DE102008056787A1 - Electric vehicle heating device for use in heating system of electrically driven vehicle, has heat exchanger formed as gas-to-gas heat exchanger for discharging heat from vehicle battery - Google Patents
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Abstract
Description
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung geht aus von einer Elektrofahrzeugheizvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention is based on an electric vehicle heating device the preamble of claim 1.
Es sind bereits Elektrofahrzeugheizvorrichtungen für elektrisch angetriebene Fahrzeuge mit einem Wärmetauscher bekannt, wobei die Wärmetauscher als Flüssigkeits-Luft-Wärmetauscher ausgebildet sind.It are already electric vehicle heaters for electrically powered vehicles with a heat exchanger known, the heat exchangers as a liquid-air heat exchanger are formed.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Die Erfindung geht aus von einer Elektrofahrzeugheizvorrichtung mit einem Wärmetauscher.The The invention is based on an electric vehicle heater a heat exchanger.
Es wird vorgeschlagen, dass der Wärmetauscher als Gas-Gas-Wärmetauscher zur Wärmeabführung aus einer Fahrzeugbatterie ausgebildet ist. Unter einem Gas-Gas-Wärmetauscher soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein-Wärmetauscher verstanden werden, bei dem zumindest zwei Gasströme zur Wärmeübertragung durch eine gasundurchlässige Wand hindurch genutzt werden. Mittels eines Gas-Gas-Wärmetauschers kann eine Platz sparende, leichte und effektive Heizung erreicht werden.It it is suggested that the heat exchanger as a gas-gas heat exchanger for heat dissipation a vehicle battery is formed. Under a gas-gas heat exchanger should be understood in this context, in particular a heat exchanger, at least two gas streams for heat transfer through a gas impermeable Wall can be used through. By means of a gas-gas heat exchanger can achieve a space-saving, easy and effective heating become.
Ferner wird eine Elektrofahrzeugheizvorrichtung mit einer Steuer- und/oder Regelungseinheit vorgeschlagen, die dazu vorgesehen ist, während eines Ladevorgangs eine Betriebstemperatur einer Fahrzeugbatterie, gezielt abhängig von wenigstens einem abgeleiteten Parameter, oberhalb einer Standardbetriebstemperatur der Fahrzeugbatterie einzustellen. Unter einer „Steuer- und/oder Regeleinheit” soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Einheit verstanden werden, die eine Recheneinheit, eine Speichereinheit und insbesondere ein in der Speichereinheit gespeichertes Betriebsprogramm aufweist und insbesondere dazu vorgesehen ist, Aktuatoren zur Steuerung und/oder Regelung zu betätigen. Unter der „Standardbetriebstemperatur” einer Fahrzeugbatterie soll in diesem Zusammenhang insbesondere die Temperatur verstanden werden, bei der die Fahrzeugbatterie die vom Hersteller spezifizierten elektrischen Leistungsdaten erfüllt, und zwar insbesondere zumindest 60% und besonders bevorzugt zumindest 80% ihrer maximalen elektrischen Leistung bei zumindest einem Ladezustand. Ferner soll unter einem „Parameter” in diesem Zusammenhang insbesondere eine Kenngröße verstanden werden, die von wenigstens einer gemessenen physikalischen Größe abgeleitet wird.Further is an electric vehicle heater with a control and / or Proposed control unit, which is intended during a Charging an operating temperature of a vehicle battery, targeted dependent of at least one derived parameter, above a standard operating temperature to adjust the vehicle battery. Under a "control and / or regulating unit" is intended in In this context, a unit is understood the one arithmetic unit, a memory unit and in particular a has in the memory unit stored operating program and is provided in particular to actuators for controlling and / or Control to operate. Below the "standard operating temperature" of a vehicle battery should be understood in this context, in particular the temperature where the vehicle battery is that specified by the manufacturer meets electrical performance data, in particular at least 60% and more preferably at least 80% of their maximum electrical power in at least one state of charge. Further, under a "parameter" in this Context, in particular a parameter to be understood by derived at least one measured physical quantity.
In Verbindung mit dieser Funktion der Steuer- und/oder Regelungseinheit kann die Fahrzeugbatterie besonders vorteilhaft als Energiespeicher, und zwar insbesondere als Wärmespeicher, genutzt werden.In Connection with this function of the control and / or regulating unit the vehicle battery can be particularly advantageous as energy storage, and although in particular as a heat storage, be used.
