压的第二电压或存储单元提供低于第一电压的第二电压，所述第二电压例如被施加到加热装置上。因此，存储单元的高充电状态导致高电压水平，其作用在加热装置上或者说加热装置可借助其运行，并且存储单元的低充电状态导致低充电状态，其作用在加热装置上或者说加热装置可借助其运行。如果加热装置例如设计用于高的最大可能充电状态，则加热装置虽然可在存储单元的充电状态超过存储单元最大充电状态的60％时在运行时间期间无间断且无损坏地运行，但例如加热装置的尤其是内部电阻将如此之大，使得加热装置无法在低充电状态中运行或只能在加热功率不足的情况下运行。相反，即使在存储单元的当前低充电状态中已经可实现足够高的加热速率，但在充电状态非常高时加热装置将在运行时间到期、即结束之前被损坏、尤其是烧坏。

通过根据本发明设置的单元中间调温装置和加热装置的组合可克服上述目标冲突，因为例如构造为单元中间加热器且每个存储单元的加热功率例如为200瓦或构造为单元内部加热器且每个存储单元的加热功率例如为400瓦的加热装置被设计为在SOC小于或等于最大充电状态的60％时是特别有效的或可特别有效地运行。由此可对于快速充电或在快速充电期间实现特别高的加热效果，尤其是当存储单元的当前充电状态小于最大充电状态的60％时。通过组合加热装置与有效的、例如可以30℃的始流温度工作的单元中间调温装置，调温介质——尤其是通过加热调温介质——可用作加热器。调温介质或单元中间调温装置在此例如可具有每个存储单元在10瓦特(包括)到25瓦特(包括)的范围内的加热功率。“加热调温流体”尤其是可理解为利用电能例如借助附加于所述加热装置设置且不同于所述加热装置的另一加热器、尤其是有源地加热或可加热调温流体。“调温流体的始流温度”尤其是可理解为例如将调温流体以始流温度引入调温通道中，接着调温流体穿流调温通道并且因此对存储单元进行调温、尤其是加热。始流温度例如可在30℃(包括)到35℃(包括)的范围内。当离开调温通道时，尤其是当调温流体已经加热存储单元时，调温流体例如具有低于始流温度的流出温度。

可助调温介质对存储单元进行的加热或者是升温例如可在存储单元的当前充电状态大于最大可能充电状态时加热存储单元或在所述加热装置不能或只能短时间运行的情况下辅助加热装置。当存储单元的充电状态高于最大可能充电状态时，通常机动车是行驶的，在此可能不需要像快速充电那样大或快的加热速率。调温流体——尤其是在有或没有调温流体循环的情况下——通常可帮助实现足够长的加热时间，因为调温介质可用作冷却介质和因此散热器，以防止加热装置过热。

已显示出特别有利的是，仅当存储单元的充电状态尤其是在整个运行时间期间不超过存储单元的最大充电状态的50％、尤其是不超过40％时，加热装置才可无损坏地、尤其是在整个运行时间期间无间断且无损坏地运行。由此可实现对存储单元的特别有利的调温、尤其是加热并且因此可实现特别有利的快速充电。

另一种实施方式的特征在于，所述加热装置具有至少一个设置在单元壳体外部的电加热元件。因此，加热装置例如构造为单元中间加热器(ZZH)，借助其一方面可实现对存储单元的特别有利的加热。另一方面可实现存储单元或能量存储器整体特别简单且因此低成本的结构。这意味着，单元中间加热器不设置在单元壳体内部，而是设置在单元壳体外部并且在此例如设置在单元壳体和存储单元之间。

检验加热装置是否仅在存储单元的充电状态不超过存储单元的最大充电状态的60％、尤其是50％且特别是40％时才能无损坏地运行例如以下述方式进行：设置低于最大充电状态的60％、50％或40％的充电状态或相应于最大充电状态的60％、50％或40％的存储单元的尤其是当前的充电状态并且例如在加热装置被供应存储在存储单元中的电能的整个运行时间期间例如保持至少基本上恒定。如果加热装置无在此损坏地经过了运行时间，则设置例如高于最大充电状态的60％、50％或40％的存储单元的充电状态并且至少保持基本上恒定。然后向加热装置供应存储在存储单元中的能量。如果加热装置在运行时间结束之前被损坏或毁坏，则可满足本发明。

因此优选规定，仅当存储单元的充电状态不超过存储单元的最大充电状态的60％时，加热装置本身——即单独并且尤其是在不考虑调温装置或其运行的情况下——才能无损坏地运行。因此优选规定，在上述检验中不通过调温装置对加热装置进行有针对性的调温，从而加热装置被单独检验。因此原则上可想到，加热装置本身——即单独并且在调温装置不运行的情况下——可在存储单元的充电状态高于或大于存储单元的最大可能充电状态时短暂地并且因此在比运行时间短的时间段内无间断或连续地被供应存储在存储单元中的电能并且由此可运行。然而，在存储单元的充电状态大于最大可能充电状态时发生的加热装置本身的这种运行不能在整个运行时间上无间断地且在加热装置方面无损坏地进行，因为存储单元的充电状态和因此其电压水平将过高，以至于加热装置本身、即单独不能在所述运行时间期间无间断且无损坏地运行。

