DE102009023175A1

DE102009023175A1 - Elektrofahrzeug mit Abwärmeheizung und Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102009023175A1
Application number: DE102009023175A
Authority: DE
Inventors: Thomas Roehrl
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-05-29
Filing date: 2009-05-29
Publication date: 2010-12-02
Anticipated expiration: 2029-05-30
Also published as: DE102009023175B4

Abstract

Ein Kraftfahrzeug (1) mit einem Elektromotor (2) zum Antreiben des Kraftfahrzeugs (1), mit einer Fahrerkabine (4) und mit einer Heizeinrichtung zum Erwärmen der Fahrerkabine. Erfindungsgemäß weist das Kraftfahrzeug (1) eine Wärmeleitungsverbindung auf, welche eine Abwärme des Elektromotors (2) der Fahrerkabine zuführt, wobei diese Wärmeleitungsverbindung wenigstens abschnittsweise als Verbindungsleitung (6) ausgeführt ist, welche ein Fluid transportiert.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Elektrofahrzeug. Im Stand der Technik sind diverse Antriebe für Kraftfahrzeuge bekannt. Neben dem aus den Stand der Technik seit langem bekannten Otto- oder Dieselmotoren sind in jüngerer Zeit auch Elektromotoren als Antriebe für Fahrzeuge bekannt geworden. Diese Elektromotoren bieten einen insgesamt sehr hohen Wirkungsgrad und sind für bestimmte Anwendungen eine günstigere Alternative zu Verbrennungsmotoren.
Heutige, bürstenlose Elektromotore arbeiten typischerweise in einem Wirkungsgradbereich von 80 bis zu 90%. Rein elektrische Fahrzeuge werden, auch wegen geringerer Reichweiten, vor allem im Stadtverkehr eingesetzt werden. U. a. auch deshalb, weil sie da aufgrund von hoher Rekuperationsenergie (Energierückgewinnung durch Bremsen) am wirtschaftlichsten fahren. Im Stadtbereich ist aufgrund geringerer Geschwindigkeiten und Beschleunigungen und gewisser Standzeiten (Ampel) relativ wenig Antriebsenergie notwendig. Hinzu kommt, dass der Elektromotor im Stillstand, z. B. an einer roten Ampel, im Gegensatz zum Verbrennerantrieb (Leerlauf) völlig steht, also gar keine Leistung benötigt und folglich auch keine Verlustleistung (Wärme) abgibt. Zusammen mit dem i. Vgl. zum Verbrennermotor rund vier Mal so hohen Wirkungsgrad ergibt sich bei derlei Fahrzyklen folglicherweise auch eine sehr geringe absolute Verlustleistung – was grundsätzlich erwünscht ist. Je nach Fahrzeugform, -gewicht, Rollwiderstand, Motorleistung etc. entsteht nur eine durchschnittliche Verlustleistung von ein paar wenigen hundert Watt – deutlich zu wenig für die Innenraumheizung (abhängig von Fahrzeug und Temperaturen im Mittel 1000–2000 W).
Aus der US 5,481,433 ist ein Fahrzeug bekannt, welches eine verbesserte Wärmeabführung für einen Elektromotor aufweist. Dabei sind Kühlrippen und dergleichen vorgesehen, um die Wärme von dem Elektromotor und insbesondere von dessen Leistungselektronik abzuführen.
Die US 5,971,290 beschreibt ein Wärmetauschsystem für ein elektrisches Kraftfahrzeug. Auch hier wird ein Kühlkreislauf verwendet, um den Antriebselektromotor des Kraftfahrzeugs zu kühlen. Daneben ist ein Wärmekreislauf vorgesehen, der zur Erzeugung von Warmluft in der Fahrgastzelle dient. Dabei ist eine Heizeinrichtung vorgesehen, um Heißwasser, welches in dem Wärmekreislauf zirkuliert, zu erzeugen.
Die DE 10 2006 024 020 B4 beschreibt eine Brenneranordnung eines mit flüssigen und/oder gasförmigen kraftstoffbetriebenen Brenners, wobei das entsprechende Heizgerät zur Aufheizung und Belüftung eines Fahrgastraumes eines Kraftfahrzeuges dient.
