DE102016222358A1

DE102016222358A1 - Verfahren zur Energieübertragung zwischen einer Fahrzeugbatterie und einem Gebäude, Energieübertragungsvorrichtung und Gebäude mit einer Energieübertragungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102016222358A1
Application number: DE102016222358.5A
Authority: DE
Inventors: Saskia Lupart; Simon Nürnberger; Sandra Zugmann
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2016-11-15
Filing date: 2016-11-15
Publication date: 2018-05-17

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Energieübertragung zwischen einer Fahrzeugbatterie (1) und einem Gebäude (2), bei welchem ein Fluid (7) führender Wärmeübertrager (4) einer Energieübertragungsvorrichtung (3) des Gebäudes (2) an die Fahrzeugbatterie (1) herangeführt und Wärmeenergie zwischen der Fahrzeugbatterie (1) und dem in dem Wärmeübertrager (4) geführten Fluid (7) übertragen wird. Weitere Aspekte der Erfindung betreffen eine Energieübertragungsvorrichtung (3) sowie ein Gebäude (2) mit einer Energieübertragungsvorrichtung (3).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Energieübertragung zwischen einer Fahrzeugbatterie und einem Gebäude. Weitere Aspekte der Erfindung betreffen eine Energieübertragungsvorrichtung und ein Gebäude mit einer Energieübertragungsvorrichtung.
Bei Verfahren zur Energieübertragung zwischen einer Batterie eines Kraftfahrzeugs und Gebäuden ist es aus dem Stand der Technik bekannt, beispielsweise elektrische Energie aus einem Hausnetz eines Gebäudes in die Fahrzeugbatterie einzuspeisen. Hierzu kann beispielsweise über eine Steckverbindung eine Versorgung einer Batterie eines sogenannten Plug-In-Hybridfahrzeugs mit elektrischer Energie aus dem Hausnetz ermöglicht werden.
Häufig weisen Batterien für Kraftfahrzeuge schlechte Kaltstarteigenschaften auf. Dadurch kann eine Energieversorgung des Kraftfahrzeugs mit elektrischer Energie aus der Batterie teilweise nur eingeschränkt verfügbar sein.
Es ist Aufgabe der Erfindung ein Verfahren, eine Energieübertragungsvorrichtung sowie ein Gebäude der eingangs genannten Art bereitzustellen, mittels welchen eine Einsatzbereitschaft einer Fahrzeugbatterie besonders aufwandsarm verbessert werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch eine Energieübertragungsvorrichtung gemäß Patentanspruch 8 sowie durch ein Gebäude gemäß Patentanspruch 9 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche und der Beschreibung.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Energieübertragung zwischen einer Fahrzeugbatterie und einem Gebäude, bei welchem ein Fluid führender Wärmeübertrager einer Energieübertragungsvorrichtung des Gebäudes an die Fahrzeugbatterie herangeführt und Wärmeenergie zwischen der Fahrzeugbatterie und dem in dem Wärmeübertrager geführten Fluid übertragen wird. Dies ist von Vorteil, da durch die Übertragung der Wärmeenergie ein Erwärmen der Fahrzeugbatterie mittels des Fluids ermöglicht ist und dadurch die Einsatzbereitschaft der Fahrzeugbatterie auch bei besonders niedrigen Umgebungstemperaturen besonders aufwandsarm verbessert werden kann. Das Verfahren ermöglicht es dementsprechend auch, eine Einsatzbereitschaft von derartigen Fahrzeugbatterien aufwandsarm zu verbessern, welche beispielsweise bei Raumtemperatur einen besonders hohen Innenwiderstand aufweisen. Zu derartigen Fahrzeugbatterien zählen beispielsweise sogenannte Polymerbatterien, welche bei Raumtemperatur einen besonders hohen, inneren Widerstand aufweisen können und dementsprechend schlechte Kaltstarteigenschaften aufweisen können. Die Fahrzeugbatterie kann bei der Durchführung des Verfahrens an einem Kraftfahrzeug angeordnet sein und damit an dem Kraftfahrzeug montiert sein.
