DE10014848C2 - Batterieheizvorrichtung, Verfahren zur Beheizung einer Batterie in einem Kraftfahrzeug und Kraftfahrzeug mit einer Batterieheizvorrichtung - Google Patents
Batterieheizvorrichtung, Verfahren zur Beheizung einer Batterie in einem Kraftfahrzeug und Kraftfahrzeug mit einer BatterieheizvorrichtungInfo
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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°G 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 Resterhaltungsstrom 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 kleinzuhalten.
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 versetzt 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 an dieser Vorrichtung ist jedoch, daß der Batterie allein zum Zwecke der
Batteriebeheizung Energie entzogen werden muß.
Aus der US 2,440,369 ist ein Batterieheizsystem für ein Fahrzeug bekannt. Dieses
Batterieheizsystem umfaßt ein Heizgerät, das dazu verwendet wird, die
Motorkühlflüssigkeit zu erwärmen. Durch die erwärmte Motorkühlflüssigkeit und ein
entsprechendes Flüssigkeitsleitsystem wird sowohl der Motor als auch die Batterie
erwärmt, mit der Folge, daß auf Grund des erwärmten Motors und der erwärmten
Batterie die Starteffizienz gesteigert wird. Auch in diesem Fall wird folglich extra zum
Zwecke der Batteriebeheizung Energie aufgewendet.
In der DE 198 06 135 wird ein Verfahren zur Ermittlung der Temperatur wenigstens
einer Batterie in einem Fahrzeugbordnetz beschrieben, bei dem die Temperatur der
Batterie indirekt in Abhängigkeit von wenigstens der Motortemperatur und der
Umgebungstemperatur berechnet wird. In dieser Druckschrift wird folglich keine
Batterieheizvorrichtung beschrieben, die der Beheizung der Batterie in einem
Kraftfahrzeug vor dem Motorstart dienen könnte.
Aus der DE 197 51 987 ist ein Verfahren zur Vergleichmäßigung des Ladezustands
einer Akkumulatorenbatterie bekannt. In dieser Druckschrift wird jedoch weder eine
Batterieheizvorrichtung noch ein Verfahren zur Beheizung einer Batterie beschrieben.
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 den Gegenstand von Anspruch 1 und
durch den Gegenstand von Anspruch 14 gelöst.
Vorgesehen ist eine Batterieheizvorrichtung zur Beheizung einer Batterie in einem
Kraftfahrzeug, 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.
Weiterhin vorgesehen ist ein Verfahren zur Beheizung einer Batterie in einem
Kraftfahrzeug, das die folgenden Schritte umfaßt: (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 zu Grunde, 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 Kraftfahrzeug-Batterie (16)
als Bestandteil eines Kraftfahrzeugs vor dem Motorstart,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Batterieheizvorrichtung ein im Betrieb Abwärme erzeugendes
Element (12) aufweist, dessen Hauptfunktion eine andere als eine
Beheizung ist und das so ausgebildet ist, daß es als Bestandteil des
Kraftfahrzeugs derart mit der Kraftfahrzeug-Batterie (16) verbindbar ist,
daß die erzeugte Abwärme der Kraftfahrzeug-Batterie (16) zuführbar ist.
2. Batterieheizvorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das in Betrieb Abwärme erzeugende Element (12) zur Anordnung
in unmittelbarer Umgebung der Kraftfahrzeug-Batterie (16),
insbesondere unterhalb der Kraftfahrzeug-Batterie (16), ausgebildet ist.
3. Batterieheizvorrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Abwärme erzeugende Element (12) in eine Batteriekonsole
(14) implementierbar 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,
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 Kraftfahrzeug-Bat
terie von dem Abwärme erzeugenden Element in der Isolierelementge
brauchsstellung 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 Isolierelementge
brauchsstellung überführbar ist.
11. Batterieheizvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Batterieheizvorrichtung ein Abführelement aufweist, das in eine
Abführelementgebrauchsstellung und in eine Abführelementnichtge
brauchsstellung 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 Kraftfahrzeug-Batterie (16) als
Bestandteil eines Kraftfahrzeugs vor dem Motorstart, folgende Schritte
umfassend:
- a) Inbetriebnahme eines Elementes (12) als Bestandteil eines Kraftfahrzeugs, wobei das Element in Betrieb Abwärme erzeugt und dessen Hauptfunktion eine andere als eine Beheizung ist, und
- b) Beheizen der Kraftfahrzeug-Batterie (16) durch die erzeugte Abwärme.
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