WO2020074556A1 - Anbindung eines elektrifizierten fahrzeugs an die gebäudeklimatisierung - Google Patents

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WO2020074556A1
WO2020074556A1 PCT/EP2019/077300 EP2019077300W WO2020074556A1 WO 2020074556 A1 WO2020074556 A1 WO 2020074556A1 EP 2019077300 W EP2019077300 W EP 2019077300W WO 2020074556 A1 WO2020074556 A1 WO 2020074556A1
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battery
electrified vehicle
electrified
thermal energy
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Christian Kappes
Maximilian Benkert
Christoph Baumgärtner
Patricia SCHMUSCH
Christian Bottke
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Vitesco Technologies GmbH
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    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the invention relates to an electrified vehicle, the battery is air-conditioned by a vehicle-external unit, a vehicle-external unit for air conditioning the electrified vehicle, a system for transferring thermal energy, a method for air conditioning a battery, a program element and a computer-readable medium.
  • Electrified vehicles For environmental reasons, electrified vehicles are increasingly being developed and offered. Electrified vehicles have a battery as energy storage, the larger this is, the greater the range of the electrified vehicle.
  • the battery must also supply other vehicle systems, such as heating and cooling, with energy.
  • Electrified vehicles include both electric vehicles and hybrid vehicles. In winter it may be necessary to heat the vehicle and in summer the vehicle can be cooled. Energy from the battery may be required. The range is reduced accordingly.
  • batteries work optimally in a temperature window of around 20 ° C to 30 ° C. Temperature gradients within the battery as well as temperatures that are too cold or too warm have a negative impact on the SoC (State of Charge) and the service life of the battery. To counteract this, the battery can be preconditioned, e.g. by preheating in winter in order to be able to travel longer distances. It is an object of the invention to increase the range of an electrified vehicle and to reduce wear.
  • a first aspect of the invention relates to an electrified vehicle.
  • the electrified vehicle has a battery, a cooling circuit for air conditioning the battery and a first interface for exchanging a heat transfer medium with a unit external to the vehicle.
  • the cooling circuit is set up to receive thermal energy from the vehicle-external unit for air conditioning the battery via the first interface.
  • the vehicle-external unit can transfer heat or cold to the battery of the electrified vehicle.
  • the vehicle-external unit can be a heat transport medium, e.g. Glycol or water, heat this over the first
  • the heat transport medium can deliver the thermal energy stored in it to the cooling circuit of the battery.
  • the cooling circuit can then precondition or heat the battery.
  • heat can be removed from the electrified vehicle by means of a refrigerant by the vehicle-external unit in order to specifically cool the battery.
  • cooling may be required to protect the battery from overheating.
  • extraction of thermal energy is referred to as cooling.
  • the heat or cold source of the building can be used. As a rule, this is not operated with electricity. The power consumption can thus be reduced.
  • thermal energy can be energy in the form of heat or heat extraction (cold). This energy can be stored and transmitted, for example, in a heat transfer medium or a coolant.
  • the thermal energy can be generated in numerous ways, for example by burning gas, wood or oil, by heat loss in electrical devices, by heat pumps, by a refrigeration compressor or by evaporation.
  • the electrified vehicle can transfer thermal energy to the vehicle-external unit in order to heat it or to extract or cool heat from it. Cooling can take place in the summer, for example, via the air conditioning system of the electrified vehicle.
  • the vehicle can have a control unit or a processor which monitors and / or controls the exchange of the heat transport medium via the first and / or the second interface. Furthermore, this control unit can control the amount of thermal energy transferred to the electrified vehicle.
  • the vehicle is, for example, a
  • Motor vehicle such as car, bus or truck, or else a rail vehicle, a ship or submarine, an aircraft, such as a helicopter or plane, or, for example, a bicycle.
  • the electrified vehicle has at least one heat exchanger between the cooling circuit and the first interface of the electrified vehicle.
  • the cooling circuit of the battery is thermally connected to the vehicle-external unit via the first interface, but there is a fluidic separation between the cooling circuit of the electrified vehicle and the heating or cooling circuit of the vehicle-external unit.
  • a heat transfer medium is only exchanged via the first interface up to the heat exchanger of the electrified vehicle.
  • the heat exchanger can introduce the thermal energy transferred via the first interface into the cooling circuit of the battery.
  • the vehicle-external unit can be connected directly to the cooling circuit of the battery.
  • the heat transport medium has glycol. This can ensure that the heat transfer medium does not freeze in winter and that frost damage occurs as a result.
  • water or a corresponding refrigerant can also be used as a heat transport medium.
  • the vehicle external unit is also set up to air-condition the interior of the electrified vehicle.
  • the interior of the electrified vehicle can also be air-conditioned by transferring thermal energy from the unit outside the vehicle to the electrified vehicle. Energy can thus be saved during the later journey of the electrified vehicle, since the electrified vehicle does not have to be air-conditioned by battery-operated systems. The range of the electrified vehicle can thus be increased.
  • the cooling circuit of the electrified vehicle can have a plurality of valves and pumps in order to specifically air-condition only the battery, the interior, the internal combustion engine and the transmission or any combination thereof using the thermal energy provided by the vehicle-external unit.
  • the first interface enables a simultaneous exchange of electrical and thermal energy between the electrified vehicle and the vehicle-external unit.
  • the first and the second interface can have a connection for exchanging the heat transport medium and a power connection, so that the user only has to establish a connection by means of a plug between the electrified vehicle and the vehicle-external unit.
  • the connections for electricity and the heat transport medium are separated or insulated from one another in such a way that no heat transport medium can get to live parts.
  • the correctness of the connection can be monitored, that is, whether the connector is closed correctly and has no leakage.
  • air conditioning the battery of the electrified vehicle includes preconditioning the battery.
  • Preconditioning means in particular heating or removing heat in order to maintain the optimum operating temperature of the battery.
  • This temperature is typically between 20 ° C and 30 ° C. At these temperatures, the capacity of the battery is large enough without affecting its service life.