Der Wärmeübertrager bzw. die Energieübertragungsvorrichtung kann/können mit einem Fluidkreislauf des Gebäudes gekoppelt sein. Dadurch kann das Fluid zwischen dem Wärmeübertrager und dem Gebäude transportiert werden. Der Fluidkreislauf kann beispielsweise zu einem Warmwasser-Zirkulationssystem des Gebäudes gehören. Der Wärmeübertrager kann vor dem Übertragen der Wärmeenergie beispielsweise durch eine Bewegungseinrichtung relativ zu der Fahrzeugbatterie bewegt und ausgerichtet werden. Dadurch ist ein besonders kontrolliertes Übertragen der Wärmeenergie zwischen der Fahrzeugbatterie und dem Wärmeübertrager gegeben. Der Wärmeübertrager kann dabei beispielsweise an die Fahrzeugbatterie herangeführt werden. Die Bewegungseinrichtung kann zu der Energieübertragungsvorrichtung gehören.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird als das Fluid Wasser aus einem Warmwasser-Zirkulationssystem des Gebäudes verwendet. Dies ist von Vorteil, da hierdurch sofort bereits erwärmtes Wasser zum Übertragen der Wärmeenergie an die Fahrzeugbatterie verfügbar ist, sodass eine besonders schnelles Erwärmen der Fahrzeugbatterie und damit eine besonders zügige Herstellung der Einsatzbereitschaft erreicht werden kann. Das Warmwasser-Zirkulationssystem kann auch als Warmwasservorlauf bezeichnet werden und in eine Infrastruktur des Gebäudes integriert sein. Dadurch kann ein energieintensives und damit umweltschädliches, dauerhaftes Aufrechterhalten einer Betriebstemperatur der Fahrzeugbatterie vermieden werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der Wärmeübertrager zum Übertragen der Wärmeenergie an die Fahrzeugbatterie herangeführt, indem der Wärmeübertrager durch eine Bewegungseinrichtung der Energieübertragungsvorrichtung aus einer Passivstellung, in welcher der Wärmeübertrager zumindest bereichsweise in einer Ausbuchtung in einem Untergrund aufgenommen ist und dabei einen ersten Abstand zu der Fahrzeugbatterie aufweist, in eine Aktivstellung, in welcher der Wärmeübertrager einen im Vergleich zu dem ersten Abstand kleineren, zweiten Abstand zu der Fahrzeugbatterie aufweist, bewegt wird. Dies ist von Vorteil, da der Wärmeübertrager somit besonders platzsparend in der Passivstellung in der Ausbuchtung verstaut werden kann und nur dann in die Aktivstellung bewegt wird, wenn die Übertragung der Wärmeenergie zwischen dem Wärmeübertrager und der Fahrzeugbatterie benötigt wird. Der Wärmeübertrager kann dadurch beispielsweise an einen Fahrzeugunterboden eines Kraftfahrzeugs, an welchem die Fahrzeugbatterie angeordnet sein kann, herangeführt werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird zumindest ein Teil der Wärmeenergie durch Kontaktwärmeübertragung zwischen der Fahrzeugbatterie und dem Wärmeübertrager übertragen. Dies ist von Vorteil, da durch die Kontaktwärmeübertragung ein hoher Wirkungsgrad bei der Übertragung der Wärmeenergie erreichbar ist und gleichzeitig ein besonders aufwandsarmes Übertragen der Wärmeenergie zwischen dem Wärmeübertrager und der Fahrzeugbatterie ermöglicht ist. Prinzipiell kann auch ein Übertragen zumindest eines Teils der Wärmeenergie durch Konvektion und zusätzlich oder alternativ durch Wärmestrahlung zwischen dem Wärmeübertrager und der Fahrzeugbatterie erfolgen. Insbesondere kann die Übertragung zumindest eines Teils der Wärmeenergie generell durch freie Konvention erfolgen. Die freie Konvektion kann beispielsweise genutzt werden, wenn der Wärmeübertrager zum Übertragen der Wärmeenergie an die Fahrzeugbatterie herangeführt und zwischen einem Fahrzeugunterboden und einem Untergrund, auf welchem das Fahrzeug steht, positioniert wird. Durch das Nutzen der freien Konvektion können auch schwer zugängliche Seitenflächen der Fahrzeugbatterie, von durch den Wärmeübertrager erwärmter Umgebungsluft umströmt bzw. angeströmt werden, wodurch ein gleichzeitiges Erwärmen verschiedener Teilbereiche der Fahrzeugbatterie ermöglicht ist. Dadurch ist insgesamt ein schnelleres Herstellen einer Einsatzbereitschaft der Fahrzeugbatterie besonders aufwandsarm möglich.