DE102019121059A1

DE102019121059A1 - Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug, Kraftfahrzeug und Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung

Info

Publication number: DE102019121059A1
Application number: DE102019121059.3A
Authority: DE
Inventors: Carsten Spengler
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2019-08-05
Filing date: 2019-08-05
Publication date: 2021-02-11

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinrichtung (2) für ein Kraftfahrzeug (1), mit wenigstens einem Elektromotor (3), welcher zum Fortbewegen des Kraftfahrzeugs (1) ausgebildet ist, mit einem elektrischen Energiespeicher (4) zum Versorgen des wenigstens einen Elektromotors (3) mit elektrischer Energie, und mit wenigstens einer Verbrennungskraftmaschine (5). Der elektrische Energiespeicher (4) ist mit aufgrund eines Betreibens der Verbrennungskraftmaschine (5) anfallender Abwärme beheizbar. Eine Abgasanlage (6) der Verbrennungskraftmaschine (5) ist zumindest bereichsweise gegenüber einer Umgebung (7) der Abgasanlage (6) durch eine Mehrzahl von Wärmeschutzelementen (8, 9) abgeschirmt. Durch zumindest einen zwischen einem ersten Wärmeschutzelement (8) und einem zweiten Wärmeschutzelement (9) ausgebildeten Zwischenraum ist wenigstens ein Strömungskanal (10) für ein Wärmeträgerfluid gebildet. Der elektrische Energiespeicher (4) ist über den wenigstens einen Strömungskanal (10) mit dem Wärmeträgerfluid beaufschlagbar. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug (1) und ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung (2).

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug, mit wenigstens einem Elektromotor, welcher zum Fortbewegen des Kraftfahrzeugs ausgebildet ist, und mit einem elektrischen Energiespeicher zum Versorgen des wenigstens einen Elektromotors mit elektrischer Energie. Die Antriebseinrichtung umfasst wenigstens eine Verbrennungskraftmaschine. Der elektrische Energiespeicher ist mit aufgrund eines Betreibens der Verbrennungskraftmaschine anfallender Abwärme beheizbar. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Antriebseinrichtung und ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Antriebseinrichtung.
Die EP 2 599 651 A1 beschreibt ein Heizsystem und Kühlsystem für eine Batterie eines Kraftfahrzeugs. Hierbei weist das Kraftfahrzeug als Wärmequelle eine Verbrennungskraftmaschine auf, welche als Antriebsmotor des Kraftfahrzeugs oder bei elektrisch betriebenem Fahrzeug als Range Extender ausgebildet sein kann. Die beim Betrieb der Verbrennungskraftmaschine anfallende Abwärme kann zur Beheizung der Batterie dienen. Hierbei ist die Verbrennungskraftmaschine in einen Kühlkreislauf eingebunden. Über den Kühlkreislauf kann die Batterie mit einem flüssigen Wärmeträger beaufschlagt werden, um die Batterie zu beheizen.
Des Weiteren ist es möglich, einen elektrischen Energiespeicher eines elektromotorisch fortbewegbaren Kraftfahrzeugs über Heizmatten zu erwärmen, wenn eine Temperatur des Energiespeichers unerwünscht weit absinkt. Die Energie zum Versorgen der Heizmatten kommt hierbei jedoch in der Regel aus dem elektrischen Energiespeicher selber. Dies ist ungünstig, weil dann weniger elektrische Energie des Energiespeichers zum Versorgen des Elektromotors und somit für das Fortbewegen des Kraftfahrzeugs zur Verfügung steht.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Antriebseinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche ein Beheizen des elektrischen Energiespeichers auf besonders energieeffiziente Art und Weise ermöglicht, sowie ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Antriebseinrichtung und ein entsprechend energieeffizientes Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung anzugeben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Antriebseinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 12 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche und der Beschreibung.
Eine erfindungsgemäße Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug umfasst wenigstens einen Elektromotor, welcher zum Fortbewegen des Kraftfahrzeugs ausgebildet ist. Die Antriebseinrichtung umfasst auch zumindest einen elektrischen Energiespeicher zum Versorgen des wenigstens einen Elektromotors mit elektrischer Energie und wenigstens eine Verbrennungskraftmaschine. Der elektrische Energiespeicher ist mit aufgrund eines Betreibens der Verbrennungskraftmaschine anfallender Abwärme beheizbar. Eine Abgasanlage der Verbrennungskraftmaschine ist zumindest bereichsweise gegenüber einer Umgebung der Abgasanlage durch eine Mehrzahl von Wärmeschutzelementen abgeschirmt. Durch zumindest einen zwischen einem ersten Wärmeschutzelement und einem zweiten Wärmeschutzelement ausgebildeten Zwischenraum ist wenigstens ein Strömungskanal für ein Wärmeträgerfluid gebildet. Der elektrische Energiespeicher ist über den wenigstens einen Strömungskanal mit dem Wärmeträgerfluid beaufschlagbar.
Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass im Bereich der Abgasanlage, über welche im verbrennungsmotorischen Betrieb der Verbrennungskraftmaschine gebildete Abgase abgeführt werden, ohnehin aus Gründen der thermischen Betriebssicherheit die Wärmeschutzelemente angeordnet beziehungsweise verbaut sind. Diese passiven Wärmeschutzelemente verhindern nämlich, dass sich in der Umgebung der Abgasanlage angeordnete Bauteile aufgrund von Strahlungswärme zu stark erwärmen, welche von der Abgasanlage abgegeben wird.
Beispielsweise sind Bauteile wie etwa Gummilager, elektrische Komponenten und elektronische Komponenten durch die Wärmeschutzelemente vor einer unerwünscht großen Beaufschlagung mit Wärme geschützt. Des Weiteren kann aus Gründen der thermischen Betriebssicherheit beispielsweise vorgesehen sein, dass Bauteile der Abgasanlage wie etwa ein Nachschalldämpfer im Betrieb der Verbrennungskraftmaschine nicht zu einer derart starken Erwärmung von Bauteilen in der Umgebung der Abgasanlage führen, dass ein Berühren dieser Bauteile durch einen Nutzer des Kraftfahrzeugs für den Nutzer unangenehm oder gar gefährlich ist. Dies gilt beispielsweise für Komponenten der Abgasanlage, welche wie der Nachschalldämpfer unterhalb eines Kofferraumbodens des Kraftfahrzeugs angeordnet sind beziehungsweise verlaufen.
Man macht sich vorliegend also die Tatsache zunutze, dass während des verbrennungsmotorischen Betriebs der Verbrennungskraftmaschine die Abgasanlage bis zu mehreren hundert Grad Celsius heiß werden kann. Daraus resultiert die Notwendigkeit einer thermischen Isolation zumindest von Bereichen der Abgasanlage mittels der Wärmeschutzelemente. Und die durch die übereinander angeordneten Wärmeschutzelemente bereitgestellte thermische Isolation verhindert, dass zulässige Grenztemperaturen von Komponenten oder Bauteilen überschritten werden, welche sich in der Nähe der Abgasanlage befinden.
Vorliegend wird zudem der Zwischenraum, welcher durch die aus Gründen der thermischen Betriebssicherheit ohnehin mehrlagig, insbesondere doppellagig, zu verbauenden Wärmeschutzelemente gebildet ist, zum Bereitstellen des wenigstens einen Strömungskanals genutzt. Folglich kann bestehende Wärmeenergie in Form von Abwärme der Abgasanlage zum Beheizen des elektrischen Energiespeichers genutzt werden.
Die Abwärme geht daher in geringerem Ausmaß über eine Unterbodenströmung an die Umgebung des Kraftfahrzeugs verloren. Vielmehr wird die im Abgas enthaltene Abwärme der Verbrennungskraftmaschine, welche mittels des Wärmeträgerfluids zu dem elektrischen Energiespeicher transportiert wird, dazu genutzt, den elektrischen Energiespeicher mit Wärme zu versorgen.
Da die in dem Abgas der Verbrennungskraftmaschine enthaltene Abwärme dazu genutzt wird, den elektrischen Energiespeicher zu beheizen beziehungsweise aufzuheizen, ist das Beheizen des elektrischen Energiespeichers auf besonders energieeffiziente Art und Weise ermöglicht.
Auf diese Weise ist insbesondere sichergestellt, dass sich der elektrische Energiespeicher auch beispielsweise nach einer länger andauernden Fahrt des Kraftfahrzeugs, bei welcher der elektrische Energiespeicher nicht oder kaum entladen oder geladen wird, in einem Temperaturbereich befindet, in welchem eine gute Leistungsabgabe des elektrischen Energiespeichers möglich ist.
Dadurch, dass über das Wärmeträgerfluid Abwärme aus dem Zwischenraum zwischen dem ersten Wärmeschutzelement und dem zweiten Wärmeschutzelement abgeführt wird, ist zudem die thermisch isolierende Wirkung der übereinander angeordneten Wärmeschutzelemente sogar noch verbessert. Denn das Wärmeträgerfluid nimmt die von der Abgasanlage kommende Wärme auf und führt diese Wärme dem Energiespeicher zu.
Insbesondere, wenn der wenigstens eine Strömungskanal in Umfangsrichtung nicht geschlossen ausgebildet ist, so lässt sich als Wärmeträgerfluid etwa ein Gas oder ein Gasgemisch wie beispielsweise Luft nutzen. Dies ist besonders kostengünstig und einfach zu realisieren. Denn dann können die den Zwischenraum ausbildenden Wärmeschutzelemente nach Art von Strömungsleitblechen dafür sorgen, dass dem elektrischen Energiespeicher das gasförmige Wärmeträgerfluid zugeführt wird. Die Nutzung von Gas beziehungsweise dem Gasgemisch, insbesondere von Luft, als Wärmeträgerfluid macht das Bereitstellen des wenigstens einen Strömungskanals besonders aufwandsarm. Denn Ränder der den Zwischenraum bildenden Wärmeschutzelemente brauchen dann nicht gasdicht miteinander verbunden zu werden.
