DE102020003813A1 - vehicle - Google Patents

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Klaus-Dieter Haag
Alexander Ohm
Michael Schliep
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug, umfassend eine Batterie (3) zum Antrieb des Fahrzeuges (1) und einen PCM-Wärmespeicher (9, 35) als Klimabatterie. Bei einem Fahrzeug, dessen Reichweite bei gleichzeitiger zuverlässiger Klimaregulierung des Fahrzeuginnenraumes optimiert wird, erstreckt sich die Batterie (3) zum Antrieb des Fahrzeuges (1) flächig entlang eines Bodens (5) einer Fahrzeugkabine (7), wobei der PCM-Wärmespeicher (9, 35) flächig oberhalb der Batterie (3) zu dieser angeordnet ist und einen im Wesentlichen parallel zur Batterie (3) und dem PCM-Wärmespeicher (9, 35) flächig angeordneten, durchlüftbaren Luftkanal (25) bildetThe invention relates to a vehicle, comprising a battery (3) for driving the vehicle (1) and a PCM heat storage device (9, 35) as an air conditioning battery. In the case of a vehicle whose range is optimized with simultaneous reliable climate regulation of the vehicle interior, the battery (3) for driving the vehicle (1) extends flat along a floor (5) of a vehicle cabin (7), the PCM heat storage device (9, 35) is arranged flat above the battery (3) and forms an air duct (25) which can be ventilated substantially parallel to the battery (3) and the PCM heat accumulator (9, 35)

Description

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug, umfassend eine Batterie zum Antrieb des Fahrzeuges und einen PCM-Wärmespeicher als Klimabatterie .The invention relates to a vehicle, comprising a battery for driving the vehicle and a PCM heat storage device as an air conditioning battery.

Hochvoltbatterien, die zum Antrieb von Elektrofahrzeugen genutzt werden, haben nicht nur einen Einfluss auf die Reichweite des Fahrzeuges, sondern sind auch für das Klima in der Fahrzeugkabine verantwortlich. Je mehr Energie die Hochvoltbatterie für die Klimaregulierung bereitstellen muss, umso kürzer wird die Reichweite des Fahrzeuges.High-voltage batteries that are used to drive electric vehicles not only have an influence on the range of the vehicle, but are also responsible for the climate in the vehicle cabin. The more energy the high-voltage battery has to provide for climate control, the shorter the range of the vehicle.

Aus der DE 10 2014 017 989 A1 ist eine Hochvoltbatterieanordnung mit einem Latentwärmespeicher für ein Kraftfahrzeug bekannt. Das PCM-Material des Latentwärmespeichers ermöglicht eine verbesserte Batteriekapazität über eine besser temperierte Batterie.
Allerdings treten bei langen Transportwegen Speicherwärmeverluste auf.From the DE 10 2014 017 989 A1 a high-voltage battery arrangement with a latent heat storage device for a motor vehicle is known. The PCM material of the latent heat storage enables an improved battery capacity via a better temperature battery.
However, storage heat losses occur with long transport routes.

Darüber hinaus ist es bekannt, einen PCM-Wärmespeicher als Klimabatterie zu nutzen.It is also known to use a PCM heat storage unit as an air conditioning battery.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Fahrzeug anzugeben, dessen Reichweite bei gleichzeitiger zuverlässiger Klimaregulierung des Fahrzeuginnenraumes optimiert wird.The object of the invention is to specify a vehicle whose range is optimized with simultaneous reliable climate regulation of the vehicle interior.

Die Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, sowie der Erläuterung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren dargestellt sind.The invention results from the features of the independent claims. The dependent claims relate to advantageous developments and refinements. Further features, possible applications and advantages of the invention emerge from the following description and the explanation of exemplary embodiments of the invention which are shown in the figures.

Die Aufgabe ist mit einem Fahrzeug dadurch gelöst, dass sich die Batterie zum Antrieb des Fahrzeuges flächig entlang eines Bodens einer Fahrzeugkabine erstreckt, wobei der PCM-Wärmespeicher flächig oberhalb der Batterie zu dieser angeordnet ist und einen im Wesentlichen parallel zur Batterie und dem PCM-Wärmespeicher flächig angeordneten, durchlüftbaren Luftkanal bildet. Durch eine solche Positionierung der Batterie als auch des PCM-Wärmespeichers treten über lange Transportwege kaum Speicherwärmeverluste auf, so dass sowohl eine Klimatisierung des Fahrzeugkabine als auch eine Erhöhung der Reichweite des Fahrzeuges möglich ist, da durch den Luftkanal bei der Fahrzeugbeheizung Energie eingespart wird.The object is achieved with a vehicle in that the battery for driving the vehicle extends flat along the floor of a vehicle cabin, the PCM heat storage being arranged flat above the battery and one essentially parallel to the battery and the PCM heat storage Forms planar, ventilated air duct. Such positioning of the battery and the PCM heat storage means that there is hardly any storage heat loss over long transport routes, so that both air conditioning of the vehicle cabin and an increase in the range of the vehicle are possible, since energy is saved through the air duct when heating the vehicle.

