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DE102017211303B4 - Heat storage arrangement for a vehicle battery and method for its operation - Google Patents

Heat storage arrangement for a vehicle battery and method for its operation Download PDF

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DE102017211303B4
DE102017211303B4 DE102017211303.0A DE102017211303A DE102017211303B4 DE 102017211303 B4 DE102017211303 B4 DE 102017211303B4 DE 102017211303 A DE102017211303 A DE 102017211303A DE 102017211303 B4 DE102017211303 B4 DE 102017211303B4
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heat
coolant
cooling circuit
battery
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Hans Günther Quix
Lars Kaufmann
Thomas Zenner
Mehmet Töremis
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Ford Global Technologies LLC
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Abstract

Wärmespeicheranordnung (100) eingerichtet zur Nutzung von Motorabwärme zum Vorwärmen einer als Traktionsbatterie eines Elektro- oder Hybridkraftfahrzeugs ausgebildeten Batterie (310), mit einem ersten Kühlkreislauf (200), der wenigstens aufweist
- einen als Verbrennungsmotor ausgebildeten, Abwärme erzeugenden Antriebsmotor (210), wobei die Abwärme mittels eines ersten Kühlmittels abgeführt wird,
- einen Wärmespeicher (230) eingerichtet zur Speicherung der im ersten Kühlmittel enthaltenen Abwärme,
- einen Wärmeübertrager (240) eingerichtet zur Nutzung der im ersten Kühlmittel enthaltenen Abwärme, wobei der Wärmeübertrager (240) mittels eines ersten Drei-Wege-Ventils (231), in den ersten Kühlkreislauf (200) integriert ist,
- einen ersten Kühler (220) zum Abgeben der im ersten Kühlmittel enthaltenen Abwärme an die Umgebung, und mit einem zweiten Kühlkreislauf (300), der wenigstens aufweist
- eine als Traktionsbatterie eines Elektro- oder Hybridkraftfahrzeugs ausgebildeten Batterie (310), eingerichtet zur Speicherung elektrischer Energie zur Speisung eines Elektromotors, wobei die Batterie (310) mittels eines zweiten Kühlmittels gekühlt wird,
- einen zweiten Kühler (320) eingerichtet zur Abgabe von im zweiten Kühlmittel enthaltener Wärme an die Umgebung, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kühlkreislauf (200) mittels einer ersten und einer zweiten Verbindungsleitung (410,420) mit dem zweiten Kühlkreislauf (300) fluidisch gekoppelt ist, wobei der erste Kühlkreislauf (200) eine stromab des Wärmeüberträgers (240) angeordnete erste Verbindungsleitung (410) aufweist, die in ein zweites Drei-Wege-Ventil (330) mündet, welches unmittelbar vor der Batterie (310) in den zweiten Kühlkreislauf (300) integriert ist, wobei eine zweite Verbindungsleitung (420) zur Entnahme des ersten Kühlmittels und/oder einer Mischung aus erstem und zweitem Kühlmittel unmittelbar hinter der Batterie (310) fluidisch mit dem zweiten Kühlkreislauf (300) verbunden ist, wobei die zweite Verbindungsleitung (420) unmittelbar vor der ersten Pumpe (232) in den ersten Kühlkreislauf (200) mündet, wobei die im Wärmespeicher (230) gespeicherte Abwärme mittels des ersten Kühlmittels zum Vorwärmen der als Traktionsbatterie eines Elektro- oder Hybridkraftfahrzeugs ausgebildeten Batterie (310) nutzbar ist.

Figure DE102017211303B4_0000
Heat storage arrangement (100) designed to use engine waste heat to preheat a battery (310) designed as a traction battery of an electric or hybrid motor vehicle, with a first cooling circuit (200) which has at least
- a drive motor (210) designed as an internal combustion engine and generating waste heat, wherein the waste heat is dissipated by means of a first coolant,
- a heat accumulator (230) arranged to store the waste heat contained in the first coolant,
- a heat exchanger (240) designed to utilize the waste heat contained in the first coolant, wherein the heat exchanger (240) is integrated into the first cooling circuit (200) by means of a first three-way valve (231),
- a first cooler (220) for releasing the waste heat contained in the first coolant to the environment, and with a second cooling circuit (300) which has at least
- a battery (310) designed as a traction battery of an electric or hybrid motor vehicle, arranged to store electrical energy for supplying an electric motor, wherein the battery (310) is cooled by means of a second coolant,
- a second cooler (320) designed to release heat contained in the second coolant to the environment, characterized in that the first cooling circuit (200) is fluidically coupled to the second cooling circuit (300) by means of a first and a second connecting line (410, 420), wherein the first cooling circuit (200) has a first connecting line (410) arranged downstream of the heat exchanger (240), which opens into a second three-way valve (330) which is integrated into the second cooling circuit (300) immediately upstream of the battery (310), wherein a second connecting line (420) for removing the first coolant and/or a mixture of first and second coolant is fluidically connected to the second Cooling circuit (300), wherein the second connecting line (420) opens into the first cooling circuit (200) immediately before the first pump (232), wherein the waste heat stored in the heat accumulator (230) can be used by means of the first coolant to preheat the battery (310) designed as a traction battery of an electric or hybrid motor vehicle.
Figure DE102017211303B4_0000

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wärmespeicheranordnung eingerichtet zur Nutzung von Motorabwärme zum Vorwärmen einer Batterie, also einer Traktionsbatterie eines Elektro- oder Hybridkraftfahrzeugs mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer Wärmespeicheranordnung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 4.The present invention relates to a heat storage arrangement designed to use engine waste heat to preheat a battery, i.e. a traction battery of an electric or hybrid motor vehicle, having the features of the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to a method for operating a heat storage arrangement having the features of the preamble of claim 4.

Neben Verbrennungsmotoren, wie Diesel- oder Ottomotoren oder Gasmotoren finden in modernen Kraftfahrzeugen auch alternative Antriebslösungen Verwendung. Gerade im Hinblick auf die Reduzierung von Abgasen und Schadstoffemissionen bietet sich der Einsatz von Elektromotoren in reinen Elektro- oder Hybridkraftfahrzeugen mit beliebigem Hybridisierungsgrad an. Bei Fahrzeugen mit batterieelektrischem Antrieb wird, ggf. zusätzlich zu einem Kraftstofftank, eine Batterie, insbesondere eine Traktionsbatterie zur Speicherung der elektrischen Antriebsenergie benötigt. Hinlänglich bekannt ist die Verwendung von Lithium-Ionen-Hochleistungsbatterien, deren optimale Betriebstemperatur typischerweise in einem Bereich zwischen in etwa 20°C - 30 °C liegt. Diese Temperatur sollte so konstant wie möglich gehalten werden um eine lange Lebensdauer der Batterie zu gewährleisten.In addition to combustion engines such as diesel or gasoline engines or gas engines, alternative drive solutions are also used in modern motor vehicles. The use of electric motors in purely electric or hybrid vehicles with any degree of hybridization is particularly suitable with regard to reducing exhaust gases and pollutant emissions. In vehicles with battery-electric drives, a battery, in particular a traction battery, is required to store the electrical drive energy, possibly in addition to a fuel tank. The use of lithium-ion high-performance batteries is well known, and their optimal operating temperature is typically in a range between around 20°C and 30°C. This temperature should be kept as constant as possible to ensure a long service life of the battery.

Kraftfahrzeuge bieten jedoch sowohl in mechanischer als auch thermischer Hinsicht ein schwieriges Umfeld für elektrische Komponenten. Die thermische Integration von Elektromaschine, Batterie und der Leistungselektronik führt zu aufwendigen und gekoppelten Kühlsystemen. In Hybridfahrzeugen unterscheidet sich der Kühlkreislauf des Verbrennungsmotors bislang kaum von jenem konventioneller Verbrennungskraftfahrzeuge. Aufgrund unterschiedlicher Betriebstemperaturen kann der Kühlkreislauf eines Verbrennungsmotors nicht für die Batterie verwendet werden. Hybridfahrzeuge benötigen daher zusätzlich zum herkömmlichen Kühlkreislauf für den Antriebsmotor einen separaten Kühlkreislauf für die Batterie. Je nach Antriebsstrang und Batterietyp, sind für das elektrische System unterschiedliche Kühlkreisläufe zweckmäßig.However, motor vehicles offer a difficult environment for electrical components in both mechanical and thermal terms. The thermal integration of the electric motor, battery and power electronics leads to complex and coupled cooling systems. In hybrid vehicles, the cooling circuit of the combustion engine has so far hardly differed from that of conventional combustion vehicles. Due to different operating temperatures, the cooling circuit of a combustion engine cannot be used for the battery. Hybrid vehicles therefore require a separate cooling circuit for the battery in addition to the conventional cooling circuit for the drive motor. Depending on the drive train and battery type, different cooling circuits are appropriate for the electrical system.

Andererseits kann ein Betrieb bei zu niedrigen Außentemperaturen zu einer verkürzten Lebensdauer der Batterien führen. Bei Fahrzeugen mit einem batterieelektrischen Antrieb stellt insbesondere der Kaltstart bei sehr kalten Bedingungen (zum Beispiel bei einer Außentemperatur unter 0°C) eine technologische Herausforderung dar, da die verfügbare Batterieleistung mit fallender Temperatur steil abfällt. Von einem Kaltstart spricht man u. a., wenn das Fahrzeug nach längerem Stillstand in kalter Umgebung wieder in Betrieb genommen wird bzw. wenn die Temperatur des Motors, der Batterie oder anderer antriebsrelevanter Komponenten unterhalb ihrer Betriebstemperatur liegt. Unterhalb einer kritischen Temperaturgrenze kann das Fahrzeug daher nicht mehr elektrisch betrieben werden. Gerade bei Plug-In Hybridfahrzeuge erwartet der Benutzer jedoch, auch nach längerer Standzeit, das Fahrzeug elektrisch starten und antreiben zu können.On the other hand, operation at outside temperatures that are too low can lead to a shortened battery life. In vehicles with a battery-electric drive, cold starting in very cold conditions (for example, when the outside temperature is below 0°C) is a technological challenge, as the available battery power drops sharply as the temperature drops. A cold start is when the vehicle is started up again after being idle for a long time in a cold environment or when the temperature of the engine, battery or other drive-related components is below their operating temperature. Below a critical temperature limit, the vehicle can therefore no longer be operated electrically. However, especially with plug-in hybrid vehicles, the user expects to be able to start and drive the vehicle electrically, even after a long period of downtime.

Im Bereich der Kraftfahrzeuge mit Verbrennungsmotor ist das Problem des Kaltstarts bereits seit langem bekannt. Gerade beim Dieselmotor führt der Kaltstart zu erhöhtem Kraftstoffverbrauch und erhöhter Emission von Schadstoffen. Dem Stand der Technik sind verschiedenste Möglichkeiten zu entnehmen, den Verbrennungsmotor nach einer längeren Standzeit vorzuwärmen um einen Kaltstart zu vermeiden oder zumindest die Aufwärmphase nach einem Kaltstart möglichst kurz zu halten.The problem of cold starts has long been known in the field of motor vehicles with combustion engines. Cold starts lead to increased fuel consumption and increased emissions of pollutants, especially in diesel engines. The current state of the art provides a wide variety of options for preheating the combustion engine after a long period of downtime in order to avoid a cold start or at least to keep the warm-up phase after a cold start as short as possible.

