DE102018215325A1 - Verwendung einer wässrigen Lösung von einwertigen Alkanolen mit weniger als sechs Kohlenstoffatomen und Verfahren zum Temperieren eines elektrischen Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs - Google Patents

Verwendung einer wässrigen Lösung von einwertigen Alkanolen mit weniger als sechs Kohlenstoffatomen und Verfahren zum Temperieren eines elektrischen Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs Download PDF

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Abstract

Es wird die Verwendung einer wässrigen Lösung von einem oder mehreren einwertigen Alkanolen mit weniger als sechs Kohlenstoffatomen zum Temperieren eines Bauteils beschrieben. Im erfindungsgemäßen Verfahren zum Temperieren eines elektrischen Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs wird ein Kraftfahrzeug mit dem wenigstens einen elektrischen Energiespeicher und einer eine Temperierflüssigkeit aufweisenden Temperiervorrichtung, mittels welcher der elektrische Energiespeicher durch thermischen Kontakt mit der Temperierflüssigkeit temperierbar ist, bereitgestellt. Die Temperierflüssigkeit wird durch eine kraftfahrzeugseitige Ausströmstelle zu einem sich wenigstens teilweise außerhalb des Kraftfahrzeugs befindenden Wärmetauscher zum thermischen Kontakt der Temperierflüssigkeit mit einem Wärmemedium geleitet, wobei als Temperierflüssigkeit eine wässrigen Lösung von einem oder mehreren einwertigen Alkanolen mit weniger als sechs Kohlenstoffatomen eingesetzt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Verwendung einer wässrigen Lösung von einem oder mehreren einwertigen Alkanolen mit weniger als sechs Kohlenstoffatomen sowie ein Verfahren zum Temperieren eines elektrischen Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 7.
  • Beim Einsatz von elektrischen Energiespeichern in elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugen ist es in verschiedenen Situation zweckmäßig, die Temperatur des elektrischen Energiespeichers zu beeinflussen. Beispielsweise kann die Leistungsfähigkeit, zum Beispiel die Leistungsabgabe, eines elektrischen Energiespeichers optimiert werden, indem er in Abhängigkeit der Umgebungstemperatur gekühlt oder geheizt wird. Besonders bedeutsam ist, dass bei einem schnellen Laden mit großen Leistungen, zum Beispiel über 150kW, eine große Wärmeentwicklung am elektrischen Energiespeicher, zum Beispiel Hochvoltbatterie, einsetzen kann, so dass eine entsprechende Kühlleistung aufzubringen ist. Diese erforderliche Kühlleistung ist aktuell während des Fahrzeugstillstands mit den gewöhnlichen Kühlsystemen im Kraftfahrzeug nicht darstellbar.
  • Vor diesem Hintergrund kann an einer Ladeinfrastruktur, zum Beispiel einer Ladesäule, gleichzeitig von extern eine Temperierung dem Kraftfahrzeug zur Verfügung gestellt werden. An einer geeigneten Schnittstelle wird eine gekühlte Temperierflüssigkeit in das Kraftfahrzeug eingespeist, so dass der sich während des Ladevorgangs erwärmende elektrische Energiespeicher mittels der Temperierflüssigkeit gekühlt wird. Die erwärmte Temperierflüssigkeit wird sodann über die Schnittstelle zurück in die Ladeinfrastruktur geleitet und dort, außerhalb des Kraftfahrzeugs, zum weiteren Einsatz abgekühlt. Derartige Ladeinfrastrukturen sind beispielsweise in den Dokumenten DE 10 2017 201 541 A1 , WO 2013/015 927 A1 und DE 10 2012 220 218 A1 ausführlich beschrieben.