Die EP 1 184 216 B1 beschreibt eine Heizeinrichtung für den Innenraum eines Kraftfahrzeuges, das von einem von einem Kühlwasserkreislauf gekühlten Verbrennungsmotor angetrieben wird.
Bei elektromotorisch betriebenen Kraftfahrzeugen sind im Stand der Technik üblicherweise elektrische Zusatzheizelemente, wie PTC-Elemente vorgesehen, um die in den Fahrgastraum nötige Wärme zur Verfügung zu stellen. Diese Zusatzheizelemente sind jedoch mit einem hohen wirtschaftlichen Aufwand verbunden, da diese sich auf den Wirkungsgrad des Fahrzeugs auswirken bzw. die Reichweite merklich einschränken oder noch mehr Kosten für den Energiespeicher verursachen.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein elektromotorisches Kraftfahrzeug mit einem verbesserten, effizienteren Heizsystem für den Fahrgastraum zur Verfügung zu stellen. Dies wird erfindungsgemäß durch ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch 12 erreicht. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug weist einen Elektromotor zum Antreiben des Kraftfahrzeugs auf sowie eine Fahrerkabine und eine Heizeinrichtung zum Erwärmen der Fahrerkabine. Erfindungsgemäß weist das Kraftfahrzeug eine Wärmeleitungsverbindung zwischen dem Elektromotor und der Fahrerkabine auf, welche eine Abwärme des Elektromotors der Fahrerkabine zuführt. Dabei ist diese Wärmeverbindungsleitung wenigstens abschnittsweise als Verbindungsleitung ausgeführt, welche ein Fluid transportiert.
Bei dem Fluid kann es sich sowohl um ein flüssiges als auch um ein gasförmiges Fluid, oder auch um eine Mischform wie beispielsweise Dampf handeln. Dabei kann die Verbindungsleitung auch eine Luftleitung sein, welche Abwärme von dem Motor direkt oder auch über einen Wärmetauscher der Fahrerkabine des Fahrzeugs zuführt. Damit wird im Gegensatz zum Stand der Technik bei Elektrofahrzeugen vorgeschlagen, die Abwärme dieses Elektromotors gezielt zur Beheizung des Innenraums des Fahrzeugs zu nutzen. Mit anderen Worten ist der Elektromotor mit der Fahrerkabine thermisch gekoppelt, um dessen Abwärme zur Beheizung der Fahrerkabine zu nutzen.
Vorteilhaft weist das Kraftfahrzeug einen ersten Wärmetauscher zum Erwärmen der Fahrerkabine auf. Dieser Wärmetauscher kann dabei von der Abwärme des Elektromotors gespeist werden und diese Wärme wiederum an einem zweiten Luftkreislauf zum Erwärmen der Fahrerkabine abgeben.
Vorzugsweise steht der Wärmetauscher über die Verbindungsleitung mit dem Elektromotor in Fluidverbindung, wobei das Fluid hier insbesondere eine Flüssigkeit wie Wasser bzw. Kühlmittel ist.
Im Stand der Technik sind heute rein elektrisch betriebene Fahrzeuge noch vergleichsweise selten. Meist handelt es sich um einzelne Konzeptfahrzeuge oder um Bleibatterie betriebene Kabinenroller. Diese Fahrzeuge weisen üblicherweise noch keine ausgearbeiteten Systeme für die Fahrgastinnenräume auf. Bei einem auf elektrischen Antrieb umgerüsteten Kleinfahrzeug insbesondere für Großstädte ist eine elektrische Heizung vorgesehen, wodurch in der Heizsaison, d. h. im Winter, die Reichweite typischerweise auf unter 80 km abrutscht. Im übrigen werden heute lediglich elektrisch betriebene Innenraumheizungen, so genannte PTC-Heizungen, verwendet, welche aus den an Board befindlichen Speichern die Energie verwenden um sie direkt in Wärme umzusetzen. Andere aus dem Stand der Technik elekt risch betreibbare Fahrzeuge weisen zusätzlich einen Verbrennungsmotor zu Reichweitenerhöhung auf, bzw. weisen einen Hybridantrieb auf. In diesem Falle wird bei Heizbedarf der Verbrennungsmotor verwendet.