Zum Beispiel schlägt die DE 10 2011 017 764 A1 ein Wärmespeichersystem für ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor vor, um die während der Fahrt erzeugte Abwärme des Verbrennungsmotors zu speichern. Nach einer längeren Standzeit des Kraftfahrzeugs kann die gespeicherte Wärmeenergie zur Aufheizung des Verbrennungsmotors auf dessen Betriebstemperatur genutzt werden. Das System weist einen fluidischen Ladekreis zum Beladen des Wärmespeichers mit der Motorabwärme und einen Entladekreis auf, durch welchen die im Wärmespeicher gespeicherte Wärme dem Verbrennungsmotor zugeführt wird.For example, the DE 10 2011 017 764 A1 a heat storage system for a motor vehicle with an internal combustion engine to store the waste heat generated by the internal combustion engine during travel. After a longer period of downtime of the motor vehicle, the stored heat energy can be used to heat the internal combustion engine to its operating temperature. The system has a fluidic charging circuit for charging the heat storage with the engine's waste heat and a discharging circuit through which the heat stored in the heat storage is fed to the internal combustion engine.

Auch aus der DE 44 02 215 A1 ist ein Verfahren zur Verbesserung des Kaltstartverhaltens von Verbrennungskraftmaschinen bekannt. Hierin wird die Abwärme des Verbrennungsmotors durch mindestens einen Wärmespeicher gespeichert, welcher die Wärmeenergie des Motoröls oder des Kühlwassers aufnimmt. Als Speichermedium wird das Kühlwasser bzw. das Motoröl selbst verwendet. Vor einem Kaltstart wird das Motoröl aus dem Wärmespeicher zurück in die Ölwanne gepumpt, um den Verbrennungsmotor auf Betriebstemperatur zu erwärmen.Also from the DE 44 02 215 A1 A method for improving the cold start behavior of internal combustion engines is known. In this method, the waste heat of the internal combustion engine is stored in at least one heat accumulator, which absorbs the thermal energy of the engine oil or the cooling water. The cooling water or the engine oil itself is used as the storage medium. Before a cold start, the engine oil is pumped from the heat accumulator back into the oil pan in order to heat the internal combustion engine to operating temperature.

Eine alternative Ausführung eines Wärmespeichers ist z. B. aus der EP 2 143 573 B1 bekannt. Diese offenbart eine Heizvorrichtung zur Beheizung von Komponenten eines Kraftfahrzeugs, wie zum Beispiel einem Heizkörper. Die Heizvorrichtung weist einen Wärmespeicher auf, der zur Zwischenspeicherung einer abgegebenen Wärmemenge über einen Zeitraum geeignet ist. Der Wärmespeicher ist als Latentwärmespeicher ausgebildet. Latentwärmespeicher weisen ein separates Speichermedium auf und nutzen im Allgemeinen die Enthalpie reversibler thermodynamischen Zustandsänderungen des Speichermediums (zum Beispiel den Übergang von der festen in die flüssige Phase). Die gespeicherte Wärme kann zur Beheizung des Fahrzeuginnenraums verwendet werden.An alternative design of a heat storage system is, for example, EP 2 143 573 B1 This discloses a heating device for heating components of a motor vehicle, such as a radiator. The heating device has a heat accumulator that is suitable for temporarily storing an amount of heat emitted over a period of time. The heat accumulator is designed as a latent heat accumulator. Latent heat accumulators have a separate storage medium and generally use the enthalpy of reversible thermodynamic state changes. changes in the storage medium (for example the transition from the solid to the liquid phase). The stored heat can be used to heat the vehicle interior.

In der DE 10 2010 029 904 A1 wird vorgeschlagen einen Kraftstofftank für biogenen Kraftstoff eines Hybridfahrzeugs mit Zwei-Takt-Dieselmotor zugleich als Kühlmittelspeicher und Latentwärmespeicher zur Vorwärmung elektrischer Komponenten und/oder des Fahrgastraums bei einem Kaltstart des Dieselmotors zu verwenden.In the DE 10 2010 029 904 A1 It is proposed to use a fuel tank for biogenic fuel of a hybrid vehicle with a two-stroke diesel engine simultaneously as a coolant storage device and a latent heat storage device for preheating electrical components and/or the passenger compartment during a cold start of the diesel engine.

Auch die DE 10 2014 007 214 A1 offenbart einen Wärmespeicher zur Speicherung der Abwärme eines Verbrennungsmotors. Der Wärmespeicher ist hier als sogenannter Ruthsspeicher ausgeführt, in welchem das Wärmespeicherfluid zweiphasig, d. h. flüssig und gasförmig vorliegt, wodurch die speicherbare Wärmemenge erhöht wird. Mittels einer Expansionsmaschine kann die in dem Fluid gespeicherte Wärme in mechanische Energie umgewandelt werden und verschiedenen Fahrzeugkomponenten zugeführt werden.The DE 10 2014 007 214 A1 discloses a heat storage device for storing the waste heat of an internal combustion engine. The heat storage device is designed here as a so-called Ruths storage device, in which the heat storage fluid is in two phases, ie liquid and gaseous, which increases the amount of heat that can be stored. The heat stored in the fluid can be converted into mechanical energy by means of an expansion machine and fed to various vehicle components.

Eine Rekuperationsanordnung mit mehreren Speichereinheiten zur Energierückgewinnung und Energiespeicherung in einem Kraftfahrzeug ist aus der DE 10 2013 209 837 A1 bekannt. Durch die Bereitstellung unterschiedlicher Speichereinheiten können verschiedene Energiedomänen (elektrisch, chemisch, elektrochemisch, thermisch, mechanisch), beispielsweise aus Brems-, Abgas- und Abwärmeenergie zwischengespeichert werden, wodurch der Wirkungsgrad der Rekuperationsanordnung gesteigert werden soll.A recuperation arrangement with several storage units for energy recovery and energy storage in a motor vehicle is known from DE 10 2013 209 837 A1 By providing different storage units, different energy domains (electrical, chemical, electrochemical, thermal, mechanical), for example from braking, exhaust and waste heat energy, can be temporarily stored, which should increase the efficiency of the recuperation arrangement.

Aus der DE 10 2013 225 582 A1 ist ein Lithium-Batteriesystem mit einem elektrochemischen Energiespeicher bekannt. Es wird vorgeschlagen Wärmeenergie in einem Wärmespeicher zu speichern, die beispielsweise beim Betrieb eines Motors anfällt. Im Falle eines Hybridfahrzeugs kann die gespeicherte Wärme zur Erwärmung des Motors und/oder zur Temperierung der Fahrgastzelle und/oder zur Unterstützung einer Standheizung verwendet werden.From the DE 10 2013 225 582 A1 A lithium battery system with an electrochemical energy storage device is known. It is proposed to store heat energy in a heat storage device, which is generated, for example, when an engine is running. In the case of a hybrid vehicle, the stored heat can be used to heat the engine and/or to control the temperature of the passenger compartment and/or to support an auxiliary heater.

Ein System zum thermischen Management für ein Fahrzeug mit einem ersten Kühlmittelkreislauf, der mit der Kraftmaschine verbunden ist und einem zweiten Kühlmittelkreislauf, der zum Aufheizen oder Kühlen einer Fahrzeugbatterie geeignet ist, wird in der DE 10 2015 103 032 A1 vorgeschlagen. Der erste und der zweite Kühlmittelkreislauf sind über einen Kältemittelkreislauf und einen Wärmetauscher thermisch miteinander gekoppelt.A thermal management system for a vehicle having a first coolant circuit connected to the engine and a second coolant circuit suitable for heating or cooling a vehicle battery is described in the DE 10 2015 103 032 A1 proposed. The first and second coolant circuits are thermally coupled to one another via a refrigerant circuit and a heat exchanger.

Die der Erfindung nächst kommende DE 10 2015 208 100 A1 offenbart ebenfalls ein Kraftfahrzeug mit einem Wärmespeicher sowie ein Verfahren zur Nutzung der im Wärmespeicher enthaltenen Wärme zum Aufheizen eines Verbrennungsmotors und/oder für die Fahrzeuginnenraumheizung. Die Abwärme des Verbrennungsmotors wird während des Motorbetriebs einem Wärmespeicher zugeführt und von diesem vorgehalten. Über ein elektrisches Heizgerät lässt sich das im Wärmespeicher enthaltene Speichermedium zusätzlich aufheizen. Die gespeicherte Wärme kann genutzt werden um den Verbrennungsmotor nach einem Kaltstart möglichst schnell wieder auf seine Betriebstemperatur zu bringen, andere Fahrzeugkomponenten wie zum Beispiel die Fahrzeugbatterie oder eine Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs und/oder den Fahrzeuginnenraum zu erwärmen. Nähere Erläuterungen zur thermischen Kopplung des Kühlkreislaufs des Verbrennungsmotors mit einem Kühlkreislauf der Fahrzeugbatterie sind der Druckschrift nicht entnehmbar.The closest to the invention DE 10 2015 208 100 A1 also discloses a motor vehicle with a heat accumulator and a method for using the heat contained in the heat accumulator to heat up an internal combustion engine and/or for heating the vehicle interior. The waste heat from the internal combustion engine is fed to a heat accumulator during engine operation and is stored there. The storage medium contained in the heat accumulator can be additionally heated using an electric heater. The stored heat can be used to bring the internal combustion engine back to its operating temperature as quickly as possible after a cold start, to heat other vehicle components such as the vehicle battery or a traction battery of an electric vehicle and/or the vehicle interior. The publication does not provide any further explanations of the thermal coupling of the cooling circuit of the internal combustion engine with a cooling circuit of the vehicle battery.

Eine Batterietemperierungsvorrichtung für eine Traktionsbatterie eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs zum Heizen und/oder Kühlen einer Batterie ist in der DE 10 2015 106 382 A1 offenbart. Die Vorrichtung weist eine thermochemische Wärmespeichereinrichtung und ein Wärmeübertragungselement zum Heizen und/oder Kühlen der Batterie auf. Die thermische Kopplung zwischen der thermochemischen Wärmespeichereinrichtung und der zu temperierenden Batterie erfolgt über ein Wärmeübertragungselement.A battery temperature control device for a traction battery of an electric or hybrid vehicle for heating and/or cooling a battery is described in the DE 10 2015 106 382 A1 The device has a thermochemical heat storage device and a heat transfer element for heating and/or cooling the battery. The thermal coupling between the thermochemical heat storage device and the battery to be tempered takes place via a heat transfer element.