  • Bei einer zukünftig weiten Verbreitung von Schnellladeinfrastruktur wird es vorteilhaft sein, wenn die Schnittstelle für die externe Temperierflüssigkeit möglichst kundenfreundlich zu bedienen ist. Neben der einfachen Handhabung für den Anschluss gehört dazu auch, dass Verschmutzungen durch eventuell austretende Temperierflüssigkeit verhindert werden müssen. Hierzu sind Schnellkupplungen vorzusehen, welche während des Trennvorgangs das Leitungsinnere absperren. Bei konkreten Ausführungsformen können möglicherweise begründet durch die Bedienung von einem nicht im Detail eingewiesenen Kunden dennoch Tropfmengen austreten.
  • Damit ist es nicht gewünscht, als Temperierflüssigkeit für die beschriebene Ladeinfrastruktur mit externer Temperierung des elektrischen Energiespeichers eine in Fahrzeugen bislang verbreitetet verwendetes Kühlflüssigkeiten für Brennkraftmaschinen einzusetzen: Derartige Kühlflüssigkeiten weisen häufig Ethylenglykol und/oder Glycerin sowie einen Farbstoff auf und müssen gesondert entsorgt werden. Tropfmengen hinterlassen nach dem Abtrocknen sichtbare, klebrige Flecken. Ein Austritt der besagten Kühlflüssigkeit ist wenigstens aus diesen Gründen nicht akzeptabel, so dass bei Brennkraftmaschinen dafür Sorge getragen ist, dass besagte Kühlflüssigkeiten nicht in die Umwelt gelangen.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, insbesondere zum Einsatz in der beschriebenen Ladeinfrastruktur, zum Beispiel einer Ladesäule, eine alternative Temperierflüssigkeit für ein Bauteil bereitzustellen, von welchem Tropfmengen nicht zu inakzeptablen Verschmutzungen führen.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Verwendung einer wässrigen Lösung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen charakterisiert. Die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können durch erläuternde Sachverhalte und/oder Details aus der Beschreibung ergänzt werden, wobei weitere Ausführungsvarianten der Erfindung aufgezeigt werden.
  • Erfindungsgemäß wird eine wässrigen Lösung von einem oder mehreren einwertigen Alkanolen mit weniger als sechs Kohlenstoffatomen (im Molekül) zum Temperieren, insbesondere Kühlen und/oder Heizen, eines Bauteils, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, verwendet.
  • Die ein oder mehreren einwertigen Alkanole können Begleitalkohole, also zum Beispiel Methanol, die Isomere der Butanole und/oder die Isomere der Pentanole sein. Bevorzugt handelt es sich bei dem einwertigen Alkanol um Propanol (1-Propanol oder Isopropanol) und/oder besonders bevorzugt um Ethanol. Die erfindungsgemäß verwendete wässrige Lösung ist insbesondere alkenolfrei und/oder alkinolfrei sowie frei von zweiwertigen Alkoholen (Diolen), zweiwertigen Alkanolen, und/oder dreiwertigen Alkoholen (Triolen), dreiwertigen Alkanolen, zum Beispiel frei von Ethylenglykol und/oder frei von Glycerin.
  • Die erfindungsgemäß verwendete wässrige Lösung trocknet rückstandsfrei auf. Die bevorzugte Verwendung findet in einem Kraftfahrzeug, insbesondere in einem gleislosen Landkraftfahrzeug, statt.
  • Das in der erfindungsgemäßen Verwendung temperierte Bauteil ist bevorzugt ein elektrisches Bauteil, konkret ein elektrischer Energiespeicher, insbesondere für das Traktionssystem des Kraftfahrzeugs, zum Beispiel eine Hochvoltbatterie. Der elektrische Energiespeicher ist insbesondere extern ladbar und/oder wiederaufladbar.
