Postup a zariadenie na tepelnú reguláciu dobíjateľnej batérie na ukladanie elektrickej energie

Číslo patentu: E 13476

Dátum: 02.07.2009

Autori: Heitzlier Jean-claude, Douarre Alain-françois, Muller Christian

Je ešte 3 strany.

Pozerať všetko strany alebo stiahnuť PDF súbor.

Text

Pozerať všetko

POSTUP A ZARIADENIE NA TEPELNÚ REGULÁCIU DOBÍJATEĽNEJ BATÉRIE NA UKLADANIE ELEKTRICKEJ ENERGIE0001 Tento vynález sa vzťahuje na postup samostatnej atrvalej tepelnej regulácie minimálne jednej dobíjateľnej batérie na ukladanie elektrickej energie, najmä batérie vozidla na elektrický alebo hybridný pohon, ktorá obsahuje minimálne jeden elektrochemický komponent.0002 Tento vynález sa vzťahuje aj na zariadenie na samostatnú a trvalú tepelnú reguláciu minimálne jednej dobíjateľnej batérie na ukladanie elektrickej energie, najmä batérie vozidla na elektrický alebo hybridný pohon, ktorá obsahuje minimálne jeden elektrochemický komponent.0003 Elektrické dobíjateľné batérie tvoria hlavné zariadenie vozidiel na elektrický alebohybridný pohon. Elektrochemické batérie poslednej generácie, najmä lítiové, dosiahli dostatočnú úroveň výkonnosti pre komerčné uvedenie na trh. Avšak prísna intemá tepelná kontrola batérií je kľúčové pre zaručenie trvácnosti tohto nákladného a relatívne krehkého zariadenia. Okrem toho aktuálne realizácie neposkytujú zatial stabilitu služieb (normálne fungovanie je zaručené bez ohľadu na to, aká je okolitá teplota) alebo dokonca dostupnosť batérie v istých podmienkach používania, na ktoré si používatelia vozidiel na fosílne palivá zvykli, a síce dojazd, ktorý nie je závislý od teploty.0004 Tepelné zmeny spôsobené elektrochěmiou u týchto nových batérií s vysokou hustotou energie alebo výkonu vpodstate, vzávislosti od svojich podmienok prostredia apoužívanía,výrazne ovplyvňujú zdravie atrvácnosť azároveň aj ich výkonnosť. Je teda vo všeobecnosti zrejmé, že tieto batérie si vyžadujú aktívny systém tepelnej regulácie, keď dosiahnu istú kritickú veľkosť alebo keď sa umiestnia do naliehavého tepelného prostredia.0005 Aktuálne riešenia prinášajú najmä klasické zariadenia na tepelnú reguláciu, so vzduchom alebo kvapalinou, ktoré prevádzajú teplo, ale ktoré majú tú nevýhodu, že sú veľkými spotrebiteľmi energie, sú príliš rozmemé amálo efektívne. Ďalšia nevýhoda, ktorá vyplýva zvyššie uvedeného, je tá, že tieto prostriedky regulácie sa dajú využívať len obmedzeným spôsobom, pretože musia odoberať energiu zo samotnej batérie. To je prípad, kedy je batéria nezávislá, teda keď sa nenabíja.0006 Najmä pri elektrických alebo hybridných vozidlách sa systém tepelnej regulácie klasicky aktivuje len vtedy, keď sa vozidlo pohybuje alebo nabíja. Na ceste sa zariadenie na tepelnú reguláciu obmedzuje vo všeobecnosti na využívanie tepelných zdrojov bezplatne dostupných vtedy, keď sú teplotné podmienky priaznivé (napríklad priama výmena s okolitým vzduchom).Z tohto dôvodu výkonnosť batérie nie je optimalizovaná a závisí najmä od počasia. Okrem toho sa regulačné zariadenie pri zastavení deaktivuje, po dlhšom státí v nepriaznivých podmienkach sa môže funkcia batérie zhoršíť až po kompletnú nedostupnosť vozidla.0007 Tieto chyby zle znášajú používatelia, ktorí bolí zvyknutí na výkon vysokej úrovne ana vysokú spoľahlivosť, ato aj pri vozidlách nižšieho radu, ako aj na bezpečnosť používania bez porúch.0008 Existujú však zariadenia na chladenie tepelných motorov vozidiel, ktoré používanú v ich chladiacom okruhu tepelné čerpadlo z magnetokalorického materiálu, ktoré zachytáva tepelnú energiu produkovanú motorom a vracia ju naspäť do kabíny vozidla - pozrite si najmä publikácie US 2005/0047284 a JP 2005/055060. Každopádne sú tieto chladiace zariadenia závislé od fungovania motora a nedajú sa aktivovať nezávisle. V podstate sa nedajú previesť na chladenie batérie ako takej.0009 Zdá sa však nevyhnutné priniesť riešenia na zlepšenie tejto situácie a napraviť existujúce chyby zariadení tepelnej regulácie.0010 Cieľom tohto vynálezu je zmiemiť nevýhody uvedené vyššie poskytnutím tepelnej regulácie a vysokou energetickou efektivítou, s nízkou spotrebou elektrickej energie, šetmou pre životné prostredie a schopnou zabezpečiť presnú tepelnú