Die DE 10 2013 209 045 A1 betrifft ein Kühlsystem für ein Hybridfahrzeug umfassend einen Niedertemperatur-Kühlkreislauf mit einer Niedertemperatur-Wärmequelle, mit einem Niedertemperatur-Kühler und mit einer Niedertemperatur-Pumpe und umfassend einen unabhängig davon betreibbaren Hochtemperatur-Kühlkreislauf mit einer Hochtemperatur-Wärmequelle, mit einem Hochtemperatur-Kühler und mit einer Hochtemperatur-Pumpe, wobei der Niedertemperatur-Kühlkreislauf und der Hochtemperatur-Kühlkreislauf zum Zwecke eines Wärmeaustausches koppelbar sind.The DE 10 2013 209 045 A1 relates to a cooling system for a hybrid vehicle comprising a low-temperature cooling circuit with a low-temperature heat source, with a low-temperature cooler and with a low-temperature pump and comprising an independently operable high-temperature cooling circuit with a high-temperature heat source, with a high-temperature cooler and with a high-temperature pump, wherein the low-temperature cooling circuit and the high-temperature cooling circuit can be coupled for the purpose of heat exchange.

Die DE 10 2015 122 196 A1 betrifft ein Kühl- bzw. Heizkreislaufsystem für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug, mit mindestens einem in einem ersten Kühlkreislauf integrierten Elektromotor, sowie mit einer in einem zweiten Kühlkreislauf integrierten Batterie, sowie mit einer Verbindungsleitung, die zwischen dem ersten und dem zweiten Kühlkreislauf angeordnet ist und die durch mindestens ein Schaltventil steuerbar ist, sowie mit einem elektrischen Ladegerät für die Batterie, das in der Verbindungsleitung eingebunden ist.The DE 10 2015 122 196 A1 relates to a cooling or heating circuit system for an electrically operated vehicle, with at least one electric motor integrated in a first cooling circuit, as well as with a battery integrated in a second cooling circuit, as well as with a connecting line which is arranged between the first and the second cooling circuit and which can be controlled by at least one switching valve, as well as with an electric charger for the battery which is integrated in the connecting line.

Aus der US 2008 / 0 251 303 A1 ist ein Verfahren zur Steuerung eines Fahrzeugantriebsstrangs bekannt, das über mindestens ein Ventil zwei Kühlkreisläufe, die jeweils mit einer Wärmekraftmaschine und mit mindestens einem elektrischen Bauteil verbunden sind, miteinander verbindet oder in Verbindung hält.From the US 2008 / 0 251 303 A1 is a method for controlling a vehicle drive train which connects or keeps in connection two cooling circuits, each of which is connected to a heat engine and to at least one electrical component, via at least one valve.

Die DE 10 2010 014 752 A1 offenbart eine Anordnung, die einen elektrischen Energiespeicher aufweist, der mit einem Kühlkreislauf verbunden ist, und zwei Abgasfreigabeeinrichtungen, die in Reihe oder parallel zu einem weiteren Kühlkreislauf geschaltet sind, wobei die Abgasfreigabeeinrichtungen das Abgas im Betrieb der Anordnung freigeben. Kopplungselemente verbinden den elektrischen Energiespeicher mit dem letztgenannten Kühlkreislauf, und an die beiden Kühlkreisläufe sind jeweils Pumpeinrichtungen zur Versorgung der Kühler und/oder des elektrischen Energiespeichers mit Kühlmittel angeschlossen.The DE 10 2010 014 752 A1 discloses an arrangement which has an electrical energy storage device which is connected to a cooling circuit, and two exhaust gas release devices which are connected in series or parallel to a further cooling circuit, wherein the exhaust gas release devices release the exhaust gas during operation of the arrangement. Coupling elements connect the electrical energy storage device to the latter cooling circuit, and pump devices for supplying the coolers and/or the electrical energy storage device with coolant are connected to the two cooling circuits.

Angesichts des aufgezeigten Standes der Technik bieten sich noch Verbesserungsmöglichkeiten zur Nutzung der Abwärme eines Antriebsmotors um eine Batterie, insbesondere bei einem Kaltstart vorzuwärmen.In view of the state of the art shown, there are still opportunities for improvement in the use of the waste heat of a drive motor to preheat a battery, especially during a cold start.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Wärmespeicheranordnung mit einem Motorkühlkreis sowie ein Verfahren zu deren Betrieb dahingehend zu verbessern, insbesondere eine alternative und kostengünstigere Möglichkeit für einen Wärmetransfer zwischen dem Motorkühlkreis und einem separaten Batteriekühlkreis zu schaffen.The invention is therefore based on the object of improving a heat storage arrangement with an engine cooling circuit and a method for operating it, in particular to create an alternative and more cost-effective possibility for heat transfer between the engine cooling circuit and a separate battery cooling circuit.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Wärmespeicheranordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.According to the invention, the object is achieved by a heat storage arrangement having the features of claim 1.

Aufgezeigt wird eine Wärmespeicheranordnung eingerichtet zur Nutzung von Motorabwärme zum Vorwärmen einer als Traktionsbatterie eines Elektro- oder Hybridkraftfahrzeugs ausgebildeten Batterie, mit einem ersten Kühlkreislauf, der wenigstens aufweist

  • - einen als Verbrennungsmotor ausgebildeten, Abwärme erzeugenden Antriebsmotor, wobei die Abwärme mittels eines ersten Kühlmittels abgeführt wird,
  • - einen Wärmespeicher eingerichtet zur Speicherung der im ersten Kühlmittel enthaltenen Abwärme,
  • - einen Wärmeübertrager eingerichtet zur Nutzung der im ersten Kühlmittel enthaltenen Abwärme, insbesondere für eine Fahrzeuginnenraumheizung, wobei der Wärmeübertrager mittels eines ersten Drei-Wege-Ventils, in den ersten Kühlkreislauf integriert ist,
  • - einen ersten Kühler zum Abgeben der im ersten Kühlmittel enthaltenen Abwärme an die Umgebung,
und mit einem zweiten Kühlkreislauf, der wenigstens aufweist
  • - eine als Traktionsbatterie eines Elektro- oder Hybridkraftfahrzeugs ausgebildeten Batterie, eingerichtet zur Speicherung elektrischer Energie zur Speisung eines Elektromotors, wobei die Batterie mittels eines zweiten Kühlmittels gekühlt wird,
  • - einen zweiten Kühler eingerichtet zur Abgabe von im zweiten Kühlmittel enthaltener Wärme an die Umgebung,
A heat storage arrangement is shown which is designed to use engine waste heat to preheat a battery designed as a traction battery of an electric or hybrid motor vehicle, with a first cooling circuit which has at least
  • - a drive motor designed as an internal combustion engine that generates waste heat, the waste heat being dissipated by means of a first coolant,
  • - a heat storage device is set up to store the waste heat contained in the first coolant,
  • - a heat exchanger designed to use the waste heat contained in the first coolant, in particular for a vehicle interior heating system, wherein the heat exchanger is integrated into the first cooling circuit by means of a first three-way valve,
  • - a first cooler for releasing the waste heat contained in the first coolant to the environment,
and with a second cooling circuit, which has at least
  • - a battery designed as a traction battery of an electric or hybrid motor vehicle, designed to store electrical energy to power an electric motor, wherein the battery is cooled by means of a second coolant,
  • - a second cooler arranged to release heat contained in the second coolant to the environment,

Vorgeschlagen wird, dass der erste Kühlkreislauf mittels einer ersten und einer zweiten Verbindungsleitung mit dem zweiten Kühlkreislauf fluidisch gekoppelt ist, wobei der erste Kühlkreislauf eine stromab des Wärmeüberträgers angeordnete erste Verbindungsleitung aufweist, die in ein zweites Drei-Wege-Ventil mündet, welches unmittelbar vor der Batterie in den zweiten Kühlkreislauf integriert ist, wobei eine zweite Verbindungsleitung zur Entnahme des ersten Kühlmittels und/oder einer Mischung aus erstem und zweitem Kühlmittel unmittelbar hinter der Batterie fluidisch mit dem zweiten Kühlkreislauf verbunden ist, wobei die zweite Verbindungsleitung unmittelbar vor der ersten Pumpe in den ersten Kühlkreislauf mündet, wobei die im Wärmespeicher gespeicherte Abwärme mittels des ersten Kühlmittels zum Vorwärmen der als Traktionsbatterie eines Elektro- oder Hybridkraftfahrzeugs ausgebildeten Batterie nutzbar ist.It is proposed that the first cooling circuit is fluidically coupled to the second cooling circuit by means of a first and a second connecting line, wherein the first cooling circuit has a first connecting line arranged downstream of the heat exchanger, which opens into a second three-way valve which is integrated into the second cooling circuit immediately upstream of the battery, wherein a second connecting line for removing the first coolant and/or a mixture of first and second coolant is fluidically connected to the second cooling circuit immediately behind the battery, wherein the second connecting line opens into the first cooling circuit immediately upstream of the first pump, wherein the waste heat stored in the heat accumulator can be used by means of the first coolant to preheat the battery designed as a traction battery of an electric or hybrid motor vehicle.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.Further advantageous embodiments of the invention are disclosed in the subclaims.

Es ist darauf hinzuweisen, dass die in der nachfolgenden Beschreibung einzeln aufgeführten Merkmale sowie Maßnahmen in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung, insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren zusätzlich.It should be noted that the features and measures listed individually in the following description can be combined with one another in any technically reasonable manner and show further embodiments of the invention. The description characterizes and specifies the invention, particularly in connection with the figures.