  • the electrified vehicle and / or the vehicle-external unit can have a control unit which controls the transfer of the thermal energy from the vehicle-external unit to the electrified vehicle. Especially if the temperature of the heat transfer medium is significantly higher than the target operating temperature of the battery.
  • air conditioning the battery of the electrified vehicle includes cooling the battery while charging the battery.
  • Overheating of the battery during charging can be avoided by cooling the battery during charging. Overheating the battery can destroy it or impair its service life. Furthermore, active cooling during charging can charge at a higher power, e.g. 300kW and more, since the resulting power loss can be dissipated via the first interface by extracting the heat.
  • the electrified vehicle is an electric vehicle.
  • the preconditioning - warming or cooling - of the battery can increase the range and lifespan of the battery.
  • the battery can be preheated, so that the usable capacity of the battery increases and no energy is required from the battery to warm up the battery and the interior.
  • the electric vehicle can thus have a greater real range.
  • the electrified vehicle is a plug-in hybrid vehicle.
  • the vehicle-external unit is also set up to preheat the internal combustion engine of the plug-in hybrid vehicle.
  • the internal combustion engine and the transmission can also be preconditioned in addition to preconditioning the battery.
  • the preconditioning of the combustion engine can save fuel and emissions, since the viscosity of the oil is already at the optimal operating point. Furthermore, the preconditioning can reduce wear on the internal combustion engine and on the transmission.
  • a second aspect of the invention relates to a unit external to the vehicle.
  • the vehicle-external unit has a heating and / or cooling system and a second interface.
  • the vehicle external unit is set up via the second
  • the vehicle-external unit can precondition, heat, bring the battery of the electrified vehicle to operating temperature, extract heat or cool the vehicle.
  • the transfer of thermal energy takes place here a cooling circuit or the exchange of a heat transfer medium.
  • the unit external to the vehicle can use the second
  • the heat transport medium is heated or cooled in the unit external to the vehicle.
  • the heat transport medium has a temperature which is different from the temperature of the cooling circuit of the battery of the electrified vehicle.
  • the heat transfer means can be transferred to the electrified vehicle via the second interface, where it then releases the energy stored in the heat transfer means to the cooling circuit of the battery of the electrified vehicle or extracts heat from the cooling circuit of the battery.
  • the battery can thus be heated or cooled via the vehicle-external unit.
  • the interface can, for example, be connected directly to the heating or cooling system or via a plate heat exchanger in order to have a fluidic separation from the electrified vehicle.
  • the vehicle external unit is a building with a heating and / or cooling system.
  • the building can be a residential building of a vehicle owner.
  • a residential building typically has a heater which can be connected to the cooling circuit of the battery of the electrified vehicle in order to air-condition the battery of the electrified vehicle. The capacity and the life of the battery can thus be increased.
  • the building can also have a cooling device so that the battery can be cooled during charging so that it does not overheat. If there are no cooling direction, the battery of the electrified vehicle can be cooled with the cold water of the building.
  • the electrified vehicle can also supply thermal energy to the building.
  • the electrified vehicle can feed residual heat after a trip into the heating system of the building or provide the building with cooling power in summer via the air conditioning system in the electrified vehicle.
  • the system has an electrified vehicle described above and below and a unit external to the vehicle described above and below.
  • the electrified vehicle and the vehicle-external unit are connected to one another via the first and the second interface.
  • the vehicle-external unit is set up to transmit thermal energy to the battery of the electrified vehicle in order to air-condition it.
  • the system comprises the electrified vehicle described above and below and the unit external to the vehicle described above and below.
  • the vehicle-external unit can transfer thermal energy to the electrified vehicle via the exchange of a heat transfer medium - that is, heat the electrified vehicle or remove heat from it.
  • thermal energy can include both heat and cold.
  • the electrified vehicle can also provide thermal energy to the unit external to the vehicle.
  • Another aspect of the invention relates to a method for air conditioning a battery of an electrified vehicle by an external unit.
  • the process has the following steps:
  • the individual steps of the method can be carried out in parallel or sequentially.
  • the order of the individual steps can also be changed. Furthermore, there can be a longer period of time between the individual steps.
  • Another aspect of the invention relates to a program element which, when executed on a control unit of a system for the transfer of thermal energy, guides the system to carry out the method described above and below.
  • Another aspect of this invention relates to a computer-readable medium on which a program element is stored, which guides the control unit of a system for the transmission of thermal energy, to carry out the method described above and below.
  • FIG. 1 shows an electrified vehicle in which the battery can be supplied with thermal energy by a unit external to the vehicle, according to an embodiment of the invention.
  • FIG. 2 shows a vehicle-external unit which can supply the battery of an electrified vehicle with thermal energy, according to an embodiment of the invention.
  • FIG. 3 shows a system for transferring thermal energy according to an embodiment of the invention.
  • FIG. 4 shows a further detailed view of a system for transferring thermal energy according to an embodiment of the invention.
  • FIG. 5 shows a flowchart for a method for air conditioning a battery of an electrified vehicle according to an embodiment of the invention.
  • Fig. 1 shows an electrified vehicle 1. This
  • Electrified vehicle 1 has a battery 10, a cooling circuit for air conditioning the battery 10 and a first interface 12.
  • the battery 10 is designed to drive an electric motor of the electrified vehicle 1.
  • the electrified vehicle 1 shown in FIG. 1 can be both an electric vehicle and a hybrid vehicle (for example a plug-in hybrid vehicle). Via the interface 12, the electrified vehicle 1 can receive or exchange a heat transport medium or medium, such as water or glycol, in order to obtain thermal energy. This thermal energy can be heat, for preheating the battery 10, or extracting heat or cold, for Cool the battery while charging.
  • the interior and / or an existing internal combustion engine of the electrified vehicle 1 can also be air-conditioned by the unit 2 external to the vehicle.
  • the electrified vehicle 1 can have a control unit which controls or monitors the exchange of the heat transport medium and thus the exchange of the thermal energy and controls pumps and valves in the cooling circuits accordingly.
  • FIG. 2 shows a building 2 as a unit external to the vehicle.
  • This building 2 has a second interface 22 and a heating and / or cooling system 21.
  • the building 2 can transmit thermal energy to a battery of an electrified vehicle via the second interface 22.
