用于车辆中的驱动系统的储存单元的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于车辆中的驱动系统的储存单元，该储存单元具有至少一个吸附储存器、至少一个电池和至少一个冷却回路。本发明另外涉及一种操作这种储存单元的方法，且还涉及包括这种储存单元的驱动系统和车辆。
【背景技术】
[0002]为了改善车辆的效率和环境友好性，电动机越来越多地被用作驱动设备。例如，内燃机与作为混合动力车辆中的辅助驱动装置的电动机结合，以便能够使内燃机在更有利于使用的状态下工作。电动机还被用作由电池供给电能的纯电力驱动车辆(电动车辆)中的主驱动装置。电动车辆和混合动力车辆通常包括可再充电的电池，其作为电化学电池将化学能变换成电能。此类电池通常也被称作蓄电池或二次电池。但是，此类电池的一个缺点在于它们对温度敏感并且仅在约0°c至50°C的范围内能最佳地工作。
[0003]由于油资源的日益短缺，越来越依赖于诸如甲烷、乙醇或氢的非常规燃料来运转内燃机或燃料电池。出于此目的，电动车辆或混合动力车辆不仅包括用于电动机的电池，而且包括用于保持一定储存量的燃料的吸附储存器。适合于此类应用的吸附储存器尤其是包括吸附介质的吸附储存器，所述吸附介质具有大的内表面积，气体被吸附并由此储存在该吸附介质上。在充装吸附储存器时，由于吸附而释放热。类似地，当从储存器取出气体时，必须为解吸附过程供热。在使用吸附储存器和电池时，热管理因此非常重要。
[0004]DE 102009000952A1公开了一种具有至少一个潜热储存器的车辆用电池，所述潜热储存器包括具有特定熔点的介质。这里，所述介质选择成使得熔点处于所使用的电池类型的最低工作温度到最高工作温度的范围内。这样，通过一体的潜热储存器和电化学能储存器之间的定向热传递而避免了车辆用电池的电化学能储存器中的温度波动。DE102006052110A1描述了一种具有吸附介质的流体储存器，其包括用于改善能量管理并用于为气体释放过程即时供热的能量摄取和输出装置。该能量摄取和输出装置包括管束，流体在流体储存器的内部被传送通过所述管束。此外，该流体储存器经由冷却回路与用于临时蓄热的潜热储存器联接并与加热元件或连接到发动机冷却回路的连接部联接，以有助于能量传递。
[0005]DE 102010048478A1描述了一种用于电池的热管理方法，其控制输入电池中的热。出于该目的，使用了根据环境温度来冷却或加热电池堆的电池温度系统。在冷却模式中，热从电池堆向冷却剂传递并经由电池散热器向环境散发。在加热模式中，冷却剂在进入电池堆之前借助于加热设施而被加热。
[0006]DE 102008054216A1公开了一种调节车辆中的电驱动装置的方法。这里，确定电驱动装置、例如定子或转子的至少一种温度，并且根据一个参数来设定电驱动装置的一部分的温度。
[0007]DE 102007004979A1描述了一种用于控制机动车辆中的电池的温度的装置，其中，电池被集成在车辆的制冷回路和低温冷却回路中。在制冷回路被切断的工作模式中，通过低温冷却回路来实现对电池温度的控制。在又一工作模式中，通过在冷却剂进入低温冷却回路的冷却器之前经由围绕电池的旁通管路传送冷却剂来实现电池的预热。
[0008]WO 2009/127531A1公开了一种用于燃料电池设备的液体冷却装置，该液体冷却装置被构造为独立单元并向燃料电池设备提供冷却液体或从燃料电池设备取得经加热的液体。
[0009]DE 102008040211A1公开了一种用于操作燃料电池系统的方法，所述燃料电池系统包括燃料电池、储存容器和电池。
[0010]US 2012/0141842描述了一种由固态电池包围的燃料电池。
[0011]已知的用于电池或吸附储存器的热管理系统的一个缺点在于，需要另外的构件来导热，并且这些导致更多成本并且占据了更多结构空间。此外，潜热储存系统的效率受到限制并且例如在移动离开时不能充分利用其容量。这些缺点在移动应用中一一例如在机动车辆中一一特别严重。因此，存在对提供一种非常简单和有效的用于此类储存系统的热管理概念的持续的关注。
【发明内容】
[0012]本发明的一个目的是提供一种用于燃料和电能的储存单元，该储存单元配备有非常少的附加构件，并且能借助于该储存单元实现高效且简单的热管理。本发明的又一个目的是提供一种简单且高效地调节储存单元中的温度的方法。
[0013]通过一种储存单元来实现该目的，所述储存单元尤其适合用于车辆中的驱动系统中并具有至少一个吸附储存器、至少一个电池和至少一个冷却回路，其中吸附储存器经由冷却回路联接至电池。