kontrolu batérie, samostatnú a trvalú,s využitím nízkeho objemu jej elektrickej energie uloženej pre napájanie tepelnej regulácie pre maximalizáciu schopnosti batérie dostupnej pre užitočné funkcie napájaného systému, najmä hnaciu silu a dojazd elektrických vozidiel.0011 Tento cieľ sa dosahuje postupom podľa tohto vynálezu tak, ako je to zadefmované v preambule, ktorý je charakterizovaný tým, že sa použije minimálne jedna nádoba, v ktorej je uložený uvedený elektrochemícký komponent uvedenej batérie, minimálne jedno tepelné magnetokalorické čerpadlo spojené suvedenou nádobou anapájané len z batérie aminimálne jedno zariadenie na výmenu tepla otvorené do vonkajšieho prostredia a výmenou kalórií medzi uvedených elektrochemickým komponentom uvedenej batérie a uvedeným vonkajším prostredím prostredníctvom obehového okruhu kvapaliny prenášajúcej teplo spojeného medzi uvedenou batériou, výmenníkom tepla a tepelným čerpadlem.0012 Postup podľa tohto vynálezu zmierňuje predchádzajúce nevýhody tým, že obnovený tepelný výkon, používaný na zabezpečenie tepelnej regulácie uvedenej batérie, čerpá málo energie z intemých zdrojov, vďaka výnimočnej energetickej efektivite (koeficient výkonnosti je od 4 do 10) magnetokalorického tepelného čerpadla, ktoré je založené na kvantovej vlastnosti materiálu premenlivá orientácia spinov extemých elektrónov atómov tvoriacich magnetokalorické spojenie alebo spojenia anie zmena fázy chladiaceho plynu vykonaná mechanicky kompresiou asilným obmedzením spotreby energie. Takisto sa môže používať zariadenie na tepelnú reguláciu pravidelne, vrátane prípadov, kedy je vozidlo napájané len z batérie tak, aby batéria fungovala v týchto priaznivých podmienkach trvalo.0013 Podľa výhodného režimu realizácie sa používa viacero tepelných magnetokalorických čerpadiel, pričom každé z týchto čerpadiel je prevádzkyschopne v stanovenom rozsahu teploty a pripojí sa minimálne jedno z uvedených čerpadiel k uvedenej batérii a uvedenému zariadeniu výmenníka tepla otvorenému do vonkajšieho prostredia v závislosti od rozsahu vnútomej a/alebo vonkajšej teploty elektrochemického komponentu uvedenej batérie.0014 Výhoda tohto ustanovenia pochádza z toho, že za všetkých okolností tepelnú reguláciu batérie vykonáva viacero tepelných magnetokalorických čerpadiel optimalizovaných pre aktuálny rozsah teploty. Týmto spôsobom je možné využiť veľmi vysokú energetickú efektivitu jedinečného tepelného čerpadla, ktoré by malo byť dimenzované na veľký rozsah teplôt, zatiaľ čo v tomto rozsahu teplôt nikdy nefunguje pri extrémnych teplotách.0015 V realizácii prispôsobenej tepelnej regulácii batérie alebo skupine batérií vystavených zmenám teplôt s vysokou amplitúdou medzi letom a zimou sa výhodne používajú dve magnetokalorické čerpadlá, pričom každé z nich je určené na ñmgovanie v rozsahu teploty v ráde 50 K jedno z uvedených čerpadiel dosahuje minimálnu teplotu výmenníka otvoreného do vonkajšieho prostredia asi -35 °C a vnútomú teplotu asi 20 °C a druhé z uvedených čerpadiel dosahuje maximálnu teplotu uvedeného výmennika asi 70 °C a vnútomú teplotu asi 20 °C.0016 Uvedené viaceré tepelné čerpadlá vzájomne využívajú spoločne funkcie a vytvárajú tak tepelný prístroj. Jediná časť, ktorá ich odlišuje, je v podstate aktívny regenerátor využívajúci magnetokalorické materiály prispôsobené uvedeným rozsahom teplôt, ostatné funkcie, ako je kryt, systém magnetického prepínania, systém hydraulického prepínania a hnacie systémy a čerpacie systémy sa môžu spájať v adaptovanej mechanickej koncepcii, ktorá sprostredkováva zariadenie hydraulického alebo mechanického prepínania uvedených regenerátorov, aby kvapalina prenášajúca teplo obiehala len v adaptovaných regenerátoroch adaptovaných na aktuálne prevádzkové podmienky.0017 Tento cieľ sa dosahuje zariadením podľa tohto vynálezu, ktoré je charakterizované tým,že obsahuje minimálne jednu nádobu, v ktorej je uložený uvedený elektrochemický komponent uvedenej batérie, minimálne tepelné magnetokalorické čerpadlo spojené suvedenou nádobou a napájané len z batérie a minimálne jeden okruh obiehania kvapaliny prenášajúcej teplo spojený s uvedenou batériou a uvedeným tepelným čerpadlem a minimálne