WO2017025534A1 - Verfahren zum beheizen und beheizungssystem - Google Patents

Verfahren zum beheizen und beheizungssystem Download PDF

Info

Publication number
WO2017025534A1
WO2017025534A1 PCT/EP2016/068955 EP2016068955W WO2017025534A1 WO 2017025534 A1 WO2017025534 A1 WO 2017025534A1 EP 2016068955 W EP2016068955 W EP 2016068955W WO 2017025534 A1 WO2017025534 A1 WO 2017025534A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
heating
electrical energy
power
energy
thermal energy
Prior art date
Application number
PCT/EP2016/068955
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Egor SAWAZKI
Martin Brüll
Original Assignee
Continental Automotive Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Continental Automotive Gmbh filed Critical Continental Automotive Gmbh
Priority to CN201680048080.5A priority Critical patent/CN107921838A/zh
Publication of WO2017025534A1 publication Critical patent/WO2017025534A1/de
Priority to US15/894,336 priority patent/US20180178630A1/en

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/22—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices the heat being derived otherwise than from the propulsion plant
    • B60H1/2215—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices the heat being derived otherwise than from the propulsion plant the heat being derived from electric heaters
    • B60H1/2218—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices the heat being derived otherwise than from the propulsion plant the heat being derived from electric heaters controlling the operation of electric heaters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/00314—Arrangements permitting a rapid heating of the heating liquid
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/22—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices the heat being derived otherwise than from the propulsion plant
    • B60H1/2215—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices the heat being derived otherwise than from the propulsion plant the heat being derived from electric heaters
    • B60H1/2225—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices the heat being derived otherwise than from the propulsion plant the heat being derived from electric heaters arrangements of electric heaters for heating air
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60T—VEHICLE BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF; BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF, IN GENERAL; ARRANGEMENT OF BRAKING ELEMENTS ON VEHICLES IN GENERAL; PORTABLE DEVICES FOR PREVENTING UNWANTED MOVEMENT OF VEHICLES; VEHICLE MODIFICATIONS TO FACILITATE COOLING OF BRAKES
    • B60T1/00—Arrangements of braking elements, i.e. of those parts where braking effect occurs specially for vehicles
    • B60T1/02—Arrangements of braking elements, i.e. of those parts where braking effect occurs specially for vehicles acting by retarding wheels
    • B60T1/10—Arrangements of braking elements, i.e. of those parts where braking effect occurs specially for vehicles acting by retarding wheels by utilising wheel movement for accumulating energy, e.g. driving air compressors
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B1/00—Details of electric heating devices
    • H05B1/02—Automatic switching arrangements specially adapted to apparatus ; Control of heating devices
    • H05B1/0227—Applications
    • H05B1/023—Industrial applications
    • H05B1/0236—Industrial applications for vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/22—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices the heat being derived otherwise than from the propulsion plant
    • B60H2001/2228—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices the heat being derived otherwise than from the propulsion plant controlling the operation of heaters
    • B60H2001/2237—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices the heat being derived otherwise than from the propulsion plant controlling the operation of heaters supplementary heating, e.g. during stop and go of a vehicle
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/22—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices the heat being derived otherwise than from the propulsion plant
    • B60H2001/2259—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices the heat being derived otherwise than from the propulsion plant output of a control signal
    • B60H2001/2265—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices the heat being derived otherwise than from the propulsion plant output of a control signal related to the quantity of heat produced by the heater
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/22—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices the heat being derived otherwise than from the propulsion plant
    • B60H2001/2268—Constructional features
    • B60H2001/2275—Thermoelectric converters for generating electrical energy

