DE102014005126A1

DE102014005126A1 - Verfahren zur redundanten Erzeugung von Energie in einem Kraftfahrzeug und ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102014005126A1
Application number: DE102014005126.9A
Authority: DE
Inventors: Werner Kober; Norman Krippner; Ralf Oberfell; Sebastian Weller-Schelle; Enrico Wohlfarth
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2014-04-08
Filing date: 2014-04-08
Publication date: 2014-09-25

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur redundanten Erzeugung von Energie in einem Kraftfahrzeug, welche in einem Energiespeicher (7) gespeichert wird. Bei einem Verfahren, bei welchem der Akkumulator als Energiespeicher auch bei stehendem Verbrennungsmotor geladen werden kann, wird die elektrische Energie unabhängig von einem Verbrennungsmotor (3) des Kraftfahrzeuges (1) von einer Wärmekraftmaschine (13) erzeugt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur redundanten Erzeugung von Energie in einem Kraftfahrzeug, welche in einem Energiespeicher speicherbar ist, sowie ein Kraftfahrzeug mit einem Energiespeicher.
Aus der DE 10 2009 028 388 A1 ist eine Vorrichtung zur Stromerzeugung in einem Kraftfahrzeug mittels eines thermoelektrischen Elementes bekannt, bei welchem das thermoelektrische Element zwischen einem wärmeerzeugenden Fahrzeugaggregat und einem Kühl- und Schmiermittelkreislauf angeordnet ist. Dabei ist das thermoelektrische Element thermisch zwischen einer warmen Eintrittsseite und einer kühlen Ein- oder Austrittsseite des Wärmetauschers angeordnet, welcher zur Kühlung des Kühl- oder Schmiermittels vorgesehen ist. Dies bedeutet, dass das thermoelektrische Element mit einer Seite in thermischem Kontakt mit der Wärmeeintrittsseite des Wärmetauschers steht, über welche das von dem Fahrzeugaggregat erwärmte Kühl- oder Schmiermittel hineinströmt und mit einer anderen Seite mit einer kühlen Ein- oder Austrittsseite des Wärmetauschers in thermischem Kontakt steht, wodurch die Temperaturdifferenzen zwischen den beiden Seiten des thermoelektrischen Elementes hoch ist und somit eine hohe elektrische Leistung und daher Energieausbeute an dem thermoelektrischen Element abrufbar ist. Die von dem thermoelektrischen Element erzeugte elektrische Energie kann in einem Energiespeicher des Kraftfahrzeuges zur weiteren Verwendung gespeichert werden. Nachteilig dabei ist, dass der Energiespeicher im Kraftfahrzeug bei stehendem Motor nicht nachgeladen werden kann, da das thermoelektrische Element nur dann Energie erzeugt, wenn das Wärme erzeugende Fahrzeugaggregat in Betrieb ist.
Ist der Energiespeicher als Akkumulator ausgebildet, so wird die Startfähigkeit eines Verbrennungsmotors des Kraftfahrzeuges durch eine möglichst effektive Ladungserhaltung durch den Einsatz von leistungsfähigen Generatoren und Akkumulatoren in Verbindung mit einer intelligenten Steuerung gewährleistet. Die Nachteile eines solchen Systems bestehen darin, dass der als Akkumulator ausgebildete Energiespeicher nur geladen werden kann, wenn der Generator durch den Verbrennungsmotor angetrieben wird. Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und ein Kraftfahrzeug anzugeben, bei welchem ein Energiespeicher unabhängig vom Betriebszustand des Verbrennungsmotors aufgeladen werden kann.
Die Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, sowie der Erläuterung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren dargestellt sind.
Die Aufgabe ist mit einem Verfahren dadurch gelöst, dass die elektrische Energie unabhängig von einem Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeuges von einer Wärmekraftmaschine erzeugt wird. Dies hat den Vorteil, dass die Akkumulatoren auch bei Stillstand des Verbrennungsmotors aufgeladen werden können, so dass auf den Betrieb des Verbrennungsmotors bei stehendem Fahrzeug verzichtet werden kann, woraus sich Vorteile für den Umweltschutz ergeben.
Vorteilhafterweise erzeugt die Wärmekraftmaschine gleichzeitig zur elektrischen Energie Wärmeenergie zur Vorwärmung des Verbrennungsmotors. Durch die gleichzeitige Vorwärmung des Verbrennungsmotors erfolgt eine Senkung des Leistungsbedarfs des Verbrennungsmotors beim Start.
Eine Weiterbildung der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einem Energiespeicher, umfassend eine redundant elektrische Energie erzeugende Einheit, die mit einem Energiespeicher verbunden ist, in welchem die erzeugte elektrische Energie abspeicherbar ist. Bei einem Kraftfahrzeug, bei welchem ein Energiespeicher unabhängig vom Verbrennungsmotor aufladbar ist, ist die redundant elektrische Energie erzeugende Einheit als Wärmekraftmaschine ausgebildet, die von einem Verbrennungsmotor unabhängig ist und sowohl elektrische Energie als auch Wärme bereitstellt. Neben der Vorwärmung des Verbrennungsmotors erfolgt ein Laden des Energiespeichers während des Stehens des Verbrennungsmotors. Gleichzeitig können mittels eines solchen Energiespeichers im Stillstand des Verbrennungsmotors elektrische Verbraucher mit elektrischer Energie versorgt werden. Dabei erfolgt gleichzeitig eine Entlastung der Fahrzeugbatterie.
