DE19720897A1 - Einrichtung für die Beheizung eines Elektrofahrzeuges - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung für die Beheizung eines Elektrofahrzeuges, durch die der Fahrgastraum des Elektrofahrzeuges vorgeheizt oder im Fahrbetrieb beheizt werden kann.

Bei Elektrofahrzeugen reicht die in den Antriebskomponenten entstehende Abwärme nicht aus, um den Fahrgastraum auch bei niedrigen Außentemperaturen ausreichend beheizen zu können. Daher sind Lösungen vorgeschlagen worden, mit denen dieser Mangel behoben werden kann. Diese Einrichtungen weisen üblicherweise einen Wärmetransportmittelkreis­ lauf (Flüssigkeitskreislauf) auf, der zur Erwärmung von Luft für den Fahrgastraum über einen Wärmetauscher geführt ist, dem ein Wärmespeicher vorgeschaltet ist.

Aus der DE 42 06 611 A1 ist eine derartige Einrichtung bekannt, bei der im Flüssigkeitskreis­ lauf ein Wärmespeicher vorgesehen ist, der sowohl beim Aufladen der Antriebsbatterie des Elektrofahrzeuges aufgeheizt wird als auch nicht für den Heizbetrieb benötigte überschüs­ sige Abwärme aus dem Antriebssystem aufnimmt. Bei erhöhtem Heizbedarf wird der Wär­ mespeicher als zusätzlicher Wärmelieferant zur Aufheizung der dem Fahrgastraum zuge­ führten Luft herangezogen. In der Schrift ist ausgeführt, daß die Anordnung weiterer Wär­ mequellen für die in den Fahrgastraum geführte Heizluft vorgesehen sein kann, insbeson­ dere elektrische Zusatzheizungen, um die Temperatur der Heizluft auf ein höheres Niveau anheben zu können. Durch eine geeignete Steuerung der elektrischen Zusatzheizung kann der Fahrgastraum während des Aufladens der Batterie zusätzlich beheizt werden, so daß bei Fahrtantritt bereits ein warmer Fahrgastraum zur Verfügung steht.

Die DE 44 33 836 C1 beschreibt eine Vorrichtung zur Beheizung eines Innenraumes eines Elektrofahrzeuges mit luftgekühlter Hochtemperaturbatterie, durch die die Batterieabwärme für die Heizung genutzt wird. Dabei ist ein erster Wärmetauscher zur Abkühlung der Batteriekühlluft und zur Erwärmung einer Flüssigkeit in einem Flüssigkeitskreislauf angeordnet, in dem zur Abgabe von Wärme an Luft für den Innenraum des Elektrofahrzeuges ein zweiter Wärmetauscher angeordnet ist, der in Strömungsrichtung hinter diesem mit wärmeerzeugenden Komponenten des Elektroantriebes zur Aufnahme der Abwärme dieser Komponenten verbunden ist. Der Flüssigkeitskreislauf kann eine Umwälzpumpe aufweisen, hinter der ein Wärmespeicher angeordnet ist, der für Heizzwecke vorübergehend nicht benötigte Wärme speichern kann, wobei zwischen diesem und dem zweiten Wärmetauscher ein Steuerventil vorgesehen ist, um gegebenenfalls das von der Umwälzpumpe kommende Wasser in eine am zweiten Wärmetauscher vorbeiführende Bypaßleitung einzuleiten zu können.