jedným výmenníkom tepla otvoreným do vonkajšieho prostredia a spojeným s okruhom obiehania kvapaliny prenášajúcej teplo pre výmenu kalórií s uvedeným vonkajším prostredím.0018 Podľa preferovanej formy realizácie toto zariadenie obsahuje viacero tepelných magnetokalorických čerpadiel, pričom každé z týchto čerpadiel je prevádzkyschopné v stanovenom rozsahu teploty a minimálne jedno z uvedených čerpadiel je pripojené k uvedenej batérii a uvedenému zariadeniu výmenníka tepla otvorenému do vonkajšieho prostredia v závislosti od rozsahu vnútomej a/alebo vonkajšej teploty elektrochemického komponentu uvedenej batérie.0019 V špeciñckom prípade adaptovanom na tepelnú reguláciu batérie alebo skupiny batérií vystavených klimatickým zmenám s vysokou amplitúdou medzi letom a zimou toto zariadenie obsahuje výhodne dve tepelne magnetokalorické čerpadlá, určené na fungovanie typicky vrozsahu teploty v ráde 50 K, medzi minimálnou teplotou výmenníka otvoreného do vonkajšieho prostredia asi -30 °C a vnútomou teplotou asi 20 °C pri jednom z uvedených čerpadiel a medzi maximálnou teplotou uvedeného výmenníka asi 70 °C a vnútomou teplotou asi 20 °C pri druhom z uvedených čerpadiel.Počet tepelných magnetokaloríckých čerpadiel arozsah teplôt sa budú dať nastavovať počas koncepcie v závislosti od klimatických podmienok, ktorý sú vystavené batérie elektrochemických prvkov.0020 Prednostne sa uvedené dve alebo viaceré čerpadlá kombinujú V jedinečnom prístroji,ktorý disponuje dvomi alebo viacerými magnetokalorickými regenerátonni, pričom každý z nich je určený na špecifický rozsah teplôt, ako aj zariadením na hydraulické alebo mechanické prepínanie uvedených regenerátorov, aby kvapalina prenášajúca teplo obiehala len V regenerátoroch adaptovaných na aktuálne prevádzkové podmienky.0021 Tento vynález ajeho výhody sa budú zdať lepšie v nasledujúcom popise vysvetľujúcom spôsob realizácie, ktorý je uvedený ako príklad a neobmedzujúci, v zmysle pripojeného výkresu,na ktoromobrázok l predstavuje schematické znázornenie výhodnej formy realizácie zariadenia z tohto vynálezu.0022 postup z tohto vynálezu sa vzťahuje na technológiu tepelného magmetokalorického čerpadla, ktorého hlavnou výhodou je jeho vysoká energetická efektivita, nízka spotreba energie,priaznivé fungovanie z hľadiska životného prostredia a ochrany atmosféry a neprítomnosť plynu.0023 Tento postup pozostáva z vykonávania tepelnej regulácie, ktorá sa nazýva termostatická regulácia, zabudovaná do batérie, s vysokou efektivitou energie a nízkou spotrebou, šetmá pre životné prostredie, s ohľadom na zabezpečenie presnej, samostatnej alebo trvalej tepelnej kontroly uvedenej batérie alebo skupiny batérií, bez ohľadu na to, čí je batéria alebo skupina batérií aktívna alebo pasívna. Postup s dvojitou funkciou vyváženia tepelných zmien s vonkajším prostredím pri nízkej spotrebe energie arozptylu intemého tepla zpoužívanej batérie, pri používaní vozidla a počas nabíjania batérie. Toto vyvažovanie tepelných zmien atento odvod prebytočných intemých kalórií sa vykonáva postupne v 24-hodinovom cykle využitím tepelnej zotrvačnosti batérie.0024 Tento postup sa nevzťahuje len na batérie alebo skupiny batérií určené na pohon elektrických alebo hybridných vozidiel, ale aj na celú pohyblivú alebo stacionámu batériu istej veľkosti ahustoty výkonu alebo energie, ktorej podmienky používania opodstatňujú aktívnu,trvalú a výkonnú tepelnú kontrolu. Jednou z týchto podmienok je to, že batéria nemá možnosť tepelnej výmeny, vo fázach, kde to potrebuje, s extemými tepelnými zdrojmi, ktorých teploty sú kompatibilné s priamym tepelným prevodom.0025 Inými slovami, postup podľa tohto vynálezu umožňuje vykonať termostatickú reguláciu

MPK / Značky

MPK: H01F 1/01, H01M 10/50, B60K 11/02, F25B 30/00

Značky: ukladanie, zariadenie, postup, elektrickej, energie, reguláciu, tepelnú, baterie, dobíjateľnej

Odkaz

<a href="http://skpatents.com/11-e13476-postup-a-zariadenie-na-tepelnu-regulaciu-dobijatelnej-baterie-na-ukladanie-elektrickej-energie.html" rel="bookmark" title="Databáza patentov Slovenska">Postup a zariadenie na tepelnú reguláciu dobíjateľnej batérie na ukladanie elektrickej energie</a>

Podobne patenty