Um den Innenraum des Kraftfahrzeuges optimal konditionieren zu können, ist die Wärmekraftmaschine mit dem Energiespeicher und mit einem Wärmetauscher direkt verbunden.
In einer Variante ist der als Akkumulator ausgebildete Energiespeicher im Stillstand des Kraftfahrzeuges bei inaktivem Verbrennungsmotor durch die Wärmekraftmaschine aufladbar, was ein besonders umweltfreundliches Verfahren darstellt.
In einer weiteren Ausführungsform ist der Wärmetauscher im Innenraum des Kraftfahrzeuges in einem Kühlwassersystem angeordnet, in welchem der Verbrennungsmotor positioniert ist. Dadurch wird durch die, von der Wärmekraftmaschine während des Stillstands des Verbrennungsmotors abgegebene Wärme der Verbrennungsmotor vorgewärmt, was zu einer Senkung des Leistungsbedarfs bei einem Start des Verbrennungsmotors führt und somit zu einer Verringerung der Umweltbelastung.
In einer Ausgestaltung ist die Wärmekraftmaschine mit einem flüssigen oder einem gasförmigen Energieträger antreibbar. Der Energieträger lässt sich somit besonders vorteilhaft unter Kostengesichtspunkten auswählen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der – gegebenenfalls unter Bezug auf die Zeichnung – zumindest ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Beschriebene und/oder bildlich dargestellte Merkmale können für sich oder in beliebiger, sinnvoller Kombination den Gegenstand der Erfindung bilden, gegebenenfalls auch unabhängig von den Ansprüchen, und können insbesondere zusätzlich auch Gegenstand einer oder mehrerer separater Anmeldung/en sein. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Es zeigen:
1 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeuges,
2 eine Prinzipdarstellung der Anordnung einer Wärmekraftmaschine in dem Kraftfahrzeug.
In 1 ist ein Kraftfahrzeug 1 dargestellt, welches mittels eines Verbrennungsmotors 3 angetrieben wird. Zum Start des Verbrennungsmotors 3 ist ein Generator 5 vorhanden, welcher den Verbrennungsmotor 3 mit entsprechender elektrischer Energie versorgt. Darüber hinaus ist ein Energiespeicher in Form eines Akkumulators 7 vorhanden, der ebenfalls von dem Generator 5 mit elektrischer Energie während des Laufens des Verbrennungsmotors 3 versorgt wird und somit eine Energiereserve vorhält. Darüber hinaus ist in einem Kühlwassersystem 9 ein Wärmetauscher 11 ausgebildet, welcher dem Verbrennungsmotor 3 erwärmtes Kühlwasser zuführt.
Wie in 2 ersichtlich, ist dem Verbrennungsmotor 3 eine selbstständig arbeitende Wärmekraftmaschine 13 zugeordnet, die in dem Kühlwassersystem 9 des Kraftfahrzeuges 1 mit eingebunden ist. Gleichzeitig ist die Wärmekraftmaschine 13 elektrisch mit dem Akkumulator 7 verbunden.
Die Wärmekraftmaschine 13 wird eingesetzt, um während des Stillstandes des Verbrennungsmotors 3 elektrische Energie zu erzeugen, die dem Akkumulator 7 zugeführt wird. Dabei verwertet die Wärmekraftmaschine 13 verschiedenste Energieträger, wie Dieselkraftstoff oder Erdgas oder Benzin oder Wasserstoff und ähnliches. Da bei der Verwertung der Energieträger neben elektrischer Energie auch Wärmeenergie erzeugt wird, ist die Wärmekraftmaschine 11 vorzugsweise direkt bzw. nahe am Wärmetauscher 11 angeordnet. Da der Wärmetauscher 11 im Kühlwassersystem 9 des Kraftfahrzeuges 1 positioniert ist, wird die von der Wärmekraftmaschine 13 abgegebene Wärme dazu genutzt das Kühlwasser aufzuheizen, welches über den Wärmetauscher 11 an den stehenden Verbrennungsmotor 3 weitergeleitet wird. Dies hat den Vorteil, dass nicht nur der Akkumulator 7 während des Stehens des Verbrennungsmotors 3 aufheizbar ist, sondern dass der Verbrennungsmotor 3 vor seinem Start vorgewärmt wird, was zu einer Verbesserung der Energieeffizienz beim Start des Verbrennungsmotors 3 führt.
Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und erläutert wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Es ist daher klar, dass eine Vielzahl von Variationsmöglichkeiten existiert. Es ist ebenfalls klar, dass beispielhaft genannte Ausführungsformen wirklich nur Beispiele darstellen, die nicht in irgendeiner Weise als Begrenzung etwa des Schutzbereichs, der Anwendungsmöglichkeiten oder der Konfiguration der Erfindung aufzufassen sind. Vielmehr versetzen die vorhergehende Beschreibung und die Figurenbeschreibung den Fachmann in die Lage, die beispielhaften Ausführungsformen konkret umzusetzen, wobei der Fachmann in Kenntnis des offenbarten Erfindungsgedankens vielfältige Änderungen beispielsweise hinsichtlich der Funktion oder der Anordnung einzelner, in einer beispielhaften Ausführungsform genannter Elemente vornehmen kann, ohne den Schutzbereich zu verlassen, der durch die Ansprüche und deren rechtliche Entsprechungen, wie etwa weitergehenden Erläuterungen in der Beschreibung, definiert wird.
Bezugszeichenliste