Definitions

  • the present invention relates to a method for heating the interior of a motor vehicle, in which the stored or generated in the motor vehicle electrical energy or supplied from an external power source electrical energy is fed to an electrothermal transducer and converted there into thermal energy, with a carrier medium for the thermal Energy is applied.
  • the warming up of the interior takes place here very slowly, in particular at low ambient temperatures.
  • the appropriate comfort is achieved for the occupants only after a certain time, and at very low temperatures it is not reached.
  • the front window of the motor vehicle is only slowly de-iced by the low heat output. This is a safety disadvantage.
  • a particularly rapid heating of the vehicle interior and a particularly rapid de-icing of the windscreen are therefore desirable.
  • the heating of the vehicle interior is usually done with a converter that converts electrical power into thermal power.
  • a Trä ⁇ germedium for the thermal energy is applied, wherein the carrier medium for the thermal energy of a cooling medium or air can be.
  • the thermal energy is still provided via a cooling medium / air-heat ⁇ exchanger the vehicle interior.
  • the maximum power for the heating process is limited to approximately 7 kW (for example, for a PTC heater). As stated above, this leads to a relatively slow running Hei zvorgang.
  • the electrical energy for the heating process is usually taken from the vehicle battery.
  • recuperated electrical energy is supplied to a compressor of the refrigeration cycle or a braking resistor as a function of an outside temperature and / or of a state of charge of the electrical energy storage device during a braking process.
  • the brake resistor By means of the brake resistor, the recuperated electrical energy converted into thermal heat energy can be supplied to her ⁇ tional manner to a vehicle interior to heat.
  • the method therefore proposes the heating of the motor vehicle ⁇ interior using a braking resistor, which is supplied to the recuperated electrical energy during a braking operation.
  • the present invention is based on a known method for heating the interior of a motor vehicle, in which the maximum power of an electrothermal converter for the heating process is limited to 7 kW.
  • the invention is the Object is to provide a method of the type described above, with a particularly rapid heating of the vehicle interior is possible. This object is achieved in a method of the type specified in that the electrothermal converter in the heating briefly for a higher heat output of> 7 kW, especially 30-50 kW, operated as in the subsequent continuous operation and briefly with the for the higher heat output required electrical energy is applied.
  • the heating is to a power ⁇ converter, in particular power resistor performed, which can momentarily deliver higher performance, for example, 30 kW or more.
  • the heating of the interior or the thawing of the windscreen can be done much faster than in the prior art, in the electrothermal converter with a maximum heat output of 7 kW, which also corresponds to the continuous power of these converters work.
  • the electrothermal transducer used according to the invention is operated for a short time, for example over a period of 10-20 seconds, with a power in the peak region. This peak operation takes place in the heating phase, preferably at the beginning of a desired heating period. From an energetic point of view, this fast heating does not consume much more energy than the state of the art. More performance is required, but in a shorter time frame. Although less power is required in prior art heats, the heat-up process is much longer.
  • the method according to the invention is preferably carried out in an electric vehicle or a hybrid vehicle.
  • the method is preferably in a time or sections of electric motor driven vehicle application.
  • the method according to the invention can also be carried out in vehicles with an internal combustion engine, although in this case the cost-effectiveness of electrically powered vehicles (with recuperation option) should be better.
  • a carrier medium for the thermal energy air or a cooling medium is used.
  • the electrothermal transducer emits the thermal energy directly to the air of the interior of a motor vehicle to heat the interior in this way.
  • a cooling medium is used as the carrier medium for the thermal energy, the thermal energy is released from the electro-thermal converter to the cooling medium, which then heats the air of the interior space via a heat exchanger.
  • the electrical energy needed to operate the higher thermal power electrothermal transducer is taken from electrical energy stored in or generated by the motor vehicle.
  • the electrical energy of the vehicle battery can be removed. This can be controlled, for example, so that only for the heating energy is removed when the battery has a certain state of charge, to prevent excessive discharge of the battery.
  • the electrical energy required for the heating ⁇ process is generated by recuperation and ge ⁇ saves or converted directly into thermal energy. This can be realized for example via a braking resistor.
  • the kinetic energy of the vehicle generated during the braking process can be converted into electrical energy which is supplied to the braking resistor and is converted by this into thermal energy.
  • the energy required for the heating process can then be taken, for example, either from the battery or from the braking resistor.
  • an electrothermal converter which can be fed by the vehicle battery as well as by recuperatively generated electrical energy.
  • a suitable controller can provide for one or the other type of energy supply, as needed.
