DE102022105115A1

DE102022105115A1 - Temperiereinrichtung für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug, elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug und Verfahren

Info

Publication number: DE102022105115A1
Application number: DE102022105115.3A
Authority: DE
Inventors: Tim Schöne
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2022-03-04
Filing date: 2022-03-04
Publication date: 2023-09-07

Abstract

Es wird eine Temperiereinrichtung (18) für einen Fahrgastraum (16) eines elektrisch angetriebenen, ein Batteriesystem (12) und eine Temperiervorrichtung (14) für das Batteriesystem (12) aufweisenden Kraftfahrzeugs (10) vorgesehen, wobei die Temperiereinrichtung (18) ein Leitungssystem (28) mit wenigstens einer Leitung (30,32) zum Führen eines Wärmeträgers (40) und wenigstens ein zum Temperieren des Fahrgastraums (16) vorgesehenes und an das Leitungssystem (28) fluidisch anzubindendes und/oder angebundenes Temperierelement (34) aufweist, und wobei das Temperierelement (34) zum Temperieren des Fahrgastraums (16) eine von der Temperiervorrichtung (14) transportierte und/oder bereitgestellte thermische Energie des Batteriesystems (12) an den Fahrgastraum (16) abgibt und/oder abgeben kann. Damit weniger elektrische Energie zum Temperieren benötigt wird, ist die Temperiereinrichtung (18) als eine mit dem fluiden, vorzugsweise flüssigen, insbesondere dauerhaft flüssigen, Wärmeträger (40) zu betreibende und/oder betriebene Fußbodenheizung für den Fahrgastraum (16) ausgebildet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Temperiereinrichtung für einen Fahrgastraum eines elektrisch angetriebenen, ein Batteriesystem und eine Temperiervorrichtung für das Batteriesystem aufweisenden Kraftfahrzeugs, die Temperiereinrichtung aufweisend ein Leitungssystem mit wenigstens einer Leitung zum Führen eines Wärmeträgers und wenigstens ein zum Temperieren des Fahrgastraums vorgesehenes und an das Leitungssystem fluidisch anzubindendes und/oder angebundenes Temperierelement, wobei das Temperierelement zum Temperieren des Fahrgastraums eine von der Temperiervorrichtung transportierte und/oder bereitgestellte thermische Energie des Batteriesystems an den Fahrgastraum abgibt und/oder abgeben kann. Die Erfindung betrifft weiter ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug und ein Verfahren.
Ein Fahrgastraum muss typischerweise temperiert, d.h. gekühlt, klimatisiert und/oder geheizt, werden, wozu eine Temperiereinrichtung dient. Temperiereinrichtungen können insbesondere im Winter die Abwärme vom Antriebsmotor nutzen. Leider kann die Abwärme eines elektrischen Antriebsmotors nicht effizient zum Heizen verwendet werden. Daher werden PTC-Elemente, Klimaanlagen, Wärmepumpen oder dgl. als Energiewandler zur Wandlung von elektrischer in thermische Energie verwendet. Diese verbrauchen jedoch Energie aus dem Batteriesystem und verkürzen die Reichweite.
DE 44 33 814 A1 offenbart für Verbrennungsmotoren mit geringer Verlustwärme eine Temperiereinrichtung. Es wird eine elektrische Zusatzheizung mit einer Vielzahl von PTC-Elementen offenbart. DE 198 35 229 A1 offenbart als eine Temperiereinrichtung einen Wärmetauscher mit einer elektrischen Wärmeabgabeeinrichtung. In dem Wärmetauscher wird ein PTC-Element eingesetzt.
DE 10 2018 124 748 A1 betrifft eine Temperiereinrichtung mit einer elektrisch betriebenen Wärmepumpe für Kraftfahrzeuge mit einem großen Fahrgastraum. Die Temperiereinrichtung führt einen Warmluftstrom und einen Kaltluftstrom über die Länge des Kraftfahrzeugs zu mehreren Luftmischeinheiten und Luftauslässen. Es wird hier ergänzend eine thermische Energie bzw. Abwärme vom Batteriesystem abgeführt, der Temperiereinrichtung zugeführt und zum Heizen verwendet.
Nachteilig an den bekannten Temperiereinrichtungen ist, dass diese bei einem elektrisch betriebenen Kraftfahrzeug weiterhin primär elektrische Energie benötigen. Es besteht ein Bedarf, den elektrischen Energieverbrauch von einer Temperiereinrichtung zum Temperieren eines Fahrgastraumes zu reduzieren.
Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Temperiereinrichtung, ein Kraftfahrzeug sowie ein Verfahren anzugeben, wobei noch weniger oder keine elektrische Energie zum Temperieren des Fahrgastraums benötigt wird.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch eine Temperiereinrichtung nach Anspruch 1, durch ein Kraftfahrzeug nach Anspruchs 8 und durch ein Verfahren nach Anspruch 9. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der Beschreibung angegeben, die jeweils einzeln oder in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können.
Vorgeschlagen wird, dass die Temperiereinrichtung als eine mit dem Wärmeträger zu betreibende und/oder betriebene Fußbodenheizung für den Fahrgastraum ausgebildet ist, wobei der Wärmeträger fluid, flüssig und/oder dauerhaft flüssig ist. In anderen Worten soll der durch das Batteriesystem erwärmte Wärmeträger durch Schleifen im/am Fußboden zum Fahrgastraum zu leiten sein, um darüber Wärme abzugeben und gleichzeitig als Fußbodenheizung zu fungieren.
Erfindungsgemäß wird weniger elektrische Energie z.B. für ein PTC-Element benötigt, um den Fahrgastraum zu temperieren. Es wird die Abwärme/thermische Energie vom Batteriesystem genutzt, anstelle sie an die Umwelt abzugeben. Außerdem ist kein lauter, elektrisch erzeugter Luftstrom mehr nötig, um den Fahrgastraum über die Temperiereinrichtung zu heizen, da die Fußbodenheizung ohne Lüfter auskommt. Ebenfalls genügt eine geringe Durchflussgeschwindigkeit des Wärmeträgers durch die Temperiereinrichtung zum Temperieren, wodurch nur eine geringe Pumpleistung für den Wärmeträger nötig ist.
Eine Fußbodenheizung ist eine Einrichtung, die sich dazu eignet und/oder dazu bestimmt ist, zum Heizen eines Raumes thermische Energie aus einem Wärmeträger über einen Fußboden in den Raum freizugeben. Der Transfer der thermischen Energie zwischen der Fußbodenheizung und dem Fahrgastraum erfolgt zumindest vorwiegend durch natürliche/freie Konvektion und/oder Wärmestrahlung, z.B. damit kein Gebläse oder dergleichen nötig ist.
Die Temperiereinrichtung ist insbesondere nicht luftdurchströmt, kein Luftgitter, Wasserkühler/Kühler und/oder nicht oder zumindest nicht primär mit geblasener Luft zu betreiben. In anderen Worten ist die Temperiereinrichtung von dem Wärmeträger zu durchströmen, so dass die Temperiereinrichtung (wie eine wassergespeiste Fußbodenheizung in einem Gebäude) oberseitig warm werden kann.
Das Batteriesystem weist bevorzugt wenigstens eine Batteriezelle bzw. einen Batterieblock, insbesondere eine Lithium-Ionen-Batterie, und/oder eine Leistungselektronik zum Regeln eines Be- und Entladens einer/der Batteriezelle auf. Die Temperiervorrichtung ist dazu vorgesehen, das Batteriesystem, die Batteriezelle und/oder die Leistungselektronik zu temperieren, d.h. vor Unterkühlung und Überhitzung zu schützen. Meist führt die Temperiervorrichtung thermische Energie über eine Temperiereinheit, z.B. Wärmetauscher bzw. Kühler, an die Umgebung ab; die Temperiervorrichtung kann jedoch auch thermische Energie aus der Umgebung oder einer anderen Energiequelle (z.B. elektrische Heizung, gespeist z.B. aus dem Batteriesystem) aufnehmen, beispielsweise wenn das Batteriesystem erwärmt werden muss. Ferner kann die Temperiervorrichtung eine Umwälzpumpe aufweisen, die einen Wärmeträger beispielsweise zwischen der Temperiereinheit und dem Batteriesystem zirkulieren lässt bzw. pumpt bzw. umwälzt.
Bei einer ersten Ausführungsform ist das Temperierelement durch das Leitungssystem und/oder die wenigstens eine Leitung gebildet, insbesondere dadurch, dass die wenigstens eine Leitung, insbesondere mittelbar oder unmittelbar unter einem/dem Fußboden des Kraftfahrzeugs, in Spiralen und/oder Schleifen anzuordnen und/oder angeordnet ist. Das Leitungssystem kann derart ausgebildet sein, dass es unterhalb von einem Fußbodenbelag zu verlegen und/oder verlegbar und/oder in eine Bodenplatte zu integrieren bzw. integrierbar ist. So kann eine Temperiereinrichtung einfach nachgerüstet werden.
