本發(fā)明涉及一種按權(quán)利要求1所述的電池、尤其是用于至少能夠電驅(qū)動的車輛的車輛電池以及一種按權(quán)利要求8所述的用于對電池的電池模塊進(jìn)行調(diào)溫的方法。

背景技術(shù)：

一種能夠觀察到的、用于新型的電化學(xué)的存儲系統(tǒng)的開發(fā)趨勢是以下電池方案，對于所述電池方案來說，在比室溫之上更高的溫度情況下運行所述電池。與比如鋰離子電池相比，這樣的電池方案的優(yōu)點在于優(yōu)選相比于傳統(tǒng)的鋰離子電池得到提高的可靠性、更低的成本以及得到提高的能量密度的領(lǐng)域內(nèi)。用于得到提高的溫度水平的背景是：提供所參與的單池組件（比如電解質(zhì)、保護(hù)層）的至少足夠大的傳導(dǎo)能力的可行方案，并且在與所參與的電化學(xué)的單池反應(yīng)的結(jié)合中實現(xiàn)足夠大的交換電流密度的可行方案。這樣的電池方案必要時必須在運行中或者在開始運轉(zhuǎn)時進(jìn)行加熱，但是為此可能在運行中不需要冷卻功率或者僅僅需要較少的冷卻功率。

一般來說，這樣的電池方案也需要冷卻方案，因為在運行中產(chǎn)生熱，所述熱也許處于所述系統(tǒng)中的熱損耗之上并且一般來說也必須遵守單池的特定的溫度限制。按溫度水平和運行方式，需要電池單池的或多或少的麻煩的熱絕緣，用于將熱損耗保持較低的水平并且將所需要的加熱功率保持盡可能小的水平。在此，連接管路、機(jī)械的支柱和其它的熱橋以及所存在的輻射損耗代表著潛在的并且不期望的熱泄漏。這些熱損耗功率不利地影響到電池性能和通常必須通過所輸入的能量來消除的自動放電。

在這些電池方案的、無運行的或者僅僅帶有受限制的運行（比如停車的車輛）的停止時間（standzeit）里，始終需要加熱，用于在最佳的工作溫度的范圍內(nèi)為電池的繼續(xù)運行作準(zhǔn)備。這耗費能量并且也許會使電池放電。此外，在停止時間里存在著讓電池冷卻下來并且在重新開始運轉(zhuǎn)之前又將其加熱到最佳的運行溫度的可能性。冷卻下來的、也就是處于室溫上的電池通常不會自已加熱，因為單池反應(yīng)的以及內(nèi)部的功率過程的動力學(xué)特性（kinetik）依然過于受到限制。

由公開文獻(xiàn)de102012223054a1公開了一種用于車輛電池的熱管理的可行方案，在該可行方案中在車輛運行期間對電池的運行溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)處理。在運行期間或者在電池與充電器和電源相連接的期間，對于運行溫度范圍的調(diào)整在此用于根據(jù)環(huán)境溫度進(jìn)行預(yù)調(diào)節(jié)處理。所熟知的解決方案的不利之處是，缺少在停止階段里將電池保持在運行溫度上的可行方案并且在此放棄用于對電池進(jìn)行熱激活的外部的能量源的可行方案。與此相對應(yīng)，在現(xiàn)有技術(shù)中缺少用于對電池進(jìn)行節(jié)省能量的調(diào)溫或者熱激活的解決方案，其中尤其要提高所述電池的自給自足性并且由此能夠?qū)崿F(xiàn)車輛的更長的停止階段。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的任務(wù)在于，至少部分地消除前面所描述的缺點。尤其本發(fā)明的任務(wù)是，以成本低廉的并且節(jié)省能量的方式在電池的停止時間里顯著地降低能量損耗并且由此提高電池的自給自足性。“電池的自給自足性”在本發(fā)明的范圍內(nèi)應(yīng)該是指一種用于對電池進(jìn)行調(diào)溫的熱島系統(tǒng)。在此，所述電池不需要接連到電網(wǎng)上，而是將電池的現(xiàn)存的能量用于進(jìn)行調(diào)溫，從而將所述電池置于或者保持到最佳的運行溫度。