[0014]本发明还提供了一种操作储存单元的方法，还提供了一种操作驱动系统中的储存单元的方法，所述驱动系统具有电机单元，该电机单元包括至少一个内燃机或至少一个燃料电池和至少一个电动机。此处，经由冷却回路在电池与吸附储存器之间进行热交换，至少一个电池和至少一个吸附储存器与所述冷却回路连接。
[0015]本发明还提供了配备有根据本发明的储存单元的驱动系统和车辆，尤其混合动力车辆。除车辆外，本发明的储存单元还能用于其它移动应用中，例如船一一尤其是潜艇一一的驱动系统中。此外，本发明的储存单元适合于静止应用，例如与用于加热建筑物或用于组合式供热和发电站中的太阳能电池结合。
[0016]本发明的储存单元将传送制冷剂的冷却回路与吸附储存器和电池联接。这使得能够以简单方式来调节两个构件的温度，其中来自电池的热被导入吸附储存器中且反之亦然。当车辆被驱动时，来自电池的热例如能被制冷剂摄取并经由冷却回路被传送到吸附罐，以便提供其中的燃料的解吸附所需的热。因此，吸附储存器提供了用于冷却电池的冷却功率。来自吸附储存器的过剩的冷却功率能被用于其它构件，例如用于车辆中的乘员舱的空气调节。相反地，电池提供启动吸附储存器中的解吸附所需的加热功率。当达到电池与吸附储存器之间的热平衡时，甚至可以免去其它导热或温度控制构件。这允许此类储存单元的简单和有效的配置，此外，所述储存单元需要的安装空间小并且因此特别适合于移动应用，例如用于车辆中。
[0017]出于本发明的目的，吸附储存器是包括吸附介质的储存器，该吸附介质具有大的表面积，以吸附气体并由此储存气体。因此，在吸附储存器的充装期间放热，同时通过导入热来启动解吸附。特别地，诸如甲烷、甲醇、氢、乙炔、丙烷或丙烯的燃料能被储存在本发明的储存单元的吸附储存器中并通过解吸附而被供给内燃机或燃料电池。甲烷尤其适合作为用于内燃机的燃料。燃料电池优选利用甲烷或氢来工作。
[0018]出于本发明的目的，术语“电池”指的是将化学能变换成电能的可再充电的二次电池或蓄电池。优选的电池为:铅基蓄电池，例如铅酸蓄电池；镍基蓄电池，例如镍镉蓄电池、镍氢蓄电池、镍金属氢化物蓄电池、镍铁蓄电池或镍锌蓄电池；锂基蓄电池，例如锂硫蓄电池、锂离子蓄电池、锂聚合物蓄电池、锂金属蓄电池、锂锰蓄电池、磷酸铁锂蓄电池、钛酸锂蓄电池或锡硫锂蓄电池；钠基蓄电池，例如钠硫蓄电池或钠-氯化镍蓄电池；银锌蓄电池；硅蓄电池；钒氧化还原蓄电池；或锌溴蓄电池。这里，本发明的储存单元可包括相同类型或不同类型的上述电池中的一个或多个。
[0019]尤其优选的电池为:锂基蓄电池，尤其是锂离子蓄电池或锂硫蓄电池；铅基蓄电池；镍基蓄电池；或钠基蓄电池。
[0020]在本发明的储存单元的一个实施例中，冷却回路包括至少一个传送制冷剂的泵。根据适合于冷却或加热吸附储存器和电池中的燃料的温度范围，多种制冷剂是可行的，例如水、乙二醇、乙醇、或它们的混合物。适当的制冷剂对于本领域技术人员而言是已知的。
[0021]在本发明的储存单元的一个实施例中，该冷却回路包括至少一个吸附储存器回路和至少一个电池回路。在冷却回路的一个变型中，吸附回路和电池回路从至少一个主管路分支。这里，主管路的制冷剂的总流/合流可在吸附储存器回路与电池回路之间被分流。为了在两个回路之间可变地分流制冷剂的总流，至少可在吸附回路或电池回路中设置至少一个阀。吸附储存器回路和电池回路优选包括至少一个阀，该至少一个阀位于吸附储存器和电池的上游，以便控制制冷剂流入相应构件中的流量。
[0022]在具有从主管路分支的吸附储存器回路和电池回路的冷却回路中，所述泵可设置成用于在冷却回路的主管路的区域中传送制冷剂。此外，在冷却回路的主管路的区域中可布置有热交换器以便调节制冷剂的温度。可行的热交换器对于本领域技术人员而言是充分已知的。例如，板式热交换器、螺旋式热交换器、壳管式热交换器或微通道式热交换器是合适的。
[0023]在又一实施例中，吸附储存器回路和电池回路构成经由连接管路在回路中互相连接的两个单独的回路。该连接管路优选包括至少一个泵和至少一个阀。这里，所述泵可被布置在该连接管路的通向电池回路中的支路中。该阀可被布置在连接管路的通向吸附储存器回路中的另一支路中。因此，可通过泵在电池回路与吸附储存器回路之间的回路中传送制冷剂，其中所述阀调节电池回路与吸附储存器回路之间的制冷剂流量。
[0024]在本发明的储存单元的又一实施例中，吸附储存器回路和电池回路可包括至少一个泵和至少一个热交换器。该泵优选设置成使得制冷剂被传送通过电池或吸附罐并随后通过热交换器。因此，该泵优选在电池回路中位于电池上游或在吸附回路中位于吸附储存器上游。该热交换器用来调节温度并优选在电池回路中位于电池下游或在吸附回路中位于吸附储存器下游。可行的热交换器对于本领域技术人员而言是充分已知的。例如，板式热交换器、螺旋式热交换器、壳管式热交换器或微通道热交换器是合适