Das Leitungssystem kann mehrere Leitungen aufweisen und/oder in mehrere, z.B. drei, Bereiche geteilt sein. Die Bereiche können für eine gleichmäßige Temperierung jeweils durch den Wärmeträger von einer bestimmten Anzahl an Batterieblöcken zu speisen sein.
Der Wärmeträger kann flüssig sein, insbesondere Wasser oder Kühlwasser aufweisen. Bevorzugt ist der Wärmeträger kein Kältemittel und/oder in der Temperiereinrichtung und/oder Temperiervorrichtung stets flüssig. Damit ist der Wärmeträger günstig, einfach nachfüllbar, ungiftig und/oder nicht brennbar und Kreisläufe damit können recht gefahrlos aufgetrennt werden.
Vorzugsweise ist ein Einlass des Leitungssystems über eine erste Leitung mit einem Eingang des Temperierelements fluidisch anzubinden und/oder angebunden. Es kann ein Auslass des Leitungssystems über eine zweite Leitung mit einem Ausgang des Temperierelements fluidisch anzubinden und/oder angebunden sein. Zwischen Einlass und Auslass soll eine kanalartige Verbindung über das Leitungssystem und das Temperierelement vorliegen. Eine Leitung kann ein Rohr und/oder ein Schlauch sein, das/der zur Abgabe von thermischer Energie an den Fußboden und/oder den Fahrgastraum unterhalb von einem/dem Fußboden zu verlegen bzw. verlegt sein kann. Die Leitung kann wenigstens abschnittsweise thermisch isoliert ausgebildet sein, beispielsweise eine Umhüllung aufweisen, was Energie spart. Dieser modulare Aufbau ermöglicht eine flexible Anwendung bei Kraftfahrzeugen, beispielsweise wenn mehrere, ggf. unterschiedliche, Temperierelemente verwendet werden.
Bei einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Temperierelement, insbesondere vom Eingang bis zum Ausgang, eine geschlossene Kanalstruktur aufweist. Alternativ oder ergänzend kann die Kanalstruktur zur Abgabe von thermischer Energie eines bzw. des Wärmeträgers an eine, zumindest im Wesentlichen ebene und/oder am Temperierelement außenliegende oder anliegende, Wärmeabgabefläche vorgesehen sein. Die Wärmeabgabefläche kann Teil des Temperierelements oder Teil des Fußbodens des Kraftfahrzeugs sein.
Das Temperierelement kann als ein Bauteil ausgebildet sein, in das die Kanalstruktur eingearbeitet ist, z.B. so dass eine thermische Energie des Wärmeträgers von dem Bauteil aufgenommen werden kann. Das Bauteil kann die thermische Energie dann konduktiv, also über Wärmeleitung im Festkörper, an eine zumindest im Wesentlichen ebene Fläche weiterleiten, wobei die Fläche der Fußboden sein kann und/oder an den Fußboden angrenzen kann bzw. angrenzen soll. Die Kanalstruktur kann in der Art eines kontinuierlichen Durchgangs ohne Abzweigungen ausgebildet sein oder Abzweigungen aufweisen, so dass mehrere Kanäle nebeneinander zwischen dem Eingang und dem Ausgang geführt sind.
Eine weitere Ausgestaltung zeichnet aus, dass das Temperierelement abgewandt von einer Oberseite des Fußbodens an einer Unterseite des Fußbodens, insbesondere unmittelbar, anzuordnen und/oder angeordnet ist. Alternativ oder ergänzend ist das Temperierelement als Fußboden ausgebildet und/oder mit Fußbodenbelag zu belegen und/oder belegt. Die Temperiereinrichtung kann so leicht nachgerüstet werden.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Leitungssystem über wenigstens ein Anbindungselement an die Temperiervorrichtung, insbesondere an den Rücklauf, fluidisch anzubinden und/oder angebunden ist. Bevorzugt ist vorgesehen, dass das Anbindungselement ein Stellventil, einen Temperatursensor, einen Durchflusssensor und/oder ein Thermostatelement aufweisen/aufweist.
Das Anbindungselement kann wenigstens einen zweiwegigen und/oder einen dreiwegigen Leitungsverbinder aufweisen. Mit dem Anbindungselement kann der Vorlauf/Rücklauf abgezweigt/angezapft werden und es kann eine Rückführung zum Vorlauf/Rücklauf stattfinden. Im einfachsten Fall ist der Vorlauf/Rücklauf aufzutrennen und die Temperiereinrichtung in Reihe an den Vorlauf/Rücklauf fluidisch einzubinden. Wenn die Temperiereinrichtung einfach deaktivierbar sein soll, können auch zwei dreiwegige Leitungsverbinder mit zwischenliegendem Stellventil in den Vorlauf/Rücklauf eingebunden werden, und es kann über die zwei abgehenden Wege die Temperiereinrichtung zusammen mit einem weiteren Stellventil fluidisch eingebunden werden, wobei die beiden Stellventile zum (De)aktivieren gegensinnig zu schalten sind. So kann insbesondere am Rücklauf erwärmter Wärmeträger abgezweigt, im Temperierelement abgekühlt und dann dem Rücklauf oder auch dem Vorlauf zurückgeführt werden.