前述任務(wù)通過分別具有權(quán)利要求1和8的特征的一種電池以及一種用于對電池進(jìn)行調(diào)溫的方法得到解決。本發(fā)明的另外的特征和細(xì)節(jié)由從屬權(quán)利要求、說明書和附圖中產(chǎn)生。在此結(jié)合所述電池所描述的特征和細(xì)節(jié)當(dāng)然也結(jié)合所述按本發(fā)明的方法而適用并且相應(yīng)地反之亦可，從而關(guān)于與各個發(fā)明方面相關(guān)的公開內(nèi)容始終相互參照或者能夠相互參照。

按照發(fā)明，用于至少能夠電驅(qū)動的車輛的電池具有電池殼體，該電池殼體則具有至少一個第一電池模塊，其中所述電池模塊具有至少一個電池單池。在所述電池上布置了至少一個用于將所述電池接連到車輛上的（電的）電池觸頭。對本發(fā)明來說重要的是，所述電池具有至少一個擁有至少一個電池單池的第二電池模塊，其中所述第二電池模塊能夠與所述第一電池模塊相連接，由此能量能夠在所述電池模塊之間傳輸。至少一個熱絕緣元件在此至少盡可能地包圍著所述第一電池模塊，由此所述第一電池模塊與所述第二電池模塊熱絕緣（thermischisoliert）并且熱隔離（thermischgetrennt）。由此能夠?qū)崿F(xiàn)對于電池、尤其是各個電池模塊的模塊化的和/或單獨的調(diào)溫，由此能夠?qū)崿F(xiàn)對于所述電池的節(jié)省能量的調(diào)溫。所述電池模塊在此能夠不同地設(shè)計尺寸，從而按應(yīng)用情況存在不同的容量和/或幾何大小，用于對相應(yīng)的另外的電池模塊進(jìn)行調(diào)溫。在此，所述電池具有共同的殼體，其中所述電池模塊尤其彼此進(jìn)行了電連接。但是，按照發(fā)明也能夠考慮，存在著所述電池模塊彼此間的熱連接，從而不僅能夠傳輸電能而且能夠傳輸熱能。

本發(fā)明的決定性的核心構(gòu)思是電池的結(jié)構(gòu)，其中至少兩個電池模塊具有共同的電池殼體，但是其中所述電池模塊彼此熱絕緣并且熱隔離。通過所述按本發(fā)明的設(shè)計方案，將所述至少一個電池模塊的熱能通過所述熱絕緣元件來盡可能好地存儲在一個電池模塊中。在此，所述被熱絕緣的電池模塊能夠任意地設(shè)計尺寸，其中下述尺寸設(shè)計是有利的：對于該尺寸設(shè)計來說存在如此多的能量，使得對于所述第二電池模塊的激活、也就是對于所述第二電池模塊的加熱對于運行情況來說能夠得到保證。對于按本發(fā)明的絕緣元件來說，能夠考慮不同的熱隔絕材料，其中下面扼要地列舉常用的、適合于使用的材料。因此，比如能夠考慮塑料絕緣件，所述塑料絕緣件也能夠作為泡沫以人造的有機(jī)的泡沫的形式構(gòu)造，其中在此優(yōu)選能夠涉及聚乙烯、聚苯乙烯、石墨聚苯板（neopor）、聚氨酯或者酚醛樹脂a泡沫。此外，也能夠考慮將礦物纖維、比如石頭和玻璃棉用于按本發(fā)明的熱隔離。氣凝膠墊和真空隔絕板由于其差的導(dǎo)熱性而特別有利地合適使用。按本發(fā)明的熱絕緣元件在此能夠部分面狀地或者全面狀地包圍著所述第一電池模塊，從而按應(yīng)用情況能夠保證盡可能好的熱絕緣。所述電池或者相應(yīng)的電池模塊本身優(yōu)選能夠再充電、尤其是能夠作為高溫電池和/或固體電池來構(gòu)造。

