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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Temperierung zumindest einer Batterie gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Vorrichtung umfasst dabei zumindest ein solarthermisches Element und mindestens eine Leitung, durch welche ein Fluid in das solarthermische Element zu- und abführbar ist. Ebenfalls weist die Vorrichtung mindestens ein Pumpenelement zum Transport des Fluids durch die Leitung auf. Das Fluid dient dabei zum Temperieren der Batterie. Ferner betrifft die Erfindung ebenfalls ein Verfahren zur Temperierung einer Batterie mit einem solarthermischen Element und einem Kontrollgerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 7. Darüber hinaus umfasst die Erfindung ein Fahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 10.
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Stand der Technik
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Aus dem Stand der Technik sind Hochtemperaturbatteriezellen bekannt, die eine Betriebstemperatur im Bereich von 60° C bis 100° C erfordern, um einer Traktionsbatterie ausreichend Leistung zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs bereitstellen zu können. Diese Hochtemperaturbatteriezellen werden in thermisch isolierten Batteriepacks verbaut. Um die Wärmeverluste des Batteriepacks gegenüber der Umgebung auszugleichen, reicht die Verlustleistung während des Fahrbetriebs aus, die aufgrund des Innenwiderstandes der Zellen auftritt. Üblicherweise ist die Verlustleistung sogar so hoch, dass mittels eines Kühlsystems zusätzlich Wärme aus dem Batteriepack abgeführt werden muss. Nachteiligerweise hat sich herausgestellt, dass bei abgestelltem Fahrzeug das Batteriepack, und damit auch die Zellen, auskühlen. Unterhalb einer kritischen Mindesttemperatur sind die Batteriezellen bei erneutem Start des Fahrzeugs damit nicht mehr in der Lage ausreichend Leistung für den Startbetrieb bereitzustellen. Deshalb muss der Batteriepack auch im Stillstand auf einer Mindesttemperatur gehalten werden. Hierzu wird nach dem Stand der Technik Leistung aus dem Batteriepack entnommen und mittels eines Heizelementes das Wärmefluid des Kühlmittelkreislaufes erwärmt und dem Batteriepack zugeführt. Nachteiligerweise hat dies zur Folge, dass die Traktionsbatterie eines abgestellten Fahrzeugs, das nicht an einer Ladestation angeschlossen ist, nach einigen Tagen bis Wochen vollständig entladen und nicht somit mehr betriebsbereit ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Ausgehend von dem zuvor erwähnten Stand der Technik ist es daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zur Temperierung zumindest einer Batterie sowie ein Verfahren zur Temperierung einer Batterie und ein Fahrzeug bereitzustellen, welches die Nachteile aus dem Stand der Technik zumindest teilweise überwindet. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Temperierung zumindest einer Batterie sowie ein Verfahren zur Temperierung einer Batterie als auch ein Fahrzeug mit einer derartigen Vorrichtung bereitzustellen, welches die Aufrechterhaltung einer notwendigen Mindesttemperatur in einer Traktionsbatterie gewährleistet. Des Weiteren ist es insbesondere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Selbstentladung der Traktionsbatterie zu verhindern.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung zur Temperierung zumindest einer Batterie mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1, insbesondere aus dem kennzeichnenden Teils gelöst. Ferner wird die Aufgabe ebenfalls durch ein Verfahren zur Temperierung einer Batterie mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 7 gelöst. Darüber hinaus wird die Aufgabe ebenfalls durch ein Fahrzeug mit einer derartigen Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 10 gelöst. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Temperiersystem beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Temperierverfahren und dem erfindungsgemäßen Fahrzeug und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Temperierung (kurz auch nur Temperierverfahren genannt) zumindest einer Batterie weist zumindest ein solarthermisches Element und mindestens eine Leitung auf, durch welche ein Fluid in das solarthermische Element zu- und abführbar ist. Ferner verfügt die erfindungsgemäße Vorrichtung über ein Pumpelement zum Transport des Fluids durch die Leitung, wobei das Fluid zum Temperieren der Batterie dient. Dabei ist der Kern der Erfindung, dass ein