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Fahrzeugbatterie infolge der Wärmeübertragung zumindest bereichsweise auf eine Temperatur zwischen 40 °C bis 90 °C, bevorzugt zwischen 50 °C und 80 °C und besonders bevorzugt zwischen 60 °C und 75 °C erwärmt. Unter einer Temperatur zwischen 40 °C bis 90 °C sind dabei insbesondere Temperaturen von 40,0°C, 40,5°C, 41,0°C, 41,5°C, 42,0°C, 42,5°C, 43,0°C, 43,5°C, 44,0°C, 44,5°C, 45,0°C, 45,5°C, 46,0°C, 46,5°C, 47,0°C, 47,5°C, 48,0°C, 48,5°C, 49,0°C, 49,5°C, 50,0°C, 50,5°C, 51,0°C, 51,5°C, 52,0°C, 52,5°C, 53,0°C, 53,5°C, 54,0°C, 54,5°C, 55,0°C, 55,5°C, 56,0°C, 56,5°C, 57,0°C, 57,5°C, 58,0°C, 58,5°C, 59,0°C, 59,5°C, 60,0°C, 60,5°C, 61,0°C, 61,5°C, 62,0°C, 62,5°C, 63,0°C, 63,5°C, 64,0°C, 64,5°C, 65,0°C, 65,5°C, 66,0°C, 66,5°C, 67,0°C, 67,5°C, 68,0°C, 68,5°C, 69,0°C, 69,5°C, 70,0°C, 70,5°C, 71,0°C, 71,5°C, 72,0°C, 72,5°C, 73,0°C, 73,5°C, 74,0°C, 74,5°C, 75,0°C, 75,5°C, 76,0°C, 76,5°C, 77,0°C, 77,5°C, 78,0°C, 78,5°C, 79,0°C, 79,5°C, 80,0°C, 80,5°C, 81,0°C, 81,5°C, 82,0°C, 82,5°C, 83,0°C, 83,5°C, 84,0°C, 84,5°C, 85,0°C, 85,5°C, 86,0°C, 86,5°C, 87,0°C, 87,5°C, 88,0°C, 88,5°C, 89,0°C, 89,5°C, 90,0°C zu verstehen. Je höher die Temperatur dabei ist, desto länger dauert es, bis die Fahrzeugbatterie abkühlt und desto länger kann dementsprechend prinzipiell die Einsatzbereitschaft der Fahrzeugbatterie nach einem Beenden der Wärmeübertragung aufrechterhalten bleiben, wenn die Fahrzeugbatterie anschließend nicht in Betrieb genommen wird. Dementsprechend ist bei einer Erwärmung der Fahrzeugbatterie auf eine Temperatur von 90 °C eine besonders lange Aufrechterhaltung der Einsatzbereitschaft auch bei niedrigen Umgebungstemperaturen möglich ohne die Fahrzeugbatterie in Betrieb nehmen zu müssen. Mit niedrigeren Temperaturen, beispielsweise von 40 °C, geht einerseits eine besonders schonende Aufheizung der Fahrzeugbatterie einher und andererseits kann eine unerwünschte Abgabe von Wärme an die Umgebung der Fahrzeugbatterie besonders einfach auf eine niedrige Wärmeabgabemenge begrenzt werden. Das Erwärmen auf eine Temperatur zwischen 40 °C und 90 °C ermöglicht auch die Herstellung einer Einsatzbereitschaft einer als Polymerbatterie ausgestalteten Fahrzeugbatterie, deren Betriebstemperatur in diesem Temperaturbereich liegen kann. Derartige Temperaturbereiche der Fahrzeugbatterie von 40 °C bis 90 °C können durch eine konventionelle Gebäudeheizung, beispielsweise durch eine Fußbodenheizung oder durch an jeweiligen Wänden des Gebäudes montierte Heizkörper nicht erreicht werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Energieübertragungsvorrichtung zum Übertragen zumindest eines Teils der Wärmeenergie fluidisch mit einem Fahrzeugbatterie-Fluidkanal der Fahrzeugbatterie verbunden. Dies ist von Vorteil, da hierdurch der Fahrzeugbatterie-Fluidkanal von dem Fluid durchströmt werden kann und dadurch eine besonders schnelle Verteilung der Wärmeenergie in der Fahrzeugbatterie erreicht werden kann. Mit anderen Worten kann durch das fluidische Verbinden der Energieübertragungsvorrichtung mit dem Fahrzeugbatterie-Fluidkanal ein besonders schnelles Durchheizen der Fahrzeugbatterie und damit ein besonders zügiges Herstellen der Betriebsbereitschaft erreicht werden. Der Fahrzeugbatterie-Fluidkanal kann beispielsweise Bestandteil eines Batterie-Wasserkreislaufs sein, mittels welchem eine Betriebstemperatur der Fahrzeugbatterie einstellbar bzw. regelbar ist. Zum fluidischen Koppeln können beispielsweise am