Wie oben beschrieben, wird eine Wärmespeicheranordnung vorgeschglagen zur Nutzung von Motorabwärme zum Vorwärmen einer Batterie. Insbesondere kann die Motorabwärme zum Vorwärmen einer Traktionsbatterie eines Elektro- oder Hybridkraftfahrzeugs mit beliebigem Hybridisierungsgrad verwendet werden. Die Wärmespeicheranordnung weist einen ersten Kühlkreislauf, einen Hochtemperatur-Kühlkreislauf zur Kühlung eines Antriebsmotors und einen zweiten Kühlkreislauf, einen Niedertemperatur-Kühlkreislauf zur Kühlung der Batterie auf. Der Antriebsmotor ist in den ersten Kühlkreislauf integriert. Dabei handelt es sich um einen Verbrennungsmotor (z. B. Diesel- oder Ottomotor oder Gasmotor). Wenn ein rein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug verwendet wird, könnte es sich auch um einen flüssigkeitsgekühlten Elektromotor handeln. Während des Motorbetriebs erzeugt der Antriebsmotor Abwärme, die mittels eines ersten Kühlmittels, vorzugsweise auf Wasserbasis, abgeführt wird. Der erste Kühlkreislauf weist ferner einen Wärmespeicher, insbesondere einen Latentwärmespeicher und einen ersten Kühler auf. Um gespeicherte Wärme über einen ausreichend langen Zeitraum (z. B. über Nacht) vorhalten zu können, muss der Wärmespeicher als Isolationsbehälter mit ausreichender thermischer Isolierung ausgeführt sein. Als Wärmespeichermedium wird vorzugsweise das Kühlmittel selbst verwendet. Zur Beladung des Wärmespeichers mit Wärme wird dieser mit dem heißen Kühlmittel, insbesondere Kühlmittel, befüllt. Der erste Kühler ist dazu ausgelegt, die im Kühlmittel enthaltene Abwärme des Antriebsmotors an die Umgebung des Kraftfahrzeugs abzugeben. Der erste Kühlkreislauf kann weitere Komponenten, wie beispielsweise Pumpen zum Fördern des ersten Kühlmittels, Ventile, Temperatursensoren und ähnliches aufweisen.As described above, a heat storage arrangement is proposed for using engine waste heat to preheat a battery. In particular, the engine waste heat can be used to preheat a traction battery of an electric or hybrid motor vehicle with any degree of hybridization. The heat storage arrangement has a first cooling circuit, a high-temperature cooling circuit for cooling a drive motor and a second cooling circuit, a low-temperature cooling circuit to cool the battery. The drive motor is integrated into the first cooling circuit. This is an internal combustion engine (e.g. diesel or gasoline engine or gas engine). If a purely electrically powered motor vehicle is used, it could also be a liquid-cooled electric motor. During engine operation, the drive motor generates waste heat, which is dissipated by means of a first coolant, preferably water-based. The first cooling circuit also has a heat accumulator, in particular a latent heat accumulator, and a first cooler. In order to be able to retain stored heat over a sufficiently long period of time (e.g. overnight), the heat accumulator must be designed as an insulating container with sufficient thermal insulation. The coolant itself is preferably used as the heat storage medium. To load the heat accumulator with heat, it is filled with the hot coolant, in particular coolant. The first cooler is designed to release the waste heat of the drive motor contained in the coolant to the environment of the motor vehicle. The first cooling circuit may include additional components, such as pumps for pumping the first coolant, valves, temperature sensors and the like.

Der zweite Kühlkreislauf weist wenigstens die Batterie, also eine Traktionsbatterie, und einen zweiten Kühler auf. Mittels eines zweiten Kühlmittels, vorzugsweise ebenfalls auf Wasserbasis, wird die Batterie, welche der Speicherung elektrischer Energie zur Speisung eines Elektromotors dient, gekühlt. Über den zweiten Kühler wird die im zweiten Kühlmittel enthaltene Wärme an die Umgebung abgegeben. Der zweite Kühlkreislauf kann weitere Komponenten, wie beispielsweise Pumpen zum Fördern des zweiten Kühlmittels, Ventile Temperatursensoren und ähnliches aufweisen.The second cooling circuit has at least the battery, i.e. a traction battery, and a second cooler. The battery, which is used to store electrical energy to power an electric motor, is cooled by means of a second coolant, preferably also water-based. The heat contained in the second coolant is released to the environment via the second cooler. The second cooling circuit can have further components, such as pumps for conveying the second coolant, valves, temperature sensors and the like.

Wie oben erwähnt, ist der erste Kühlkreislauf mit dem zweiten Kühlkreislauf fluidisch gekoppelt. D. h., dass das erste Kühlmittel in den zweiten Kühlkreislauf eingespeist werden kann. Hierdurch kann die Abwärme des Antriebsmotors direkt, ohne Zwischenschaltung eines Wärmeübertragers, dem zweiten Kühlkreislauf zugeführt werden. Abwärme, die im Wärmespeicher gespeichert ist lässt sich ebenfalls, ohne den Einsatz eines Wärmeübertragers, direkt fluidisch dem zweiten Kühlkreislauf zuführen. Die im Wärmespeicher gespeicherte Abwärme kann auf diese Weise auch nach längerer Standzeit des Kraftfahrzeugs zum Vorwärmen der Batterie genutzt werden, ohne dass der Antriebsmotor gestartet wird bzw. sich bereits im Betrieb befindet.As mentioned above, the first cooling circuit is fluidically coupled to the second cooling circuit. This means that the first coolant can be fed into the second cooling circuit. This means that the waste heat from the drive motor can be fed directly to the second cooling circuit without the need for a heat exchanger. Waste heat stored in the heat accumulator can also be fed directly to the second cooling circuit without the use of a heat exchanger. The waste heat stored in the heat accumulator can thus be used to preheat the battery even after the vehicle has been idle for a long time, without the drive motor being started or already being in operation.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform weist der Wärmespeicher ein elektrisches Heizmittel auf, das zur Abgabe von Wärme an ein Wärmespeichermedium, welches im Wärmespeicher enthalten ist, geeignet ist. Bei dem Wärmespeichermedium kann es sich um das erste Kühlmittel selbst oder andere aus dem Stand der Technik bekannte Medien (flüssig, fest, gasförmig) mit hoher Wärmekapazität handeln, die sich zur Speicherung von Wärme eignen. Das elektrische Heizmittel ist vorzugsweise in der Art eines Tauchsieders ausgebildet und lässt sich mittels der Batterie und/oder einer externen Stromversorgung mit Energie versorgen. Das elektrische Heizmittel erwärmt sich während des Betriebs und gibt die so entstehende Wärmeenergie an das Wärmespeichermedium ab.According to a preferred embodiment, the heat accumulator has an electrical heating means that is suitable for releasing heat to a heat storage medium that is contained in the heat accumulator. The heat storage medium can be the first coolant itself or other media known from the prior art (liquid, solid, gaseous) with a high heat capacity that are suitable for storing heat. The electrical heating means is preferably designed in the manner of an immersion heater and can be supplied with energy by means of the battery and/or an external power supply. The electrical heating means heats up during operation and releases the resulting heat energy to the heat storage medium.

In den ersten Kühlkreislauf ist ein Wärmeübertrager integriert, welcher alternativ zum ersten Kühler die im ersten Kühlmittel enthaltene Wärmeenergie abführt. Der Wärmeübertrager kann zur Beheizung verschiedener Fahrzeugkomponenten, vorzugsweise zur Beheizung des Fahrzeuginnenraums verwendet werden. Der Wärmeübertrager ist in bevorzugter Ausführung in Reihe zu dem Wärmespeicher geschaltet und bezüglich der Strömungsrichtung des ersten Kühlmittels hinter diesem angeordnet. Mittels eines ersten Drei-Wege-Ventils kann der Wärmespeicher umgangen werden, sodass das erste Kühlmittel vom Verbrennungsmotor direkt zum Wärmeübertrager strömt.A heat exchanger is integrated into the first cooling circuit, which dissipates the thermal energy contained in the first coolant as an alternative to the first cooler. The heat exchanger can be used to heat various vehicle components, preferably to heat the vehicle interior. In a preferred embodiment, the heat exchanger is connected in series with the heat accumulator and is arranged behind it with respect to the flow direction of the first coolant. The heat accumulator can be bypassed by means of a first three-way valve, so that the first coolant flows from the combustion engine directly to the heat exchanger.

Die fluidische Kopplung zwischen dem ersten Kühlkreislauf und dem zweiten Kühlkreislauf wird, wie oben bereits beschrieben, mittels einer ersten und einer zweiten Verbindungsleitung realisiert. Die erste Verbindungsleitung dient der Entnahme des ersten Kühlmittels aus dem ersten Kühlkreislauf und ist hierzu fluidisch mit diesem verbunden. Dabei mündet die erste Verbindungsleitung in ein zweites, schaltbares Drei-Wege-Ventil, welches in den zweiten Kühlkreislauf integriert ist. Über das zweite Drei-Wege-Ventil kann die fluidische Kopplung zwischen dem ersten und dem zweiten Kühlkreislauf geöffnet bzw. geschlossen werden. Mittels einer zweiten Verbindungsleitung werden das erste Kühlmittel und/oder eine Mischung aus erstem und zweitem Kühlmittel aus dem zweiten Kühlkreislauf entnommen und dem ersten Kühlkreislauf zugeführt. Auf diese Weise lässt sich die Batterie in den ersten Kühlkreislauf integrieren bzw. diesem zuschalten. Dabei mündet die erste Verbindungsleitung bezüglich der Strömungs-richtung unmittelbar vor der Batterie in den zweiten Kühlkreislauf, wobei die zweite Verbindungsleitung unmittelbar nach der Batterie an den zweiten Kühlkreislauf angeschlossen ist.The fluidic coupling between the first cooling circuit and the second cooling circuit is, as already described above, implemented by means of a first and a second connecting line. The first connecting line is used to remove the first coolant from the first cooling circuit and is fluidically connected to it for this purpose. The first connecting line flows into a second, switchable three-way valve, which is integrated into the second cooling circuit. The fluidic coupling between the first and second cooling circuits can be opened or closed via the second three-way valve. The first coolant and/or a mixture of first and second coolants are removed from the second cooling circuit by means of a second connecting line and fed to the first cooling circuit. In this way, the battery can be integrated into the first cooling circuit or connected to it. In terms of the flow direction, the first connecting line flows into the second cooling circuit immediately before the battery, with the second connecting line being connected to the second cooling circuit immediately after the battery.

Der verfahrenstechnische Aspekt der Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Betrieb einer Wärmespeicheranordnung gemäß Anspruch 4.The process engineering aspect of the problem is solved by a method for operating a heat storage arrangement according to claim 4.

Aufgezeigt wird ein Verfahren zum Betrieb einer Wärmespeicheranordnung zur Nutzung von Motorabwärme zum Vorwärmen einer als Traktionsbatterie eines Elektro- oder Hybridkraftfahrzeugs ausgebildeten Batterie mit einem ersten Kühlkreislauf, der wenigstens einen als Verbrennungsmotor ausgebildeten Antriebsmotor, einen Wärmespeicher, einen ersten Kühler, einen Wärmeüberträger sowie ein erstes Kühlmittel, das in dem ersten Kühlkreislauf zirkuliert, aufweist, einem zweiten Kühlkreislauf, der wenigstens eine als Traktionsbatterie eines Elektro- oder Hybridkraftfahrzeugs ausgebildete Batterie, einen zweiten Kühler und ein zweites Kühlmittel, das in dem zweiten Kühlkreislauf zirkuliert, aufweist und mit mindestens drei Betriebsmodi, wobei in

  • - in einem ersten Betriebsmodus, einem Standardmodus, das erste Kühlmittel durch den Antriebsmotor und den ersten Kühler zirkuliert, wobei das erste Kühlmittel Abwärme des Antriebsmotors aufnimmt und über den ersten Kühler an die Umgebung abgibt,
  • - in einem zweiten Betriebsmodus, einem Lademodus, das erste Kühlmittel durch den Antriebsmotor und den Wärmespeicher zirkuliert, wobei das erste Kühlmittel die Abwärme des Antriebsmotors aufnimmt und zur Speicherung an den Wärmespeicher abgibt,
und, das dadurch gekennzeichnet ist, dass
  • - in einem dritten Betriebsmodus, einem Batterieheizmodus, das erste Kühlmittel nur durch den Wärmespeicher und die als Traktionsbatterie eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs ausgebildete Batterie zirkuliert, wobei das erste Kühlmittel Wärme, die in dem Wärmespeicher gespeichert ist, aufnimmt und an die Batterie abgibt, um diese vorzuwärmen.
A method for operating a heat storage arrangement for the use of Engine waste heat for preheating a battery designed as a traction battery of an electric or hybrid motor vehicle, with a first cooling circuit, which has at least one drive motor designed as an internal combustion engine, a heat accumulator, a first cooler, a heat exchanger and a first coolant that circulates in the first cooling circuit, a second cooling circuit, which has at least one battery designed as a traction battery of an electric or hybrid motor vehicle, a second cooler and a second coolant that circulates in the second cooling circuit, and with at least three operating modes, wherein in
  • - in a first operating mode, a standard mode, the first coolant circulates through the drive motor and the first cooler, wherein the first coolant absorbs waste heat from the drive motor and releases it to the environment via the first cooler,
  • - in a second operating mode, a charging mode, the first coolant circulates through the drive motor and the heat accumulator, whereby the first coolant absorbs the waste heat of the drive motor and releases it to the heat accumulator for storage,
and which is characterized by
  • - in a third operating mode, a battery heating mode, the first coolant circulates only through the heat accumulator and the battery designed as a traction battery of an electric or hybrid vehicle, wherein the first coolant absorbs heat stored in the heat accumulator and releases it to the battery in order to preheat it.