Vorteilhafterweise ist die Batterie in den Boden der Fahrzeugkabine integriert. Durch diese kompakte Ausbildung wird weniger Bauraum benötigt und gleichzeitig ein direkter Kontakt zur Erwärmung der Fahrzeugkabine hergestellt.The battery is advantageously integrated into the floor of the vehicle cabin. This compact design means that less installation space is required and, at the same time, direct contact is made for heating the vehicle cabin.

In einer Ausgestaltung ist der Boden der Fahrzeugkabine zur luftseitigen Verbindung mit dem Luftkanal perforiert. Dadurch kann die vom PCM-Wärmespeicher erwärmte Luft ungehindert in die Fahrzeugkabine eintreten.In one embodiment, the floor of the vehicle cabin is perforated for the air-side connection to the air duct. As a result, the air heated by the PCM heat accumulator can enter the vehicle cabin unhindered.

In einer Variante ist der PCM-Wärmespeicher von einem mit einer Stromquelle verbundenen Heizdraht durchzogen. Diese Ausbildung ermöglicht eine kontinuierliche Aufrechterhaltung des Wärmespeicherzustandes des PCM-Wärmespeichers.In one variant, a heating wire connected to a power source runs through the PCM heat store. This design enables the heat storage state of the PCM heat store to be maintained continuously.

In einer Ausführungsform weist das PCM-Material des PCM-Wärmespeichers in einer Ebene ausgebildete, Durchlüftungskanäle bildende, streifenförmige PCM-Zellen auf, durch welche der Heizdraht mäanderförmig verläuft. Die zahlreichen Durchlüftungskanäle erlauben einen guten Wärmetransport von dem PCM-Wärmespeicher in die Fahrzeugkabine durch die in den Durchlüftungskanälen zirkulierende Luft.In one embodiment, the PCM material of the PCM heat storage device has strip-shaped PCM cells which are formed in one plane and form ventilation channels, through which the heating wire runs in a meandering manner. The numerous ventilation channels allow good heat transport from the PCM heat storage device into the vehicle cabin through the air circulating in the ventilation channels.

Es ist von Vorteil, wenn der PCM-Wärmespeicher mehrere Peltierelemente aufweist, die in einer Reihenschaltung an die externe Stromquelle angeschlossen sind. Mittels diesen Peltierelementen wird das PCM-Material des PCM-Wärmespeichers zuverlässig aufgeladen.It is advantageous if the PCM heat store has several Peltier elements that are connected in series to the external power source. The PCM material of the PCM heat storage device is reliably charged by means of these Peltier elements.

In einer weiteren Ausgestaltung sind die Peltierelemente zwischen Sommer- und Winterbetrieb umschaltbar. Durch Umkehr der Stromrichtung können die Peltierelemente entweder zum Heizen oder zum Kühlen genutzt werden, so dass, je nach aktueller Jahreszeit, Kälte oder Wärme in dem PCM-Wärmespeicher gespeichert und mit der Fahrzeugkabine ausgetauscht werden kann.In a further embodiment, the Peltier elements can be switched between summer and winter operation. By reversing the direction of the current, the Peltier elements can either be used for heating or cooling, so that, depending on the current season, cold or heat can be stored in the PCM heat storage and exchanged with the vehicle cabin.

In einer weiteren Variante erfolgt die Luftzirkulation in dem PCM-Wärmespeicher und/oder von dem PCM-Wärmespeicher zu der Fahrzeugkabine durch einen Belüfter. Dieser Belüfter kann Luft aus der Fahrzeugkabine oder Frischluft von außen ansaugen und in die Luftkanäle zur Luftzirkulation in dem PCM-Wärmespeicher einspeisen.In a further variant, the air is circulated in the PCM heat store and / or from the PCM heat store to the vehicle cabin by means of an aerator. This ventilator can suck in air from the vehicle cabin or fresh air from the outside and feed it into the air ducts for air circulation in the PCM heat accumulator.