Das Anbindungselement kann mehrere, insbesondere vier, untereinander fluidisch verbundene und/oder verbindbare Anschlüsse aufweisen. Insbesondere sind ein erster und ein zweiter Anschluss in den Vorlauf und/oder den Rücklauf der Temperiervorrichtung einzubinden, wobei ein dritter und ein vierter Anschluss für eine Abzweigung zur Verfügung stehen. Mittels eines Stellventils, insbesondere mittels mehrerer Stellventile, können die Anschlüsse verschieden fluidisch miteinander verbunden werden, d.h. verschiedene fluidische Verbindungen zwischen den Anschlüssen können gestellt werden. In einer Sperrstellung sind der dritte und vierte Anschluss verschlossen und der erste und zweite Anschluss miteinander fluidisch verbunden. In einer Abzweigstellung sind nur der erste mit dem dritten Anschluss und der zweite mit dem vierten Anschluss fluidisch verbunden, so dass der erste und der zweite Anschluss nicht fluidisch miteinander verbunden ist. In einer Drosselstellung wird die Abzweigstellung dadurch ergänzt, dass die eigentlich geschlossene fluidische Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluss stufenlos oder gestuft zwischen geöffnet und geschlossen verstellbar ist.
Mithilfe des Stellventils/der Stellventile kann gesteuert/geregelt werden, wann von der Temperiervorrichtung bzw. dem Batteriesystem eine thermische Energie zum Heizen abgeführt werden soll. Es kann der Temperatursensor, der Durchflusssensor und/oder das Thermostatelement zum Steuern oder Regeln des Heizens vorgesehen sein; der Sensor und/oder das Thermostatelement kann auch im Bereich des Batteriesystems, der Temperiervorrichtung und/oder der Temperiereinrichtung angeordnet sein. So kann über den Temperatursensor festgestellt werden, ob eine Temperatur vorliegt, die zum Temperieren verwendet werden kann und/oder der durch Temperieren begegnet werden muss, und dann kann das Stellventil gestellt werden. Es kann in Abhängigkeit vom Durchfluss im Leitungssystem und/oder in der Temperiervorrichtung das Stellventil gestellt werden. Das führt zu einem autonomen Temperieren des Fahrgastraumes, bei dem beispielsweise ein Sollwert (z.B. Solltemperatur im Fahrgastraum) vorgegeben und/oder eine Regelgröße (z.B. Isttemperatur im Fahrgastraum) zum Regeln verwendet werden kann.
Außerdem wird ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug vorgeschlagen, das ein Batteriesystem, eine Temperiervorrichtung für das bzw. zum Temperieren des Batteriesystem(s), einen Fahrgastraum und eine Temperiereinrichtung für den bzw. zum Temperieren des Fahrgastraums aufweist. Die Temperiereinrichtung kann nach einem der Ansprüche 1 bis 7 ausgebildet sein. Das Kraftfahrzeug weist eine durch eine Abwärme des Batteriesystems gespeiste Möglichkeit zum Temperieren/Heizen des Fahrgastraumes über den Fußboden auf. Das Kraftfahrzeug zeichnet sich dadurch aus, dass eine energieeffiziente Temperierung des Fahrgastraumes möglich ist, weil eine Abwärme von dem Batteriesystem nun genutzt wird und eine möglicherweise vorgesehene elektrische Zuheizung für den Fahrgastraum weniger oder keine elektrische Energie umsetzen muss.
Weiterhin wird ein Verfahren zum Temperieren eines Fahrgastraumes eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs vorgeschlagen. Das Kraftfahrzeug ist insbesondere nach Anspruch 8 oder dessen Oberbegriff ausgebildet. Das Verfahren ist vorschlagsgemäß gekennzeichnet durch: Zuführen einer mittels einer Temperiervorrichtung von einem Batteriesystem abgeführten thermischen Energie über einen Fußbodens eines Fahrgastraums mittels einer Temperiereinrichtung zu dem Fahrgastraum, und/oder Zuführen eines Wärmeträgers von einer Temperiervorrichtung durch ein Leitungssystem zu einem Temperierelement zum Temperieren eines Fahrgastraumes über einen Fußboden und/oder Rückführen eines Wärmeträgers über ein Leitungssystem zu einer/der Temperiervorrichtung. Es wird durch das Verfahren weniger elektrische Energie benötigt, um den Fahrgastraum zu temperieren, weil eine Abwärme von dem Batteriesystem nicht mehr an Umgebung geleitet wird, sondern zum Heizen des Innenraums über den Fußboden genutzt wird.