Kontrollgerät vorgesehen ist, welches mit dem Pumpelement und/oder der Batterie über mindestens eine Signalverbindung zum Datenaustausch und/oder zur Kontrolle in Verbindung steht. Das Kontrollgerät kann dabei zum Steuern bzw. zum Regeln des Fluidkreislaufes eingesetzt werden. Das Kontrollgerät tauscht ferner Daten mit anderen Elementen der Vorrichtung aus. Weiterhin ist ein Pumpelement vorgesehen, welches Fluid durch die Leitungen befördert. Beim Datenaustausch zwischen dem Kontrollgerät und dem Pumpelement werden Daten über u. a. die Fördermenge des Fluids pro Zeiteinheit, die Drehzahl des Pumpelementes pro Zeiteinheit und/oder den Druck, mit welchem das Pumpelement das Fluid durch die Leitung transportiert, ausgetauscht. Das Pumpelement ist dabei eine Maschine mit welcher das Fluid gefördert wird. In dem Pumpelement wird Antriebskraft in Bewegungskraft umgesetzt. Darüber hinaus kann es sich bei dem Pumpelement um eine Verdrängungspumpe handeln, bei der das Fluid durch ein in sich geschlossenes Volumen gefördert wird. Ferner kann es sich ebenfalls um eine Strömungspumpe handeln, bei welcher die Energieübertragung ausschließlich durch strömungsmechanische Vorgänge bewirkt wird. Ferner kann das Pumpelement elektrisch oder mechanisch ausgestaltet sein. Des Weiteren dient die Vorrichtung zur Temperierung von zumindest einer Batterie. Bei der Batterie handelt es sich um mindestens eine elektrische Zelle (i.d.R. werden 100 und mehr Zellen in einer Batterie verwendet), die als elektrochemischer Energiespeicher ausgestaltet ist. Die Batterie wird dabei bevorzugt gegenüber der Umgebungstemperatur erhöhten Temperaturen, beispielsweise 80°C, betrieben. Auch die Batterie kann Daten mit dem Kontrollgerät austauschen. Dabei werden Daten über die Temperatur der Batterie, die Spannung der Batterie und den derzeitigen Stromfluss gewechselt. Die Batterie ist vorzugsweise wiederaufladbar (ein sogenannter Akkumulator/Akku) und weist insbesondere mehrere Batteriezellen und -module auf. Die Batterie ist vorzugsweise als Hochtemperaturbatterie insbesondere auf Lithium-Basis mit einer hohen Energiedichte ausgestaltet. Ferner ist es vorteilhaft, dass das solarthermische Element über ein Fluid mit der Batterie verbunden ist, um einen Wärmeaustausch vorzunehmen. Insbesondere wird dieses Fluid durch Leitungen zwischen dem solarthermischen Element und der Batterie geleitet. Dieser Aufbau dient zur Aufrechterhaltung einer Mindesttemperatur in der Batterie, damit diese auch im bzw. bei einem längeren Stillstand verwendet werden kann. Während des Stillstands kommt es in der Regel zur Abkühlung der Hochtemperaturbatterie und damit zu einem Leistungsverlust der Batterie. Diese wird im vorliegenden Fall minimiert, da nur das Pumpelement dauerhaft betrieben werden muss, und die Heizleistung aus dem solarthermischen Element zur Erwärmung bzw. zum Temperaturerhalt in der Batterie bezogen werden kann. Es wird somit keine weitere Energie, insbesondere Heizenergie zur Temperierung, aus der Batterie benötigt. Ferner ist es von Vorteil, dass die vorliegende Vorrichtung beim Kaltstart, insbesondere beim Starten eines Elektromotors, die gewünschte Temperatur für die Batterie erzeugen kann. Die Vorrichtung kann somit auch bei sehr tiefen Außentemperaturen, z. B. kleiner 0°C, auch bei klassischen Batteriepacks eingesetzt werden, die bei Temperaturen oberhalb dieser tiefen Temperaturen, z. B. 25 °C, betrieben werden müssen, um bei einem Kaltstart eine ausreichende Leistung für eine gewünschte Anwendung zur Verfügung stellen zu können. Es ist weiterhin denkbar, dass die Batterie permanent durch die erfindungsgemäße Vorrichtung auf Temperatur gehalten wird. Damit wird eine eventuelle Verzögerung, die durch eine sonst notwendige Erwärmung der Batterie entsteht, beim Start vermieden. Ebenfalls ist es von Vorteil wenn die Leitungen, durch welche das Fluid zwischen dem solarthermischen Element und der Batterie geleitet wird, thermisch isoliert bzw. umhüllt sind. Dies dient dazu, dass Temperaturverluste zwischen dem solarthermischen Element und der Batterie vermieden werden. Ferner ist es von Vorteil, wenn die Leitungen aus flexiblen Schläuchen bestehen, die in ihrer Nennweite, Fließgeschwindigkeit, Fließdruck und dem Werkstoff unterschiedlich ausgestaltet sein können. Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Leitungen in der Karosserie des Fahrzeugs verbaut sind, so dass diese weiter isoliert bzw. geschützt sind und einen optisch gefälligen Eindruck vermitteln.
