DE4433836C1 - Vorrichtung zur Beheizung eines Innenraumes eines Elektrofahrzeuges - Google Patents

Vorrichtung zur Beheizung eines Innenraumes eines Elektrofahrzeuges

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Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Beheizung eines Innenraumes eines Elektrofahrzeuges mit luftgekühlter Hoch­ temperaturbatterie, deren Abwärme für die Heizung des Innenraumes ausgenutzt wird.
Aus der DE 26 38 862 A1 ist es bekannt, bei Elektrofahrzeugen die nach dieser Druckschrift vorgesehene Bleibatterie auch als Wärmespeicher einzusetzen, indem der Batterieblock vor Fahrtbeginn auf eine erhöhte Temperatur erwärmt und die gespeicherte Wärmeenergie während des Fahrbetriebes zur Beheizung des Fahrzeuges ausgenutzt wird. Dabei kann die Wärme des Batterieblockes durch einen Flüssigkeits­ kreislauf oder durch Luftkühlung der Batterie abgeführt werden.
Wegen ihrer vergleichsweise großen Energiedichte werden für geplante Elektrofahrzeuge sogenannte Hochtemperatur­ batterien bevorzugt, welche je nach Betriebsumständen mehr oder weniger stark gekühlt werden müssen.
In diesem Zusammenhang ist aus der DE 42 26 781 A1 bekannt, im Fahrzeug einen Wärmeträgerkreislauf mit flüssigem Wärme­ trägermittel vorzusehen, um einerseits die Abwärme von Elektroaggregaten des Elektroantriebes und andererseits die Abwärme der Hochtemperaturbatterie, die über einen Fluidkreislauf mit Wärmetauscher an den Wärmeträgerkreis­ lauf angebunden ist, aufzunehmen und über einen als Heizkörper für den Fahrzeuginnenraum nutzbaren Wärmetauscher an die Luft des Fahrzeuginnenraumes abzuführen.
Aufgabe der Erfindung ist es nun, bei einem Fahrzeug mit Hochtemperaturbatterie einerseits eine hinsichtlich ihrer konstruktiven Einfachheit und vergleichsweise großen Sicher­ heit vorteilhafte Luftkühlung der Hochtemperaturbatterie zu ermöglichen und andererseits zu gewährleisten, daß bei der Ausnutzung der Wärme der von der Batterie kommenden Luft eine hinreichende Temperaturminderung gegenüber der unter Umständen hohen Betriebstemperatur der Batterie eintritt, wobei insgesamt eine vorteilhafte Konstruktion geschaffen werden soll.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Abluft der Hochtemperaturbatterie steuerbar über einen auch mit Frischluft steuerbar beaufschlagbaren ersten Wärmetau­ scher führbar ist, der als Teil eines Wasser- bzw. Flüssig­ keitskreislaufes angeordnet ist, welcher einen weiteren Wärmetauscher zur Abgabe von Wärme an Luft des Innenraumes aufweist und in Strömungsrichtung der Flüssigkeit hinter diesem weiteren Wärmetauscher mit wärmeerzeugenden Kompo­ neten - z. B. Spannungswandler bzw. Regler und Elektromotor - des Elektroantriebes zur Aufnahme der Abwärme dieser Kompo­ nenten verbunden ist.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, für die Beheizung des Innenraumes einen Wasser- bzw. Flüssigkeits­ kreislauf vorzusehen, in den die Wärme der Abluft der Hoch­ temperaturbatterie einspeisbar ist. Auf diese Weise kann einerseits die sicherheitsmäßig vorteilhafte Luftkühlung der Hochtemperaturbatterie verwirklicht werden. Anderer­ seits läßt sich die Wärme der Batterie bei praktisch be­ liebiger Anordnung im Fahrzeug ohne nennenswerte Verluste zum Innenraum führen. Denn die im Kreislauf strömende Flüssig­ keit, insbesondere Wasser, vermag auch bei geringer Flüssig­ keitsmenge große Wärmemengen zu transportieren, wobei die Flüssigkeitsleitungen ohne größeren Aufwand gegen Wärme­ verlust isolierbar sind.
Der konstruktive Gesamtaufwand bleibt wünschenswert gering, weil der Flüssigkeitskreislauf seinerseits auch zur Wärme­ aufnahme und damit Kühlung wärmeerzeugender Komponenten des Elektroantriebes herangezogen wird. Dies ist ohne weiteres möglich, weil die Temperatur der Flüssigkeit bei entsprechender konstruktiver Auslegung auch bei Heiz­ betrieb mit maximaler Leistung vergleichsweise gering bleibt.
Falls kein Heizbedarf ansteht, kann der Flüssigkeitskreis­ lauf ausschließlich zur Kühlung der Komponenten des Elektro­ antriebes dienen, weil der erste Wärmetauscher gegebenen­ falls auch in einem zur Abfuhr der Wärme notwendigen Aus­ maß mit Frischluft beaufschlagbar ist.
