DE102016004851A1 - Kraftfahrzeug mit Mittel zum Übertragen von beim Ladevorgang einer Traktionsbatterie entstehender Wärme auf ein fahrzeugexternes Warmwassersystem - Google Patents

Kraftfahrzeug mit Mittel zum Übertragen von beim Ladevorgang einer Traktionsbatterie entstehender Wärme auf ein fahrzeugexternes Warmwassersystem Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug (1) mit einem elektrischen Antriebsmotor (2), einer Traktionsbatterie (3) zum Antrieb des elektrischen Antriebsmotors (2), einer Ladeeinrichtung (4) zum Laden der Traktionsbatterie (3) und einer Kühleinrichtung (5) insbesondere zum Kühlen der Traktionsbatterie (3), wobei das Kraftfahrzeug (1) Mittel zum Übertragen von Wärme, die beim Ladevorgang der Traktionsbatterie (3) entsteht, auf ein fahrzeugexternes Warmwassersystem (6) aufweist. Die Erfindung betrifft weiter ein System aus einem Kraftfahrzeug (1) und einem fahrzeugexternen Warmwassersystem (6) sowie ein Verfahren zum Übertragen von beim Laden einer Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs entstehender Wärme auf ein fahrzeugexternes Warmwassersystem.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit Mittel zum Übertragen von beim Ladevorgang einer Traktionsbatterie entstehender Wärme auf ein fahrzeugexternes Warmwassersystem. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein System aus dem Kraftfahrzeug sowie dem fahrzeugexternen Warmwassersystem und ein Verfahren zum Übertragen von beim Laden einer Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs entstehender Wärme auf ein fahrzeugexternes Warmwassersystem.
  • Bei Kraftfahrzeugen mit einem (teil-)elektrischen Antriebsstrang (reine Elektrofahrzeuge, Plug-In-Hybridfahrzeuge, serielle Hybridfahrzeuge; im nachfolgenden der Einfachheit halber gemeinsam als Elektrofahrzeuge bezeichnet) werden aktuell fast ausschließlich wiederaufladbare Lithium-Ionen-Batterien verwendet, die u. a. als elektrische Energiespeicher für den oder die elektrischen Antriebsmotoren dienen. Derartige Batterien, die auch als Traktionsbatterien bezeichnet werden, weisen bekanntermaßen eine Mehrzahl an Batteriezellen auf, die jeweils mindestens zwei Elektroden, die Anode und die Kathode, enthalten, die durch einen elektrolytgetränkten Separator elektrisch gegeneinander isoliert sind. Mehrere Lagen aus Anode, Separator und Kathode können innerhalb einer Batteriezelle parallel verschaltet sein, um eine höhere Kapazität einer jeden Batteriezelle zu erreichen. Die Batteriezellen selbst können unterschiedlich verschaltet sein.
  • Eine große Herausforderung bei Elektrofahrzeugen ist es, die Ladezeiten zu verkürzen. Für die Wiederaufladung von Traktionsbatterien, deren Kapazität derzeit zwischen etwa 20 kWh und 85 kWh beträgt, stehen verschiedene Technologien zur Verfügung, die entscheidenden Einfluss auf die Zeitdauer haben, die für eine Wiederaufladung einer Traktionsbatterie erforderlich ist. So kann an einem normalen 230 V-Haushaltsanschluss eine Traktionsbatterie mit einer Ladeleistung von rund 3,3 bis 3,7 kW geladen werden, wodurch sich in Abhängigkeit von der Kapazität der Traktionsbatterie eine Ladedauer für eine entladene Traktionsbatterie von mehr als 7 Stunden, bei Traktionsbatterien mit einer großen Kapazität auch von bis zu mehr als einem Tag ergibt.
  • An einer Ladesäule oder Wallbox beträgt die erreichbare Ladeleistung in der Regel rund 10 bis 22 kW, an einer Schnellladesäule bis zu 50 kW. Darüber hinaus sind bereits Lösungen mit einer Ladeleistung von bis zu 170 kW bekannt.
  • Laut dem Bundesverband eMobilität nutzen derzeit mehr als 80 Prozent der Besitzer von Elektrofahrzeugen einen heimischen Stromanschluss zur Wiederaufladung der Traktionsbatterien. Bei derartigen Stromanschlüssen sind – wie oben bereits erwähnt – im einfachsten Fall (Ladeleistung von rund 3,3 bis 3,7 kW) mehrere Stunden für eine Wiederaufladung der Traktionsbatterien erforderlich. Diese Ladedauer kann bei einem heimischen Stromanschluss mit Hilfe einer Wallbox (Ladeleistung zwischen etwa 10 und 22 kW) deutlich verringert werden, sofern das Elektrofahrzeug dazu eingerichtet ist, diese erhöhte Ladeleistung nutzen zu können.
  • Wenn jedoch der Ladestrom für eine Traktionsbatterie angehoben wird, hat dies zur Folge, dass die thermische Belastung der Batterie zunimmt und die beim Ladevorgang entstehende Wärme abgeführt werden muss, um eine Überhitzung der Traktionsbatterie zu vermeiden.
  • Derzeit wird die Traktionsbatterie beim Ladevorgang oftmals durch das fahrzeugeigene Kühlsystem (Kühlmittel- oder Kältemittelkreislauf) gekühlt. Dies ist jedoch mit folgenden Nachteilen verbunden: 1. Die thermisch abführbare Leistung ist vom Elektrofahrzeug begrenzt und abhängig von den im Elektrofahrzeug vorhandenen Fahrzeugkomponenten. 2. Da das Fahrzeug beim Ladevorgang steht, muss ein Lüfter am Kühler in Betrieb sein um die Abwärme aus dem Fahrzeug abführen zu können. Dies kann mit einer erheblichen Lärmbelästigung gegenüber der Umwelt verbunden sein, insbesondere bei einem Ladevorgang im Wohngebiet und während der Nachtstunden.