在本發(fā)明的范圍內(nèi)，所述第二電池模塊同樣至少盡可能地被熱絕緣元件所包圍，由此所述第二電池模塊與所述第一電池模塊熱絕緣并且熱隔離。在此，所述電池模塊也能夠模塊各自地、也就是單獨地并且彼此分開地隔離。所述第二電池模塊的熱絕緣也能夠?qū)崿F(xiàn)在所述第二電池模塊中存儲熱能，從而能夠進(jìn)一步降低所述第二電池模塊的熱損耗。由此產(chǎn)生優(yōu)點：在車輛的停止時間內(nèi)所述第二電池模塊將熱能存儲盡可能長的時間，由此所述電池的功率也更為緩慢地減小，這引起以下結(jié)果：能夠?qū)⑺龅诙姵啬K的熱能或電能用于對所述第一電池模塊進(jìn)行調(diào)溫。與此相對應(yīng)，將所述至少第一電池模塊保持到必要的工作溫度，從而在電池開始運轉(zhuǎn)時所述第一電池模塊能夠?qū)λ龅诙姵啬K進(jìn)行加熱。在此，尤其將能量（以電的方式用于運行加熱元件以及必要時為此也以熱的方式）從所述一個電池模塊傳輸?shù)搅硗獾碾姵啬K上這個方面對所述電池的自給自足性來說是起決定作用。所述第二電池模塊的熱絕緣元件在此也能夠部分面狀地或者全面狀地布置在所述第二電池模塊上，從而能夠建立所述第二電池模塊與所述第一電池模塊的熱隔離。在此，也能夠考慮如用于所述第一電池模塊的絕緣的相同絕緣材料。根據(jù)經(jīng)濟(jì)的和車輛典型的前提，所述熱絕緣件能夠如此構(gòu)造，使得其保證車輛的經(jīng)濟(jì)的運行。因此能夠在實施時節(jié)省成本和技術(shù)上的開銷。

此外，能夠有利的是，至少一個電池模塊具有至少一個加熱元件，由此能夠?qū)崿F(xiàn)對于另外的電池模塊的調(diào)溫。按本發(fā)明的加熱元件在此取代或者附加于所述至少一個熱絕緣元件來設(shè)置，從而能夠建立最佳的工作溫度。所述加熱元件能夠在時間上在起動車輛之前、在起動車輛時或者在起動車輛之后對相應(yīng)的電池模塊進(jìn)行加熱。但是，尤其有利的是，所述至少一個電池模塊的至少一個加熱元件在所述電池的、無運行或者僅僅帶有受限制的運行的停止時間期間將所述電池模塊調(diào)溫到工作溫度。如果兩個電池模塊分別配備了一個加熱元件，那就能夠考慮，在車輛的起動階段里后補地對在停止時間里未被調(diào)溫的電池模塊進(jìn)行加熱。與此相對應(yīng)，所述一個電池模塊在停止時間里形成用于另外的電池模塊中的加熱元件的能量源，使得這些電池模塊自給自足地并且相互地供給用于進(jìn)行調(diào)溫的能量。

按照本發(fā)明能夠考慮，所述加熱元件以電的方式并且/或者用流體技術(shù)來傳輸能量。如果向所述加熱元件以電的方式供給所述至少一個電池模塊的能量，那就能夠建立對于所述另外的電池模塊的主動的電調(diào)溫。在此，所述電加熱元件比如能夠構(gòu)造為熱電阻、構(gòu)造為加熱絲或者構(gòu)造為加熱膜，但是在本發(fā)明的范圍內(nèi)不局限于這些實施方案。所述電加熱元件在此擁有以下優(yōu)點：能夠?qū)崿F(xiàn)對于所述電池模塊的特別快的加熱，從而能夠建立對于在停止階段里未被調(diào)溫的電池模塊的、特別快的加熱。與此相對應(yīng)，所述電池模塊在開始運轉(zhuǎn)時、也就是說在起動階段之后在較短的時間里又達(dá)到工作溫度，從而恢復(fù)了可能的電池功率。加熱元件如此構(gòu)造，從而能夠通過流體來傳輸熱能，對于該加熱元件來說能夠?qū)崿F(xiàn)對于所述電池模塊的被動的調(diào)溫。在此如此將所述電池模塊彼此間連接起來，從而將一個在停止階段里冷卻下來的電池模塊的熱能傳輸?shù)搅硗獾碾姵啬K上并且比如通過換熱器在那里被釋放出來。由此能夠?qū)崿F(xiàn)這一點，所述一個在停止階段里冷卻下來的電池模塊沒有將電能輸出給另外的電池模塊，使得所述冷卻下來的電池模塊的充電狀態(tài)比進(jìn)行了電連接的加熱元件更慢。用流體技術(shù)來供給的加熱元件代表著對于所述至少一個電池模塊的調(diào)溫的、一種特別節(jié)省能量的形式。