Daneben werden im Stand der Technik zum Teil auch Gasbrenner oder eine Standheizung zum Heizen verwendet. Die genannten Lösungsansätze widersprechen jedoch den umweltschonenden Gedanken des Elektrofahrzeugs und erhöhen den Aufwand deutlich und erzeugen sogar zusätzlich Abgase und Kohlendioxid.
Vorzugsweise weist der Elektromotor eine elektronische Steuerung und insbesondere eine Hochleistungselektronik auf. Diese Hochleistungselektronik produziert im Betrieb ein Maß an Wärme, welche ohnehin von der Hochleistungselektronik möglichst effizient abgeführt werden sollte. Insbesondere auch diese Abwärme wird zur Beheizung des Fahrinnenraums des Fahrzeugs verwendet.
Bei einer Verzögerung eines Fahrzeuges wird der Antriebsmotor in den generatorischen Betrieb umgeschaltet um den oder die Energiespeicher zu laden. Es ist jedoch auch oder alternativ vorstellbar, die beim Bremsen entstehende Energie einfach in elektrische Widerstände umzuleiten. Dadurch werden diese erhitzt, wodurch wiederum Heizenergie entsteht. Diese Bremswiderstände können sich erfindungsgemäß innerhalb oder außerhalb des thermisch isolierbaren Motorraumes befinden und Teil des dargestellten Wärmekreislaufes sein.
Insbesondere kleinere Motoren für Fahrzeuge, beispielsweise in einem Leistungsbereich von weniger als 40 KW, benötigen aufgrund der geringen Verlustleistung, und dadurch wenig Wärmeeintrag, kaum eine Wasserkühlung. Die Hochleistungselektronik dieser Motoren benötigt doch ggf. eine Kühlung. Wenn die in diesen beiden Komponenten entstehend elektrische Verlustleistung jedoch in einen Fahrgastraum transportiert werden soll, ist ein Wasserkreislauf besonders vorteilhaft. Damit handelt es sich vorteilhaft bei der Verbindungsleitung um eine Flüssigkeitsleitung, welche Flüssigkeit und insbesondere Wasser oder wasserenthaltende Flüssigkeiten transportiert. Weiterhin sollte vorteilhaft in diesem Heizungs- bzw. Wärmetauscherkreislauf möglichst viel Verlustleistung aus den Antriebskomponenten zugeführt werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der Elektromotor wenigstens abschnittsweise von einem thermisch isolierenden Gehäuse umgeben. Während man im Stand der Technik üblicherweise bestrebt ist, eine möglichst freie Anbringung des Motors zu erreichen, d. h. diesen möglichst an allen Seiten ideal zu kühlen, wird hier vielmehr vorgeschlagen, den Elektromotor gegenüber der Umgebung zumindest teilweise thermisch zu isolieren. Die im Inneren des Gehäuses gebildete Wärme kann dann in besonders effizienter Weise abgeführt und zur Innenbeheizung der Fahrerkabine verwendet werden. Bevorzugt ist das Fahrzeug derart ausgeführt, dass möglichst wenig Wärme des Elektromotors an Materialien oder die Umgebungsluft abgeführt wird. Bevorzugt ist das Gehäuse wenigstens abschnittweise luftdicht ausgeführt und weist bevorzugt eine den Elektromotor in einer Umfangsrichtung umgebende Wandung auf, welche luftdicht ausgeführt ist.
Vorteilhaft weist daher dieses Gehäuse wenigstens eine Eintrittsöffnung zum Eintritt von Luft und eine Austrittsöffnung zum Austritt von Luft auf. So kann beispielsweise Frischluft von außen angesaugt werden und durch den Elektromotor geleitet werden und erwärmte Luft wieder austreten. Bei dieser Ausführungsform fungiert damit der Elektromotor selbst als Wärmetauscher, in dem er in der Leistungselektronik und beispielsweise auch in den Spulen des Motors entstehende Wärmeenergie unmittelbar an die Luft ausgibt. Vorteilhaft liegen die Eintrittsöffnung und die Austrittsöffnung in Fahrtrichtung hintereinander. Es wäre auch möglich, die Luftströmung innerhalb des Gehäuses ggf. mehrfach umzuleiten.