Gegenstand der DE 43 27 866 ist eine Einrichtung zur Klimatisierung des Fahrgastraumes und zur Kühlung des Antriebssystems von Elektrofahrzeugen, die zwei hintereinander ange­ ordnete Wärmetauscher aufweist. Von diesen ist der eine zusammen mit einer Umwälz­ pumpe und einem Wärmespeicher in einem über das Antriebssystem des Elektrofahrzeuges geführten Kreislauf eines Wärmetransportmittels (Flüssigkeitskreislauf) einbezogen. Im Fahrbetrieb kann so zum Laden des Wärmespeichers ein Wärmeüberschuß aus dem Antriebssystem gegenüber dem Wärmebedarf im Fahrgastraum genutzt werden und wäh­ rend der Batterieaufladung Abwärme aus der Batterie. Es wird angegeben, daß der Wärme­ speicher bei einer Batterieaufladung zusätzlich auch mit einem (nicht näher beschriebenen) separaten Heizelement mit Wärmeenergie geladen werden kann. Weiter wird angegeben, daß der Fahrgastraum während des Ladens der Batterie vorkonditioniert werden kann, indem über eine voreingestellte Zeituhr das Heizelement aktiviert, die Umwälzpumpe einge­ schaltet und der Wärmetauscher mit Heizenergie für die Fahrgastraumluft versorgt wird.

Die vorbeschriebenen Einrichtungen ermöglichen es, den Wärmebedarf im Fahrgastraum bei einem im Flüssigkeitskreislauf gegebenen Defizit an Wärmeenergie aus einem in diesen integrierten Wärmespeicher auszugleichen, der vorübergehend nicht benötigte (DE 42 06 611 A1, DE 44 33 836 C1, DE 43 27 866 C2) oder während des Ladens der Batterie über ein separates Heizelement zugeführte Wärmeenergie speichert (Elektrofahrzeug nach DE 43 27 866 C2). Während des Fahrbetriebes steht bei diesen Einrichtungen zur Ladung des Wärmespeichers nur die Wärmeenergie aus dem Flüssigkeitskreislauf zur Verfügung, was bei niedrigen Außentemperaturen und längeren Fahrstrecken nach Entladung des Wärme­ speichers zu einem Wärmedefizit führen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Beheizung eines Elektrofahr­ zeuges nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, die es gestattet, den im Flüs­ sigkeitskreislauf angeordneten Wärmespeicher jederzeit und jedenorts durch eine Zusatz­ heizung sowohl aus dem Netz als auch aus der Traktionsbatterie des Elektrofahrzeuges zu laden, und die eine Vorkonditionierung des Fahrgastraumes jederzeit und jedenortes ermög­ licht.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Einrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Erfindungsgemäß ist in den Flüssigkeitskreislauf für den Wärmetransport ein elektrisch an das Netz oder an die Traktionsbatterie des Elektrofahrzeuges anschließbarer Warmwasserheizer integriert, und der Flüssigkeitskreislauf entweder durch den Wärmespeicher oder den Wärmetauscher oder durch den Wärmespeicher und den Wärmetauscher führbar und mit einer ansteuerbaren Pumpe betreibbar.

Der Warmwasserheizer kann entweder stationär aus dem Netz oder während des Fahrbe­ triebes aus der Traktionsbatterie gespeist werden.

Die Einrichtung erlaubt es, den Wärmespeicher über den Flüssigkeitskreislauf mit Wärmeenergie zu laden, ohne daß der Wärmetauscher von der erhitzten Flüssigkeit durchströmt wird, den Wärmespeicher auf diese Weise jederzeit und auch während des Fahrbetriebes nachzuladen und eine Beheizung des Elektrofahrzeuges unter bedarfsweiser Zwischenschaltung des Wärmespeichers, d. h. Reihenschaltung desselben mit dem Wärmetauscher, vorzunehmen.

Aus dem Wärmespeicher kann die Beheizung des noch kalten Elektrofahrzeuges über einige Zeit mit hoher Heizleistung sichergestellt werden. Auch eine Vorkonditionierung des Fahrgastraumes ohne Entladung des Wärmespeichers ist möglich, indem dieser vom Flüs­ sigkeitskreislauf umgangen wird, so daß die durch den Warmwasserheizer erhitzte Flüssig­ keit direkt durch den Wärmetauscher zur Erwärmung von Luft für den Fahrgastraum strömt. Das Elektrofahrzeug kann somit direkt aus dem Netz, gegebenenfalls auch aus der Trak­ tionsbatterie, unter Umgehung des Wärmespeichers vorgeheizt werden.