  • the converter could also access electrical energy supplied by an external power source.
  • a variant of the method has proved to be particularly suitable, in which the electrothermal converter is briefly operated at the beginning of a heating period with the higher heating power and then switched to continuous operation with a lower heating power. It has been shown that a considerable heating effect can be achieved by the short-term heating, for example, over a small period of 10-20 sec, which immediately leads to a certain heating of the vehicle interior and thus to an increase in comfort.
  • the electrothermal converter is therefore supplied at the beginning of a heating period for a short time with the required for the higher heating power electrical energy and then acted upon by required for a lower heating power electrical energy.
  • the invention further relates to a heating system for a motor vehicle with a device for storage, generation or supply of electrical energy and an electro-thermal converter to which the electrical energy is supplied and converts this into thermal energy and hereby acts on a carrier medium for the thermal energy ,
  • This heating system according to the invention is characterized in that the electrothermal converter is designed so that it can be operated in the heating phase for a short time with a higher heat output of> 7 kW, in particular 30-50 kW, and that the heating system has a supply system for the electrothermal converter which supplies the converter with the electrical energy required for the short-term higher heating power from the device for generating, storing or supplying electrical energy.
  • the electrothermal transducer acts on a carrier medium with the generated thermal energy for heating the motor vehicle interior.
  • the carrier medium may be air. If it is a cooling medium, the system has a heat exchanger to transfer the thermal energy from the cooling medium to the air to be heated.
  • the electrical energy required by the electrothermal converter can be provided by the battery of the vehicle or by a recuperation system.
  • the recuperation system may have a braking resistor that converts the generated electrical energy into thermal energy.
  • electrical energy can be supplied from an external power source.
  • the heating system has a control system that switches the electrothermal converter for a short time to the higher heating power and then to continuous operation with lower heating power.
  • Figure 1 is a block diagram showing the main components of a heating system of a
  • FIG. 1 diagram showing the heating power, cooling
  • the system shown schematically in Figure 1 has a vehicle battery 1 and an electrothermal transducer 2, which converts electrical energy into thermal energy. If a vehicle interior 4 is to be heated, the electro-thermal converter 2 is activated.
  • This is a power converter (power resistor), which can provide a higher power for a short time (for example, 30 kW or more) to aufhei zen the interior 4 of the vehicle as quickly as possible.
  • the heating system further has a cooling medium / air heat exchanger 3.
  • the thermal energy supplied by the electrothermal transducer is supplied to a cooling medium, from which the thermal energy is transferred in the heat exchanger 3 to the air of the motor vehicle interior 4 to be heated.
  • the system is further provided with a braking resistor 5, which also acts as an electrothermal transducer here.
  • a braking resistor 5 which also acts as an electrothermal transducer here.
  • the motor vehicle having the heating system shown here it is an electric vehicle in which during a braking operation, the associated electric motor is operated as a generator and recuperative electrical energy
  • Brake resistor 5 which provides the electrical Converts energy into thermal energy. Again, this is a power converter that can deliver higher power for a short time. With the generated thermal energy, the air in the motor vehicle interior 4 is also heated.
  • an unillustrated control system deduct thermal energy from the braking resistor 5, if this occurs, or remove the required thermal energy of the ⁇ vehicle battery, if no thermal energy is generated recuperative. Both systems can also operate together.
  • a single electrothermal converter can be provided, which can be supplied with electrical energy from the vehicle battery or with recuperatively generated electrical energy (possibly also with externally supplied electrical energy) a control system can control the type of power supply as needed.
  • FIG. 2 shows in the upper diagram, the heating power of the system according to the invention (shown in phantom) and a system of the prior art (shown by a solid line).
  • the electrothermal converter or braking resistor is briefly operated at the beginning of the heating period with a very high power, so that a rapid heating of the motor vehicle interior takes place.
  • the heating power here is about twice as large as that of a known electric heater whose maximum power is limited to about 5-7 kW.
  • the inventively provided electro ⁇ thermal converter is stopped after a relatively short period of time in high power operation and with a power to the end the heating period continues, which is lower than that of the conventional electric heater.
  • the middle diagram of Figure 2 shows the course of the cooling medium temperature in the system according to the invention (shown in phantom) and in a system of the prior art (shown by a solid line). It can be seen that in the system according to the invention, the cooling medium temperature rises very rapidly to a peak value and then remains approximately constant. In contrast, only a relatively slow increase in temperature takes place in the prior art.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Air-Conditioning For Vehicles (AREA)

