DE102015214452A1

DE102015214452A1 - Thermomanagementsystem für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102015214452A1
Application number: DE102015214452.6A
Authority: DE
Inventors: Joachim Fröschl; Ottmar Sirch
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2015-07-30
Filing date: 2015-07-30
Publication date: 2017-02-02

Abstract

Thermomanagementsystem für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einer Steuereinheit, einer Gasaustauscheinheit zum Austausch von Gas, insbesondere Luft, zwischen dem Fahrzeug und einer fahrzeugexternen thermischen Energieversorgungseinrichtung sowie einer Kommunikationseinheit zur signalbasierten Ansteuerung der fahrzeugexternen thermischen Energieversorgungseinrichtung. Dabei ist die Steuereinheit konfiguriert, mit wenigstens einer Eingangsgröße zu ermitteln, ob ein Transport thermischer Energie zum Fahrzeug hin oder vom Fahrzeug weg erfolgen soll, und wenn dies der Fall ist, die Kommunikationseinheit zu veranlassen, ein Signal an die fahrzeugexterne thermische Energieversorgungseinrichtung zu senden. Dieses Signal kennzeichnet die Anforderung zum Transport thermischer Energie. Hierdurch wird bei der fahrzeugexternen thermischen Energieversorgungseinrichtung eine Abgabe bzw. Aufnahme von Gas zum Transport thermischer Energie zum Fahrzeug hin bzw. von diesem weg angefordert.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Thermomanagementsystem für ein Fahrzeug, ein Fahrzeug mit einem solchen Thermomanagementsystem und eine Kopplungsvorrichtung für den Energieaustausch zwischen einem Thermomanagementsystem und einer externen thermischen Energieversorgungseinrichtung.
Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge, besitzen üblicherweise Fahrzeugkomponenten, bei denen thermische Energie erzeugt oder verwendet wird oder abtransportiert oder zu diesen hin transportiert werden soll. Ein Thermomanagementsystem regelt die Ströme thermischer Energie in einem Fahrzeug. Generell haben Fahrzeugkomponenten einen Temperaturbereich, in welchem sie betrieben werden können, und einen optimalen Betriebstemperaturbereich. Über ein Thermomanagementsystem lassen sich Fahrzeugkomponenten in ihrem, bevorzugt optimalen, Betriebstemperaturbereich bringen oder halten. So soll bei einem Personenkraftwagen mit Verbrennungsmotor der Fahrzeuginnenraum eine für die Fahrgäste angenehme Temperatur haben und thermische Energie vom Verbrennungsmotor mit einem Kühlmittel abtransportiert werden. Dabei wird der Abtransport der thermischen Energie vom Verbrennungsmotor mit einem Kühlmittel durch das Thermomanagementsystem geregelt, wobei der optimale Betriebstemperaturbereich des Verbrennungsmotors meist bei einer Kühlmitteltemperatur zwischen 85°C und 110°C vorliegt. Diese thermische Energie kann zum einen über einen Kühler des Fahrzeugs an die Fahrzeugumgebung abgegeben und zum anderen zur Beheizung des Fahrzeuginnenraums verwendet werden.
Wenn ein Fahrzeug in Betrieb genommen wird, haben die Fahrzeugkomponenten meist noch nicht ihren optimalen Betriebstemperaturbereich erreicht, insbesondere kann ihre Temperatur noch darunter liegen, so dass sie thermische Energie benötigen um in den optimalen Betriebstemperaturbereich zu gelangen. Dies bedingt einen zusätzlichen Energiebedarf, speziell bei einem Fahrzeug mit Verbrennungsmotor meist einen zusätzlichen Treibstoffverbrauch. Zudem ist üblicherweise die Reibung etwa beim Verbrennungsmotor und beim Getriebe aufgrund der bei niedrigen Temperaturen suboptimalen Schmiereigenschaften des Motor- bzw. Getriebeöls erhöht. Außerdem können Fahrzeugkomponenten, die aufgrund zu niedriger oder zu hoher Temperaturen nicht in ihren optimalen Betriebstemperaturbereich betrieben werden, einen erhöhten Verschleiß und eine verminderte Leistungsfähigkeit aufweisen. Bei einem elektrisch betriebenen Fahrzeug wird allgemein weniger thermische Energie erzeugt als bei einem Fahrzeug mit Verbrennungskraftmaschine. Wenn Fahrzeugkomponenten, insbesondere der Fahrgastinnenraum, erwärmt werden sollen, so muss dann die dazu benötigte thermische Energie erst erzeugt werden. Dies bedingt oft eine zusätzliche Stromentnahme von der Traktionsbatterie, also eine verkürzte Reichweite. Nach Betrieb des Fahrzeugs haben die Fahrzeugkomponenten dann üblicherweise überschüssige thermische Energie, die meist passiv an die Fahrzeugumgebung abgegeben wird. Durch die Kopplung eines geparkten Fahrzeugs an eine externe Wärmequelle kann den Fahrzeugkomponenten thermische Energie von der externen Wärmequelle zugeführt werden und so der Energiebedarf im Betrieb des Fahrzeugs reduziert werden; durch die Kopplung an eine externe Wärmesenke kann dagegen thermische Energie von den Fahrzeugkomponenten in die externe Wärmesenke transportiert werden und diese thermische Energie, insbesondere zum Beheizen von Gebäuden, verwendet werden, wodurch der Gesamtenergiebedarf reduziert wird.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2009 024 497 A1 ist ein Verfahren zur Kraft-Wärme-Kopplung, ein Kraft-Wärme-Kopplungs-System, ein Anschlusssystem für das Kraft-Wärme-Kopplungs-System, ein Fahrzeug für das Kraft-Wärme-Kopplungs-System und ein Wärmespeicher bekannt. Dabei wird Wärmeenergie über einen Distributionspunkt zwischen einem Fahrzeug und einer externen Wärmesenke oder Wärmequelle, etwa einer Solaranlage, ausgetauscht. Zum Sicherstellen einer ausreichenden Temperatur kann zusätzlich eine Wärmepumpe eingesetzt werden. Überdies weist das Fahrzeug bevorzugt einen Wärmespeicher auf, und die Wärmeenergie dient zumindest teilweise nicht direkt der Fortbewegung des Fahrzeugs.
Die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2010 051 868 A1 beschreibt ein Verfahren zum Regeln einer Wärmepumpenanlage zur Klimatisierung eines Fahrzeugs. In einem zugehörigen Strömungsregelungsmodul ist eine Vielzahl von Anschlusspaaren zum Anschluss mehrerer Wärmeträgerkreisläufe zur Nutzung verschiedener Primärenergien vorgesehen. Die Massenströme oder Volumenströme der einzelnen Wärmeträgerströme werden dabei unabhängig voneinander und in Abhängigkeit vom aktuellen Angebot der jeweiligen genutzten Primärenergien permanent geregelt, wobei als Primärquelle insbesondere Solarwärme oder die Abluft einer Lüftungsanlage dient.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Thermomanagementsystem für ein Fahrzeug, ein Fahrzeug mit einem solchen Thermomanagementsystem und eine Kopplungsvorrichtung für den Energieaustausch zwischen einem Thermomanagementsystem und einer externen thermischen Energieversorgungseinrichtung zur Verfügung zu stellen. Insbesondere ist es wünschenswert, die Koppelung zwischen der fahrzeugexternen thermischen Energiequelle und dem Fahrzeug bzw. dem Thermomanagementsystem sowohl für den Benutzer als auch aus technischer Sicht zu vereinfachen sowie eine Senkung des Gesamtenergiebedarfs zu ermöglichen.
Die Aufgabe wird durch ein Thermomanagementsystem gemäß der Lehre des unabhängigen Anspruchs 1, durch ein Fahrzeug gemäß der Lehre des unabhängigen Anspruchs 12, durch eine Kopplungsvorrichtung gemäß der Lehre des unabhängigen Anspruchs 13 und durch ein Energietransportsystem gemäß der Lehre des unabhängigen Anspruchs 15 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Thermomanagementsystem für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einer Steuereinheit, einer Gasaustauscheinheit zum Austausch von Gas, insbesondere Luft, zwischen dem Fahrzeug und einer fahrzeugexternen thermischen Energieversorgungseinrichtung sowie einer Kommunikationseinheit zur signalbasierten Ansteuerung der fahrzeugexternen thermischen Energieversorgungseinrichtung. Dabei ist die Steuereinheit konfiguriert, mit wenigstens einer Eingangsgröße zu ermitteln, ob ein Transport thermischer Energie zum Fahrzeug hin oder vom Fahrzeug weg erfolgen soll, und wenn dies der Fall ist, die Kommunikationseinheit zu veranlassen, ein Signal an die fahrzeugexterne thermische Energieversorgungseinrichtung zu senden. Dieses Signal kennzeichnet die Anforderung zum Transport thermischer Energie. Hierdurch wird bei der fahrzeugexternen thermischen Energieversorgungseinrichtung eine Abgabe bzw. Aufnahme von Gas zum Transport thermischer Energie zum Fahrzeug hin bzw. von diesem weg angefordert.
Unter einem „Fahrzeug” im Sinne der Erfindung ist jede Art von Fahrzeug zu verstehen, mittels dessen eine oder mehrere Personen und/oder Zuladung transportiert werden kann. Bevorzugt handelt es sich bei dem Fahrzeug um ein Landfahrzeug, das sich nur oder überwiegend an Land fortbewegt. Insbesondere ist ein Personenkraftwagen (PKW), ein Lastkraftwagen (LKW), ein Motorrad, ein Bus oder ein Anhänger zu einem der vorausgehend genannten Fahrzeuge ein Fahrzeug im Sinne der Erfindung. Überdies wird im Sinne der Erfindung ein Fahrzeug, das durch Maschinenkraft bewegt wird und insbesondere einen Motor aufweist, als Kraftfahrzeug bezeichnet.
Unter einer „fahrzeugexternen thermischen Energieversorgungseinrichtung” im Sinne der Erfindung ist eine thermische Einrichtung zu verstehen, die dazu ausgebildet ist, gegebenenfalls zusätzlich zu einer anderen Aufgabe, auch ein Fahrzeug mit thermischer Energie zu versorgen, wobei sie selbst nicht Teil des Fahrzeugs ist, also fahrzeugextern ist. Insbesondere kann eine fahrzeugexterne thermische Energieversorgungseinrichtung zusätzlich, sogar auch primär, zum Versorgen eines Gebäudes mit thermischer Energie, also insbesondere zum Beheizen des Gebäudes dienen. Bevorzugt handelt es sich bei der fahrzeugexternen thermischen Energieversorgungseinrichtung um eine Solarthermieanlage, eine Wärmepumpe, ein Kleinkraftwerk, welches bevorzugt mit Biogas betrieben wird, oder um ein Blockheizkraftwerk. Insbesondere kann eine fahrzeugexterne thermische Energieversorgungseinrichtung einen Speicher für thermische Energie und ein Wärmetransportmedium aufweisen.
