DE102014213674A1

DE102014213674A1 - Vehicle with heat accumulator and method for operating a heat accumulator in a vehicle

Info

Publication number: DE102014213674A1
Application number: DE102014213674.1A
Authority: DE
Inventors: Volker Haupts
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2014-07-15
Filing date: 2014-07-15
Publication date: 2016-01-21

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit mindestens einem Antriebsmotor (1), der mittels eines Kühlmittels gekühlt wird, einem Wärmespeicher (10) zum Speichern der an das Kühlmittel abgegebenen Abwärme des Antriebsmotors (1) sowie einem elektrischen Heizgerät (12) für das Kühlmittel. Gemäß der Erfindung ist das elektrische Heizgerät (12) in dem Wärmespeicher (10) selbst eingebaut und ist dafür eingerichtet, die Temperatur eines in dem Wärmespeicher (10) enthaltenen Wärmespeichermediums über einen mittels der Abwärme erreichten Wert hinaus zu erhöhen und/oder auf einem solchermaßen erhöhten Wert zu halten.The invention relates to a vehicle having at least one drive motor (1) which is cooled by means of a coolant, a heat accumulator (10) for storing the waste heat emitted by the drive motor (1) and an electric heater (12) for the coolant. According to the invention, the electric heater (12) is installed in the heat accumulator (10) itself and is adapted to increase the temperature of a heat storage medium contained in the heat accumulator (10) beyond a value achieved by the waste heat and / or in such a way increased value.

Description

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einem flüssigkeitsgekühlten Antriebsmotor, einem Wärmespeicher zum Speichern von Abwärme und einem elektrischen Heizgerät für das Motorkühlmittel, sowie ein Verfahren zum Betrieb eines Wärmespeichers in einem derartigen Fahrzeug, gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche. The invention relates to a vehicle having a liquid-cooled drive motor, a heat accumulator for storing waste heat and an electric heater for the engine coolant, and a method for operating a heat accumulator in such a vehicle, according to the preambles of the independent claims.

Bei Kraftfahrzeugen ermöglicht ein Wärmespeicher für die im Kühlmittel enthaltene Wärme, welcher die gespeicherte Wärme je nach Umgebungstemperatur mindestens 24 Stunden lang halten kann, Einsparungen beim Kraftstoffverbrauch und entsprechend weniger Schadstoff-Emissionen. Die während einer Fahrt und/oder bei deren Beendigung im Wärmespeicher gespeicherte Wärme wird dazu genutzt, den Verbrennungsmotor und ggf. den Antriebsstrang bei erneuter Inbetriebnahme möglichst schnell wieder auf seine Betriebstemperatur zu bringen, was die Reibungsverluste im Motor und Antriebsstrang wesentlich verringert und es erlaubt, ein hinsichtlich Kraftstoffverbrauch und Emissionen optimales Kraftstoff-Luft-Gemisch zu erzeugen. Die gespeicherte Wärme kann auch dazu genutzt werden, andere Fahrzeugkomponenten wie z. B. die Fahrzeugbatterie und/oder den Fahrzeuginnenraum schnell zu erwärmen.In motor vehicles, a heat storage for the heat contained in the coolant, which can hold the stored heat depending on the ambient temperature for at least 24 hours, allows savings in fuel consumption and correspondingly less pollutant emissions. The heat stored in the heat accumulator during a journey and / or when it is completed is used to bring the internal combustion engine and possibly the drive train as soon as possible back to operating temperature during re-commissioning, which substantially reduces the friction losses in the engine and drive train and allows to produce an optimal fuel-air mixture in terms of fuel consumption and emissions. The stored heat can also be used to other vehicle components such. B. to heat the vehicle battery and / or the vehicle interior quickly.

Der Wärmespeicher wird üblicherweise als reiner Warmwasserspeicher für wässriges Kühlmittel ausgeführt sein.The heat accumulator will usually be designed as a pure hot water storage tank for aqueous coolant.

Typischerweise wird ein Kraftfahrzeug-Wärmespeicher in kleinen Schritten geladen, sobald das Kühlmittel höhere Temperaturen erreicht hat, bzw. dann, wenn überschüssige Wärmeenergie zur Verfügung steht. Dies ist der Fall, wenn die Thermostattemperatur des Motorkühlsystems, bei der das Kühlmittel durch den Kühler zirkuliert wird, erreicht ist oder beinahe erreicht ist. Typically, a motor vehicle heat accumulator is charged in small increments as soon as the coolant has reached higher temperatures or when excess heat energy is available. This is the case when the thermostat temperature of the engine cooling system, at which the coolant is circulated through the radiator, is reached or almost reached.