Eine Fußbodenheizung ist sinnvoll, weil die Temperatur des Wärmeträgers meist eine Temperatur von 25 °C bis 50 °C aufweist, insbesondere 30 °C bis 40 °C. Eine Fußbodenheizung eignet sich gut für diese Temperaturen des Wärmeträgers, wohingegen ein luftdurchströmtes Temperierelement hiermit nicht so energieeffizient betrieben werden könnte, denn dieser benötigt dann einen starken Luftstrom. Ferner ist die Fußbodenheizung näherungsweise geräuschlos.
Das Verfahren kann weiter aufweisen: Messen einer Temperatur des Fahrgastraums, des Wärmeträgers und/oder des Batteriesystems, und/oder Schalten und/oder Stellen eines Anbindungselements bzw. Stellventils, insbesondere in Abhängigkeit von der Temperatur, zum Steuern bzw. Regeln der Wärmeabgabe des Temperierelements über den Fußboden an den Fahrgastraum. Die Temperatur kann an beliebigen Stellen im Kraftfahrzeug gemessen werden, um zu entscheiden, ob die Temperiereinrichtung temperieren soll. Wenn beispielsweise das Batteriesystem und/oder der Wärmeträger eine zu hohe Temperatur und/oder der Fahrgastraum eine zu niedrige Temperatur aufweist (also jeweils im Vergleich zu einem Soll- bzw. Referenzwert), kann das Anbindungselement derart geschaltet/gestellt werden, dass eine Temperierung stattfindet bzw. der Wärmeträger durch das Temperierelement fließt. Insbesondere kann das Anbindungselement von der Sperrstellung in die Abzweigstellung oder eine Stellung dazwischen bzw. die Drosselstellung verstellt werden.
Die in dieser Anmeldung genannten Ausgestaltungen der Temperiereinrichtung sind auch in Teilen bei dem in dieser Anmeldung genannten Kraftfahrzeug vorteilhaft anwendbar. Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigen:

1: ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug in einer Seitenansicht,
2: ein Temperierelement in einer perspektivischen Ansicht,
3: ein weiteres Temperierelement in einer perspektivischen Ansicht,
4: ein Leitungssystem mit zwei Leitungen in einer schematischen Ansicht, und
5: ein Anbindungselement in einer schematischen Ansicht.

In 1 ist ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug 10 mit einem Batteriesystem 12, einer Temperiervorrichtung 14 für das Batteriesystem 12, einem Fahrgastraum 16 mit zwei exemplarischen Sitzbänken S und einer Temperiereinrichtung 18 für den Fahrgastraum 16 dargestellt, wobei die Temperiereinrichtung 18 unterhalb von den Sitzbänken S angeordnet und unmittelbar unter dem Fußboden 42 angeordnet ist und als Fußbodenheizung ausgebildet ist. Es sind ebenfalls zwei elektrisch angetriebene Räder R des Kraftfahrzeugs 10 exemplarisch dargestellt.
Die Temperiervorrichtung 14 der 1 weist einen Vorlauf 20 und einen Rücklauf 22 mit darin geführtem Wärmeträger 40 auf, welche zum Batteriesystem 12 führen, und kann das Batteriesystem 12 mittels des Wärmeträgers 40 temperieren. Die Temperiervorrichtung 14 weist eine Temperiereinheit 24 auf, welche: eine Klimaanlage, eine Wärmepumpe und/oder einen Wärmetauscher/Kühler sowie eine den Vorlauf 20 mit Wärmeträger 40 speisende Umwälzpumpe 74 aufweist und zudem thermische Energie zwischen Umgebung 26 und Wärmeträger 40 transferieren kann.
Die Temperiereinrichtung 18 der 1 ist über zwei Leitungen 30,32 ihres Leitungssystems 28 mittels eines Anbindungselements 54 nur an den Rücklauf 22 der Temperiervorrichtung 14 fluidisch angebunden. Die Leitungen 30,32 führen den vorwiegend aus Wasser bestehenden, fluiden und flüssigen Wärmeträger 40, der auch in der Temperiervorrichtung 14 geführt ist.