  • the thermal energy is transferred via this heat transfer medium.
  • the building 2 can also receive thermal energy from the electrified vehicle.
  • Fig. 3 shows a system for the transmission of thermal energy 3 between an electrified vehicle 1 and a vehicle-external unit 2.
  • This vehicle-external unit 2 is shown here as a building, which has already been described in Fig. 2.
  • the electrified vehicle 1 corresponds to that
  • the first interface 12 of the electrified vehicle 1 is here connected to the second interface 22 of the vehicle-external unit 2 in order to exchange heat transfer with one another.
  • the two interfaces 12, 22 can, for example, be connected to one another via a plug and a hose.
  • the heat transport medium can store thermal energy and to the transmit electrified vehicle. Furthermore, it should be noted that thermal energy is transmitted from the vehicle-external unit 2 to the electrified vehicle 1, so that the battery
  • the electrified vehicle 1 can also transfer thermal energy to the vehicle-external unit 2 in order to air-condition it, for example, residual heat of the internal combustion engine can be introduced into a heating system of the building 2, or the electrified vehicle 1 can provide the building 2 with cooling capacity provide .
  • Fig. 4 shows a detailed view of the system for the transmission of thermal energy 3 between the electrified vehicle 1 and the vehicle-external unit 2.
  • the electrified vehicle 1 In the upper area of Fig. 4 is the electrified vehicle 1 with its corresponding systems, in the middle are the first and the second interface and in the lower area, the vehicle external unit 2 is shown.
  • the electrified vehicle 1 has a battery 10 and a cooling circuit for the battery
  • This cooling circuit can in turn have a plurality of heat exchangers 11a, 11b and a cooling device 11c.
  • the first heat exchanger 11a is the heat exchanger for the battery 10, which supplies or extracts thermal energy from the battery 10. In other words, the battery 10 can be cooled or heated via the first heat exchanger 11a.
  • the second heat exchanger 11b can supply the interior of the vehicle and / or the internal combustion engine, if it is present, with thermal energy.
  • the first interface 12 can also have a heat exchanger 12a so that the cooling circuits 11, 21 of the electrified vehicle 1 and the vehicle-external unit 2 are connected to one another via an intermediate circuit.
  • the electrified vehicle 1 can receive thermal energy from the vehicle-external unit 2 via the first interface 12 and via the heat exchanger 12a introduce into the cooling circuit 11 of the electrified vehicle 1.
  • the battery 10 of the electrified vehicle 1 can be specifically heated or cooled.
  • the range of the electrified vehicle 1 can thus be increased, in particular in winter, since a preheated battery 10 has a higher capacity than a cold battery and since less energy is required to preheat the drive and / or the interior.
  • the connection between the electrified vehicle 1 and the vehicle-external unit 2 can be ensured via the first 12 and the second 22 interface. These can be connected to each other for example by means of a plug, so that an exchange of a heat transfer medium is possible. Furthermore, the interface can also establish an electrical connection, so that a current source 20 of the vehicle-external unit 2 can charge the battery 10 of the electrified vehicle 1.
  • the vehicle-external unit 2 can have a heating circuit 21a and a cooling circuit 21b. These two circuits 21a, 21b can provide thermal energy to the electrified vehicle 1 via the heat exchangers 22a, 22b of the interface 22. Furthermore, it should be noted that the heating / cooling circuits 11, 21a, 21b can have a plurality of valves and pumps in order to specifically control the heat exchangers 11a, 11b, 12a, 22a, 22b.
  • Fig. 5 relates to a method for air conditioning or for the exchange of thermal energy of a battery of an electrified vehicle by a vehicle-external unit.
  • a first step S1 the cooling circuit of the battery of the electrified vehicle is connected to the vehicle-external unit via a first or second interface.
  • a heat is exchanged.
  • Metransport means between the electrified vehicle and the vehicle-external unit to transfer thermal energy from the vehicle-external unit to the battery of the electrified vehicle to air-condition them.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektrifiziertes Fahrzeug (1). Das elektrifizierte Fahrzeug (1) weist eine Batterie (10),einen Kühlkreislauf (11) zur Klimatisierung der Batterie (10) und eine erste Schnittstelle (12) zum Austauschen eines Wärmetransportmittels mit einer fahrzeugexternen Einheit (2) auf. Der Kühlkreislauf (11) ist dazu eingerichtet, über die erste Schnittstelle (12) thermische Energie von der fahrzeugexternen Einheit (2) für die Klimatisierung der Batterie (10) zu erhalten.

Description

Beschreibung
Anbindung eines elektrifizierten Fahrzeugs an die Gebäude klimatisierung
Die Erfindung betrifft ein elektrifiziertes Fahrzeug, dessen Batterie durch eine fahrzeugexterne Einheit klimatisiert wird, eine fahrzeugexterne Einheit zur Klimatisierung des elektri fizierten Fahrzeugs, ein System zur Übertragung von thermischer Energie, ein Verfahren zur Klimatisierung einer Batterie, ein Programmelement und ein computerlesbares Medium.
Aus Umweltschutzgründen werden zunehmend elektrifizierte Fahrzeuge entwickelt und angeboten. Elektrifizierte Fahrzeuge weisen als Energiespeicher eine Batterie auf, je größer diese ausgeführt ist, desto größer ist die Reichweite des elektri fizierten Fahrzeugs. Ferner muss die Batterie weitere Fahr zeugsysteme, wie Heizung und Kühlung, mit Energie versorgen. Elektrifizierte Fahrzeuge umfassen hierbei sowohl Elektro fahrzeuge als auch Hybridfahrzeuge. Im Winter kann es erfor derlich sein das Fahrzeug zu heizen und im Sommer kann das Fahrzeug gekühlt werden. Hierbei kann jeweils Energie aus der Batterie benötigt werden. Somit reduziert sich die Reichweite entsprechend. Ferner arbeiten Batterien in einem Temperatur fenster von etwa 20°c bis 30°c optimal. Sowohl Temperatur gradienten innerhalb der Batterie als auch integral zu kalte oder zu warme Temperaturen haben einen negativen Einfluss auf den SoC (State of Charge) sowie die Lebensdauer der Batterie. Um dem entgegenzuwirken kann die Batterie vorkonditioniert werden, z B. durch Vorwärmen im Winter um längere Fahrstrecken zurücklegen zu können . Es ist eine Aufgabe der Erfindung, die Reichweite eines elektrifizierten Fahrzeugs zu erhöhen und den Verschleiß zu reduzieren .