Auch bevorzugt kann es sich bei der fahrzeugexternen thermischen Energieversorgungseinrichtung um eine Kombination der zuvor genannten Vorrichtungen handeln. So kann insbesondere eine Solarstromanlage mit einer Solarthermieanlage und einer elektrischen Wärmepumpe vorteilhaft kombiniert werden, um zum einen elektrischen Strom zu erzeugen und zum anderen thermische Energie zunächst über die Solarthermieanlage zu empfangen und weitere thermische Energie mittels der elektrischen Wärmepumpe, die insbesondere über den Strom aus der Solarstromanlage betrieben werden kann, zu gewinnen oder die Temperatur des Wärmetransportmediums zu erhöhen.
Überdies kann bei einer fahrzeugexternen thermischen Energieversorgungseinrichtung ein Wärmeüberschuss auftreten, insbesondere durch eine erhöhte Sonneneinstrahlung oder, speziell beim Blockheizkraftwerk, bei einem Mehrbedarf an elektrischem Strom und zeitgleichem relativ dazu geringem Bedarf an thermischer Energie oder auch bei günstiger Verfügbarkeit elektrischer Energie, etwa bei einem Überschuss elektrischer Energie aus der Windkraft. Dieser Wärmeüberschuss kann üblicherweise nicht genutzt werden und muss, um eine Überhitzung zu vermeiden, an die Umgebung abgeführt werden. Bevorzugt ist eine Solarthermieanlage dazu konfiguriert, einen solchen Wärmeüberschuss oder auch einen Wärmebedarf zu signalisieren und, insbesondere mittels einer Kommunikationseinrichtung, ein Signal zu senden, welches den Wärmeüberschuss oder Wärmebedarf kennzeichnet.
Unter einer „Kommunikationsvorrichtung” im Sinne der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Senden von Daten an eine Gegenseite zu verstehen. Dabei kann das Senden der Daten auf einer oder mehreren verschiedenen Übermittlungstechnologien beruhen, und insbesondere drahtgebunden, optisch, drahtlos oder mittels kapazitiver oder induktiver Kopplung erfolgen. insbesondere kann die Kommunikationsvorrichtung in der Lage sein, über eine kurzreichweitige Funkverbindung Daten mit einer Gegenseite austauschen. Darüber hinaus kann die Kommunikationsvorrichtung auch in der Lage sein, selbst Daten von einer Gegenseite zu empfangen. Für die weiteren Begriffe „Kommunikationseinrichtung” oder „Kommunikationseinheit” gilt dasselbe wie für den Begriff „Kommunikationsvorrichtung”.
Unter „konfiguriert” ist im Sinne der Erfindung zu verstehen, dass die entsprechende Vorrichtung bereits eingerichtet ist oder einstellbar – d. h. konfigurierbar – ist, eine bestimmte Funktion zu erfüllen. Die Konfiguration kann dabei beispielsweise über eine entsprechende Einstellung von Parametern eines Prozessablaufs oder von Schaltern oder ähnlichem zur Aktivierung bzw. Deaktivierung von Funktionalitäten bzw. Einstellungen erfolgen.
Unter einem „Thermomanagementsystem” im Sinne der Erfindung ist ein System zur Steuerung der Ströme thermischer Energie über Wärmetransportmittel zu verstehen. Insbesondere bei Verwendung von flüssigen oder gasförmigen Wärmetransportmedien als Wärmetransportmittel steuert das Thermomanagementsystem den Strom thermischer Energie über die Ströme des Wärmetransportmediums.
So können Komponenten eines Systems, die mit dem Thermomanagementsystem thermisch kontaktiert sind, in ihrem jeweils optimalen Betriebstemperaturbereich gebracht oder darin gehalten werden. Bevorzugt kann ein Thermomanagementsystem einen Sensor zur Bestimmung des bereits erfolgten Transports thermischer Energie oder einen Temperatursensor aufweisen. Hiermit lässt sich eine Rückkoppelung für die Regelung des Transports thermischer Energie erzielen. Auf diese Weise kann die Regelung der Temperatur von Komponenten eines Systems in einem kleineren Temperaturfenster stattfinden, energetisch effizienter sein oder das Einhalten von Temperaturober- und/oder -untergrenzen sicherstellen.
Unter einem „Wärmetransportmittel” im Sinne der Erfindung ist ein Mittel zum Transport von thermischer Energie zu verstehen. Insbesondere kann ein Wärmetransportmittel thermische Energie speichern. Die thermische Energie liegt dabei insbesondere als fühlbare Wärme oder latente Wärme vor und kann zusammen mit dem Wärmetransportmittel räumlich von einem ersten Raumbereich zu einem zweiten Raumbereich transportiert werden. Hierbei wird folglich thermische Energie vom ersten Raumbereich entnommen und in den zweiten Raumbereich eingebracht. Insbesondere wird so der erste Raumbereich gekühlt und der zweite Raumbereich erwärmt. Abhängig von der betrachteten Transportrichtung der thermischen Energie ist ein Wärmetransportmittel auch ein „Kältetransportmittel”. Als Wärmetransportmittel werden bevorzugt flüssige oder gasförmige Wärmetransportmedien eingesetzt. Auf diese Weise lässt sich der Transport von thermischer Energie über den Strom des flüssigen oder gasförmigen Wärmetransportmediums steuern, wobei insbesondere ein im Wesentlichen geschlossener Kreislauf für das Wärmetransportmedium verwendet werden kann, welcher üblicherweise als Wärmekreislauf bezeichnet wird. Schließlich kann ein Kühlmittel, wie es etwa im Kühlkreislauf bei Kraftfahrzeugen verwendet wird, ein Wärmetransportmittel sein. Bevorzugt handelt es sich bei dem Kühlmittel um ein flüssiges oder gasförmiges Kühlmedium.
Unter einer „Regelung” und einer „Steuerung” bzw. unter „Steuern” und „Regeln” ist im Sinne der Erfindung das Gleiche zu verstehen. Eine Steuerung eines Systems ermittelt basierend auf wenigstens einer Eingangsgröße wenigstens eine Ausgangsgröße. Dabei zielt die Steuerung bzw. Regelung darauf ab, einen Wert des Systems über die ermittelte Ausgangsgröße zu beeinflussen. Insbesondere kann das System einen Ist-Wert und einen Soll-Wert aufweisen und die Regelung darauf abzielen, den Ist-Wert dem Soll-Wert anzunähern, wobei der erzielbare Grad der Annäherung bzw. das Erreichen des Soll-Wertes üblicherweise von weiteren Faktoren abhängt. Während also eine Steuerung bzw. Regelung darauf abzielt, einen Wert des Systems zu beeinflussen, hängt die Beeinflussung selbst meist noch von weiteren Faktoren ab und kann so nicht in jedem Betriebszustand des Systems realisiert werden. Insbesondere kann eine Temperaturregelung, die überschüssige Wärmeenergie eines Systems an die Umgebung des Systems abgibt, nur für einen bestimmten, nicht zu hohen Temperaturbereich der Umgebung einen ausreichenden Strom von thermischer Energie vom System in die Umgebung veranlassen.
Unter einem „Wärmeüberschuss” einer Vorrichtung im Sinne der Erfindung ist zu verstehen, dass eine Vorrichtung mehr thermische Energie aufweist, zu dieser transportiert wird oder in dieser erzeugt wird, als diese für ihre Funktion benötigt. Insbesondere kann bei einem Wärmeüberschuss die Temperatur einer Vorrichtung über dem optimalen Betriebstemperaturbereich der Vorrichtung liegen. Auch kann, ohne darauf beschränkt zu sein, bei einem Speicher für thermische Energie die Kapazität des Speichers zumindest im Wesentlichen erschöpft sein. So dass, wenn weitere thermische Energie zu diesem Speicher für thermische Energie transportiert wird, diese zumindest im Wesentlichen nicht mehr gespeichert werden kann und sodann ein Wärmeüberschuss im Sinne der Erfindung vorliegt.
Unter einem „Wärmebedarf” einer Vorrichtung im Sinne der Erfindung ist zu verstehen, dass eine Vorrichtung thermische Energie für ihre Funktion benötigt oder in ihrer Funktion weitere thermische Energie aufnehmen kann, ohne sodann einen Wärmeüberschuss aufzuweisen. Insbesondere kann bei einem Wärmebedarf die Temperatur einer Vorrichtung unter dem optimalen Betriebstemperaturbereich der Vorrichtung liegen. Auch kann bei einem Speicher für thermische Energie noch weitere Kapazität vorhanden sein, so dass zusätzliche thermische Energie in dem Speicher für thermische Energie gespeichert werden kann. Auch aus der Nutzung der thermischen Energie, etwa zum Heizen, kann ein Wärmebedarf resultieren.
Ob ein Wärmebedarf oder ein Wärmeüberschuss einer Vorrichtung vorliegt, lässt sich bevorzugt über einen mit dieser im thermischen Kontakt stehenden Temperatursensor ermitteln. Insbesondere lassen sich die Werte eines Signals des Temperatursensors in wenigstens einen Wertebereich, bei dem ein Wärmebedarf oder einen Wärmeüberschuss vorliegt, und einen anderen Bereich aufteilen. Speziell werden sich Werte eines Signals des Temperatursensors, die einem Wärmebedarf zugeordnet werden können, bei Temperaturen ergeben, die unter dem optimalen Betriebstemperaturbereich der Vorrichtung liegen. Umgekehrt werden sich Werte eines Signals des Temperatursensors, die einem Wärmeüberschuss zugeordnet werden können, speziell bei Temperaturen ergeben, die über dem optimalen Betriebstemperaturbereich einer Vorrichtung liegen. Es ist bevorzugt, dass sich die Wertebereiche für einen Wärmebedarf und einen Wärmeüberschuss im Wesentlichen nicht überschneiden. Jedoch ist im Sinne einer Fuzzy-Logik oder einer Regelung mittels Hysterese eine gewisse Überschneidung denkbar.
Neben Wärmeüberschuss und Wärmebedarf können analog auch die Begriffe Kälteüberschuss und Kältebedarf verwendet werden, wobei sich die Vorzeichen für den erforderlichen Transport bzw. für die thermische Energie selbst umkehren.
Unter einem „Temperatursensor” im Sinne der Erfindung ist ein Sensor zu verstehen, bei dem die Werte seines Signals von einer Temperatur abhängen. Dabei kann der Temperatursensor insbesondere mit einer Vorrichtung im thermischen Kontakt stehen und so die Temperatur der Vorrichtung messen. Bevorzugt kann der Temperatursensor, wenn die Vorrichtung keine räumlich konstante Temperatur aufweist, zumindest die Temperatur des Teils der Vorrichtung messen, mit dem dieser im thermischen Kontakt steht. Die Werte des Signals des Temperatursensors können insbesondere absolute oder relative Temperaturen sein. Des Weiteren können die Werte auch nur mit absoluten oder relativen Temperaturen korrelieren. So kann insbesondere auch das Spannungsrauschen eines Widerstands oder die Vorwärtsspannung einer Diode betrachtet werden. Auch Merkmale, die sekundär von der Temperatur abhängen, etwa die Abgaswerte bei einem Katalysator oder die Schmiereigenschaften von Öl, können zur Messung derartiger Signale dienen. Des Weiteren kann die Temperatur über die Eigenschaften oder die Temperatur eines Wärmetransportmittels gemessen werden. So wird etwa bei einem Fahrzeug mit Verbrennungsmotor und Kühlkreislauf die Temperatur des im Kühlkreislauf zirkulierenden Kühlmittels gemessen und für die Regelung der Kühlung eingesetzt und/oder angezeigt.
