DE10014848A1 - Batterieheizvorrichtung und Verfahren zur Beheizung einer Batterie in einem Kraftfahrzeug - Google Patents

Batterieheizvorrichtung und Verfahren zur Beheizung einer Batterie in einem Kraftfahrzeug

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Batterieheizvorrichtung (10) zur Beheizung einer Batterie (16) in einem Kraftfahrzeug, wobei ein in Betrieb Abwärme erzeugendes Element (12), dessen Hauptfunktion eine andere als die Beheizung der Batterie (16) ist, derart mit der Batterie (16) verbunden ist, daß die erzeugte Abwärme der Batterie (16) zuführbar ist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Beheizung einer Batterie (16) in einem Kraftfahrzeug, umfassend folgende Schritte: a) Inbetriebnahme eines Elementes (12), das in Betrieb Abwärme erzeugt und dessen Hauptfunktion eine andere als die Beheizung der Batterie (16) ist, und b) Beheizen der Batterie (16) durch die erzeugte Abwärme.

Description

Die Erfindung betrifft eine Batterieheizvorrichtung zur Beheizung einer Batterie in einem Kraftfahrzeug, sowie ein entsprechendes Verfahren.
Eine derartige Vorrichtung ist aus der DE 40 27 149 bekannt. Mit einer in diesem Dokument beschriebenen Batterieheizung ist es möglich, jede standortunabhängige Batterie, wie z. B. einen Kraftfahrzeug-Bleiakkumulator ohne fremde Stromquelle zu erwärmen und auf diese Weise den Wirkungsgrad der Batterie zu erhöhen. Eine solche Batterieheizung ist besonders bei niedrigen Außentemperaturen wie im Winter von besonderer Bedeutung. Beschrieben wird eine elektronische spannungs- und temperatur­ geregelte Batterieheizung, die direkt aus der zu heizenden Batterie mit 12 Volt gespeist wird und die erzeugte Wärmemenge über die Außenwand der Batterie in deren Innenraum leitet. Da die Batterieheizung auf diese Weise kaum Verlustwärme an die Umgebung abgibt, wird ein hoher Wirkungsgrad der Batterieheizung erreicht. Eine Schaltung der Batterieheizung ist so konstruiert, daß eine Innentemperatur der Batterie unter 0°C für lange Zeit verhindert wird und in den meisten Fällen eine Normalinnentemperatur der Batterie von ca. 18°C erreicht wird. Bei längerer Einschaltdauer der Batterieheizung und einem Absinken der Batteriespannung unter 11,5 Volt schaltet die Batterieheizung selbständig auf einen Resterhaltungsstrom von ca. 10 mA herunter, um die Belastung der Batterie zu minimieren. Steigt die Spannung der Batterie über 13,5 Volt an und liegt die Außentemperatur über 18°C, wird die Batterieheizung ebenfalls abgeschaltet, um eine Überhitzung der Batterie zu vermeiden.
Nachteilig an der beschriebenen Batterieheizung ist jedoch, daß der Batterie extra zum Zwecke der eigenen Beheizung Energie entzogen werden muß und die Batterie dadurch zusätzlich belastet wird. Außerdem ist der Resterhal­ tungsstrom von 10 mA beispielsweise bei längeren Standphasen eines Kraftfahrzeugs nicht dafür ausreichend, daß die Temperatur der Batterie auch bei tiefen Außentemperaturen auf einem günstigen Wert gehalten wird, um den Batterieinnenwiderstand für die hohe Stromentnahme beim Starten des Motors klein zu halten.
Aus der DE 41 42 628 ist eine Batterieheizvorrichtung bekannt, die auch dann einer Batterie günstige Starteigenschaften verleiht, wenn die Batterie ohne Aufladung relativ lange tiefen Außentemperaturen ausgesetzt war. Bei einer auf einen unteren Schwellenwert abgesunkenen Batteriespannung ist die Batterie noch ausreichend geladen, um für eine gewisse Zeit einen Heizstrom aufzubringen und danach den Strom für das Starten des Motors abzugeben. Die in der DE 41 42 628 beschriebene Batterieheizvorrichtung erkennt den Spannungszustand der Batterie und das beim Einschalten der Zündung bzw. eines starken Verbrauchers verursachte Absinken der dynamischen Spannung. Das Abschalten des Verbrauchers aktiviert über die Rückflanke der Spannungsänderung die Beheizung über einen definierten Zeitraum und ver­ setzt die Batterie wieder in den optimalen Betriebszustand. Bei einem anschließenden Startvorgang wird die Beheizung automatisch ausgeschaltet. Etwa 15 Minuten sind ausreichend, um auch bei Außentemperaturen von ca. minus 20°C die Batterie auf einen für das Starten günstigen Temperaturwert aufzuheizen.
