DE102008030566A1

DE102008030566A1 - Elektrofahrzeug mit einer Wärmeerzeugungseinrichtung

Info

Publication number: DE102008030566A1
Application number: DE102008030566A
Authority: DE
Inventors: Joachim Tachtler
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2008-06-27
Filing date: 2008-06-27
Publication date: 2009-12-31

Abstract

Elektrofahrzeug, mit - einer Batterie, - einer elektrischen Maschine, die von der Batterie mit Strom versorgt wird, wobei das Elektrofahrzeug ausschließlich von der elektrischen Maschine antreibbar ist, und - eine Wärmeerzeugungseinrichtung, die dazu vorgesehen ist, Wärme zur Beheizung eines Fahrgastraums des Fahrzeugs zu erzeugen, wobei die Wärmeerzeugungseinrichtung zusätzlich elektrischen Strom erzeugt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Elektrofahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Unter einem Elektro- bzw. Batteriefahrzeug wird in der vorliegenden Anmeldung ein Fahrzeug verstanden, das einen elektrischen Antriebsmotor zum Antreiben des Fahrzeugs aufweist, wobei das Fahrzeug ausschließlich über den elektrischen Antriebsmotor antreibbar sein kann. Während bei herkömmlichen Fahrzeugen zur Beheizung des Fahrgastraums die Abwärme des Verbrennungsmotors zur Verfügung steht, ist diese Möglichkeit bei Elektro- bzw. Batterieautos nicht gegeben, da ein Elektromotor deutlich weniger Wärme abgibt als ein Verbrennungsmotor. Die Beheizung des Fahrgastraums könnte zwar elektrisch mit Strom aus der Batterie erfolgen. Dies würde jedoch insbesondere bei niedrigen Außentemperaturen die Reichweite des Fahrzeugs deutlich verringern. Untersuchungen haben gezeigt, dass bei niedrigen Außentemperaturen die zum Beheizen des Fahrgastraums benötigte Wärmeleistung größer sein kann als die zum Fahren benötigte elektrische Antriebsleistung, so dass eine Entnahme der Heizleistung aus der Batterie nicht angezeigt ist.
Zu Lasten der Reichweite eines Elektrofahrzeugs gehen aber auch andere elektrische Verbraucher, wie z. B. Pumpen oder Gebläse, die zur Verteilung von Wärme im Fahrzeug benötigt werden, oder Sitz- oder Heckscheibenheizungen, die Beleuchtungsanlage, Scheibenwischer, Radio etc.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Elektrofahrzeug zu schaffen, bei dem die o. g. Reichweitenprobleme vermieden werden.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Ausgangspunkt der Erfindung ist ein Elektrofahrzeug mit einer Batterie und einer elektrischen Maschine, die von der Batterie mit Strom versorgt wird. Unter dem Begriff ”Elektrofahrzeug” ist zu verstehen, dass das Fahrzeug ausschließlich von der elektrischen Maschine antreibbar ist und nicht etwa zusätzlich oder alternativ durch einen Verbrennungsmotor wie dies bei so genannten Hybridfahrzeugen der Fall ist. Das Elektrofahrzeug weist eine ”Wärmeerzeugungseinrichtung” auf, die dazu vorgesehen ist, Wärme zur Beheizung eines Fahrgastraums des Elektrofahrzeugs zu erzeugen.
Der Kern der Erfindung besteht darin, dass die Wärmeerzeugungseinrichtung nicht nur Wärme, sondern zusätzlich elektrischen Strom erzeugt, der z. B. zum Laden der Batterie und/oder zur Versorgung von Nebenverbrauchern, wie z. B. elektrischen Gebläsen, Pumpen, Sitz- oder Scheibenheizungen etc. verwendet werden kann.
Die Wärmeerzeugungseinrichtung kann mit Kraftstoff aus einem Kraftstofftank betrieben werden. Bei dem Kraftstoff kann es sich beispielsweise um Benzin, Diesel, Erdgas, d. h. um ein Gemisch verschiedener Gase, oder um ein bestimmtes Einzelgas, wie z. B. Wasserstoff, handeln.
Zur Steuerung bzw. der Regelung der Wärmeerzeugungseinrichtung kann eine Steuer- bzw. Regelelektronik vorgesehen sein. Vorzugsweise wird die ”Leistungsabgabe” der Wärmeerzeugungseinrichtung entsprechend der vom Fahrer für den Fahrgastraum angeforderten Wärmeleistung gesteuert bzw. geregelt, d. h. nicht in Abhängigkeit der momentanen Leistungsaufnahme verschiedener elektrischer Verbraucher. Die Wärmeerzeugungseinrichtung ist somit primär bzw. ausschließlich zur Erzeugung von Wärme für den Fahrgastraum vorgesehen und nur sekundär zur Erzeugung elektrischer Leistung.
Bei einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist der „Kernbestandteil” der Wärmeerzeugungseinrichtung durch eine Brennstoffzelle gebildet. Bei der Brennstoffzelle kann es sich um eine sogenannte PEM- oder SOFC-Brennstoffzelle handeln. Der Brennstoffzelle kann ein sogenannter Reformer vorgeschaltet werden, der mit Kraftstoff aus dem Kraftstofftank betrieben werden kann. Der Reformer erzeugt ein Gasgemisch, ein sogenanntes Reformatgas, aus dem bestimmte Gasanteile, insbesondere Wasserstoff, für den Betrieb der Brennstoffzelle genutzt werden können.
Die nicht für den Betrieb der Brennstoffzelle genutzten Gasanteile können nachverbrannt und zur Erzeugung der für die Beheizung des Fahrgastraums des Fahrzeugs benötigten Wärmeleistung verwendet werden.
Bei einer zweiten Ausführungsform der Erfindung ist die Wärmeerzeugungseinrichtung durch einen Zuheizer, d. h. durch einen Brenner, gebildet, ähnlich wie er von Fahrzeugstandheizungen oder von modernen Dieselfahrzeugen bekannt ist, bei denen der Verbrennungsmotor oft nicht die für die Beheizung des Fahrgastraums erforderliche Abwärme erzeugt. Der Zuheizer kann mit Kraftstoff aus dem Kraftstofftank betrieben werden.
Außer dem Zuheizer weist eine derartige Wärmeerzeugungseinrichtung ferner einen thermoelektrischen Generator auf, der einem Abgaskanal des Zuheizers zugeordnet bzw. in einem Abgaskanal des Zuheizers angeordnet ist. Thermoelektrische Generatoren sind Stand der Technik, vg. z. B. DE 20 2008 000 832 U1 , und brauchen daher nicht näher beschrieben werden. Der thermoelektrische Generator entzieht dem Abgas des Zuheizers Wärmeleistung und wandelt die aufgenommene Wärmeleistung in elektrischen Strom um.
Vorzugsweise ist der thermoelektrische Generator an die Batterie angeschlossen und speist den erzeugten Strom in die Batterie ein.
Die beiden Ausführungsformen gemäß der Erfindung können auch miteinander kombiniert werden, d. h. es ist eine Wärmeerzeugungseinrichtung denkbar, die zum einen aus einem Reformer und einer nachgeschalteten Brennstoffzelle und zum anderen aus einem Zuheizer und einem thermoelektrischen Generator besteht.
Zusammenfassend werden mit der Erfindung insbesondere folgende Vorteile erreicht:

– Die Reichweite des Elektrofahrzeugs erhöht sich deutlich, da für die Beheizung des Fahrgastraums keine oder kaum elektrische Leistung aus der Batterie benötigt wird.
– Bei ”Langstreckenfahrten” kann die von der Wärmeerzeugungseinrichtung erzeugte elektrische Leistung sogar zum Nachladen der Batterie genutzt werden („Range-Extender”). Aufgrund des geringeren Energiedurchsatzes erhöht sich die Lebensdauer der Batterie.
– Mittels der Wärmeerzeugungseinrichtung kann die Batterie, insbesondere bei tiefen Außentemperaturen, vor dem Start des Fahrzeugs mittels der Wärmeerzeugungseinrichtung vorgeheizt werden.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 202008000832 U1 [0013]

Claims

Elektrofahrzeug, mit – einer Batterie, – einer elektrischen Maschine, die von der Batterie mit Strom versorgt wird, wobei das Elektrofahrzeug ausschließlich von der elektrischen Maschine antreibbar ist, und – einer Wärmeerzeugungseinrichtung, die dazu vorgesehen ist, Wärme zur Beheizung eines Fahrgastraums des Fahrzeugs zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeerzeugungseinrichtung zusätzlich elektrischen Strom erzeugt.
Elektrofahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Elektronik zur Steuerung bzw. Regelung der Wärmeerzeugungseinrichtung vorgesehen ist, wobei die Leistungsabgabe der Wärmeerzeugungseinrichtung in Abhängigkeit von der für den Fahrgastraum angeforderten Wärmeleistung gesteuert bzw. geregelt wird, nicht aber in Abhängigkeit einer elektrischen Leistungsanforderung.
Elektrofahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kraftstofftank vorgesehen ist.
Elektrofahrzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeerzeugungseinrichtung mittels Kraftstoff aus dem Kraftstofftank betrieben wird, wobei der Kraftstoff im Kraftstofftank flüssig und/oder gasförmig ist.
Elektrofahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeerzeugungseinrichtung eine Brennstoffzelle aufweist, die elektrisch an die Batterie und/oder an ein elektrisches Bordnetz des Elektrofahrzeugs angeschlossen ist.
Elektrofahrzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeerzeugungseinrichtung einen der Brennstoffzelle vorgeschalteten Reformer aufweist, der mit Kraftstoff aus dem Kraftstofftank betrieben wird, wobei Reformatgas aus dem Reformer der Brennstoffzelle zugeführt wird.
Elektrofahrzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass durch Nachverbrennen von Reformatgasanteilen Wärme erzeugt wird, die mittels eines Wärmetauschers auf die dem Fahrgastraum zuzuführende Luft übertragen wird.
Elektrofahrzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeerzeugungseinrichtung einen Zuheizer bzw. Brenner aufweist, der mit Kraftstoff aus dem Tank betrieben wird.
Elektrofahrzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeerzeugungseinrichtung einen thermoelektrischen Generator aufweist, der einem Abgaskanal des Zuheizers bzw. Brenners zugeordnet ist, wobei der thermoelektrische Generator dem Abgas des Zuheizers bzw. Brenners Wärmeleistung entzieht und die aufgenommene Wärmeleistung in elektrischen Strom umwandelt.
Elektrofahrzeug nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der thermoelektrische Generator an die Batterie angeschlossen ist.