In einer weiteren Ausführungsform ist eine Motorhaube als Energieabsorber verwendbar, welcher zur Weiterleitung der unter der Motorhaube gesammelten Warmluft über ein Belüftungssystem mit dem PCM-Wärmespeicher verbunden ist. Somit werden die in Umgebung des Fahrzeuges vorhandenen Energieresourcen, wie Sonne und Außentemperaturen zum Betreiben der Klimabatterie genutzt.In a further embodiment, an engine hood can be used as an energy absorber, which is connected to the PCM heat storage device via a ventilation system in order to pass on the warm air collected under the engine hood. In this way, the energy resources around the vehicle, such as the sun and outside temperatures, are used to operate the air conditioning battery.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der - gegebenenfalls unter Bezug auf die Zeichnung - zumindest ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Beschriebene und/oder bildlich dargestellte Merkmale können für sich oder in beliebiger, sinnvoller Kombination den Gegenstand der Erfindung bilden, gegebenenfalls auch unabhängig von den Ansprüchen, und können insbesondere zusätzlich auch Gegenstand einer oder mehrerer separater Anmeldung/en sein. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.Further advantages, features and details emerge from the following description, in which - optionally with reference to the drawing - at least one embodiment is described in detail. Described and / or graphically represented features can form the subject matter of the invention individually or in any meaningful combination, optionally also independently of the claims, and in particular can also be the subject matter of one or more separate applications. Identical, similar and / or functionally identical parts are provided with the same reference symbols.

Es zeigen:

  • 1 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Fahrzeuges,
  • 2 ein erstes Ausführungsbeispiel des PCM-Wärmespeichers,
  • 3 ein zweites Ausführungsbeispiel des PCM-Wärmespeichers,
  • 4 ein Ausführungsbeispiel zur Anbindung einer Motorhaube an den PCM-Wärmespeicher.
Show it:
  • 1 an embodiment of the vehicle according to the invention,
  • 2 a first embodiment of the PCM heat storage,
  • 3 a second embodiment of the PCM heat storage,
  • 4th an embodiment for connecting a hood to the PCM heat storage.

In 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Fahrzeuges dargestellt. Bei diesem Fahrzeug 1 handelt es sich um ein Elektrofahrzeug, bei welchem die Energie zum Antrieb des Fahrzeuges durch eine Hochvoltbatterie 3 bereitgestellt wird. Die Hochvoltbatterie 3 ist entlang eines Bodens 5 einer Fahrzeugkabine 7, in welcher die Fahrgäste Platz nehmen, flächig ausgebildet. Oberhalb der Hockvoltbatterie 3 ist ebenfalls flächig ein PCM- (Phase-Change-Material) Wärmespeicher 9 angeordnet, welcher mit einem Belüfter 11 zum Ansaugen von Frischluft von außen oder Umluft aus der Fahrzeugkabine 7 verbunden ist. Der Boden 5 der Fahrzeugkabine 7 ist im Bereich der Fahrzeugsitze 13, 15 zur Energieabgabe der Luft, welche aus dem PCM-Wärmespeicher 9 austritt, perforiert.In 1 an embodiment of a vehicle according to the invention is shown. With this vehicle 1 it is an electric vehicle in which the energy to drive the vehicle is provided by a high-voltage battery 3 provided. The high-voltage battery 3 is along a floor 5 a vehicle cabin 7th , in which the passengers take a seat, designed flat. Above the high-voltage battery 3 is also a flat PCM (phase change material) heat storage 9 arranged, which with an aerator 11 for drawing in fresh air from outside or circulating air from the vehicle cabin 7th connected is. The floor 5 the vehicle cabin 7th is in the area of the vehicle seats 13th , 15th for the energy output of the air, which comes from the PCM heat storage 9 outlet, perforated.

