DE102018210010A1 - Kühlung eines Akkumulators eines Kraftfahrzeugs - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug (1) mit einem elektrischen Antriebsmotor (2), aufweisend einen Akkumulator (5), einen Fahrgastinnenraum (10) und ein Innenraumgebläse (20), welches ausgebildet ist, einen Luftstrom auszubilden. Es wird vorgeschlagen ein Belüftungskanal (30) vorgesehen ist, welcher den Luftstrom derart leitet, dass der Luftstrom Wärmeenergie von dem Akkumulator (5) aufnehmen kann, und dass der Belüftungskanal (30) derart ausgebildet ist, dass er den Luftstrom dem Fahrgastinnenraum (10) zuführt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einem Akkumulator und ein Verfahren zur Kühlung des Akkumulators eines Kraftfahrzeugs.
  • Stand der Technik
  • Es sind Kraftfahrzeuge mit elektrischen Antriebsmotoren und einem Akkumulator bekannt. Beim Laden des Akkumulators wird Wärmeenergie erzeugt, welche von dem Akkumulator abgeführt werden muss. Bekannt ist es die erzeugte Wärmeenergie mittels einem Motorkühlgebläse, welches sich, insbesondere bei Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor, im vorderen Bereich des Fahrzeugs befindet, abzuführen. Motorkühlgebläse werden bei Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor zur Kühlung des Verbrennungsmotors eingesetzt. Nachteilig hierbei ist das entsprechende Motorkühlgebläse, insbesondere aufgrund der Anordnung zu einer Geräuschabstrahlung führen. Diese Geräuschabstrahlung kann insbesondere bei einer nächtlichen Ladung des Akkumulators als unangenehm empfunden werden. Ferner sind die Motorkühlgebläse für sehr große Volumenströme ausgelegt.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin ein Kraftfahrzeug oder ein Verfahren bereitzustellen, welches bei reduzierte Geräuschemission und/oder Geräuschabstrahlung ein vergleichbares Laden des elektrischen Speichers ermöglicht.
  • Gelöst wird die Aufgabe mit einem Kraftfahrzeug gemäß dem Hauptanspruch und einem Verfahren gemäß dem unabhängigen Verfahrensanspruch.
  • Vorteilhaft ist, dass das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Antriebsmotor zur Fortbewegung ausgeführt ist. Das Kraftfahrzeug weist einen Akkumulator, insbesondere zur Versorgung des elektrischen Antriebsmotors, auf. Das Kraftfahrzeug weist ferner einen Fahrgastinnenraum und ein Innenraumgebläse, welches ausgebildet ist, einen Luftstrom auszubilden, welcher insbesondere Luft in den Fahrgastinnenraum fördert.
  • Besonders vorteilhaft ist, dass ein Belüftungskanal vorgesehen ist. Der Belüftungskanal ist derart ausgebildet, dass der Luftstrom Wärmeenergie von dem Akkumulator aufnehmen kann. Der Belüftungskanal ist derart ausgebildet, dass er den Luftstrom dem Fahrgastinnenraum zuführt. Vorzugsweise wird eine Geräuschabstrahlung, welche durch das Innenraumgebläse erzeugt wird, durch das den Fahrgastinnenraum umgebende Kraftfahrzeug gedämpft, bzw. minimiert oder verhindert. Die außerhalb des Kraftfahrzeugs wahrgenommene Geräusche sind gedämpft, bzw. minimiert oder verhindert.
  • Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen ergeben sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Merkmale.
  • Weiterhin ist vorteilhaft, dass das Kraftfahrzeug einen Akkumulator, insbesondere zur Versorgung des elektrischen Antriebsmotors, aufweist. Das Kraftfahrzeug weist ferner einen Fahrgastinnenraum und ein Innenraumgebläse, welches ausgebildet ist, einen Luftstrom auszubilden, welcher insbesondere Luft in den Fahrgastinnenraum fördert. Die Luft wird insbesondere zumindest Teilweise aus der Umgebung des Kraftfahrzeugs angesaugt. Vorteilhaft ist, dass der Belüftungskanal den Luftstrom wärmeabführend an dem Akkumulator vorbei und/oder durch den Akkumulator hindurch in den Fahrgastinnenraum führt.