Wärmeübertrager der Energieübertragungsvorrichtung entsprechende Anschlüsse vorgesehen sein, welche mit korrespondierenden Fluidanschlüssen mit dem Fahrzeugbatterie-Fluidkanal fluiddicht und lösbar gekoppelt werden können. Hierzu können beispielsweise als Bajonettverschlüsse ausgebildete Fluidanschlüsse bzw. Anschlüsse vorgesehen sein, welche ein besonders schnelles, aufwandsarmes und gegenüber einem Austreten des Fluids dichtes Koppeln ermöglichen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird zwischen der Energieübertragungsvorrichtung und der Fahrzeugbatterie elektrische Energie übertragen. Dies ist von Vorteil, da mit der elektrischen Energie eine Übertragung einer weiteren Energieart - neben der Übertragung von Wärmeenergie - ermöglicht ist. Dadurch ist die gesamte Energieübertragungsvorrichtung flexibler einsetzbar und es kann beispielsweise auch ein Laden der Fahrzeugbatterie erfolgen. Mittels der Energieübertragungsvorrichtung können diese verschiedenen Energiearten unabhängig voneinander mit der Fahrzeugbatterie ausgetauscht werden. Die elektrische Energie kann beispielsweise bei einem induktiven Laden der Fahrzeugbatterie mittels der Energieübertragungsvorrichtung übertragen werden. Hierzu kann die Energieübertragungsvorrichtung zusätzlich zu dem Wärmeübertrager eine Ladeeinrichtung aufweisen.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Energieübertragungsvorrichtung zur Energieübertragung zwischen einer Fahrzeugbatterie und einem Gebäude welche zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist. Mittels einer derartigen Energieübertragungsvorrichtung lässt sich eine Einsatzbereitschaft einer Fahrzeugbatterie besonders aufwandsarm herstellen.
Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein Gebäude mit einer Energieübertragungsvorrichtung. Die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Energieübertragungsvorrichtung vorgestellten Merkmale sowie deren Vorteile gelten entsprechend für das erfindungsgemäße Gebäude und umgekehrt.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar.
Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Gebäudes, welches Energie übertragend mit einer für die Erfindung beispielhaften Ausführungsform einer Energieübertragungsvorrichtung gekoppelt ist, wobei sich ein Wärmeübertrager sowie eine Ladeeinrichtung der Energieübertragungsvorrichtung in einer Passivstellung befinden;
2 eine weitere schematische Darstellung des Gebäudes und der Energieübertragungsvorrichtung, über welcher ein Kraftfahrzeug mit einer Fahrzeugbatterie geparkt ist, wobei der Wärmeübertrager und die Ladeeinrichtung von der Passivstellung in eine Aktivstellung bewegt werden, um Wärmeenergie bzw. elektrische Energie zwischen der Energieübertragungsvorrichtung und der Fahrzeugbatterie zu übertragen; und
3 eine weitere schematische Darstellung des Gebäudes, der Energieübertragungsvorrichtung und des Kraftfahrzeugs, wobei sich der Wärmeübertrager und die Ladeeinrichtung in der Aktivstellung befinden, in welcher Wärmeenergie und elektrische Energie von der Energieübertragungsvorrichtung an die Fahrzeugbatterie übertragen wird.

1 zeigt ein Gebäude 2, welches über ein Warmwasser-Zirkulationssystem 8 verfügt. Das Warmwasser-Zirkulationssystem 8 kann hierbei auch als Warmwasservorlauf des Gebäudes 2 bezeichnet werden. Das Gebäude 2 ist über jeweilige Leitungen mit einer für die Erfindung beispielhaften Ausführungsform einer Energieübertragungsvorrichtung 3 gekoppelt. Dabei kann einerseits elektrische Energie zwischen einem Hausnetz des Gebäudes 2 und der Energieübertragungsvorrichtung 3 und andererseits ein, vorliegend als Wasser ausgebildetes Fluid 7 zwischen dem Warmwasser-Zirkulationssystem 8 und der Energieübertragungsvorrichtung 3 ausgetauscht werden.