Der PCM-Wärmespeicher 9 bildet auf Grund der Befüllung mit PCM-Material zur Energiespeicherung eine Klimabatterie. 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel des PCM-Wärmespeichers 9. Das PCM-Material ist in PCM-Zellen 17 unterteilt, die streifenförmig ausgebildet und parallel und zueinander beabstandet angeordnet sind. Durch den Abstand zwischen den einzelnen PCM-Zellen 17 werden Durchlüftungskanale 19 geschaffen, in welchen die durch den Belüfter 11 in den Luftkanal 21 des PCM-Wärmespeichers 9 angesaugte Luft 23 zirkuliert. Dabei geben die PCM-Zellen 17 Energie an die Luft 23 ab, die in einem weiteren Luftkanal 25, welcher an den, dem ersten Luftkanal 21 abgewandten Enden der PCM-Zellen 17 ausgebildet ist, gesammelt wird und über einen Luftdurchlass 27, wie beispielsweise der Perforation im Boden 5 der Fahrzeugkabine 7, an diese ausgegeben wird. Um immer ausreichend Wärme in den PCM-Zellen 17 zu speichern, werden diese von einem mäanderförmigen Heizdraht 29 durchsetzt, der mit einer externen Stromquelle 31 verbunden ist. Der Stromfluss durch den Heizdraht 29 führt zur Erwärmung der PCM-Zellen 17. Diese Wärme wird in den PCM-Zellen 17 gespeichert und durch die an der Oberfläche der PCM-Zellen 17 zirkulierende Luft 23 wieder abgeführt. Zum Besseren Wärmeaustausch sind die Oberflächen der PCM-Zellen von Metall 33, vorzugsweise Kupferdraht, durchzogen.The PCM heat storage 9 Forms a climate battery due to the filling with PCM material for energy storage. 2 shows a first embodiment of the PCM heat store 9 . The PCM material is in PCM cells 17th divided, which are strip-shaped and are arranged parallel and spaced from one another. By the distance between the individual PCM cells 17th become ventilation ducts 19th created in which the by the aerator 11 in the air duct 21st of the PCM heat storage 9 sucked in air 23 circulates. The PCM cells give 17th Energy in the air 23 off that in another air duct 25 , which one to the, the first air duct 21st remote ends of the PCM cells 17th is formed, is collected and via an air passage 27 such as the perforation in the floor 5 the vehicle cabin 7th , is issued to this. To always have enough heat in the PCM cells 17th to save, these are held by a meandering heating wire 29 interspersed with an external power source 31 connected is. The current flow through the heating wire 29 leads to warming of the PCM cells 17th . This heat is in the PCM cells 17th stored and carried on the surface of the PCM cells 17th circulating air 23 discharged again. For better heat exchange, the surfaces of the PCM cells are made of metal 33 , preferably copper wire.

Ein zweites Ausführungsbeispiel des PCM-Wärmespeichers 35 ist in Fig, 3 dargestellt. Dieser unterscheidet sich von 2 dadurch, dass anstelle des Heizdrahtes in dem Luftkanal 21 mehrere Peltierelemente 37 beabstandet in Reihe angeordnet sind. Diese Peltierelemente 37 sind in einer Reihenschaltung an die externe Stromquelle 39 angeschlossen. Die von dem Belüfter 11 angesaugte Luft 23 durchströmt hierbei die Peltierelemente 37. Diese Peltierelemente 37 haben den Vorteil, dass sie in der Sommerzeit auf Kaltmodus geschaltet werden können, um so Kälte an die PCM-Zellen 17 abzugeben, die in diesen gespeichert wird und bei Bedarf durch die, durch die PCM-Zellen 17 abgekühlte Luft 23 durch den Luftdurchlass 27 an die Fahrzeugkabine weitergeleitet wird. Bei Umschaltung der Stromrichtung gelangen die Peltierelemente 37 in den Wärmemodus, wo Wärme an die PCM-Zellen 17 abgegeben wird, mit welcher die Fahrzeugkabine beheizt werden kann. Im Sommer wird durch die Peltierelemente 37 die Warmluft und im Winter die Kaltluft nach außen geleitet.A second embodiment of the PCM heat storage 35 is shown in FIG. This is different from 2 in that instead of the heating wire in the air duct 21st several Peltier elements 37 are spaced apart in series. These Peltier elements 37 are connected in series to the external power source 39 connected. The one from the aerator 11 sucked in air 23 flows through the Peltier elements 37 . These Peltier elements 37 have the advantage that they can be switched to cold mode in summer time, so that the PCM cells receive cold 17th which is stored in these and, if necessary, by the PCM cells 17th cooled air 23 through the air outlet 27 is forwarded to the vehicle cabin. When the current direction is switched, the Peltier elements arrive 37 in heat mode, where heat is sent to the PCM cells 17th is issued, with which the vehicle cabin can be heated. In summer, the Peltier elements 37 the warm air and in winter the cold air are directed outside.

Um natürliche Ressourcen zum Erwärmen der PCM-Zellen 17 zu nutzen, kann , wie in 4 gezeigt ist, die Motorhaube 41 als Energieabsorber verwendet werden. Dabei zeigt 4a einen Schnitt durch die Motorhaube 41 und 4b eine Draufsicht Die durch die Sonne erwärmte Hinterlüftung 43 der Motorhaube 41 wird einem Belüftungssystem 45 zugeführt, welches mit dem PCM-Wärmespeicher 9 verbunden ist. Somit wird die Energie der Sonne zum Laden des PCM-Wärmespeichers 9 genutzt, was sowohl während der Fahrt des Fahrzeuges 1 als auch im Stand des Fahrzeuges 1 erfolgen kann.To use natural resources to warm the PCM cells 17th can, as in 4th shown is the hood 41 can be used as an energy absorber. It shows 4a a cut through the hood 41 and 4b a plan view The rear ventilation warmed by the sun 43 the hood 41 becomes a ventilation system 45 supplied, which with the PCM heat storage 9 connected is. This means that the sun's energy is used to charge the PCM heat storage system 9 used what both while driving the vehicle 1 as well as when the vehicle is stationary 1 can be done.