Der Parameter kann von verschiedenen, dem Fachmann als sinnvoll erscheinenden Kenngrößen abgeleitet sein, besonders vorteilhaft ist jedoch die Steuer- und/oder Regelungseinheit dazu vorgesehen, die Betriebstemperatur der Fahrzeugbatterie abhängig von wenigstens einem von einer Außentemperaturkenngröße abhängigen Parameter einzustellen. Mittels einer entsprechenden Ausgestaltung kann eine einfache bedarfsangepasste Regelung- und/oder Steuerung erreicht werden.Of the Parameters may differ from those that appear reasonable to those skilled in the art Derived characteristics However, the control and / or regulating unit is particularly advantageous provided the operating temperature of the vehicle battery depends on at least one parameter dependent on an outdoor temperature parameter adjust. By means of a corresponding embodiment, a simple needs-adapted control and / or control achieved become.
Vorzugsweise ist der Wärmetauscher zumindest teilweise aus einem hochwärmeleitfähigen Material hergestellt, um einen effektiven Wärmeübergang zu ermöglichen. Unter einem „hochwärmeleitfähigen Material” soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein Material mit einer Wärmeleitfähigkeit bei 20°C von ≥ 50 W/(m·K) und, besonders vorteilhaft, von ≥ 80 W/(m·K) verstanden werden. Geeignete Materialien sind insbesondere Aluminium und/oder Aluminium-Legierungen und/oder Kupfer und/oder Kupfer-Legierungen, insbesondere Messing; insbesondere sind stranggepresste Profile aus Aluminium und/oder seinen Legierungen vorteilhaft verwendbar. Wird der Wärmetauscher als konstruktives Element zur Aufnahme von Kräften innerhalb der Fahrzeugverstrebung ausgeführt, dann können Zusatzgewicht und Zusatzkosten verringert werden.Preferably is the heat exchanger at least partially made of a highly heat-conductive material, for an effective heat transfer to enable. Under a "highly heat conductive material" is intended in In this context, in particular a material with a thermal conductivity at 20 ° C of ≥ 50 W / (m · K) and, most advantageously, ≥ 80 W / (m · K) be understood. Suitable materials are in particular aluminum and / or aluminum alloys and / or copper and / or copper alloys, in particular brass; in particular are extruded profiles made of aluminum and / or its alloys advantageously usable. Becomes the heat exchanger as a constructive element for absorbing forces within the vehicle strut executed then can Additional weight and additional costs are reduced.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Wärmetauscher als Gleichstrom-Wärmetauscher ausgebildet ist. Unter einem „Gleichstrom-Wärmetauscher” soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein Wärmetauscher verstanden werden, der gezielt dazu vorgesehen bzw. ausgestattet und ausgelegt ist, dass in einem Betriebsmodus mindestens zwei Gasströme zur Wärmeübertragung durch eine gasundurchlässige Wand in räumlich gleicher Richtung bezüglich dieser Wand fließen. Mittels eines Gleichstrom-Wärmetauschers kann am Einlass des Wärmetauschers ein hoher Temperaturunterschied und damit ein vorteilhafter Wärmeübergang realisiert werden. Insbesondere hat der Gleichstrom-Wärmetauscher den sicherheitstechnischen Vorteil, dass die Temperatur des erwärmten Gases am Austritt aus dem Wärmetauscher immer unterhalb der Temperatur des erwärmenden Gases beim Austritt aus dem Wärmetauscher liegt. Grundsätzlich wäre jedoch auch ein Gegenstrom-Wärmetauscher denkbar.In Another embodiment of the invention proposes that the heat exchanger as DC heat exchanger is trained. Under a "DC heat exchanger" should in this context in particular a heat exchanger be understood, the purpose intended or equipped and is designed so that in an operating mode at least two gas streams for heat transfer through a gas-impermeable wall in spatial same direction regarding flow this wall. By means of a DC heat exchanger can be at the inlet of the heat exchanger a high temperature difference and thus an advantageous heat transfer will be realized. In particular, the DC heat exchanger has the safety Advantage that the temperature of the heated gas at the outlet the heat exchanger always below the temperature of the heating gas when exiting the heat exchanger lies. in principle would be, however also a countercurrent heat exchanger conceivable.