Diese Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und aus der folgenden Beschreibung.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein elektrifiziertes Fahrzeug. Das elektrifizierte Fahrzeug weist eine Batterie, einen Kühlkreislauf zur Klimatisierung der Batterie und eine erste Schnittstelle zum Austauschen eines Wärmetransportmittels mit einer fahrzeugexternen Einheit auf. Der Kühlkreislauf ist dazu eingerichtet, über die erste Schnittstelle thermische Energie von der fahrzeugexternen Einheit für die Klimatisierung der Batterie zu erhalten.
Mit anderen Worten kann die fahrzeugexterne Einheit Wärme oder Kälte an die Batterie des elektrifizierten Fahrzeugs übertragen. Die fahrzeugexterne Einheit kann ein Wärmetransportmittel, z.B. Glykol oder Wasser, erwärmen und dieses über die erste
Schnittstelle an das elektrifizierte Fahrzeug übertragen. Dort kann das Wärmetransportmittel die in diesem gespeicherte thermische Energie an den Kühlkreislauf der Batterie abgeben. Der Kühlkreislauf kann daraufhin die Batterie vorkonditionieren bzw. erwärmen. Ferner kann beispielsweise mittels einem Kältemittel durch die fahrzeugexternen Einheit dem elektrifizierten Fahrzeug Wärme entzogen werden, um die Batterie gezielt zu kühlen.
Insbesondere beim Laden der Batterie mit hohen Leistungen kann eine Kühlung erforderlich sein, um die Batterie vor Überhitzung zu schützen. Es sei angemerkt, dass ein Entziehen von thermischer Energie als Kühlen bezeichnet wird. Durch die Anbindung an den Heiz- oder Kühlkreis einer fahr zeugexternen Einheit, z.B. eines Wohngebäudes oder eines Ge- schäftsgebäudes , kann die Wärmequelle bzw. Kältequelle des Gebäudes genutzt werden. Diese wird in der Regel nicht mit Strom betrieben. Somit kann der Stromverbrauch reduziert werden. Des Weiteren ist es möglich, den Verbrennungsmotor sowie das Getriebe wie auch die Batterie vor dem Fahrzeugstart in den optimalen Temperaturbereich zu bringen, um Emissionen und Verschleiß der Mechanik zu reduzieren.
Es sei angemerkt, dass thermische Energie, Energie in Form von Wärme oder wärmeentziehen (Kälte) sein kann. Diese Energie kann beispielsweise in einem Wärmetransportmittel oder ein Kälte mittel gespeichert und übertragen werden. Die thermische Energie kann auf zahlreiche Arten erzeugt werden, beispielsweise durch Verbrennung von Gas, Holz oder Öl, durch Verlustwärme bei elektrischen Geräten, durch Wärmepumpen, durch einen Kälte kompressor oder durch Verdunstung.
Alternativ oder zusätzlich kann das elektrifizierte Fahrzeug thermische Energie an die fahrzeugexterne Einheit übertragen, um diese zu erwärmen oder dieser Wärme zu entziehen bzw. zu kühlen. Ein Kühlen kann beispielsweise im Sommer über die Klimaanlage des elektrifizierten Fahrzeugs erfolgen.
Ferner sei angemerkt, dass das Fahrzeug eine Steuereinheit oder einen Prozessor aufweisen kann, welche den Austausch des Wärmetransportmittels über die erste und/oder die zweite Schnittstelle überwacht und/oder steuert. Ferner kann diese Steuereinheit die Menge der an das elektrifizierte Fahrzeug übertragenen thermischen Energie steuern.
Bei dem Fahrzeug handelt es sich beispielsweise um ein
Kraftfahrzeug, wie Auto, Bus oder Lastkraftwagen, oder aber auch um ein Schienenfahrzeug, ein Schiff oder U-boot, ein Luft fahrzeug, wie Helikopter oder Flugzeug, oder beispielsweise um ein Fahrrad.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist das elektri fizierte Fahrzeug wenigstens einen Wärmetauscher zwischen dem Kühlkreislauf und der ersten Schnittstelle des elektrifizierten Fahrzeugs auf.
Somit ist der Kühlkreislauf der Batterie zwar thermisch über die erste Schnittstelle mit der fahrzeugexternen Einheit verbunden, jedoch ist eine fluidische Trennung zwischen dem Kühlkreislauf des elektrifizierten Fahrzeugs und dem Heiz-oder kühlkreislauf der fahrzeugexternen Einheit vorhanden. Es sei angemerkt, dass ein Austausch eines Wärmetransportmittels hier über die erste Schnittstelle nur bis zu dem Wärmtauscher des elektrifizierten Fahrzeugs erfolgt. Der Wärmetauscher kann die über die erste Schnittstelle übertragene thermische Energie in den Kühl kreislauf der Batterie einleiten. Alternativ oder zusätzlich kann die fahrzeugexterne Einheit direkt an den Kühlkreislauf der Batterie angeschlossen werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Wärmetransportmedium Glykol auf. Somit kann sichergestellt werden, dass das Wärmetransportmittel im Winter nicht einfriert und es dadurch zu Frostschäden kommt. Alternativ oder zusätzlich kann auch Wasser oder ein entsprechendes Kältemittel als Wärmetransportmittel genutzt werden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die fahrzeug externe Einheit ferner dazu eingerichtet, den Innenraum des elektrifizierten Fahrzeugs zu klimatisieren. Neben der Klimatisierung der Batterie kann auch der Innenraum des elektrifizierten Fahrzeugs durch die Übertragung von thermischer Energie von der fahrzeugexternen Einheit an das elektrifizierte Fahrzeug klimatisiert werden. Somit kann während der späteren Fahrt des elektrifizierten Fahrzeugs Energie eingespart werden, da das elektrifizierte Fahrzeug nicht durch batteriebetriebene Systeme klimatisiert werden muss. Somit kann die Reichweite des elektrifizierten Fahrzeugs erhöht werden.