Vorzugsweise ist der wenigstens eine Strömungskanal in Umfangsrichtung geschlossen ausgebildet. Dann lässt sich als Wärmeträgerfluid eine Flüssigkeit beziehungsweise Kühlflüssigkeit oder Heizflüssigkeit nutzen. Über das flüssige Wärmeträgerfluid kann der elektrische Energiespeicher besonders rasch und besonders wirkungsvoll mit der auf das Wärmeträgerfluid übertragenen Abwärme beaufschlagt werden. Daher ist das Nutzen des flüssigen Wärmeträgerfluids im Hinblick auf die Energieeffizienz beim Beheizen des elektrischen Energiespeichers vorteilhaft.
Vorzugsweise weist die Antriebseinrichtung ein Sammelbehältnis zum Aufnehmen des Wärmeträgerfluids bei einem Entleeren des wenigstens einen Strömungskanals auf. Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass dann, wenn ein Beheizen des elektrischen Energiespeichers nicht oder nicht mehr erforderlich ist, allein der zwischen den Wärmeschutzelementen ausgebildete Zwischenraum für die thermisch isolierende Funktion der mehrlagig, insbesondere doppellagig, angeordneten Wärmeschutzelemente ausreichend ist. Ein nicht mehr erforderliches Beheizen des elektrischen Energiespeichers kann etwa der Fall sein, wenn vergleichsweise hohe Außentemperaturen vorliegen oder der elektrische Energiespeicher ausreichend weit erwärmt ist, um seine elektrische Energie besonders weitgehend und verlustarm zur Verfügung zu stellen. Insbesondere kann nach dem Ablassen des Wärmeträgerfluids aus dem Zwischenraum die durch die Wärmeschutzelemente bewirkte thermische Isolierung der Abgasanlage als Luftspaltisolierung ausgebildet sein.
Die vorstehend erläuterten Vorteile gelten in besonderem Maße, wenn das Sammelbehältnis das Wärmeträgerfluid im Falle eines vollständigen Entleerens des wenigstens einen Strömungskanals aufnimmt.
Vorzugsweise ist eine Pumpeinrichtung zum Fördern des Wärmeträgerfluids zu dem elektrischen Energiespeicher vorgesehen. Auf diese Weise lässt sich das Beheizen des elektrischen Energiespeichers besonders bedarfsgerecht realisieren.
Die den Zwischenraum bildenden Wärmeschutzelemente können insbesondere als an jeweiligen Rändern miteinander verbundene Wärmeschutzbleche ausgebildet sein. Denn durch derartige, metallische Wärmeschutzelemente lässt sich eine besonders gute Abschirmung der Umgebung der Abgasanlage im Hinblick auf die von der Abgasanlage ausgehende Strahlungswärme erreichen. Zudem lässt sich durch an den gegenüberliegenden Rändern miteinander verbundene Wärmeschutzbleche der Zwischenraum, welcher als der wenigstens eine Strömungskanal genutzt wird, besonders einfach und aufwandsarm bereitstellen, wenn die Wärmeschutzelemente als Wärmeschutzbleche ausgebildet sind.
Vorzugsweise schirmen die miteinander verbundenen Wärmeschutzbleche die Abgasanlage zu einer Seite der Abgasanlage hin zumindest bereichsweise gegenüber der Umgebung ab. Dann ist der für das Sicherstellen der thermischen Betriebssicherheit zu betreibende Aufwand besonders gering, da die Abgasanlage nicht in Umfangsrichtung vollständig mittels Wärmeschutzelementen gegenüber der Umgebung abgeschirmt zu werden braucht. Vielmehr ist es ausreichend, die Wärmeschutzelemente, welche den Zwischenraum bilden, lediglich an der Seite der Abgasanlage vorzusehen, an welcher eine Beaufschlagung von benachbarten Bauteilen mit Wärme vermieden werden soll.
Das Wärmeträgerfluid kann Kondenswasser umfassen oder durch Kondenswasser gebildet sein, welches durch Betreiben einer Klimaanlage des Kraftfahrzeugs bereitstellbar ist. Beispielsweise kann beim Abkühlen von vergleichsweise feuchter Umgebungsluft an einem Verdampfer der Klimaanlage Kondenswasser anfallen, welches gesammelt wird und in den Strömungskanal als Wärmeträgerfluid einbringbar ist. Auf diese Weise kann einerseits selbst bei einem Verlust von Wärmeträgerfluid das Wärmeträgerfluid durch Betreiben der Klimaanlage des Kraftfahrzeugs nachgebildet werden. Des Weiteren lässt sich so das Wärmeträgerfluid besonders aufwandsarm bereitstellen. Zudem ist Kondenswasser als Bestandteil des Wärmeträgerfluids für ein Übertragen vergleichsweise großer Wärmemengen aufgrund der hohen spezifischen Wärmekapazität gut geeignet.