Dabei kann diese erwärmte Heißluft wiederum einem Wärmetauscher zugeführt werden, der dann zum Erwärmen von Luft für die Fahrgastzelle dient. Dabei wäre es auch möglich, dass der Elektromotor bzw. dessen Elektronik mittels Wasser gekühlt wird und dieses Wasser wiederum einem Wärmetauscher zugeführt wird. Dies wird unten anhand der detaillierten Darstellung genauer erläutert.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist wenigstens eine Eintrittsöffnung und/oder eine Austrittsöffnung hinsichtlich ihres Öffnungsquerschnitts veränderbar. So können beispielsweise Lüftungsklappen vorgesehen sein, welche den Durchfluss von Luft durch den Elektromotor regulieren können. So wäre es möglich, beispielsweise in den Startphasen (Kaltbetrieb) keinen oder nur einen geringen Luftstrom durch den Elektromotor zuzulassen, um so möglichst viel Wärme zu produzieren, welche an einem Wärmetauscher oder die Fahrerkabine abgegeben werden kann.
Die Veränderbarkeit des Öffnungsquerschnitts wird bevorzugt über Lüftungsklappen realisiert, wobei diese so ausgestaltet sein könnten, dass bei vollständiger Schließung dennoch eine minimale Restöffnung als Grundkühlung verbleibt. Damit wird aus Sicherheitsgründen ein gewisser Luftstrom durch das Motorgehäuse beibehalten. Dies kann dann besonders nützlich sein, wenn ein Öffnungsmechanismus zum Öffnen der Klappen ausfällt.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist das Kraftfahrzeug wenigstens eine Ventilationseinrichtung zum Beschleunigen von Luft auf. Auf diese Weise kann die Luft komprimiert bzw. in den Elektromotor bzw. das Gehäuse gedrängt werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist das Kraftfahrzeug ein weiteres elektrisch betriebenes Heizelement auf. Dieses Heizelement, bei dem es sich beispielsweise um ein PTC-Element handeln kann, kann beispielsweise zum Beheizen oder zum Enteisen der Scheiben verwendet werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist das Kraftfahrzeug thermisch isolierende Lagerungseinrichtung zum Anordnen des Elektromotors gegenüber einem Fahrzeugträger auf. Bei dieser Ausführungsform wird der Elektromotor möglichst thermisch isoliert aufgehängt, was beispielsweise über Gummipuffer erfolgen kann. Ein weiterer Vorteil einer derartigen Aufhängung über Gummipuffer wäre auch eine Vibrationsdämpfung. So wird auch die Wärmeleitung unterdrückt. Weiterhin wird vorteilhaft zur Unterdrückung der Wärmeabstrahlung an die Umgebungsluft eine klappbar thermische Dämmung des Motors vorgeschlagen, so dass Wärme so weit möglich nur an den Wärmetauscher abgegeben werden kann. Falls kein Heizbedarf besteht, kann die Wärme des Elektromotors jedoch auch an die Umgebungsluft abgeführt werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist das Kraftfahrzeug wenigstens eine Temperaturmesseinrichtung zur Messung einer Temperatur des Elektromotors oder Teile des Elektromotors auf. Daneben können entsprechende Temperaturmesseinrichtungen vorgehen sein, welche die entsprechenden Temperaturen in den Kühl- bzw. Heizkreisläufen bestimmen. Die Temperaturmesseinrichtung kann ihre Signale an eine Steuerungseinrichtung ausgeben, welche wiederum die oben erwähnten Öffnungs- und Schließeinrichtungen zur Veränderung des Öffnungsquerschnitts des Gehäuses reguliert.
