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 PDFInfo
- Publication number
- 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
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- heat
- coolant
- cooling circuit
- battery
- designed
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000005338 heat storage Methods 0.000 title claims abstract description 77
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 25
- 239000002826 coolant Substances 0.000 claims abstract description 137
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 134
- 239000002918 waste heat Substances 0.000 claims abstract description 57
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims abstract description 27
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 8
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 33
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 11
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 9
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 9
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 9
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 6
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 3
- 239000010705 motor oil Substances 0.000 description 3
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 2
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 2
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 2
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 2
- 239000002828 fuel tank Substances 0.000 description 2
- 239000003502 gasoline Substances 0.000 description 2
- 238000009396 hybridization Methods 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 2
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000035 biogenic effect Effects 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 238000005485 electric heating Methods 0.000 description 1
- 238000012983 electrochemical energy storage Methods 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010327 methods by industry Methods 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
- H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
- H01M10/656—Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by the type of heat-exchange fluid
- H01M10/6567—Liquids
- H01M10/6568—Liquids characterised by flow circuits, e.g. loops, located externally to the cells or cell casings
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
- F01P3/00—Liquid cooling
- F01P3/20—Cooling circuits not specific to a single part of engine or machine
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
- H01M10/61—Types of temperature control
- H01M10/615—Heating or keeping warm
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
- H01M10/62—Heating or cooling; Temperature control specially adapted for specific applications
- H01M10/625—Vehicles
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
- H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
- H01M10/659—Means for temperature control structurally associated with the cells by heat storage or buffering, e.g. heat capacity or liquid-solid phase changes or transition
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
- H01M10/66—Heat-exchange relationships between the cells and other systems, e.g. central heating systems or fuel cells
- H01M10/663—Heat-exchange relationships between the cells and other systems, e.g. central heating systems or fuel cells the system being an air-conditioner or an engine
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
- F01P11/00—Component parts, details, or accessories not provided for in, or of interest apart from, groups F01P1/00 - F01P9/00
- F01P11/14—Indicating devices; Other safety devices
- F01P2011/205—Indicating devices; Other safety devices using heat-accumulators
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M2220/00—Batteries for particular applications
- H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Air-Conditioning For Vehicles (AREA)
- Hybrid Electric Vehicles (AREA)
- Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
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.
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.
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
Auch aus der
Eine alternative Ausführung eines Wärmespeichers ist z. B. aus der
In der
Auch die
Eine Rekuperationsanordnung mit mehreren Speichereinheiten zur Energierückgewinnung und Energiespeicherung in einem Kraftfahrzeug ist aus der
Aus der
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
Die der Erfindung nächst kommende
Eine Batterietemperierungsvorrichtung für eine Traktionsbatterie eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs zum Heizen und/oder Kühlen einer Batterie ist in der
Die
Die
Aus der
Die
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,
- - 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 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,
- - 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,
- - 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.
- - 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,
- - 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 aus2 in einem zweiten Betriebsmodus, -
4 ein schematisches Verfahrensfließbild einer Wärmespeicheranordnung aus2 in einem dritten Betriebsmodus, -
5 ein schematisches Verfahrensfließbild einer Wärmespeicheranordnung aus2 in einem ersten Betriebsmodus mit zugeschaltetem Wärmespeicherheizmodus.
-
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 from2 in a second operating mode, -
4 a schematic process flow diagram of a heat storage arrangement from2 in a third operating mode, -
5 a schematic process flow diagram of a heat storage arrangement from2 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