  • Aus der DE 10 2009 039 839 A1 ist ein Kraftfahrzeug mit einem Motor und einem insbesondere den Motor kühlendes Kühlsystem bekannt, wobei das Kraftfahrzeug mit einem stationären Heizungssystems eines Gebäudes verbindbar ist, wobei Energie in Form von Wärme vom Kraftfahrzeug in das stationäre Heizungssystem einleitbar ist. Gemäß einer Weiterbildung des Kraftfahrzeugs kann von diesem auch elektrische Energie erzeugt werden, die zum Gebäude geleitet oder in das öffentliche Stromnetz eingespeist wird. Hierdurch soll ein Kraftfahrzeug zur Verfügung gestellt werden, das neben seinem eigentlich angedachten Verwendungszweck auch noch äußerst wirtschaftlich als Wärmeenergielieferant und/oder Lieferant für elektrische Energie für Gebäude einsetzbar ist.
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die oben geschilderten Nachteile beim Aufladen einer Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs zu überwinden oder doch stark zu verringern.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch das Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 1, das System aus Kraftfahrzeug und fahrzeugexternen Warmwassersystem gemäß Anspruch 6 sowie das Verfahren gemäß Anspruch 9. Vorteilhafte Weiterbildungen des Kraftfahrzeugs und des Systems sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Erfindungsgemäß wird ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Antriebsmotor, einer Traktionsbatterie zum Antrieb des elektrischen Antriebsmotors, einer Ladeeinrichtung zum Laden der Traktionsbatterie und einer Kühleinrichtung insbesondere zum Kühlen der Traktionsbatterie vorgeschlagen, wobei das Kraftfahrzeug dadurch gekennzeichnet ist, dass es Mittel zum Übertragen von Wärme, die beim Ladevorgang der Traktionsbatterie entsteht, auf ein fahrzeugexternes Warmwassersystem aufweist.
  • Da beim Laden einer Traktionsbatterie, insbesondere bei einer wünschenswert hohen Ladestromstärke, die Traktionsbatterie gekühlt werden muss, und sich beim Laden das Kraftfahrzeug in einer Parkposition befindet, kann die Kühlung der Traktionsbatterie nur über das fahrzeugseitige Kühlsystem erfolgen, das in aller Regel über einen Kühl- oder Kältemittel-Kreislauf, einen Kühler und einen Lüfter zum Durchströmen oder Anströmen des Kühlers mit Umgebungsluft umfasst. Das durch den Lüfter und gegebenenfalls auch durch die durch ihn erzeugte Luftströmung erzeugte Geräusch kann als Lärmbelästigung empfunden werden, insbesondere bei einem Ladevorgang in einem Wohngebiet und während der Nachtzeit.
  • Diese durch den derzeitigen Stand der Technik bedingten Nachteile lassen sich durch das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug umgehen oder doch stark verringern. Die Begrenzung der abführbaren thermischen Leistung und das Problem der Geräuschentwicklung durch die fahrzeugseitigen Komponenten lassen sich dadurch umgehen, dass erfindungsgemäß Mittel dafür bereitgestellt werden, mit denen die beim Laden einer Traktionsbatterie entstehende (Ab)Wärme auf ein fahrzeugexternes Warmwassersystem übertragen werden kann. Bei dem fahrzeugexternen Warmwassersystem kann es sich bspw. um einen Warmwasserkreislauf handeln (z. B. Hausanschluss in der heimischen Garage), wodurch die beim Ladevorgang einer Traktionsbatterie entstehende (Ab)wärme sinnvoll zur Warmwassererzeugung genutzt werden kann. Das warme Wasser kann entweder zu Heizzwecken oder als Teil der Trinkwasserversorgung eines Gebäudes dienen.
  • Im Vergleich zu dem fahrzeugseitigen Kühlsystem kann die abführbare thermische Leistung durch die Wärmeübertragung auf ein fahrzeugexternes Warmwassersystem um ein vielfaches gesteigert werden, es kann somit „virtuell” das fahrzeugseitige Kühlsystem um ein vielfaches erweitert werden.
  • Gemäß einer ersten vorteilhaften Weiterbildung des Kraftfahrzeugs weisen die Mittel zum Übertragen von Wärme einen Fluid-Austritts-Anschluss, einen Fluid-Eintritts-Anschluss, eine Fluid-Austritts-Leitung, eine Fluid-Eintritts-Leitung und einen Wärmetauscher auf, wobei zwischen dem Fluid-Austritts-Anschluss, der Fluid-Austritts-Leitung, dem Wärmetauscher, der Fluid-Eintritts-Leitung und dem Fluid-Eintritts-Anschluss eine fluidische Verbindung vorgesehen ist, der Wärmetauscher zur Aufnahme der bei einem Ladevorgang der Traktionsbatterie entstehende Abwärme dient und der Fluid-Austritts-Anschluss, die Fluid-Austritts-Leitung, der Wärmetauscher, die Fluid-Eintritts-Leitung und der Fluid-Eintritts-Anschluss zum Durchströmen eines Fluids des fahrzeugexternen Warmwassersystems vorgesehen sind.
  • Hierbei kann in vorteilhafter Weise der Wärmetauscher benachbart zu der Traktionsbatterie angeordnet sein.
