DE102009058103A1 - Electric vehicle has electrical or electronic component, energy storage for storing electric energy and charging device by which energy storage is rechargeable through external power supply system - Google Patents

Electric vehicle has electrical or electronic component, energy storage for storing electric energy and charging device by which energy storage is rechargeable through external power supply system Download PDF

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Abstract

The electric vehicle (1) has an electrical or electronic component, an energy storage (3) for storing electric energy and a charging device (4) by which the energy storage is rechargeable through an external power supply system (5). A heat storage (2) is provided which consists of the electrical or electronic component. The heat storage is also rechargeable with the charging device through the external power supply system. An independent claim is also included for a method for operating an electric vehicle.

Description

Die Erfindung betrifft ein Elektrofahrzeug mit einer elektrischen und/oder elektronischen Komponente, mit einem Energiespeicher zur Speicherung elektrischer Energie, mit einer Ladeeinrichtung, mittels der der Energiespeicher über ein externes Stromnetz aufladbar ist und ein Verfahren zum Betreiben eines Elektrofahrzeugs.The invention relates to an electric vehicle with an electrical and / or electronic component, with an energy storage device for storing electrical energy, with a charging device, by means of which the energy storage device can be charged via an external power grid, and a method for operating an electric vehicle.

Reine Elektrofahrzeuge verfügen nur in geringem Masse über Abwärme, die zum Heizen des Innenraumes verwendet werden kann. Folglich muss die Heizenergie auf elektrischem Wege erzeugt werden. Die zur Verfügung stehende elektrische Energie aus der Traktionsbatterie ist jedoch sehr begrenzt. Wenn nun elektrische Energie zum Heizen verwendet wird fehlt diese im gleichen Maße bei der Reichweite des Fahrzeuges. Beispiel: Im Sommer hat ein Elektrofahrzeug eine Reichweite von 100 km mit einer Batterieladung. Im Winter bei voller Heizleistung reduziert sich diese auf z. B. 70 km.Pure electric vehicles have only a small amount of waste heat, which can be used to heat the interior. Consequently, the heating energy must be generated by electrical means. The available electrical energy from the traction battery is very limited. If now electrical energy is used for heating, this is missing to the same extent at the range of the vehicle. Example: In summer, an electric vehicle has a range of 100 km with one battery charge. In winter at full heat output, this reduces to z. 70 km.

Aus der EP 0558 412 B1 ist eine Heiz- und Kühlvorrichtung für ein Elektrofahrzeug bekannt, mit einem Motorkühler und einem Gebläse, die hintereinander in einem Luftkreislauf zur Heizung des Fahrzeuginnenraums angeordnet sind. Diese Lösung nutzt die im Betrieb entstehende Abwärme des Elektromotors zur Heizung des Fahrzeuginnenraums. Allerdings funktioniert diese Vorrichtung nur dann, wenn Abwärme vorliegt. Dies ist beim Start des Fahrzeuges in der Regel noch nicht der Fall. Gerade dann besteht aber üblicherweise Heizbedarf.From the EP 0558 412 B1 a heating and cooling device for an electric vehicle is known, with an engine radiator and a fan, which are arranged one behind the other in an air circuit for heating the vehicle interior. This solution uses the heat generated during operation of the electric motor for heating the vehicle interior. However, this device only works if there is waste heat. This is usually not the case when starting the vehicle. But then there is usually heating demand.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die für eine Wärmenutzung zur Verfügung stehende Wärmemenge zu erhöhen und diese auch beim Start des Fahrzeuges bereitzustellen.The invention is therefore based on the object to increase the amount of heat available for heat use and to provide them at the start of the vehicle.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Elektrofahrzeug nach Anspruch 1 und ein Verfahren zum Betreiben eines Elektrofahrzeugs nach Anspruch 5 gelöst.This object is achieved by an electric vehicle according to claim 1 and a method for operating an electric vehicle according to claim 5.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