Die Erfindung ist also ferner auf ein Verfahren zum Betrieb einer Wärmespeicheranordnung zur Nutzung von Motorabwärme zum Vorwärmen einer Batterie gerichtet. Dabei handelt es sich um eine Traktionsbatterie eines Elektro- oder Hybridkraftfahrzeugs. Die Wärmespeicheranordnung weist einen ersten Kühlkreislauf und einen zweiten Kühlkreislauf gemäß der zuvor beschriebenen Ausführungsformen auf. Der erste Kühlkreislauf weist wenigstens einen Antriebsmotor, einen Wärmespeicher, einen ersten Kühler sowie ein erstes Kühlmittel auf. Das erste Kühlmittel zirkuliert in dem ersten Kühlkreislauf. Der zweite Kühlkreislauf weist wenigstens eine Batterie, einen zweiten Kühler und ein zweites Kühlmittel auf, wobei das zweite Kühlmittel vorzugsweise mit dem ersten Kühlmittel identisch ist und in dem zweiten Kühlkreislauf zirkuliert. Die Kühlkreisläufe können ferner weitere Komponenten, wie beispielsweise Pumpen zum Fördern der Kühlmittel, Ventile, Temperatursensoren und ähnliches aufweisen. Wie oben gesagt lässt sich die Wärmespeicheranordnung wenigstens in drei unterschiedlichen Betriebsmodi betreiben. In dem ersten Betriebsmodus, bei welchem es sich um einen Standardmodus handelt, zirkuliert das erste Kühlmittel durch den Antriebsmotor und den ersten Kühler. Der Standardmodus dient rein der Abführung der im Antriebsmotor anfallenden Abwärme. Hierzu durchläuft das erste Kühlmittel den Antriebsmotor und nimmt die Abwärme, die während des Motorbetriebs entsteht, auf. Anschließend durchläuft das erste Kühlmittel den ersten Kühler, wodurch die im Kühlmittel enthaltene Abwärme an die Außenumgebung des Kraftfahrzeugs abgegeben werden kann.The invention is therefore also directed to a method for operating a heat storage arrangement for using engine waste heat to preheat a battery. This is a traction battery of an electric or hybrid motor vehicle. The heat storage arrangement has a first cooling circuit and a second cooling circuit according to the embodiments described above. The first cooling circuit has at least one drive motor, a heat storage device, a first cooler and a first coolant. The first coolant circulates in the first cooling circuit. The second cooling circuit has at least one battery, a second cooler and a second coolant, wherein the second coolant is preferably identical to the first coolant and circulates in the second cooling circuit. The cooling circuits can also have further components, such as pumps for conveying the coolants, valves, temperature sensors and the like. As stated above, the heat storage arrangement can be operated in at least three different operating modes. In the first operating mode, which is a standard mode, the first coolant circulates through the drive motor and the first cooler. The standard mode serves purely to dissipate the waste heat generated in the drive motor. To do this, the first coolant passes through the drive engine and absorbs the waste heat that is generated during engine operation. The first coolant then passes through the first radiator, allowing the waste heat contained in the coolant to be released into the outside environment of the vehicle.

Der zweite Betriebsmodus, ein sogenannter Lademodus, dient dem Beladen des Wärmespeichers mit Wärmeenergie. Hierzu durchläuft das erste Kühlmittel den Antriebsmotor und nimmt die während des Motorbetriebs anfallende Abwärme auf. Im Anschluss wird das Kühlmittel zu dem Wärmespeicher geleitet, um die aufgenommene Abwärme an diesen abzugeben. Hierzu kann der Wärmespeicher entweder mit dem heißen Kühlmittel gespeist werden oder die im Kühlmittel enthaltene Abwärme wird über geeignete Mittel an ein separates Wärmepeichermedium des Wärmespeichers überführt.The second operating mode, a so-called charging mode, is used to charge the heat storage unit with thermal energy. To do this, the first coolant runs through the drive motor and absorbs the waste heat generated during engine operation. The coolant is then fed to the heat storage unit in order to release the absorbed waste heat to it. To do this, the heat storage unit can either be fed with the hot coolant or the waste heat contained in the coolant is transferred to a separate heat storage medium in the heat storage unit using suitable means.

Wie oben bereits erwähnt, weist die Wärmespeicheranordnung den dritten Betriebsmodus, einen Batterieheizmodus, zum Vorwärmen der Batterie auf. In diesem Betriebsmodus zirkuliert das erste Kühlmittel nur durch den Wärmespeicher und die Batterie. Der Antriebsmotor wird hierbei nicht durchlaufen. Das erste Kühlmittel nimmt die im Wärmespeicher vorgehaltene Abwärme auf, indem entweder das darin enthaltene Kühlmittel aus dem Wärmespeicher entnommen wird oder die im Wärmespeichermedium enthaltene Wärme an das Kühlmittel übertragen wird. Das erste Kühlmittel wird anschließend aus dem ersten Kühlkreislauf entnommen und in den zweiten Kühlkreislauf eingespeist, um dort die Batterie zu durchlaufen. Die im ersten Kühlmittel enthaltene Wärme wird an die Batterie abgegeben, wodurch diese, beispielsweise zur Durchführung eines Kaltstarts, vorgewärmt werden kann. Nachdem das erste Kühlmittel die Batterie durchlaufen hat, wird dieses oder eine Mischung aus dem ersten und dem zweiten Kühlmittel zurück in den ersten Kühlkreislauf und den dort integrierten Wärmespeicher geführt. Vorteilhafterweise ist zum Vorwärmen der Batterie ein Starten oder Betrieb des Antriebsmotors nicht notwendig. Durch die fluidische Kopplung zwischen dem ersten und dem zweiten Kühlkreislauf können aufwändige Bauteile zur thermischen Kopplung, wie beispielsweise Wärmeübertrager, vermieden werden.As already mentioned above, the heat storage arrangement has the third operating mode, a battery heating mode, for preheating the battery. In this operating mode, the first coolant only circulates through the heat storage and the battery. The drive motor is not passed through. The first coolant absorbs the waste heat stored in the heat storage by either removing the coolant contained therein from the heat storage or transferring the heat contained in the heat storage medium to the coolant. The first coolant is then removed from the first cooling circuit and fed into the second cooling circuit to pass through the battery. The heat contained in the first coolant is given off to the battery, which can be preheated, for example to carry out a cold start. After the first coolant has passed through the battery, this or a mixture of the first and second coolants is fed back into the first cooling circuit and the heat storage integrated there. Advantageously, it is not necessary to start or operate the drive motor to preheat the battery. Due to the fluidic coupling between the first and the second cooling circuit, complex components for thermal coupling, such as heat exchangers, can be avoided.

Wie oben bereits erwähnt, weist der erste Kühlkreislauf einen zusätzlichen Wärmeübertrager auf. In einem vierten Betriebsmodus, einem Innenraumheizmodus, kann das erste Kühlmittel nach Durchlaufen des Antriebsmotors den Wärmeübertrager durchlaufen, um die vom Antriebsmotor aufgenommene Abwärme dort abzugeben. Insbesondere kann die Abwärme zur Beheizung des Fahrzeuginnenraums genutzt werden. Mittels eines Drei-Wege-Ventils lässt sich der Wärmespeicher wahlweise zwischen den Antriebsmotor und den Wärmeübertrager schalten.As already mentioned above, the first cooling circuit has an additional heat exchanger. In a fourth operating mode, an interior heating mode, the first coolant can The heat exchanger passes through the drive motor to release the waste heat absorbed by the drive motor. In particular, the waste heat can be used to heat the vehicle interior. The heat storage unit can be switched between the drive motor and the heat exchanger using a three-way valve.

Alternativ kann gemäß eines fünften Betriebsmodus, eines Speicherwärmeheizmodus, das erste Kühlmittel nur durch den Wärmespeicher und den Wärmeübertrager zirkuliert werden. Der Antriebsmotor wird hierbei nicht durchlaufen. Das erste Kühlmittel entnimmt die gespeicherte Wärme aus dem Wärmespeicher und gibt diese, insbesondere zur Beheizung des Fahrzeuginnenraums an den Wärmeübertrager ab. Nach Durchlaufen des Wärmeübertragers strömt das erste Kühlmittel zurück zu dem bzw. in den Wärmespeicher. Besonders vorteilhaft ist eine Verfahrensvariante, welche den dritten Betriebsmodus mit dem fünften Betriebsmodus kombiniert. Das erste Kühlmittel durchströmt zunächst den Wärmespeicher, nimmt die darin gespeicherte Wärme auf und durchläuft im Anschluss den Wärmeübertrager. Hierbei kann ein Teil der im ersten Kühlmittel enthaltenen Wärme an den Wärmeübertrager abgegeben werden und beispielsweise zur Beheizung des Fahrzeuginnenraums genutzt werden. Nach Durchlaufen des Wärmeübertragers wird das erste Kühlmittel in den zweiten Kühlkreislauf eingespeist, um im Anschluss die Batterie zu durchlaufen. Die im Kühlmittel enthaltene Restwärme kann zum Vorwärmen der Batterie genutzt werden. Das erste Kühlmittel bzw. eine Mischung aus dem ersten und dem zweiten Kühlmittel wird anschließend zurück in den ersten Kühlkreislauf geführt. Auf diese Weise lässt sich vor einem Kaltstart sowohl die Fahrgastkabine als auch die Batterie eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Elektro- oder Hybridkraftfahrzeugs, vorwärmen bzw. auf Betriebstemperatur erhitzen.Alternatively, according to a fifth operating mode, a storage heat heating mode, the first coolant can only be circulated through the heat accumulator and the heat exchanger. The drive motor is not passed through in this case. The first coolant takes the stored heat from the heat accumulator and transfers it to the heat exchanger, in particular for heating the vehicle interior. After passing through the heat exchanger, the first coolant flows back to or into the heat accumulator. A process variant that combines the third operating mode with the fifth operating mode is particularly advantageous. The first coolant first flows through the heat accumulator, absorbs the heat stored therein and then passes through the heat exchanger. In this case, part of the heat contained in the first coolant can be transferred to the heat exchanger and used, for example, to heat the vehicle interior. After passing through the heat exchanger, the first coolant is fed into the second cooling circuit and then passes through the battery. The residual heat contained in the coolant can be used to preheat the battery. The first coolant or a mixture of the first and second coolants is then fed back into the first cooling circuit. In this way, both the passenger compartment and the battery of a motor vehicle, in particular an electric or hybrid vehicle, can be preheated or heated to operating temperature before a cold start.