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Ferner ist es vorteilhaft, dass die Vorrichtung zumindest einen Temperatursensor aufweist. Bevorzugt sind dabei mehrere Temperatursensoren in der Batterie und/oder im solarthermischen Element vorgesehen. Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn die Temperatursensoren über die Signalverbindungen ihre Messdaten an das Kontrollgerät leiten. Die Sensoren sind dabei vorteilhafterweise an der Batterie oder innerhalb der Batterie angeordnet. Bei einer Anordnung innerhalb der Batterie können diese über die gesamte Batterie verteilt sowohl im Inneren als auch im Randbereich angeordnet sein. Insbesondere ist es sinnvoll sowohl im Randbereich als auch im Kernbereich der Batterie Sensoren anzuordnen, um eine konkrete Temperatur und darüber hinaus ebenfalls eine Temperaturverteilung bzw. interne Temperaturunterschiede detektieren zu können. Ferner ist es ebenfalls von Vorteil mehrere Temperatursensoren beim solarthermischen Element anzuordnen, insbesondere über die gesamte Fläche des solarthermischen Elementes verteilt, um auch hier die verschiedenen Temperaturbereiche detektieren zu können, insbesondere im Kern und im Randbereich des solarthermischen Elementes. Darüber hinaus ist es ebenfalls vorteilhaft, Temperatursensoren in den Leitungen des Fluids anzuordnen, um eine konstante Überwachung der Fluidtemperatur zu erreichen. Auch im Pumpelement ist ein Temperatursensor von Vorteil, um auch hier die Temperatur des zu befördernden Fluides messen zu können. Neben den Temperatursensoren ist es ebenfalls von Vorteil, Drucksensoren in der Vorrichtung anzuordnen. Dabei ist es auch hier von Vorteil die Drucksensoren in den Leitungen und/oder im Pumpelement des Fluides anzuordnen, um neben der Temperatur auch den Druck des zu leitenden Fluides messen zu können. Insbesondere ist es von Vorteil einen Drucksensor vor und hinter dem Pumpelement anzuordnen um ggf. ein Druckgefälle detektieren zu können.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass das Fluid ein Wärmefluid ist, welches zum Wärmetransport und insbesondere zur Aufrechterhaltung der Temperatur der Batterie dient. Dabei ist es insbesondere vorgesehen, dass das Fluid mindestens einer der folgenden Stoffe ist: Luft, Wasser, Wasser/Glykol-Zusammensetzung, Öl. Ein Wärmeträgerfluid ist dabei ein Medium, welches insbesondere in einem Heiz- oder in einem Kühlkreislauf eine bestimmte Temperatur (Wärme und/oder Kälte) von einem Ort zu einem anderen Ort transportiert. Insbesondere weisen die beiden Orte dabei ein Temperaturgefälle auf. Wärmeträgerfluide können sowohl Heizfluide als auch Kühlfluide sein. Ein Wärmeträgerfluid weist dabei insbesondere eine spezifische Wärmekapazität sowie einen großen Wärmeübertragungskoeffizienten und eine hohe Wärmeleitfähigkeit auf. Ferner ist es sinnvoll wenn das Wärmeträgerfluid einen niedrigen Gefrierpunkt, insbesondere von kleiner –30 °C, und einen ausreichend hohen Siedepunkt, insbesondere von größer 130 °C, aufweist. Ebenfalls vorteilhaft ist es, wenn das Wärmeträgerfluid eine niedrige Viskosität aufweist, um besonders leicht durch Leitungen transportiert zu werden. Ferner ist es von Vorteil, wenn das Wärmeträgerfluid weder brennbar noch explosiv oder giftig ist, um die Sicherheit der gesamten