Die Energieübertragungsvorrichtung 3 umfasst vorliegend einen Wärmeübertrager 4, in welchen das Fluid 7 zum Übertragen von Wärmeenergie an eine in 2 und 3 gezeigte Fahrzeugbatterie 1 eines Kraftfahrzeugs 17, eingeleitet werden kann. Des Weiteren umfasst die Energieübertragungsvorrichtung 3 vorliegend eine Ladeeinrichtung 6 zum Versorgen der Fahrzeugbatterie 1 mit elektrischer Energie aus dem Hausnetz. Mittels der Ladeeinrichtung 6 ist ein induktives Laden der Fahrzeugbatterie 1 möglicht.
Um zwischen der Fahrzeugbatterie 1 und dem Gebäude 2 Energie zu übertragen, können der Wärmeübertrager 4 sowie die Ladeeinrichtung 6 von einer in 1 gezeigten Passivstellung 9 in eine in 3 gezeigte Aktivstellung 11 bewegt werden. Beim Bewegen von der Passivstellung 9 in die Aktivstellung 11 wird der das Fluid 7 führende Wärmeübertrager 4 zusammen mit der Ladeeinrichtung 6 an die Fahrzeugbatterie 1 herangeführt. Zum Bewegen des Wärmeübertragers 4 und der Ladeeinrichtung 6 von der Passivstellung 9 in die Aktivstellung 11 umfasst die Energieübertragungsvorrichtung 3 eine Bewegungseinrichtung 5. Der Wärmeübertrager 4 und die Ladeeinrichtung 6 werden mittels der Bewegungseinrichtung 5 also zum Übertragen der Wärmeenergie bzw. der elektrischen Energie an die Fahrzeugbatterie 1 herangeführt, indem deren Bewegung von der - in 1 und in 2 gezeigten - Passivstellung 9 in die - in 3 gezeigte - Aktivstellung 11, erfolgt. In der Passivstellung 9 sind der Wärmeübertrager 4 und die Ladeeinrichtung 6 zumindest bereichsweise in einer Ausbuchtung 14 in einem Untergrund 13 aufgenommen. In der Passivstellung 9 weisen der Wärmeübertrager 4 und die Ladeeinrichtung 6 einen ersten Abstand 10 zu der Fahrzeugbatterie 1 auf. In der Aktivstellung weisen der Wärmeübertrager 4 und die Ladeeinrichtung 6 einen im Vergleich zu dem ersten Abstand 10 kleineren, zweiten Abstand 12 zu der Fahrzeugbatterie 1 auf. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der zweite Abstand 12 auf einen Wert von 0 mm verringert. Durch den auf den Wert 0 mm verringerten zweiten Abstand 12 ist eine Kontaktwärmeübertragung zwischen dem Wärmeübertrager 4 und der Fahrzeugbatterie 1 ermöglicht, wie in 3 gezeigt ist. Bei der Kontaktwärmeübertragung liegt der Wärmeübertrager 4 an der Fahrzeugbatterie 1 an. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist das Fluid 7 welches in dem Warmwasser-Zirkulationssystem 8 des Gebäudes 2 im Kreislauf geführt wird, eine Temperatur von etwa 70 °C auf. Infolge der Wärmeübertragung mittels des Wärmeübertragers 4 kann die Fahrzeugbatterie 1 im vorliegenden Ausführungsbeispiel somit problemlos zumindest bereichsweise auf eine Temperatur von über 40 °C erwärmt werden, um die Einsatzbereitschaft der Fahrzeugbatterie 1 auch bei Umgebungstemperaturen unterhalb des Gefrierpunktes herzustellen.
An dem in den 2 und 3 jeweils schematisch gezeigten Kraftfahrzeug 17 ist die Fahrzeugbatterie 1 zum Versorgen wenigstens eines, hier nicht weiter dargestellten Antriebsmotors des Kraftfahrzeugs 17 montiert. Vorliegend begrenzt die Fahrzeugbatterie 1 einen Unterboden des Kraftfahrzeugs 17 wenigstens bereichsweise. Mit anderen Worten bildet die Fahrzeugbatterie 1 zumindest einen Teilbereich des Unterbodens des Kraftfahrzeugs 17. Des Weiteren umfasst die Fahrzeugbatterie 1 wenigstens einen Fahrzeugbatterie-Fluidkanal 15, mittels welchem das Fluid 7 zum Einstellen einer Betriebstemperatur der Fahrzeugbatterie 1 durch diese führbar ist. Der Fahrzeugbatterie-Fluidkanal 15 erstreckt sich zumindest bereichsweise durch einen Innenbereich der Fahrzeugbatterie 1.