Der Flüssigkeitskreislauf kann dazu vorteilhafterweise aus einem durch den Wärmespeicher geführten Teilkreislauf und einem parallel zu diesem angeordneten und durch den Wärme­ tauscher geführten Teilkreislauf gebildet sein, die beide über ein auf der Ausgangsseite des Wärmespeichers und der Eingangsseite des Wärmetauschers angeordnetes Vierwegeventil oder auch mehrere Zweiwegeventile geführt sind.

Die ansteuerbare Pumpe kann in Zirkulationsrichtung des Flüssigkeitskreislaufs vor dem Warmwasserheizer angeordnet und mit einer Steuereinrichtung gekoppelt sein, wobei im Wärmespeicher ein mit der Steuereinrichtung zusammenwirkender Temperaturfühler angeordnet sein kann. Dieser signalisiert beim Laden des Wärmespeichers der Steuer­ einrichtung das Erreichen einer vorbestimmten maximalen Ladetemperatur und damit das Erreichen des vollen Ladezustandes, und die Steuereinrichtung schaltet bei Erreichen dieser Temperatur den Heizstrom und auch die ansteuerbare Pumpe ab. Die Temperaturfühler- Abschaltfunktion der Steuereinrichtung kann auch außer Betrieb gesetzt werden, und die elektrische Pumpe und der elektrische Warmwasserheizer können auch unabhängig vonein­ ander betrieben werden. Damit kann eine Erhitzung der Flüssigkeit und eine Flüssigkeits­ zirkulation über den Wärmetauscher zur Vorkonditionierung des Fahrgastraumes direkt aus dem Netz unter Umgehung des Wärmespeichers erfolgen, oder es kann eine Entladung des Wärmespeichers ohne Erhitzung der Flüssigkeit über den Wärmetauscher vorgenommen werden.

Der Warmwasserheizer ist vorteilhafterweise von Netzbetrieb auf Batteriebetrieb umschalt­ bar, so daß beispielsweise auch während der Fahrbetriebes eine Ladung oder Nachladung des Wärmespeichers erfolgen kann. Ebenso sind dadurch eine Nachladung des Wärme­ speichers aus der Traktionsbatterie und auch eine Weiterbeheizung des Fahrgastraumes bei Abstellen des Elektrofahrzeuges auf Parkplätzen kurzzeitig ohne Netzanschluß sichergestellt. Da das Elektrofahrzeug in diesen Fällen bereits beheizt ist, reicht eine geringe Heizleistung aus, um die erforderliche Fahrgastraumtemperatur zu halten.

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel erläutert. Die zugehörige Zeichnung zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Einrichtung.

Die Einrichtung weist einen Flüssigkeitskreislauf 1 mit einem Teilkreislauf 1a und einem parallel zu diesem angeordneten Teilkreislauf 1b, einen Wärmespeicher 2, einen Wärme­ tauscher 3 zur Erwärmung von Luft für den Fahrgastraum, einen Warmwasserheizer 4 für die im Flüssigkeitskreislauf 1; 1a; 1b befindliche Flüssigkeit und eine elektrische Pumpe 5 auf. Die Teilkreisläufe 1a und 1b sind auf der Ausgangsseite des Wärmespeichers 2 und der Eingangsseite des Wärmetauschers 3 über ein Vierwegeventil 6 geführt. Die Pumpe 5 und der Warmwasserheizer 4 sind mit einer Steuereinrichtung 7 gekoppelt, die mit einem im Wärmespeicher 2 angeordneten Temperaturfühler 8 verbunden ist. Der Warmwasserheizer 4 ist mit einem Wechselstrom-Netzanschluß N und einem Batterieanschluß B ausgestattet und bedarfsweise umschaltbar.