Die US 5 291 960 A offenbart ein Hybridfahrzeug mit den Merkmalen der Oberbegriffe der unabhängigen Patentansprüche, nämlich mit einem Verbrennungsmotor und einem elektrischen Antriebsmotor, einem Wärmespeicher zum Speichern der an das Motorkühlmittel abgegebenen Abwärme des Antriebsmotors sowie einem elektrischen Heizgerät, das dem Wärmespeicher nachgeschaltet ist und dazu dient, dem Wärmespeicher entnommenes Kühlmittel vorzuheizen, aber erst dann, wenn dessen Temperatur unter einen vorbestimmten Wert gesunken ist. Zum Vorheizen des Kühlmittels dient überschüssige elektrische Energie, nämlich elektrischer Strom, den der Antriebsmotor erzeugt, wenn er beim Verlangsamen des Fahrzeugs durch regeneratives Bremsen als Generator betrieben wird, hier Rekuperationsbremsenergie genannt, soweit diese Energie nicht von anderen Verbrauchern benötigt wird oder von der Fahrzeugbatterie aufgenommen werden kann.The US 5 291 960 A discloses a hybrid vehicle having the features of the preambles of the independent claims, namely with an internal combustion engine and an electric drive motor, a heat accumulator for storing the heat released to the engine coolant waste heat of the drive motor and an electric heater, which is connected downstream of the heat accumulator and serves to the heat accumulator taken Preheat coolant, but only if its temperature has fallen below a predetermined value. For preheating the coolant is excess electrical energy, namely electric power generated by the drive motor when it is operated when slowing down the vehicle by regenerative braking as a generator, called recuperation braking energy, unless this energy is needed by other consumers or absorbed by the vehicle battery can be.

Die EP 0 827 853 A2 offenbart ein Hybridfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor und einem elektrischen Antriebsmotor, einem Latentwärmespeicher sowie einem Heizwiderstand im Latentwärmespeicher zum Umwandeln von Rekuperationsbremsenergie in gespeicherte Wärme.The EP 0 827 853 A2 discloses a hybrid vehicle with an internal combustion engine and an electric drive motor, a latent heat storage and a heating resistor in the latent heat storage for converting Rekuperationsbremsenergie in stored heat.

Die DE 27 50 894 A offenbart einen stationären Dieselmotor zur Erzeugung von Wärmeenergie und elektrischer Energie, wobei Wasser, dass mittels einer Flüssigkeitsbremse erwärmt worden ist, mittels einer nachgeschalteten Wärmepumpe noch mehr erwärmt werden kann.The DE 27 50 894 A discloses a stationary diesel engine for generating thermal energy and electrical energy, wherein water which has been heated by means of a liquid brake can be heated even more by means of a downstream heat pump.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die in einem Wärmespeicherbehälter für Fahrzeuge speicherbare Wärme und damit die Zeitspanne, über die der Wärmespeicher die Wärme speichern kann, zu vergrößern, ohne den Wärmespeicher selbst vergrößern müssen.The invention is based on the object, which can be stored in a heat storage tank for vehicles heat and thus the amount of time over which the heat storage can store the heat, without having to increase the heat storage itself.

Diese Aufgabe wird durch ein Fahrzeug und durch ein Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst.This object is achieved by a vehicle and by a method having the features of the independent claims.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben. Advantageous developments of the invention are specified in the dependent claims.

Gemäß der Erfindung ist das elektrische Heizgerät in dem Wärmespeicher selbst eingebaut und dafür eingerichtet, die Temperatur eines in dem Wärmespeicher enthaltenen Wärmespeichermediums, welches das Kühlmittel des Antriebsmotors ist oder umfasst, über einen mittels der Abwärme erreichten Wert hinaus zu erhöhen und/oder auf einem solchermaßen erhöhten Wert zu halten.According to the invention, the electric heater is installed in the heat storage itself and adapted to increase the temperature of a heat storage medium contained in the heat accumulator, which is or includes the coolant of the drive motor, beyond a value achieved by the waste heat and / or in such a way increased value.