Zum Einstellen der Betriebstemperatur der Fahrzeugbatterie 1 kann die Energieübertragungsvorrichtung 3 beispielsweise unter Vermittlung des Wärmeübertragers 4 zum Übertragen zumindest eines Teils der Wärmeenergie fluidisch mit dem Fahrzeugbatterie-Fluidkanal 15 verbunden werden. An dem Fahrzeugbatterie-Fluidkanal 15 ist hierzu ein Fluidanschluss 16 vorgesehen, welcher mit dem Fahrzeugbatterie-Fluidkanal 15 fluidisch gekoppelt ist, und über welchen dem Fahrzeugbatterie-Fluidkanal 15 das Fluid 7 von der externen Energieübertragungsvorrichtung 3 zuführbar ist. Das Einleiten des Fluids 7 in den Fahrzeugbatterie-Fluidkanal 15 ermöglicht ein besonders schnelles Herstellen der Einsatzbereitschaft der Fahrzeugbatterie 1, zumal Wärmeenergie von dem Fluid 7 mittels des Fahrzeugbatterie-Fluidkanals 15 auch in den Innenbereich der Fahrzeugbatterie 1 übertragen werden kann. Dadurch ist zusätzlich zu dem Aufheizen der Fahrzeugbatterie 1 durch die Kontaktwärmeübertragung ein schnelles Durchheizen der Fahrzeugbatterie 1, sowie ein damit einhergehendes schnelles Erreichen der Betriebstemperatur der Fahrzeugbatterie 1 möglich.
Um die Energieübertragungsvorrichtung 3 zu steuern, ist eine Steuervorrichtung 18 vorgesehen, welche vorliegend in dem Kraftfahrzeug 17 angeordnet ist. Die Steuervorrichtung 18 weist eine hier nicht weiter dargestellte Prozessoreinrichtung auf, die dazu eingerichtet ist, eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Die Prozessoreinrichtung kann hierzu zumindest einen Mikroprozessor und/oder zumindest einen Mikrocontroller aufweisen. Des Weiteren kann die Prozessoreinrichtung Programmcode aufweisen, der dazu eingerichtet ist, bei Ausführen durch die Prozessoreinrichtung die Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Der Programmcode kann in einem Datenspeicher der Prozessoreinrichtung gespeichert sein.
Die Fahrzeugbatterie 1 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Polymerbatterie ausgebildet. Eine Polymerbatterie weist eine - beispielsweise im Vergleich zu konventionellen Lithium-Batterien - erhöhte Energiedichte bei gleichzeitig erhöhter Sicherheit auf, zumal keine flüssigen Komponenten in jeweiligen Zellen der Polymerbatterie enthalten sind. Somit eignet sich eine derartige Polymerbatterie besonders für deren Einsatz in elektrifizierten Kraftfahrzeugen. Bei Polymerbatterien ist im Gegensatz zu konventionellen Lithium-Batterien ein flüssiger Elektrolyt durch ein Polymer ersetzt. Dabei kann es sich allgemein um ein lithium-leitfähiges Polymer handeln, welches nicht nur als Trennschicht zwischen einer Anode und einer Kathode der Polymerbatterie dient, sondern vorliegend auch in die Kathode integriert sein kann. Dieses, in die Kathode integrierte, lithium-leitfähige Polymer kann dabei als ionenleitendes Material dienen. Die vorliegend als Polymerbatterie ausgebildete Fahrzeugbatterie 1 kann Betriebsspannungen zwischen 400 bis 800 V aufweisen. Somit kann es sich allgemein bei der als Polymerbatterie ausgebildeten Fahrzeugbatterie 1 um eine sogenannte Hochvolt-Polymerbatterie handeln. Polymere weisen bei Raumtemperatur eine sehr niedrige ionische Leitfähigkeit auf, welche den Betrieb des Kraftfahrzeugs 17 bei Raumtemperatur verhindert. Zwischen der Leitfähigkeit und der Temperatur besteht bei Polymeren kein durchweg stetig linearer Zusammenhang, sondern es kommt im Bereich einer Glasübergangstemperatur des Polymers zu einem „Abknicken“ der Leitfähigkeit. Aus diesem Grund werden Polymerbatterie bei Betriebstemperaturen von wenigstens 40 °C bevorzugt von wenigstens 50 °C betrieben. Eine obere Betriebstemperatur von Polymerbatterie kann bei 90 °C liegen. Aufgrund eines zu hohen inneren Widerstandes von Polymerbatterien ist unterhalb einer Betriebstemperatur von 40 °C nicht sicher gewährleistet, dass sich die Polymerbatterie bei deren Inbetriebnahme (beispielsweise zur Abgabe von elektrische Energie an das Kraftfahrzeug 17) aufgrund des inneren Widerstandes selbst erwärmt, da der innere Widerstand bereits sehr hoch ist. Mittels der Energieübertragungsvorrichtung 3 kann auf besonders aufwandsarme Art und Weise die Betriebsbereitschaft der Fahrzeugbatterie 1 (Polymerbatterie) hergestellt werden, indem die Fahrzeugbatterie 1 durch externe Energiezuführung mittels der Energieübertragungsvorrichtung 3, bzw. des Wärmeübertragers 4 beispielsweise auf eine Temperatur von 40 °C erwärmt wird.