Es sei angemerkt, dass der Kühlkreislauf des elektrifizierten Fahrzeugs mehrere Ventile und Pumpen aufweisen kann, um gezielt nur die Batterie, den Innenraum, den Verbrennungsmotor und das Getriebe oder eine beliebige Kombination hieraus über die von der fahrzeugexternen Einheit bereitgestellte thermischen Energie zu klimatisieren .
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ermöglicht die erste Schnittstelle einen gleichzeitigen Austausch von elektrischer und thermischer Energie zwischen dem elektrifizierten Fahrzeug und der fahrzeugexternen Einheit.
Die erste und die zweite Schnittstelle können einen Anschluss für den Austausch des Wärmetransportmittels und einen Stromanschluss aufweisen, sodass der Benutzer nur eine Verbindung mittels einem Stecker zwischen dem elektrifizierten Fahrzeug und der fahr zeugexternen Einheit hersteilen muss. Es sei angemerkt, dass bei einem gemeinsamen Stecker die Anschlüsse für Strom und das Wärmetransportmittel derart voneinander getrennt bzw. isoliert sind, dass kein Wärmetransportmittel an stromführende Teile gelangen kann. Ferner kann die Korrektheit der Verbindung überwacht werden, also ob der Stecker korrekt verschlossen ist und keine Undichtigkeit aufweist. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Klima tisieren der Batterie des elektrifizierten Fahrzeugs ein Vorkonditionieren der Batterie.
Unter Vorkonditionieren wird insbesondere ein Erwärmen oder ein Entziehen von Wärme, um die optimale Betriebstemperatur der Batterie zu erhalten, verstanden. Diese Temperatur liegt ty pischerweise zwischen 20°C und 30°C. Bei diesen Temperaturen ist die Kapazität der Batterie hinreichend groß, ohne dass eine Lebensdauer beeinträchtigt ist. Um die optimale Betriebstem peratur sicherzustellen kann das elektrifizierte Fahrzeug und/oder die fahrzeugexterne Einheit eine Steuereinheit auf weisen, welche die Übertragung der thermischen Energie von der fahrzeugexternen Einheit an das elektrifizierte Fahrzeug steuert. Insbesondere wenn die Temperatur des Wärmetrans portmittels deutlich höher ist als die anvisierte Betriebs temperatur der Batterie.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Klima tisieren der Batterie des elektrifizierten Fahrzeugs ein Kühlen der Batterie während des Ladens der Batterie.
Durch eine Kühlung der Batterie während des Ladens kann eine Überhitzung der Batterie während des Ladens vermieden werden. Durch eine Überhitzung der Batterie kann diese zerstört oder in ihrer Lebensdauer beeinträchtigt werden. Ferner kann durch eine aktive Kühlung während des Ladens mit einer höheren Leistung geladen werden, z.B. 300kW und mehr, da die entstehende Ver lustleistung durch das Entziehen der Wärme über die erste Schnittstelle abgeführt werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das elektrifizierte Fahrzeug ein Elektrofahrzeug. Durch die Vorkonditionierung - wärmen oder kühlen - der Batterie kann die Reichweite und die Lebensdauer der Batterie erhöht werden. Insbesondere im Winter kann die Batterie vorgewärmt werden, sodass sich die nutzbare Kapazität der Batterie erhöht und keine Energie von der Batterie benötigt wird, um die Batterie und den Innenraum aufzuwärmen. Somit kann das Elektrofahrzeug eine höhere reale Reichweite aufweisen.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das elektrifi zierte Fahrzeug ein Plug-In-Hybridfahrzeug . Die fahrzeugexterne Einheit ist ferner dazu eingerichtet, den Verbrennungsmotor des Plug-In-Hybridfahrzeugs vorzuwärmen .
Wenn das elektrifizierte Fahrzeug ein Hybrid oder ein Plug-In Hybridfahrzeug ist, kann zusätzlich zur Vorkonditionierung der Batterie auch der Verbrennungsmotor und das Getriebe vorkon ditioniert werden. Mit der Vorkonditionierung des Verbren nungsmotors können Kraftstoff und Emissionen eingespart werden, da die Viskosität des Öls sich bereits im optimalen Betriebspunkt befindet. Ferner kann durch die Vorkonditionierung der Ver schleiß am Verbrennungsmotor und an dem Getriebe reduziert werden .
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine fahrzeugexterne Einheit. Die fahrzeugexterne Einheit weist ein Heiz- und/oder Kühlsystem und eine zweite Schnittstelle auf. Die fahrzeug externe Einheit ist dazu eingerichtet, über die zweite
Schnittstelle thermische Energie an eine Batterie eines elektrifizierten Fahrzeugs zu übertragen.
Mit anderen Worten kann die fahrzeugexterne Einheit die Batterie des elektrifizierten Fahrzeugs vorkonditionieren, erwärmen, auf Betriebstemperatur bringen, dem Fahrzeug Wärme entziehen oder kühlen. Die Übertragung thermischer Energie erfolgt hierbei über einen Kühlkreis bzw. den Austausch eines Wärmetransportmittels. Dabei kann die fahrzeugexterne Einheit über die zweite
Schnittstelle mit dem elektrifizierten Fahrzeug verbunden werden. Das Wärmetransportmittel wird in der fahrzeugexternen Einheit erwärmt oder gekühlt. Mit anderen Worten weist das Wärmetransportmittel eine Temperatur auf, welche unter schiedlich zu der Temperatur des Kühlkreislaufes der Batterie des elektrifizierten Fahrzeugs ist. Anschließend kann das Wär metransportmittel, über die zweite Schnittstelle, an das elektrifizierte Fahrzeug übertragen werden, wo es anschließend die in dem Wärmetransportmittel gespeicherte Energie an den Kühlkreislauf der Batterie des elektrifizierten Fahrzeugs abgibt bzw. dem Kühlkreislauf der Batterie Wärme entzieht. Somit kann die Batterie über die fahrzeugexterne Einheit erwärmt oder gekühlt werden.