  • Vorteilhaft ist, dass das Innenraumgebläse ein Laufrad aufweist. Das rotierende Laufrad erzeugt den Luftstrom. Vorzugsweise ist das Laufrad innerhalb des Belüftungskanals ausgebildet. Eine einfache Erzeugung des Luftstroms ist gegeben.
  • Als vorteilhaft ist anzusehen, dass der Belüftungskanal derart ausgebildet ist, dass sich der Luftstrom zumindest über einen Teil der Oberfläche und/oder durch den Akkumulator ausbildet. Eine verbesserte Aufnahme der Wärmeenergie durch den Luftstrom ist gegeben.
  • Besonders vorteilhaft ist, dass der Akkumulator, ein Wärmeleitelement aufweist, welches zumindest teilweise derart in den Belüftungskanal ragt, dass der Luftstrom es umströmen kann. Die Wärme kann verbessert an den Luftstrom und damit vom Akkumulator abgeführt werden.
  • Von Vorteil ist, dass das Innenraumgebläse Luft aus der Umgebung des Fahrzeugs ansaugt und als Luftstrom in den Fahrgastinnenraum bläst. Die Luft wird insbesondere zumindest Teilweise aus der Umgebung des Kraftfahrzeugs angesaugt.
  • Vorteilhaft betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Kühlung eines Akkumulators, insbesondere beim Laden und/oder Entladen des Akkumulators, aufweisend die Schritte:
    • • Erzeugen eines Luftstroms mit einem Innenraumgebläse,
    • • Aufnahme von Wärmeenergie, welche beim Laden eines elektrischen Speichers erzeugt wird, durch den Luftstrom, und
    • • Einleiten des Luftstroms in den Fahrgastinnenraum.
  • Vorteilhaft ist, dass der Luftstrom in Abhängigkeit von dem vom elektrischen Speicher abgegebenen Wärmeenergie und/oder der Ladeleistung geregelt wird. Vorteilhaft ist möglich, die Geräuschbildung nochmals zu senken. Erreicht wird dies durch eine Regelung der Erzeugung des Luftstroms in Abhängigkeit von der erzeugten Wärmeenergie und/oder der Ladeleistung.
  • Als vorteilhaft ist anzusehen, dass das Laden des elektrischen Speichers derart geregelt wird, dass mittels dem Luftstrom ein Vorheizen des Fahrgastinnenraum durchführbar ist. Insbesondere kann ein Laden erst kurz vor der Verwendung durchgeführt werden.
  • Ausführungsbeispiele sind in den Figuren dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
    • 1 ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug und
    • 2 ein erfindungsgemäßes Verfahren.
  • In 1 ist ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug 1 schematisch dargestellt. Das Kraftfahrzeug 1 weist einen elektrischen Antriebsmotor 2 auf. Der elektrische Antriebsmotor 2 ist beispielhaft als Radnabenmotor ausgebildet. Der elektrische Antriebsmotor 2 ist mittels einem Motorsteuergerät 3 mit Akkumulator 5 elektrisch verbunden.
  • Der Akkumulator 5 ist ein wiederaufladbarer Speicher für elektrische Energie insbesondere auf elektrochemische Basis, vorzugsweise auf Lithiumbasis. Der Akkumulator 5 weist vorzugsweise eine Vielzahl einzelner wiederaufladbarer Speicherelemente auf, die als Sekundärelemente oder Sekundärzellen bezeichnet werden. Die Speicherelemente sind in Reihen- und/oder Parallelschaltung zusammengeschaltet. Die einzelnen Speicherelemente sind elektrische Energiequellen die zusammengeschaltet den Akkumulator und damit eine Energiequelle für den elektrischen Antrieb bilden. Vorzugsweise bildet der Akkumulator 5 zusätzlich eine Energiequelle für weitere elektrische Verbraucher des Kraftfahrzeugs 1.