Abstract

Es werden ein Verfahren zum Beheizen des Innenraumes eines Kraftfahrzeuges und ein Beheizungssystem beschrieben. Bei dem Verfahren wird im Kraftfahrzeug gespeicherte oder erzeugte elektrische Energie oder von einer äußeren Energiequelle zugeführte elektrische Energie einem elektrothermischen Wandler zugeführt und dort in thermische Energie umgewandelt, mit der ein Trägermedium für die thermische Energie beaufschlagt wird. Es findet ein elektrothermischer Wandler Verwendung, der in der Aufheizphase kurzzeitig mit einer höheren Heizleistung als im anschließenden Dauerbetrieb betrieben wird. Auf diese Weise lässt sich der Kraftfahrzeuginnenraum wesentlich schneller als bei den bekannten Verfahren aufheizen.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Beheizen und Beheizungssystem
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beheizen des Innenraumes eines Kraftfahrzeuges, bei dem die im Kraftfahrzeug gespeicherte oder erzeugte elektrische Energie oder von einer äußeren Energiequelle zugeführte elektrische Energie einem elektrothermischen Wandler zugeführt und dort in thermische Energie umgewandelt wird, mit der ein Trägermedium für die thermische Energie beaufschlagt wird.
Es ist bekannt, den Innenraum von Kraftfahrzeugen mithilfe eines elektrothermischen Wandlers (Elektroheizers) bei kalten Um¬ gebungstemperaturen aufzuheizen. Hierbei ist die maximale Heizleistung je nach Fahrzeugklasse beschränkt auf ca. 5-7 kW, was bei sehr tiefen Temperaturen der benötigten thermischen Leistung im Steady-State-Modus entspricht.
Die Aufwärmung des Innenraumes erfolgt hierbei insbesondere bei tiefen Umgebungstemperaturen ziemlich langsam. Der entsprechende Komfort ist für die Insassen erst nach einer gewissen Zeit erreicht, und bei ganz tiefen Temperaturen wird er gar nicht erreicht. Des Weiteren wird durch die geringe Heizleistung die Frontscheibe des Kraftfahrzeuges nur langsam enteist. Dies ist ein sicherheitstechnischer Nachteil. Eine besonders schnelle Aufheizung des Fahrzeuginnenraumes sowie eine besonders schnelle Enteisung der Frontscheibe sind daher wünschenswert.
Das Aufheizen des Fahrzeuginnenraumes erfolgt gewöhnlich mit einem Wandler, der elektrische Leistung in thermische Leistung wandelt. Mit der erzeugten thermischen Energie wird ein Trä¬ germedium für die thermische Energie beaufschlagt, wobei das Trägermedium für die thermische Energie ein Kühlmedium oder Luft sein kann. Bei der Verwendung eines Kühlmediums wird die thermische Energie noch über einen Kühlmedium/Luft-Wärme¬ tauscher dem Fahrzeuginnenraum zur Verfügung gestellt. Derzeit ist die maximale Leistung für den Aufheizvorgang auf ca. 7 kW beschränkt (beispielsweise bei einem PTC-Heizer) . Wie vorstehend ausgeführt, führt dies zu einem relativ langsam ablaufenden Hei zvorgang .
Die elektrische Energie für den Heizvorgang wird gewöhnlich der Fahrzeugbatterie entnommen.
Aus der DE 10 2012 004 008 AI ist ein Verfahren zum Betrieb eines zeit- oder abschnittsweise elektromotorisch angetriebenen Fahrzeuges mit einem elektrischen Energiespeicher, einem Niedertemperaturkreislauf und einem Kältekreislauf, welche thermisch miteinander gekoppelt sind, bekannt. Hierbei wird während eines Bremsvorganges rekuperierte elektrische Energie in Abhängigkeit von einer Außentemperatur und/oder von einem Ladezustand des elektrischen Energiespeichers einem Kompressor des Kältekreislaufes oder einem Bremswiderstand zugeleitet. Mittels des Bremswiderstandes wird die rekuperierte elektrische Energie in thermische Wärmeenergie umgewandelt, die auf her¬ kömmliche Weise einem Fahrzeuginnenraum zur Beheizung zugeführt werden kann.
Das Verfahren schlägt daher die Beheizung des Kraftfahrzeug¬ innenraumes mithilfe eines Bremswiderstandes vor, dem während eines Bremsvorganges die rekuperierte elektrische Energie zugeführt wird.
Die vorliegende Erfindung geht von einem bekannten Verfahren zum Beheizen des Innenraumes eines Kraftfahrzeuges aus, bei dem die maximale Leistung eines elektrothermischen Wandlers für den Aufheizvorgang auf 7 kW beschränkt ist. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, mit dem eine besonders rasche Aufheizung des Fahrzeuginnenraumes möglich ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren der angegebenen Art dadurch gelöst, dass der elektrothermische Wandler in der Aufheizphase kurzzeitig mit einer höheren Heizleistung von > 7 kW, insbesondere von 30-50 kW, als im anschließenden Dauerbetrieb betrieben und kurzzeitig mit der für die höhere Heizleistung erforderlichen elektrischen Energie beaufschlagt wird.
Erfindungsgemäß wird der Aufheizvorgang mit einem Leistungs¬ wandler, insbesondere Leistungswiderstand, durchgeführt, der kurzzeitig höhere Leistung liefern kann, beispielsweise 30 kW oder mehr. Auf diese Weise kann der Aufheizvorgang des Innenraumes oder das Auftauen der Frontscheibe wesentlich schneller erfolgen als beim Stand der Technik, bei dem elektrothermische Wandler mit einer maximalen Heizleistung von 7 kW, die auch der Dauerleistung dieser Wandler entspricht, arbeiten. Der erfindungsgemäß eingesetzte elektrothermische Wandler wird kurzzeitig, beispielsweise über eine Zeitdauer von 10-20 sec, mit einer Leistung im Spitzenbereich betrieben. Dieser Spitzenbetrieb erfolgt in der Aufheizphase, vorzugsweise zu Beginn einer gewünschten Heizperiode. Aus energetischer Sicht wird bei diesem schnellen Aufheizen nicht viel mehr Energie als beim Stand der Technik verbraucht. Es wird zwar mehr Leistung gefordert, aber dafür in einem kürzeren Zeitraum. Bei Aufheizvorgängen des Standes der Technik wird zwar weniger Leistung gefordert, dafür ist der Aufheizvorgang jedoch viel länger.