Die Schnittstelle kann beispielsweise direkt an das Heiz- oder Kühlsystem angeschlossen sein oder aber über einen Platten wärmetauscher, um eine fluidische Trennung zu dem elektrifi zierten Fahrzeug aufzuweisen.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die fahrzeug externe Einheit ein Gebäude mit einem Heiz- und/oder Kühlsystem.
Insbesondere kann das Gebäude ein Wohngebäude eines Fahr zeugbesitzers sein. Ein Wohngebäude weist typischerweise eine Heizung auf, welche an den Kühlkreislauf der Batterie des elektrifizierten Fahrzeugs angeschlossen werden kann, um die Batterie des elektrifizierten Fahrzeugs zu klimatisieren. Somit können die Kapazität und die Lebensdauer der Batterie erhöht werden. Auch kann das Gebäude eine Kühlvorrichtung aufweisen, sodass die Batterie während des Ladens gekühlt werden kann, damit diese nicht überhitzt. Sollte in dem Gebäude keine Kühlvor- richtung vorhanden sein, kann die Batterie des elektrifizierten Fahrzeugs mit dem Kaltwasser des Gebäudes gekühlt werden.
Alternativ oder zusätzlich kann auch das elektrifizierte Fahrzeug thermische Energie an das Gebäude liefern. Bei spielsweise kann das elektrifizierte Fahrzeug Restwärme nach einer Fahrt in das Heizungssystem des Gebäudes einspeisen oder aber im Sommer dem Gebäude Kühlleistung über die im elektri fizierte Fahrzeug vorhandene Klimaanlage bereitstellen .
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein System zur Übertragung von thermischer Energie. Das System weist ein vorhergehend und nachfolgend beschriebenes elektrifiziertes Fahrzeug und eine vorhergehend und nachfolgend beschriebene fahrzeugexterne Einheit auf. Das elektrifizierte Fahrzeug und die fahrzeugexterne Einheit sind über die erste und die zweite Schnittstelle miteinander verbunden. Die fahrzeugexterne Einheit ist dazu eingerichtet, thermische Energie an die Batterie des elektrifizierten Fahrzeugs zu übertragen, um diese zu klimatisieren .
Mit anderen Worten umfasst das System das vorhergehend und nachfolgend beschriebene elektrifizierte Fahrzeug und die vorhergehend und nachfolgend beschriebene fahrzeugexterne Einheit. Die fahrzeugexterne Einheit kann hierbei thermische Energie über den Austausch eines Wärmetransportmittels an das elektrifizierte Fahrzeug übertragen - also das elektrifizierte Fahrzeug erwärmen oder diesem Wärme entziehen. Ferner kann thermische Energie sowohl Wärme als auch Kälte umfassen. Al ternativ oder zusätzlich kann auch das elektrifizierten Fahrzeug thermische Energie der fahrzeugexternen Einheit bereitstellen .
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Klimatisierung einer Batterie eines elektrifizierten Fahrzeugs durch eine fahrzeugexterne Einheit. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf:
- Verbinden eines Kühlkreislaufes des elektrifizierten Fahrzeugs mit der fahrzeugexternen Einheit;
- Austauschen eines Wärmetransportmediums zwischen dem elektrifizierten Fahrzeug und der fahrzeugexternen Einheit, um thermische Energie von der fahrzeugexternen Einheit an die Batterie des elektrifizierten Fahrzeugs zu übertragen, um diese zu klimatisieren.
Die einzelnen Schritte des Verfahrens können parallel oder sequentiell ausgeführt werden. Ferner kann die Reihenfolge der einzelnen Schritte geändert werden. Des Weiteren kann zwischen den einzelnen Schritten auch eine längere Zeitspanne liegen.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Programmelement, das, wenn es auf einer Steuereinheit eines Systems zur Über tragung von thermischer Energie ausgeführt wird, das System anleitet, das vorhergehend und im Folgenden beschriebene Verfahren auszuführen.
Ein weiterer Aspekt dieser Erfindung betrifft ein computer lesbares Medium, auf dem ein Programmelement gespeichert ist, welches die Steuereinheit eines Systems zur Übertragung von thermischer Energie anleitet, das vorhergehend und im Folgenden beschriebene Verfahren auszuführen.
Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele und der Figuren.
Die Figuren sind schematisch und nicht maßstabsgetreu. Sind in der nachfolgenden Beschreibung der Figuren gleiche Bezugszeichen angegeben, so bezeichnen diese gleiche oder ähnliche Elemente. Fig. 1 zeigt ein elektrifiziertes Fahrzeug, bei welchem die Batterie durch eine fahrzeugexterne Einheit mit thermischer Energie versorgt werden kann, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung .
Fig. 2 zeigt eine fahrzeugexterne Einheit, welche die Batterie eines elektrifizierten Fahrzeugs mit thermischer Energie versorgen kann, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 3 zeigt ein System zur Übertragung von thermischer Energie gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 4 zeigt eine weitere detaillierte Ansicht eines Systems zur Übertragung von thermischer Energie gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 5 zeigt ein Flussdiagramm für ein Verfahren zur Klima tisierung einer Batterie eines elektrifizierten Fahrzeugs gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 1 zeigt ein elektrifiziertes Fahrzeug 1. Dieses
elektrifizierte Fahrzeug 1 weist eine Batterie 10, einen Kühlkreislauf zur Klimatisierung der Batterie 10 und eine erste Schnittstelle 12 auf. Die Batterie 10 ist dazu ausgelegt einen Elektromotor des elektrifizierten Fahrzeugs 1 anzutreiben. Bei dem in Fig. 1 dargestellten elektrifizierten Fahrzeug 1 kann es sich sowohl um ein Elektrofahrzeug, als auch um ein Hybrid fahrzeug (z.B. ein Plug-In-Hybridfahrzeug) handeln. Über die Schnittstelle 12 kann das elektrifizierte Fahrzeug 1 ein Wärmetransportmittel bzw. -medium, wie beispielsweise Wasser oder Glykol, empfangen bzw. austauschen, um thermische Energie zu erhalten. Diese thermische Energie kann Wärme, zum Vorwärmen der Batterie 10, oder das Entziehen von Wärme bzw. Kälte, zum Kühlen der Batterie während des Ladens, umfassen. Es sei an gemerkt, dass auch der Innenraum und/oder ein vorhandener Verbrennungsmotor des elektrifizierten Fahrzeugs 1 durch die fahrzeugexterne Einheit 2 klimatisiert werden kann. Ferner kann das elektrifizierte Fahrzeug 1 eine Steuereinheit aufweisen, welche den Austausch des Wärmetransportmittels und damit den Austausch der thermischen Energie steuert bzw. überwacht und Pumpen und Ventile in den Kühlkreisläufen entsprechend steuert.