  • Der Akkumulator 5 erzeugte beim Laden Wärmeenergie. Die Wärmeenergie muss abgeführt werden um beispielsweise eine Überhitzung und damit eine Beschädigung zu verhindern.
  • Das Motorsteuergerät 3 ist derart ausgebildet, dass es von dem Akkumulator 5 elektrische Energie entnimmt und dem elektrischen Antriebsmotor 2 zuführt.
  • Das Kraftfahrzeug 1 weist weiterhin einen Fahrgastinnenraum 10 auf. In dem Fahrgastinnenraum 10 hält sich der Fahrer sowie weitere Mitfahrer während der Fahrt auf. Damit sich der Fahrer und seine Mitfahrer in dem Fahrgastinnenraum 10 wohl fühlen, kann dieser beheizt oder gekühlt werden. Insbesondere erlaubt eine Heizung das Erwärmen und eine Klimaanlage das Kühlen des Fahrgastinnenraums.
  • Das Kraftfahrzeug 1 weist ein Innenraumgebläse 20 auf. Vorzugsweise ist das Innenraumgebläse 20 Teil des HVAC Systems, Heating, Ventilation and Air Condidioning System, des Kraftfahrzeugs 1. Das Innenraumgebläse 20 ist eine fremd angetriebene Strömungsmaschine. Insbesondere fördert das Innenraumgebläse 20 mittels eines rotierenden Laufrads ein gasförmiges Dispersionsmedium, insbesondere Luft. Das Innenraumgebläse 20 erzeugt zwischen Ansaug- und Druckseite ein Druckverhältnis zwischen 1 und 1,3. Das Innenraumgebläse 20 gehört insbesondere zur Gruppe der Ventilatoren. Abhängig von dem Einbauraum ist das Innenraumgebläse 20 als Axialventilator, Diagonalventilator, Radial-Zentrifugalventilator, tangential-oder Querstromventilator ausgebildet. Das Innenraumgebläse 20 ist vorteilhaft derart ausgebildet, dass es einen möglichst geringen Geräuschpegel erzeugt.
  • Das Kraftfahrzeug 1 weist einen Belüftungskanal 30 auf. Der Belüftungskanal 30 ist derart ausgebildet, dass er Luft aus der Umgebung des Kraftfahrzeugs 1 in den Fahrgastinnenraum 10 des Kraftfahrzeugs 1 führen kann. Der Belüftungskanal 30 führt den von dem Innenraumgebläse 20 erzeugten Luftstrom. Der Belüftungskanal 30 leitet den Luftstrom derart, dass dieser Wärmeenergie aufnehmen kann, bevor er dem Fahrgastinnenraum 10 zugeführt wird. Der Belüftungskanal 30 ist insbesondere geschlossen ausgebildet und weist eine erste Öffnung 32 auf, welche den Einlass für die Luft aus der Umgebung bildet. Eine zweite Öffnung 34 bildet einen Auslass, über den die Luft in den Fahrgastinnenraum 10 strömen kann.
  • Das Innenraumgebläse 20 ist derart innerhalb und/oder an dem Belüftungskanal 30 angeordnet, dass das Innenraumgebläse 20 einen Luftstrom ausbilden kann, der von dem Belüftungskanal 30 geführt wird.
  • Der Belüftungskanal 30 leitet den Luftstrom in der Art durch und/oder an dem Akkumulator 5 vorbei, dass der Luftstrom die Wärmeenergie, insbesondere die Wärme, welcher der Akkumulator 5 beim Betrieb insbesondere beim Laden oder Entladen erzeugt, abführen kann. Insbesondere kann der Fahrgastinnenraum durch die beim Entladen erzeugte Wärme, insbesondere bei der Fahrt, entladen werden.
  • Das Innenraumgebläse 20 ist innerhalb des Belüftungskanals 30 angeordnet. Vorzugsweise ist das Laufrad des Innenraumgebläses 20 innerhalb des Belüftungskanals 30 angeordnet.
  • Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung weist der Belüftungskanal 30 eine Klappe auf, die zwischen einer ersten und einer zweiten Schaltstellung umgeschaltet werden kann. Insbesondere kann die Klappe auch Zwischenschaltstellungen zwischen der ersten und der zweiten Klappe einnehmen. In der ersten Schaltstellung wird der Luftstrom vollständig an dem Akkumulator 5 vorbei und/oder durch diesen hindurch geleitet. In der zweiten Schaltstellung wird der Luftraum entsprechend eines Bypasses derart an dem Akkumulator 5 vorbei geleitet, dass der Luftstrom keine Wärmeenergie aufnehmen kann. Das Verhältnis in dem die Klappe zwischen der ersten und der zweiten Schlafstellung steht, bestimmt wie große der Anteil des Luftstroms ist, der den Akkumulator 5 umströmt und/oder durchströmt.
  • Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist der Belüftungskanal 30 derart ausgebildet, dass die Luft aus dem Fahrgastinnenraum 10 entnommen wird.
  • Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist ein Temperatursensor derart ausgebildet, dass er die Temperatur des Akkumulators 5 erfassen kann. Eine Regelung des Innenraumgebläse 20 in Abhängigkeit von der erfassten Temperatur des Akkumulators 5 ist möglich. Eine Steuereinheit, welche insbesondere das Innenraumgebläse 20 steuert, kann in Abhängigkeit von der erfassten Temperatur des Akkumulators 5 das Innenraumgebläse 20 derart Ansteuern, dass es einen ausreichend großen Luftstrom erzeugt, um die überschüssige Wärme, welche von dem Akkumulator 5 erzeugt wird, abzuführen.
  • Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung weist der Akkumulator zumindest ein Wärmeleitelement auf. Das Wärmeleitelement führt die von dem Akkumulator 5 bzw. von den Speicherzellen des Akkumulators 5 erzeugte Wärme derart aus dem Akkumulator 5, dass der Luftstrom es bestmöglich umströmen bzw. durchströmen kann. Vorzugsweise ragt das Wärmeleitelement in den Belüftungskanal. Insbesondere strömt der Luftstrom an dem Wärmeleitelement vorbei.
  • In 2 ist ein erfindungsgemäßes Verfahren 100 zur Kühlung eines Akkumulators 5 dargestellt. Das Verfahren 100 umfasst mehrere Schritte deren Reihenfolge beliebig vertauscht werden können.
  • In einem Verfahrensschritt 110 erfolgt das Erzeugen, bzw. die Ausbildung eines Luftstroms. Es handelt sich insbesondere bei einem Luftstrom um eine starke und spürbare Luftmenge, die sich im Fluss befindet. Der Luftstrom wird durch das Innenraumgebläse 20 ausgebildet. Der Luftstrom wird dadurch erzeugt, dass das Innenraumgebläse 20 auf der Ansaugseite Luft angesaugt und auf der Druckseite mit einem Druckverhältnis insbesondere zwischen 1 und 1,3 ausbläst. Der Luftstrom wird insbesondere durch ein rotierendes Laufrad erzeugt.
  • In einem Verfahrensschritt 120 wird der Luftstrom derart an dem Akkumulator 5 vorbei und/oder durch diesen hindurch geleitet, dass er Wärmeenergie von dem Akkumulator 5 aufnehmen kann. Die aufgenommene Wärmeenergie führt zu einer Erwärmung der Luft, welche mittels dem Luftstrom transportiert wird.
  • Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird der Luftstrom nur dann erzeugt, beziehungsweise ausgebildet, wenn der Akkumulator 5 geladen und oder Entladen wird. Der Luftstrom wird in Abhängigkeit von der Wärme, bzw. der Wärmeenergie erzeugt, die von dem Akkumulator 5 abgegeben bzw. generiert wird. Alternativ oder zusätzlich wird der Luftstrom in Abhängigkeit von der Ladeleistung erzeugt. Eine hohe Ladeleistung bedeutet insbesondere eine erhöhte Erzeugung von Wärmeenergie durch den Akkumulator 5. Entsprechend muss bei einer hohen Ladeleistung ein gegenüber einer niedrigen Ladeleistung erhöhter Luftstrom an dem Akkumulator vorbei gefördert werden.