同樣有利的是，所述加熱元件與控制單元相連接，用所述控制單元能夠調(diào)節(jié)并且/或者控制加熱功率。理想地，所述控制單元在此布置在所述電池殼體中，從而不會通過連接電纜產(chǎn)生另外的熱泄漏。所述控制單元在此能夠以機(jī)械的方式并且/或者以電的方式構(gòu)造，并且額外地根據(jù)環(huán)境溫度或者電池溫度對所述加熱元件進(jìn)行監(jiān)控。機(jī)械的控制單元尤其重要，如果用流體技術(shù)來向所述加熱元件供給能量，其中所述控制單元能夠代表著閥或者泵。所述控制單元一方面監(jiān)控，調(diào)設(shè)了所述電池模塊的最佳的工作溫度，其中同時能夠防止由于過熱而給電池造成損壞。在此能夠根據(jù)環(huán)境溫度來調(diào)節(jié)加熱功率，從而沒有必要將能量或者將太少的能量用于對所述電池模塊進(jìn)行調(diào)溫。能夠考慮，所述控制單元根據(jù)所計劃的或者大概可能的停止時間來控制并且/或者調(diào)節(jié)所述加熱元件的加熱功率。由此對于較長的停止時間來說所述加熱功率可能比較短的停止時間更少。與此相對應(yīng)，所述電池模塊也更快或者更慢地又達(dá)到運行溫度，其中能夠同時根據(jù)所述電池模塊的充電狀態(tài)來進(jìn)行調(diào)溫。同樣，所述控制單元能夠根據(jù)相應(yīng)的電池模塊的設(shè)計尺寸和/或所述相應(yīng)的電池模塊的設(shè)計尺寸來監(jiān)控所述加熱功率。此外能夠考慮，所述控制單元如此學(xué)習(xí)所述電池的用戶特性，從而通過所述控制單元來記錄并且測評不同的參數(shù)、比如停止時間、環(huán)境溫度和時鐘時間。由此能夠編制使用特性圖（benutzungsprofil），所述使用特性圖能夠?qū)W習(xí)或者預(yù)測電池使用的日常情況并且與此相對應(yīng)能夠在停止時間期間相應(yīng)地對所述加熱功率進(jìn)行監(jiān)控。因此，所述控制單元比如能夠識別：所述電池是否定期在特定的時間內(nèi)停止運行，在所述特定的時間中必須在恒定的時間周期里對所述加熱元件進(jìn)行調(diào)溫。

同樣有利的是，所述電池殼體至少部分地通過所述絕緣元件來構(gòu)成。因此，所述絕緣元件在此優(yōu)選與所述電池殼體一體地、尤其是材料統(tǒng)一地構(gòu)造。由此產(chǎn)生一種由殼體和絕緣元件構(gòu)成的至少部分集成的結(jié)構(gòu)形式，由此能夠進(jìn)一步降低熱損耗。由此能夠放棄所述電池殼體的、在現(xiàn)有技術(shù)中常見的通常由金屬構(gòu)成的設(shè)計，并且能夠轉(zhuǎn)換到基于塑料的結(jié)構(gòu)形式。在此，另外的優(yōu)點也通過以下方式來產(chǎn)生：在生產(chǎn)所述電池殼體時所述電池殼體的生產(chǎn)能夠得到簡化，因為比如通過注塑法來進(jìn)行簡單的制造，其中取消后來鋪設(shè)絕緣元件的步驟。