  • Bei dem Kraftfahrzeug kann alternativ zu den oben erwähnten Ausgestaltungen die Kühleinrichtung einen Kühlmittelfluid-/Kältemittelfluid-Kreislauf mit einem Wärmetauscher aufweisen und die Mittel zum Übertragen von Wärme einen Kühlmittelfluid-/Kältemittelfluid-Austritts-Anschluss, einen Kühlmittelfluid-/Kältemittelfluid-Eintritts-Anschluss, eine Kühlmittelfluid-/Kältemittelfluid-Austritts-Leitung und eine Kühlmittelfluid-/Kältemittelfluid-Eintritts-Leitung umfassen, wobei der Kühlmittelfluid-/Kältemittelfluid-Austritts-Anschluss stromabwärts und der Kühlmittelfluid-/Kältemittelfluid-Eintritts-Anschluss stromaufwärts des Wärmetauschers des Kühlmittelfluid-/Kältemittelfluid-Kreislaufs angeordnet und mit dem Kühlmittelfluid-/Kältemittelfluid-Kreislauf verbunden sind, und zwischen dem Kühlmittelfluid-/Kältemittelfluid-Kreislauf, dem Kühlmittelfluid-/Kältemittelfluid-Austritts-Anschluss, dem Kühlmittelfluid-/Kältemittelfluid-Eintritts-Anschluss, der Kühlmittelfluid-/Kältemittelfluid-Austritts-Leitung und der Kühlmittelfluid-/Kältemittelfluid-Eintritts-Leitung eine fluidische Verbindung herstellbar ist.
  • Hierbei können die Mittel zum Übertragen von Wärme weiter jeweils ein steuerbares 3-Wege-Ventil bei dem Kühlmittelfluid-/Kältemittelfluid-Austritts-Anschluss und dem Kühlmittelfluid-/Kältemittelfluid-Eintritts-Anschluss und eine Steuereinrichtung zum Steuern der beiden 3-Wege-Ventile aufweisen.
  • Von der vorliegenden Erfindung umfasst ist auch ein System aus dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug oder einem seiner vorteilhaften Weiterbildungen und Ausgestaltungen und einem fahrzeugexternen Warmwassersystem, wobei das fahrzeugexterne Warmwassersystem
    • – einen Fluid-Eintritts-Anschluss, eine Fluid-Eintritts-Leitung, einen Fluid-Austritts-Anschluss und eine Fluid-Austritts-Leitung aufweist, zwischen denen eine fluidische Verbindung vorgesehen ist, wobei der Fluid-Eintritts-Anschluss mit dem fahrzeugseitigen Fluid-Austritts-Anschluss und der Fluid-Austritts-Anschluss mit dem fahrzeugseitigen Fluid-Eintritts-Anschluss koppelbar ist, oder
    • – einen Kühlmittelfluid-/Kältemittelfluid-Eintritts-Anschluss, eine Kühlmittelfluid-/Kältemittelfluid-Eintritts-Leitung, einen Kühlmittelfluid-/Kältemittelfluid-Austritts-Anschluss, eine Kühlmittelfluid-/Kältemittelfluid-Austritts-Leitung und einen zwischen der Kühlmittelfluid-/Kältemittelfluid-Eintritts-Leitung und der Kühlmittelfluid-/Kältemittelfluid-Austritts-Leitung angeordneten Wärmetauscher aufweist, wobei zwischen dem Kühlmittelfluid-/Kältemittelfluid-Eintritts-Anschluss, der Kühlmittelfluid-/Kältemittelfluid-Eintritts-Leitung, dem Kühlmittelfluid-/Kältemittelfluid-Austritts-Anschluss, der Kühlmittelfluid-/Kältemittelfluid-Austritts-Leitung und dem Wärmetauscher eine fluidische Verbindung vorgesehen ist, der Kühlmittelfluid-/Kältemittelfluid-Eintritts-Anschluss mit der fahrzeugseitigen Kühlmittelfluid-/Kältemittelfluid-Austritts-Leitung koppelbar ist und der Kühlmittelfluid-/Kältemittelfluid-Austritts-Anschluss mit der fahrzeugseitigen Kühlmittelfluid-/Kältemittelfluid-Eintritts-Leitung koppelbar ist.
  • Bei dem System kann in vorteilhafter Weise das fahrzeugexterne Warmwassersystem zur Erwärmung von Wasser dienen, wobei vorgesehen ist, dass
    • – Wasser als Fluid des fahrzeugexternen Warmwassersystems durch die fahrzeugseitigen Mittel zum Übertragen von Wärme strömt und hierdurch erwärmt wird, oder
    • – Kühlmittelfluid oder Kältemittelfluid mittels eines Wärmetauschers des fahrzeugexternen Warmwassersystems Wärme an Wasser abgibt und es hierdurch erwärmt wird.
  • In vorteilhafter Weise kann das fahrzeugexterne Warmwassersystem zur Versorgung eines Gebäudes mit warmer Wasser zu Heizzwecken und/oder zur Warmwasserversorgung vorgesehen sein.
  • Von der vorliegenden Erfindung umfasst ist auch ein Verfahren zum Übertragen von beim Laden einer Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs entstehender Wärme auf ein fahrzeugexternes Warmwassersystem, umfassend die Schritte
    • – Bereitstellen eines erfindungsgemäßen Systems oder eines seiner vorteilhaften Weiterbildungen oder Ausgestaltungen,
    • – Verbinden der fahrzeugseitigen Austritts- und Eintritts-Anschlüsse mit den Eintritts- und Austritts-Anschlüssen des fahrzeugexternen Warmwassersystems, und
    • – Aufladen der Traktionsbatterie.