Unter einer „Gasaustauscheinheit” im Sinne der Erfindung ist eine Vorrichtung zu verstehen, die den Austausch von Gas zwischen einem ersten Raumbereich und einem zweiten Raumbereich ermöglicht. Dazu weist die Gasaustauscheinheit wenigstens einen räumlichen Bereich, insbesondere eine Öffnung, auf, durch welchen Gas in den ersten Raumbereich eintreten und aus dem zweiten Raumbereich austreten kann oder umgekehrt. Der räumliche Bereich, durch welchen Gas ein- oder austritt, kann als Austauschbereich bezeichnet werden. Insbesondere kann bei einem Fahrzeug die Gasaustauscheinheit als Lufteinlass ausgeführt sein. Insbesondere kann dieser Lufteinlass auch für die Kühlung und für die Luftzufuhr zum Kühler des Fahrzeugs ausgebildet sein.
Die Verwendung von Luft als Gas für den Gasaustausch wird bevorzugt. Zudem kann die Wärmekapazität von Luft insbesondere durch Anfeuchten erhöht werden. Auch bevorzugt wird die Verwendung eines Gases, etwa Wasserdampf oder Kohlendioxid, mit einer volumenspezifischen Wärmekapazität, die höher ist als die volumenspezifische Wärmekapazität von Luft.
Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Thermomanagementsystem ist, insbesondere bei Verwendung von Luft als Gas zum Export thermischer Energie, eine einfache Koppelung zwischen Thermomanagementsystem und fahrzeugexterner thermischer Energieversorgungseinrichtung. So können insbesondere die in einem Fahrzeug im Allgemeinen für die vorhandene Kühlung vorhandenen Lufteinlässe auch für die Koppelung verwendet werden. So lässt sich der technische Aufwand reduzieren und/oder ein zusätzliches Gewicht des Fahrzeugs vermeiden, welches bei einer Koppelung über andere Ankoppelungsarten erforderlich sein könnte. Überdies kann ein Vorteil darin liegen, dass der Benutzer keine Schläuche oder Rohre, etwa mit flüssigen Wärmetransportmedien, an das Thermomanagementsystem für die Koppelung anschließen muss. Insbesondere kann ein solches Thermomanagementsystem einem damit ausgerüsteten Fahrzeug die Ankoppelung an eine fahrzeugexterne thermische Energieversorgungseinrichtung bereits dadurch ermöglichen, dass diese die Umgebungsluft des Fahrzeugs erwärmt und das Fahrzeug die erwärmte Umgebungsluft über die Gasaustauscheinheit aufnimmt.
Ein weiterer Vorteil ergibt sich aus der möglichen Nutzung überschüssiger Energie. Derartige „überschüssige Energie” ist im Sinne der Erfindung insbesondere ein Wärmeüberschuss der fahrzeugexternen thermischen Energieversorgungseinrichtung oder elektrische Energie aus Windenergie, die nicht gespeichert werden kann. Wie oben ausgeführt, bleibt eine solche überschüssige Energie ohne Transport zum Fahrzeug ungenutzt oder muss sogar an die Umgebung abgegeben werden. Auch ein Fahrzeug kann eine Quelle für überschüssige Energie, insbesondere thermische Energie, sein. So wird insbesondere bei Kraftfahrzeugen die überschüssige thermische Energie in der Regel ungenutzt an die Umgebung abgeführt. Insbesondere kann mittels des erfindungsgemäßen Thermomanagementsystems die überschüssige Energie dort genutzt werden, wo ein Wärmebedarf besteht. So lässt sich eine Senkung des Energiebedarfs erzielen.
Schließlich lässt sich mittels der Nutzung der thermischen Energie der fahrzeugexternen thermischen Energieversorgungseinrichtung durch das Thermomanagementsystem der Energiebedarf eines Fahrzeugs mit einem solchen Thermomanagementsystem verringern und so dessen Reichweite erhöhen, dessen Treibstoffbedarf senken oder dessen Emissionen reduzieren.
Nachfolgend werden bevorzugte Weiterbildungen des Thermomanagementsystem beschrieben, die jeweils, soweit dies technisch möglich ist und nicht ausdrücklich ausgeschlossen wird, beliebig miteinander kombiniert werden können.
Gemäß einer ersten bevorzugten Weiterbildung des Thermomanagementsystems ist die Steuereinheit des Weiteren konfiguriert, prädiktiv zu ermitteln, ob ein Transport thermischer Energie zum Fahrzeug hin oder vom Fahrzeug weg erfolgen soll. Dabei ist die wenigstens eine Eingangsgröße aus der folgenden Gruppe ausgewählt: meteorologische Daten, Sonneneinstrahlung auf das Fahrzeug oder in seiner Umgebung, Fahrzeugaußentemperatur, Temperatur einer Fahrzeugkomponente, Niederschlagsart wie Regen oder Schnee, Niederschlagsrate, Uhrzeit, vorangegangene Anforderung zum Transport thermischer Energie oder Benutzereingabe. Hierdurch kann in vorteilhafter Weise der Transport thermischer Energie bereits im Voraus veranlasst werden. Daraus folgt insbesondere ein Komfortgewinn, da der Transport thermischer Energie zumindest teilweise bereits erfolgt ist, wenn das Fahrzeug benutzt werden soll. So kann im Winter das Fahrzeug insbesondere bereits mittels Transport thermischer Energie zum Fahrzeug vorgeheizt sein. Die wetterbezogenen Eingangsgrößen aus der oben genannten Gruppe ermöglichen einen Rückschluss auf die Temperaturen des Fahrzeugs seiner Fahrzeugkomponenten oder auch eine Vorhersage der Entwicklung der Temperaturen. Mit der Uhrzeit und/oder wenigstens einer vorangegangenen Anforderung zum Transport thermischer Energie lässt sich etwa aus der Analyse der vorangegangenen Anforderungen und deren zeitlichen Mustern eine Vorhersage erzielen, zu welcher Zeit der Transport thermischer Energie anzufordern ist. Schließlich kann mit einer Benutzereingabe oder mit einer Benutzereingabe in Kombination mit einer weiteren oben genannten Eingangsgröße die Eintrittswahrscheinlichkeit der prädiktiven Ermittlung, ob ein Transport thermischer Energie zwischen dem Fahrzeug und der fahrzeugexternen thermischen Energieversorgungseinrichtung erfolgen soll, gesteigert werden. So kann etwa vor einer vom Benutzer geplanten Fahrt das Fahrzeug bereits vorgeheizt werden oder nach einer Fahrt, wenn vom Benutzer keine weitere Fahrt im Anschluss geplant ist, die noch vorhandene thermische Energie vom Fahrzeug weg transportiert und in der fahrzeugexternen thermischen Energieversorgungseinrichtung gespeichert und/oder genutzt werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung des Thermomanagementsystems ist die Steuereinheit des Weiteren konfiguriert, mit der wenigstens einen Eingangsgröße selektiv zu ermitteln, ob ein Transport thermischer Energie zu wenigstens einer Fahrzeugkomponente hin oder von der wenigstens einen Fahrzeugkomponente weg erfolgen soll, sowie basierend darauf einen Transport thermischer Energie zwischen der wenigstens einen Fahrzeugkomponente und der fahrzeugexternen thermischen Energieversorgungseinrichtung anzufordern. Auf diese vorteilhafte Weise lässt sich der Transport thermischer Energie nicht nur allgemein zwischen dem Fahrzeug und der fahrzeugexternen thermischen Energieversorgungseinrichtung anfordern, sondern auch gezielt für einzelne Fahrzeugkomponenten.
So kann der Verbrennungsmotor des Fahrzeugs vor einer Fahrt vorgewärmt und damit der Kraftstoffverbrauch verringert sowie dessen Lebensdauer verlängert werden. Insbesondere lässt sich durch Aufheizen des Katalysators vor einer Fahrt dessen Wirksamkeit steigern bzw. ein relativ zum Fahrtbeginn früherer Eintrittszeitpunkt seiner Funktion realisieren und so die Schadstoffemissionen verringern. Durch Zuführen thermischer Energie zur Starterbatterie und zum Treibstofftank ist eine Verbesserung der Einsatzfähigkeit des Fahrzeugs, speziell bei niedrigen Außentemperaturen, etwa unter –10°C, möglich. Bei einem Fahrzeug mit elektrischem Antrieb wird thermische Energie bevorzugt zur Traktionsbatterie transportiert, wodurch auch hier die Einsatzfähigkeit, speziell bei niedrigen Außentemperaturen, verbessert und die Reichweite gesteigert wird. Außerdem bedeutet eine bedarfsgerechte Erwärmung des Fahrzeuginnenraums und der Fahrzeugfenster einen Komfortgewinn für den Fahrer, etwa durch Verhindern des Beschlagens der Fahrzeugfenster. Insbesondere bei einem Fahrzeug mit elektrischem Antrieb kann dabei auch die Reichweite gesteigert werden, da ansonsten ein Teil, etwa mehr als 10%, der gespeicherten elektrischen Energie zum Beheizen des Fahrzeuginnenraums und/oder der Fahrzeugfenster verwendet werden müsste. Nach einer Fahrt lässt sich thermische Energie vom Verbrennungsmotor zur fahrzeugexternen thermischen Energieversorgungseinrichtung transportieren und so diese thermische Energie für die thermische Energieversorgung, insbesondere zum Beheizen eines Gebäudes, verwenden. Schließlich kann thermische Energie auch insbesondere vom Fahrzeuginnenraum weg transportiert werden, wenn dessen Temperatur ein für die Fahrgäste komfortables Maß übersteigt oder wenn die dort gespeicherte thermische Energie, etwa nach einer Fahrt, nicht mehr benötigt wird.