Die wenigstens eine Verbrennungskraftmaschine kann als Reichweitenverlängerer ausgebildet sein. Hierbei ist der Reichweitenverlängerer oder Range Extender dazu ausgebildet, einen Generator anzutreiben. Über den Generator ist der wenigstens eine Elektromotor und/oder der elektrische Energiespeicher mit elektrischer Energie beaufschlagbar. Auf diese Weise wird das beim Betreiben des Reichweitenverlängerers mit Kraftstoff anfallende Abgas im Hinblick auf die in dem Abgas enthaltene Abwärme besonders sinnvoll genutzt.
Zusätzlich oder alternativ kann die wenigstens eine Verbrennungskraftmaschine als zum Fortbewegen des Kraftfahrzeugs und/oder zum Unterstützen des Fortbewegens des Kraftfahrzeugs ausgebildeter Antriebsmotor ausgebildet sein. Beispielsweise kann somit das Kraftfahrzeug, in welchem die Antriebseinrichtung zum Einsatz kommt, als Hybridfahrzeug ausgebildet sein. Dies ist insofern vorteilhaft, als beim Betreiben des Antriebsmotors durch Verbrennung von Kraftstoff besonders viel und besonders heißes Abgas bereitgestellt wird, welches dann zum energieeffizienten Beheizen des elektrischen Energiespeichers eingesetzt werden kann.
Zudem ist insbesondere bei einem Hybridfahrzeug, welches wahlweise verbrennungsmotorisch und wahlweise elektromotorisch angetrieben werden kann, das Beheizen des elektrischen Energiespeichers besonders vorteilhaft sein. Denn während des rein verbrennungsmotorischen Antreibens beziehungsweise Fortbewegens des Kraftfahrzeugs kann es zu einem erheblichen Abkühlen des dann nicht genutzten elektrischen Energiespeichers kommen. Dies gilt insbesondere, wenn zugleich besonders tiefe Umgebungstemperaturen vorliegen. Soll dann im Anschluss an den verbrennungsmotorischen Fahrbetrieb das Hybridfahrzeug wieder rein elektromotorisch oder durch den Elektromotor unterstützt fortbewegt werden, so ist hierfür das vorherige Beheizen des elektrischen Energiespeichers während des rein verbrennungsmotorischen Fahrbetriebs des Hybridfahrzeugs besonders vorteilhaft.
Vorzugsweise umfasst die Antriebseinrichtung eine Steuerungseinrichtung, welche dazu ausgebildet ist, das Beaufschlagen des elektrischen Energiespeichers mit dem Wärmeträgerfluid in Abhängigkeit von einer Dauer eines allein mittels der Verbrennungskraftmaschine bewirkten Fortbewegens des Kraftfahrzeugs zu bewirken. Auf diese Weise kann die Steuerungseinrichtung dem Umstand Rechnung tragen, dass es bei einem lang andauernden Fortbewegen des Kraftfahrzeugs ausschließlich mittels der Verbrennungskraftmaschine zu einem erheblichen Abkühlen des elektrischen Energiespeichers kommen kann. Dem kann jedoch durch das Beaufschlagen des elektrischen Energiespeichers mit dem Wärmeträgerfluid begegnet werden.
Zusätzlich oder alternativ kann die Steuerungseinrichtung dazu ausgebildet sein, das Beaufschlagen des elektrischen Energiespeichers mit dem Wärmeträgerfluid in Abhängigkeit von einer Umgebungstemperatur zu bewirken. Mit anderen Worten kann die Steuerungseinrichtung somit die Umgebungstemperatur bei der Entscheidung berücksichtigen, ob der elektrische Energiespeicher beheizt werden soll oder nicht.
Insbesondere, wenn bei lang andauerndem und allein durch Betreiben der Verbrennungskraftmaschine bewirktem Fortbewegen des Kraftfahrzeugs sehr niedrige Umgebungstemperaturen vorliegen, ist das Verhindern eines zu starken Abkühlens des elektrischen Energiespeichers vorteilhaft. Denn aufgrund des Beheizens beziehungsweise Erwärmens des elektrischen Energiespeichers kann der elektrische Energiespeicher besonders rasch und besonders viel elektrische Energie für den wenigstens einen Elektromotor zur Verfügung stellen, wenn anschließend wieder der Elektromotor für das Fortbewegen des Kraftfahrzeugs sorgen soll. Eine aus einem Absinken der Temperatur des elektrischen Energiespeichers resultierende Leistungsdegradation des elektrischen Energiespeichers kann somit vermieden werden.
Schließlich hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn die Steuerungseinrichtung dazu ausgebildet ist, ein Ablassen des Wärmeträgerfluids aus dem wenigstens einen Strömungskanal in Abhängigkeit von einer Temperatur des elektrischen Energiespeichers zu bewirken. Die Steuerungseinrichtung kann also die Temperatur des elektrischen Energiespeichers bei der Entscheidung berücksichtigen, ob beziehungsweise wann das Wärmeträgerfluid aus dem wenigstens einen Strömungskanal abgelassen werden soll. So ist ein besonders bedarfsgerechtes Beheizen des elektrischen Energiespeichers erreichbar. Dies gilt insbesondere, wenn mittels der Steuerungseinrichtung ein vollständiges Ablassen des Wärmeträgerfluids aus dem wenigstens einen Strömungskanal bewirkt werden kann.
Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug weist eine erfindungsgemäße Antriebseinrichtung auf.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug, welche wenigstens einen zum Fortbewegen des Kraftfahrzeugs ausgebildeten Elektromotor und einen elektrischen Energiespeicher zum Versorgen des wenigstens einen Elektromotors mit elektrischer Energie aufweist, und welche wenigstens eine Verbrennungskraftmaschine aufweist, wird der elektrische Energiespeicher mit Abwärme beheizt, welche aufgrund eines Betreibens der Verbrennungskraftmaschine anfällt. Hierbei ist eine Abgasanlage der Verbrennungskraftmaschine zumindest bereichsweise gegenüber einer Umgebung der Abgasanlage durch eine Mehrzahl von Wärmeschutzelementen abgeschirmt. Durch zumindest einen Zwischenraum, welcher zwischen einem ersten Wärmeschutzelement und einem zweiten Wärmeschutzelement ausgebildet ist, ist wenigstens ein Strömungskanal für ein Wärmeträgerfluid gebildet. Der elektrische Energiespeicher wird über den wenigstens einen Strömungskanal mit dem Wärmeträgerfluid beaufschlagt. Auf diese Weise wird die in dem Abgas enthaltene Abwärme der Verbrennungskraftmaschine energieeffizient zum Beheizen des elektrischen Energiespeichers genutzt.
Die für die erfindungsgemäße Antriebseinrichtung beschriebenen Vorteile und bevorzugten Ausführungsformen gelten auch für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug sowie das erfindungsgemäße Verfahren 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 bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 in schematischer Darstellung ein Kraftfahrzeug mit einer Antriebseinrichtung, wobei zwischen eine Abgasanlage thermisch zur Umgebung hin abschirmenden Wärmeschutzblechen ein Strömungskanal ausgebildet ist und ein durch den Strömungskanal strömendes Wärmeträgerfluid einem elektrischen Energiespeicher des Kraftfahrzeugs zugeführt wird; und
2 schematisch einen Querschnitt der Abgasanlage des Kraftfahrzeugs gemäß 1 im Bereich des durch die Wärmeschutzbleche gebildeten Strömungskanals.

Von einem in 1 schematisch dargestellten Kraftfahrzeug 1 sind insbesondere Komponenten einer Antriebseinrichtung 2 des Kraftfahrzeugs 1 gezeigt. Die Antriebseinrichtung 2 umfasst einen Elektromotor 3, welcher zum Antreiben von (nicht gezeigten) Rädern des Kraftfahrzeugs 1 ausgebildet ist. Der Elektromotor 3 kann also zum Fortbewegen des Kraftfahrzeugs 1 eingesetzt werden. Der Elektromotor 3 wird von einem elektrischen Energiespeicher 4 mit elektrischer Energie versorgt. Der elektrische Energiespeicher 4 ist insbesondere als Hochvoltspeicher ausgebildet, also als Energiespeicher, welcher eine Nennspannung von mehr als 60 Volt, insbesondere von mehreren hundert Volt bereitzustellen in der Lage ist.
Des Weiteren umfasst die Antriebseinrichtung 2 eine Verbrennungskraftmaschine 5 welche beispielsweise als Antriebsmotor zum Antreiben der (nicht gezeigten) Räder des Kraftfahrzeugs 1 ausgebildet ist. Abgas der Verbrennungskraftmaschine 5 wird über eine Abgasanlage 6 abgeführt, welche in 1 stark schematisiert dargestellt ist.
In einer Umgebung 7 der Abgasanlage 6 können Bauteile beziehungsweise Komponenten des Kraftfahrzeugs 1 angeordnet sein, welche vor einer Beaufschlagung mit Strahlungswärme der Abgasanlage 6 zu schützen sind. Um derartige, in der Umgebung 7 angeordnete Bauteile vor einer zu starken Erwärmung zu schützen und somit eine thermische Betriebssicherheit sicherzustellen, ist die Abgasanlage 6 zumindest bereichsweise gegenüber der Umgebung 7 durch eine Mehrzahl von Wärmeschutzelementen abgeschirmt, welche vorliegend als Wärmeschutzbleche 8, 9 ausgebildet sind.
Wie insbesondere aus der Schnittansicht in 2 hervorgeht, ist zwischen einem ersten Wärmeschutzblech 8 und einem zweiten Wärmeschutzblech 9 ein Zwischenraum ausgebildet, durch welchen ein Strömungskanal 10 gebildet beziehungsweise bereitgestellt ist. Insbesondere sind die beiden Wärmeschutzbleche 8, 9 an ihren quer zu der Längsrichtung der Abgasanlage 6 einander gegenüberliegenden Rändern 11, 12, 13, 14 miteinander verbunden, sodass der Strömungskanal 10 in Umfangsrichtung geschlossen ausgebildet ist. Auf diese Weise ist verhindert, dass beim Hindurchleiten eines flüssigen Wärmeträgerfluids durch den Strömungskanal 10 das Wärmeträgerfluid aus dem Strömungskanal 10 im Bereich der Ränder 11,12, 13, 14 austreten kann.