In bevorzugten Ausführungsformen ist das elektrische Heizgerät dafür eingerichtet, die Temperatur des Wärmespeichermediums, welche für wässriges Kühlmittel maximal ungefähr 105 °C beträgt, noch darüber hinaus zu erhöhen, oder auch über eine noch höhere Temperatur wie z. B. 110, 115 oder 120 °C hinaus. In preferred embodiments, the electric heater is configured to increase the temperature of the heat storage medium, which is a maximum of about 105 ° C for aqueous coolant, or even beyond an even higher temperature such. B. 110, 115 or 120 ° C addition.

Im Falle eines wässrigen Kühlmittels muss der Wärmespeicher natürlich für entsprechend höhere Kühlmitteldrücke ausgelegt sein. Ein Wärmespeicher, der leicht so konstruiert werden kann, dass er bei geringem Gewicht entsprechende Drücke aushält, ist in der DE 10 2012 204 988 A1 offenbart. Falls der Wärmespeicher von dem übrigen Kühlkreislauf getrennt wird, bevor das Überhitzen stattfindet, kann der übrige Kühlkreislauf unverändert bleiben. In diesem Fall wird erst dann wieder erlaubt, den Wärmespeicher mit dem übrigen Kühlkreislauf zu verbinden, wenn die Temperatur darin unter 105 °C gesunken ist. In the case of an aqueous coolant, the heat storage must of course be designed for correspondingly higher coolant pressures. A heat storage, which can be easily constructed so that it withstands low pressures corresponding pressures, is in the DE 10 2012 204 988 A1 disclosed. If the heat storage is separated from the rest of the cooling circuit before overheating takes place, the rest of the cooling circuit can remain unchanged. In this case, it is only allowed to return the Heat storage to connect with the rest of the cooling circuit when the temperature has fallen below 105 ° C.

Alternativ ist es möglich, auch den übrigen Kühlkreislauf für höhere Drücke als üblich auszulegen, oder man verwendet statt eines überwiegend wässrigen Kühlmittels ein besonderes Kühlmittelgemisch mit höherem Siedepunkt bzw. niedrigerem Dampfdruck bei hohen Temperaturen.Alternatively, it is possible to design the other cooling circuit for higher pressures than usual, or instead of using a predominantly aqueous coolant, a special coolant mixture with a higher boiling point or lower vapor pressure at high temperatures is used.

Die Erfindung eignet sich besonders für Fahrzeuge mit einem Verbrennungsmotor als Antriebsmotor oder Hauptantriebsmotor und mit einer elektrischen Maschine, die entweder nur als elektrischer Generator arbeitet, z. B. als Lichtmaschine, oder die zusätzliche Antriebskraft bereitstellen kann, wie im Falle eines Hybridfahrzeugs mit einem beliebigen Hybridisierungsgrad. Dabei liefert der Verbrennungsmotor die Abwärme, und die elektrische Maschine liefert immer dann, wenn sie das Fahrzeug bei abgeschalteter Kraftstoffzufuhr zum Verbrennungsmotor verlangsamt, Rekuperationsenergie, die unter anderem zum Betrieb des elektrischen Heizgeräts verwendet werden kann. The invention is particularly suitable for vehicles with an internal combustion engine as a drive motor or main drive motor and with an electric machine that works either only as an electric generator, eg. B. as an alternator, or can provide the additional driving force, as in the case of a hybrid vehicle with any degree of hybridization. In this case, the internal combustion engine supplies the waste heat, and the electrical machine delivers whenever it slows down the vehicle with the fuel supply to the engine, recuperation energy that can be used, inter alia, for operating the electric heater.

Bei einem derartigen Fahrzeug ermöglicht es die Erfindung, die Aufwärmphase nach einem Kaltspart des Verbrennungsmotors noch mehr zu verkürzen und damit noch mehr Kraftstoff und Emissionen zu sparen. In such a vehicle, the invention makes it possible to shorten the warm-up phase even more after a cold part of the internal combustion engine and thus to save even more fuel and emissions.

Der konstruktive Aufwand dafür ist gering, weil lediglich das elektrische Heizgerät im Wärmespeicher vorgesehen werden muss. Der Wirkungsgrad kann sehr hoch sein, weil das elektrische Heizgerät einfach ein Heizwiderstand sein kann, der nach Art eines Tauchsieders in das Wärmespeichermedium eingetaucht ist und vorzugsweise nahe am Boden und mit möglichst großem Abstand von den Seitenwänden des Wärmespeichers angeordnet ist, so dass der Heizwiderstand überall von Kühlmittel umgeben ist, wobei sich das meiste Kühlmittel darüber befindet.The design effort for this is low, because only the electric heater must be provided in the heat storage. The efficiency can be very high, because the electric heater can simply be a heating resistor, which is immersed in the manner of an immersion heater in the heat storage medium and preferably located close to the ground and with the greatest possible distance from the side walls of the heat accumulator, so that the heating resistor everywhere surrounded by coolant, with most of the coolant above it.