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
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
Gemäß
In
Ein dritter Betriebsmodus, ein Batterieheizmodus, ist in
In
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)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102017211303.0A DE102017211303B4 (en) | 2017-07-04 | 2017-07-04 | Heat storage arrangement for a vehicle battery and method for its operation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102017211303.0A DE102017211303B4 (en) | 2017-07-04 | 2017-07-04 | Heat storage arrangement for a vehicle battery and method for its operation |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE102017211303A1 DE102017211303A1 (en) | 2019-01-10 |
| DE102017211303B4 true DE102017211303B4 (en) | 2025-02-27 |
Family
ID=64665895
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE102017211303.0A Active DE102017211303B4 (en) | 2017-07-04 | 2017-07-04 | Heat storage arrangement for a vehicle battery and method for its operation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE102017211303B4 (en) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102018112108A1 (en) * | 2018-05-18 | 2019-11-21 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Method for tempering a current storage |
| CN114407609B (en) * | 2022-01-26 | 2024-03-19 | 烟台大学 | Whole vehicle integrated preheating system of hybrid power vehicle |
| CN115465089B (en) * | 2022-09-26 | 2024-06-18 | 潍柴动力股份有限公司 | Thermal management system control method for hybrid vehicle and hybrid vehicle |
| DE102023103610A1 (en) | 2023-02-15 | 2024-08-22 | Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft | Method for operating a cooling circuit in a vehicle |
| US12218327B2 (en) | 2023-03-27 | 2025-02-04 | Ford Global Technologies, Llc | Battery heating via heat collected from coolant passing through hollow windings of electric machine |
| CN116691453B (en) * | 2023-06-30 | 2025-09-09 | 长城汽车股份有限公司 | Method, device and equipment for recycling waste heat of engine after vehicle stopping and vehicle |
| DE102023208683A1 (en) * | 2023-09-08 | 2025-03-13 | Brose Fahrzeugteile SE & Co. Kommanditgesellschaft, Würzburg | Electrically powered motor vehicle and method for its operation |
Citations (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4402215A1 (en) | 1993-07-12 | 1995-01-19 | Man Nutzfahrzeuge Ag | Process for improving the cold start behavior of internal combustion engines |
| US20080251303A1 (en) | 2005-09-13 | 2008-10-16 | Renault S.A.S | Method for Controlling a Vehicle Drive Train Comprising Two Cooling Circuits |
| DE102010014752A1 (en) | 2010-04-13 | 2010-11-11 | Daimler Ag | Cooling arrangement for e.g. hybrid electric vehicle, has two exhaust gas releasing devices connected in series or parallel to cooling circuit, and coupling elements for connecting electric energy storage to cooling circuit |
| DE102010029904A1 (en) | 2010-06-10 | 2011-12-15 | Ford Global Technologies, Llc | Hybrid drive for use in plug-in hybrid electrical vehicle, has diesel engine i.e. two stroke diesel engine, for driving generator, where biogenous fuel acts as lubricant and coolant of diesel engine |
| DE102011017764A1 (en) | 2011-04-29 | 2012-10-31 | Robert Bosch Gmbh | Heat accumulator system for internal combustion engine e.g. petrol engine, of motor car, has discharge circuit closed via heat accumulator and combustion engine, where discharge circuit and charging circuit are decoupled from each other |
| DE102013209045A1 (en) | 2013-05-15 | 2014-11-20 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Cooling system for a hybrid vehicle and method for operating such a cooling system |
| DE102013209837A1 (en) | 2013-05-27 | 2014-11-27 | Robert Bosch Gmbh | Recuperation arrangement with control unit |
| DE102013225582A1 (en) | 2013-12-11 | 2015-06-11 | Robert Bosch Gmbh | Battery system with releasable heat storage |
| EP2143573B1 (en) | 2008-07-08 | 2015-09-09 | MAHLE Behr GmbH & Co. KG | Heater for a motor vehicle |
| DE102015103032A1 (en) | 2014-03-06 | 2015-09-10 | GM Global Technology Operations LLC (n. d. Ges. d. Staates Delaware) | Thermal management system for a vehicle |
| DE102014007214A1 (en) | 2014-05-19 | 2015-11-19 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Method of recovering heat from internal combustion engines and converting the recovered heat into mechanical energy |
| DE102015208100A1 (en) | 2014-07-15 | 2016-01-21 | Ford Global Technologies, Llc | Motor vehicle with heat accumulator and method for operating a heat accumulator in a motor vehicle |
| DE102015106382A1 (en) | 2015-04-24 | 2016-10-27 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Battery temperature control device and its use, battery system and vehicle with such, and method for heating and / or cooling a battery |
| DE102015122196A1 (en) | 2015-12-18 | 2017-06-22 | Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft | Cooling circuit system for an electrically operated vehicle |
-
2017
- 2017-07-04 DE DE102017211303.0A patent/DE102017211303B4/en active Active
Patent Citations (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4402215A1 (en) | 1993-07-12 | 1995-01-19 | Man Nutzfahrzeuge Ag | Process for improving the cold start behavior of internal combustion engines |
| US20080251303A1 (en) | 2005-09-13 | 2008-10-16 | Renault S.A.S | Method for Controlling a Vehicle Drive Train Comprising Two Cooling Circuits |
| EP2143573B1 (en) | 2008-07-08 | 2015-09-09 | MAHLE Behr GmbH & Co. KG | Heater for a motor vehicle |