Zusammenfassend ist mit der Energieübertragungsvorrichtung 3 eine Vorrichtung bereitgestellt, welche beispielsweise in dem Gebäude 2 integriert sein kann. Die Energieübertragungsvorrichtung 3 ermöglicht durch deren fluidische Koppelung mit dem Warmwasservorlauf (Warmwasser-Zirkulationssystem 8), dessen Fluid 7 beispielsweise eine Temperatur von etwa 70 °C aufweisen kann, ein besonders schnelles Aufheizen der Fahrzeugbatterie 1. Der Wärmeübertrager 4 sowie die Ladeeinrichtung 6 der Energieübertragungsvorrichtung 3 können bei Bedarf mittels der Bewegungseinrichtung 5 von unten näher an das parkende Kraftfahrzeug 17 herangeführt und dabei von der Passivstellung 9 in die Aktivstellung 11 bewegt werden, um so die vorliegend als Polymerbatterie ausgebildete Fahrzeugbatterie 1 zu beheizen. Bei Nichtbenutzung können der Wärmeübertrager 4 und die Ladeeinrichtung 6 mittels der Bewegungseinrichtung 5 wiederum in der Ausbuchtung 14 und damit im Untergrund 13 versenkt werden. Die Bewegungseinrichtung 5 kann zum Bewegen beispielsweise jeweilige, hier nicht näher dargestellte Hydraulikzylinder oder elektrische Aktuatoren aufweisen.
Zusätzlich oder alternativ zu der Kontaktwärmeübertragung, welche auch als konduktive Anbindung zwischen der Fahrzeugbatterie 1 und dem Wärmeübertrager 4 bezeichnet werden kann, kann durch den Fluidanschluss 16 auch ein Einleiten des Fluids 7 in den Fahrzeugbatterie-Fluidkanal 15 und damit beispielsweise in einen Batterie-Wasserkreislauf der Fahrzeugbatterie 1 erfolgen. Dies ermöglicht ein besonders schnelles Durchheizen der Fahrzeugbatterie 1.
Die Ladeeinrichtung 6 der Energieübertragungsvorrichtung 3 kann auch Mittel zur bidirektionalen Übertragung von elektrischer Energie aufweisen. Derartige Mittel können beispielsweise als jeweilige Stromstecker ausgebildet sein. Mit anderen Worten ermöglicht die Ladeeinrichtung 6 nicht nur ein Einspeisen von elektrischer Energie (Laden) in die Fahrzeugbatterie 1, sondern auch eine Verwendung der Fahrzeugbatterie 1 als Energiespeicher für Haushalte des Gebäudes 2. Diese Mittel können infolge der Bewegung der Ladeeinrichtung 6 von der Passivstellung 9 in die Aktivstellung 11 mit der Fahrzeugbatterie 1 gekoppelt werden. Dadurch kann eine manuelle Koppelung entfallen, wodurch die Übertragung von elektrische Energie besonders bedienfreundlich erfolgen kann. Dadurch ermöglicht die Ladeeinrichtung 6 eine Verwendung der Fahrzeugbatterie 1 als Pufferspeicher, welcher in eine Infrastruktur des Gebäudes 2 eingebunden sein kann. Somit kann die Fahrzeugbatterie 1 beispielsweise jeweilige Energiespitzen speichern und bei Bedarf wieder an das Gebäude 2 zurückführen. Somit ist ein Betrieb der Fahrzeugbatterie 1 als sogenannte „Consumer-Zelle“ ermöglicht. Durch das Erwärmen mittels des Wärmeübertragers 4 kann eine Vorkonditionierung der Fahrzeugbatterie 1 erfolgen, wobei deren Temperatur auch dauerhaft im idealen Temperaturbereich, also bei mindestens 40 °C gehalten werden kann. Durch diese Vorkonditionierung kann eine Lebensdauerverlängerung der Fahrzeugbatterie 1 erzielt werden, insbesondere wenn die Fahrzeugbatterie 1 im Rahmen einer sogenannten „Vehicle to grid“-Anwendung mit dem Hausnetz, bzw. mit einem öffentlichen Stromnetz gekoppelt wird. Die Vorkonditionierung ermöglicht ein Übertragen von elektrischer Energie mit höheren Leistungen, als dies ohne Erwärmung möglich wäre.