Im Sinne der Erfindung ist unter einer „Fahrzeugkomponente” ein Teil eines Fahrzeugs zu verstehen. Insbesondere kann eine Fahrzeugkomponente dabei aus der folgenden Gruppe ausgewählt sein: Verbrennungsmotor, Elektromotor, Treibstofftank, Fahrzeuginnenraum für Fahrgäste, Getriebe, Kühlsystem, Heizsystem, Latentwärmespeicher, Starterbatterie, Traktionsbatterie, Katalysator, Fahrzeugfenster oder Außenspiegel. Überdies kann eine Fahrzeugkomponente eine Betriebstemperatur und insbesondere einen optimalen Betriebstemperaturbereich aufweisen. Insbesondere kann die jeweilige Betriebstemperatur mittels eines Temperatursensors bestimmt werden. So wird üblicherweise bei einem Verbrennungsmotor die Betriebstemperatur über die Temperatur dessen Kühlmittels bestimmt, wobei dem Fachmann bekannt ist, dass im Verbrennungsraum selbst andere Temperaturen vorliegen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist das Thermomanagementsystem des Weiteren wenigstens einen Temperatursensor auf, dessen Signal von dem Wärmeüberschuss und/oder dem Wärmebedarf des Fahrzeugs bzw. der wenigstens einen Fahrzeugkomponente abhängt. Dabei dient das Signal des Temperatursensors als die wenigstens eine Eingangsgröße oder als weitere Eingangsgröße, auf deren Basis die Steuereinheit ermittelt, ob ein Transport thermischer Energie zwischen der fahrzeugexternen thermischen Energieversorgungseinrichtung und dem Fahrzeug bzw. der wenigstens einen Fahrzeugkomponente erfolgen soll. Auf diese vorteilhafte Weise lässt sich eine Regelung des Transports thermischer Energie erzielen. Insbesondere kann so über das Signal des Temperatursensors auf einen Wärmeüberschuss oder Wärmebedarf des Fahrzeugs bzw. der wenigstens einen Fahrzeugkomponente geschlossen werden. Insbesondere basierend darauf kann dann bei einem Wärmeüberschuss des Fahrzeugs bzw. der wenigstens einen Fahrzeugkomponente der Transport thermischer Energie von diesem bzw. dieser weg und/oder bei einem Wärmebedarf der Transport zu diesem bzw. dieser hin angefordert werden. Mittels fortgesetzter Verwendung des Signals des Temperatursensors als Eingangsgröße lässt sich eine Regelungsschleife erzielen und so die thermische Energie bedarfsgerecht transportieren. Hierdurch es insbesondere möglich, die vorhandenen Quellen thermischer Energie effizient zu nutzen. Überdies ist mittels der Regelschleife ein Erreichen oder zumindest eine gezielte Annäherung des optimalen Betriebstemperaturbereichs für die wenigstens eine Fahrzeugkomponenten realisierbar. Eine Annäherung an den optimalen Betriebstemperaturbereich ist dabei insbesondere auch dann möglich, wenn sich das Fahrzeug in einem geparkten bzw. stehenden Zustand, speziell bei einem Kraftfahrzeug auch in einem Zustand mit abgeschaltetem Motor, befindet. Schließlich lässt sich auf diese Weise außerdem die, insbesondere prädiktive, Ermittlung, ob und in welche Richtung ein Transport thermischer Energie erfolgen soll, weiter verbessern. Dies kann für den Benutzer einen Komfortgewinn und/oder eine vereinfachte Verwendung des Thermomanagementsystems darstellen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung des Thermomanagementsystems weist dieses des Weiteren eine Luftklappe zum Steuern des Gasaustausches über die Gasaustauscheinheit auf. Dabei ist die Luftklappe durch die Steuereinheit so steuerbar, dass durch Öffnen der Luftklappe Gas mit dem Fahrzeug über die Gasaustauscheinheit austauschbar ist, wenn gemäß Ermittlung der Steuereinheit ein Transport thermischer Energie zwischen Fahrzeug und fahrzeugexterner thermischer Energieversorgungseinrichtung erfolgen soll. Insbesondere kann so ein ausreichender Gasaustausch für den Transport thermischer Energie erreicht werden. Auch ist es möglich, durch Schließen der Luftklappe unnötigen Gasaustausch zu vermeiden, was insbesondere bei der Fahrt die Aerodynamik verbessern und/oder den Energiebedarf senken kann.
In einer bevorzugten Variante ist die Luftklappe dazu ausgebildet, die über die Gasaustauscheinheit einströmende Luft zu einer bzw. der wenigstens einen Fahrzeugkomponente zu leiten. Auf diese Weise lässt sich ein gezielter Luftstrom zu dieser Fahrzeugkomponente erzielen und insbesondere ein ausreichender Transport thermischer Energie erreichen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist das Thermomanagementsystems des Weiteren einen Kühlkreislauf mit einer Wärmetauscheinheit für ein Kühlmittel und eine Gasbewegungseinrichtung auf. Dabei ist thermische Energie mittels der Wärmetauscheinheit zwischen dem Gas und dem Kühlmittel austauschbar, wobei dazu und zum Austausch von Gas zwischen dem Fahrzeug und der fahrzeugexternen thermischen Energieversorgungseinrichtung das Gas mittels der Gasbewegungseinrichtung zu der Wärmetauscheinheit hin und/oder von dieser weg bewegbar ist.
Eine „Wärmetauscheinheit” im Sinne der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Austausch thermischer Energie zwischen einem ersten Wärmetransportmittel und einem zweiten Wärmetransportmittel. Insbesondere ist der Kühler eines Kraftfahrzeugs eine Wärmetauscheinheit. Der Kühler eines Kraftfahrzeugs tauscht im Allgemeinen thermische Energie zwischen dem Kühlmittel des Kraftfahrzeugs und der Umgebungsluft aus. Insbesondere kann auch ein Heizkörper einer Heizungsanlage eine Wärmetauscheinheit im Sinne der Erfindung sein.
In einer bevorzugten Variante ist das Gas zeitlich zyklisch zur Wärmetauscheinheit hin und dann von dieser wieder weg bewegbar. In einer weiteren bevorzugten Variante ist zum Transport thermischer Energie von der fahrzeugexternen thermischen Energieversorgungseinrichtung zum Fahrzeug hin das Gas mittels der Gasbewegungseinrichtung von der Gasaustauscheinheit zur Wärmeaustauscheinheit hin bewegbar. In einer weiteren bevorzugten Variante ist zum Transport thermischer Energie vom Fahrzeug weg zur fahrzeugexternen thermischen Energieversorgungseinrichtung hin das Gas mittels der Gasbewegungseinrichtung von der Wärmeaustauscheinheit weg zur Gasaustauscheinheit hin bewegbar und insbesondere durch die Wärmetauscheinheit hindurch bewegbar.
Mithilfe des erfindungsgemäßen Thermomanagementsystems kann durch die aktive Bewegung des Gases die Menge der transportierbaren thermischen Energie pro Zeiteinheit im Vergleich zu einer passiven Ausführungsform gesteigert werden. Überdies ist es möglich, die erforderliche Temperaturdifferenz für den Transport der thermischen Energie zu verringern.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung des Thermomanagementsystems ist das Kühlmittel mittels einer Kühlmittelpumpe durch den Kühlkreislauf und durch die Wärmetauscheinheit bewegbar. Dabei ist ein thermischer Kontakt wenigstens einer Fahrzeugkomponente mit dem Kühlmittel über einen Teil des Kühlkreislaufs herstellbar. Zudem ist die Steuereinheit des Weiteren dazu konfiguriert, den Teil des Kühlkreislaufs, über welchen der thermischen Kontakt zu dieser Fahrzeugkomponente herstellbar ist, so zu regeln, dass zum Transport der thermischen Energie das Kühlmittel abhängig von der Menge der zu transportierenden thermischen Energie bewegbar ist. Ein Vorteil dieser Ausführungsform kann darin bestehen, dass das Kühlmittel im jeweiligen Teil des Kühlkreislaufs nur in dem Maße bewegt wird, wie es zum Transport der thermischen Energie erforderlich ist. Bevorzugt wird das Kühlmittel im jeweiligen Teil des Kühlkreislaufs nicht bewegt, wenn trotz Wärmeüberschuss der wenigstens einen Fahrzeugkomponente kein Transport von thermischer Energie in das Kühlmittel möglich ist, also insbesondere das Kühlmittel nicht kühler als die wenigstens eine Fahrzeugkomponente ist. Bevorzugt wird das Kühlmittel im jeweiligen Teil des Kühlkreislaufs auch nicht bewegt, wenn trotz Wärmebedarf der wenigstens einen Fahrzeugkomponente kein Transport von thermischer Energie vom Kühlmittel zu dieser Fahrzeugkomponente möglich ist, also insbesondere das Kühlmittel nicht heißer als die wenigstens eine Fahrzeugkomponente ist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung des Thermomanagementsystems weist der Teil des Kühlkreislaufs, welcher den thermischen Kontakt zu der wenigstens einen Fahrzeugkomponente herstellt, des Weiteren ein Ventil und/oder eine weitere Kühlmittelpumpe auf, womit die Bewegung des Kühlmittels in diesem Teil des Kühlkreislaufs durch die Steuereinheit regelbar ist. Insbesondere ermöglicht ein derartiges Ventil eine einfache und kostengünstige Steuerung des Kühlmittelflusses.
Insbesondere erlaubt eine derartige Kühlmittelpumpe eine gezielte Regelung und sogar Steigerung des Kühlmittelflusses über das ansonsten erreichbare Maß hinaus, womit sich eine verbesserter transportthermischer Energie erzielen lässt, also eine gesteigerte Kühlung oder gesteigerte Erwärmung der wenigstens einen Fahrzeugkomponente.
Eine weitere bevorzugte Weiterbildung des Thermomanagementsystems weist des Weiteren eine Kühlmittelflussregelung auf, welche das Kühlmittel erst ab einer Temperatur über 30°C, bevorzugt über 50°C und besonders bevorzugt über 80°C zur Wärmetauscheinheit und/oder zu der wenigstens einen Fahrzeugkomponente fließen lässt. Zudem weist die Weiterbildung eine Kühlmittelflussregelungsumgehung auf, welche dazu ausgebildet ist, das Kühlmittel um die Kühlmittelflussregelung herum zu leiten, wenn gemäß Ermittlung der Steuereinheit ein Transport thermischer Energie zu der wenigstens einen Fahrzeugkomponente erfolgen soll, und so den Kühlmittelfluss zu der wenigstens einen Fahrzeugkomponente auch bei Temperaturen unter den oben angegebenen Werten zu ermöglichen. Mithilfe der Kühlmittelflussregelung können die jeweiligen Fahrzeugkomponenten ihren optimalen Betriebstemperaturbereich schneller erreichen, wenn diese einen Wärmebedarf haben und selbst thermische Energie erzeugen. Sofern thermische Energie von der fahrzeugexternen thermischen Energieversorgungseinrichtung dem Fahrzeug zugeführt wird, ist jedoch bevorzugt diese Kühlmittelflussregelung mittels der Kühlmittelflussregelungsumgehung zu umgehen, da dann bei einem Wärmebedarf des Fahrzeugs oder der Fahrzeugkomponente externe thermische Energie zugeführt werden kann. Auch ist es bevorzugt, die Kühlmittelflussregelung zu umgehen, um noch vorhandene und, insbesondere nach einer Fahrt, nicht mehr benötigte thermische Energie selbst dann noch entnehmen und in die fahrzeugexterne thermische Energieversorgungseinrichtung transportieren zu können, wenn die Temperatur des Kühlmittels bereits die oben genannten Temperaturen unterschritten hat.