Zweckmäßigerweise wird für das elektrische Heizen des Wärmespeichers nur oder überwiegend Rekuperationsenergie verwendet, die auf andere Weise nicht sinnvoll nutzbar ist, z. B. weil gerade wenig elektrischer Strom im Fahrzeug benötigt wird und die Fahrzeugbatterie schon gut geladen ist. Conveniently, only or predominantly recuperation energy is used for the electrical heating of the heat storage, which is not useful in other ways, eg. B. because just little electrical current in the vehicle is needed and the vehicle battery is already well loaded.

Die Erfindung eignet sich nicht nur für Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor, sondern auch für rein elektrisch angetriebene Fahrzeuge mit flüssigkeitsgekühlten Elektromotoren. In diesem Fall ist es die Abwärme des Elektromotors, die im Wärmespeicher gespeichert wird, und das Wärmespeichermedium wird überhitzt, sobald überschüssige Rekuperationsenergie zur Verfügung steht. Die so gespeicherte Wärme kann genutzt werden, um die Traktionsbatterie und/oder den Innenraum des Elektrofahrzeugs schnell aufzuwärmen, wenn das Fahrzeug nach längerem Stillstand in kalter Umgebung wieder in Betrieb genommen wird. The invention is not only suitable for vehicles with internal combustion engine, but also for purely electrically driven vehicles with liquid-cooled electric motors. In this case, it is the waste heat of the electric motor that is stored in the heat accumulator and the heat storage medium is overheated as soon as excess recuperation energy is available. The heat stored in this way can be used to quickly warm the traction battery and / or the interior of the electric vehicle when the vehicle is put back into operation after a long standstill in a cold environment.

Bei niedrigen Außentemperaturen ist das Ladungsaufnahmevermögen der gängigen Typen von Traktionsbatterien relativ gering, so dass während des Fahrens bei Kälte häufiger als sonst Rekuperationsenergie zur Verfügung steht, die von der Traktionsbatterie nicht mehr aufgenommen werden kann. Durch die Möglichkeit, mit der Rekuperationsenergie das Wärmespeichermedium gezielt zu überhitzen, wird diese Energie nicht vergeudet.At low ambient temperatures, the charge absorption capacity of the common types of traction batteries is relatively low, so that during cold driving more often than otherwise recuperation energy is available, which can no longer be absorbed by the traction battery. Due to the possibility of deliberately overheating the heat storage medium with the recuperation energy, this energy is not wasted.

Die Erfindung kann bei Kraftfahrzeugen wie Personen- und Lastkraftwagen, aber auch bei anderen Fahrzeugen wie z. B. Geräten der Landwirtschaft oder der Bauwirtschaft, Schiffen und Flugzeugen eingesetzt werden, auch wenn derartige Fahrzeug meist keine oder nur sehr wenig Rekuperationsenergie bereitstellen können. Denn auch bei derartigen Fahrzeugen werden Kraftstoffökonomie und Emissionsarmut immer wichtiger, und der elektrische Strom zum Überhitzen des Wärmespeichermediums kann möglicherweise aus anderen Quellen als einer Lichtmaschine wirtschaftlich bereitgestellt werden. The invention can be applied to motor vehicles such as passenger cars and trucks, but also in other vehicles such. As agricultural or construction equipment, ships and aircraft are used, even if such vehicles usually can provide little or no recuperation energy. Even with such vehicles, fuel economy and low emissions are becoming increasingly important, and the electric power for overheating the heat storage medium may possibly be economically provided from sources other than an alternator.

Das elektrische Heizgerät hat den Zusatznutzen, dass es nicht nur für die hier beanspruchten Zwecke genutzt werden kann, sondern auch dazu, den Antriebsmotor mittels elektrischem Strom noch schneller auf Betriebstemperatur zu bringen, während das Kühlmittel durch den Wärmespeicher zirkulieren gelassen wird, in dem das elektrische Heizgerät arbeitet.The electric heater has the added benefit that it can be used not only for the purposes claimed here, but also to bring the drive motor by means of electric current even faster to operating temperature, while the coolant is circulated through the heat storage in which the electric Heater works.