In diesem Zusammenhang kann gemäß einer bevorzugten Aus­ führungsform der Erfindung vorgesehen sein, daß der Flüssigkeitskreislauf einen den weiteren Wärmetauscher umgehenden steuerbaren Bypaßkanal aufweist, so daß dem Innenraum gegebenenfalls keinerlei Wärme zugeführt wird.
Im übrigen ist zweckmäßigerweise vorgesehen, die Luft zwischen Batterie und erstem Wärmetauscher ganz oder teilweise in Umluftbetrieb führen zu können, so daß sich die Abwärme der Batterie gegebenenfalls vollständig in den Flüssigkeitskreislauf überführen läßt.
Gegebenenfalls kann im Flüssigkeitskreislauf noch ein Wärmespeicher angeordnet sein, um vorübergehend für Heiz­ zwecke nicht benötigte Wärme speichern zu können.
Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Merkmale der Erfindung wird auf die Ansprüche sowie die nachfolgende Beschreibung einer vorteilhaften Ausführungsform verwiesen, die anhand der Zeichnung erläutert wird.
Dabei zeigt
Fig. 1 eine schaltplanartige Gesamtdarstellung des Heizungssystems und
Fig. 2 ein Luftleit- und Klappensystem zur Steuerung des Luftflusses in der Batterie und am ersten Wärmetauscher in verschiedenen Betriebszuständen.
Gemäß Fig. 1 besitzt eine Hochtemperaturbatterie 1 einen Lufteingang 2 sowie einen Luftausgang 3, so daß mittels eines Gebläses 4 Kühlluft durch die Hochtemperaturbatterie 1 geblasen werden kann.
Mittels eines weiter unten erläuterten Luftsteuer- und Klappensystems 5 läßt sich einerseits erreichen, daß der Batterie 1 kühle Frischluft zugeführt wird, die dann nach Erwärmung in der Batterie 1 nach außen abgeblasen wird. Andererseits besteht die Möglichkeit, die erwärmte Abluft der Batterie 1 ganz oder teilweise in einem Umluftbetrieb zur Saugseite des Gebläses 4 zu führen, wobei die Luft über einen Wärmetauscher 6 geführt wird, der als Teil eines Wasserkreislaufes 7 angeordnet ist und gegebenenfalls mittels eines weiteren Gebläses 8 (oder auch durch Konvek­ tion) unmittelbar mit kühler Frischluft beaufschlagbar ist.
Der Wasserkreislauf 7 besitzt eine Umwälzpumpe 9, hinter der ein Wärmespeicher 10 und ein weiterer Wärmetauscher 11 angeordnet sind, wobei zwischen dem Wärmespeicher 10 und dem Wärmetauscher 11 ein Steuerventil 12 vorgesehen ist, um gegebenenfalls das von der Umwälzpumpe 9 kommende Wasser in eine am Wärmetauscher 11 vorbeiführende Bypaß­ leitung 13 einzuleiten.
Der Wärmetauscher 11 dient dazu, die Wärme des Wassers an die Luft eines Fahrzeuginnenraumes bzw. an die dem Fahr­ zeuginnenraum zugeführte Luft abzugeben, um den Innenraum gegebenenfalls zu beheizen.
In Strömungsrichtung des Wassers vor dem Wärmetauscher 6 sind wärmeerzeugende Komponenten 14 des Elektroantriebes angeordnet, so daß deren Wärme vom Wasser abgeführt werden kann und der Wasserkreislauf 7 als Kühlkreislauf für die genannten Komponenten 14 dient und dabei die Abwärme dieser Komponenten 14 gegebenenfalls auch für Heizzwecke zur Ver­ fügung stellt.
Das Luftsteuer- und Klappensystem 5 besitzt eine den Wärmetauscher 6 aufnehmende Luftkammer 15 sowie zwei Lufteinlässe 16′ und 16′′, wobei der Lufteinlaß 16′ ständig mit dem Lufteingang 2 der Hochtemperaturbatterie 1 verbunden ist und der Lufteinlaß 16′′, über den der Wärmetauscher 6 gegebenenfalls mit Frischluft beaufschlagt werden kann, durch eine Klappe 17 absperrbar ist. Außerdem sind zwei Luftauslässe 18′ und 18′′ vorgesehen, denen jeweils eine Klappe 19 bzw. 20 zugeordnet ist, um die vom Luftausgang 3 der Hochtemperaturbatterie 1 kommende Abluft entweder über den Luftauslaß 18′ nach außen abzublasen oder ganz oder teilweise dem Wärmetauscher 6 zuzuleiten, bzw. um die vom Wärmetauscher 6 kommende Luft entweder über den Luft­ auslaß 18′′ nach außen abzuführen oder ganz oder teilweise dem Lufteingang 2 der Batterie 1 zuzuleiten.