Es wird daher erreicht, dass der Elektromotor zum Antreiben des Fahrzeugs und evtl. zusätzlich dessen Steuerelektronik gegen der Luftumgebung insbesondere variabel thermisch isoliert wird, wobei diese variable Isolierung insbesondere durch verstellbare Öffnungen in der Isolation des Elektromotors erreicht werden kann. Diese Verstellungen können motorisch, hydraulisch, pneumatisch oder mechanisch, beispielsweise durch Bi- oder Memorymetalle, gesteuert sein.
Auch kann die besagte Verstellung der Öffnungsquerschnitte per Hand oder automatisch erfolgen, sowie auch, wie oben erwähnt, abhängig von der Temperaturregelung.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist der Elektromotor oder auch dessen Leistungselektronik oder auch der Energiespeicher oder elektrische Bremswiderstände Flüssigkeitskanäle auf, um die in diesen Bereichen des Elektromotors entstehende Wärme aufzunehmen und beispielsweise in einem Heizungssystem wie einem Wärmetauscher wieder abzugeben. Insbesondere können daher ein oder mehr Wärmetauscher benutzt werden, wobei jedoch, wie unten gezeigt wird, auch mit einem Luftführungssystem gearbeitet werden kann.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Motorsteuerelektronik derart ausgebildet, dass sie die Wärmeausbeute des Elektromotors verändern kann. So wäre es beispielsweise möglich, dass der „Zündwinkel” und/oder die Flankensteilheit und/oder die Ansteuerfrequenz für den Motor in Abhängigkeit eines Wärmebedarfs so verändert wird, dass mehr Wärme entsteht. Auch wäre es möglich, dass die Wicklungen im Stand des Fahrzeugs momentenfrei angesteuert werden um diese so zu erhitzen was eine zusätzliche elektrische Heizung einsparen könnte.
Daneben wäre es auch möglich, dass die Kalibrierung bzw. Gesamtabstimmung des Fahrzeugs zugunsten des Wärmebedarfs während des Betriebs so verändert wird, dass mehr Verlustleistung entsteht. Üblicherweise werden Elektrofahrzeuge auf Reichweite getrimmt, was bedeutet, dass Beschleunigungen oder andere Parameter eingeschränkt werden, um auf diese Weise Energie zu sparen. Derartige Einschränkungen könnten teilweise oder gänzlich aufgehoben werden, um dem Elektromotor mehr Energie und damit mehr Wärme zuzuführen.
Die vorliegende Erfindung ist weiterhin auf ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs gerichtet, wobei das Kraftfahrzeug durch einen Elektromotor angetrieben wird und eine Fahrerkabine des Kraftfahrzeugs wenigstens zeitweise erwärmt wird. Erfindungsgemäß wird zur Erwärmung der Fahrerkabine eine Abwärme des Elektromotors verwendet. Bevorzugt wird zur Wärme der Fahrerkabine eine Abwärme auch der Leistungselektronik und/oder der Batterie und/oder der Bremswiderstände des besagten Elektromotors verwendet.
Unter dem Elektromotor wird hier nicht nur der Motor im engeren Sinne verstanden sondern auch Komponenten wie dessen Leistungselektronik, Energiespeicher oder etwa Bremswiderstände.
Vorteilhaft wird zum Fortbewegen des Fahrzeugs wenigstens zeitlich teilweise ausschließlich der Elektromotor verwendet.
Bei einem weiteren vorteilhaften Verfahren wird eine Änderung der Abwärme des Elektromotors durch eine gezielte Änderung dessen Verlustleistung bewirkt.
Weitere Vorteile und Ausführungsformen ergeben sich aus den beigefügten Figuren:
Darin zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer ersten Ausführungsform;
2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer zweiten Ausführungsform;
3 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer dritten Ausführungsform.
1 zeigt eine teilweise Darstellung eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs 1. Dieses Kraftfahrzeug 1 weist einen nur schematisch dargestellten Elektromotor 2 zum Antrieb auf. Dieser Elektromotor 2 wiederum ist in einem Gehäuse 12 untergebracht, wobei dieses Ge häuse 12 thermisch isolierend ausgebildet ist, so dass der Austritt von in dem Elektromotor erzeugter Wärme in beliebige Richtungen der Umgebung verhindert wird.