Vorrichtung, insbesondere der Insassen in einem Fahrzeug, vor Gefahr zu schützen. Luft kann zur Kühlung oder zum Erwärmen eingesetzt werden. Weiterhin hat Luft den Vorteil, dass diese umweltschonend eingesetzt werden kann. Wasser ist aufgrund seiner hohen spezifischen Wärmekapazität (ca. 4,2 kJ/kg) und seiner hohen spezifischen Verdampfungsenthalpie (ca. 2.000 kJ/kg) und seiner Schmelzenthalpie (ca. 330 kJ/kg) ein guter Wärme bzw. Kälteträger. Wasser stellt dabei insbesondere als Kühlwasser ein Kühlmittel dar, kann allerdings auch zur Erwärmung eingesetzt werden. Wasser kann dabei nicht nur im flüssigen sondern auch im gas- bzw. dampfförmigen Zustand als Wärmeträger und im festen Zustand als Kälteträger eingesetzt werden. Auch Wasser kann umweltschonend eingesetzt und recycelt werden. Neben Wasser können auch Wasser-Zusammensetzungen eingesetzt werden. Insbesondere Wasser/Glykol-Zusammensetzungen haben den Vorteil, dass diese nicht oder kaum korrosiv sind. Ferner können diese insbesondere als Gefrierschutz eingesetzt werden, da der Gefrierpunkt bei sehr niedrigen Temperaturen liegt. Sowohl die Wärme- als auch die Kälteträgereigenschaften einer Wasser/Glykol-Zusammensetzung, insbesondere einer Wasser/Alkohol-Zusammensetzung sind sehr gut. Ebenfalls ist es von Vorteil, dass insbesondere diese Zusammensetzungen auch anderweitig im Fahrzeug, bspw. als Kühlwasser, Verwendung finden und somit eine Einheitlichkeit der eingesetzten Fluide gegeben ist. Öle, insbesondere Thermalöle, werden zur Ölkühlung oder Ölbeheizung eingesetzt. Diese können je nach chemischer Zusammensetzung verschiedene Eigenschaften aufweisen, die insbesondere zur Kühlung und/oder zur Erhitzung optimal sind. Insbesondere werden Mineralöle, Synthetiköle und/oder biologische Öle unterschieden. Besonders Mineralöle werden dabei zur Wärmeübertragung eingesetzt. Vorteilhaft ist es ebenfalls, wenn die Vorrichtung ein oder mehrere Ventile aufweist, um das Fluid aus der Vorrichtung zu entlassen und eventuell auszutauschen. Die Anordnung der Ventile ist insbesondere um den Pumpenbereich von Vorteil, kann jedoch je nach Verbauung der Vorrichtung in einem Kraftfahrzeug gemäß einer optimalen Zugänglichkeit variiert werden.
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Vorteilhafterweise wird die Batterie durch das solarthermische Element bei 50° C bis 120° C, bevorzugt bei 30° C bis 100° C, besonders bevorzugt bei 60° bis 80° C, betrieben. Darüber hinaus ist es ebenfalls von Vorteil, wenn ein Energiespeicher im Fluidkreislauf vorgesehen ist, um die thermische Energie des Fluids zu speichern. Besonders von Vorteil ist es, wenn die Hochtemperaturbatterie im idealen Temperaturbereich bei 60° C bis 80° C betrieben wird, da die Batterie dann besonders effizient arbeitet. Ebenfalls ist es von Vorteil wenn das Fluid etwas höher als der optimale Bereich der Batterie temperiert ist, um genügend Wärme an die Batterie abgeben zu können. Das Fluid fließt dabei entweder durch die Batterie oder um diese herum. Besonders effizient ist es, wenn das Fluid durch die Batterie geleitet wird, bzw. zwischen den verschiedenen Modulen und/oder Zellen der Batterie geführt wird. Dabei können ein Wärmetauscher oder Kühlrippen vorgesehen sein, die für einen besseren Wärmeaustausch des Fluids sorgen.