  • Von der vorliegenden Erfindung umfasst sind auch alle weiteren Verfahren, deren vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen, die sich für einen Fachmann aus der Beschreibung des Kraftfahrzeugs, den auf das Kraftfahrzeug gerichteten Ansprüchen, der Beschreibung des Systems, den auf das Systems gerichteten Ansprüchen, der Beschreibung des fahrzeugexternen Warmwassersystems, der Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen und Beispielen, den Figuren und der Figurenbeschreibung ohne weiteres ergeben.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
  • Dabei zeigen:
  • 1 ein erstes schematisches und nicht maßstabsgerechtes Beispiel eines Systems gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 2 ein zweites schematisches und nicht maßstabsgerechtes Beispiel eines Systems gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
  • Die in den Figuren gezeigte Anordnung der einzelnen Elemente ist rein beispielhaft zu verstehen. So kann etwa der elektrische Antriebsmotor 2, die Traktionsbatterie 3 und/oder die Anschlüsse 7, 8, 19, 20 auch an anderer Stelle im Kraftfahrzeug 1 (bei dem es sich um eines mit einem (teil-)elektrischen Antriebsstrang handelt, etwa ein reines Elektrofahrzeug, ein Plug-In-Hybridfahrzeug oder ein serielles Hybridfahrzeug) angeordnet sein.
  • Auch bestehen bezüglich der technischen Ausgestaltung der einzelnen Elemente keine besonderen Einschränkungen, so lange die Erfüllung der sich erfindungsgemäß gestellten Aufgabe durch die jeweilige Ausgestaltung nicht verhindert wird. So kann etwa die Ladeeinrichtung ohne besondere Einschränkung eine kabelgebundene und/oder eine induktive Ladeeinrichtung sein, kann als Traktionsbatterie nicht nur eine Lithium-Ionen-Batterien vorgesehen sein, sondern jede andere derzeit oder zukünftig für derartige Zwecke geeignete Batterie, können alle geeigneten Wärmetauscher (bspw. Plattenwärmetauscher, Spiralwärmetauscher, Rohrbündelwärmetauscher, etc.) verwendet werden, etc.
  • In den Figuren sind lediglich der Übersichtlichkeit halber die zwischen den gezeigten Elementen erforderlichen Verbindungen (etwa zwischen der Ladeeinrichtung 4 und der Traktionsbatterie 3, zwischen dem elektrischen Antriebsmotor 2 und der Traktionsbatterie 3, zwischen den 3-Wege-Ventilen 23, 23' und dem Steuergerät 24, etc.) nicht dargestellt. Ebenfalls nicht dargestellt und in der folgenden Beschreibung auch nicht explizit erwähnt sind erforderliche oder vorteilhafte Sensoren (etwa Temperatursensoren), Pumpen, Steuer- und Regeleinrichtungen, Kommunikationseinrichtungen, etc. sowie deren Verwendung bei der Steuerung und Regelung etwa eines Ladevorgangs einer Traktionsbatterie 3 und/oder der Zirkulation des Fluids, des Kühl- oder Kältemittelfluids. Derartige Einrichtungen und deren Verwendung sind dem Fachmann aufgrund seines allgemeinen Fachwissens bekannt und können selbstverständlich im Rahmen der vorliegenden Anmeldung Verwendung finden.
  • Wie in 1 gezeigt ist, weist das Kraftfahrzeug 1 gemäß der vorliegenden Erfindung einen elektrischen Antriebsmotor 2, eine Traktionsbatterie 3 zum Antrieb des elektrischen Antriebsmotors 2, eine Ladeeinrichtung 4 zum Laden der Traktionsbatterie 3 und eine Kühleinrichtung 5 insbesondere zum Kühlen der Traktionsbatterie 3 auf. Derartige Kraftfahrzeuge (Elektrofahrzeuge) sind aus dem Stand der Technik bekannt.
  • Das Kraftfahrzeug 1 zeichnet sich dadurch aus, dass es weiter Mittel zum Übertragen von Wärme, die beim Ladevorgang der Traktionsbatterie 3 entsteht, auf ein fahrzeugexternes Warmwassersystem 6 aufweist.
  • Unter „Fluid” ist im Rahmen der vorliegenden Anmeldung ein Gas oder eine Flüssigkeit zu verstehen, wobei das Gas oder die Flüssigkeit ohne jede Einschränkung ein oder mehrere Elemente, eine oder mehrere Verbindungen sowie Mischungen davon aufweisen kann. Beispiele für Fluide sind etwa Wasser, Wasser mit Frostschutzmittel und/oder Korrosionsschutzmittel, flüssiges oder gasförmiges Kühlmittel, flüssiges oder gasförmiges Kältemittel.
  • Soweit in der vorliegenden Anmeldung von einem Kühlmittelfluid oder Kältemittelfluid gesprochen wird, handelt es sich dabei um ein Fluid, das üblicherweise als Kühlmittel oder Kältemittel Verwendung findet. Gasförmige oder flüssige Fluide, die sowohl als „normales” Fluid als auch als Kühlmittelfluid oder Kältemittelfluid bekannt sind, können gemäß der vorliegenden Erfindung wahlweise als Fluid, Kühlmittelfluid oder Kältemittelfluid verwendet werden. Bspw. kann Wasser (mit und ohne Zusätze) gemäß der vorliegenden Erfindung sowohl als „Fluid” als auch als Kühlmittelfluid oder Kältemittelfluid Verwendung finden.
  • Bei dem fahrzeugexternen Warmwassersystem 6 kann es sich bspw. um ein immobiles Warmwassersystem 6 handeln, das etwa zur Versorgung eines Gebäudes mit warmem Wasser zu Heizzwecken und/oder zur Warmwasserversorgung dient.
  • Bei dem Wasser-Reservoir 30 handelt es sich um eine optionale Komponente des fahrzeugexternen Warmwassersystems 6.
  • Im nachfolgenden werden anhand der 1 und 2 zwei exemplarische Beispiele für eine mögliche Ausgestaltung eines Systems aus Kraftfahrzeug 1 und fahrzeugexternem Warmwassersystem 6 erläutert. Die vorliegende Erfindung ist selbstverständlich nicht auf diese beiden Beispiele beschränkt und es sind weitere, sich für einen Fachmann ohne weiteres ergebende Ausgestaltungen und Variationen der erläuterten Systeme, des Kraftfahrzeugs 1 und des fahrzeugexternen Warmwassersystems 6 von der vorliegenden Erfindung umfasst.