Eine optionale Ausführung des Verfahrens erlaubt eine Zuschaltung eines Wärmespeicherheizmodus, wodurch ein im Wärmespeicher enthaltenes Wärmespeichermedium mittels externer Energiezufuhr heizbar ist. Der Wärmespeicher weist hierzu ein elektrisches Heizmittel, zum Beispiel in der Ausführung eines Tauchsieders auf, welcher wahlweise durch die Fahrzeugbatterie oder mittels einer externen Energiezufuhr, beispielsweise einem Stromanschluss betrieben werden kann. Auf diese Weise kann das Wärmespeichermedium des Wärmespeichers auch nach beliebig langer Standzeit bzw. Nicht-Betrieb des Antriebsmotors mit ausreichend Wärmeenergie beladen werden, um beim nächsten Kaltstart den Innenraum und/oder die Batterie des Kraftfahrzeugs vorzuwärmen.

  • 1 zeigt ein schematisches Verfahrensfließbild einer Wärmespeicheranordnung mit einem ersten und einem zweiten Kühlkreislauf, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der folgenden Figurenbeschreibung offenbart. Es zeigen:
  • 2 ein schematisches Verfahrensfließbild einer Wärmespeicheranordnung mit einem ersten und einem zweiten Kühlkreislauf, in einem ersten Betriebsmodus.
  • 3 ein schematisches Verfahrensfließbild der Wärmespeicheranordnung aus 2 in einem zweiten Betriebsmodus,
  • 4 ein schematisches Verfahrensfließbild einer Wärmespeicheranordnung aus 2 in einem dritten Betriebsmodus,
  • 5 ein schematisches Verfahrensfließbild einer Wärmespeicheranordnung aus 2 in einem ersten Betriebsmodus mit zugeschaltetem Wärmespeicherheizmodus.
An optional embodiment of the method allows a heat storage heating mode to be activated, whereby a heat storage medium contained in the heat storage device can be heated using an external energy supply. For this purpose, the heat storage device has an electrical heating medium, for example in the form of an immersion heater, which can be operated either by the vehicle battery or by means of an external energy supply, for example a power connection. In this way, the heat storage medium of the heat storage device can be charged with sufficient heat energy even after any length of downtime or non-operation of the drive motor in order to preheat the interior and/or the battery of the vehicle during the next cold start.
  • 1 shows a schematic process flow diagram of a heat storage arrangement with a first and a second cooling circuit, as is known from the prior art. Further advantageous embodiments of the invention are disclosed in the subclaims and the following description of the figures. They show:
  • 2 a schematic process flow diagram of a heat storage arrangement with a first and a second cooling circuit, in a first operating mode.
  • 3 a schematic process flow diagram of the heat storage arrangement from 2 in a second operating mode,
  • 4 a schematic process flow diagram of a heat storage arrangement from 2 in a third operating mode,
  • 5 a schematic process flow diagram of a heat storage arrangement from 2 in a first operating mode with heat storage heating mode activated.

In den unterschiedlichen Figuren sind gleiche Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen, weswegen diese in der Regel auch nur einmal beschrieben werden.In the different figures, identical parts are always provided with the same reference symbols, which is why they are usually only described once.

In 1 ist ein schematisches Verfahrensfließbild einer Wärmespeicheranordnung 100 gemäß dem Stand der Technik dargestellt. Die Wärmespeicheranordnung 100 weist einen ersten Kühlkreislauf 200 und einen zweiten Kühlkreislauf 300 auf. Der erste Kühlkreislauf 200 ist zur Kühlung eines Antriebsmotors 210, vorzugsweise eines Verbrennungsmotors, als Hochtemperatur-Kühlkreislauf ausgelegt und weist außerdem einen Kühler 220, einen Wärmespeicher 230 und einen Wärmeübertrager 240 auf. An den Antriebsmotor 210 ist ein Thermostat 211 zur Regelung der Temperatur eines ersten Kühlmittels, welches in dem ersten Kühlkreislauf 200 zirkuliert, angeschlossen. Die Flussrichtung des ersten Kühlmittels ist anhand der Pfeile im Fließbild dargestellt. An das Thermostat 211 schließen sich ein erster Leitungsabschnitt 212, ein zweiter Leitungsabschnitt 213 und ein dritter Leitungsabschnitt 214 an. Der erste Leitungsabschnitt 212 mündet in ein erstes Drei-Wege-Ventil 231. Mittels des Drei-Wege-Ventils 231 kann der Wärmespeicher 230 in den ersten Kühlkreislauf 200 zugeschaltet werden. Dem Wärmespeicher 230 ist eine erste Pumpe 232, vorzugsweise eine elektrische Wasserpumpe, bezüglich der Strömungsrichtung vorgeschaltet. Der Wärmespeicher 230 ist in dieser Ausführung als isolierter Behälter für das heiße Kühlmittel realisiert. Gemäß der dargestellten Schaltung des Drei-Wege-Ventils 231 strömt das erste Kühlmittel direkt in den Wärmeübertrager 240, ohne zuvor den Wärmespeicher 230 zu durchlaufen. Über eine zweite Pumpe 215, die dem Antriebsmotor 210 vorgeschaltet ist, wird das erste Kühlmittel zurück zu dem Antriebsmotor 210 geführt.In 1 is a schematic process flow diagram of a heat storage arrangement 100 according to the prior art. The heat storage arrangement 100 has a first cooling circuit 200 and a second cooling circuit 300. The first cooling circuit 200 is designed as a high-temperature cooling circuit for cooling a drive motor 210, preferably an internal combustion engine, and also has a cooler 220, a heat storage device 230 and a heat exchanger 240. A thermostat 211 for regulating the temperature of a first coolant which circulates in the first cooling circuit 200 is connected to the drive motor 210. The flow direction of the first coolant is shown by the arrows in the flow diagram. A first line section 212, a second line section 213 and a third line section 214 are connected to the thermostat 211. The first line section 212 opens into a first three-way valve 231. The heat accumulator 230 can be connected to the first cooling circuit 200 by means of the three-way valve 231. A first pump 232, preferably an electric water pump, is connected upstream of the heat accumulator 230 in terms of the flow direction. The heat accumulator 230 is implemented in this embodiment as an insulated container for the hot coolant. According to the illustrated circuit of the three-way valve 231, the first coolant flows directly into the heat exchanger 240 without first passing through the heat accumulator 230. A second pump 215, which is connected upstream of the drive motor 210, the first coolant is fed back to the drive motor 210.

Mittels des zweiten Leitungsabschnitts 213 wird das erste Kühlmittel dem ersten Kühler 220 zugeführt. Der erste Kühler 220 dient der Abgabe der im Kühlmittel enthaltenen Wärme an die Umgebung. Nach Durchlaufen des Kühlers 220 wird das erste Kühlmittel wiederum über die zweite Pumpe 215 zurück zum Antriebsmotor 210 geführt. Mittels des dritten Leitungsabschnitts 214 kann das erste Kühlmittel, sofern dieses noch nicht ausreichend Wärme aufgenommen hat, über die zweite Pumpe 215 direkt zu dem Verbrennungsmotor 210 zurückgeführt werden. Das Thermostat 211 wird zur Steuerung des ersten Kühlmittels verwendet. Je nach gewünschtem Betriebsmodus bzw. gemessener Kühlmitteltemperatur werden die entsprechenden Leitungsabschnitte 212, 213 oder 214 geöffnet bzw. geschlossen. Der zweite Kühlkreislauf 300 ist zur Kühlung einer Batterie 310, vorzugsweise einer Traktionsbatterie eines Hybridfahrzeugs, als Niedertemperatur-Kühlkreislauf ausgelegt. Der zweite Kühlkreislauf 300 weist neben der Batterie 310 einen zweiten Kühler 320, der als Niedertemperatur-Kühler ausgelegt ist, und eine dritte Pumpe 340, vorzugsweise eine elektrische Wasserpumpe, auf. Ein zweites Kühlmittel zirkuliert innerhalb des zweiten Kühlkreislaufs 300, wobei die Pfeile im Flussdiagramm die Strömungsrichtung des zweiten Kühlmittels wiedergeben. Das zweite Kühlmittel nimmt die von der Batterie 310 abgegebene Wärme auf und durchläuft den zweiten Kühler 320, um die aufgenommene Wärme an die Umgebung abzugeben. Im Stand der Technik ist es bekannt, den ersten Kühler 220 und den zweiten Kühler 320 z. B. als Gleichstrom-Wärmeübertrager auszuführen, um auf diese Weise eine thermische Kopplung zwischen dem ersten Kühlkreislauf 200 und dem zweiten Kühlkreislauf 300 zu schaffen.The first coolant is fed to the first cooler 220 by means of the second line section 213. The first cooler 220 serves to release the heat contained in the coolant to the environment. After passing through the cooler 220, the first coolant is in turn fed back to the drive motor 210 via the second pump 215. The third line section 214 can be used to feed the first coolant, if it has not yet absorbed sufficient heat, directly back to the combustion engine 210 via the second pump 215. The thermostat 211 is used to control the first coolant. Depending on the desired operating mode or measured coolant temperature, the corresponding line sections 212, 213 or 214 are opened or closed. The second cooling circuit 300 is designed as a low-temperature cooling circuit for cooling a battery 310, preferably a traction battery of a hybrid vehicle. In addition to the battery 310, the second cooling circuit 300 has a second cooler 320, which is designed as a low-temperature cooler, and a third pump 340, preferably an electric water pump. A second coolant circulates within the second cooling circuit 300, with the arrows in the flow diagram showing the flow direction of the second coolant. The second coolant absorbs the heat emitted by the battery 310 and passes through the second cooler 320 in order to release the absorbed heat to the environment. In the prior art, it is known to design the first cooler 220 and the second cooler 320, for example, as a direct current heat exchanger in order to create a thermal coupling between the first cooling circuit 200 and the second cooling circuit 300.