Fig. 2 zeigt ein Gebäude 2 als fahrzeugexterne Einheit. Dieses Gebäude 2 weist eine zweite Schnittstelle 22 und ein Heiz- und/oder Kühlsystem 21 auf. Über die zweite Schnittstelle 22 kann das Gebäude 2 thermische Energie an eine Batterie eines elektrifizierten Fahrzeugs übertragen. Über diese zweite Schnittstelle 22 kann beispielsweise direkt warmes Wasser oder ein Wärmetransportmittel bzw. Kühlmittel, wie z.B. Glykol, ausgetauscht werden. Somit erfolgt die Übertragung der ther mischen Energie über dieses Wärmetransportmittel. Es sei an gemerkt, dass das Gebäude 2 auch thermische Energie von dem elektrifizierten Fahrzeug erhalten kann.
Fig. 3 zeigt ein System zur Übertragung von thermischer Energie 3 zwischen einem elektrifizierten Fahrzeug 1 und einer fahr zeugexternen Einheit 2. Diese fahrzeugexterne Einheit 2 ist hier als Gebäude dargestellt, welches bereits in Fig. 2 beschrieben wurde. Das elektrifizierte Fahrzeug 1 entspricht dem
elektrifizierten Fahrzeug 1, welches bereits in Fig. 1 be schrieben wurde. Die erste Schnittstelle 12 des elektrifizierten Fahrzeugs 1 ist hierbei mit der zweiten Schnittstelle 22 der fahrzeugexternen Einheit 2 verbunden, um ein Wärmetransport mittel untereinander auszutauschen. Die beiden Schnittstellen 12, 22 können Beispielsweise über einen Stecker und einen Schlauch miteinander verbunden sein. Das Wärmetransportmittel kann hierbei thermische Energie einspeichern und an das elektrifizierte Fahrzeug übertragen. Des Weiteren sei angemerkt, dass thermische Energie von der fahrzeugexternen Einheit 2 an das elektrifizierte Fahrzeug 1 übertragen wird, sodass die Batterie
10 des elektrifizierten Fahrzeugs 1 klimatisiert wird. Ferner sei angemerkt, dass das elektrifizierte Fahrzeug 1 auch thermische Energie an die fahrzeugexterne Einheit 2 übertragen kann, um diese zu klimatisieren, beispielsweise, kann Restwärme des Verbrennungsmotors in ein Heizsystem des Gebäudes 2 eingebracht werden, oder das elektrifizierte Fahrzeug 1 kann dem Gebäude 2 Kühlleistung bereitstellen .
Fig. 4 zeigt eine detaillierte Ansicht des Systems zur Über tragung von thermischer Energie 3 zwischen dem elektrifizierten Fahrzeug 1 und der fahrzeugexternen Einheit 2. Im oberen Bereich von Fig. 4 ist das elektrifizierte Fahrzeug 1 mit seinen entsprechenden Systemen, in der Mitte sind die erste und die zweite Schnittstelle und im unteren Bereich ist die fahr zeugexterne Einheit 2 dargestellt. Das elektrifizierten Fahrzeug 1 weist eine Batterie 10 und einen Kühlkreislauf für die Batterie
11 auf. Dieser Kühlkreislauf kann seinerseits mehrere Wärme tauscher 11a, 11b und eine Kühlvorrichtung 11c aufweisen. Der erst Wärmetauscher 11a ist hierbei der Wärmetauscher für die Batterie 10, welcher der Batterie 10 thermischer Energie zuführt oder dieser entzieht. Mit anderen Worten kann über den ersten Wärmetauscher 11a die Batterie 10 gekühlt oder erwärmt werden. Der zweite Wärmetauscher 11b kann den Innenraum des Fahrzeugs und/oder den Verbrennungsmotor, wenn dieser vorhanden ist, mit thermischer Energie versorgen. Die erste Schnittstelle 12 kann ferner einen Wärmetauscher 12a aufweisen, damit die Kühl kreisläufe 11, 21 des elektrifizierten Fahrzeugs 1 und der fahrzeugexternen Einheit 2 über einen Zwischenkreis miteinander verbunden sind. Über die erste Schnittstelle 12 kann das elektrifizierten Fahrzeug 1 thermische Energie von der fahr zeugexternen Einheit 2 erhalten und über den Wärmetauscher 12a in den Kühlkreislauf 11 des elektrifizierten Fahrzeugs 1 einleiten. Dadurch kann die Batterie 10 des elektrifizierten Fahrzeugs 1 gezielt gewärmt oder gekühlt werden. Somit kann insbesondere im Winter die Reichweite des elektrifizierten Fahrzeugs 1 erhöht werden, da eine vorgewärmte Batterie 10 eine höhere Kapazität als eine kalte Batterie aufweist und da weniger Energie zum Vorwärmen des Antriebs und/oder des Innenraums benötigt wird.
Die Verbindung zwischen dem elektrifizierten Fahrzeug 1 und der fahrzeugexternen Einheit 2 kann über die erste 12 und die zweite 22 Schnittstelle sichergestellt werden. Diese können bei spielsweise mittels einem Stecker miteinander verbunden werden, sodass ein Austausch eines Wärmetransportmittels möglich ist. Ferner kann die Schnittstelle auch eine elektrische Verbindung hersteilen, sodass eine Stromquelle 20 der fahrzeugexternen Einheit 2 die Batterie 10 des elektrifizierten Fahrzeugs 1 laden kann .