  • 1 zeigt ein vergleichsweise einfaches Beispiel eines Systems aus Kraftfahrzeug 1 und fahrzeugexternem Warmwassersystem 6, bei dem die Mittel zum Übertragen von Wärme einen Fluid-Austritts-Anschluss 7, einen Fluid-Eintritts-Anschluss 8, eine Fluid-Austritts-Leitung 9, eine Fluid-Eintritts-Leitung 10 und einen Wärmetauscher 11 aufweisen. Zwischen dem Fluid-Austritts-Anschluss 7, der Fluid-Austritts-Leitung 9, dem Wärmetauscher 11, der Fluid-Eintritts-Leitung 10 und dem Fluid-Eintritts-Anschluss 8 besteht eine fluidische Verbindung, also eine Verbindung, durch die Fluid strömen kann.
  • Der fahrzeugseitige Wärmetauscher 11 dient zur Aufnahme der bei einem Ladevorgang der Traktionsbatterie 3 entstehenden Abwärme und ist bevorzugt benachbart zu der Traktionsbatterie 3 angeordnet. Der Fluid-Austritts-Anschluss 7, die Fluid-Austritts-Leitung 9, der Wärmetauscher 11, die Fluid-Eintritts-Leitung 10 und der Fluid-Eintritts-Anschluss 8 sind zum Durchströmen eines Fluids des fahrzeugexternen Warmwassersystems 6 vorgesehen.
  • Somit kann in einem derartigen System als Fluid unmittelbar ein etwa zu Heizzwecken vorgesehenes Fluid (etwa Wasser, gegebenenfalls versetzt mit Korrosionsschutzmittel und/oder Frostschutzmittel) bei einem Ladevorgang einer Traktionsbatterie 3 zirkulieren und es kann unmittelbar von dem Wärmetauscher 11 hierbei entstehende Wärme auf das Fluid übertragen werden. Die Kühleinrichtung 5 des Kraftfahrzeugs 1 kann hierbei entweder vollkommen inaktiv sein, oder nur dann aktiviert werden, wenn durch die Mittel zum Übertragen von Wärme und das durch sie hindurchströmende Fluid keine ausreichende Wärmemenge pro Zeiteinheit abgeführt werden kann.
  • Daneben kann als Fluid, das durch die Mittel zur Übertragung von Wärme strömt selbstverständlich auch ein Kühlmittelfluid oder ein Kältemittelfluid verwendet werden, wobei dann entsprechende Einrichtungen zur Übertragung der vom Kühlmittelfluid oder Kältemittelfluid aufgenommenen Wärme an das Wasser des Warmwassersystems 6 vorgesehen sein müssen. Hierbei kann das fahrzeugexterne Warmwassersystem 6 eine in 2 gezeigte Ausgestaltung aufweisen.
  • Eine Ausgestaltung des fahrzeugexternen Warmwassersystem 6, bei der das Wasser des Warmwassersystems 6 vom Wärme transportierenden Fluid, Kühlmittelfluid oder Kältemittelfluid räumlich getrennt ist, ist insbesondere bevorzugt, wenn das fahrzeugexterne Warmwassersystem 6 zur Trinkwasserversorgung dient.
  • Bei dem in 2 gezeigten Beispiel eines Systems gemäß der vorliegenden Erfindung weist die fahrzeugseitige Kühleinrichtung 5 einen Kühlmittelfluid-/Kältemittelfluid-Kreislauf 16 mit einem Wärmetauscher 17 und einem Kühler 18 auf, wobei der Kühler einen in 2 nicht explizit dargestellten Lüfter aufweisen kann.
  • Die Mittel zum Übertragen von Wärme sind gemäß diesem Beispiel derart ausgestaltet, dass sie einen Kühlmittelfluid-/Kältemittelfluid-Austritts-Anschluss 19, einen Kühlmittelfluid-/Kältemittelfluid-Eintritts-Anschluss 20, eine Kühlmittelfluid-/Kältemittelfluid-Austritts-Leitung 21 und eine Kühlmittelfluid-/Kältemittelfluid-Eintritts-Leitung 22 umfassen, wobei die Kühlmittelfluid-/Kältemittelfluid-Austritts-Leitung 21 stromabwärts und die Kühlmittelfluid-/Kältemittelfluid-Eintritts-Leitung 22 stromaufwärts des Wärmetauschers 17 des Kühlmittelfluid-/Kältemittelfluid-Kreislaufs 16 angeordnet und mit dem Kühlmittelfluid-/Kältemittelfluid-Kreislauf 16 verbunden sind, und zwischen dem Kühlmittelfluid-/Kältemittelfluid-Kreislauf 16, dem Kühlmittelfluid-/Kältemittelfluid-Austritts-Anschluss 19, dem Kühlmittelfluid-/Kältemittelfluid-Eintritts-Anschluss 20, der Kühlmittelfluid-/Kältemittelfluid-Austritts-Leitung 21 und der Kühlmittelfluid-/Kältemittelfluid-Eintritts-Leitung 22 eine fluidische Verbindung herstellbar ist.