Die Temperiereinrichtung 18 der 1 weist zwei zum Temperieren des Fahrgastraums 16 vorgesehene, an das Leitungssystem 28 fluidisch angebundene Temperierelemente 34 auf und ist damit in zwei parallel geschaltete Bereiche eingeteilt. Die Temperierelemente 34 können eine von der Temperiervorrichtung 14 transportierte bzw. bereitgestellte thermische Energie vom Batteriesystem 12 hier von sechs Batteriezellen/Batterieblöcken 36 und einer Leistungselektronik 38 an den Fahrgastraum 16 durch Konvektion und Strahlung abgeben.
Die Temperiereinrichtung 18 der 1 ist als eine mit dem fluiden und dauerhaft flüssigen Wärmeträger 40 zu betreibende und betriebene Fußbodenheizung für den Fahrgastraum 16 ausgebildet. Vorliegend ist das dadurch realisiert, dass die Temperierelemente 34 unmittelbar unter dem den Fußboden 42 des Fahrgastraums 16, also abgewandt von einer Oberseite 52 des Fußbodens 42, mit ihren Oberseiten 52 und zudem mit ihren außenliegenden Wärmeabgabeflächen 68 an einer Unterseite 72 des Fußbodens 42 angebracht sind. In anderen Worten sind die Temperierelemente 34 mit dem Fußboden 42 belegt und der Fußboden 42 stellt nun eine Wärmeabgabefläche 68 dar.
In 1 ist ein Einlass 44 des Leitungssystems 28 über die erste Leitung 30 an zwei Stellen mit je einem Eingang 46 eines Temperierelements 34 fluidisch angebunden. Weiter ist ein Auslass 48 des Leitungssystems 28 über die zweite Leitung 32 an zwei Stellen mit je einem Ausgang 50 eines Temperierelements 34 fluidisch angebunden.
Die beiden Temperierelemente 34 der 1 sind über die Leitungen 30,32 parallel geschaltet und schaltbar über das Anbindungselement 54 mit einem Stellventil 56 an die Temperiervorrichtung 14 bzw. den Rücklauf 22 fluidisch angebunden. Über das Stellventil 56 des Anbindungselements 54 kann gestellt werden, ob der Wärmeträger 40 im Rücklauf 22 komplett über die Temperiereinrichtung 18 abgezweigt werden soll (Abzweigstellung), ob nur ein Anteil des Wärmeträgers 40 abgezweigt werden soll (Drosselstellung) oder ob die Temperiereinrichtung 18 nicht fluidisch angebunden sein soll (Sperrstellung). Mittels eines Temperatursensors 58 kann die Temperatur des Wärmeträgers 40 überwacht und zum Stellen des Stellventils 56 genutzt werden. Ein Temperatursensor 58 kann auch im Fahrgastraum 16 angeordnet sein und zum Stellen des Stellventils 56 durch eine Steuerung oder Regelung genutzt werden.
Mit dem Kraftfahrzeug 10 der 1 ist das erfindungsgemäße Verfahren durchführbar. Es kann eine thermische Energie von dem Batteriesystem 12 abgeführt werden und dem Fahrgastraum 16 über den Fußboden 42 mittels der Fußbodenheizung zugeführt werden. Dabei wird der Wärmeträger 40 von der Umwälzpumpe 74 der Temperiervorrichtung 14 gepumpt durch den Vorlauf 20, dann das Batteriesystem 12 und dann durch das Leitungssystem 28 zu dem Temperierelement 34 geführt, so dass der Fahrgastraum 16 über den Fußboden 42 temperiert wird. Ebenfalls wird der Wärmeträger 40 durch das Leitungssystem 28 zu der Temperiervorrichtung 14, hier zu dem Rücklauf 22, zurückgeführt. Die Temperatur des Wärmeträgers 40 kann am Anbindungselement 54 und/oder im Fahrgastraum 16 mittels Temperatursensor 58 gemessen und in Abhängigkeit davon kann das Stellventil 56 gestellt werden.
In 2 ist ein Temperierelement 34 abgebildet, das für eine Fußbodenheizung verwendet werden kann. Das Temperierelement 34 weist von einem Eingang 46 bis zu einem Ausgang 50 eine geschlossene Kanalstruktur 70 auf. Die Kanalstruktur 70 ist zur Abgabe von thermischer Energie eines durch diese fließenden Wärmeträgers 40 an eine ebene, am Temperierelement 34 außenliegende Wärmeabgabefläche 68 des Temperierelements 34 ausgebildet. Die Wärmeabgabefläche 68 ist an einer Oberseite 52 angeordnet. Die Kanalstruktur 70 ist labyrinthartig bzw. Zick-Zack-förmig als ein kontinuierlicher Durchgang in ein Bauteil eingearbeitet.