Mittels eines Gebläses 32 oder direkt über den Fahrtwind wird der Elektromotor 2 mit Luft angeströmt. Diese Luft gelangt über eine Eintrittsöffnung 14, die hier durch eine Vielzahl von verstellbaren Klappen 24 (hier in einem Winkel von 45°) gebildet ist, in den ansonsten isolierten Motorraum 3 und kann durch eine Austrittsöffnung 16 mit entsprechenden Öffnungsklappen 26 wieder entweichen. Die einzelnen Klappen 24, 26 können sich an mehreren Seiten befinden und können auch unterschiedliche Größen aufweisen. Vorzugsweise sind die einzelnen Klappen 24, 26 jeweils gemeinsam mit einem Stellglied verbunden und können dabei elektrisch, pneumatisch, hydraulisch oder mechanisch betrieben werden, so dass sich unterschiedlich starke Luftaustauschraten innerhalb des Motorraums 3 ergeben und damit auch verschieden starke Kühlungen.
Weiterhin wäre es möglich, dass die Stellklappen 24, 26 manuell oder automatisch abhängig von der gewünschten Fahrzeuginnentemperatur und/oder der Außentemperatur und/oder der Motor- bzw. der Kühlwassertemperatur gesteuert werden. Vorteilhafterweise durchströmt Kühlwasser, welches hier auch in der Verbindungsleitung 6 fließt, direkt das Motorgehäuse 12 bei den Motoren, damit möglichst viel der entstehenden Wärme an dieses abgegeben werden kann.
So wäre es beispielsweise möglich, dass die Leistungselektronik von entsprechenden Kanälen für das Kühlwasser umgeben ist. Anschließend gelangt das erwärmte Wasser, getrieben von einer steuerbaren Wasserpumpe 28, in einen (kabinennahen) Wärmetauscher 8, der benachbart zu der Fahrerkabine 4 angeordnet ist. Auch hier ist ein Innenraumgebläse 34 vorgesehen, welches wiederum in Abhängigkeit von einer Regelung betrieben werden kann. Die Wärme des Kühlerwassers kann hier an die Innenluft wieder abgegeben werden.
Alternativ oder zusätzlich kann weiterhin ein Motorkühler am Kühlergrill, insbesondere thermostatgeregelt, Teil des Kreislaufs sein.
2 zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs. Bei dieser Ausführungsform ist das Heizsystem direkt luftgestützt. Dabei kann einerseits über eine Klappe 46 Luft von außen nach innen und in den Raum 3 des Elektromotors 2 eingeführt werden, oder auch ein Umluftbetrieb vorhanden sein, der Luft aus dem Fahrerraum dem Elektromotor über einen Kanal 48 zuführt. In diesem Falle kann ein Lüfter 32 direkt die durchströmende Motorluft über Klappen und eine Schlauchführung in den Innenraum 4 des Fahrzeugs leiten. Die Verbindungsleitung 6 führt also in diesem Fall Luft.
Das Bezugszeichen 10 bezieht sich auf eine Rückführungsleitung, welche die Luft wieder dem Motor 2 zuführt. Die Klappe 46 verschließt in einer Stellung diese Rückführungsleitung. Auch sind Zwischenstellungen dieser Klappe 46 möglich, welche einen Mischbetrieb zulassen.
Die in den Figuren gezeigte, verstellbare Isolierung führt dazu, dass bei niedrigen Fahrleistungen mehr Wärme dem Innenraum zur Verfügung steht, und der Motor bzw. der Innenraum wesentlich schneller hochheizt. Andererseits ist bei hohen Fahr- und Verlustleistungen durch Wegfahren der Isolierung ein Übertemperaturschutz und damit eine ausreichende Kühlung des Elektromotors bzw. dessen Elektronik möglich. Vorteilhaft ist auch die Motorleistungselektronik und der Antriebsakkumulator, evtl. auch ein oder mehrere Bremswiderstände mit in den Wasser- oder Luftkreislauf involviert.