  • Das fahrzeugexterne Warmwassersystem 6 weist gemäß dem in 2 gezeigten Beispiel einen Kühlmittelfluid-/Kältemittelfluid-Eintritts-Anschluss 25, eine Kühlmittelfluid-/Kältemittelfluid-Eintritts-Leitung 26, einen Kühlmittelfluid-/Kältemittelfluid-Austritts-Anschluss 27, eine Kühlmittelfluid-/Kältemittelfluid-Austritts-Leitung 28 und einen zwischen der Kühlmittelfluid-/Kältemittelfluid-Eintritts-Leitung 26 und der Kühlmittelfluid-/Kältemittelfluid-Austritts-Leitung 28 angeordneten Wärmetauscher 29 auf, wobei zwischen dem Kühlmittelfluid-/Kältemittelfluid-Eintritts-Anschluss 25, der Kühlmittelfluid-/Kältemittelfluid-Eintritts-Leitung 26, dem Kühlmittelfluid-/Kältemittelfluid-Austritts-Anschluss 27, der Kühlmittelfluid-/Kältemittelfluid-Austritts-Leitung 28 und dem Wärmetauscher 29 eine fluidische Verbindung vorgesehen ist, der Kühlmittelfluid-/Kältemittelfluid-Eintritts-Anschluss 25 mit dem fahrzeugseitigen Kühlmittelfluid-/Kältemittelfluid-Austritts-Anschluss 19 koppelbar ist und der Kühlmittelfluid-/Kältemittelfluid-Austritts-Anschluss 27 mit dem fahrzeugseitigen Kühlmittelfluid-/Kältemittelfluid-Eintritts-Anschluss 20 koppelbar ist.
  • Soweit in Bezug auf das in 2 gezeigte Beispiel oder ganz allgemein in der vorliegenden Anmeldung die Wortkombination „Kühlmittelfluid-/Kältemittelfluid-...” verwendet wird, so hat diese stets die Bedeutung „Kühlmittelfluid-... oder Kältemittelfluid-...”. Und sofern eine Kühlmittelfluid-Einrichtung auf Seiten des Kraftfahrzeugs 1 vorgesehen ist, die direkt oder indirekt mit dem fahrzeugexternen Warmwassersystem 6 verbunden werden kann, so ist auf Seiten des fahrzeugexternen Warmwassersystems 6 ebenfalls eine Kühlmittelfluid-Einrichtung vorgesehen. In entsprechender Weise ist, sofern eine Kältemittelfluid-Einrichtung auf Seiten des Kraftfahrzeugs 1 vorgesehen ist, auch auf Seiten des fahrzeugexternen Warmwassersystems 6 eine Kältemittelfluid-Einrichtung vorgesehen.
  • Wie in 2 weiter gezeigt ist, können die Mittel zum Übertragen von Wärme weiter jeweils ein steuerbares 3-Wege-Ventil 23, 23' zwischen der Kühlmittelfluid-/Kältemittelfluid-Austritts-Leitung 21 und dem Kühlmittelfluid-/Kältemittelfluid-Kreislauf 16 und zwischen der Kühlmittelfluid-/Kältemittelfluid-Eintritts-Leitung 22 und dem Kühlmittelfluid-/Kältemittelfluid-Kreislauf 16 aufweisen, sowie eine Steuereinrichtung 24 zum Steuern der beiden 3-Wege-Ventile 23, 23'. Hierdurch kann je nach Bedarf gesteuert und/oder geregelt werden, ob Kühlmittelfluid oder Kältemittelfluid auch durch den Kühler 18 der Kühleinrichtung 5 strömt oder nicht, ob also die fahrzeugseitige Kühleinrichtung 5 für eine Ableitung der beim Laden einer Traktionsbatterie 3 entstehenden (Ab)Wärme hinzugezogen wird oder nicht.
  • Das in 2 gezeigte Beispiel ist dann besonders von Vorteil, wenn in einem Wasser-Reservoir 30 (bei dem es sich lediglich um eine optionale Komponente handelt) des fahrzeugexternen Warmwassersystems 6 bspw. Wasser vorhanden ist, das zur Warmwasserversorgung dient, dieses also etwa auch zur Verwendung als Trinkwasser oder zur Speisenzubereitung verwendet werden kann. Bei dem Beispiel gemäß 2 kommt dieses Wasser – anders als bei dem zu 1 beschriebenen Beispiel mit einer Durchströmung des Wassers des Warmwassersystems 6 durch die Mittel zur Übertragung von Wärme – nicht mit anderen Einrichtungen des Systems gemäß der vorliegenden Erfindung in Berührung und es ist hierdurch eine Verunreinigung ausgeschlossen.
  • Bei dem in 2 gezeigten Beispiel kann es erforderlich sein, dass ein gleiches oder miteinander kompatibles Kühlmittelfluid oder Kältemittelfluid sowohl auf Seiten des Kraftfahrzeugs 1 als auch auf Seiten des fahrzeugexternen Warmwassersystems 6 verwendet wird.
  • Selbstverständlich können bei den fahrzeugexternen Warmwassersystems 6 gemäß der vorliegenden Erfindung noch weitere Einrichtungen vorgesehen sein, etwa eine Wärmepumpe zur Erhöhung der Temperatur des eintretenden Fluids, Kühl- oder Kältemittelfluids, oder ein Kompressor zur Komprimierung von gasförmigem Kältemittelfluid (Kältezyklus).
  • Bei den fahrzeugseitigen Anschlüssen 7, 8, 19, 20 und den Anschlüssen 12, 14, 25, 27 des fahrzeugexternen Warmwassersystems 6 handelt es sich bevorzugt flüssigkeits- oder gasdichte Schnellverschlüsse, mit denen auf einfache und rasche Weise eine Verbindung zwischen den jeweiligen Anschlüssen hergestellt werden kann. Die Leitungen 9, 10, 13, 15, 21, 22, 26, 28 sind jeweils aus einem geeigneten Material hergestellt und können bspw. in Form von vergleichsweise starren Rohrleitungen oder in Form von elastischen Schläuchen ausgebildet sein.