在本發(fā)明的范圍內(nèi)能夠考慮，所述絕緣元件以能夠活動的方式布置在所述電池模塊上并且/或者布置在所述電池殼體上。在此能夠考慮模塊各自的或者共同的熱絕緣件?！耙阅軌蚧顒拥姆绞健痹诒景l(fā)明的范圍內(nèi)應(yīng)該是指，所述絕緣元件比如能夠通過保持器件來可逆地安裝，從而在每個時刻能夠獲得到所述電池殼體和/或所述電池模塊的接近。所述按本發(fā)明的絕緣元件在此能夠具有不同的結(jié)構(gòu)形式，所述結(jié)構(gòu)形式以最佳的方式與所述電池模塊或者電池殼體及電池觸頭的結(jié)構(gòu)形式相匹配。由此提供盡可能最佳的結(jié)構(gòu)空間，對于該結(jié)構(gòu)空間來說能夠同時以所述電池的緊湊的結(jié)構(gòu)形式和得到改進(jìn)的可接近性來實現(xiàn)熱絕緣。所述絕緣元件在此能夠具有保持器件，由此所述絕緣元件能夠可逆地安裝在所述電池模塊上并且/或者安裝在所述電池殼體上，從而在進(jìn)行保養(yǎng)和/或維修作業(yè)時能夠?qū)崿F(xiàn)至少到所述電池觸頭的接近。所述保持器件比如能夠是粘扣帶、磁性的帶扣或者能夠可逆地建立的粘合連接以及螺紋連接、卡夾連接或者插塞連接。除此以外，所述絕緣元件也能夠具有以鉸鏈或者類似的翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的形式構(gòu)成的保持器件，使得所述絕緣元件在需要時能夠從至少一個使用位置被置于保養(yǎng)位置中。由此能夠獲得到所述電池或者電池觸頭的接近，而沒有損壞所述熱絕緣結(jié)構(gòu)。此外能夠考慮，所述絕緣元件能夠通過驅(qū)動裝置來運動，使得所述絕緣元件能夠在使用情況下離開所述電池來運動或者朝所述電池來運動。由此能夠?qū)崿F(xiàn)這一點：所述電池在存在使用位置時能夠通過所述絕緣元件對所述電池進(jìn)行熱絕緣并且為了冷卻的需求而能夠從所述電池上翻轉(zhuǎn)出去。因此對于所述電池處于最佳的工作溫度之上的情況來說能夠?qū)崿F(xiàn)所述電池的冷卻，從而能夠盡可能地防止所述電池單池或者電池模塊的損壞。

所述電池本身能夠構(gòu)造為固體電池和/或高溫電池、尤其是具有大約60到100℃的運行溫度范圍的鋰-金屬-聚合物-電池“l(fā)mp”電池或者具有大約270到350℃的運行溫度范圍的鈉-氯化鎳-電池，并且所述電池優(yōu)選具有高的、優(yōu)選400wh/kg之上的單位能量。

按照本發(fā)明的另外的方面，要求保護(hù)一種用于對電池、尤其是按權(quán)利要求1-7中任一項所述的電池的電池模塊進(jìn)行調(diào)溫的方法。在按本發(fā)明的方法中，所述電池能夠置于運行狀態(tài)中，在所述電池中向車輛的驅(qū)動裝置饋給電能，并且所述電池能夠置于靜止?fàn)顟B(tài)（ruhezustand）中，在所述電池中所述驅(qū)動裝置不消耗能量。在此重要的是，在所述靜止?fàn)顟B(tài)中能夠?qū)⒂糜谡{(diào)溫的能量由所述第二電池模塊傳輸給所述第一電池模塊。由此能夠調(diào)設(shè)所述第一電池模塊的最佳的工作溫度，從而在停止時間里能夠從所述第二電池模塊中饋給所需要的、用于所述第一電池模塊的加熱功率。在所述電池的靜止?fàn)顟B(tài)中，使用所述第二電池模塊的現(xiàn)存的熱能和/或電能，用于直接對加熱元件或者所述電池模塊進(jìn)行調(diào)溫，其中在以電的方式進(jìn)行主動的調(diào)溫時將電能由所述第二電池模塊傳輸?shù)剿龅谝浑姵啬K的加熱元件上，并且在進(jìn)行被動的調(diào)溫時通過流體技術(shù)的調(diào)溫、比如通過換熱器或者熱導(dǎo)體來進(jìn)行調(diào)設(shè)。因此，所述電池的自給自足性通過所述按本發(fā)明的方法得到提高，由此能夠?qū)崿F(xiàn)更長的停止階段，其中顯著地降低了由于不使用而引起的能量損耗。