Im Idealfall wird für den erfindungsgemäßen Betriebsmodus nicht mehr Energie benötigt als für den klassischen Betriebsmodus des Standes der Technik. Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise in einem Elektrofahrzeug oder einem Hybridfahrzeug durchgeführt. Mit anderen Worten, das Verfahren findet vorzugsweise in einem zeit- oder abschnittsweise elektromotorisch angetriebenen Fahrzeug Anwendung. Das erfindungsgemäße Verfahren ist im Übrigen auch in Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor durchführbar, wobei hier allerdings die Wirtschaftlichkeit bei elektrisch betriebenen Fahrzeugen (mit Rekuperationsmöglichkeit ) besser sein dürfte.
Als Trägermedium für die thermische Energie wird Luft oder ein Kühlmedium verwendet . Im Fall von Luft gibt der elektrothermische Wandler die thermische Energie direkt an die Luft des Innenraumes eines Kraftfahrzeuges ab, um den Innenraum auf diese Weise zu beheizen. Wird ein Kühlmedium als Trägermedium für die thermische Energie verwendet, wird die thermische Energie vom elektro- thermischen Wandler an das Kühlmedium abgegeben, das dann über einen Wärmetauscher die Luft des Innenraumes erwärmt.
Die elektrische Energie, die zum Betrieb des elektrothermischen Wandlers mit der höheren Heizleistung benötigt wird, wird von im Kraftfahrzeug gespeicherter oder von diesem erzeugter elektrischer Energie entnommen. Dabei kann bei einer Ausführungsform die elektrische Energie der Fahrzeugbatterie entnommen werden. Dies kann beispielsweise so gesteuert werden, dass nur dann Energie für den Aufheizvorgang entnommen wird, wenn die Batterie einen bestimmten Ladezustand aufweist, um ein zu starkes Entladen der Batterie zu verhindern. Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird die elektrische Energie, die für den Aufheiz¬ vorgang benötigt wird, durch Rekuperation erzeugt und ge¬ speichert oder direkt in thermische Energie umgewandelt. Dies kann beispielsweise über einen Bremswiderstand realisiert werden. Hierbei kann beispielsweise die beim Bremsvorgang erzeugte kinetische Energie des Fahrzeuges in elektrische Energie umgewandelt werden, die dem Bremswiderstand zugeführt wird und von diesem in thermische Energie umgewandelt wird. Mithilfe einer entsprechenden Steuerung kann dann beispielsweise die für den Aufheizvorgang benötigte Energie entweder von der Batterie oder vom Bremswiderstand entnommen werden.
Es kann beispielsweise auch ein elektrothermischer Wandler Verwendung finden, der sowohl von der Fahrzeugbatterie als auch mit rekuperativ erzeugter elektrischer Energie gespeist werden kann. Hierbei kann eine geeignete Steuerung für die eine oder andere Art der Energiezufuhr sorgen, je nach Bedarf. Als weitere Alternative könnte der Wandler auch auf von einer äußeren Energiequelle zugeführte elektrische Energie zugreifen.
Eine Verfahrensvariante hat sich als besonders geeignet er- wiesen, bei der der elektrothermische Wandler zu Beginn einer Heizperiode kurzzeitig mit der höheren Heizleistung betrieben wird und danach auf Dauerbetrieb mit einer geringeren Heizleistung geschaltet wird. Es hat sich gezeigt, dass durch das kurzzeitige Aufheizen, beispielsweise über einen geringen Zeitraum von 10-20 sec, ein beträchtlicher Heizeffekt erzielt werden kann, der sofort zu einer gewissen Aufheizung des Kraftfahrzeuginnenraumes und damit zu einer Komfortsteigerung führt. Der elektrothermische Wandler wird daher zu Beginn einer Heizperiode kurzzeitig mit der für die höhere Heizleistung erforderlichen elektrischen Energie versorgt und danach mit für eine niedrigere Heizleistung erforderlichen elektrischen Energie beaufschlagt.
Die Erfindung betrifft ferner ein Beheizungssystem für ein Kraftfahrzeug mit einer Einrichtung zur Speicherung, Erzeugung oder Zuführung von elektrischer Energie und einem elektro- thermischen Wandler, dem die elektrische Energie zugeführt wird und der diese in thermische Energie umwandelt und hiermit ein Trägermedium für die thermische Energie beaufschlagt. Dieses Beheizungssystem ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass der elektrothermische Wandler so ausgebildet ist, dass er in der Aufheizphase kurzzeitig mit einer höheren Heizleistung von > 7 kW, insbesondere 30-50 kW, betrieben werden kann und dass das Beheizungssystem ein Versorgungssystem für den elektrothermischen Wandler aufweist, das den Wandler mit der für die kurzzeitige höhere Heizleistung benötigten elektrischen Energie von der Einrichtung zur Erzeugung, Speicherung oder Zuführung von elektrischer Energie versorgt.