Es wird weiterhin vorgeschlagen, dass der Wärmetauscher mindestens fünf Gasanschlussverbindungen aufweist, so dass der Wärmetauscher neben den je zwei Gaseinlass- und Gasauslassverbindungen mit mindestens einer zusätzlichen Gasanschlussverbindung ausgestattet ist, die zur Einleitung eines Gasstroms in einen im Wärmetauscher fließenden Gasstrom oder zur Ausleitung zumindest eines Teils eines im Wärmetauscher fließenden Gasstroms verwendet werden kann, wodurch sich weitere Möglichkeiten einer vorteilhaften Ausgestaltung für die Elektrofahrzeugheizvorrichtung eröffnen können.It is further proposed that the heat exchanger has at least five gas connection connections, so that the heat exchanger in addition to the two gas inlet and Gasauslassverbindungen with at least one additional Gasan end connection is equipped, which can be used for introducing a gas stream into a gas flow flowing in the heat exchanger or for discharging at least a portion of a gas stream flowing in the heat exchanger, which can open up further possibilities of an advantageous embodiment for the electric vehicle heater.
Ferner wird vorgeschlagen, dass der Wärmetauscher wenigstens eine Kammer mit einer Kammerwand aufweist, deren Oberfläche wenigstens ein in die Kammer hineinragendes Strukturelement zur Vergrößerung der Wärme austauschenden Fläche aufweist. Unter „Strukturelemente” sollen insbesondere kühlrippenartige Ausformungen verstanden werden, die insbesondere ihrerseits zur Vergrößerung der Wärme austauschenden Oberfläche mit einer gewellten oder geriffelten Oberfläche ausgestattet sein können. Insgesamt kann durch eine entsprechende Ausgestaltung eine vorteilhaft große wärmeaustauschende Oberfläche erreicht werden.Further it is suggested that the heat exchanger has at least one chamber with a chamber wall whose surface at least a structural element projecting into the chamber for enlarging the Heat exchanging Has surface. Under "structural elements" are intended especially ribbed Formations are understood, in particular for their part Magnification of the Heat exchanging surface can be equipped with a corrugated or ribbed surface. All in all can by an appropriate design, an advantageously large heat-exchanging surface be achieved.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die in eine Kammer hineinragenden Strukturelemente eine von der Position innerhalb des Wärmetauschers abhängige Querschnittsform und Querschnittsgröße aufweisen, wodurch der Wärmeübergang entlang des Gaswegs innerhalb des Wärmetauschers optimiert werden kann.Farther It is proposed that the structural elements projecting into a chamber a dependent on the position within the heat exchanger cross-sectional shape and cross-sectional size, whereby the heat transfer be optimized along the gas path within the heat exchanger can.
Es wird vorgeschlagen, die Strukturelemente, die sich auf den beiden Seiten einer zwei Kammern trennenden Kammerwand befinden, so anzuordnen, dass sich eine zur Kammerwand senkrechte Projektion einer Basisfläche des Strukturelements und wenigstens eines Strukturelements auf einer dem Strukturelement abgewandten Seite der Kammerwand, das in eine weitere Kammer hineinragt, auf diese Kammerwand zumindest teilweise überdecken. Als „Basisfläche” eines Strukturelements soll eine gedachte Fläche verstanden werden, deren Randlinie durch die der jeweiligen Kammerwand, mit der das Strukturelement fest verbunden ist, am nächsten liegenden Punkte der Oberfläche des Strukturelements gebildet wird.It It is suggested that the structural elements that relate to the two Sides of a chamber wall separating two chambers, so arranging in that a projection, perpendicular to the chamber wall, of a base surface of the Structural element and at least one structural element on a the Structural element facing away from the chamber wall, which in a further Protruding chamber, at least partially cover this chamber wall. As the "base surface" of a Structure element is to be understood as an imaginary surface, whose edge line through the respective chamber wall, with which the structural element is firmly connected, closest lying points of the surface of the structural element is formed.
Mit einem auf diese Weise ausgestalteten Wärmetauscher kann durch einen besonders innigen thermischen Kontakt zwischen seinen Kammern ein entsprechend größerer Wärmeübergang erreicht werden.With a designed in this way heat exchanger can by a particularly intimate thermal contact between its chambers a corresponding greater heat transfer be achieved.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die Elektrofahrzeugheizvorrichtung wenigstens ein elektrisches Heizelement aufweist, das sowohl mit Gleichstrom als auch mit einem Netzwechselstrom betreibbar ist. Durch eine entsprechende Ausgestaltung kann bei Bedarf in sehr flexibler Weise Wärme zusätzlich zu der Wärme aus der Fahrzeugbatterie zugeführt werden. Das elektrische Heizelement kann an verschiedenen, dem Fachmann als sinnvoll erscheinenden Positionen positioniert sein, jedoch besonders vorteilhaft zumindest in einer hinteren Hälfte des Wärmetauschers.Further It is proposed that the electric vehicle heater at least has an electrical heating element, both with direct current as also operable with a mains alternating current. By an appropriate Design can, if necessary in a very flexible manner heat in addition to the Heat off supplied to the vehicle battery become. The electric heating element can be connected to various persons skilled in the art be positioned as meaningful positions, however particularly advantageous at least in a rear half of the Heat exchanger.