Erfindungsgemäß ist ein Wärmespeicher vorgesehen, der zumindest teilweise aus einer elektrischen und/oder elektronischen Komponente besteht. Geeignete elektrische und/oder elektronische Komponenten sind beispielsweise der Antriebsmotor, die Leistungselektronik, die Motorsteuerung, sonstige Steuereinheiten und dergleichen. Bei einer typischen Masse von ca. 80 kg des Motor und der Leistungselektronik (mittlere Wärmekapazität 500 J/kg·K) und einer zulässigen Temperatur von 80°C (Nutzbare Temperaturdifferenz 60 K) ergibt sich eine speicherbare Wärmeenergiemenge von 0,66 KWh. Dadurch ist die Reichweite um bis zu 5% verlängerbar, ohne dass ein Einbau von zusätzlichen Komponenten notwendig ist.According to the invention, a heat accumulator is provided, which consists at least partially of an electrical and / or electronic component. Suitable electrical and / or electronic components are, for example, the drive motor, the power electronics, the engine control, other control units and the like. With a typical mass of about 80 kg of the engine and the power electronics (average heat capacity 500 J / kg · K) and a permissible temperature of 80 ° C (usable temperature difference 60 K) results in a storable heat energy amount of 0.66 KWh. As a result, the range can be extended by up to 5% without the need to install additional components.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Wärmespeicher mit der Ladeeinrichtung über das externe Stromnetz aufladbar. Damit wird die für eine Wärmenutzung zur Verfügung stehende Wärme erhöht. Die dementsprechende Energie braucht nicht aus der Batterie zur Verfügung gestellt werden. Damit wird kann mehr Energie aus der Batterie für den Fahrzeugantrieb genutzt werden. Dies erhöht die Reichweite des Fahrzeugs.In an advantageous embodiment of the heat accumulator with the charging device via the external power grid can be charged. This increases the heat available for heat use. The corresponding energy does not need to be provided from the battery. This will allow more energy from the battery to be used for vehicle propulsion. This increases the range of the vehicle.

Beim Aufladevorgang, z. B. über eine Steckdose einer Garage, kann nicht nur die Batterie sondern gleichzeitig auch der Wärmespeicher aufgeladen werden. Dazu werden die Komponenten aus denen der Wärmespeicher gebildet ist, aufgeheizt. Auf diese Weise muss die zum Aufheizen des Wärmespeichers benötigte Energie nicht im Fahrzeug mitgeführt werden.When charging, z. B. via a socket of a garage, not only the battery but at the same time the heat storage can be charged. For this purpose, the components from which the heat accumulator is formed, heated. In this way, the energy required to heat the heat storage does not have to be carried in the vehicle.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Wärmespeicher mit einem Kühlkreislauf verbunden, über den die gespeicherte Wärme an einen zu erwärmenden Fahrzeugbereich abgegeben wird. Dies hat den Vorteil, dass keine zusätzlichen Bauteile erforderlich sind, sondern der Wärmetransport vom Wärmespeicher zu dem zu erwärmenden Fahrzeugbereich über ein bereits vorhandenes System, den Kühlkreislauf erfolgen kann. Dies spart Gewicht und Kosten.In a preferred embodiment, the heat accumulator is connected to a cooling circuit, via which the stored heat is released to a vehicle area to be heated. This has the advantage that no additional components are required, but the heat transfer from the heat storage to the vehicle area to be heated via an existing system, the cooling circuit can be done. This saves weight and costs.