  • In vorteilhafter Weise kann dabei die Eigenschaft der wässrigen Lösung ausgenutzt werden, dass durch den oder die einwertigen Alkanole mit weniger als sechs Kohlenstoffatomen eine Gefrierpunktsabsenkung im Vergleich zum Gefrierpunkt von Wasser erreicht werden kann. Mit Hilfe der genauen Menge des oder der einwertigen Alkanole kann der Gefrierpunkt der Temperierflüssigkeit eingestellt werden. Ethanol und/oder Begleitalkohole sind biologisch abbaubar, so dass ein Eintrag in die Umwelt keine gravierenden Schäden verursacht.
  • Im Hinblick auf die Temperierung eines Bauteils ist es bevorzugt, wenn die erfindungsgemäß verwendete wässrige Lösung ein Korrosionsschutzmittel aufweist.
  • Des Weiteren und/oder alternativ dazu ist es bevorzugt, insbesondere in Bezug auf die Handhabung eines nicht eingewiesenen Bedieners, eine wässrige Lösung erfindungsgemäß zu verwenden, die tensidfrei und/oder farbstofffrei und/oder geruchsstofffrei ist.
  • In bevorzugter Ausführung wird erfindungsgemäß eine wässrige Lösung von einem oder mehreren einwertigen Alkanolen mit weniger als sechs Kohlenstoffatomen verwendet, in welcher die Menge an Alkanolen in Abhängigkeit der Umgebungstemperatur des Bauteils gewählt ist. Anders gesagt, der Gefrierpunkt der verwendeten wässrigen Lösung ist bevorzugt an die Temperatur der Umgebung, in welcher die wässrige Lösung verwendet wird, angepasst, insbesondere derart, dass bei Umgebungstemperatur die wässrige Lösung (noch) flüssig ist. Der Gefrierpunkt kann insbesondere unter 0 °C abgesenkt werden. Der oder die Alkanole haben eine Frostschutzfunktion.
  • Dabei wird bevorzugt berücksichtigt, dass ein möglichst großer, insbesondere maximaler Anteil von Wasser in der wässrigen Lösung enthalten ist. Auf diese Weise wird eine möglichst große, insbesondere maximale Wärmekapazität der wässrigen Lösung dargestellt. Im Hinblick auf die besonders bevorzugte wässrige Lösung von Ethanol gilt, dass mit Verringerung der Ethanolmenge die Wärmekapazität der Temperierflüssigkeit ansteigt, da Ethanol mit 2,3 kJ/(kg*K) eine deutlich geringere spezifische Wärmekapazität hat als Wasser mit 4,2 kJ/(kg*K).
  • Im Zusammenhang des erfinderischen Gedankens steht auch ein Verfahren zum Temperieren eines elektrischen Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs. Der elektrische Energiespeicher befindet sich bevorzugt im Kraftfahrzeug. Im erfindungsgemäßen Verfarhen wird ein Kraftfahrzeug mit dem wenigstens einen elektrischen Energiespeicher und einer eine Temperierflüssigkeit aufweisenden Temperiervorrichtung, mittels welcher der elektrische Energiespeicher durch thermischen Kontakt mit der Temperierflüssigkeit temperierbar ist, bereitgestellt. Die Temperierflüssigkeit wird durch eine kraftfahrzeugseitige Ausströmstelle zu einem sich wenigstens teilweise außerhalb des Kraftfahrzeugs befindenden Wärmetauscher zum thermischen Kontakt der Temperierflüssigkeit mit einem Wärmemedium geleitet. Stromab des Wärmetauschers wird die Temperierflüssigkeit über eine kraftfahrzeugseitige Einströmstelle wieder in das Kraftfahrzeug geleitet. Dabei wird als Temperierflüssigkeit eine wässrigen Lösung von einem oder mehreren einwertigen Alkanolen mit weniger als sechs Kohlenstoffatomen eingesetzt.