Das Temperierelement 34 der 3 ist durch das Leitungssystem 28 bzw. die Leitung 30,32 gebildet. Das ist dadurch realisiert, dass die Leitung 30,32 in Schleifen bzw. in einer Zick-Zack-Form angeordnet ist, so dass die Leitung 30,32 sich zur Abgabe von thermischer Energie an eine Fläche bzw. einen Fußboden 42 eignet, soweit sie nah oder unmittelbar von unten daran angeordnet ist. Das Temperierelement 34 weist hier jedoch keine zumindest im Wesentlichen ebene Wärmeabgabefläche 68 auf und ist aus einem flexiblen Schlauch hergestellt.
In 4 ist ein Leitungssystem 28 dargestellt, das zwei Leitungen 30,32 aufweist. Die Leitung 30 weist einen Einlass 44 und die Leitung 32 weist einen Auslass 48 auf. Der Einlass 44 ist zum fluidischen Anschließen an einen dritten Anschluss 64 ausgebildet und der Auslass 48 ist zum fluidischen Anschließen an einen vierten Anschluss 66 ausgebildet. Gegenüberliegend vom Einlass 44 bzw. Auslass 48 ist das Temperierelement 34 mit seinem Eingang 46 bzw. Ausgang 50 anzuschließen. Die Leitungen 30,32 sind vorliegend durch einen mit einer thermischen Isolation umhüllten Schlauch gebildet und lassen eine flexible Leitungsführung zu.
In 5 ist ein Anbindungselement 54 dargestellt, wie es auch in der 1 zum Einsatz kommt. Ein erster 60 und ein zweiter Anschluss 62 sind in einen Rücklauf 22 einzubinden, genauer gesagt in einer Reihenschaltung bzw. dadurch, dass der Rücklauf 22 aufgetrennt wird und dann das Anbindungselement 54 mit den Anschlüssen 60,62 angeschlossen wird. Ein dritter 64 und ein vierter Anschluss 66 dienen zum Abzweigen eines Wärmeträgers 40 an ein Leitungssystem 28 und zum Speisen der Temperiereinrichtung 18 mit dem Wärmeträger 40 bzw. mit thermischer Energie. Dabei kann ein Stellventil 56 alle Anschlüsse 60,62,64,66 untereinander verschieden zusammenschalten, so dass nur die Anschlüsse 60 und 62 fluidisch miteinander verbunden und die Anschlüsse 64 und 66 verschlossen sind (Sperrstellung), so dass nur die Anschlüsse 60 mit 64 sowie 62 mit 66 jeweils fluidisch verbunden sind (Abzweigstellung), und/oder so dass in Abweichung von der Abzweigstellung die Anschlüsse 60 und 64 mit 62 und 66 variabel fluidisch verbindbar sind, insbesondere stufenlos oder gestuft zwischen geschlossen und offen gedrosselt (Drosselstellung).
Ein Temperatursensor 58 kann die Temperatur des Wärmeträgers 40 messen. Die Temperatur kann unmittelbar an einem oder mehreren der Anschlüsse 60,62,64,66 gemessen werden, wobei bevorzugt am ersten Anschluss 60 gemessen wird.
Bezugszeichenliste

10: elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug
12: Batteriesystem
14: Temperiervorrichtung
16: Fahrgastraum
18: Temperiereinrichtung 20 Vorlauf
22: Rücklauf
24: Temperiereinheit
26: Umgebung
28: Leitungssystem
30: Leitung
32: Leitung
34: Temperierelement
36: Batteriezelle/Batterieblock
38: Leistungselektronik
40: Wärmeträger
42: Fußboden
44: Einlass des Leitungssystems
46: Eingang des Temperierelements
48: Auslass des Leitungssystems
50: Ausgang des Temperierelements
52: Oberseite 54 Anbindungselement
56: Stellventil
58: Temperatursensor
60: erster Anschluss
62: zweiter Anschluss
64: dritter Anschluss
66: vierter Anschluss
68: Wärmeabgabefläche
70: Kanalstruktur
72: Unterseite
74: Umwälzpumpe
S: Sitzbank
R: Rad

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 4433814 A1 [0003]
DE 19835229 A1 [0003]
DE 102018124748 A1 [0004]

Claims

Temperiereinrichtung (18) für einen Fahrgastraum (16) eines elektrisch angetriebenen, ein Batteriesystem (12) und eine Temperiervorrichtung (14) für das Batteriesystem (12) aufweisenden Kraftfahrzeugs (10), die Temperiereinrichtung (18) aufweisend: ein Leitungssystem (28) mit wenigstens einer Leitung (30,32) zum Führen eines Wärmeträgers (40) und wenigstens ein zum Temperieren des Fahrgastraums (16) vorgesehenes und an das Leitungssystem (28) fluidisch anzubindendes und/oder angebundenes Temperierelement (34), wobei das Temperierelement (34) zum Temperieren des Fahrgastraums (16) eine von der Temperiervorrichtung (14) transportierte und/oder bereitgestellte thermische Energie des Batteriesystems (12) an den Fahrgastraum (16) abgibt und/oder abgeben kann, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperiereinrichtung (18) als eine mit dem Wärmeträger (40) zu betreibende und/oder betriebene Fußbodenheizung für den Fahrgastraum (16) ausgebildet ist, wobei der Wärmeträger (40) fluid, flüssig und/oder dauerhaft flüssig ist.