Der elektrothermische Wandler beaufschlagt ein Trägermedium mit der erzeugten thermischen Energie zum Aufheizen des Kraftfahrzeuginnenraumes. Das Trägermedium kann hierbei Luft sein. Wenn es ein Kühlmedium ist, besitzt das System einen Wärme- tauscher, um die thermische Energie vom Kühlmedium auf die zu erwärmende Luft zu übertragen.
Die vom elektrothermischen Wandler benötigte elektrische Energie kann von der Batterie des Fahrzeuges zur Verfügung gestellt werden oder von einem Rekuperationssystem. Das Rekuperations- system kann beispielsweise einen Bremswiderstand besitzen, der die erzeugte elektrische Energie in thermische Energie wandelt. Auch kann von einer äußeren Energiequelle elektrische Energie zugeführt werden.
Vorzugsweise besitzt das Beheizungssystem ein Steuersystem, das den elektrothermischen Wandler kurzzeitig auf die höhere Heizleistung und danach auf Dauerbetrieb mit niedrigerer Heizleistung schaltet.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungs¬ beispieles in Verbindung mit der Zeichnung im Einzelnen erläutert. Es zeigen: Figur 1 ein Blockdiagramm, das die wichtigsten Bestandteile eines Beheizungssystems eines
Kraftfahrzeuges zeigt;
Figur 2 Diagramm, das die Heizleistung, Kühl
Mediumtemperatur und Innenraumtemperatur über die Zeit für ein erfindungsgemäßes System (neues
System) und ein System nach dem Stand der Technik
(altes System) zeigt.
Das schematisch in Figur 1 dargestellte System besitzt eine Fahrzeugbatterie 1 und einen elektrothermischen Wandler 2, der elektrische Energie in thermische Energie umwandelt. Wenn ein Fahrzeuginnenraum 4 beheizt werden soll, wird der elektro- thermische Wandler 2 angesteuert. Es handelt sich hierbei um einen Leistungswandler (Leistungswiderstand) , der kurzzeitig eine höhere Leistung liefern kann (beispielsweise 30 kW oder mehr) , um den Innenraum 4 des Kraftfahrzeuges möglichst rasch aufzuhei zen .
Bei der hier dargestellten Ausführungsform besitzt das Beheizungssystem ferner einen Kühlmedium/Luft-Wärmetauscher 3. Die vom elektrothermischen Wandler gelieferte thermische Energie wird einem Kühlmedium zugeführt, von dem die thermische Energie im Wärmetauscher 3 auf die Luft des zu beheizenden Kraftfahrzeuginnenraumes 4 übertragen wird.
Das System ist ferner mit einem Bremswiderstand 5 versehen, der hier ebenfalls als elektrothermischer Wandler wirkt. Bei dem Kraftfahrzeug, das das hier dargestellte Beheizungssystem aufweist, handelt es sich um ein Elektrofahrzeug, bei dem während eines Bremsvorganges der zugehörige Elektromotor generatorisch betrieben wird und rekuperativ elektrische Energie dem
Bremswiderstand 5 zur Verfügung stellt, der die elektrische Energie in thermische Energie umwandelt. Auch hierbei handelt es sich um einen Leistungswandler, der kurzzeitig eine höhere Leistung liefern kann. Mit der erzeugten thermischen Energie wird ebenfalls die Luft im Kraftfahrzeuginnenraum 4 aufgeheizt.
Bei dem hier dargestellten Beheizungssystem kann beispielsweise ein nichtdargestelltes Steuersystem thermische Energie vom Bremswiderstand 5 abziehen, wenn diese anfällt, oder die be¬ nötigte thermische Energie der Fahrzeugbatterie entnehmen, wenn keine thermische Energie rekuperativ erzeugt wird. Beide Systeme können auch gemeinsam operieren.
Anstelle des vorstehend beschriebenen elektrischen Wandlers 2 und Bremswiderstandes 5 kann auch ein einziger elektrother- mischer Wandler vorgesehen sein, der mit elektrischer Energie von der Fahrzeugbatterie oder mit rekuperativ erzeugter elektrischer Energie (ggf. auch mit von außen zugeführter elektrischer Energie) versorgt werden kann, wobei ein Steuersystem die Art der Energiezufuhr nach Bedarf steuern kann.
Figur 2 zeigt im oberen Diagramm die Heizleistung des erfindungsgemäßen Systems (gestrichelt dargestellt) und eines Systems des Standes der Technik (mit durchgezogener Linie dargestellt) . Man erkennt, dass der elektrothermische Wandler bzw. Brems- widerstand zu Beginn der Heizperiode kurzzeitig mit einer sehr hohen Leistung betrieben wird, so dass eine rasche Aufheizung des Kraftfahrzeuginnenraumes erfolgt. Die Heizleistung ist hierbei etwa doppelt so groß wie die eines bekannten Elektroheizers, dessen maximale Leistung auf ca. 5-7 kW beschränkt ist. Während der bekannte Elektroheizer konstant (mit Dauerleistung) betrieben wird, wird der erfindungsgemäß vorgesehene elektro¬ thermische Wandler nach einer relativ kurzen Zeitdauer im Hochleistungsbetrieb gestoppt und mit einer Leistung bis zum Ende der Heizperiode weiterbetrieben, die unter der des herkömmlichen Elektroheizers liegt.
Das mittlere Diagramm der Figur 2 zeigt den Verlauf der Kühl- mediumtemperatur beim erfindungsgemäßen System (gestrichelt dargestellt) und bei einem System des Standes der Technik (mit durchgezogener Linie gezeigt) . Man erkennt, dass beim erfindungsgemäßen System die Kühlmediumtemperatur sehr rasch bis zu einem Spitzenwert ansteigt und dann etwa konstant bleibt. Demgegenüber findet beim Stand der Technik nur ein relativ langsam verlaufender Anstieg der Temperatur statt.
Entsprechendes trifft auf die im unteren Diagramm gezeigte Innenraumtemperatur zu. Auch hier steigt die gestrichelt dargestellte Temperatur beim erfindungsgemäßen System viel steiler an als die Temperatur beim bekannten System (mit durchgezogener Linie dargestellt) .