  • In einem Verfahrensschritt 130 wird der Luftstrom, welcher sich durch die Aufnahme der Wärmeenergie des Akkumulators 5 erwärmt hat, in den Fahrgastinnenraum 10 gefördert. Die erwärmte Luft, welche mit dem erwärmten Luftstrom in den Fahrgastinnenraum 10 gefördert wird, führt dazu, dass sich die Luft innerhalb des Fahrgastinnenraums 10 erwärmt.
  • Des Weiteren erwärmen sich Komponenten, welche innerhalb des Fahrgastinnenraums 10 angeordnet sind oder diesen begrenzen, wie beispielsweise das Lenkrad, die Sitze und das Armaturenbrett und die Verglasung.
  • Ferner kann Wärme wiederum an die Umgebung beispielsweise mittels der Verglasung des Fahrgastinnenraums 10 abgegeben werden. Die Verglasung des Fahrgastinnenraums 10 wird durch die erwärmte Luft im Fahrgastinnenraum 10 erwärmt und leitet die Wärme an die Luft, welche das Kraftfahrzeug 1 umgibt weiter. Eine Abstrahlung von Geräuschen durch den Betrieb des Innenraumgebläses 20 wird beispielsweise durch die Verglasung des Fahrgastinnenraums gedämpft, insbesondere minimiert, vorzugsweise verhindert.
  • Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird das Laden des Akkumulators derart geschaltet, dass die Abwärme zum Vorheizen des Fahrgastinnenraums 10 verwendet werden kann.

Claims (8)

  1. Kraftfahrzeug (1) mit einem elektrischen Antriebsmotor (2), aufweisend einen Akkumulator (5), einen Fahrgastinnenraum (10) und ein Innenraumgebläse (20), welches ausgebildet ist, einen Luftstrom auszubilden, dadurch gekennzeichnet, dass ein Belüftungskanal (30) vorgesehen ist, welcher den Luftstrom derart leitet, dass der Luftstrom Wärmeenergie von dem Akkumulator (5) aufnehmen kann, und dass der Belüftungskanal (30) derart ausgebildet ist, dass er den Luftstrom dem Fahrgastinnenraum (10) zuführt.
  2. Kraftfahrzeug (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenraumgebläse (20) ein Laufrad aufweist, welches mittels Rotation den Luftstrom erzeugt, wobei das Laufrad insbesondere innerhalb des Belüftungskanals (30) ausgebildet ist.
  3. Kraftfahrzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Belüftungskanal (30) derart ausgebildet ist, dass sich der Luftstrom zumindest über einen Teil der Oberfläche und/oder durch den Akkumulator (5) ausbildet.
  4. Kraftfahrzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Akkumulator (5), ein Wärmeleitelement aufweist, welches zumindest teilweise derart in den Belüftungskanal (30) ragt, dass der Luftstrom es umströmen kann.
  5. Kraftfahrzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenraumgebläse (20) Luft aus der Umgebung des Kraftfahrzeugs (1) ansaugt und als Luftstrom in den Fahrgastinnenraum (10) bläst.
  6. Verfahren (100) zur Kühlung eines Akkumulators, insbesondere beim Laden, gekennzeichnet durch die Schritte: • Erzeugen (110) eines Luftstroms mit einem Innenraumgebläse (20), • Aufnahme (120) von Wärmeenergie, welche beim Laden eines Akkumulators (5) erzeugt wird, durch den Luftstrom, und • Einleiten (130) des Luftstroms in den Fahrgastinnenraum (10).
  7. Verfahren (100) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftstrom in Abhängigkeit von der vom Akkumulator (5) abgegebenen Wärmeenergie und/oder der Ladeleistung geregelt wird.
  8. Verfahren (100) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Laden des Akkumulators derart geregelt wird, dass mittels dem Luftstrom ein Vorheizen des Fahrgastinnenraum (10) durchführbar ist.
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