Eine weitere bevorzugte Weiterbildung des Thermomanagementsystems weist einen sekundären Kühlkreislauf und eine weitere Fahrzeugkomponente auf. Dabei ist thermische Energie zwischen der einen weiteren Fahrzeugkomponente und dem Kühlkreislauf über den sekundären Kühlkreislauf austauschbar. Zudem ist die Steuereinheit des Weiteren dazu konfiguriert, zu ermitteln, ob ein Transport thermischer Energie zu der einen weiteren Fahrzeugkomponente hin oder von der einen weiteren Fahrzeugkomponente weg erfolgen soll, sowie basierend darauf den Transport thermischer Energie zwischen der einen weiteren Fahrzeugkomponente und der fahrzeugexternen thermischen Energieversorgungseinrichtung mittels des sekundären Kühlkreislaufs bedarfsabhängig zu regeln. Mithilfe des erfindungsgemäßen Thermomanagementsystems kann der Transport thermischer Energie zwischen der einen weiteren Fahrzeugkomponente und der fahrzeugexternen thermischen Energieversorgungseinrichtung verbessert werden. Auf diese vorteilhafte Weise lässt sich bei einem Fahrzeug mit elektrischem Antrieb eine Versorgung der Traktionsbatterie mit thermischer Energie erzielen. Auch kann ein Vorteil darin bestehen, dass der Katalysator des Fahrzeugs erwärmt werden kann, wodurch dieser relativ zum Fahrtbeginn bereits früher funktioniert und so die Schadstoffemissionen verringert werden. Insbesondere kann auch das Getriebe vor einer Fahrt auf diese Weise vorgewärmt und damit dessen Laufeigenschaften verbessert sowie dessen Lebensdauer verlängert werden, wobei als sekundäres Kühlmittel hierbei bevorzugt das Getriebeöl verwendet wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist das Thermomanagementsystem des Weiteren eine Stromübertragungseinheit und einen Austauschbereich, der an der Gasaustauscheinheit ausgebildet ist, auf. Der Austausch von Gas zwischen dem Fahrzeug und der fahrzeugexternen thermischen Energieversorgungseinrichtung erfolgt bei dieser Weiterbildung durch den Austauschbereich. Zudem ist die Stromübertragungseinheit im Austauschbereich ausgebildet oder zumindest weniger als 10 cm, bevorzugt weniger als 5 cm, besonders bevorzugt weniger als 1 cm von diesem entfernt. Dabei ist die Stromübertragungseinheit dazu konfiguriert, elektrische Energie in das Bordnetz des Fahrzeugs zu übertragen und so eine elektrische Leistung im Bereich von 1 W bis 1000 W, bevorzugt von 50 W bis 500 W und weiter bevorzugt von 100 W bis 200 W für das Fahrzeug bereitzustellen. Bevorzugt kann durch die Bereitstellung elektrischer Energie mittels der Stromübertragungseinheit die Batterie des Fahrzeugs, insbesondere die Starterbatterie oder die Traktionsbatterie, während des Transports von thermischer Energie entlastet werden. Dies ist insbesondere wichtig, wenn die thermische Energie bei ausgeschaltetem Motor transportiert wird, da in diesem Fall das Thermomanagementsystem die von diesem benötigte elektrische Energie aus dem Bordnetz und damit aus der Batterie bezieht. Hierbei würde die Entnahme elektrischer Energie aus der Batterie insbesondere deren Lebensdauer und im Falle einer Traktionsbatterie auch die später erzielbare Reichweite des Fahrzeugs verringern. Also werden durch die Versorgung mit elektrischer Energie über die Stromübertragungseinheit insbesondere die Lebensdauer der Batterie und gegebenenfalls auch die Reichweite des Fahrzeugs erhöht. Ein weiterer Vorteil der weiteren bevorzugten Weiterbildung liegt insbesondere in der Ausbildung der Stromübertragungseinheit im Austauschbereich, wodurch die Benutzung des Thermomanagementsystems und im Speziellen das Ankoppeln der fahrzeugexternen thermischen Energieversorgungseinrichtung, etwa über eine Kopplungsvorrichtung, erleichtert wird und bevorzugt in einem Arbeitsschritt erfolgen kann.
Unter einer „Stromübertragungseinheit” im Sinne der Erfindung ist eine Vorrichtung zu verstehen, die elektrische Energie direkt als elektrischen Strom oder indirekt als andere Energieform überträgt. Insbesondere kann die Stromübertragungseinheit dazu wenigstens zwei elektrische Kontakte aufweisen. Bevorzugt ist die Stromübertragungseinheit als Induktionsspule ausgebildet, wobei die Übertragung der elektrischen Energie mittels elektromagnetischer Felder erfolgt. Zudem kann eine solche Stromübertragungseinheit ein magnetisches Material aufweisen, um die elektromagnetischen Felder beim Empfang zur Induktionsspule zu leiten bzw. beim Senden von dieser weg zu leiten. Bevorzugt weist die Stromübertragungseinheit elektrische Schaltungen zur Konditionierung der eingespeisten elektrischen Energie für den Versand oder Konditionierung der empfangenen elektrischen Energie für die weitere Verwendung auf. Schließlich ist es bevorzugt, dass die Stromübertragungseinheit einen elektrischen Energiespeicher aufweist. Dieser kann die zu übertragende elektrische Energie zumindest zeitweise bereitstellen oder empfangene elektrische Energie für die weitere Verwendung zwischenspeichern.
Unter einem „magnetischen Material” im Sinne der Erfindung ist insbesondere ein Material zu verstehen, das einen magnetischen Fluss leitet oder verstärkt. Bevorzugt handelt es sich dabei um einen Permanentmagnet, ein ferri- oder ferromagnetisches Material wie Eisen, weichmagnetische Ferrite oder hartmagnetische Ferrite.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung des Thermomanagementsystems ist die Steuereinheit des Weiteren dazu konfiguriert, den Transport thermischer Energie zwischen der fahrzeugexternen thermischen Energieversorgungseinrichtung und dem Fahrzeug nur bei ausgeschaltetem Motor anzufordern.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung des Thermomanagementsystems regelt dieses den Transport thermischer Energie zu Fahrzeugkomponenten hin und von diesen weg, sowie den Austausch von thermischer Energie mit der Fahrzeugumgebung. Insbesondere kann so in vorteilhafter Weise thermische Energie von einer Fahrzeugkomponente zu einer anderen transportiert und dort genutzt, bei einem Wärmeüberschuss des Fahrzeugs an die Fahrzeugumgebung abgegeben oder bei einem Wärmebedarf des Fahrzeugs von der Fahrzeugumgebung, insbesondere von einer fahrzeugexternen thermischen Energieversorgungseinrichtung, aufgenommen werden. In einer bevorzugten Variante zielt das Thermomanagementsystem darauf ab, die Fahrzeugkomponenten in ihrem jeweils optimalen Betriebstemperaturbereich zu bringen oder zu halten.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung des Thermomanagementsystems ist die Steuereinheit des Weiteren konfiguriert, prädiktiv die Zeitspanne zu ermitteln, welche erforderlich ist, um wenigstens eine Fahrzeugkomponente in ihren, bevorzugt optimalen, Betriebstemperaturbereich zu bringen. In einer bevorzugten Variante basiert die Ermittlung der Zeitspanne auf der wenigstens einen Eingangsgröße. In einer weiteren bevorzugten Variante basiert die Ermittlung der Zeitspanne auf den thermischen Daten einer Fahrzeugkomponente, insbesondere auf der Wärmekapazität der Fahrzeugkomponente oder deren vorbestimmten Temperaturverlauf bei Zuführen von thermischer Energie ausgehend von einer Ausgangstemperatur. In einer weiteren bevorzugten Variante ist die Steuereinheit des Weiteren konfiguriert, die Kommunikationseinheit zu veranlassen, ein Signal zu senden, welches die prädiktiv ermittelte Zeitspanne kennzeichnet. Insbesondere kann dieses Signal an ein mobiles Gerät eines Benutzers gesendet werden. Auf diese vorteilhafte Weise lässt sich insbesondere der Transport thermischer Energie zeitabhängig steuern. Insbesondere kann der Benutzer basierend auf der prädiktiv ermittelten Zeitspanne den Transport thermischer Energie über eine Benutzereingabe anfordern. Daneben ist es auch möglich, speziell bei einem bereits stattfindenden Transport thermischer Energie, die prädiktiv ermittelte Zeitspanne dem Benutzer zu signalisieren und dem Benutzer so zu ermöglichen, seine Zeitplanung, also insbesondere den Zeitpunkt des Beginns der Benutzung des Fahrzeugs, daran anzupassen.
Unter einem „mobilen Gerät” im Sinne der Erfindung ist eine Vorrichtung mit einem Energiespeicher, einer Kommunikationseinheit, einer Anzeigeeinheit und einer Bedieneinheit zu verstehen, die so konfiguriert ist und deren Größe und Gewicht so gering sind, dass ein Benutzer diese tragen und mobil verwenden kann. Insbesondere sind ein Mobiltelefon, ein Smartphone oder ein Tablet-Computer mobile Geräte im Sinne der Erfindung.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug, mit einem Thermomanagementsystem gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung. Die bereits vorausgehend genannten möglichen Vorteile des ersten Aspekts der Erfindung treffen entsprechend auch für das erfindungsgemäße Fahrzeug zu.
Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft eine Kopplungsvorrichtung für den Energieaustausch zwischen einem Fahrzeug, insbesondere einem Fahrzeug gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung, und einer fahrzeugexternen thermischen Energieversorgungseinrichtung. Die erfindungsgemäße Kopplungsvorrichtung weist eine Gasaustauschvorrichtung und einen Kopplungsbereich, der an der Gasaustauschvorrichtung ausgebildet ist, auf. Dabei ist der Kopplungsbereich so geformt oder formbar, dass Gas zwischen der Gasaustauschvorrichtung und dem Fahrzeug bzw. der Gasaustauscheinheit des Thermomanagementsystems austauschbar ist. Des Weiteren weist die Kopplungsvorrichtung in einer ersten Variante eine Stromübertragungsvorrichtung auf, wobei die Stromübertragungsvorrichtung im Kopplungsbereich ausgebildet ist und dazu konfiguriert ist, elektrische Energie in das Bordnetz des Fahrzeugs zu übertragen und so eine elektrische Leistung im Bereich von 1 W bis 1000 W, bevorzugt von 50 W bis 500 W, besonders bevorzugt von 100 W bis 200 W für das Fahrzeug bereitzustellen. Des Weiteren weist die Kopplungsvorrichtung in einer zweiten Variante eine Wärmetauschvorrichtung für ein Wärmetransportmittel zum Transport thermischer Energie zwischen der Kopplungsvorrichtung und der fahrzeugexternen thermischen Energieversorgungseinrichtung auf, wobei Gas in der Kopplungsvorrichtung mittels der Wärmetauschvorrichtung durch den Austausch von thermischer Energie mit dem Wärmetransportmittel erwärmbar oder abkühlbar ist. In einer dritten Variante sind die Merkmale der ersten Variante und der zweiten Variante kombiniert.
Unter einer „Gasaustauschvorrichtung” im Sinne der Erfindung ist eine Gasaustauscheinheit für eine Kopplungsvorrichtung zu verstehen. Dabei kann der räumliche Bereich, durch welchen Gas ein- oder austritt, als Kopplungsbereich bezeichnet werden. Bevorzugt sind in einem System mit einer Gasaustauscheinheit und einer Gasaustauschvorrichtung der Austauschbereich der Gasaustauscheinheit und der Kopplungsbereich der Gasaustauschvorrichtung so geformt, dass diese, wenn das System im gekoppelten Zustand ist, aneinander angrenzen und den Austritt von Gas in die Umgebung zumindest dort im Wesentlichen verhindern. Insbesondere bei einer Heizungsanlage oder einer fahrzeugexternen thermischen Energieversorgungseinrichtung kann die Gasaustauschvorrichtung als Auslass für Abluft ausgebildet sein.
Unter einer „Stromübertragungsvorrichtung” im Sinne der Erfindung ist eine Stromübertragungseinheit für eine Kopplungsvorrichtung zu verstehen. Bevorzugt kann bei einem System aus einer Stromübertragungseinheit und einer Stromübertragungsvorrichtung, welches Energie über elektromagnetische Felder überträgt, zumindest eine der beiden ein magnetisches Material aufweisen, um die elektromagnetischen Felder zu der jeweils anderen zu leiten. Insbesondere können beide ein magnetisches Material zum Leiten der magnetischen Felder zueinander und damit zur Verbesserung der elektromagnetischen Kopplung aufweisen.
Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Kopplungsvorrichtung liegt in der gezielten Koppelung zum Transport thermischer Energie von einer fahrzeugexternen thermischen Energieversorgungseinrichtung und einem Fahrzeug bzw. dessen Thermomanagementsystem. Dies ermöglicht die Nutzung vorhandener thermischer Energie des Fahrzeugs und/oder der fahrzeugexternen thermischen Energieversorgungseinrichtung und kann so den Gesamtenergiebedarf reduzieren. Der Transport der thermischen Energie über Gas erleichtert dabei insbesondere das Ankoppeln an Fahrzeuge. Bevorzugt benötigen erfindungsgemäße Fahrzeuge dabei keine zusätzlichen Anschlüsse für weitere gegebenenfalls fluide Wärmetransportmedien und sind somit sicher und kosteneffizient herstellbar. Auch können insbesondere Fahrzeuge, die bei Ihrer Fertigung nicht speziell für eine derartige Ankopplung vorgesehen worden sind, an eine derartige Kopplungsvorrichtung angekoppelt werden.
Des Weiteren ergeben sich insbesondere die Vorteile, die bezüglich der weiteren bevorzugten Weiterbildung des ersten Aspekts der Erfindung mit einer Stromübertragungseinheit beschrieben sind.
Überdies lässt sich mit der Wärmetauschvorrichtung eine einfache Ankoppelung der Kopplungsvorrichtung an die fahrzeugexterne thermische Energieversorgungseinrichtung über das Wärmetransportmittel erzielen. So können insbesondere bereits bestehende fahrzeugexterne thermische Energieversorgungseinrichtungen mit einer derartigen Kopplungsvorrichtung umgerüstet werden. Insbesondere kann eine fahrzeugexterne thermische Energieversorgungseinrichtung, die eine derartige Kopplungsvorrichtung aufweist, thermische Energie mit einem Fahrzeug oder einem Thermomanagementsystem austauschen. Speziell bei einem Wärmeüberschuss der fahrzeugexternen thermischen Energieversorgungseinrichtung kann die überschüssige thermische Energie zum Fahrzeug transportiert werden.
Schließlich lässt sich mit einer erfindungsgemäßen Kopplungsvorrichtung eine einfache und/oder materialsparende Erweiterung bereits bestehender fahrzeugexterner thermischer Energieversorgungseinrichtungen erzielen.
Nachfolgend werden bevorzugte Weiterbildungen der Kopplungsvorrichtung beschrieben, die jeweils, soweit dies technisch möglich ist und nicht ausdrücklich ausgeschlossen wird, beliebig miteinander kombiniert werden können.
Die erste bevorzugte Weiterbildung der Kopplungsvorrichtung weist des Weiteren einen Signalempfänger auf. Dabei ist der Signalempfänger konfiguriert, ein Signal zu empfangen, das eine Anforderung zum Transport thermischer Energie kennzeichnet und/oder von einer Benutzereingabe oder einem Wärmeüberschuss bzw. Wärmebedarf der fahrzeugexternen thermischen Energieversorgungseinrichtung abhängt. In Reaktion auf den Empfang des Signals veranlasst der Signalempfänger die Kopplungsvorrichtung zum Gasaustausch mit dem Fahrzeug bzw. der Gasaustauscheinheit des Thermomanagementsystems, um thermische Energie zu transportieren. Ein Vorteil dieses über den Signalempfänger veranlassten Transports thermischer Energie liegt insbesondere darin, dass thermische Energie bedarfsgerecht und gezielt transportiert sowie verteilt werden kann. So lässt sich der Komfort für den Benutzer bzw. Fahrer erhöhen und der Gesamtenergiebedarf senken.
In einer bevorzugten Variante erfolgt dabei der Transport thermischer Energie in Abhängigkeit vom jeweiligen Wärmebedarf oder Wärmeüberschuss. Bevorzugt wird also thermische Energie von der fahrzeugexternen thermischen Energieversorgungseinrichtung, die insbesondere einen Wärmeüberschuss aufweist, zum Fahrzeug, welches einen Wärmebedarf aufweist, transportiert. Auch bevorzugt wird thermische Energie bei einem Wärmeüberschuss des Fahrzeugs von diesem zur fahrzeugexternen thermischen Energieversorgungseinrichtung transportiert.
Unter einem „Signalempfänger” im Sinne der Erfindung ist im Wesentlichen eine Kommunikationsvorrichtung zu verstehen, wobei der Signalempfänger insbesondere dazu konfiguriert ist, ein Signal empfangen. Eine Benutzereingabe kann dabei bevorzugt direkt am Signalempfänger oder über ein weiteres Gerät mit Kommunikationsvorrichtung erfolgen. Bevorzugt ist ein solches weiteres Gerät ein Mobiltelefon, ein Smartphone, ein Computer oder eine Fernbedienung.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Kopplungsvorrichtung ist der Kopplungsbereich so geformt oder so formbar, dass die Kopplungsvorrichtung an die Lufteinlässe eines Fahrzeugs ohne größere offene Bereiche angrenzen kann. Hierdurch wird insbesondere das erwärmte Gas im Wesentlichen in das Fahrzeug oder zur Wärmetauschvorrichtung geleitet und die Abgabe von thermischer Energie an die Umgebung, bei der keine Nutzung durch das Fahrzeug oder die fahrzeugexterne thermische Energieversorgungseinrichtung erfolgt, im Wesentlichen verhindert.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist die Kopplungsvorrichtung eine Speichervorrichtung für Gas auf, um das über die Gasaustauschvorrichtung ausgetauschte Gas zu speichern und nicht an die Umgebung abzugeben. In einer bevorzugten Variante ist die Speichervorrichtung für einen zeitlich zyklischen Gasaustausch, also ein abwechselndes Eintreten und Austreten von Gas, ausgebildet. Der zyklische Austausch ist insbesondere vorteilhaft, um Gas nicht an die Umgebung zu verlieren und/oder aktiv herbeigeführte Eigenschaften, wie insbesondere die Gastemperatur oder die Gasfeuchtigkeit bzw. die Lufttemperatur oder die Luftfeuchtigkeit, zu erhalten oder nur soweit zu ändern, wie es für die Funktion des Gesamtsystems, wie etwa bei einem erwünschten Transport thermischer Energie über das Gas, erforderlich ist.
Ein vierter Aspekt der Erfindung betrifft ein Energietransportsystem zum thermischen Energieaustausch mit einem Fahrzeug gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung. Das erfindungsgemäße Energietransportsystem weist eine fahrzeugexterne thermische Energieversorgungseinrichtung und eine damit zum Austausch von Gas verbundene oder verbindbare Kopplungsvorrichtung gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung auf. Schließlich ist mittels des Austauschs des Gases thermische Energie zwischen der fahrzeugexternen thermischen Energieversorgung seinrichtung und dem Fahrzeug bzw. dem Thermomanagementsystem transportierbar. Hieraus ergeben sich insbesondere die oben genannten Vorteile aus einer Ankopplung eines Fahrzeugs bzw. eines Thermomanagementsystems und einer fahrzeugexternen thermischen Energieversorgungseinrichtung gemäß einem der vorausgehenden Aspekte der Erfindung.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung im Zusammenhang mit den Figuren.
Dabei zeigt
1 schematisch ein System mit einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fahrzeugs, einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kopplungsvorrichtung und einer fahrzeugexternen thermischen Energieversorgungseinrichtung;
2 schematisch eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fahrzeugs; und
3 schematisch eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kopplungsvorrichtung, die eine fahrzeugexterne thermische Energieversorgungseinrichtung an ein Fahrzeug koppelt.
Zunächst wird auf 1 Bezug genommen, in der schematisch ein System 27 mit einer fahrzeugexternen thermischen Energieversorgungseinrichtung 6, einem Gebäude 37, einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fahrzeugs 1 und einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kopplungsvorrichtung 18 dargestellt ist. Die fahrzeugexterne thermische Energieversorgungseinrichtung 6 weist einen Speicher für thermische Energie 28, einen Solarthermiekollektor 29 und ein Blockheizkraftwerk 32 auf.
Die Kopplungsvorrichtung 18 kann über den Wärmekreislauf 38 mit dem Speicher für thermische Energie 28 thermische Energie austauschen und diese weiter zum Fahrzeug 1 über das Gas 5 transportieren oder thermische Energie über das Gas 5 vom Fahrzeug erhalten. Über den Wärmekreislauf 36 wird thermische Energie vom Speicher für thermische Energie 28 zum Gebäude 37 transportiert, das Gebäude 37 also beheizt, oder andersherum. Der Solarthermiekollektor 29 empfängt Wärmestrahlung von der Sonne 30, und diese so gesammelte thermische Energie wird über den Wärmekreislauf 31 zum Speicher für thermische Energie 28 transportiert. Überdies kann auch ein Wärmetransport vom Speicher für thermische Energie 28 zum Solarthermiekollektor 29 vorgesehen sein, insbesondere um bei niedrigen Außentemperaturen den Solarthermiekollektor von Tau, Frost oder Schnee zu befreien. Das Blockheizkraftwerk 32 gewinnt über einen Verbrennungsmotor 33 zusammen mit einem Generator 34 thermische Energie und elektrische Energie. Über den Wärmekreislauf 35 kann die thermische Energie zum Speicher für thermische Energie 28 transportiert werden.
Bevorzugt kann der Speicher 28 als Latentwärmespeicher ausgebildet sein. Auch kann der Speicher 28 bevorzugt konfiguriert sein, zu bestimmen, ob dieser einen Wärmeüberschuss aufweist, und dazu insbesondere seinen Füllgrad mit thermischer Energie ermitteln. Die Bestimmung basiert dabei insbesondere auf einer optischen Messung, einer akustischen Messung oder auf einer Messung der Temperatur. Bevorzugt signalisiert, sofern der Füllgrad des Speichers 28 in einem vordefinierten Bereich liegt, insbesondere der Latentwärmespeicher 28 gefüllt oder nahezu gefüllt ist und etwa die Temperatur im Latentwärmespeicher 28 stark ansteigt, dieser oder die fahrzeugexterne thermische Energieversorgungseinrichtung 6 einen Wärmeüberschuss. Insbesondere das Fahrzeug 1, die Kopplungsvorrichtung 18, das Gebäude 37, der Solarthermiekollektor 29 oder das Blockheizkraftwerk 32 können dazu konfiguriert sein, ein den Wärmeüberschuss im Speicher 28 kennzeichnendes Signal zu empfangen und bei Wärmeüberschuss die Abgabe von thermischer Energie anzufordern oder zumindest keine thermische Energie zum Speicher zu transportieren.