Claims

Patentansprüche
Verfahren zum Beheizen des Innenraumes eines Kraft¬ fahrzeuges, bei dem im Kraftfahrzeug gespeicherte oder erzeugte elektrische Energie oder von einer äußeren Energiequelle zugeführte elektrische Energie einem elektrothermischen Wandler zugeführt und dort in thermische Energie umgewandelt wird, mit der ein Trä¬ germedium für die thermische Energie beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrothermische Wandler in der Aufheizphase kurzzeitig mit einer höheren Heizleistung von > 7 kW, insbesondere von 30-50 kW, als im anschließenden Dauerbetrieb betrieben und kurzzeitig mit der für die höhere Heizleistung erforderlichen elektrischen Energie beaufschlagt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein für eine Dauerleistung von 5-7 kW ausgelegter elektrothermischer Wandler verwendet wird, der kurzzeitig eine Spitzenleistung von > 7 kW erbringen kann.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es in einem Elektrofahrzeug oder einem Hybrid¬ fahrzeug durchgeführt wird.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Trägermedium für die thermische Energie Luft oder ein Kühlmedium verwendet wird .
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Energie der Fahrzeugbatterie entnommen wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Energie durch Rekuperation erzeugt und insbesondere direkt in ther¬ mische Energie umgewandelt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Energie über einen als elektrothermischer Wandler wirkenden Bremswiderstand erzeugt wird.
8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrothermische Wandler zu Beginn einer Heizperiode kurzzeitig mit der für die höhere Heizleistung erforderlichen elektrischen Energie und danach mit für eine niedrigere Dauerleistung erforderlichen elektrischen Energie beaufschlagt wird.
9. Beheizungssystem für ein Kraftfahrzeug mit einer Einrichtung zur Speicherung, Erzeugung oder Zuführung von elektrischer Energie und einem elektrothermischen Wandler, dem die elektrische Energie zugeführt wird und der diese in thermische Energie umwandelt und hiermit ein Trägermedium für die thermische Energie beaufschlagt, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrothermische Wandler (2, 5) so ausgebildet ist, dass er in der Aufheizphase kurzzeitig mit einer höheren Heizleistung von > 7 kW, insbesondere von 30-50 kW, als im an¬ schließenden Dauerbetrieb betrieben werden kann, und dass das Beheizungssystem ein Versorgungssystem für den elektrothermischen Wandler (2, 5) aufweist, das den Wandler (2, 5) mit der für die kurzzeitige höhere Heizleistung benötigten elektrischen Energie von der Einrichtung zur Erzeugung, Speicherung oder Zuführung von elektrischer Energie versorgt.
10. Beheizungssystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Wärmetauscher (3) für ein als Trägermedium dienendes Kühlmedium aufweist.
11. Beheizungssystem nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass es mit einem Rekuperationssystem zur Erzeugung von elektrischer Energie in Verbindung steht.
12. Beheizungssystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Rekuperationssystem einen als elektrothermischer Wandler wirkenden Bremswiderstand (5) besitzt, der die erzeugte elektrische Energie in thermische Energie umwandelt.
13. Beheizungssystem nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Steuerungssystem besitzt, das den elektrothermischen Wandler (2, 5) kurzzeitig auf die höhere Heizleistung und danach auf Dauerbetrieb mit niedrigerer Heizleistung schaltet.
PCT/EP2016/068955 2015-08-13 2016-08-09 Verfahren zum beheizen und beheizungssystem WO2017025534A1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201680048080.5A CN107921838A (zh) 2015-08-13 2016-08-09 用于供暖的方法和供暖系统
US15/894,336 US20180178630A1 (en) 2015-08-13 2018-02-12 Method for heating, and heating system

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102015215424.6 2015-08-13
DE102015215424.6A DE102015215424A1 (de) 2015-08-13 2015-08-13 Verfahren zum Beheizen und Beheizungssystem

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
US15/894,336 Continuation US20180178630A1 (en) 2015-08-13 2018-02-12 Method for heating, and heating system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2017025534A1 true WO2017025534A1 (de) 2017-02-16

Family

ID=56683947

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2016/068955 WO2017025534A1 (de) 2015-08-13 2016-08-09 Verfahren zum beheizen und beheizungssystem

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20180178630A1 (de)
CN (1) CN107921838A (de)
DE (1) DE102015215424A1 (de)
WO (1) WO2017025534A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20200276901A1 (en) * 2017-09-27 2020-09-03 Vitesco Technologies GmbH Method for Determining the Temperature of an Active Layer of a Heating Resistor

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10350961B2 (en) 2017-02-23 2019-07-16 Mahle International Gmbh Multi-mode cabin heating system with dual heating source
CN110015195B (zh) * 2017-09-28 2020-12-18 郑州宇通客车股份有限公司 一种电动车辆热量管理系统
DE102018202447B4 (de) 2018-02-19 2022-03-10 Vitesco Technologies GmbH Verfahren zum Heizen zumindest einer Komponente eines Fahrzeugs und Fahrzeugbordnetz
DE102022129276A1 (de) 2022-11-07 2024-05-08 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Heizvorrichtung für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10109734A1 (de) * 2001-02-28 2002-09-26 Behr Hella Thermocontrol Gmbh Elektroheizung zur Erwärmung eines Gegenstandes oder Mediums
EP2082919A1 (de) * 2008-01-24 2009-07-29 Eberspächer catem GmbH & Co. KG Elektrische Zusatzheizung für ein Kraftfahrzeug
DE102012004008A1 (de) * 2012-02-25 2012-09-13 Daimler Ag Verfahren zum Betrieb eines zumindest zeit- oder abschnittsweise elektromotorisch angetriebenen Fahrzeugs mit einem elektrischen Energiespeicher, einem Niedertemperaturkreislauf und einem Kältekreislauf
DE202012013008U1 (de) * 2012-01-16 2014-06-17 Webasto SE Elektrische Heizung