Die im Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 5 in dem Abgas enthaltene Abwärme wird also auf das Wärmeträgerfluid übertragen, welches durch den Strömungskanal 10 strömt. Das erwärmte Wärmeträgerfluid wird genutzt, um den elektrischen Energiespeicher 4 zu beheizen. Folglich braucht keine wertvolle elektrische Energie zum Versorgen von elektrischen Heizelementen aufgewendet zu werden, um den elektrischen Energiespeicher 4 vor einem zu starken Abkühlen zu bewahren. Die Abwärme der Abgasanlage 6 beziehungsweise des Abgasstrangs wird also sinnvoll genutzt, sodass die Antriebseinrichtung 2 besonders energieeffizient ist.
Es können durch Bereitstellen der Antriebseinrichtung 2 somit einerseits die Anforderungen an die thermische Betriebssicherheit der Abgasanlage 6 des Kraftfahrzeugs 1 erfüllt werden. Andererseits besteht die Notwendigkeit, den elektrischen Energiespeicher des Kraftfahrzeugs 1 bei tiefen Außentemperaturen warmzuhalten. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn das Kraftfahrzeug 1 allein oder ausschließlich durch Betreiben der Verbrennungskraftmaschine 5 fortbewegt wird, wenn das Kraftfahrzeug 1 also rein verbrennungsmotorisch angetrieben wird. Während dieses verbrennungsmotorischen Betriebs des Kraftfahrzeugs 1 findet nämlich keine Eigenerwärmung des elektrischen Energiespeichers 4 statt.
Die ohnehin notwendige thermische Isolation der Abgasanlage 6, welche durch die Wärmeschutzbleche 8, 9 sichergestellt wird, verhindert also einerseits, dass zulässige Bauteilgrenztemperaturen von Komponenten und Bauteilen überschritten werden, welche sich in der Nähe der Abgasanlage 6 befinden. Zum anderen kann dem Umstand Rechnung getragen werden, dass der elektrische Energiespeicher 4 bei längeren verbrennungsmotorischen Fahrten insbesondere bei tiefen Umgebungstemperaturen beziehungsweise Außentemperaturen beheizt beziehungsweise warm gehalten werden sollte. Denn der elektrische Energiespeicher 4 verliert aufgrund eines konvektiven Wärmeabtransports kontinuierlich Wärme. Und dieser Verlust an Wärme wird während der rein verbrennungsmotorischen Fahrt des Kraftfahrzeugs 1 nicht durch eine Eigenerwärmung ausgeglichen, welche ansonsten aus einem Laden oder Entladen des elektrischen Energiespeichers 4 resultiert. Wenn jedoch die Temperatur des elektrischen Energiespeichers 4 zu weit absinkt, kann dies zu einer Leistungsdegradation des elektrischen Energiespeichers 4 führen.
Vorliegend wird also aus den doppellagig verbauten Wärmeschutzblechen 8, 9, welche aus Gründen der thermischen Betriebssicherheit ohnehin im Bereich der Abgasanlage 6 zu verbauen sind, der geschlossene Strömungskanal 10 zwischen diesen beiden Lagen gebildet. Durch diesen Strömungskanal 10 kann das Wärmeträgerfluid etwa in Form einer Kühlflüssigkeit geleitet werden. Die Kühlflüssigkeit nimmt also die von der Abgasanlage 6 kommende Wärme auf. Dies verstärkt einerseits die isolierende Wirkung der Wärmeschutzbleche 8, 9. Des Weiteren wird die an das Wärmeträgerfluid etwa in Form der Kühlflüssigkeit abgegebene Wärme dazu benutzt, den elektrischen Energiespeicher 4 mit Wärme zu versorgen. Dadurch ist sichergestellt, dass auch nach einer längeren verbrennungsmotorischen Fahrt des Kraftfahrzeugs 1 sich der elektrische Energiespeicher 4 noch in einem Temperaturbereich befindet, welcher dem elektrischen Energiespeicher 4 eine ausreichend Leistungsabgabe ermöglicht.
Aus 1 ist ersichtlich, dass von dem elektrischen Energiespeicher 4 eine Zulaufleitung 15 zu dem Zwischenraum zwischen den beiden Wärmeschutzblechen 8, 9 führt, durch welchen der Strömungskanal 10 gebildet ist. Über eine Rücklaufleitung 16 kann das mittels der Abwärme der Abgasanlage 6 erwärmte Wärmeträgerfluid dann wieder dem elektrischen Energiespeicher 4 zugeführt werden.