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Ferner kann es vorgesehen sein, dass die Leitungen wenigstens ein Ventil zum Blockieren, zum Einlassen und/oder zum Auslassen des Fluids aufweisen. Das Ventil kann dabei insbesondere in oder an der Batterie angeordnet sein. Ferner ist es vorteilhaft wenn das Ventil über die Signalverbindung vom Kontrollgerät kontrollierbar ist. Das Ventil kann dabei sowohl elektronisch als auch manuell gesteuert werden. Ein Ventil kann dabei vorteilhafterweise zum Austausch des Fluides dienen, insbesondere kann auch ein Auslass des Fluides und eine Reinigung der Vorrichtung, insbesondere der Leitungen sowie der Pumpe, über ein Ventil durchgeführt werden. Eine Anordnung des Ventils insbesondere an der Batterie hat den Vorteil, dass das Ventil leicht zugänglich am unteren Ende eines Fahrzeugs angeordnet ist, und ein einfacher Austausch des Fluids ermöglicht wird. Durch eine Kontrolle des Ventils über die Signalverbindung vom Kontrollgerät kann dieses vorteilhafterweise auch von extern bedient werden. Eine manuelle Öffnung bzw. Bedienung des Ventils ist dabei ebenfalls denkbar aber nicht notwendig.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Temperierung einer Batterie weist zudem ein solarthermisches Element mit einem Kontrollgerät auf und umfasst mehrere Schritte. Schritt a) ist zumindest die Überwachung einer Temperatur der Batterie von dem Kontrollgerät. Schritt b) ist die Kontrolle des Kontrollgerätes über einen Fluidfluss eines Fluids zwischen dem solarthermischen Element und der Batterie. Diese Kontrolle erfolgt vorzugsweise in Abhängig der Temperatur der Batterie. Besonders bevorzugt finden die Schritte a) und b) gleichzeitig bzw. simultan statt. Dabei steuert das Kontrollgerät die Pumpe an um den Fluidfluss in Abhängigkeit der Temperatur zu kontrollieren. Darüber hinaus kann es ebenfalls vorgesehen sein, dass die Schritte a) und b) in jeglicher Reihenfolge oder auch gleichzeitig durchgeführt werden. Vorteilhafterweise kann so gewährleistet werden, dass die Temperatur überwacht wird, sowohl in der Batterie als auch im solarthermischen Element, und dabei ermittelt werden kann, wann das erwärmte Fluid zum Erhitzen in die Batterie einfließen sollte und auf der anderen Seite wann das Fluid aufgrund der Außenverhältnisse, wie beispielsweise Sonneneinstrahlung und/oder Schatten, nicht in dieses einfließen sollte. Die Kontrolle des Pumpelementes wird über das Kontrollgerät durchgeführt. Dabei wird insbesondere die Dauer der Pumpleistung sowie die Intensität und/oder auch der Druck der Pumpleistung eingestellt. Darüber hinaus ist es von Vorteil, wenn das Kontrollgerät eine Anzeigeeinheit aufweist, welche außerhalb der Vorrichtung ablesbar ist. Falls die Vorrichtung sich in einem Fahrzeug befindet ist es sinnvoll, dass das Anzeigegerät sich im Inneren des Fahrzeugs befindet und von dem Fahrer des Fahrzeugs ausgelesen werden kann. Besonders vorteilhaft ist es sowohl das Kontrollgerät als auch die Pumpleistung und damit einhergehend ebenfalls Parameter wie Fließgeschwindigkeit des Fluids, Druck des Fluids, Temperatur des Fluids, Temperatur der Batterie, Außentemperatur und Leistung des solarthermischen Elementes in einer Anzeigeeinheit vom Fahrzeug anzuzeigen. Bei den Anzeigeeinheiten kann es sich bevorzugterweise um ein bereits vorhandenes Display handeln.
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Vorteilhafterweise wird in dem Verfahren das erwärmte Fluid zumindest teilweise in einen Kühlkreislauf und insbesondere einen Kühler eingeleitet, welche bei einer Überhöhung der Temperatur der Vorrichtung die Batterie kühlt. Dabei kann es vorgesehen sein, dass zur Kühlung der Batterie dieselben Leitungen und dasselbe Fluid eingesetzt werden, wie zur Erwärmung. Bevorzugt kann es sich um einen separaten Kreislauf handeln, welcher über separate Leitungen und ein separates Fluid verfügt. Dabei wäre es möglich zwei verschiedene Fluide einzusetzen, wobei das eine Fluid insbesondere Wärmeleitkapazitäten und das andere Fluid insbesondere Kühlkapazitäten aufweist. Ein Kühlkreislauf bietet dabei vorteilhafterweise einen Schutz vor Überhitzung und gewährleistet einen Batteriebetrieb im Optimalbereich. Besonders bevorzugt kontrolliert das Kontrollgerät die jeweilige Außentemperatur sowie die Temperatur des solarthermischen Elementes und auch die Batterietemperatur und gewährleistet dadurch, dass der jeweilige Wärme- bzw. Kühlkreislauf angesteuert wird, um zu erreichen, dass die Batterie stetig im besonders bevorzugten Bereich von 60° C bis 80° C betrieben werden kann.