In 2 ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fahrzeugs 1 zusammen mit einer fahrzeugexternen thermischen Energieversorgungseinrichtung 6 als seitliche Ansicht skizziert. Insbesondere steht das Fahrzeug 1 mit abgeschaltetem Verbrennungsmotor 11 in der Nähe der fahrzeugexternen thermischen Energieversorgungseinrichtung 6. Das Fahrzeug 1 ist mit einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Thermomanagementsystems 2 ausgestattet. Die Steuereinheit 3 stellt durch die Temperaturmessung mit dem Temperatursensor 10 fest, ob ein Wärmebedarf oder Wärmeüberschuss des Fahrzeugs 1 vorliegt. So kann die Steuereinheit insbesondere einen Wärmebedarf ermitteln, wenn die gemessene Temperatur unter einer vordefinierten Schwelle, etwa 20°C, liegt. Zudem empfängt die Steuereinheit 3 über die Kommunikationseinheit 7 meteorologische Daten 9. Liegt ein Wärmebedarf vor und ist zugleich aufgrund der empfangenen meteorologischen Daten keine hinreichende Erwärmung, insbesondere durch Wärmestrahlung der Sonne, prognostiziert, so kann die Steuereinheit 3 insbesondere ermitteln, dass ein Transport thermischer Energie zum Fahrzeug hin folgen soll.
In diesem Fall sendet die Steuereinheit 3 über die Kommunikationseinheit 7 ein Signal 8, das die Anforderung zum Transport thermischer Energie kennzeichnet, und fordert damit von der fahrzeugexternen thermischen Energieversorgungseinrichtung 6 thermische Energie an. Die fahrzeugexterne thermische Energieversorgungseinrichtung 6 erwärmt Gas 5, welches durch den Austauschbereich 16 der Gasaustauscheinheit 4 in das Fahrzeug 1 gelangt. Bevorzugt dient als Gasaustauscheinheit 4 der Lufteinlass des Fahrzeugs 1 und als Gas 5 wird die Umgebungsluft eingesetzt. Die erwärmte Umgebungsluft 5, oder kurz Luft, wird bevorzugt aktiv mittels der Gasbewegungseinrichtung 14 in das Fahrzeug hineingesaugt, wobei die Gasbewegungseinrichtung 14, wie bei einem Fahrzeug üblich, als Ventilator ausgebildet sein kann. Die in das Fahrzeug 1 hineingesaugte Luft 5 strömt durch die Wärmetauscheinheit 13, die insbesondere wie bei einem Fahrzeug üblich als Kühler ausgebildet ist, und erwärmt so das Kühlmittel des Kühlkreislaufs 12. Das Kühlmittel im Kühlkreislauf 12 wird mittels einer Kühlmittelpumpe 15 bewegt und transportiert so die thermische Energie. Insbesondere ist der Verbrennungsmotor 11 an den Kühlkreislauf 12 angeschlossen und kann so gewärmt werden. Bevorzugt können weitere Fahrzeugkomponenten durch die in das Fahrzeug 1 hineingesaugte, erwärmte Luft ebenfalls gewärmt werden; eine Ankopplung über den Kühlmittelkreislauf 12 kann hierbei den erzielbaren Transport thermischer Energie erhöhen, ist jedoch nicht zwingend erforderlich.
Außerdem sendet die fahrzeugexterne thermische Energieversorgungseinrichtung 6 mittels der Stromübertragungsvorrichtung 26, die bevorzugt als wenigstens eine Induktionsspule ausgebildet ist, magnetische Felder aus, die vom Fahrzeug 1 mittels der Stromübertragungseinheit 17 empfangen werden. Die Stromübertragungseinheit 17 versorgt über das Bordnetz das Fahrzeug 1 und dabei insbesondere die Steuereinheit 3, die Kommunikationseinheit 7, die Gasbewegungseinrichtung 14 und die Kühlmittelpumpe 15 mit elektrischer Energie. Zur besseren Übersichtlichkeit wird auf eine Darstellung des Bordnetzes in 2 verzichtet. Auf diese Weise muss für den Transport der thermischen Energie in das Fahrzeug 1 dessen Starterbatterie nicht oder zumindest in geringerem Umfang belastet werden.
3 zeigt ein Fahrzeug 1 und eine fahrzeugexterne thermische Energieversorgungseinrichtung 6, die Ober eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kopplungsvorrichtung 18 miteinander gekoppelt sind. Bevorzugt ist das Fahrzeug in der Nähe der fahrzeugexternen thermischen Energieversorgungseinrichtung 6 oder zumindest bei der Kopplungsvorrichtung 18 geparkt. Das Fahrzeug 1 weist eine Gasaustauscheinheit 4 mit Austauschbereich 16 und eine beim Austauschbereich 16 ausgebildete Stromübertragungseinheit 17 auf. Die Kopplungsvorrichtung 18 weist eine Gasaustauschvorrichtung 19 mit einem Kopplungsbereich 20 und eine beim Kopplungsbereich 20 ausgebildete Stromübertragungsvorrichtung 26 auf. Der Kopplungsbereich 20 ist so geformt und beim Austauschbereich 16 angeordnet, dass das Gas 5 zwischen der Gasaustauschvorrichtung 19 und der Gasaustauscheinheit 4 ausgetauscht werden kann und dabei bevorzugt ein Austreten von Gas 5 in die Umgebung im Wesentlichen vermieden wird. Zudem sind die Stromübertragungseinheit 17 und die Stromübertragungsvorrichtung 20 jeweils als Induktionsspulen ausgebildet und so angeordnet, dass diese, wenn der Kopplungsbereich 20 und der Austauschbereich 16 wie oben beschrieben angeordnet sind, ebenfalls aneinander angrenzen und elektrische Energie als magnetisches Wechselfeld übertragen können.
Der Signalempfänger 23 ist dazu konfiguriert, in Abhängigkeit verschiedener Signale 25 den Transport thermischer Energie zu veranlassen. Dabei wird thermische Energie zwischen der fahrzeugexternen thermischen Energieversorgungseinrichtung 6 und der Wärmetauschvorrichtung 22 über das Wärmetransportmittel 21 transportiert, welches insbesondere Warmwasser ist, das durch einen Wärmekreislauf zirkuliert. Mittels der Wärmetauschvorrichtung 22 wird thermische Energie zwischen dem Wärmetransportmittel 21 und dem Gas 5 ausgetauscht. Bevorzugt wird als Gas 5 Luft, insbesondere aus der Umgebung, verwendet. Die Luft 5 kann durch thermische Konvektion bewegt werden oder bevorzugt durch eine, hier nicht dargestellte, aktive Gasbewegungsvorrichtung, bevorzugt einem Ventilator.
In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel empfängt der Signalempfänger 23 eine Benutzereingabe 24 von einem mobilen Gerät sowie ein Signal 25, welches einen Wärmeüberschuss der fahrzeugexternen thermischen Energieversorgungseinrichtung 6 kennzeichnet. Hierbei signalisiert die Benutzereingabe 24 eine geplante Fahrt mit dem Fahrzeug 1, die etwa in 15 Minuten stattfinden soll. Zudem ist aus dem Signal 25 bekannt, dass ein Wärmeüberschuss vorliegt. Folglich veranlasst der Signalempfänger 23 die Kopplungsvorrichtung 18 zum Gasaustausch mit dem Fahrzeug 1 und transportiert so thermische Energie von der fahrzeugexternen thermischen Energieversorgungseinrichtung 6 zum Fahrzeug 1. Beim geplanten Fahrtantritt, etwa in 15 Minuten, ist das Auto dann bereits erwärmt und es ergeben sich insbesondere bessere Fahreigenschaften und ein erhöhter Komfort für den Benutzer.
Auch kann die Zeitspanne vom Veranlassen des Gasaustauschs bis zum Erwärmen, insbesondere bis zum vollständigen Erwärmen d. h. bis zum Erreichen optimaler Fahreigenschaften sowie Benutzerkomfort, von der Außentemperatur abhängen. So kann etwa bei Außentemperaturen unter 0°C eine Zeitspanne von 30 Minuten zum vollständigen Erwärmen erforderlich sein. Sofern dort nur für 15 Minuten eine Erwärmung durch Transport thermischer Energie stattfindet, ist das Fahrzeug nur teilweise erwärmt bzw. vorerwärmt. Dabei können sich bereits bessere Fahreigenschaften und ein erhöhter Komfort für den Benutzer ergeben; diese haben in diesem Fall jedoch nach 15 Minuten noch nicht ihr Optimum erreicht. Schließlich kann die zum Erwärmen erforderliche Zeitspanne von der Wärmekapazität des Fahrzeugs bzw. der Fahrzeugkomponenten und der verfügbaren Leistung beim Transport thermischer Energie abhängen.
Während vorausgehend wenigstens eine beispielhafte Ausführungsform beschrieben wurde, ist zu bemerken, dass eine große Anzahl von Variationen dazu existiert. Es ist dabei auch zu beachten, dass die beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen nur nichtlimitierende Beispiele darstellen, und es nicht beabsichtigt ist, dadurch den Umfang, die Anwendbarkeit oder die Konfiguration der hier beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren zu beschränken. Vielmehr wird die vorausgehende Beschreibung dem Fachmann eine Anleitung zur Implementierung mindestens einer beispielhaften Ausführungsform liefern, wobei es sich versteht, dass verschiedene Änderungen in der Funktionsweise und der Anordnung der in einer beispielhaften Ausführungsform beschriebenen Elemente vorgenommen werden können, ohne dass dabei von dem in den angehängten Ansprüchen jeweils festgelegten Gegenstand sowie seinen rechtlichen Äquivalenten abgewichen wird.
Bezugszeichenliste

1: Fahrzeug
2: Thermomanagementsystem
3: Steuereinheit
4: Gasaustauscheinheit
5: Gas, insbesondere Luft
6: Energieversorgungseinrichtung
7: Kommunikationseinheit
8: Signal
9: Meteorologische Daten
10: Temperatursensor
11: Verbrennungsmotor
12: Kühlkreislauf
13: Wärmetauscheinheit
14: Gasbewegungseinrichtung, insbesondere ausgebildet als Ventilator
15: Kühlmittelpumpe
16: Austauschbereich
17: Stromübertragungseinheit
18: Kopplungsvorrichtung
19: Gasaustauschvorrichtung
20: Kopplungsbereich
21: Wärmetransportmittel
22: Wärmetauschvorrichtung
23: Signalempfänger
24: Benutzereingabe
25: Von einem Wärmeüberschuss bzw. Wärmebedarf der fahrzeugexternen thermischen Energieversorgungseinrichtung abhängiges Signal
26: Stromübertragungsvorrichtung
27: System mit Fahrzeug, Kopplungsvorrichtung, Gebäude und fahrzeugexternen thermischen Energieversorgungseinrichtung
28: Speicher für thermische Energie, insbesondere ausgebildet als Latentwärmespeicher
29: Solarthermiekollektor
30: Sonne
31, 35, 36, 38: Wärmekreisläufe für Solarthermiekollektor, Blockheizkraftwerk, Gebäude oder Kopplungsvorrichtung
32: Blockheizkraftwerk
33: Verbrennungsmotor des Blockheizkraftwerkes
34: Generator
37: Gebäude

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102009024497 A1 [0004]
DE 102010051868 A1 [0005]

Claims

Thermomanagementsystem (2) für ein Fahrzeug (1), insbesondere für ein Kraftfahrzeug, aufweisend: eine Steuereinheit (3); eine Gasaustauscheinheit (4) zum Austausch von Gas (5), insbesondere Luft, zwischen dem Fahrzeug (1) und einer fahrzeugexternen thermischen Energieversorgung seinrichtung (6); und eine Kommunikationseinheit (7) zur signalbasierten Ansteuerung der fahrzeugexternen thermischen Energieversorgungseinrichtung (6); wobei die Steuereinheit (3) konfiguriert ist: mit wenigstens einer Eingangsgröße zu ermitteln, ob ein Transport thermischer Energie zum Fahrzeug (1) hin oder vom Fahrzeug (1) weg erfolgen soll; und wenn dies der Fall ist, die Kommunikationseinheit (7) zu veranlassen, ein Signal (8) an die fahrzeugexterne thermische Energieversorgungseinrichtung (6) zu senden, welches die Anforderung zum Transport thermischer Energie kennzeichnet, um bei der fahrzeugexternen thermischen Energieversorgungseinrichtung (6) eine Abgabe bzw. Aufnahme von Gas (5) zum Transport thermischer Energie zum Fahrzeug (1) hin bzw. von diesem weg anzufordern.