Es folgt eine Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen. Darin zeigen: The following is a description of embodiments with reference to the drawings. Show:

1 eine Prinzipskizze des Kühlkreislaufs in einem Kraftfahrzeug mit Verbrennungsmotor; und 1 a schematic diagram of the cooling circuit in a motor vehicle with internal combustion engine; and

2 zeitliche Temperaturverläufe beim Abkühlen eines Wärmespeichers ohne bzw. mit Temperaturüberhöhung. 2 temporal temperature curves during cooling of a heat storage without or with temperature increase.

Bei dem in 1 gezeigten Kühlkreislauf führt ein erster Kühlwasserkreis von einem Verbrennungsmotor 1 mit angeschlossenem Getriebe 2 über einen Temperatursensor 3 und ein Ventil 4 zu einem Kühler 5 und von dort über eine Wasserpumpe 6 zurück zum Verbrennungsmotor 1. Ein zweiter Kühlwasserkreis führt über ein Ventil 7 zu einer Insassen- oder Innenraumheizung 8 und von dort über die Wasserpumpe 6 zurück zum Verbrennungsmotor 1. At the in 1 shown cooling circuit leads a first cooling water circuit of an internal combustion engine 1 with connected gearbox 2 via a temperature sensor 3 and a valve 4 to a cooler 5 and from there via a water pump 6 back to the combustion engine 1 , A second cooling water circuit leads through a valve 7 to an occupant or interior heating 8th and from there via the water pump 6 back to the combustion engine 1 ,

Ein weiterer Kühlkreislauf führt von dem Ventil 4 über eine Wasserpumpe 9 zu einem Wärmespeicher 10 und von dort über einen Temperatursensor 11 zum Ventil 7. Außerdem kann ein nicht gezeigtes Entlüftungssystem für die beiden Kühlkreisläufe vorgesehen sein.Another cooling circuit leads from the valve 4 over a water pump 9 to a heat storage 10 and from there via a temperature sensor 11 to the valve 7 , In addition, a not shown venting system can be provided for the two cooling circuits.

Im normalen Betrieb sind die Ventile 4 und 7 so geschaltet, dass das Kühlwasser durch den Kühler 5 und/oder die Heizung 8 strömt, aber nicht durch den Wärmespeicher 10. In einem Wärmespeicherungsbetrieb werden die Ventile 4 und 7 so geschaltet, dass warmes oder heißes Kühlwasser in den Wärmespeicher 10 strömt, bis dieser mit heißem Kühlwasser gefüllt ist. Dies kann mittels des Temperatursensors 11 festgestellt werden. Anschließend werden die Ventile 4 und 7 wieder in den Normalbetrieb geschaltet, so dass das heiße Kühlwasser im Wärmespeicher 10 gespeichert bleibt. Für möglichst lange Erhaltung der Wärme ist der Wärmespeicher 10 gut wärmeisoliert. In normal operation, the valves are 4 and 7 switched so that the cooling water through the radiator 5 and / or the heating 8th flows, but not through the heat storage 10 , In a heat storage operation, the valves 4 and 7 switched so that hot or hot cooling water in the heat storage 10 flows until it is filled with hot cooling water. This can be done by means of the temperature sensor 11 be determined. Subsequently, the valves 4 and 7 switched back to normal mode, so that the hot cooling water in the heat storage 10 remains stored. For the longest possible preservation of the heat is the heat storage 10 good heat insulation.

Wird der Verbrennungsmotor 1 nach Beendigung einer Fahrt und längerem Stillstand z. B. über Nacht wieder gestartet, d. h., es findet ein Kaltstart statt, misst der Temperatursensor 3 eine niedrige Temperatur des Kühlwassers. Daraufhin werden die Ventile 4 und 7 so geschaltet, dass in einem kleinen Kreislauf das warme Kühlwasser aus dem Wärmespeicher 10 durch den Verbrennungsmotor 1 zirkuliert, was den Verbrennungsmotor 1 und ggf. das Getriebe 2 und weitere Komponenten des Antriebstrangs schnell erwärmt. Hat der Verbrennungsmotor 1 seine Betriebstemperatur oder eine definierte Temperaturschwelle erreicht, schalten die Ventile 4 und 7 wieder auf den Normalbetrieb um.Will the internal combustion engine 1 after completion of a journey and longer standstill z. B. restarted overnight, ie, there is a cold start instead, measures the temperature sensor 3 a low temperature of the cooling water. Thereupon the valves become 4 and 7 switched so that in a small circuit, the warm cooling water from the heat storage 10 through the internal combustion engine 1 circulates what the internal combustion engine 1 and possibly the transmission 2 and further components of the drive train heats up quickly. Has the internal combustion engine 1 reaches its operating temperature or a defined temperature threshold, the valves switch 4 and 7 back to normal operation.