  • Soweit in der vorliegenden Anmeldung davon gesprochen wird, dass das Kraftfahrzeug 1, das fahrzeugexterne Warmwassersystem 6, das System, etc. „ein” Element, „eine” Einrichtung, etc. aufweist, so ist darunter stets „wenigstens eine” zu verstehen, sofern sich aus dem Kontext der vorliegenden Anmeldung nicht ausdrücklich etwas anderes ergibt. So kann das Kraftfahrzeug 1 bspw. mehrere Traktionsbatterien 3 oder mehrere elektrische Antriebsmotoren 2 aufweisen, kann die Kühleinrichtung 5 mehrere Wärmetauscher aufweisen, etc.
  • Durch die vorliegende Erfindung wird die Nutzung der bei einem Ladevorgang bei einer Traktionsbatterie entstehende Abwärme zur Erwärmung eines Fluids eines fahrzeugexternen Warmwassersystems, etwa einer Einrichtung zur Warmwasseraufbereitung oder eines gebäudeseitigen Warmwasserkreislaufs, durch Kopplung des Kraftfahrzeugs oder des fahrzeugseitigen Kühlkreislaufs mit dem fahrzeugexternen Warmwassersystem ermöglicht. Hierdurch kann die Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs auch in Wohngebieten und während der Nachtzeit mit vergleichsweise großen Ladeströmen geladen werden, ohne dass die aufgrund der thermischem Belastung der Traktionsbatterie abzuführende Wärmemenge durch die Leistungsfähigkeit der fahrzeugseitigen Kühleinrichtung begrenzt würde und/oder ohne dass durch den bei fahrzeugseitigen Kühleinrichtungen regelmäßig vorhandenen und zur Abführung der bei einem Ladevorgang mit vergleichsweise großem Ladestrom entstehenden Abwärme bei einem parkenden Kraftfahrzeug notwendigerweise laufenden Lüfter eine Lärmbelästigung entsteht.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Kraftfahrzeug
    2
    elektrischer Antriebsmotor
    3
    Traktionsbatterie
    4
    Ladeeinrichtung
    5
    Kühleinrichtung
    6
    fahrzeugexternes Warmwassersystem
    7
    fahrzeugseitiger Fluid-Austritts-Anschluss
    8
    fahrzeugseitiger Fluid-Eintritts-Anschluss
    9
    fahrzeugseitige Fluid-Austritts-Leitung
    10
    fahrzeugseitige Fluid-Eintritts-Leitung
    11
    fahrzeugseitiger Wärmetauscher
    12
    Fluid-Eintritts-Anschluss des Warmwassersystems
    13
    Fluid-Eintritts-Leitung des Warmwassersystems
    14
    Fluid-Austritts-Anschluss des Warmwassersystems
    15
    Fluid-Austritts-Leitung des Warmwassersystems
    16
    fahrzeugseitiger Kühlmittelfluid-/Kältemittelfluid-Kreislauf
    17
    Wärmetauscher der Kühleinrichtung
    18
    Kühler der Kühleinrichtung
    19
    fahrzeugseitiger Kühlmittelfluid-/Kältemittelfluid-Austritts-Anschluss
    20
    fahrzeugseitiger Kühlmittelfluid-/Kältemittelfluid-Eintritts-Anschluss
    21
    fahrzeugseitige Kühlmittelfluid-/Kältemittelfluid-Austritts-Leitung
    22
    fahrzeugseitige Kühlmittelfluid-/Kältemittelfluid-Eintritts-Leitung
    23, 23'
    3-Wege-Ventil
    24
    Steuereinrichtung
    25
    Kühlmittelfluid-/Kältemittelfluid-Eintritts-Anschluss des Warmwassersystems
    26
    Kühlmittelfluid-/Kältemittelfluid-Eintritts-Leitung des Warmwassersystems
    27
    Kühlmittelfluid-/Kältemittelfluid-Austritts-Anschluss des Warmwassersystems
    28
    Kühlmittelfluid-/Kältemittelfluid-Austritts-Leitung des Warmwassersystems
    29
    Wärmetauscher des Warmwassersystems
    30
    Wasser-Reservoir des fahrzeugexternen Warmwassersystems
  • 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 102009039839 A1 [0008]

Claims (9)

  1. Kraftfahrzeug (1) mit einem elektrischen Antriebsmotor (2), einer Traktionsbatterie (3) zum Antrieb des elektrischen Antriebsmotors (2), einer Ladeeinrichtung (4) zum Laden der Traktionsbatterie (3) und einer Kühleinrichtung (5) insbesondere zum Kühlen der Traktionsbatterie (3) dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftfahrzeug (1) Mittel zum Übertragen von Wärme, die beim Ladevorgang der Traktionsbatterie (3) entsteht, auf ein fahrzeugexternes Warmwassersystem (6) aufweist.
  2. Kraftfahrzeug (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Übertragen von Wärme einen Fluid-Austritts-Anschluss (7), einen Fluid-Eintritts-Anschluss (8), eine Fluid-Austritts-Leitung (9), eine Fluid-Eintritts-Leitung (10) und einen Wärmetauscher (11) aufweisen, wobei zwischen dem Fluid-Austritts-Anschluss (7), der Fluid-Austritts-Leitung (9), dem Wärmetauscher (11), der Fluid-Eintritts-Leitung (10) und dem Fluid-Eintritts-Anschluss (8) eine fluidische Verbindung vorgesehen ist, der Wärmetauscher (11) zur Aufnahme der bei einem Ladevorgang der Traktionsbatterie (3) entstehende Abwärme dient und der Fluid-Austritts-Anschluss (7), die Fluid-Austritts-Leitung (9), der Wärmetauscher (11), die Fluid-Eintritts-Leitung (10) und der Fluid-Eintritts-Anschluss (8) zum Durchströmen eines Fluids des fahrzeugexternen Warmwassersystems (6) vorgesehen sind.
  3. Kraftfahrzeug (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (11) benachbart zu der Traktionsbatterie (3) angeordnet ist.