| DE102010014752A1 (en) | 2010-04-13 | 2010-11-11 | Daimler Ag | Cooling arrangement for e.g. hybrid electric vehicle, has two exhaust gas releasing devices connected in series or parallel to cooling circuit, and coupling elements for connecting electric energy storage to cooling circuit |
| DE102010029904A1 (en) | 2010-06-10 | 2011-12-15 | Ford Global Technologies, Llc | Hybrid drive for use in plug-in hybrid electrical vehicle, has diesel engine i.e. two stroke diesel engine, for driving generator, where biogenous fuel acts as lubricant and coolant of diesel engine |
| DE102011017764A1 (en) | 2011-04-29 | 2012-10-31 | Robert Bosch Gmbh | Heat accumulator system for internal combustion engine e.g. petrol engine, of motor car, has discharge circuit closed via heat accumulator and combustion engine, where discharge circuit and charging circuit are decoupled from each other |
| DE102013209045A1 (en) | 2013-05-15 | 2014-11-20 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Cooling system for a hybrid vehicle and method for operating such a cooling system |
| DE102013209837A1 (en) | 2013-05-27 | 2014-11-27 | Robert Bosch Gmbh | Recuperation arrangement with control unit |
| DE102013225582A1 (en) | 2013-12-11 | 2015-06-11 | Robert Bosch Gmbh | Battery system with releasable heat storage |
| DE102015103032A1 (en) | 2014-03-06 | 2015-09-10 | GM Global Technology Operations LLC (n. d. Ges. d. Staates Delaware) | Thermal management system for a vehicle |
| DE102014007214A1 (en) | 2014-05-19 | 2015-11-19 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Method of recovering heat from internal combustion engines and converting the recovered heat into mechanical energy |
| DE102015208100A1 (en) | 2014-07-15 | 2016-01-21 | Ford Global Technologies, Llc | Motor vehicle with heat accumulator and method for operating a heat accumulator in a motor vehicle |
| DE102015106382A1 (en) | 2015-04-24 | 2016-10-27 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Battery temperature control device and its use, battery system and vehicle with such, and method for heating and / or cooling a battery |
| DE102015122196A1 (en) | 2015-12-18 | 2017-06-22 | Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft | Cooling circuit system for an electrically operated vehicle |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE102017211303A1 (en) | 2019-01-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DE102017211303B4 (en) | Heat storage arrangement for a vehicle battery and method for its operation | |
| DE102014201678B4 (en) | Intercooler system with integrated heating device | |
| DE102011076737B4 (en) | Device for providing electrical energy | |
| EP3403869B1 (en) | Cooling device | |
| DE102020107111B4 (en) | Heat pump arrangement for vehicles with a vehicle cabin heating circuit and a battery heating circuit | |
| DE102009059237B4 (en) | Fahrzeugheizkreislauf | |
| DE102010014752A1 (en) | Cooling arrangement for e.g. hybrid electric vehicle, has two exhaust gas releasing devices connected in series or parallel to cooling circuit, and coupling elements for connecting electric energy storage to cooling circuit | |
| DE102013221640A1 (en) | Cooling system for an electric vehicle and method of manufacturing a cooling system | |
| EP0634565A1 (en) | Method for improving the cold stant behaviour of internal combustion engines | |
| DE102017201541A1 (en) | Motor vehicle with at least one rechargeable battery, system of a motor vehicle and a charging station and method for controlling the temperature of a rechargeable battery of a motor vehicle | |
| DE102009019607A1 (en) | Vehicle e.g. hybrid vehicle, has air-conditioning device that is operated to heat or cool passenger compartment for maintaining actual temperature of compartment within predetermined temperature range | |
| DE102018210787B3 (en) | Heating system and method for the interior heating of a vehicle and motor vehicle | |
| DE102011109703A1 (en) | Circuit arrangement for cooling e.g. electrical drive components, of e.g. plug-in hybrid vehicle, has coolant pump, inner space heat exchanger, electrical drive components and low temperature radiator arranged in unbranched cooling circuit | |
| DE102011075284A1 (en) | Method for conditioning a heat / cold storage and vehicle with a heat / cold storage | |
| EP0791497B1 (en) | Heating device for vehicle | |
| DE102013008800B4 (en) | Vehicle coolant system and vehicle with such | |
| DE102012103131B4 (en) | Motor vehicle with a temperature-controlled vehicle battery | |
| DE102009058575A1 (en) | Cooling circuit of an internal combustion engine and a working method for operating a cooling circuit | |
| DE112014005303B4 (en) | Arrangement and method for controlling the temperature of a power storage system in a vehicle | |
| DE102015208100B4 (en) | Motor vehicle with heat accumulator and method for operating a heat accumulator in a motor vehicle | |
| DE19726217B4 (en) | By a combustion engine driven motor vehicle | |
| DE202013100932U1 (en) | Intercooler system with integrated heating device | |
| DE102017123743A1 (en) | Device for conditioning a rail vehicle | |
| DE102018205345B4 (en) | Electric motor with liquid cooling and use of such an electric motor | |
| DE102018008242A1 (en) | Method for heating an energy store of a motor vehicle |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R012 | Request for examination validly filed | ||
| R016 | Response to examination communication | ||
| R082 | Change of representative |
Representative=s name: WETTLAUFER, FRANK, DIPL.-ING., DE |
|
| R016 | Response to examination communication | ||
| R016 | Response to examination communication | ||
| R018 | Grant decision by examination section/examining division |