Wenn keine Notwendigkeit der Beheizung des elektrischen Energiespeichers 4 mehr besteht, dann kann der Hohlraum oder Zwischenraum, durch welchen der Strömungskanal 10 gebildet ist, wieder entleert werden. Hierfür kann beispielsweise die Rücklaufleitung 16 an ein Sammelbehältnis 17 angeschlossen sein. Wenn sich nach einem solchen Entleeren des Strömungskanals 10 kein flüssiges Wärmeträgerfluid mehr zwischen den Wärmeschutzblechen 8, 9 befindet, so sorgt der zwischen den Wärmeschutzblechen 8, 9 ausgebildete Luftspalt für die thermische Isolationswirkung der Wärmeschutzbleche 8, 9. Dementsprechend übernehmen die Wärmeschutzbleche 8, 9 wieder ihre ursprüngliche Funktion der thermischen Abschirmung der Abgasanlage 6.
Zum Fördern des Wärmeträgerfluids von dem Zwischenraum zwischen den Wärmeschutzblechen 8, 9 hin zu dem elektrischen Energiespeicher 4 ist vorliegend eine Pumpeinrichtung 18 vorgesehen. Des Weiteren kann über ein Ventil 19 eingestellt werden, wann beziehungsweise ob der elektrische Energiespeicher 4 mit dem erwärmten Wärmeträgerfluid beaufschlagt werden soll. Eine Steuerungseinrichtung 20 zum Ansteuern der Pumpeinrichtung 18 und des Ventils 19 ist in 1 gezeigt.
Die Steuerungseinrichtung 20 kann insbesondere dazu ausgebildet sein, bei einer lang andauernden Fahrt des Kraftfahrzeugs 1 im verbrennungsmotorischen Betrieb bei zugleich sehr niedrigen Umgebungstemperaturen das Beaufschlagen des elektrischen Energiespeichers 4 mit dem erwärmten Wärmeträgerfluid zu bewirken. Wird hingegen das Beheizen des elektrischen Energiespeichers 4 nicht mehr benötigt, so kann über die Steuerungseinrichtung 20 das Entleeren des Strömungskanals 10 bewirkt werden.
In 1 ist des Weiteren schematisch eine Klimaanlage 21 des Kraftfahrzeugs 1 gezeigt. Mittels der Klimaanlage 21 lässt sich in an sich bekannter Weise ein Fahrgastraum des Kraftfahrzeugs 1 mit gekühlter Luft beaufschlagen. Das im Betrieb der Klimaanlage 21 anfallende Kondenswasser kann als Wärmeträgerfluid genutzt werden, um mittels dieses Wärmeträgerfluids den elektrischen Energiespeicher 4 zu beheizen.
Des Weiteren ist in 1 schematisch gezeigt, dass die Verbrennungskraftmaschine 5 auch als sogenannter Reichweitenverlängerer (Range Extender) ausgebildet sein kann. Hierbei wird mittels der Verbrennungskraftmaschine 5 etwa über einen Riemen 22 ein Generator 23 angetrieben. Der Generator 23 stellt dann elektrische Energie für den Elektromotor 3 und den elektrischen Energiespeicher 4 bereit. Auch die im Abgas der als Range Extender betriebenen Verbrennungskraftmaschine 5 enthaltene Abwärme kann also vorliegend zum Beheizen des elektrischen Energiespeichers 4 genutzt werden.
Insgesamt wird also die Wärmeenergie, die von der Abgasanlage 6 beziehungsweise einem Abgasrohr über Strahlung und Konvektion abgegeben wird, zum kontinuierlichen oder bedarfsgerechten Heizen des elektrischen Energiespeichers 4 genutzt. Hierfür wird von dem Wärmeträgerfluid, welches durch den Strömungskanal 10 strömt, die Wärme aufgenommen und zu dem elektrischen Energiespeicher 4 transportiert.
Wenn dies beispielsweise während einer lang andauernden verbrennungsmotorischen Fahrt des Kraftfahrzeugs 1 vorgenommen wird, so wird ein zu starkes Auskühlen des elektrischen Energiespeichers 4 verhindert. Dadurch wird erreicht, dass der elektrische Energiespeicher 4 bei einem sich an das verbrennungsmotorische Fortbewegen des Kraftfahrzeugs anschließenden elektromotorischen Fortbewegen des Kraftfahrzeugs 1 besonders gut die in diesem gespeicherte elektrische Energie dem Elektromotor 3 zur Verfügung stellen kann.
Insgesamt werden also die Funktionen der thermischen Betriebssicherheit und des Heizens des elektrischen Energiespeichers 4 integriert beziehungsweise miteinander verbunden.