按照本發(fā)明，在運行狀態(tài)中能夠?qū)崮芎?或電能由所述第一電池模塊傳輸給所述第二電池模塊，由此能夠調(diào)設(shè)所述第一電池模塊中的和所述第二電池模塊中的運行溫度。所述運行狀態(tài)是以下狀態(tài)，在該狀態(tài)中以前冷卻下來的電池模塊通過經(jīng)過調(diào)溫的電池模塊來得到加熱，從而又能夠建立所述第二電池模塊的運行溫度。這種狀態(tài)也能夠在僅僅受限制的運行期間（比如停車的車輛）占優(yōu)勢，從而能夠預(yù)準(zhǔn)備所述電池的、尤其是所有電池模塊的快速的繼續(xù)運行。尤其在此將熱能和/或電能傳輸給所述第二電池模塊的加熱元件，從而能夠盡可能快地調(diào)設(shè)所述第一電池模塊中的和所述第二電池模塊中的運行溫度。由此能夠在沒有外部的能量源的情況下實現(xiàn)對于所述第二電池模塊的熱激活，其中盡可能地降低所需要的能量需求。

對于所說明的方法來說，產(chǎn)生所有已經(jīng)關(guān)于所述按本發(fā)明的電池所描述的優(yōu)點。

附圖說明

另外的對本發(fā)明進(jìn)行改進(jìn)的措施從以下對本發(fā)明的一種實施例所作的描述中產(chǎn)生，本發(fā)明在附圖中示意性地示出。所有由權(quán)利要求、說明書或者附圖得知的特征和/或優(yōu)點、包括結(jié)構(gòu)上的細(xì)節(jié)、空間的布置和方法步驟不僅分別而言而且在極為不同的組合中對本發(fā)明來說都可能是重要的。附圖中：

圖1示意性地示出了按本發(fā)明的電池的第一種實施方式。

具體實施方式

在圖1中示意性地顯示了一種按本發(fā)明的電池10，該電池具有電池殼體13，在該電池殼體中布置了第一電池模塊11和第二電池模塊12。在所述共同的電池殼體上布置了電池觸頭14，所述電池觸頭用于將電池接連到車輛上并且至少與所述第一電池模塊11相連接。所述電池模塊11具有第一熱絕緣元件20和加熱元件22。所述熱絕緣元件20包圍著所述電池模塊11并且與所述電池殼體13齊平地構(gòu)造。所述第二電池模塊12同樣具有自身的熱絕緣元件21，該熱絕緣元件同樣包圍著所述電池模塊12。所述第一電池模塊11和所述第二電池模塊12在此彼此進(jìn)行了電連接。所述兩個電池模塊11和12的兩個加熱元件22和23同樣相連接，從而通過連接能夠傳輸電能和/或熱能。開關(guān)在此用于：有選擇地將所述加熱元件22和23彼此一起接通，因為這些加熱元件不必強制地彼此相連接。在此，所述加熱元件22、23能夠以電的方式并且/或者以熱的方式由所述電池模塊22、23來運行。

在所示出的實施方式中變得清楚的是，所述電池模塊11、12被設(shè)計成不一樣大的尺寸，使得所述電池模塊11和12也具有不同的容量。所述第一電池模塊11在此被設(shè)計為比所述第二電池模塊12小得多的尺寸，這引起以下結(jié)果：所述第一電池模塊11所需要的加熱能量少于所述第二電池模塊12。在此如此設(shè)計所述第一電池模塊11的尺寸：使得能夠提供足夠的、用于對所述第二電池模塊12進(jìn)行加熱的能量。在靜止?fàn)顟B(tài)中，由此將能量由所述第二電池模塊12傳輸?shù)剿龅谝浑姵啬K11的加熱元件22上，由此將所述電池模塊11保持在相應(yīng)的溫度上或者加熱到一種溫度。

在運行狀態(tài)中，又將能量由所述第一電池模塊11傳輸?shù)剿龅诙姵啬K的加熱元件23上。