In einer Ausgestaltung der Erfindung ist der durch den Wärmespeicher zu erwärmenden Fahrzeugbereich der Innenraum des Fahrzeugs (Fahrgastraum). Die hierfür benötigte Energiemenge ist insbesondere im Winter besonders groß. Daher hat eine Entlastung der Batterie, durch Wärmenutzung zur Innenraumheizung, einen besonders spürbaren, positiven Einfluss auf die Reichweite des Fahrzeuges.In one embodiment of the invention, the vehicle area to be heated by the heat accumulator is the interior of the vehicle (passenger compartment). The amount of energy required for this is especially great in winter. Therefore, a discharge of the battery, through heat use for interior heating, has a particularly noticeable, positive influence on the range of the vehicle.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines Elektrofahrzeugs sieht vor, dass der Wärmespeicher aufgeheizt wird, wenn das Fahrzeug mit einem externen Stromnetz verbunden ist. Damit ist der Wärmespeicher aktiv und ohne Belastung der Batterie aufladbar. Die für eine Wärmenutzung zur Verfügung stehende Wärme wird erhöht und steht unabhängig vom Antrieb bereits im abgestellten Fahrzeug zur Verfügung. Die dementsprechende Energie braucht nicht aus der Batterie zur Verfügung gestellt werden. Damit wird kann mehr Energie aus der Batterie für den Fahrzeugantrieb genutzt werden. Dies erhöht die Reichweite des Fahrzeugs.The inventive method for operating an electric vehicle provides that the heat accumulator is heated when the vehicle is connected to an external power grid. Thus, the heat storage is active and rechargeable without loading the battery. The available heat for heat is increased and is available regardless of the drive already in the parked vehicle. The corresponding energy does not need to be provided from the battery. This will allow more energy from the battery to be used for vehicle propulsion. This increases the range of the vehicle.

In einer Ausführungsform des Verfahrens wird der Wärmespeicher aufgeheizt, indem eine schnelle Umkehr der Drehrichtung und/oder des elektrischen Feldes in den Komponenten des Wärmespeichers erfolgt. Beispielsweise kann durch schnelle Umkehr der der Drehrichtung, des elektrischen Feldes des Motors kann erreicht werden, dass sich der Motor erwärmt, ohne dass er sich in Bewegung setzt. Dazu wird dessen Masse, wenn das Fahrzeug am Stromnetz hängt, aufgeheizt. Dazu wird das Stromnetz mit dem Wärmespeicher verbunden. Auf diese Weise kann eine Aufladung des Wärmespeichers erfolgen, ohne den Fahrzeugmotor oder andere Komponenten zu betätigen.In one embodiment of the method, the heat accumulator is heated by a rapid reversal of the direction of rotation and / or the electric field in the components of the heat accumulator takes place. For example, by rapidly reversing the direction of rotation of the electric field of the motor, it can be achieved that the motor heats up without it moving. For this purpose, its mass is heated when the vehicle is connected to the mains. For this purpose, the power grid is connected to the heat storage. In this way, a charge of the heat accumulator can be done without operating the vehicle engine or other components.

In einer Ausführungsform des Verfahrens wird die im Wärmespeicher gespeicherte Wärme über einen Kühlkreislauf an einen zu erwärmenden Fahrzeugbereich abgegeben. Damit werden vorhandene Komponenten genutzt und Kosten und Gewicht für zusätzliche Einrichtungen gespart.In one embodiment of the method, the heat stored in the heat accumulator is discharged via a cooling circuit to a vehicle area to be heated. This uses existing components and saves costs and weight for additional facilities.

Dabei zeigt die einzige Figur eine symbolhafte Darstellung eines Fahrzeugs mit einer vergrößerten schematischen Darstellung des Wärmespeichers und der mit ihm zusammenarbeitenden Komponenten.The single figure shows a symbolic representation of a vehicle with an enlarged schematic representation of the heat storage and cooperating with him components.

Die Fig. zeigt schematisch ein Fahrzeug 1 mit einer elektrischen Maschine als elektrischem Fahrzeugantrieb 2.2. Dabei kann es sich um einen Pkw oder ein Nutzfahrzeug handeln. Der elektrische Fahrzeugantrieb 2.2 wird über einen Energiespeicher 3 (z. B. eine Traktionsbatterie) versorgt und von einer Leistungselektronik 2.1 nach Maßgabe der Vorgaben einer (nicht dargestellten) Motorsteuerung betrieben. Zum Laden der Batterie 3, wird diese über eine Ladeeinrichtung 4 (z. B. einen Stecker) mit einem externen Stromnetz 5 verbunden.The figure shows schematically a vehicle 1 with an electric machine as an electric vehicle drive 2.2 , This can be a car or a commercial vehicle. The electric vehicle drive 2.2 is via an energy store 3 (eg a traction battery) powered by power electronics 2.1 operated in accordance with the specifications of a (not shown) engine control. To charge the battery 3 , this is about a charging device 4 (eg a plug) with an external power supply 5 connected.