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

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Claims (10)

Fahrzeug, umfassend eine Batterie (3) zum Antrieb des Fahrzeuges (1) und einen PCM-Wärmespeicher (9, 35) als Klimabatterie, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Batterie (3) zum Antrieb des Fahrzeuges (1) flächig entlang eines Bodens (5) einer Fahrzeugkabine (7) erstreckt, wobei der PCM-Wärmespeicher (9, 35) flächig oberhalb der Batterie (3) zu dieser angeordnet ist und einen im Wesentlichen parallel zur Batterie (3) und dem PCM-Wärmespeicher (9, 35) flächig angeordneten, durchlüftbaren Luftkanal (25) bildet.Vehicle, comprising a battery (3) for driving the vehicle (1) and a PCM heat storage (9, 35) as an air conditioning battery, characterized in that the battery (3) for driving the vehicle (1) is flat along a floor ( 5) a vehicle cabin (7), the PCM heat storage (9, 35) being arranged flat above the battery (3) and a substantially parallel to the battery (3) and the PCM heat storage (9, 35) Forms a planar, ventilatable air duct (25). Fahrzeug nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie (3) in den Boden (5) der Fahrzeugkabine (7) integriert ist.Vehicle after Claim 1 characterized in that the battery (3) is integrated into the floor (5) of the vehicle cabin (7). Fahrzeug nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass der Luftkanal (25) mit durchlüftbaren Karosseriebereichen luftseitig verbunden ist.Vehicle after Claim 1 or 2 characterized in that the air duct (25) is connected on the air side to bodywork areas that can be ventilated. Fahrzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden (5) der Fahrzeugkabine (7) zur luftseitigen Verbindung mit dem Luftkanal (25) perforiert ist.Vehicle after Claim 3 , characterized in that the floor (5) of the vehicle cabin (7) is perforated for the air-side connection to the air duct (25). Fahrzeug nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das PCM-Wärmespeicher (9) von einem mit einer Stromquelle (31) verbundenen Heizdraht (29) durchzogen ist.Vehicle according to at least one of the preceding claims, characterized in that the PCM heat storage device (9) is traversed by a heating wire (29) connected to a power source (31). Fahrzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das PCM-Material des PCM-Wärmespeichers (9) in einer Ebene ausgebildete, Durchlüftungskanäle (19) bildende, streifenförmige PCM-Zellen (17) aufweist, durch welche der Heizdraht (29) mäanderförmig verläuft.Vehicle after Claim 5 , characterized in that the PCM material of the PCM heat accumulator (9) has strip-shaped PCM cells (17) formed in a plane and forming ventilation channels (19) through which the heating wire (29) runs in a meandering manner. Fahrzeug nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der PCM-Wärmespeicher (35) mehrere Peltierelemente (37) aufweist, die in einer Reihenschaltung an die externe Stromquelle (39) angeschlossen sind.Vehicle according to at least one of the preceding Claims 1 to 4th , characterized in that the PCM heat accumulator (35) has several Peltier elements (37) which are connected in series to the external power source (39). Fahrzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Peltierelemente (37) zwischen Sommer- und Winterbetrieb umschaltbar sind.Vehicle after Claim 7 , characterized in that the Peltier elements (37) can be switched between summer and winter operation. Fahrzeug nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftzirkulation in dem PCM-Wärmespeicher (9, 35) und/oder von dem PCM-Wärmespeicher (9, 35) zu der Fahrzeugkabine (7) durch einen Belüfter (11) erfolgt.Vehicle according to at least one of the preceding claims, characterized in that the air circulation in the PCM heat store (9, 35) and / or from the PCM heat store (9, 35) to the vehicle cabin (7) takes place through a ventilator (11) . Fahrzeug nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Motorhaube (41) als Energieabsorber verwendbar ist, welcher zur Weiterleitung der unter der Motorhaube (41) gesammelten Warmluft (43) über ein Belüftungssystem (45) mit dem PCM-Wärmespeicher (9) verbunden ist.Vehicle according to at least one of the preceding claims, characterized in that an engine hood (41) can be used as an energy absorber, which is used to convey the warm air (43) collected under the engine hood (41) via a ventilation system (45) to the PCM heat store (9 ) connected is.
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