Durch die Energieübertragungsvorrichtung 3 entfällt ein Erfordernis die beispielsweise als Polymerbatterie ausgebildete Fahrzeugbatterie 1 auf einer Betriebstemperatur von beispielsweise mehr als 40 °C zu halten. Dadurch kann ein Energieverbrauch zum Herstellen der Betriebsbereitschaft der Fahrzeugbatterie 1 gesenkt werden.
Bezugszeichenliste

1: Fahrzeugbatterie
2: Gebäude
3: Energieübertragungsvorrichtung
4: Wärmeübertrager
5: Bewegungseinrichtung
6: Ladeeinrichtung
7: Fluid
8: Warmwasser-Zirkulationssystem
9: Passivstellung
10: erster Abstand
11: Aktivstellung
12: zweiter Abstand
13: Untergrund
14: Ausbuchtung
15: Fahrzeugbatterie-Fluidkanal
16: Fluidanschluss
17: Kraftfahrzeug
18: Steuervorrichtung

Claims

Verfahren zur Energieübertragung zwischen einer Fahrzeugbatterie (1) und einem Gebäude (2), bei welchem ein Fluid (7) führender Wärmeübertrager (4) einer Energieübertragungsvorrichtung (3) des Gebäudes (2) an die Fahrzeugbatterie (1) herangeführt und Wärmeenergie zwischen der Fahrzeugbatterie (1) und dem in dem Wärmeübertrager (4) geführten Fluid (7) übertragen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als das Fluid (7) Wasser aus einem Warmwasser-Zirkulationssystem (8) des Gebäudes (2) verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeübertrager (4) zum Übertragen der Wärmeenergie an die Fahrzeugbatterie (1) herangeführt wird, indem der Wärmeübertrager (4) durch eine Bewegungseinrichtung (5) der Energieübertragungsvorrichtung (3) aus einer Passivstellung (9), in welcher der Wärmeübertrager (4) zumindest bereichsweise in einer Ausbuchtung (14) in einem Untergrund (13) aufgenommen ist und dabei einen ersten Abstand (10) zu der Fahrzeugbatterie (1) aufweist, in eine Aktivstellung (11), in welcher der Wärmeübertrager (4), einen im Vergleich zu dem ersten Abstand (10) kleineren, zweiten Abstand (12) zu der Fahrzeugbatterie (1) aufweist, bewegt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Wärmeenergie durch Kontaktwärmeübertragung zwischen der Fahrzeugbatterie (1) und dem Wärmeübertrager (4) übertragen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrzeugbatterie (1) infolge der Wärmeübertragung zumindest bereichsweise auf eine Temperatur zwischen 40 °C bis 90 °C, bevorzugt zwischen 50 °C und 80 °C und besonders bevorzugt zwischen 60 °C und 75 °C erwärmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieübertragungsvorrichtung (3) zum Übertragen zumindest eines Teils der Wärmeenergie fluidisch mit einem Fahrzeugbatterie-Fluidkanal (15) der Fahrzeugbatterie (1) verbunden wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Energieübertragungsvorrichtung (3) und der Fahrzeugbatterie (1) elektrische Energie übertragen wird.
Energieübertragungsvorrichtung (3), zur Energieübertragung zwischen einer Fahrzeugbatterie (3) und einem Gebäude (2), welche zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 ausgebildet ist.
Gebäude (2) mit einer Energieübertragungsvorrichtung (3) nach Anspruch 8.