Bei dem Elektromotor kann es sich um unterschiedliche aus dem Stand der Technik bekannten Motoren, wie Außenläufer oder Innenläufer, Synchronmotren oder Asynchronmotren und dergleichen handeln. Sollte eine höhere Heizleistung gewünscht sein, können die elektrisch angesteuerten Wicklungen des Elektromotors 2 der tatsächlichen Drehzahl zeitlich nach- oder voreilen. Auf diese Weise wird der Wirkungsgrad des Motors erniedrigt, damit jedoch gewünschtermaßen mehr Wärme produziert.
Alternativ oder zusätzlich könnten die Ansteuerflanken der Pulse der Motorwicklungen leicht abgeflacht werden. In beiden Fallen steht dem Motor bzw. der Elektronik mehr Verlustleistung bzw. verschlechtert sich der Wirkungsgrad, wodurch mehr Wärme generiert wird.
Wie oben erwähnt, bestünde eine weitere Möglichkeit der elektrischen Wärmeheizung darin, dass alle oder Teile der Wicklungen im Stand des Fahrzeugs so angesteuert werden, dass keine Rotation bzw. kein Drehmoment erzeugt wird. Dies könnte im Stand z. B. an einer Ampel von Nutzen sein, so dass die Vorrichtung hier als elektrische Standheizung fungiert. Insgesamt wirkt der Elektromotor selbst als Wärmetauscher.
Aufgrund von Berechnungen auf Basis der NEDC (New European Driving Cycle) konnten die entsprechenden Verlustleistungen für mittelgroße Personenkraftfahrzeuge berechnet werden. Daraus ergibt sich der grundsätzliche Ansatz der vorliegenden Erfindung, den Elektromotor auch als Wärmequelle einzusetzen um auf diese Weise zusätzlichen Aufwand und zusätzliche Kosten zu vermeiden.
3 zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs. In diesem Falle wird dem Elektromotor 2 zu dessen Kühlung ebenfalls Kühlmittel zugeführt und nicht, wie bei der in 2 gezeigten Ausführungsform, nur Luft. Dabei ist zusätzlich ein Ventil 42 vorgesehen, welches je nach einer Ventilstellung unterschiedliche Ausgestaltungen der Kühlkreisläufe ermöglicht. In jedem Fall erfolgt ein Kühlwasserstrom zwischen dem Elektromotor 2 und dem Wärmetauscher 8. Je nach Schaltstellung des Ventils kann jedoch in diesem Kreislauf auch ein zweiter Wärmetauscher 38 sowie ggf. ein Lüfter 32 eingebunden werden.
Falls beispielsweise ein hoher Kühlbedarf des Elektromotors 2 besteht, kann dieser zweite Wärmetauscher 38 eingebunden werden. Falls dieser zusätzliche Kühlbedarf nicht besteht sondern ggf. auch eine besonders hohe Erwärmung des Fahrerinnenraums 4 gewünscht wird, ist es möglich, den zweiten Wärmetauscher 38 durch entsprechende Stellung des Ventils 42 auszuklammern. In diesem Fall gelangt kein Wasser durch den Leitungsabschnitt 44. Auch wären Zwischenstellungen dieses Ventils 42 möglich, die einen Teil des Flüssigkeitsstroms durch den Wärmetauscher 38 und einen anderen Teil direkt durch das Verbindungsstück 46 leiten. Auch bei dieser Ausführungsform ist der Elektromotor 2 gekapselt bzw. ist eine variable Elektromotorkapsel vorgesehen. Das Bezugszeichen 47 bezieht sich auf einen Ausgleichsbehälter für die Kühl- bzw. Erwärmungsflüssigkeit. Bei der Ventileinrichtung 42 handelt es sich bevorzugt um ein Thermostatventil, welches daher auch in Abhängigkeit von einer Flüssigkeitstemperatur gesteuert wird. Die Leistungselektronik des Elektromotors kann hier ggf. in einen weiteren Niedertemperaturkreislauf eingebunden sein.