Es wird weiterhin vorgeschlagen, die Elektrofahrzeugheizvorrichtung mit einer Verwirbelungsvorrichtung auszustatten, die dazu vorgesehen ist, einen Gasstrom zu verwirbeln. Nach Austritt aus dem Wärmetauscher wird der Kühlgasstrom der Fahrzeugbatterie der Verwirbelungsvorrichtung zugeführt, die eine Verwirbelung mit der Außenluft bewirkt. Auf diese Weise kann die Temperatur des Kühlgasstroms herabgesenkt und insbesondere die Bildung von heißen Gasströmen vermieden werden, was in sicherheitstechnischer Hinsicht von Vorteil ist. Das Verwirbelungselement kann vorteilhaft nach dem Prinzip einer Venturi-Düse geformt sein.It is also proposed, the electric vehicle heater equipped with a swirling device provided for this purpose is to swirl a gas stream. After exiting the heat exchanger becomes the cooling gas flow the vehicle battery supplied to the swirling device, the one Turbulence with the outside air causes. In this way, the temperature of the cooling gas flow can be lowered and in particular the formation of hot gas streams are avoided, which in safety-related advantage. The swirling element can be advantageously shaped according to the principle of a Venturi nozzle be.
Es wird vorgeschlagen, die Elektrofahrzeugheizvorrichtung zusammen mit einer Fahrzeugbatterie als Heizsystem zu betreiben. Besonders vorteilhaft wird als Fahrzeugbatterie eine Hochtemperaturbatterie, z. B. eine Natrium-Nickelchlorid-Batterie, eingesetzt. Unter einer „Hochtemperaturbatterie” soll in diesem Zusammenhang eine wieder aufladbare Batterie verstanden werden, in der zumindest ein innerer Bestandteil auf eine Temperatur oberhalb der Normalbedingungen erhitzt werden muss, um die Batteriefunktion zu ermöglichen.It It is proposed that the electric vehicle heater together to operate with a vehicle battery as a heating system. Especially advantageous as a vehicle battery is a high-temperature battery, z. As a sodium-nickel chloride battery used. Under a "high-temperature battery" is intended in understood in this context a rechargeable battery, in which at least one internal component is at a temperature above Normal conditions must be heated to the battery function to enable.
Gemäß dem Vorschlag wird im Heizsystem zumindest eine erste Hochtemperatur-Anschlussverbindung, die eine Verbindung zwi schen der Fahrzeugbatterie und dem Wärmetauscher herstellt, und zumindest eine zweite Anschlussverbindung, die eine Verbindung zwischen einem Fahrzeuginnenraum und dem Wärmetauscher herstellt, verwendet, so dass die Luft aus dem Fahrzeuginnenraum unmittelbar hinter der Anschlussverbindung im Wärmetauscher in thermischem Kontakt, nur getrennt durch eine Kammerwand des Wärmetauschers, zum Gasstrom aus der Fahrzeugbatterie an der Hochtemperatur-Anschlussverbindung steht. Unter der „Hochtemperatur-Anschlussverbindung” eines Wärmetauschers soll diejenige seiner Anschlussverbindungen verstanden werden, die beim Betrieb des Wärmetauschers die höchste Temperatur besitzt. Mit dieser Konfiguration, die der eines Gleichstrom-Wärmetauschers entspricht, kann am Einlass des Wärmetauschers ein hoher Temperaturunterschied und damit ein vorteilhafter Wärmeübergang realisiert werden.According to the proposal In the heating system, at least a first high-temperature connection, the one connection between tween the vehicle battery and the heat exchanger and at least one second connection connecting a Connection between a vehicle interior and the heat exchanger produces, uses, so that the air from the vehicle interior immediately behind the connection in the heat exchanger in thermal Contact, only separated by a chamber wall of the heat exchanger, to the gas flow from the vehicle battery at the high-temperature connection connection stands. Under the "high-temperature connection" of a heat exchanger should be understood that of its connection connections, the during operation of the heat exchanger the highest Temperature possesses. With this configuration, that of a DC heat exchanger Corresponds to a high temperature difference at the inlet of the heat exchanger and thus an advantageous heat transfer will be realized.