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Zweckmäßigerweise kann das Verfahren ebenfalls darüber verfügen, dass die Temperatur in wenigstens einem Bereich der Batterie und/oder die Temperatur in wenigstens einem Bereich des solarthermischen Elementes durch das Kontrollgerät erfasst wird. Das Messen der Temperatur kann bevorzugterweise mit Referenzwerten abgeglichen werden. Vorteilhafterweise sind die Referenzwerte vor dem Betrieb der Vorrichtung in das Kontrollgerät eingespeichert. Über das Kontrollgerät kann daraufhin entschieden werden, ob die Vorrichtung erwärmt oder gekühlt werden soll. Die Aktivierung kann über zwei verschiedene und/oder denselben Kreislauf erfolgen und über das Pumpelement geregelt werden. Vorteilhafterweise kann das Kontrollgerät ebenfalls messen, ob es überhaupt möglich ist das solarthermische Element aufzuheizen, was jeweils von der aktuellen Sonnenleistung und somit von den Außenverhältnissen abhängig ist. Es ist besonders von Vorteil, wenn das solarthermische Element schwarz, am besten mattschwarz, ausgestaltet ist, wobei es in dieser Ausgestaltung am besten Wärme absorbieren kann. Wenn das solarthermische Element die meiste Wärme absorbiert, kann diese am besten an das in dem solarthermischen Element geleitete Fluid abgeben werden, welches daraufhin in die Vorrichtung und weiter zur Batterie geleitet wird.
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Bevorzugterweise wird für die Durchführung des Verfahrens zur Temperierung einer Batterie eine erfindungsgemäße Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 vorgesehen.
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Ein weiterer Kern der Erfindung ist ein Fahrzeug mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit mindestens einem solarthermischen Element, insbesondere auf dem Dach und/oder der Heckklappe und/oder der Motorhaube des Fahrzeugs. Es ist insbesondere erfindungswesentlich, dass das solarthermische Element ein solarthermischer Flachkollektor ist. Dabei ist es von Vorteil wenn mehrere solarthermische Elemente an mehreren Stellen des Kraftfahrzeugs angeordnet sind, dies verschafft einen besonders gefälligen Eindruck, da es sich nicht um ein großflächiges solarthermisches Element handelt. Auf der andren Seite kann ein großflächiges solarthermisches Element, insbesondere auf dem Dach des Fahrzeugs, angeordnet werden, da hier die größte zusammenhängende Fläche eines Fahrzeugs gebildet ist. Besonders vorteilhaft ist es, wenn das solarthermische Element dabei in das Dach des Fahrzeugs zumindest teilweise eingelassen ist. Insbesondere handelt es sich um Flachkollektoren, da diese aus aerodynamischen Gründen die Fahreigenschaften eines Fahrzeugs nicht beeinträchtigen. Falls es sich nicht um ein Fahrzeug handelt, können auch jegliche andere geometrische Formen eines solarthermischen Elementes einsetzbar sein.
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Erfindungsgemäß können die Merkmale der Beschreibung und der Ansprüche der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie des erfindungsgemäßen Fahrzeugs sowohl einzeln als auch für sich in verschiedenen Kombinationen erfindungswesentlich sein. Die vorliegende Erfindung ist auch auf eine Batterie mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung gerichtet. Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit der Vorrichtung,
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2 eine schematische Darstellung der Vorrichtung.
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In den Figuren werden für die gleichen technischen Merkmale auch für die unterschiedlichen Ausführungsbeispiele identische Bezugszeichen verwendet.
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In 1 ist eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 dargestellt. Die Vorrichtung kann selbstverständlich nicht nur bei Fahrzeugen 4 sondern auch im Zusammenhang mit der Erwärmung oder Abkühlung von jeglichen anderen Batterien eingesetzt werden. Die Vorrichtung 10 dient dabei zur Temperierung von zumindest einer Batterie 5. Ferner ist zumindest ein solarthermisches Element 1, vorzugsweise im Dachbereich des Fahrzeugs 4 angeordnet. Das solarthermische Element 1 kann auch an anderen Bereichen des Fahrzeugs 4 angeordnet sein. Das solarthermische Element 1 ist dabei vorzugsweise einstückig ausgestaltet, kann sich aber auch in mehreren Teilen über das gesamte Fahrzeug 4 verteilen. Das solarthermische Element dient dabei zur Temperierung eines Fluids 3, wobei dieses Fluid 3 insbesondere ein Wärmeträgerfluid ist, insbesondere Luft, Wasser, Wasser/Glykol-Zusammensetzung und/oder Öl. Das im solarthermischen Element 1 temperierte Fluid 3 wird in Zu- bzw. Ableitungen 8, 9 vom solarthermischen Element 1 zur Batterie 5 und zurück transportiert.