Daneben wäre es auch möglich, innerhalb des Motorengehäuses eine Bypassleitung (nicht gezeigt) vorzusehen, die derart angeordnet ist, dass durch den Wärmetauscher 8 gelangendes Wasser nicht erwärmt wird. Auch könnte der Wärmetauscher 8 von dem Kreislauf abgekoppelt werden.
Sämtliche in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale werden als erfindungswesentlich beansprucht, sofern sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.

1: Kraftfahrzeug
2: Elektromotor
3: Motorraum
4: Fahrgastzelle, Fahrerkabine
6: Verbindungsleitung
8: Wärmetauscher
10: Rückführungsleitung
12: Gehäuse
14: Eintrittsöffnung
16: Austrittsöffnung
24: verstellbare Klappen
26: Öffnungsklappen
28: Wasserpumpe
32: Lüfter/Gebläse
34: Innenraumgebläse
38: zweiter Wärmetauscher
42: Ventil
44: Leitungsabschnitt
46: Klappe
47: Augleichsbehälter

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

- US 5481433 [0003]
- US 5971290 [0004]
- DE 102006024020 B4 [0005]
- EP 1184216 B1 [0006]

Claims

Kraftfahrzeug (1) mit einem Elektromotor (2) zum Antreiben des Kraftfahrzeugs (1), mit einer Fahrerkabine (4) und mit einer Heizeinrichtung zum Erwärmen der Fahrerkabine, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftfahrzeug (1) eine Wärmeleitungsverbindung aufweist, welche eine Abwärme des Elektromotors (2) der Fahrerkabine zuführt, wobei diese Wärmeleitungsverbindung wenigstens abschnittsweise als Verbindungsleitung (6) ausgeführt ist, welche ein Fluid transportiert.
Kraftfahrzeug (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftfahrzeug (1) einen ersten Wärmetauscher (8) zum Erwärmen der Fahrerkabine aufweist.
Kraftfahrzeug (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (8) über die Verbindungsleitung (6) mit dem Elektromotor (2) in Fluidverbindung steht.
Kraftfahrzeug (1) nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsleitung (6) eine Flüssigkeitsleitung (6) ist.
Kraftfahrzeug (1) nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (2) wenigstens abschnittsweise von einem thermisch isolierenden Gehäuse (12) umgeben ist.
Kraftfahrzeug (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (12) wenigstens eine Eintrittsöffnung (14) zum Eintritt von Luft und wenigstens eine Austrittsöffnung (16) zum Austritt von Luft aufweist.
Kraftfahrzeug (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Eintrittsöffnung (14) und/oder wenigstens eine Austrittsöffnung (16) hinsichtlich ihres Öffnungsquerschnitts veränderbar ist.
Kraftfahrzeug (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass auch bei geschlossener Eintrittsöffnung (14) und/oder bei geschlossener Austrittsöffnung (16) noch ein Durchtrittsquerschnitt zum Durchtritt von Luft verbleibt
Kraftfahrzeug (1) nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftfahrzeug (1) wenigstens eine Ventilationseinrichtung (32) zum Beschleunigen von Luft aufweist.
Kraftfahrzeug (1) nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftfahrzeug (1) ein elektrisch betriebenes Heizelement aufweist.
Kraftfahrzeug (1) nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftfahrzeug (1) thermisch isolierende Lagerungseinrichtungen zum Anordnen des Elektromotors gegenüber einem Fahrzeugträger aufweist.
Kraftfahrzeug (1) nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftfahrzeug (1) wenigstens eine Temperaturmesseinrichtung zur Messung einer Temperatur des Elektromotors oder des Motorraumes (2) aufweist.
Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs, wobei das Kraftfahrzeug durch einen Elektromotor (2) betrieben wird und eine Fahrerkabine (4) wenigstens zeitweise erwärmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erwärmung der Fahrerkabine (4) eine Abwärme des Elektromotors (2) verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass zum Fortbewegen des Fahrzeugs ausschließlich der Elektromotor verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Änderung der Abwärme des Motors und/oder der Leistungselektronik durch gezielte Änderung dessen Verlustleistung bewirkt wird.