Die erneute Füllung des Wärmespeichers 10 kann bereits vor dem Umschalten der Ventile 4 und 7 geschehen sein, oder die Wärmespeicherung wird zu einem späteren Zeitpunkt durchgeführt. Während der Fahrt kann eine wiederkehrende Überprüfung und/oder Neufüllung des Wärmespeichers 10 vorgesehen sein, um stets eine hohe Temperatur des Kühlwassers im Wärmespeicher 10 zu garantieren.The renewed filling of the heat accumulator 10 can already before switching the valves 4 and 7 be done, or the heat storage will be done later. While driving can be a recurrent review and / or refill the heat storage 10 be provided to always a high temperature of the cooling water in the heat storage 10 to guarantee.

Im Wärmespeicher 10 befindet sich ein Heizwiderstand 12, der ähnlich einem Tauchsieder direkt von dem Kühlwasser oder Latentwärmespeichermedium umgeben ist. Der Heizwiderstand 12 sollte nahe am Boden und mit möglichst großem Abstand von den Seitenwänden des Wärmespeichers angeordnet sein, wie in 1 angedeutet.In the heat storage 10 there is a heating resistor 12 , which is similar to an immersion heater directly surrounded by the cooling water or latent heat storage medium. The heating resistor 12 should be located close to the ground and with the greatest possible distance from the side walls of the heat accumulator, as in 1 indicated.

Das Kraftfahrzeug enthält außerdem eine Fahrzeugbatterie 13 und einen elektrischen Antriebsmotor, der beim Verlangsamen des Fahrzeugs durch regeneratives Bremsen bei abgeschalteter Kraftstoffzufuhr als Generator 14 wirkt, welcher unter anderem die Fahrzeugbatterie 13 laden und/oder den Heizwiderstand 12 mit Strom versorgen kann, wie in 1 schematisch gezeigt.The motor vehicle also includes a vehicle battery 13 and an electric drive motor, which is used as a generator when slowing down the vehicle by regenerative braking with the fuel cut off 14 acts, which among other things the vehicle battery 13 charge and / or the heating resistor 12 can supply electricity, as in 1 shown schematically.

Nachdem der Verbrennungsmotor 1 seine Betriebstemperatur oder eine definierte Temperaturschwelle erreicht hat und der Wärmespeicher 10 durch Umschalten der Ventile 4 und 7 abgesperrt worden ist, wird jedes Mal, wenn der Generator 14 im Fahrbetrieb Rekuperationsenergie erzeugt, die nicht von anderen Verbrauchern benötigt wird oder von der Fahrzeugbatterie 13 aufgenommen werden kann, diese Rekuperationsenergie dazu verwendet, den Wärmespeicher 10 mittels des Heizwider-standes 12 noch mehr mit Wärme aufzuladen, indem die Temperatur des darin befindlichen Kühlmittels und sonstigen Wärmespeichermediums weiter erhöht wird. After the internal combustion engine 1 has reached its operating temperature or a defined temperature threshold and the heat storage 10 by switching the valves 4 and 7 has been shut off every time the generator 14 generates recuperation energy when driving, which is not needed by other consumers or from the vehicle battery 13 can be included, this Rekuperationsenergie used to the heat storage 10 by means of the heating resistor 12 Charge even more with heat by the temperature of the coolant and other heat storage medium therein is further increased.

Der Wärmespeicher 10 bleibt geschlossen, d. h. vom übrigen Kühlmittelkreislauf getrennt, während das Fahrzeug mit diesem höheren Temperaturniveau des Wärmespeichers 10 fährt. Wenn das Temperaturniveau während einer längeren Fahrt durch Isolationsverluste etwas sinkt, kann ggf. von Zeit zu Zeit elektrisch nachgeheizt werden.The heat storage 10 remains closed, ie separated from the rest of the coolant circuit, while the vehicle with this higher temperature level of the heat accumulator 10 moves. If the temperature level drops slightly during a longer journey due to insulation losses, electric heating may be required from time to time.