Ferner wird vorgeschlagen, in einer weiteren Ausgestaltung des Heizsystems zumindest eine erste Hochtemperatur-Anschlussverbindung, die eine Verbindung zwischen der Fahrzeugbatterie und dem Wärmetauscher herstellt, und zumindest eine zweite Anschlussverbindung, die eine Verbindung zwischen einem Außenluftzugang und dem Wärmetauscher herstellt, zu verwenden, so dass die Luft aus dem Außenluftzugang unmittelbar hinter der Anschlussverbindung im Wärmetauscher in thermischem Kontakt, nur getrennt durch eine Kammerwand des Wärmetauschers, zum Gasstrom an der Hochtemperatur-Anschlussverbindung steht und der Wärmetauscher zumindest eine Gaszuführungsverbindung aufweist, die dazu vorgesehen ist, dem Gasstrom hinter der Hochtemperatur-Anschlussverbindung Luft aus dem Fahrzeuginnenraum beizufügen. Dadurch kann der Wärmetauscher auch dann vorteilhaft die in der Abluft aus dem Fahrzeuginnenraum enthaltene Wärme zur Übertragung nutzen, wenn keine Wärme aus der Fahrzeugbatterie zur Verfügung steht.It is also proposed, in a further embodiment of the heating system, at least one first high-temperature connection connection, which establishes a connection between the vehicle battery and the heat exchanger, and at least one second connection connection, which connects between an outside air inlet and the heat exchanger is used so that the air from the outside air access immediately behind the connection connection in the heat exchanger in thermal contact, only separated by a chamber wall of the heat exchanger, to the gas flow at the high-temperature connection connection and the heat exchanger has at least one gas supply connection, which is provided to add air from the vehicle interior to the gas flow behind the high-temperature connection connection. As a result, the heat exchanger can also advantageously use the heat contained in the exhaust air from the vehicle interior for transmission, if no heat from the vehicle battery is available.
Zeichnungdrawing
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.Further Advantages are shown in the following description of the drawing. In the drawing is an embodiment represented the invention. The description and the claims contain numerous features in combination. The skilled person will become the characteristics expediently also consider individually and summarize to meaningful further combinations.
Es zeigen:It demonstrate:
Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments
Die
Steuer- und Regeleinheit
Der
Wärmetauscher
Am
Ausgang des Wärmetauschers
Der
batterieseitig aus dem Wärmetauscher
Zwischen
der Fahrzeugbatterie
Ein
Lüfter
In
der
Die
senkrechte Projektion einer Basisfläche
Die
radialsymmetrische Anordnung der Strukturelemente
Drei
der Strukturelemente
- 1010
- Wärmetauscherheat exchangers
- 1212
- Fahrzeugbatterievehicle battery
- 1414
- Steuer- und/oder RegelungseinheitTax- and / or control unit
- 1616
- Oberflächesurface
- 1818
- Strukturelementstructural element
- 2020
- Basisflächefootprint
- 2222
- elektrisches Heizelementelectrical heating element
- 2424
- VerwirbelungsvorrichtungThe interlacing
- 2626
- Hochtemperatur-AnschlussverbindungHigh temperature connecting link
- 2828
- Anschlussverbindungport connection
- 2929
- GaszuführungsverbindungGas supply connection
- 3030
- FahrzeuginnenraumVehicle interior
- 3232
- LüfterFan
- 3434
- FahrgastraumbelüftungslüfterPassenger compartment ventilation fan
- 3636
- Luftmischerair mixer
- 3838
- Luftverteilerair distributor
- 4040
- stranggepresstes Aluminiumprofilextruded aluminum profile
- 4242
- innere Kammerinner chamber
- 4444
- äußere Kammerouter chamber
- 4646
- innere Kammerwandinner chamber wall
- 4848
- äußere Kammerwandouter chamber wall
- 5050
- Außentemperatur-MessfühlerOutside temperature probe
- 5252
- Verbindungconnection
- 5454
- Verbindungconnection
- 5656
- Verbindungconnection
- 5858
- AußenluftzugangOutside air access
Claims (17)
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