Nachteilig auch an dieser Vorrichtung ist jedoch, daß der Batterie allein zum Zwecke der Batteriebeheizung Energie entzogen werden muß.
Demgemäß ist es Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen, die oder das eine energiesparendere Beheizung einer Batterie in einem Kraftfahrzeug, insbesondere bei tiefen Außentemperaturen, gewährleistet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Batterieheizvorrichtung zur Beheizung einer Batterie in einem Kraftfahrzeug gelöst, wobei ein in Betrieb Abwärme erzeugendes Element, dessen Hauptfunktion eine andere als die Beheizung der Batterie ist, derart mit der Batterie verbunden ist, daß die erzeugte Abwärme der Batterie zuführbar ist.
Die Aufgabe wird auch erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Beheizung einer Batterie in einem Kraftfahrzeug gelöst, das die folgenden Schritte um­ faßt: (a) Inbetriebnahme eines Elementes, das in Betrieb Abwärme erzeugt und dessen Hauptfunktion eine andere als die Beheizung der Batterie ist, und (b) Beheizen der Batterie durch die erzeugte Abwärme.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß es in einem Kraftfahrzeug zahlreiche Elemente gibt, die in Betrieb viel Abwärme erzeugen, die jedoch ungenutzt verloren geht. Die Abwärme eines solchen Elementes ist jedoch ausreichend, die aufladbare Batterie bei kalten Außentemperaturen so zu erwärmen, daß ein Batterieinnenwiderstand erreicht wird, der beispielsweise die hohe Stromentnahme beim Starten des Motors ermöglicht oder eine ausreichende Lade- und Entladefähigkeit der Batterie während der Fahrt gewährleistet. Die Batterieheizvorrichtung kann also in besonders vorteilhafter Weise ausschließlich durch die Abwärme eines anderen Elementes betrieben werden. Dies bedeutet eine außerordentliche Energieersparnis.
Eine erste vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, daß das in Betrieb Abwärme erzeugende Element in unmittelbarer Umgebung der Batterie, insbesondere unterhalb der Batterie angeordnet ist. Zu diesem Zweck wird eine Batteriekonsole beispielsweise mit zwei Leisten ausgebildet, die die Batterie an ihren Längsseiten tragen. Durch die auf diese Weise ermöglichte Zugänglichkeit eines großen Anteils des Batteriebodens kann das in Betrieb Abwärme erzeugende Element in unmittelbarer Umge­ bung unterhalb der Batterie angeordnet sein. Diese Weiterbildung erscheint besonders zweckmäßig, da die erzeugte Abwärme so direkt der Batterie zugeführt werden kann und der mögliche Verlust an Abwärme minimierbar ist.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, daß das Abwärme erzeugende Element in die Batteriekonsole implementiert ist.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß das Abwärme erzeugende Element ein Steuergerät für eine Fenster­ scheibenheizung in einem Kraftfahrzeug ist. Die Fensterscheibenheizung kann vorteilhafterweise eine Frontscheibenheizung oder eine Heckscheibenheizung sein. Die Fensterscheibenheizung wird in einem Kraftfahrzeug genau bei den Bedingungen in Betrieb genommen, bei denen es äußerst vorteilhaft ist, die Batterie zu erwärmen. Gerade bei niedrigen Außentemperaturen kann es zur Vereisung oder zum Beschlagen der Fensterscheiben kommen und gerade bei diesen Temperaturen ist eine Beheizung der Batterie erforderlich, um eine uneingeschränkte Lade- und Entladefähigkeit zu gewährleisten. Sinnvollerweise kann das Steuergerät für die Fensterscheibenheizung nach langen Standphasen eines Kraftfahrzeugs bei tiefen Außentemperaturen in Betrieb genommen werden, ohne vorher den Motor zu starten. Auf diese Weise wird einerseits die Fensterscheibe, insbesondere die Heckscheibe oder die Frontscheibe von möglichen Vereisungen und Beschlagungen befreit und andererseits wird durch die Abwärme des Steuergeräts eine Batterietem­ peratur erreicht, die die hohe Stromentnahme beim Starten des Motors gewährleistet. Je nachdem, ob sich die Batterie des Kraftfahrzeugs im Frontbereich oder im Heckbereich des Kraftfahrzeugs befindet, ist es vorteilhaft, das Steuergerät für die Frontscheibenheizung bzw. das Steuergerät für die Heckscheibenheizung für die Beheizung der Batterie zu verwenden.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die Batterieheizvorrichtung mindestens ein Meßelement aufweist, wobei durch das mindestens eine Meßelement mindestens eine für die Batterieheizvorrichtung wesentliche Kenngröße ermittelbar ist, wobei die mindestens eine Kenngröße mindestens einem Steuerelement übermittelbar ist. Die mindestens eine Kenngröße kann die Außentemperatur und/oder die Batterietemperatur und/oder die Batteriespannung sein. Besonders diese Kenngrößen sind maßgeblich dafür, ob eine Beheizung der Batterie erforderlich ist.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß das Abwärme erzeugende Element durch ein Steuerelement derart steuerbar ist, daß das Abwärme erzeugende Element nur unter und/oder über mindestens einem Schwellenwert der mindestens einen Kenngröße in Betrieb nehmbar ist. Auf diese Weise wird gewährleistet, daß die Batterie nur unter bestimmten Bedingungen erwärmt wird.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die Batterieheizvorrichtung ein Isolierelement aufweist, das in eine Isolierelementgebrauchsstellung und in eine Isolierelementnichtge­ brauchsstellung überführbar ist und durch das die Batterie von dem Abwärme erzeugenden Element in der Isolierelementgebrauchsstellung wärmeisolierbar ist. Folglich muß nicht bei jeder Benutzung des Abwärme erzeugenden Elementes eine gleichzeitige Erwärmung der Batterie erfolgen.