Die Klappen 17, 19 und 20 können in vielfältiger Weise eingestellt werden:
Im Bild A der Fig. 2 sind die genannten Klappen so einge­ stellt, daß der Batterie 1 zuständig Frischluft zugeführt und die von der Batterie 1 kommende Abluft ständig nach außen abgeführt wird, während gleichzeitig über den Wärme­ tauscher 6 ständig Frischluft strömt, die dann ebenfalls nach außen abgeleitet wird. Bei dieser Betriebsweise wird also die Batterie 1 ständig gekühlt; gleichzeitig dient der Wasserkreislauf 7 ausschließlich zur Kühlung der Komponenten 14.
Im Bild B der Fig. 2 sind die Klappen 17,19 und 20 so eingestellt, daß einerseits eine Frischluftzufuhr zum Wärmetauscher 6 verhindert wird und andererseits die gesamte Abluft der Hochtemperaturbatterie 1 zu deren Lufteingang 2 gelangt. Damit wird die Wärme der Batterie 1 vollständig zum Wärmetaucher 6 und damit in den Wasser­ kreislauf 7 übergekoppelt, so daß diese Wärme ganz oder teilweise in den Wärmespeicher 10 und/oder dem Wärme­ tauscher 11 zur Innenraumbeheizung zugeführt werden kann. Gleichzeitig dient der Wasserkreislauf 7 weiterhin zur Kühlung der Komponenten 14, deren Abwärme zur Vorheizung des Wassers eingangsseitig des Wärmetauchers 6 dient.
Das Bild C der Fig. 2 zeigt die Möglichkeit, die von der Hochtemperaturbatterie 1 kommende Abluft nur teilweise im Umluftbetrieb über den Wärmetauscher 6 zu führen, so daß der Batterie 1 am Lufteingang 2 auch ein entspre­ chender Anteil an Frischluft zugeführt wird.
Das Bild D der Fig. 2 zeigt die Möglichkeit, die Klappen 17, 19 und 20 in grundsätzlich beliebige Zwischenlagen zu bringen, so daß ein entsprechender Mischbetrieb ermög­ licht wird, bei dem der Wärmetauscher 6 sowohl mit Abluft von der Batterie 1 als auch mit Frischluft beaufschlagt wird und die vom Wärmetauscher 6 wegströmende Luft ganz oder teilweise nach außen abgeführt bzw. zum Lufteingang 2 der Batterie 1 geleitet wird.
Abweichend von der dargestellten Ausführungsform können die Lufteinlässe 16′ und 16′′ ebenso wie die Luftauslässe 18′ und 18′′ jeweils unmittelbar nebeneinander auf der gleichen Seite der Luftkammer 15 oder auch als Teile eines einzigen Lufteinlasses bzw. eines einzigen Luft­ auslasses angeordnet sein.
Um Ablagerungen von Schmutz, Staub, Pollen od. dgl. in der Batterie 1 oder in den Luftwegen zu vermeiden, sind an den Lufteingängen der Vorrichtung und/oder am Lufteingang der Batterie 1 oder des Gebläses 4 entsprechende Luftfilter zweckmäßig.
Im Beispiel der Fig. 1 ist ein Luftfilter 21 eingangs­ seitig des Gebläses 4 angeordnet.

Claims (4)

1. Vorrichtung zur Beheizung eines Innenraumes eines Elektrofahrzeuges mit luftgekühlter Hochtemperatur­ batterie, deren Abwärme für die Heizung ausgenutzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß Abluft der Hochtemperaturbatterie (1) steuerbar über einen auch mit Frischluft steuerbar beaufschlagbaren Wärmetauscher (6) führbar ist, der als Teil eines Flüssig­ keits- bzw. Wasserkreislaufes (7) angeordnet ist, welcher einen weiteren Wärmetauscher (11) zur Abgabe von Wärme an Luft des Innenraumes bzw. für den Innenraum aufweist und in Strömungsrichtung hinter diesem Wärmetauscher (11) mit wärmeerzeugenden Komponenten (14) - z. B. Spannungs­ wandler bzw. Regler und Elektromotor - des Elektroan­ triebes zur Aufnahme der Abwärme dieser Komponenten (14) verbunden ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitskreislauf (7) einen den weiteren Wärmetauscher (11) umgehenden steuerbaren Bypaßkanal (13) aufweist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Luft zwischen Hochtemperaturbatterie (1) und erstem Wärmetauscher (6) ganz oder teilweise in Umluft­ betrieb führbar ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Flüssigkeitskreislauf (7) vor dem weiteren Wärmetauscher (11) bzw. vor den wärmeerzeugenden Komponenten (14) ein Wärmespeicher (10) angeordnet ist.
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