Im Folgenden beziehen sich die Begriffe „vor“ und „hinter“ jeweils auf die mittels der Pfeile angedeutete Strömungsrichtung des betrefflichen Kühlmittels.In the following, the terms “in front of” and “behind” refer to the flow direction of the coolant in question, as indicated by the arrows.

Ein schematisches Verfahrensfließbild einer Wärmespeicher-anordnung 100 ist in 2 dargestellt. Die Wärmespeicheranordnung 100 entspricht im Wesentlichen der aus dem Stand der Technik bekannten Wärmespeicheranordnung gemäß 1, wobei der erste Kühler 220 und der zweite Kühler 320 vorzugsweise keine thermische Kopplung aufweisen. Der erste Kühlkreislauf 200 weist zusätzlich eine erste Verbindungsleitung 410 auf, die in ein zweites Drei-Wege-Ventil 330 mündet. Das zweite Drei-Wege-Ventil 330 ist unmittelbar vor der Batterie 310 in den zweiten Kühlkreislauf 300 integriert. Bei entsprechender Stellung des zweiten Drei-Wege-Ventils 330 kann das erste Kühlmittel aus dem ersten Kühlkreislauf 200 in den zweiten Kühlkreislauf 300 eingespeist werden. Eine zweite Verbindungsleitung 420 ist zur Entnahme des ersten Kühlmittels und/oder einer Mischung aus erstem und zweitem Kühlmittel unmittelbar hinter der Batterie 310 fluidisch mit dem zweiten Kühlkreislauf 300 verbunden. Die zweite Verbindungsleitung 420 mündet unmittelbar vor der ersten Pumpe 232 in den ersten Kühlkreislauf 200.A schematic process flow diagram of a heat storage arrangement 100 is shown in 2 The heat storage arrangement 100 essentially corresponds to the heat storage arrangement known from the prior art according to 1 , wherein the first cooler 220 and the second cooler 320 preferably have no thermal coupling. The first cooling circuit 200 additionally has a first connecting line 410, which opens into a second three-way valve 330. The second three-way valve 330 is integrated into the second cooling circuit 300 immediately before the battery 310. If the second three-way valve 330 is in the appropriate position, the first coolant from the first cooling circuit 200 can be fed into the second cooling circuit 300. A second connecting line 420 is fluidically connected to the second cooling circuit 300 immediately behind the battery 310 for removing the first coolant and/or a mixture of first and second coolant. The second connecting line 420 opens into the first cooling circuit 200 immediately before the first pump 232.

Gemäß 2 ist ein erster Betriebsmodus, ein Standardmodus, dargestellt. Das erste Kühlmittel zirkuliert durch den Antriebsmotor 210, nimmt dessen Abwärme auf, durchläuft das Thermostat 211, den zweiten Leitungsabschnitt 213 und den ersten Kühler 220, um die im Kühlmittel enthaltene Wärme an die Umgebung abzugeben. Das erste Kühlmittel wird im Anschluss mittels der zweiten Pumpe 215 zurück zum Antriebsmotor 210 gefördert. Alternativ kann das erste Kühlmittel mittels des ersten Leitungsabschnitts 212 dem ersten Drei-Wege-Ventil 231 zugeführt werden. Gemäß der dargestellten Stellung des Drei-Wege-Ventils 231 wird das erste Kühlmittel im Anschluss direkt dem Wärmeübertrager 240 zugeführt und mittels der zweiten Pumpe 215 zum Antriebsmotor 210 gefördert.According to 2 a first operating mode, a standard mode, is shown. The first coolant circulates through the drive motor 210, absorbs its waste heat, passes through the thermostat 211, the second line section 213 and the first cooler 220 in order to release the heat contained in the coolant to the environment. The first coolant is then conveyed back to the drive motor 210 by means of the second pump 215. Alternatively, the first coolant can be fed to the first three-way valve 231 by means of the first line section 212. According to the position of the three-way valve 231 shown, the first coolant is then fed directly to the heat exchanger 240 and conveyed to the drive motor 210 by means of the second pump 215.

In 3 ist ein schematisches Verfahrensfließbild einer Wärmespeicheranordnung 100 gemäß 2 dargestellt. In diesem zweiten Betriebsmodus wird das erste Kühlmittel, sofern dieses ausreichend Abwärme des Antriebsmotors 210 aufgenommen hat, mittels des Thermostats 211 dem ersten Leitungsabschnitt 212 zugeführt. Das erste Drei-Wege-Ventil 231 befindet sich in entsprechender Stellung, um den Wärmespeicher 230 zu zuschalten. Das erste Kühlmittel wird mittels der zweiten Pumpe 215 dem Wärmespeicher 230 zugeführt, um diesen mit der aufgenommenen Abwärme zu beladen. Sinnvoll kann es auch sein, dass beide Pumpen 232 und 215 gleichzeitig aktiviert sind, um den Kühlmittelzufluss zum Wärmespeicher 230 zu erhöhen. Im Anschluss durchläuft das erste Kühlmittel den Wärmeübertrager 240 um gegebenenfalls übrige Restwärme an den Fahrzeuginnenraum abzugeben. Das erkaltete Kühlmittel wird mittels der zweiten Pumpe 215 zu dem Antriebsmotor 210 zurück gefördert.In 3 is a schematic process flow diagram of a heat storage arrangement 100 according to 2 shown. In this second operating mode, the first coolant, provided it has absorbed sufficient waste heat from the drive motor 210, is fed to the first line section 212 by means of the thermostat 211. The first three-way valve 231 is in the appropriate position to switch on the heat accumulator 230. The first coolant is fed to the heat accumulator 230 by means of the second pump 215 in order to charge it with the absorbed waste heat. It can also be useful for both pumps 232 and 215 to be activated simultaneously in order to increase the coolant flow to the heat accumulator 230. The first coolant then runs through the heat exchanger 240 in order to release any remaining heat to the vehicle interior. The cooled coolant is pumped back to the drive motor 210 by means of the second pump 215.

Ein dritter Betriebsmodus, ein Batterieheizmodus, ist in 4 dargestellt. Das schematische Verfahrensfließbild zeigt hierzu eine Wärmespeicheranordnung 100 gemäß 2. Zum Vorwärmen der Batterie 310 ist das zweite Drei-Wege-Ventil 330 in entsprechender Stellung, um die erste Verbindungsleitung 410 mit dem zweiten Kühlkreislauf 300 fluidisch zu verbinden. Das erste Kühlmittel wird mittels der ersten Pumpe 232 aus dem Wärmespeicher 230 gefördert, durchläuft den Wärmeübertrager 240 und wird anschließend über die Verbindungsleitung 410 in den zweiten Kühlkreislauf 300 eingespeist. Im Anschluss durchläuft das erste Kühlmittel die Batterie 310 und gibt die im ersten Kühlmittel enthaltene Wärme an diese ab. Mittels der Verbindungsleitung 420, welche sich unmittelbar nach der Batterie 310 an den zweiten Kühlkreislauf 300 anschließt, wird das erste Kühlmittel und/oder eine Mischung aus erstem und zweitem Kühlmittel unmittelbar vor der ersten Pumpe 232 zurück in den ersten Kühlkreislauf 200 gespeist. Das Kühlmittel zirkuliert so lange, durch den Wärmespeicher 230 und die Batterie 310, bis beispielsweise ein Temperatursensor registriert, dass die Batterie 310 ihre Betriebstemperatur erreicht hat. Alternativ oder optional kann ein Teil der im ersten Kühlmittel enthaltenen Wärme mittels des Wärmeübertragers 240 zur Beheizung des Fahrzeuginnenraums genutzt werden. Es ist ebenfalls denkbar, den Wärmeübertrager 240 mittels eines Bypasses (nicht dargestellt) zu umgehen.A third operating mode, a battery heating mode, is available in 4 The schematic process flow diagram shows a heat storage arrangement 100 according to 2 . To preheat the battery 310, the second three-way valve 330 is in the appropriate position to fluidically connect the first connecting line 410 to the second cooling circuit 300. The first coolant is pumped from the heat accumulator 230 by means of the first pump 232, passes through the heat exchanger 240 and is then fed into the second cooling circuit 300 via the connecting line 410. The first coolant then passes through the battery 310 and transfers the heat contained in the first coolant to it. By means of the connecting line 420, which connects to the second cooling circuit 300 immediately after the battery 310, the first coolant and/or a mixture of first and second coolant is fed back into the first cooling circuit 200 immediately before the first pump 232. The coolant circulates through the heat accumulator 230 and the battery 310 until, for example, a temperature sensor registers that the battery 310 has reached its operating temperature. Alternatively or optionally, part of the heat contained in the first coolant can be used to heat the vehicle interior by means of the heat exchanger 240. It is also conceivable to bypass the heat exchanger 240 by means of a bypass (not shown).

In 5 befindet sich eine Wärmespeicheranordnung 100, gemäß 2, in einem ersten Betriebsmodus. Zusätzlich ist ein optionaler Wärmespeicherheizmodus zugeschaltet, in welchem ein elektrisches Heizelement 500 zur Beladung des Wärmespeichers 230 mit externer Energie genutzt wird. Bei dem elektrischen Heizelement 500 kann es sich bspw. um einen simplen Tauchsieder handeln, der mittels der Batterie 310, einer weiteren Fahrzeugbatterie oder einer externen Stromquelle mit elektrischer Energie versorgt wird. Insbesondere nach einer längeren Standzeit des Kraftfahrzeugs, zum Beispiel nach mehreren Tagen, kann der Wärmespeicher 230 auf diese Weise durch externe Energiezufuhr aufgeladen werden und die gespeicherte Energie in Form von Wärme, gemäß des dritten Betriebsmodus zum Vorwärmen der Batterie 310 genutzt werden.In 5 There is a heat storage arrangement 100, according to 2 , in a first operating mode. In addition, an optional heat storage heating mode is activated, in which an electrical heating element 500 is used to charge the heat storage 230 with external energy. The electrical heating element 500 can be, for example, a simple immersion heater that is supplied with electrical energy by means of the battery 310, another vehicle battery or an external power source. In particular, after a longer period of downtime of the motor vehicle, for example after several days, the heat storage 230 can be charged in this way by external energy supply and the stored energy in the form of heat can be used to preheat the battery 310 according to the third operating mode.