Das Isolierelement kann derart durch ein Steuerelement steuerbar sein, daß unter und/oder über mindestens einem Schwellenwert der mindestens einen Kenngröße das Isolierelement in die Isolierelementgebrauchsstellung überführbar ist. Unter bestimmten Bedingungen kann also das Abwärme erzeugende Element von der Batterie isoliert werden, um beispielsweise eine Überhitzung der Batterie zu vermeiden.
Die Batterieheizvorrichtung kann in vorteilhafter Weise ein Abführelement auf­ weisen, das in eine Abführelementgebrauchsstellung und in eine Abführele­ mentnichtgebrauchsstellung überführbar ist, wobei die Abwärme des in Betrieb Abwärme erzeugenden Elementes durch das Abführelement in der Abführelementgebrauchsstellung abführbar sein kann. Das Abführelement kann derart durch das Steuerelement steuerbar sein, daß unter und/oder über mindestens einem Schwellenwert der mindestens einen Kenngröße das Abführelement in die Abführelementgebrauchsstellung überführbar ist. Auch durch eine solche Anordnung kann vermieden werden, daß die Batterie durch die Abwärme des Abwärme erzeugenden Elementes überhitzt wird.
Besonders vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung werden im folgenden beschrieben. Eine erste Ausführungsform wird anhand einer Figur erläutert.
Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch einen schematisch dargestellten Ausschnitt der ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Batterieheizvorrichtung.
In der ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Batterieheiz­ vorrichtung 10 in einem Kraftfahrzeug ist ein Steuergerät 12 einer Frontscheibenheizung direkt in eine Batteriekonsole 14 implementiert. Das Steuergerät 12 ist an den von der Batterie 16 abgewandten Seiten 18 durch geeignete Materialien weitgehend wärmeisoliert, während es auf der der Batterie 16 zugewandten Seite 20 eine Aluminiumplatte 22 aufweist, durch die die durch das Steuergerät 12 erzeugte Abwärme gleichmäßig auf die Batterie 16 übertragen werden kann. Bei kalten Außentemperaturen kann ein Benutzer nun die Frontscheibenheizung über das Steuergerät 12 in Betrieb nehmen, entweder bevor oder nachdem er den Motor des Kraftfahrzeugs angelassen hat. Die Steuerung der Frontscheibenheizung wird mit ca. 1000 Watt betrieben, wobei etwa 20% als Abwärme freigesetzt werden. Diese Abwärme wird nun zur Beheizung der Batterie 16 genutzt. Wurde der Motor noch nicht angelassen, wird der Batterieinnenwiderstand durch die Erwärmung so ernied­ rigt, daß die hohe Stromentnahme beim Starten des Motors ermöglicht oder erleichtert wird. Wurde der Motor des Kraftfahrzeugs bereits angelassen, wird eine optimale Lade- und Entladefähigkeit der Batterie 16 hergestellt.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung weist ein Meßelement für die Messung der Batterietemperatur auf, wobei die jeweils gemessene Batterietemperatur einem Steuerelement übermittelt wird. Das Steuergerät einer Frontscheibenheizung wird durch das Steuerelement so gesteuert, daß es nur unterhalb einer bestimmter Schwellentemperatur in Betrieb nehmbar ist. Diese Schwellentemperatur kann zwischen 0°C und 18°C liegen. Dadurch wird vermieden, daß ein Benutzer das Steuergerät der Frontscheibenheizung unbeabsichtigt einschaltet und so eventuell eine Überhitzung der Batterie ver­ ursacht.