Bezugszeichenliste

1: Kraftfahrzeug
2: Antriebseinrichtung
3: Elektromotor
4: Energiespeicher
5: Verbrennungskraftmaschine
6: Abgasanlage
7: Umgebung
8: Wärmeschutzblech
9: Wärmeschutzblech
10: Strömungskanal
11: Rand
12: Rand
13: Rand
14: Rand
15: Zulaufleitung
16: Rücklaufleitung
17: Sammelbehältnis
18: Pumpeinrichtung
19: Ventil
20: Steuerungseinrichtung
21: Klimaanlage
22: Riemen
23: Generator

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2599651 A1 [0002]

Claims

Antriebseinrichtung (2) für ein Kraftfahrzeug (1), mit wenigstens einem Elektromotor (3), welcher zum Fortbewegen des Kraftfahrzeugs (1) ausgebildet ist, mit einem elektrischen Energiespeicher (4) zum Versorgen des wenigstens einen Elektromotors (3) mit elektrischer Energie, und mit wenigstens einer Verbrennungskraftmaschine (5), wobei der elektrische Energiespeicher (4) mit aufgrund eines Betreibens der Verbrennungskraftmaschine (5) anfallender Abwärme beheizbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abgasanlage (6) der Verbrennungskraftmaschine (5) zumindest bereichsweise gegenüber einer Umgebung (7) der Abgasanlage (6) durch eine Mehrzahl von Wärmeschutzelementen (8, 9) abgeschirmt ist, wobei durch zumindest einen zwischen einem ersten Wärmeschutzelement (8) und einem zweiten Wärmeschutzelement (9) ausgebildeten Zwischenraum wenigstens ein Strömungskanal (10) für ein Wärmeträgerfluid gebildet ist, und wobei der elektrische Energiespeicher (4) über den wenigstens einen Strömungskanal (10) mit dem Wärmeträgerfluid beaufschlagbar ist.
Antriebseinrichtung (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Strömungskanal (10) in Umfangsrichtung geschlossen ausgebildet ist.
Antriebseinrichtung (2) nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein Sammelbehältnis (17) zum Aufnehmen des Wärmeträgerfluids bei einem, insbesondere vollständigen, Entleeren des wenigstens einen Strömungskanals (10).
Antriebseinrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Pumpeinrichtung (18) zum Fördern des Wärmeträgerfluids zu dem elektrischen Energiespeicher (4).
Antriebseinrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die den Zwischenraum bildenden Wärmeschutzelemente (8, 9) als an jeweiligen Rändern (11, 12, 13, 14) miteinander verbundene Wärmeschutzbleche ausgebildet sind, welche die Abgasanlage (6) zu einer Seite der Abgasanlage (6) hin zumindest bereichsweise gegenüber der Umgebung (7) der Abgasanlage (6) abschirmen.
Antriebseinrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeträgerfluid Kondenswasser umfasst oder durch Kondenswasser gebildet ist, welches durch Betreiben einer Klimaanlage (21) des Kraftfahrzeugs (1) bereitstellbar ist.
Antriebseinrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Verbrennungskraftmaschine (5) als Reichweitenverlängerer ausgebildet ist, welcher dazu ausgebildet ist, einen Generator (23) anzutreiben, über welchen der wenigstens eine Elektromotor (3) und/oder der elektrische Energiespeicher (4) mit elektrischer Energie beaufschlagbar ist.
Antriebseinrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Verbrennungskraftmaschine (5) als zum Fortbewegen des Kraftfahrzeugs (1) und/oder zum Unterstützen des Fortbewegens des Kraftfahrzeugs (1) ausgebildeter Antriebsmotor ausgebildet ist.
Antriebseinrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Steuerungseinrichtung (20), welche dazu ausgebildet ist, das Beaufschlagen des elektrischen Energiespeichers (4) mit dem Wärmeträgerfluid in Abhängigkeit von einer Dauer eines allein mittels der Verbrennungskraftmaschine (5) bewirkten Fortbewegens des Kraftfahrzeugs (1) und/oder in Abhängigkeit von einer Umgebungstemperatur zu bewirken.
Antriebseinrichtung (2) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (20) dazu ausgebildet ist, ein, insbesondere vollständiges, Ablassen des Wärmeträgerfluids aus dem wenigstens einen Strömungskanal (10) in Abhängigkeit von einer Temperatur des elektrischen Energiespeichers (4) zu bewirken.
Kraftfahrzeug (1) mit einer Antriebseinrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung (2) für ein Kraftfahrzeug (1), welche wenigstens einen zum Fortbewegen des Kraftfahrzeugs (1) ausgebildeten Elektromotor (3) und einen elektrischen Energiespeicher (4) zum Versorgen des wenigstens einen Elektromotors (3) mit elektrischer Energie aufweist, und welche wenigstens eine Verbrennungskraftmaschine (5) aufweist, wobei der elektrische Energiespeicher (4) mit aufgrund eines Betreibens der Verbrennungskraftmaschine (5) anfallender Abwärme beheizt wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abgasanlage (6) der Verbrennungskraftmaschine (5) zumindest bereichsweise gegenüber einer Umgebung (7) der Abgasanlage (6) durch eine Mehrzahl von Wärmeschutzelementen (8, 9) abgeschirmt ist, wobei durch zumindest einen zwischen einem ersten Wärmeschutzelement (8) und einem zweiten Wärmeschutzelement (9) ausgebildeten Zwischenraum wenigstens ein Strömungskanal (10) für ein Wärmeträgerfluid gebildet ist, und wobei der elektrische Energiespeicher (4) über den wenigstens einen Strömungskanal (10) mit dem Wärmeträgerfluid beaufschlagt wird.