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4141224C2 (de) * 1991-12-13 2000-09-14 Bauerhin I G Elektro Tech Verfahren zur Steuerung der Heizleistung eines Flächenheizelementes
US20140217079A1 (en) * 2009-08-13 2014-08-07 James R. Nelson System for snow and ice removal
US20130076078A1 (en) * 2011-09-24 2013-03-28 Pradeep Ramdeo Sunroof panel with solar charging system for a motor vehicle
KR101566735B1 (ko) * 2013-12-05 2015-11-06 현대자동차 주식회사 하이브리드 차량의 실내 난방 방법 및 장치

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10109734A1 (de) * 2001-02-28 2002-09-26 Behr Hella Thermocontrol Gmbh Elektroheizung zur Erwärmung eines Gegenstandes oder Mediums
EP2082919A1 (de) * 2008-01-24 2009-07-29 Eberspächer catem GmbH & Co. KG Elektrische Zusatzheizung für ein Kraftfahrzeug
DE202012013008U1 (de) * 2012-01-16 2014-06-17 Webasto SE Elektrische Heizung
DE102012004008A1 (de) * 2012-02-25 2012-09-13 Daimler Ag Verfahren zum Betrieb eines zumindest zeit- oder abschnittsweise elektromotorisch angetriebenen Fahrzeugs mit einem elektrischen Energiespeicher, einem Niedertemperaturkreislauf und einem Kältekreislauf

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20200276901A1 (en) * 2017-09-27 2020-09-03 Vitesco Technologies GmbH Method for Determining the Temperature of an Active Layer of a Heating Resistor

Also Published As

Publication number Publication date
CN107921838A (zh) 2018-04-17
DE102015215424A1 (de) 2017-02-16
US20180178630A1 (en) 2018-06-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2017025534A1 (de) Verfahren zum beheizen und beheizungssystem
EP3431314B1 (de) Standheizung
WO2019002193A1 (de) Verfahren zum vorwärmen einer batterie eines elektrisch betriebenen kraftfahrzeugs sowie ladevorrichtung
DE102015109502A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Erwärmen eines Brennstoffzellenstapels
EP2176920B1 (de) Verfahren zum betreiben einer antriebsvorrichtung sowie antriebsvorrichtung
WO2016037827A1 (de) Verfahren und klimatisierungseinrichtung zum klimatisieren eines innenraums eines elektrisch angetriebenen fahrzeugs
DE102005039045B4 (de) Bordnetz für ein Kraftfahrzeug und Verfahren zum Betreiben eines Bordnetzes eines Kraftfahrzeugs
DE102010014752A1 (de) Kühlanordnung für ein Fahrzeug mit elektrischem Antrieb und Verfahren zum Betreiben eines solchen Fahrzeugs
WO2014037216A1 (de) Verfahren zum thermischen konditionieren eines verbrennungsmotors und/oder eines fahrgastraums eines fahrzeugs sowie fahrzeug
DE102012210008A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Entladung eines elektrischen Netzes
DE102015011274A1 (de) Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellenfahrzeugs und Brennstoffzellenfahrzeug
DE102014109580B3 (de) Thermisches Absicherungssystem, Fahrzeug und Verfahren zur thermischen Absicherung eines thermisch abzusichernden Systems
DE10014848C2 (de) Batterieheizvorrichtung, Verfahren zur Beheizung einer Batterie in einem Kraftfahrzeug und Kraftfahrzeug mit einer Batterieheizvorrichtung
DE102008058712A1 (de) Heizsystem für ein Fahrzeug
DE10104056B4 (de) Verfahren zum Betreiben einer Zusatzheizvorrichtung
DE102014015883B4 (de) Kraftfahrzeug und Verfahren zum Betreiben von wenigstens zwei kraftfahrzeugseitigen elektrischen Verbrauchern
DE4416107A1 (de) Verfahren zum Klimatisieren des Fahrgastraumes bei einem elektrisch angetriebenen Schienennahverkehrsfahrzeug
DE102011003273B4 (de) Verfahren zum Betreiben eines Heizsystems in einem Fahrzeug, insbesondere in einem Standheizungsbetriebsmodus
EP2115280A1 (de) Verfahren zum betrieb eines kraftfahrzeuges mit einer abgas-heizvorrichtung
DE102013202999A1 (de) Verfahren zum Erwärmen der Traktionsbatterie im Antriebssystem eines Elektrohybrid-Fahrzeuges
EP2520779A2 (de) Kühlmittelkreislauf
WO2015110225A1 (de) Autonomer fahrzeugbetrieb während einer parkphase
EP1681192B1 (de) Fahrzeugheizsystem mit einem brennstoffbetriebenen Heizgerät und Verfahren zu dessen Betrieb
EP2549846A1 (de) Temperieren der Antriebskomponenten eines Fahrzeugs
DE102016002540A1 (de) Klimatisierungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, Verfahren zum Heizen eines Innenraums eines Kraftfahrzeugs sowie Kraftfahrzeug mit einer Klimatisierungsvorrichtung

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 16750812

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 16750812

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1