DE102010030746A1

DE102010030746A1 - Verfahren zum Heizen eines Fahrgastraums eines Fahrzeugs bzw. Fahrzeug mit einem durch eine elektrische Heizeinrichtung aufheizbaren Wärmespeicher

Info

Publication number: DE102010030746A1
Application number: DE102010030746A
Authority: DE
Inventors: Felix Schedel
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2010-06-30
Filing date: 2010-06-30
Publication date: 2012-01-05

Abstract

Verfahren zum Heizen des Fahrgastraums eines Fahrzeugs, das einen Vortrieb erzeugenden Elektromotor aufweist, wobei • bei abgestelltem Fahrzeug ein Wärmespeicher des Fahrzeugs mit elektrischer Energie aus einem stationären Stromnetz aufgeheizt wird, und • bei Fahrtbeginn bzw. während der Fahrt dem Wärmespeicher Wärme entzogen und dem Fahrgastraum des Fahrzeugs zugeführt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1 sowie ein Fahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 2.
Zum relevanten Stand der Technik der vorliegenden Erfindung zählen die ältere, nicht vorveröffentliche deutsche Patentanmeldung DE 10 2009 043 787.8 sowie die US 1,848,188 A.
Bei Hybridfahrzeugen und insbesondere bei reinen Elektrofahrzeugen stellt nach wie vor die Speicherung elektrischer Energie im Fahrzeug eine große Herausforderung dar. Auf dem Markt verfügbare Energiespeicher sind teuer und weisen ein hohes Gewicht auf. Die ”elektrische Reichweite” verfügbarer Hybrid- oder Elektrofahrzeuge ist daher begrenzt.
Bei niedrigen Außentemperaturen wird eine beträchtliche Leistung zum Beheizen des Fahrgastraums benötigt. Bei reinen Elektrofahrzeugen muss nicht nur die zur Erzeugung des Vortriebs erforderliche Antriebsenergie, sondern auch die zum Heizen des Fahrgastraums erforderliche Energie dem elektrischen Energiespeicher entzogen werden.
Möchte man mit einem Hybridfahrzeug nach einem ”Kaltstart” rein elektrisch fahren, so muss die zum Heizen des Fahrgastraums erforderliche Energie ebenfalls dem elektrischen Energiespeicher entzogen werden, was erheblich zu Lasten der ”elektrischen Reichweite” geht.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Heizen eines Fahrzeugs zu schaffen, das einen Vortrieb erzeugenden Elektromotor aufweist sowie ein entsprechendes Fahrzeug (Hybridfahrzeug oder Elektrofahrzeug) zu schaffen, bei dem dem elektrischen Energiespeicher des Fahrzeugs möglichst wenig Energie zum Heizen des Fahrgastraums entzogen werden muss.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 bzw. 2 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, eine ”ohnehin” im Fahrzeug vorhandene Komponente als ”thermische Masse”, d. h. als Wärmespeicher zu nutzen, wobei der Wärmespeicher in Phasen, in denen das Fahrzeug abgestellt ist, mit elektrischer Energie aus einem stationären Stromnetz, z. B. dem öffentlichen Stromnetz, aufgeheizt wird. Die in dem Wärmespeicher gespeicherte Energie steht dann unmittelbar bei Fahrtbeginn bzw. während der Fahrt für die Beheizung des Fahrgastraums des Fahrzeugs zur Verfügung.
Der Innenraum kann somit zumindest für eine begrenzte Zeit mit der aus dem stationären Stromnetz bereitgestellten Energie geheizt werden, was die Belastung des im Fahrzeug verbauten elektrischen Energiespeichers verringert und entsprechend die elektrische Reichweite des Fahrzeugs vergrößert. Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, dass durch eine Vorheizung des Verbrennungsmotors die sonst übliche Warmlaufphase vermieden bzw. deutlich verkürzt wird, was sich positiv auf den Kraftstoffverbrauch auswirkt.
Ein Fahrzeug gemäß der Erfindung weist einen Wärmespeicher und eine elektrische Heizeinrichtung, die zum Aufheizen des Wärmespeichers vorgesehen ist, auf. Als Heizeinrichtung könnte z. B. eine Wärmepumpe vorgesehen sein. Ferner ist eine elektrische Schnittstelle vorgesehen, über die der Heizeinrichtung elektrische Energie zum Aufheizen des Wärmespeichers aus einem stationären Stromnetz zugeführt werden kann. Zusätzlich ist eine Einrichtung vorgesehen, mittels der bei Fahrtbeginn bzw. während der Fahrt dem Wärmespeicher Wärme entzogen und einem Fahrgastraum des Fahrzeugs zugeführt werden kann.
Bei dem Fahrzeug handelt es sich um ein Fahrzeug, das einen Vortrieb erzeugenden Elektromotor aufweist, d. h. um ein reines Elektrofahrzeug oder um ein sogenanntes Plug-in-Hybridfahrzeug, d. h. um ein Fahrzeug, das einen Verbrennungsmotor und mindestens einen Vortrieb erzeugenden Elektromotor aufweist, der von einem im Fahrzeug vorgesehenen elektrischen Energiespeicher mit elektrischer Energie versorgt wird. Der elektrische Energiespeicher kann bei abgestelltem Fahrzeug über eine elektrische Schnittstelle aus einem stationären Stromnetz geladen werden.
Als ”Wärmespeicher” kann bei einem Hybridfahrzeug z. B. der Verbrennungsmotor verwendet werden, da dieser eine beträchtliche Wärmekapazität, d. h. ein beträchtliches Wärmespeichervermögen aufweist. Insbesondere kann auch das mit einer Kühlflüssigkeit befüllte Kühlsystem des Verbrennungsmotors sehr gut als Wärmespeicher verwendet werden. Alternativ dazu kann bei einem Hybridfahrzeug oder bei einem reinen Elektrofahrzeug als Wärmespeicher auch ein Fahrzeugvortrieb erzeugender Elektromotor genutzt werden.
Als Heizeinrichtung kann ein elektrischer Durchlauferhitzer verwendet werden, der in das Kühlsystem des Verbrennungsmotors integriert oder mit diesem thermisch gekoppelt ist und ein Aufheizen der Kühlflüssigkeit des Kühlsystems ermöglicht. Ein Durchlauferhitzer kann über die im Fahrzeug vorgesehene elektrische Schnittstelle aus einem stationären Stromnetz mit elektrischer Energie versorgt werden. Durch geeignete Verschaltung der Ventile des Kühlsystems des Verbrennungsmotors wird erreicht, dass der Verbrennungsmotor durchwärmt wird und somit die gesamte Wärmekapazität des Verbrennungsmotors ausgenutzt werden kann. Ein schnelles Aufheizen des Verbrennungsmotors wird erreicht, wenn das im Kühlsystem befindliche Kühlmittel während der Aufheizphase das Kühlmittel über eine elektrische Kühlmittelpumpe im Verbrennungsmotor umgepumpt wird.
Sollte während des Betriebs des Fahrzeugs die vom Verbrennungsmotor abgegebene Wärmeleistung zum Heizen des Fahrgastraums zu gering sein, so kann die elektrische Heizeinrichtung aus dem im Fahrzeug vorgesehenen elektrischen Energiespeicher mit elektrischer Energie versorgt werden und der Fahrgastraum somit ergänzend mit der im Fahrzeug gespeicherten elektrischen Energie beheizt werden.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist der Wärmespeicher bzw. sind die den Wärmespeicher bildenden Komponenten (z. B. Verbrennungsmotor, Kühlsystemleitungen, etc.) mit einer Wärmedämmung versehen, die abgestelltem Fahrzeug Wärmeverluste an die Umgebung begrenzt. So können z. B. die Kühlmittelleitungen des Kühlsystems mit einer Leitungsisolierung versehen sein, ähnlich wie dies aus der Haustechnik bekannt ist.
Bei der Einrrichtung, mittels der bei Fahrtbeginn bzw. während der Fahrt dem Wärmespeicher Wärme entzogen und dem Fahrgastraum des Fahrzeugs zugeführt wird, kann es sich um den bei herkömmlichen Fahrzeugen und heutigen Hybridfahrzeugen ohnehin vorhandenen Heizungswärmetauscher handeln.
Wenn während der Fahrt des Fahrzeugs über die Heizeinrichtung mit elektrischer Energie aus dem im Fahrzeug vorgesehenen elektrischen Energiespeicher zugeheizt werden muss, so kann vorgesehen sein, dass der Heizkreis, in dem sich die Heizeinrichtung befindet, thermisch vom Kühlkreislauf des Motors entkoppelt wird. Dies hat den Vorteil, dass nur eine relativ geringe Fluidmenge elektrisch aufgeheizt werden muss und die dem elektrischen Energiespeicher entzogene Leistung möglichst effizient über den Heizungswärmetauscher dem Fahrgastraum zugeführt werden kann. Eine unnötige ”elektrische Beheizung” des Verbrennungsmotors wird somit vermieden.
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 102009043787 [0002]