Temperiereinrichtung (18) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Temperierelement (34) durch das Leitungssystem (28) und/oder die wenigstens eine Leitung (30,32) gebildet ist, insbesondere dadurch, dass die wenigstens eine Leitung (30,32), insbesondere mittelbar oder unmittelbar unter einem Fußboden (42) des Kraftfahrzeugs (10), in Schleifen anzuordnen oder angeordnet ist, und/oder dass der Wärmeträger (40) flüssig ist, insbesondere aus Wasser besteht oder zumindest im Wesentlichen aufweist.
Temperiereinrichtung (18) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Einlass (44) des Leitungssystems (28) über eine erste Leitung (30) mit einem Eingang (46) des Temperierelements (34) fluidisch anzubinden und/oder angebunden ist, und/oder ein Auslass (48) des Leitungssystems (28) über eine zweite Leitung (32) mit einem Ausgang (50) des Temperierelements (34) fluidisch anzubinden oder angebunden ist.
Temperiereinrichtung (18) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Temperierelement (34), insbesondere vom Eingang (46) bis zum Ausgang (50), eine geschlossene Kanalstruktur (70) aufweist, vorzugsweise wobei die Kanalstruktur (70) zur Abgabe von thermischer Energie eines/des Wärmeträgers (40) an eine, zumindest im Wesentlichen ebene und/oder am Temperierelement (34) außenliegende oder anliegende, Wärmeabgabefläche (68) ausgebildet ist.
Temperiereinrichtung (18) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Temperierelement (34) abgewandt von einer Oberseite (52) eines/des Fußbodens (42) an einer Unterseite (72) des Fußbodens (42), insbesondere unmittelbar, anzuordnen oder angeordnet ist, und/oder das Temperierelement (34) als Fußboden (42) ausgebildet ist und/oder mit Fußbodenelementen zu belegen oder belegt ist.
Temperiereinrichtung (18) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitungssystem (28) über ein Anbindungselement (54) an die Temperiervorrichtung (14), insbesondere an den Rücklauf (22), fluidisch anzubinden und/oder angebunden ist.
Temperiereinrichtung (18) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Anbindungselement (54) ein Stellventil (56), einen Temperatursensor (58), einen Durchflusssensor und/oder ein Thermostatelement aufweisen/aufweist.
Elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug (10) mit einem Batteriesystem (12), einer Temperiervorrichtung (14) für das Batteriesystem (12), einem Fahrgastraum (16) und einer Temperiereinrichtung (18) für den Fahrgastraum (16), dadurch gekennzeichnet, dass die Temperiereinrichtung (18) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 ausgebildet ist.
Verfahren zum Temperieren des Fahrgastraumes (16) des elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs (10) nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch: Zuführen einer mittels der Temperiervorrichtung (14) von dem Batteriesystem (12) abgeführten thermischen Energie über einen Fußbodens (42) des Fahrgastraums (16) mittels der als Fußbodenheizung ausgebildeten Temperiereinrichtung (18) zu dem Fahrgastraum (16), und/oder Zuführen des Wärmeträgers (40) von der Temperiervorrichtung (14) durch das Leitungssystem (28) zu dem Temperierelement (34) zum Temperieren des Fahrgastraumes (16) über den Fußboden (42) und/oder Rückführen des Wärmeträgers (40) und über das Leitungssystem (28) zu einer/der Temperiervorrichtung (14).
Verfahren nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch: Messen einer Temperatur des Fahrgastraums (16), des Wärmeträgers (40) und/oder des Batteriesystems (12), und/oder Schalten bzw. Stellen eines/des Anbindungselements (54), insbesondere in Abhängigkeit von der Temperatur, zum Steuern bzw. Regeln der Wärmeabgabe des Temperierelements (34) über den Fußboden (42) an den Fahrgastraum (16).