Elektrofahrzeug 1 vorhandenen Komponenten Elektromotor 2.2 und Leistungselektronik 2.1 haben eine große Masse die in der Lage ist thermische Energie zu speichern. Gemäß der Fig. ist zur Speicherung von Wärme ein Wärmespeicher 2 vorgesehen, der erfindungsgemäß mindestens eine elektrischen bzw. elektronischen Komponenten 2.1, 2.2, 2.3 oder 2.4 aufweist.electric vehicle 1 existing components electric motor 2.2 and power electronics 2.1 have a large mass that is able to store thermal energy. According to the figure, for storing heat is a heat storage 2 provided according to the invention at least one electrical or electronic components 2.1 . 2.2 . 2.3 or 2.4 having.

In der dargestellten Ausführungsform gemäß der Fig. besteht der Wärmespeicher 2 aus mehreren elektrischen bzw. elektronischen Komponenten 2.1, 2.2, 2.3, 2.4.In the illustrated embodiment according to the Fig. There is the heat storage 2 from several electrical or electronic components 2.1 . 2.2 . 2.3 . 2.4 ,

Der Wärmespeicher 2 ist über die Ladeeinrichtung 4 mit einem externen Stromnetz 5 verbindbar. Dabei wird das Stromnetz 5 derart mit dem Wärmespeicher 2 verbunden, dass im Wärmespeicher 2 Wärme erzeugt wird. Dazu wird dessen Masse, wenn das Fahrzeug 1 am Stromnetz hängt, aufgeheizt. Dies kann beispielsweise durch entsprechend schnelle Umkehr der der Drehrichtung, des elektrischen Feldes des Motors 2.2 erfolge, sodass sich der Motor 2.2 nicht in Bewegung setzt, aber trotzdem erwärmt.The heat storage 2 is about the charging device 4 with an external power grid 5 connectable. This is the power grid 5 such with the heat storage 2 connected to that in the heat storage 2 Heat is generated. This will be its mass when the vehicle 1 Hangs on the mains, heated. This can, for example, by correspondingly fast reversal of the direction of rotation, the electric field of the motor 2.2 Successes, so that the engine 2.2 does not set in motion, but still warmed up.

Alternativ ist auch eine Erwärmung nach dem Prinzip eines Heizstabs oder einer Heizdecke denkbar.Alternatively, a heating according to the principle of a heating element or a heating blanket is conceivable.

Sind Batterie 3 und Wärmespeicher 2 gefüllt und soll das Fahrzeug wieder betrieben werden, so wird die Aufladung beendet und das Fahrzeug 1 wird vom externen Stromnetz 5 getrennt.Are battery 3 and heat storage 2 filled and the vehicle is to be operated again, the charging is stopped and the vehicle 1 is from the external power grid 5 separated.

Der Wärmespeicher 2 ist, wie in der Fig. dargestellt mit dem Kühlkreislauf 6 des Fahrzeuges 1 verbunden. Über den Kühlkreislauf 6 kann die im Wärmespeicher 2 gespeicherte Wärme dann im Fahrbetrieb, an einen zu erwärmenden Fahrzeugbereich 7 abgegeben werden. Ebenso kann eine Vorwärmung vorgesehen sein, die bereits vor dem Fahrtantritt aktivierbar ist.The heat storage 2 is, as shown in the figure with the cooling circuit 6 of the vehicle 1 connected. About the cooling circuit 6 Can the heat storage 2 stored heat then while driving, to a vehicle area to be heated 7 be delivered. Likewise, a preheating can be provided, which can be activated before the start of the journey.