  4. Kraftfahrzeug (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung (5) des Kraftfahrzeugs (1) einen Kühlmittelfluid-/Kältemittelfluid-Kreislauf (16) mit einem Wärmetauscher (17) und einem Kühler (18) aufweist und die Mittel zum Übertragen von Wärme einen Kühlmittelfluid-/Kältemittelfluid-Austritts-Anschluss (19), einen Kühlmittelfluid-/Kältemittelfluid-Eintritts-Anschluss (20), eine Kühlmittelfluid-/Kältemittelfluid-Austritts-Leitung (21) und eine Kühlmittelfluid-/Kältemittelfluid-Eintritts-Leitung (22) umfassen, wobei die Kühlmittelfluid-/Kältemittelfluid-Austritts-Leitung (21) stromabwärts und die Kühlmittelfluid-/Kältemittelfluid-Eintritts-Leitung (22) stromaufwärts des Wärmetauschers (17) des Kühlmittelfluid-/Kältemittelfluid-Kreislaufs (16) angeordnet und mit dem Kühlmittelfluid-/Kältemittelfluid-Kreislauf (16) verbunden sind, und zwischen dem Kühlmittelfluid-/Kältemittelfluid-Kreislauf (16), dem Kühlmittelfluid-/Kältemittelfluid-Austritts-Anschluss (19), dem Kühlmittelfluid-/Kältemittelfluid-Eintritts-Anschluss (20), der Kühlmittelfluid-/Kältemittelfluid-Austritts-Leitung (21) und der Kühlmittelfluid-/Kältemittelfluid-Eintritts-Leitung (22) eine fluidische Verbindung herstellbar ist.
  5. Kraftfahrzeug (1) gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Übertragen von Wärme weiter jeweils ein steuerbares 3-Wege-Ventil (23, 23') zwischen der Kühlmittelfluid-/Kältemittelfluid-Austritts-Leitung (21) und dem Kühlmittelfluid-/Kältemittelfluid-Kreislauf (16) und der Kühlmittelfluid-/Kältemittelfluid-Eintritts-Leitung (22) und dem Kühlmittelfluid-/Kältemittelfluid-Kreislauf (16) sowie eine Steuereinrichtung (24) zum Steuern der beiden 3-Wege-Ventile (23, 23') aufweist.
  6. System aus Kraftfahrzeug (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 und einem fahrzeugexternen Warmwassersystem (6), wobei das fahrzeugexterne Warmwassersystem (6) – einen Fluid-Eintritts-Anschluss (12), eine Fluid-Eintritts-Leitung (13), einen Fluid-Austritts-Anschluss (14) und eine Fluid-Austritts-Leitung (15) aufweist, zwischen denen eine fluidische Verbindung vorgesehen ist, wobei der Fluid-Eintritts-Anschluss (12) mit dem fahrzeugseitigen Fluid-Austritts-Anschluss (7) und der Fluid-Austritts-Anschluss (14) mit dem fahrzeugseitigen Fluid-Eintritts-Anschluss (8) koppelbar ist, oder – einen Kühlmittelfluid-/Kältemittelfluid-Eintritts-Anschluss (25), eine Kühlmittelfluid-/Kältemittelfluid-Eintritts-Leitung (26), einen Kühlmittelfluid-/Kältemittelfluid-Austritts-Anschluss (27), eine Kühlmittelfluid-/Kältemittelfluid-Austritts-Leitung (28) und einen zwischen der Kühlmittelfluid-/Kältemittelfluid-Eintritts-Leitung (26) und der Kühlmittelfluid-/Kältemittelfluid-Austritts-Leitung (28) angeordneten Wärmetauscher (29) aufweist, wobei zwischen dem Kühlmittelfluid-/Kältemittelfluid-Eintritts-Anschluss (25), der Kühlmittelfluid-/Kältemittelfluid-Eintritts-Leitung (26), dem Kühlmittelfluid-/Kältemittelfluid-Austritts-Anschluss (27), der Kühlmittelfluid-/Kältemittelfluid-Austritts-Leitung (28) und dem Wärmetauscher (29) eine fluidische Verbindung vorgesehen ist, der Kühlmittelfluid-/Kältemittelfluid-Eintritts-Anschluss (25) mit dem fahrzeugseitigen Kühlmittelfluid-/Kältemittelfluid-Austritts-Anschluss (19) koppelbar ist und der Kühlmittelfluid-/Kältemittelfluid-Austritts-Anschluss (27) mit dem fahrzeugseitigen Kühlmittelfluid-/Kältemittelfluid-Eintritts-Anschluss (20) koppelbar ist.
  7. System gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das fahrzeugexterne Warmwassersystem (6) zur Erwärmung von Wasser dient, wobei vorgesehen ist, dass – Wasser als Fluid des fahrzeugexternen Warmwassersystems (6) durch die fahrzeugseitigen Mittel zum Übertragen von Wärme strömt und hierdurch erwärmt wird, oder – Kühlmittelfluid oder Kältemittelfluid mittels eines Wärmetauschers (29) des fahrzeugexternen Warmwassersystems (6) Wärme an Wasser abgibt und es hierdurch erwärmt wird.
  8. System gemäß Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das fahrzeugexterne Warmwassersystem (6) zur Versorgung eines Gebäudes mit warmen Wasser zu Heizzwecken und/oder zur Warmwasserversorgung dient.
  9. Verfahren zum Übertragen von beim Laden einer Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs entstehender Wärme auf ein fahrzeugexternes Warmwassersystem, umfassend die Schritte – Bereitstellen eines Systems gemäß einem der Ansprüche 6 bis 8, – Verbinden der fahrzeugseitigen Austritts- und Eintritts-Anschlüsse mit den Eintritts- und Austritts-Anschlüssen des fahrzeugexternen Warmwassersystems, und – Aufladen der Traktionsbatterie.
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