为了实现对存储单元的特别有效的加热，在本发明的另一种实施方式中规定，所述加热装置具有至少一个设置在单元壳体内部的电加热元件。加热元件在此例如由集成在存储单元或单元壳体中的加热膜制成。

在此已显示出特别有利的是，所述设置在单元壳体内部的电加热元件、电极装置和电解质同时设置在由单元壳体限定的容纳空间内，尤其是使得电解质直接接触电加热元件的至少一部分。由此可确保对存储单元的特别快速且有效的加热。

在本发明的另一种实施方式中规定，所述加热装置的最高温度处于60℃(包括)至90℃(包括)的范围内、尤其是70℃。当加热装置构造为外部、即设置在单元壳体外部的单元中间加热器时并且尤其是当存储单元构造为锂离子电池和/或电解质是液态电解质时，加热装置的最高温度优选是70℃。当加热装置构造为内部、即设置在单元壳体内部的单元内部加热器时并且尤其是当存储单元构造为锂离子电池和/或电解质是液态电解质时，加热装置的最高温度优选是60℃。如果例如电解质是固体电解质，则最高温度例如为90℃。由此能够可靠地避免温度过高和由此造成的损坏。

为了实现对存储单元的特别有效且高效的调温，在本发明的另一种实施方式中规定，所述调温流体是液体。液体优选至少部分地、尤其是至少大部分地或完全地包括水。还可想到，液体具有至少一种醇。液体因此可以是混合物，其至少可包含水和至少一种醇。液体尤其可以是非导电液体、如油或至少一种或多种油。

在本发明的另一种实施方式中规定，所述存储单元容纳在电能存储器的与存储单元分开构造的存储器壳体中。在此尤其是可规定，前述的多个存储单元容纳在存储器壳体中，所述存储器壳体与存储单元并且尤其是与其单元壳体分开构造。

为了实现对调温流体的有针对性的引导和因此有效且高效的调温，在本发明的一种实施方式中规定，所述调温通道至少在调温通道的一个长度范围内完全由与存储器壳体分开构造并且与单元壳体分开构造并且容纳在存储器壳体中的调温元件形成或限定，所述调温元件例如设置在两个存储单元之间。由此可实现有效且高效的单元中间调温装置。

还显示出特别有利的是，所述调温通道至少部分地直接由存储器壳体限定。由此可实现所述一个或多个存储单元的所谓的浸入冷却或浸入调温。这尤其是可理解为容纳在调温通道中或穿流调温通道的调温流体在存储器壳体中形成调温池(也称为池)，所述一个或多个存储单元容纳在其中。

本发明的第二方面涉及一种用于运行用于机动车的电能存储器的方法。在该方法中所述能量存储器包括至少一个构造用于尤其是电化学地存储电能或电流的存储单元，所述存储单元具有单元壳体。在单元壳体中设有尤其是液态的电解质。此外，在单元壳体中设有存储单元的电极装置。在该方法中所述能量存储器还包括调温装置，所述调温装置具有至少一个设置在单元壳体外部的调温通道，该调温通道可被用于对存储单元进行调温的调温流体穿流。

为了特别有效且高效地对能量存储器进行调温、即加热和/或冷却，根据本发明规定，所述能量存储器具有至少一个加热装置，该加热装置被供应或可被供应存储在存储单元中的电能且由此电运行或可电运行。借助所述加热装置可利用源自存储单元的电能来加热存储单元。在此仅当存储单元的充电状态不超过存储单元的最大充电状态的60％时，加热装置才可无损坏地运行。本发明第一方面的优点和有利实施方式应被视为本发明第二方面的优点和有利实施方式，反之亦然。

已显示出有利的是，至少在一段时间期间内将调温流体用作加热流体，借助其加热存储单元，尤其是在借助加热装置加热存储单元期间。在此尤其是规定，调温流体在该时间段内循环。这尤其是可理解为在该时间段期间、尤其是在整个时间段期间不对调温流体进行有针对性地冷却。换句话说，能量存储器例如包括可被调温流体穿流的流体回路，在其中设置有至少一个冷却器，用于有针对性地冷却调温流体。“循环”尤其是可理解为调温流体绕过所述冷却器或所有设置在流体回路中且设置用于有针对性地冷却调温流体的冷却器并且因此在调温流体从存储单元流走并且例如从调温通道中流出之后再次被供应给调温通道或存储单元，而不被冷却器有针对性地冷却。由此可实现特别高的加热速率，从而可特别好地实现上述快速充电。