Bezugszeichenliste:List of reference symbols:

100100
Wärmespeicheranordnungheat storage arrangement
200200
erster Kühlkreislauf / Hochtemperatur-Kühlkreislauffirst cooling circuit / high-temperature cooling circuit
210210
Antriebsmotordrive motor
211211
Thermostatthermostat
212212
erster Leitungsabschnittfirst line section
213213
zweiter Leitungsabschnittsecond line section
214214
dritter Leitungsabschnittthird line section
215215
zweite Pumpesecond pump
220220
erster Kühler / Hochtemperatur-Kühlerfirst cooler / high-temperature cooler
230230
Wärmespeicherheat storage
231231
erstes Drei-Wege-Ventilfirst three-way valve
232232
erste Pumpefirst pump
240240
Wärmeübertragerheat exchanger
300300
zweiter Kühlkreislauf / Niedertemperatur-Kühlkreislaufsecond cooling circuit / low-temperature cooling circuit
310310
Batteriebattery
320320
zweiter Kühler / Niedertemperatur-Kühlersecond cooler / low-temperature cooler
330330
zweites Drei-Wege-Ventilsecond three-way valve
340340
dritte Pumpethird pump
410410
erste Verbindungsleitungfirst connecting line
420420
zweite Verbindungsleitungsecond connecting line
500500
elektrisches Heizelementelectric heating element

Claims (7)

Wärmespeicheranordnung (100) eingerichtet zur Nutzung von Motorabwärme zum Vorwärmen einer als Traktionsbatterie eines Elektro- oder Hybridkraftfahrzeugs ausgebildeten Batterie (310), mit einem ersten Kühlkreislauf (200), der wenigstens aufweist - einen als Verbrennungsmotor ausgebildeten, Abwärme erzeugenden Antriebsmotor (210), wobei die Abwärme mittels eines ersten Kühlmittels abgeführt wird, - einen Wärmespeicher (230) eingerichtet zur Speicherung der im ersten Kühlmittel enthaltenen Abwärme, - einen Wärmeübertrager (240) eingerichtet zur Nutzung der im ersten Kühlmittel enthaltenen Abwärme, wobei der Wärmeübertrager (240) mittels eines ersten Drei-Wege-Ventils (231), in den ersten Kühlkreislauf (200) integriert ist, - einen ersten Kühler (220) zum Abgeben der im ersten Kühlmittel enthaltenen Abwärme an die Umgebung, und mit einem zweiten Kühlkreislauf (300), der wenigstens aufweist - eine als Traktionsbatterie eines Elektro- oder Hybridkraftfahrzeugs ausgebildeten Batterie (310), eingerichtet zur Speicherung elektrischer Energie zur Speisung eines Elektromotors, wobei die Batterie (310) mittels eines zweiten Kühlmittels gekühlt wird, - einen zweiten Kühler (320) eingerichtet zur Abgabe von im zweiten Kühlmittel enthaltener Wärme an die Umgebung, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kühlkreislauf (200) mittels einer ersten und einer zweiten Verbindungsleitung (410,420) mit dem zweiten Kühlkreislauf (300) fluidisch gekoppelt ist, wobei der erste Kühlkreislauf (200) eine stromab des Wärmeüberträgers (240) angeordnete erste Verbindungsleitung (410) aufweist, die in ein zweites Drei-Wege-Ventil (330) mündet, welches unmittelbar vor der Batterie (310) in den zweiten Kühlkreislauf (300) integriert ist, wobei eine zweite Verbindungsleitung (420) zur Entnahme des ersten Kühlmittels und/oder einer Mischung aus erstem und zweitem Kühlmittel unmittelbar hinter der Batterie (310) fluidisch mit dem zweiten Kühlkreislauf (300) verbunden ist, wobei die zweite Verbindungsleitung (420) unmittelbar vor der ersten Pumpe (232) in den ersten Kühlkreislauf (200) mündet, wobei die im Wärmespeicher (230) gespeicherte Abwärme mittels des ersten Kühlmittels zum Vorwärmen der als Traktionsbatterie eines Elektro- oder Hybridkraftfahrzeugs ausgebildeten Batterie (310) nutzbar ist.Heat storage arrangement (100) designed to use engine waste heat to preheat a battery (310) designed as a traction battery of an electric or hybrid motor vehicle, with a first cooling circuit (200) which has at least - a drive motor (210) designed as an internal combustion engine and generating waste heat, wherein the waste heat is dissipated by means of a first coolant, - a heat storage device (230) designed to store the waste heat contained in the first coolant, - a heat exchanger (240) designed to use the waste heat contained in the first coolant, wherein the heat exchanger (240) is integrated into the first cooling circuit (200) by means of a first three-way valve (231), - a first cooler (220) for releasing the waste heat contained in the first coolant to the environment, and with a second cooling circuit (300) which has at least - a battery (310) designed as a traction battery of an electric or hybrid motor vehicle, designed to store electrical energy for feeding an electric motor, wherein the battery (310) is cooled by means of a second coolant, - a second cooler (320) designed to release heat contained in the second coolant to the environment, characterized in that the first cooling circuit (200) is fluidically coupled to the second cooling circuit (300) by means of a first and a second connecting line (410,420), wherein the first cooling circuit (200) has a first connecting line (410) arranged downstream of the heat exchanger (240), which opens into a second three-way valve (330) which is integrated into the second cooling circuit (300) immediately upstream of the battery (310), wherein a second connecting line (420) for removing the first coolant and/or a mixture of first and second coolant is directly connected to the second cooling circuit (300). telbar behind the battery (310) is fluidically connected to the second cooling circuit (300), wherein the second connecting line (420) opens into the first cooling circuit (200) immediately before the first pump (232), wherein the waste heat stored in the heat accumulator (230) can be used by means of the first coolant to preheat the battery (310) designed as a traction battery of an electric or hybrid motor vehicle. Wärmespeicheranordnung (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmespeicher (230) ein elektrisches Heizmittel (500) aufweist, das zur Abgabe von Wärme an ein im Wärmespeicher (230) enthaltenes Wärmespeichermedium ausgebildet ist.Heat storage arrangement (100) according to claim 1 , characterized in that the heat accumulator (230) has an electrical heating means (500) which is designed to release heat to a heat storage medium contained in the heat accumulator (230). Wärmespeicheranordnung (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeübertrager (240) eingerichtet ist zur Nutzung der im ersten Kühlmittel enthaltenen Abwärme für eine Fahrzeuginnenraumheizung.Heat storage arrangement (100) according to claim 1 or 2 , characterized in that the heat exchanger (240) is designed to use the waste heat contained in the first coolant for heating the vehicle interior. Verfahren zum Betrieb einer Wärmespeicheranordnung (100) zur Nutzung von Motorabwärme zum Vorwärmen einer als Traktionsbatterie eines Elektro- oder Hybridkraftfahrzeugs ausgebildeten Batterie (310) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem ersten Kühlkreislauf (200), der wenigstens einen als Verbrennungsmotor ausgebildeten Antriebsmotor (210), einen Wärmespeicher (230), einen ersten Kühler (220), einen Wärmeüberträger (240) sowie ein erstes Kühlmittel, das in dem ersten Kühlkreislauf (200) zirkuliert, aufweist, einem zweiten Kühlkreislauf (300), der wenigstens eine als Traktionsbatterie eines Elektro- oder Hybridkraftfahrzeugs ausgebildete Batterie (310), einen zweiten Kühler (320) und ein zweites Kühlmittel, das in dem zweiten Kühlkreislauf (300) zirkuliert, aufweist und mit mindestens drei Betriebsmodi, wobei in - in einem ersten Betriebsmodus, einem Standardmodus, das erste Kühlmittel durch den Antriebsmotor (210) und den ersten Kühler (220) zirkuliert, wobei das erste Kühlmittel Abwärme des Antriebsmotors (210) aufnimmt und über den ersten Kühler (220) an die Umgebung abgibt, - in einem zweiten Betriebsmodus, einem Lademodus, das erste Kühlmittel durch den Antriebsmotor (210) und den Wärmespeicher (230) zirkuliert, wobei das erste Kühlmittel die Abwärme des Antriebsmotors (210) aufnimmt und zur Speicherung an den Wärmespeicher (230) abgibt, dadurch gekennzeichnet, dass - in einem dritten Betriebsmodus, einem Batterieheizmodus, das erste Kühlmittel nur durch den Wärmespeicher (230) und die als Traktionsbatterie eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs ausgebildete Batterie (310) zirkuliert, wobei das erste Kühlmittel Wärme, die in dem Wärmespeicher (230) gespeichert ist, aufnimmt und an die Batterie (310) abgibt, um diese vorzuwärmen.Method for operating a heat storage arrangement (100) for using engine waste heat to preheat a battery (310) designed as a traction battery of an electric or hybrid motor vehicle according to one of the preceding claims, with a first cooling circuit (200) which has at least one drive motor (210) designed as an internal combustion engine, a heat accumulator (230), a first cooler (220), a heat exchanger (240) and a first coolant which circulates in the first cooling circuit (200), a second cooling circuit (300) which has at least one battery (310) designed as a traction battery of an electric or hybrid motor vehicle, a second cooler (320) and a second coolant which circulates in the second cooling circuit (300), and with at least three operating modes, wherein in - in a first operating mode, a standard mode, the first coolant circulates through the drive motor (210) and the first cooler (220), wherein the first coolant contains waste heat from the drive motor (210) and releases it to the environment via the first cooler (220), - in a second operating mode, a charging mode, the first coolant circulates through the drive motor (210) and the heat accumulator (230), wherein the first coolant absorbs the waste heat of the drive motor (210) and releases it to the heat accumulator (230) for storage, characterized in that - in a third operating mode, a battery heating mode, the first coolant circulates only through the heat accumulator (230) and the battery (310) designed as a traction battery of an electric or hybrid vehicle, wherein the first coolant absorbs heat stored in the heat accumulator (230) and releases it to the battery (310) in order to preheat it. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in einem vierten Betriebsmodus, einem Innenraumheizmodus, das erste Kühlmittel durch den Antriebsmotor (210) und den Wärmeübertrager (240) zirkuliert, wobei das erste Kühlmittel die Abwärme des Antriebsmotors (210) aufnimmt und insbesondere zur Beheizung eines Fahrzeuginnenraums an den Wärmeübertrager (240) abgibt.procedure according to claim 4 , characterized in that in a fourth operating mode, an interior heating mode, the first coolant circulates through the drive motor (210) and the heat exchanger (240), wherein the first coolant absorbs the waste heat of the drive motor (210) and releases it to the heat exchanger (240), in particular for heating a vehicle interior. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass in einem fünften Betriebsmodus, einem Speicherwärmeheizmodus, das erste Kühlmittel nur durch den Wärmespeicher (230) und den Wärmeübertrager (240) zirkuliert, wobei das erste Kühlmittel Wärme, die in dem Wärmespeicher (230) gespeichert ist, aufnimmt und insbesondere zur Beheizung eines Fahrzeuginnenraums an den Wärmeübertrager (240) abgibt.Method according to one of the Claims 4 or 5 , characterized in that in a fifth operating mode, a storage heat heating mode, the first coolant circulates only through the heat accumulator (230) and the heat exchanger (240), wherein the first coolant absorbs heat stored in the heat accumulator (230) and releases it to the heat exchanger (240), in particular for heating a vehicle interior. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wärmespeicherheizmodus, zuschaltbar ist, um einem Wärmespeichermedium, das im Wärmespeicher (230) enthaltenen ist, mittels eines elektrischen Heizmittels (500) Wärme zuzuführen.Method according to one of the Claims 4 until 6 , characterized in that a heat storage heating mode can be switched on in order to supply heat to a heat storage medium contained in the heat accumulator (230) by means of an electrical heating means (500).
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