1: Kraftfahrzeug
3: Verbrennungsmotor
5: Generator
7: Akkumulator
9: Kühlwassersystem
11: Wärmetauscher
13: Wärmekraftmaschine

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

DE 102009028388 A1 [0002]

Claims

Verfahren zur redundanten Erzeugung von Energie in einem Kraftfahrzeug, welche in einem Energiespeicher (7) gespeichert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Energie unabhängig von einem Verbrennungsmotor (3) des Kraftfahrzeuges (1) von einer Wärmekraftmaschine (13) erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmekraftmaschine (13) gleichzeitig zur elektrischen Energie Wärmeenergie zur Vorwärmung des Verbrennungsmotors (3) erzeugt.
Kraftfahrzeug mit einem Energiespeicher, umfassend eine redundant elektrische Energie erzeugende Einheit (13), die mit einem Energiespeicher (7) verbunden ist, in welchem die erzeugte elektrische Energie abspeicherbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die redundant elektrische Energie erzeugende Einheit als Wärmekraftmaschine (13) ausgebildet ist, die von einem Verbrennungsmotor (3) unabhängig arbeitet und sowohl elektrische Energie als auch Wärme bereitstellt.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmekraftmaschine (13) mit dem Energiespeicher (7) und einem Wärmetauscher (11) direkt verbunden ist.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der als Akkumulator (7) ausgebildete Energiespeicher im Stillstand des Kraftfahrzeuges (1) bei inaktivem Verbrennungsmotor (3) durch die Wärmekraftmaschine (13) aufladbar ist.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (11) im Innenraum des Kraftfahrzeuges (1) angeordnet ist und das Kühlwassersystem (9) vorwärmt, in welchem der Verbrennungsmotor (3) angeordnet ist.
Kraftfahrzeug nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmekraftmaschine (13) mit einem flüssigen oder einem gasförmigen Energieträger antreibbar ist.