Zur Ladung des Wärmespeichers 2 wird das Vierwegeventil 6 so gestellt, daß die Flüssigkeit nur im Flüssigkeitskreislauf 1-1a zirkuliert. Die Verbindung zum Teilkreislauf 1b am Vier­ wegeventil 6 ist gesperrt. Der Warmwasserheizer 4 und die Pumpe 5 sind entweder an das Netz oder an die Traktionsbatterie des Elektrofahrzeuges angeschlossen. Die zirkulierende Flüssigkeit wird solange erhitzt, bis eine vorbestimmte Temperatur im Wärmespeicher 2 erreicht ist und dieser damit seinen vorbestimmten Ladezustand erreicht hat. Die Steuerein­ richtung erhält somit bei Erreichen des vorbestimmten vollen Ladezustandes vom Tempera­ turfühler ein Signal und schaltet den Warmwasserheizer 4 und auch die Pumpe 5 ab.

Zur Entladung des Wärmespeichers 2 wird das Vierwegeventil 6 so gestellt, daß nur die Verbindung zwischen dem Wärmespeicher 2 und dem Wärmetauscher 3 geöffnet ist, so daß die Flüssigkeit durch den Wärmespeicher 2 und den Wärmetauscher 3 und von diesem zurück über die Pumpe 5 und den Warmwasserheizer 4 zirkulieren kann. Dieser kann bei eingeschalteter Pumpe solange ausgestellt sein, bis der Wärmespeicher 2 entladen ist. Zur Vermeidung einer vollständigen Entladung kann der Warmwasserheizer 4 jedoch auch eingeschaltet sein oder während der Entladung eingeschaltet werden. Das Elektrofahrzeug kann auf diese Weise stationär oder während des Fahrbetriebes beheizt werden.

Zur Vorkonditionierung des Fahrgastraumes wird das Vierwegeventil 6 so gestellt, daß die Flüssigkeit nur im Flüssigkeitskreislauf 1-1b zirkuliert. Die Verbindung zum Teilkreislauf 1a ist gesperrt, und die Abschaltsignalisierung des Temperaturfühlers ist unterbrochen. Auf diese Weise kann das Fahrzeug direkt unter Umgehung des Wärmespeichers 2 aus dem Netz vorgeheizt werden, und der gegebenenfalls geladene Wärmespeicher 2 wird nicht entladen.

Bezugszeichenliste

1 Flüssigkeitskreislauf
1a Teilkreislauf
1b Teilkreislauf
2 Wärmespeicher
3 Wärmetauscher
4 Warmwasserheizer
5 Pumpe
6 Vierwegeventil
7 Steuereinrichtung
8 Temperaturfühler
N Netzanschluß
B Batterieanschluß

Claims (6)

1. Einrichtung für die Beheizung eines Elektrofahrzeuges mit einem Flüssigkeitskreislauf für den Wärmetransport, einem Wärmetauscher zur Erwärmung von Luft für den Fahrgast­ raum, einem Wärmespeicher und einem Heizelement zur Ladung des Wärmespeichers, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement ein mit einem Netzanschluß und einem Anschluß an die Traktionsbatterie des Elektrofahrzeuges versehener Warmwasserheizer (4) in dem Flüssigkeitskreislauf (1; 1a; 1b) ist, und daß der Flüssigkeitskreislauf (1; 1a; 1b) durch den Wärmespeicher (2) oder/und den Wärmetauscher (3) zirkulierend leitbar und mit einer ansteuerbaren Pumpe (5) betreibbar ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitskreislauf (1; 1a; 1b) einen durch den Wärmespeicher (2) geführten Teilkreislauf (1a) und einen zu die­ sem parallel angeordneten und durch den Wärmetauscher (3) geführten Teilkreislauf (1b) aufweist, und daß beide Teilkreisläufe (1a; 1b) über ein oder mehrere auf der Ausgangsseite des Wärmespeichers (2) und der Eingangsseite des Wärmetauschers (3) angeordnete Ventile (6) schaltbar sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Warmwasserhei­ zer (4) und die ansteuerbare Pumpe (5) mit einer Steuereinrichtung (7) gekoppelt sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Wärmespeicher (2) ein mit der Steuereinrichtung (7) gekoppelter Temperaturfühler (8) angeordnet ist.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Warmwasserheizer (4) ein- und ausschaltbar ist.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Warmwasserheizer (4) von Netzanschluß (N) auf Batterieanschluß (B) und umgekehrt umschaltbar ist.