Thermomanagementsystem (2) gemäß Anspruch 1, wobei die Steuereinheit (3) des Weiteren konfiguriert ist, prädiktiv zu ermitteln, ob ein Transport thermischer Energie zum Fahrzeug (1) hin oder vom Fahrzeug (1) weg erfolgen soll, wobei die wenigstens eine Eingangsgröße aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: meteorologische Daten (9), Sonneneinstrahlung auf das Fahrzeug oder in seiner Umgebung, Fahrzeugauß entemperatur, Temperatur einer Fahrzeugkomponente, Niederschlagsart wie Regen oder Schnee, Niederschlagsrate, Uhrzeit, vorangegangene Anforderung zum Transport thermischer Energie, Benutzereingabe.
Thermomanagementsystem (2) gemäß einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit (3) des Weiteren konfiguriert ist, mit der wenigstens einen Eingangsgröße selektiv zu ermitteln, ob ein Transport thermischer Energie zu wenigstens einer Fahrzeugkomponente hin oder von der wenigstens einen Fahrzeugkomponente weg erfolgen soll, sowie basierend darauf einen Transport thermischer Energie zwischen der wenigstens einen Fahrzeugkomponente und der fahrzeugexternen thermischen Energieversorgungseinrichtung (6) anzufordern.
Thermomanagementsystem (2) gemäß einem der vorausgehenden Ansprüche, des Weiteren aufweisend wenigstens einen Temperatursensor (10); wobei das Signal des Temperatursensors (10) von dem Wärmeüberschuss und/oder dem Wärmebedarf des Fahrzeugs (1) bzw. der wenigstens einen Fahrzeugkomponente abhängt; und wobei das Signal des Temperatursensors (10) als die wenigstens eine Eingangsgröße oder als weitere Eingangsgröße dient, auf deren Basis die Steuereinheit (3) ermittelt, ob ein Transport thermischer Energie zwischen der fahrzeugexternen thermischen Energieversorgungseinrichtung und dem Fahrzeug (1) bzw. der wenigstens einen Fahrzeugkomponente erfolgen soll.
Thermomanagementsystem (2) gemäß einem der vorausgehenden Ansprüche, des Weiteren aufweisend eine Luftklappe zum Steuern des Gasaustausches über die Gasaustauscheinheit (4); wobei die Luftklappe durch die Steuereinheit (3) so steuerbar ist, dass durch Öffnen der Luftklappe Gas (5) mit dem Fahrzeug (1) über die Gasaustauscheinheit (4) austauschbar ist, wenn gemäß Ermittlung der Steuereinheit (3) ein Transport thermischer Energie zwischen Fahrzeug (1) und fahrzeugexterner thermischer Energieversorgungseinrichtung (6) erfolgen soll.
Thermomanagementsystem (2) gemäß einem der der vorausgehenden Ansprüche, des Weiteren aufweisend einen Kühlkreislauf (12) mit einer Wärmetauscheinheit (13) für ein Kühlmittel; und eine Gasbewegungseinrichtung (14); wobei thermische Energie mittels der Wärmetauscheinheit (13) zwischen dem Gas (5) und dem Kühlmittel austauschbar ist; und wobei dazu und zum Austausch von Gas (5) zwischen dem Fahrzeug (1) und der fahrzeugexternen thermischen Energieversorgungseinrichtung (6) das Gas (5) mittels der Gasbewegungseinrichtung (14) zu der Wärmetauscheinheit (13) hin und/oder von dieser weg bewegbar ist.
Thermomanagementsystem (2) gemäß Anspruch 6, wobei das Kühlmittel mittels einer Kühlmittelpumpe (15) durch den Kühlkreislauf (12) und durch die Wärmetauscheinheit (13) bewegbar ist; wobei ein thermischer Kontakt wenigstens einer Fahrzeugkomponente mit dem Kühlmittel über einen Teil des Kühlkreislaufs (12) herstellbar ist; und wobei die Steuereinheit (3) des Weiteren dazu konfiguriert ist, den Teil des Kühlkreislaufs (12), über welchen der thermischen Kontakt zu dieser Fahrzeugkomponente herstellbar ist, so zu regeln, dass zum Transport der thermischen Energie das Kühlmittel abhängig von der Menge der zu transportierenden thermischen Energie bewegbar ist.
Thermomanagementsystem (2) gemäß Anspruch 7, wobei der Teil des Kühlkreislaufs (12), welcher den thermischen Kontakt zu der wenigstens einen Fahrzeugkomponente herstellt, des Weiteren ein Ventil und/oder eine weitere Kühlmittelpumpe (15) aufweist, womit die Bewegung des Kühlmittels in diesem Teil des Kühlkreislaufs (12) durch die Steuereinheit (3) regelbar ist.
Thermomanagementsystem (2) gemäß einem der Ansprüche 7 oder 8, des Weiteren aufweisend eine Kühlmittelflussregelung, welche das Kühlmittel erst ab einer Temperatur über 30°C, bevorzugt über 50°C und besonders bevorzugt über 80°C zur Wärmetauscheinheit (13) und/oder zu der wenigstens einen Fahrzeugkomponente fließen lässt; und eine Kühlmittelflussregelungsumgehung, welche dazu ausgebildet ist, das Kühlmittel um die Kühlmittelflussregelung herum zu leiten, wenn gemäß Ermittlung der Steuereinheit (3) ein Transport thermischer Energie zu der wenigstens einen Fahrzeugkomponente erfolgen soll, und so den Kühlmittelfluss zu der wenigstens einen Fahrzeugkomponente auch bei Temperaturen unter den oben angegebenen Werten zu ermöglichen.
Thermomanagementsystem (2) gemäß einem der Ansprüche 6 bis 9, des Weiteren aufweisend: einen sekundären Kühlkreislauf; und eine weitere Fahrzeugkomponente; wobei thermische Energie zwischen der einen weiteren Fahrzeugkomponente und dem Kühlkreislauf (12) über den sekundären Kühlkreislauf austauschbar ist; wobei die Steuereinheit (3) des Weiteren dazu konfiguriert ist, zu ermitteln, ob ein Transport thermischer Energie zu der einen weiteren Fahrzeugkomponente hin oder von der einen weiteren Fahrzeugkomponente weg erfolgen soll, sowie basierend darauf den Transport thermischer Energie zwischen der einen weiteren Fahrzeugkomponente und der fahrzeugexternen thermischen Energieversorgungseinrichtung (6) mittels des sekundären Kühlkreislaufs bedarfsabhängig zu regeln.
Thermomanagementsystem (2) gemäß einem der vorausgehenden Ansprüche, des Weiteren aufweisend: eine Stromübertragungseinheit (17); und einen Austauschbereich (16), der an der Gasaustauscheinheit (4) ausgebildet ist; wobei der Austausch von Gas (5) zwischen dem Fahrzeug (1) und der fahrzeugexternen thermischen Energieversorgungseinrichtung (6) durch den Austauschbereich (16) erfolgt; wobei die Stromübertragungseinheit (17) im Austauschbereich (16) ausgebildet oder zumindest weniger als 10 cm, bevorzugt weniger als 5 cm, besonders bevorzugt weniger als 1 cm von diesem entfernt ist; und wobei die Stromübertragungseinheit (17) dazu konfiguriert ist, elektrische Energie in das Bordnetz des Fahrzeugs (1) zu übertragen und so eine elektrische Leistung im Bereich von 1 W bis 1000 W, bevorzugt von 50 W bis 500 W und weiter bevorzugt von 100 W 200 W für das Fahrzeug (1) bereitzustellen.
Fahrzeug (1), insbesondere Kraftfahrzeug, mit einem Thermomanagementsystem (2) gemäß einem der vorausgehenden Ansprüche.
Kopplungsvorrichtung (18) für den Energieaustausch zwischen einem Fahrzeug (1), insbesondere einem Fahrzeug (1) gemäß Anspruch 12, und einer fahrzeugexternen thermischen Energieversorgungseinrichtung (6), aufweisend: eine Gasaustauschvorrichtung (19); einen Kopplungsbereich (20), der an der Gasaustauschvorrichtung (19) ausgebildet und so geformt oder formbar ist, dass Gas zwischen der Gasaustauschvorrichtung (19) und der Gasaustauscheinheit (4) des Thermomanagementsystems (2) des Fahrzeugs austauschbar ist; und wenigstens eines der folgenden weiteren Elemente: eine Stromübertragungsvorrichtung (26), die im Kopplungsbereich (20) ausgebildet und dazu konfiguriert ist, elektrische Energie in das Bordnetz des Fahrzeugs (1) zu übertragen und so eine elektrische Leistung im Bereich von 1 W bis 1000 W, bevorzugt von 50 W bis 500 W, besonders bevorzugt von 100 W bis 200 W für das Fahrzeug bereitzustellen; oder eine Wärmetauschvorrichtung (22) für ein Wärmetransportmittel (21) zum Transport thermischer Energie zwischen der Kopplungsvorrichtung (18) und der fahrzeugexternen thermischen Energieversorgungseinrichtung (6), wobei Gas (5) in der Kopplungsvorrichtung (18) mittels der Wärmetauschvorrichtung (22) durch den Austausch von thermischer Energie mit dem Wärmetransportmittel (21) erwärmbar oder abkühlbar ist; oder beides.
Kopplungsvorrichtung (18) gemäß Anspruch 13, des Weiteren aufweisend: einen Signalempfänger (23), der konfiguriert ist: ein Signal (25) zu empfangen, das eine Anforderung zum Transport thermischer Energie kennzeichnet und/oder von einer Benutzereingabe (24) oder einem Wärmeüberschuss bzw. Wärmebedarf der fahrzeugexternen thermischen Energieversorgungseinrichtung (6) abhängt; und in Reaktion auf den Empfang des Signals die Kopplungsvorrichtung (18) zum Gasaustausch mit dem Fahrzeug (1) bzw. der Gasaustauscheinheit (4) des Thermomanagementsystems (2) zu veranlassen, um thermische Energie zu transportieren.
Energietransportsystem zum thermischen Energieaustausch mit einem Fahrzeug (1) gemäß Anspruch 12 aufweisend: eine fahrzeugexterne thermische Energieversorgungseinrichtung (6); und eine damit zum Austausch von Gas verbundene oder verbindbare Kopplungsvorrichtung gemäß Anspruch 13 oder 14.