  • Der Wärmetauscher kann insbesondere Teil einer Ladeinfrastruktur, zum Beispiel einer Ladesäule sein. Besonders vorteilhaft ist eine Weiterentwicklung in Bezug auf eine Ladeinfrastruktur, zum Beispiel eine Ladesäule, welche insbesondere wenigstens temporär einen festen Standort aufweist, so dass die Umgebungstemperatur bekannt, vorhersagbar oder messbar ist. Der Gefrierpunkt der erfindungsgemäß verwendeten wässrigen Lösung ist in dieser Weiterentwicklung auf die Umgebungstemperatur der Ladeinfrastruktur angepasst, indem die Menge des oder der einwertigen Alkanole in Abhängigkeit des Betriebsorts der Ladeinfrastruktur gewählt ist.
  • Beispielsweise kann die erfindungsgemäß verwendete wässrige Lösung bei einer Ladeinfrastruktur in einer kalten Umgebung, z.B. bis zu -30°C minimaler Temperatur, mit einer Ethanolkonzentration von ca. 50% einen Gefrierpunkt von ungefähr -40°C haben. Dagegen kann eine wässrige Lösung bei einer Ladeinfrastruktur in einer warmen Umgebung, zum Beispiel bis 0°C minimaler Temperatur, eine Ethanolkonzentration von etwa 20% enthalten, um einen Gefrierpunkt von ungefähr - 10°C zu erhalten.
  • Im Zusammenhang des erfinderischen Gedankens steht auch ein Verfahren zum Laden, insbesondere von einem externen Energievorrat, eines elektrischen Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs. Erfindungsgemäß wird beim Laden des elektrischen Energiespeichers ein Verfahren zum Temperieren mit Merkmalen oder Merkmalskombinationen gemäß der Darstellung in dieser Beschreibung ausgeführt. Insbesondere ist das Temperieren konkret ein Kühlen des elektrischen Energiespeichers. Das Laden kann dabei mit einer hohen Leistung, insbesondere größer als 50 kW, zum Beispiel größer als 150 kW, erfolgen.
  • Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die angeführten Ausführungsbeispiele und/oder Weiterentwicklungen nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkenntnissen aus der vorliegenden Beschreibung zu kombinieren.
  • 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 102017201541 A1 [0003]
    • WO 2013/015927 A1 [0003]
    • DE 102012220218 A1 [0003]

Claims (8)

  1. Verwendung einer wässrigen Lösung von einem oder mehreren einwertigen Alkanolen mit weniger als sechs Kohlenstoffatomen zum Temperieren eines Bauteils.
  2. Verwendung gemäß Anspruch 1 in einem Kraftfahrzeug.
  3. Verwendung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das Bauteil ein elektrischer Energiespeicher ist.
  4. Verwendung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die wässrige Lösung ein Korrosionsschutzmittel aufweist.
  5. Verwendung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die wässrige Lösung tensidfrei und/oder farbstofffrei und/oder geruchsstofffrei ist.
  6. Verwendung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Menge an Alkanolen in Abhängigkeit der Umgebungstemperatur des Bauteils gewählt ist.
  7. Verfahren zum Temperieren eines elektrischen Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs, in welchem ein Kraftfahrzeug mit dem wenigstens einen elektrischen Energiespeicher und einer eine Temperierflüssigkeit aufweisenden Temperiervorrichtung, mittels welcher der elektrische Energiespeicher durch thermischen Kontakt mit der Temperierflüssigkeit temperierbar ist, bereitgestellt wird und die Temperierflüssigkeit durch eine kraftfahrzeugseitige Ausströmstelle zu einem sich wenigstens teilweise außerhalb des Kraftfahrzeugs befindenden Wärmetauscher zum thermischen Kontakt der Temperierflüssigkeit mit einem Wärmemedium geleitet wird, wobei als Temperierflüssigkeit eine wässrigen Lösung von einem oder mehreren einwertigen Alkanolen mit weniger als sechs Kohlenstoffatomen eingesetzt wird.
  8. Verfahren zum Laden eines elektrischen Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs, in welchem beim Laden des elektrischen Energiespeichers ein Verfahren zum Temperieren gemäß Anspruch 7 ausgeführt wird.
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