Bei einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Batterie­ heizvorrichtung kann die Abwärme, die durch das Steuergerät erzeugt wurde, abgeführt werden, ohne die Batterie zu erwärmen. Beispielsweise kann die Abwärme durch ein Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit in einen Bereich des Kraftfahrzeugs mit niedrigerer Temperatur überführt werden. Alternativ kann auch ein Isolierelement zwischen die Batterie und das Steuergerät eingebracht werden. Diese Abschirmung oder Abführung wird von drei Steuerelementen gesteuert, die mit Meßelementen für die Messung der Außentemperatur, der Batterietemperatur und der Batteriespannung gekoppelt sind. Nur wenn die Batterietemperatur oberhalb von 18°C, die Außentemperatur oberhalb von 18°C und/oder die Batteriespannung unterhalb von 11,5 Volt oder oberhalb von 13,5 Volt ist, wird die Abwärme der Batterie nicht zugeführt. Die genannten Schwellenwerte können bei einer Voreinstellung, die beispielsweise durch den Kraftfahrzeughersteller erfolgt, beliebig gewählt werden.
Die einzelnen Merkmale der Ausführungsformen sind beliebig kombinierbar.

Claims (14)

1. Batterieheizvorrichtung zur Beheizung einer Batterie (16) in einem Kraftfahrzeug, dadurch gekennzeichnet, daß ein in Betrieb Abwärme erzeugendes Element (12), dessen Hauptfunktion eine andere als die Beheizung der Batterie (16) ist, derart mit der Batterie (16) verbunden ist, daß die erzeugte Abwärme der Batterie (16) zuführbar ist.
2. Batterieheizvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das in Betrieb Abwärme erzeugende Element (12) in unmittelbarer Umgebung der Batterie (16), insbesondere unterhalb der Batterie (16) angeordnet ist.
3. Batterieheizvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Abwärme erzeugende Element (12) in eine Batteriekonsole (14) implementiert ist.
4. Batterieheizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Abwärme erzeugende Element (12) ein Steuergerät für eine Fensterscheibenheizung in dem Kraftfahrzeug ist.
5. Batterieheizvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fensterscheibenheizung eine Frontscheibenheizung oder eine Heckscheibenheizung ist.
6. Batterieheizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Batterieheizvorrichtung mindestens ein Meßelement aufweist, wobei durch das mindestens eine Meßelement mindestens eine für die Batterieheizvorrichtung wesentliche Kenngröße ermittelbar ist, wobei die mindestens eine Kenngröße mindestens einem Steuerelement übermittelbar ist.
7. Batterieheizvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Kenngröße die Außentemperatur und/oder die Batterietemperatur und/oder die Batteriespannung ist.
8. Batterieheizvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7 ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Abwärme erzeugende Element durch das Steuerelement derart steuerbar ist, daß das Abwärme erzeugende Element nur unter und/oder über mindestens einem Schwellenwert der mindestens einen Kenngröße in Betrieb nehmbar ist.
9. Batterieheizvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Batterieheizvorrichtung ein Isolierelement aufweist, das in eine Isolierelementgebrauchsstellung und in eine Isolierelementnicht­ gebrauchsstellung überführbar ist und durch das die Batterie von dem Abwärme erzeugenden Element in der Isolierelementgebrauchsstellung wärmeisolierbar ist.
10. Batterieheizvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß das Isolierelement derart durch das Steuerelement steuerbar ist,
daß unter und/oder über mindestens einem Schwellenwert der mindestens einen Kenngröße das Isolierelement in die Isolierelementgebrauchsstellung überführbar ist.
11. Batterieheizvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Batterieheizvorrichtung ein Abführelement aufweist, das in eine Abführelementgebrauchsstellung und in eine Abführ­ elementnichtgebrauchsstellung überführbar ist, wobei die Abwärme des in Betrieb Abwärme erzeugenden Elementes durch das Abführelement in der Abführelementgebrauchsstellung abführbar ist.
12. Batterieheizvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,
daß das Abführelement derart durch das Steuerelement steuerbar ist,
daß unter und/oder über mindestens einem Schwellenwert der mindestens einen Kenngröße das Abführelement in die Abführelementgebrauchsstellung überführbar ist.
13. Kraftfahrzeug mit einer Batterieheizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
14. Verfahren zur Beheizung einer Batterie (16) in einem Kraftfahrzeug, folgende Schritte umfassend:
  • a) Inbetriebnahme eines Elementes (12), das in Betrieb Abwärme erzeugt und dessen Hauptfunktion eine andere als die Beheizung der Batterie (16) ist, und
  • b) Beheizen der Batterie (16) durch die erzeugte Abwärme.
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