Claims

Verfahren zum Heizen des Fahrgastraums eines Fahrzeugs, das einen Vortrieb erzeugenden Elektromotor aufweist, wobei • bei abgestelltem Fahrzeug ein Wärmespeicher des Fahrzeugs mit elektrischer Energie aus einem stationären Stromnetz aufgeheizt wird, und • bei Fahrtbeginn bzw. während der Fahrt dem Wärmespeicher Wärme entzogen und dem Fahrgastraum des Fahrzeugs zugeführt wird.
Fahrzeug mit • einem Wärmespeicher, • einer elektrisch betriebenen Heizeinrichtung, die zum Aufheizen des Wärmespeichers vorgesehen ist, • einer elektrischen Schnittstelle, über die der Heizeinrichtung elektrische Energie zum Aufheizen des Wärmespeichers aus einem stationären Stromnetz zuführbar ist, • einer Einrichtung, mittels der bei Fahrtbeginn bzw. während der Fahrt dem Wärmespeicher Wärme entzogen und einem Fahrgastraum des Fahrzeugs zugeführt werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Fahrzeug um ein Fahrzeug handelt, das einen Vortrieb erzeugenden Elektromotor aufweist.
Verfahren bzw. Fahrzeug nach Anspruch 1 bzw. 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug ein Hybridfahrzeug ist, das zusätzlich zu dem Elektromotor einen Verbrennungsmotor aufweist.
Verfahren bzw. Fahrzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmespeicher zumindest teilweise durch den Verbrennungsmotor und/oder den Elektromotor gebildet ist.
Verfahren bzw. Fahrzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor ein Kühlsystem aufweist, wobei der Wärmespeicher zumindest teilweise durch das Kühlsystem gebildet ist.
Verfahren bzw. Fahrzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Heizeinrichtung elektrisch mit einem im Fahrzeug angeordneten elektrischen Energiespeicher verbunden ist, wobei der Heizeinrichtung bei Bedarf Energie aus dem im Fahrzeug angeordneten elektrischen Energiespeicher zuführbar ist.
Verfahren bzw. Fahrzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmespeicher eine Wärmedämmung aufweist, die bei abgestelltem Fahrzeug Wärmeverluste aus dem Wärmespeicher an die Umgebung verringert.