Bei einem Kraftfahrzeug mit Verbrennungsmotor als alleinigem Antrieb ist die Fahrzeugbatterie 13 meist eine Blei-Säure-Batterie, und bei einem Hybridfahrzeug mit einem beliebigen Hybridisierungsgrad, bei dem die Fahrzeugbatterie 13 zusätzliche Antriebskraft bereitstellen kann, ist die Fahrzeugbatterie 13 oft eine Lithium-Ionen-Batterie. Beide Batterietypen sind gegen kalte Umgebungsbedingungen empfindlich. Insbesondere Temperaturen unter dem Gefrierpunkt vermindern das Ladungsaufnahmevermögen beträchtlich, besonders bei einer Lithium-Ionen-Batterie. Daher steht gerade an kalten Tagen besonders häufig überschüssige Rekuperationsenergie zur Verfügung, die dem Heizwiderstand 12 zugeführt werden kann, um eine spätere Wiederaufwärmphase des Verbrennungsmotors 1 zu verkürzen.In a motor vehicle with internal combustion engine as sole drive is the vehicle battery 13 usually a lead-acid battery, and in a hybrid vehicle with any degree of hybridization in which the vehicle battery 13 can provide additional driving force is the vehicle battery 13 often a lithium-ion battery. Both types of batteries are sensitive to cold environmental conditions. In particular, temperatures below freezing considerably reduce the charge-up capacity, especially in the case of a lithium-ion battery. Therefore, especially on cold days, excess recuperation energy is particularly often available, which is the heating resistor 12 can be supplied to a later reheating phase of the internal combustion engine 1 To shorten.

In 2 zeigt das Bezugszeichen 20 einen typischen Verlauf der Temperaturabnahme des Wärmespeichers 10 über 72 Stunden bei einer Umgebungstemperatur von 25 °C, wenn das Kühlmittel bzw. Wärmespeichermedium im Wärmespeicher 10 anfänglich einen maximalen Wert der Kühlmitteltemperatur von ungefähr 105 °C besaß und der Wärmespeicher 10 geschlossen worden ist, nachdem er dieses Temperaturniveau erreicht hat.In 2 shows the reference numeral 20 a typical course of the temperature decrease of the heat accumulator 10 for 72 hours at an ambient temperature of 25 ° C, when the coolant or heat storage medium in the heat storage 10 initially had a maximum value of the coolant temperature of about 105 ° C and the heat storage 10 has been closed after reaching this temperature level.

Das Bezugszeichen 21 zeigt den typischen Verlauf der Temperaturabnahme desselben Systems desselben Wärmespeichers 10, wenn das Kühlmittel bzw. Wärmespeichermedium im Wärmespeicher anfänglich einen Wert von ungefähr 120 °C besessen hat.The reference number 21 shows the typical course of the temperature decrease of the same system of the same heat storage 10 when the coolant or heat storage medium in the heat storage initially has a value of about 120 ° C possessed.

Man erkennt in 2, dass der Temperaturverlauf 21 eine kürzere spätere Wiederaufwärmphase des Verbrennungsmotors als der Temperaturverlauf 20 ermöglicht.One recognizes in 2 that the temperature history 21 a shorter later reheating phase of the internal combustion engine than the temperature profile 20 allows.

Man erkennt in 2 auch, dass die beschriebene Vorrichtung und das beschriebene Verfahren auch dann nützlich sein können, wenn das Temperaturniveau des Wärmespeichers 10 nicht über ca. 105 °C gebracht wird, weil der Wärmespeicher 10 nicht dafür ausgelegt ist. Zum Beispiel kann es sein, dass bei gemäßigter Fahrweise und/oder niedrigen Umgebungstemperaturen die Kühlmitteltemperatur während einer Fahrt gar nicht über einen relativ niedrigen Wert von z. B. 80 °C steigt. Falls ein Bordcomputer feststellt, dass die Kühlmitteltemperatur voraussichtlich nicht mehr weiter steigen wird, kann er dafür sorgen, dass zumindest der Wärmespeicher 10 mittels Rekuperationsenergie und des Heizwiderstandes 12 auf ein höheres Temperaturniveau gebracht werden, was die Zeitspanne verlängert, nach der die gespeicherte Wärmeenergie zum Wiederaufwärmen des Verbrennungsmotors genutzt werden kann. One recognizes in 2 Also that the device described and the method described can also be useful when the temperature level of the heat storage 10 not above about 105 ° C is brought, because the heat storage 10 not designed for it. For example, it may be that at moderate driving style and / or low ambient temperatures, the coolant temperature during a ride does not exceed a relatively low value of z. B. 80 ° C increases. If an on-board computer determines that the coolant temperature is unlikely to increase any further, it can ensure that at least the heat storage 10 by means of recuperation energy and the heating resistor 12 be increased to a higher temperature level, which extends the period after which the stored heat energy can be used to reheat the engine.