Die fahrzeugexterne Einheit 2 kann einen Heizkreislauf 21a und einen Kühlkreislauf 21b aufweisen. Diese beiden Kreisläufe 21a, 21b können thermische Energie über die Wärmetauscher 22a, 22b der Schnittstelle 22 dem elektrifizierten Fahrzeug 1 bereitstellen . Ferner sei angemerkt, dass die Heiz-/Kühlkreisläufe 11, 21a, 21b mehrere Ventile und Pumpen aufweisen können, um damit die Wärmetauscher, 11a, 11b, 12a, 22a, 22b gezielt zu steuern.
Fig. 5 betrifft ein Verfahren zur Klimatisierung bzw. zum Austausch thermischer Energie einer Batterie eines elektri fizierten Fahrzeugs durch eine fahrzeugexterne Einheit. Einem ersten Schritt S1 wird der Kühlkreislauf der Batterie des elektrifizierten Fahrzeugs mit der fahrzeugexternen Einheit über eine erste bzw. zweite Schnittstelle miteinander verbunden. In einem zweiten Schritt S2 erfolgt ein Austausch eines Wär- metransportmittels zwischen dem elektrifizierten Fahrzeug und der fahrzeugexternen Einheit, um thermische Energie von der fahrzeugexternen Einheit an die Batterie des elektrifizierten Fahrzeugs zu übertragen, um diese zu klimatisieren.

Claims

Patentansprüche
1. Elektrifiziertes Fahrzeug (1), aufweisend:
- eine Batterie (10);
- einen Kühlkreislauf (11) zur Klimatisierung der Batterie (10) ; und
- eine erste Schnittstelle (12) zum Austauschen eines Wärmetransportmittels mit einer fahrzeugexternen Einheit (2), wobei der Kühlkreislauf (11) dazu eingerichtet ist, über die erste Schnittstelle (12) thermische Energie von der fahr zeugexternen Einheit (2) für die Klimatisierung der Batterie (10) zu erhalten.
2. Elektrifiziertes Fahrzeug (1) nach Anspruch 1,
wobei das elektrifizierte Fahrzeug (1) wenigstens einen Wärmetauscher (12a) zwischen dem Kühlkreislauf (11) und der ersten Schnittstelle (12) des elektrifizierten Fahrzeugs (1) aufweist .
3. Elektrifiziertes Fahrzeug (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Wärmetransportmedium Glykol aufweist.
4. Elektrifiziertes Fahrzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die fahrzeugexterne Einheit (2) ferner dazu ein gerichtet ist, den Innenraum des elektrifizierten Fahrzeugs (1) zu klimatisieren.
5. Elektrifiziertes Fahrzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die erst Schnittstelle (12) einen gleichzeitigen Austausch von elektrischer und thermischer Energie zwischen dem elektrifizierten Fahrzeug (1) und der fahrzeugexternen Einheit (2) ermöglicht.
6. Elektrifiziertes Fahrzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei das Klimatisieren der Batterie (10) des elektri fizierten Fahrzeugs (1) ein Vorkonditionieren der Batterie (10) umfasst .
7. Elektrifiziertes Fahrzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei das Klimatisieren der Batterie (10) des elektri fizierten Fahrzeugs (1) ein Kühlen der Batterie (10) während des Ladens der Batterie (10) umfasst.
8. Elektrifiziertes Fahrzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei das elektrifizierte Fahrzeug (1) ein Elektrofahrzeug ist .
9. Elektrifiziertes Fahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 1 bis
7,
wobei das elektrifizierte Fahrzeug (1) ein
Plug-In-Hybridfahrzeug ist, und
wobei die fahrzeugexterne Einheit (2) ferner dazu ein gerichtet ist, den Verbrennungsmotor des
Plug-In-Hybridfahrzeugs vorzuwärmen .
10. Fahrzeugexterne Einheit (2), aufweisend:
- ein Heiz- und/oder Kühlsystem (21); und
- eine zweite Schnittstelle (22),
wobei die fahrzeugexterne Einheit (2) dazu eingerichtet ist, über die zweite Schnittstelle (22) thermische Energie an eine Batterie (10) eines elektrifizierten Fahrzeugs (1) zu übertragen .
11. Fahrzeugexterne Einheit (2) nach Anspruch 10, wobei die fahrzeugexterne Einheit (2) ein Gebäude mit einem Heiz- und/oder Kühlsystem (21) ist.
12. System (3) zur Übertragung von thermischer Energie, aufweisend :
- ein elektrifiziertes Fahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9; und
- eine fahrzeugexterne Einheit (2) nach einem der Ansprüche 10 oder 11,
wobei das elektrifizierte Fahrzeug (1) und die fahr zeugexterne Einheit (2) über die erste und die zweite
Schnittstelle (12, 22) miteinander verbunden sind, und wobei die fahrzeugexterne Einheit (2) dazu eingerichtet ist, thermische Energie an die Batterie (10) des elektrifizierten Fahrzeugs (1) zu übertragen, um diese zu klimatisieren.
13. Verfahren zur Klimatisierung einer Batterie eines elektrifizierten Fahrzeugs durch eine fahrzeugexterne Einheit, die Schritte aufweisend:
-Verbinden (Sl) eines Kühlkreislaufes des elektrifizierten Fahrzeugs mit der fahrzeugexternen Einheit;
-Austauschen (S2) eines Wärmetransportmediums zwischen dem elektrifizierten Fahrzeug und der fahrzeugexternen Einheit, um thermische Energie von der fahrzeugexternen Einheit an die Batterie des elektrifizierten Fahrzeugs zu übertragen, um diese zu klimatisieren.
14. Programmelement, das, wenn es auf einer Steuereinheit eines Systems zur Übertragung von thermischer Energie ausgeführt wird, das System zur Übertragung von thermischer Energie anleitet, das Verfahren gemäß Anspruch 9 durchzuführen.
15. Computerlesbares Medium, auf dem ein Programmelement nach Anspruch 14 gespeichert ist.
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