Dieser zu erwärmende Fahrzeugbereich kann beispielsweise der Innenraum des Fahrzeugs, der Fußraum, der Bereich der Frontscheibe, ein Lenkrad oder ein Fahrersitz sein. Denkbar ist auch, die Wärme an frostgefährdete Bauteile und Systeme des Fahrzeugs 1 zu leiten.This vehicle area to be heated may be, for example, the interior of the vehicle, the footwell, the area of the windshield, a steering wheel or a driver's seat. It is also conceivable that heat to frost-prone components and systems of the vehicle 1 to lead.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Fahrzeugvehicle
22
Wärmespeicherheat storage
2.1–2.42.1-2.4
Elektrische oder elektronische KomponentenElectrical or electronic components
2.22.2
Elektrischer FahrzeugantriebElectric vehicle drive
33
Energiespeicher (z. B. Batterie)Energy storage (eg battery)
44
Ladeeinrichtung (z. B. Steckdose)Charging device (eg socket)
55
Externes StromnetzExternal power grid
66
KühlkreislaufCooling circuit
77
zu erwärmender Fahrzeugbereichto be heated vehicle area

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • EP 0558412 B1 [0003] EP 0558412 B1 [0003]

Claims (7)

Elektrofahrzeug (1), – mit einer elektrischen und/oder elektronischen Komponente (2.1, 2.2, 2.3, 2.4) – mit einem Energiespeicher (3) zur Speicherung elektrischer Energie, – mit einer Ladeeinrichtung (4) mittels der der Energiespeicher (3) über ein externes Stromnetz (5) aufladbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass – ein Wärmespeicher (2) vorgesehen ist, der zumindest teilweise aus einer elektrischen und/oder elektronischen Komponente (2.1, 2.2, 2.3, 2.4) besteht.Electric vehicle ( 1 ), - with an electrical and / or electronic component ( 2.1 . 2.2 . 2.3 . 2.4 ) - with an energy storage ( 3 ) for storing electrical energy, - with a charging device ( 4 ) by means of the energy storage ( 3 ) via an external power grid ( 5 ) is chargeable, characterized in that - a heat storage ( 2 ) is provided, which at least partially from an electrical and / or electronic component ( 2.1 . 2.2 . 2.3 . 2.4 ) consists. Elektrofahrzeug (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmespeicher (2) mit der Ladeeinrichtung (4) über das externe Stromnetz (5) aufladbar ist.Electric vehicle ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the heat storage ( 2 ) with the charging device ( 4 ) via the external power grid ( 5 ) is rechargeable. Elektrofahrzeug (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmespeicher (2) mit einem Kühlkreislauf (6) verbunden ist, über dem die gespeicherte Wärme an einen zu erwärmenden Fahrzeugbereich (7) abgegeben wird.Electric vehicle ( 1 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the heat storage ( 2 ) with a cooling circuit ( 6 ) is connected, via which the stored heat to a vehicle area to be heated ( 7 ) is delivered. Elektrofahrzeug (1) nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der durch den Wärmespeicher (2) zu erwärmenden Fahrzeugbereich (7) der Innenraum des Fahrzeugs ist.Electric vehicle ( 1 ) according to claim 1 to 3, characterized in that by the heat storage ( 2 ) to be heated vehicle area ( 7 ) is the interior of the vehicle. Verfahren zum Betreiben eines Elektrofahrzeugs (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmespeicher (2) aufgeheizt wird, wenn die Ladeeinrichtung (4) mit einem externen Stromnetz (5) verbunden ist.Method for operating an electric vehicle ( 1 ) according to one of claims 1 to 4, characterized in that the heat storage ( 2 ) is heated when the charging device ( 4 ) with an external power grid ( 5 ) connected is. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmespeicher (2) aufgeheizt wird, indem eine schnelle Umkehr der der Drehrichtung und/oder des elektrischen Feldes in der Komponente (2.1, 2.2, 2.3, 2.4) des Wärmespeichers erfolgt.A method according to claim 5, characterized in that the heat storage ( 2 ) is heated by a rapid reversal of the direction of rotation and / or the electric field in the component ( 2.1 . 2.2 . 2.3 . 2.4 ) of the heat storage takes place. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die im Wärmespeicher (2) gespeicherte Wärme über einen Kühlkreislauf (6) an einen zu erwärmenden Fahrzeugbereich (7) abgegeben wird.Method according to one of claims 5 or 6, characterized in that in the heat storage ( 2 ) stored heat through a cooling circuit ( 6 ) to a vehicle area to be heated ( 7 ) is delivered.
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