In einem Fall, in dem das Wärmespeichermedium im Wärmespeicher 10 nicht nur aus Kühlmittel des Antriebsmotors besteht, sondern zusätzlich ein Latentwärme speicherndes Material umfasst, kann es sein, dass die Temperaturverläufe 20 und 21 etwas anders aussehen als in 2. Zum Beispiel im Falle eines Phasenumwandlungsmaterials als Latentwärmespeichermedium würde die Temperatur während gewisser Zeitspannen, während der das Material seine Phase ändert, ungefähr konstant bleiben. Entsprechendes gilt für den umgekehrten Temperaturverlauf beim Aufheizen des Wärmespeichers, wobei die Temperatur während Zeitspannen der Phasenänderung nicht oder nur wenig steigt. Während dieser Zeitspannen erhöht das elektrische Heizen weniger die Temperatur, sondern überwiegend die Enthalpie des Wärmespeichermediums. Im Sinne der vorliegenden Erfindung sollen derartige Zeitspannen umfasst sein, wenn von einer Temperaturerhöhung des im Wärmespeicher enthaltenen Wärmespeichermediums die Rede ist.In a case where the heat storage medium in the heat storage 10 not only consists of coolant of the drive motor, but also includes a latent heat-storing material, it may be that the temperature characteristics 20 and 21 look a little different than in 2 , For example, in the case of a phase change material as a latent heat storage medium, the temperature would remain approximately constant for some periods of time during which the material changes phase. The same applies to the reverse temperature profile during heating of the heat accumulator, wherein the temperature does not increase or only slightly during periods of the phase change. During these periods, the electrical heating increases less the temperature, but mainly the enthalpy of the heat storage medium. For the purposes of the present invention, such periods should be encompassed when mention is made of a temperature increase of the heat storage medium contained in the heat accumulator.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 5291960 A [0005]
EP 0827853 A2 [0006]
DE 2750894 A [0007]
DE 102012204988 A1 [0013]

Claims

Vehicle with at least one drive motor ( 1 ), which is cooled by means of a coolant, a heat storage ( 10 ) for storing the heat released to the coolant waste heat of the drive motor ( 1 ) and an electric heater ( 12 ) for the coolant, characterized in that the electric heater ( 12 ) in the heat storage ( 10 ) itself installed and adapted to the temperature of one in the heat storage ( 10 ) heat storage medium beyond a value achieved by means of the waste heat to increase and / or to maintain such a value increased.

Vehicle according to claim 1, characterized in that the heat accumulator ( 10 ) is designed for higher maximum coolant temperatures than approximately 105, 110, 115 or 120 ° C.

Vehicle according to claim 1 or 2, characterized in that the vehicle has an internal combustion engine ( 1 ) and an electric machine ( 14 ), wherein the internal combustion engine ( 1 ) supplies the waste heat and the electric machine ( 14 ) Recuperation energy for operation of the electric heater ( 12 ).

Vehicle according to claim 1 or 2, characterized in that the vehicle includes an electric machine as a single drive motor, both the waste heat and recuperation energy for operation of the electric heater ( 12 ).

Vehicle according to one of the preceding claims, characterized in that the electric heater ( 12 ) is a heating resistor immersed in the heat storage medium.

Vehicle according to one of the preceding claims, characterized in that the vehicle is a passenger and truck.

Method for operating a heat accumulator ( 10 ) in a vehicle having at least one drive motor ( 1 ), which is cooled by means of a coolant and its waste heat in the heat storage ( 10 ), characterized in that the temperature of one in the heat storage ( 10 ) is increased by direct electrical heating above a value achieved by means of the waste heat and / or is maintained at such a level increased heat storage medium.

A method according to claim 7, characterized in that the temperature of the heat storage medium is increased by electrical heating if possible above about 105, 110, 115 or 120 ° C addition and / or maintained at one of these values.

A method according to claim 7 or 8, characterized in that the temperature of the heat storage medium is increased and / or maintained, while the heat storage ( 10 ) is separated from the rest of the coolant circuit of the vehicle.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the method is carried out in a vehicle according to one of claims 1 to 7.