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Das solarthermische Element ist dabei bevorzugt in die Karosserie, insbesondere in das Dach, bzw. die Oberfläche des Fahrzeugs 4 eingelassen bzw. stellt einen großflächigen Teil der Karosserie (bzw. des Daches) des Fahrzeugs dar. Durch das Einlassen des solarthermischen Elementes 1 in die Karosserie werden besonders gute aerodynamische Fähigkeiten des Fahrzeugs 4 nicht beeinträchtigt. Ferner kann es vorgesehen sein, dass mehrere solarthermische Elemente 1 auf der Oberfläche des Fahrzeugs 4 verteilt angeordnet sind. Ferner ist es generell von Vorteil, wenn es sich um Flachkollektoren bei dem solarthermischen Element 1 handelt, insbesondere aus einem Kunststoffverbund, da diese die aerodynamischen Eigenschaften des Fahrzeugs 4 nicht beeinträchtigen. Ein Kunststoffverbund ist dabei ebenfalls strapazierfähig, wetterbeständig und weist ein geringes Gewicht auf. Das im solarthermischen Element 1 erwärmte Fluid 3 wird der Batterie 5 mittels eines Pumpelementes 2 durch Leitungen 8, 9 zugeführt. In die Batterie 5, bevorzugt den Batteriezellen und/oder -modulen, wird das Fluid 3 über die Leitungen 8, 9 eingeleitet, sodass in der Batterie 5 eine Wärmeübertragung vom Fluid 3 an die Batterie 5 stattfinden kann. In einer Variante kann auch eine Wärmeübertragung an einen zweiten Wärmeträgerkreislauf erfolgen, der auch der Kühlung der Batterie 5 während des Fahrbetriebs dient. Die Kühlung der Batterie 5 kann entweder über denselben Kreislauf oder über einen parallelen Kreislauf erfolgen. Der Wärmeüberträger vom Fluid 3 auf die Batterie 5 kann entweder in der Batterie 5 integriert oder mit einer eigenen thermischen Isolation versehen und neben der Batterie 5 angeordnet sein. Insbesondere Kühlrippen können für den Wärmeübertrag in der Batterie 5 angeordnet sein. Das in der Batterie 5 abgekühlte Fluid 3 wird in einer Leitung 8 zum solarthermischen Element 1 zurückgeführt. Ein Kontrollgerät 6 ist über je mindestens eine Signalleitung 7 mit mindestens der Batterie 5, dem Pumpelement 2 und dem solarthermischen Element 1 verbunden. Insbesondere ist das Kontrollgerät 6 mit Sensoren 11 in der Batterie 5, dem Pumpelement 2 und dem solarthermischen Element 1 verbunden. Über die Sensoren 11 wird die Temperatur der Batterie 5, insbesondere an mehreren Stellen innerhalb der Batterie 5, gemessen und überwacht. Ferner kann es vorgesehen sein, dass ebenfalls über Sensoren 11 die Temperatur des Fluids 3 im solarthermischen Element 1, in den einzelnen Leitungen 8, 9 und auch in der Pumpe 2 gemessen und überwacht wird. Bei Unterschreiten einer Mindesttemperatur der Batterie 5 überprüft das Kontrollgerät 6 die Temperatur des Fluids 3 im solarthermischen Element 1. Liegt die Temperatur des Fluids 3 im solarthermischen Element 1 über der Temperatur der Batterie 5 so wird das Pumpelement 2 angesteuert und erwärmtes Fluid 3 aus dem solarthermischen Element 1 über die Leitung 8, 9 zur Batterie 5 übertragen. Die Wärme des Fluids 3 kann dort über einen Wärmetauscher bzw. Kühlrippen an die Batterie 5 übertragen werden, wobei sich die Batterie 5 daraufhin aufheizt. Eine optimale Betriebstemperatur, bevorzugt von 60°C bis 80°C, kann somit konstant aufrechterhalten werden.