DE102011018553A1 - Luftbasiertes thermisches Klimatisierungssystem für eine Hybridbatterie - Google Patents
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Abstract
Thermisches Klimatisierungssystem für das Energiespeichersystem eines Hybridfahrzeuges. Zumindest eine andere Zusatzluftquelle als eine permanent offene Luftquelle weist eine selektiv betreibbare Aktuatorklappe auf, welche die Zusatzluftquelle entweder mit dem Energiespeichersystemgebläse verbindet oder sie davon trennt, wobei die Luftströmung gewählt ist, um das Energiespeichersystem temperaturtechnisch optimal zu klimatisieren. Die Zusatzluftquelle umfasst bevorzugt die HVAC-Kanalführung.
Description
- Technisches Gebiet
- Die vorliegende Erfindung betrifft Energiespeichersysteme, die in Hybridkraftfahrzeugen verwendete Batteriesätze beinhalten und im Spezielleren die thermische Klimatisierung derselben. Noch spezieller betrifft die vorliegende Erfindung die thermische Klimatisierung durch selektives Verwenden verschiedener Luftquellen des Kraftfahrzeuges.
- Hintergrund der Erfindung
- Hybridkraftfahrzeuge verwenden ein Antriebssystem, das sowohl eine Brennkraftmaschine als auch ein elektrisches System beinhaltet, das typischerweise zum Antrieb und zur Nutzbremsung dient. Das elektrische System umfasst zumindest einen Elektromotor, der mechanisch mit einer oder mehreren Achsen des Kraftfahrzeuges verbunden ist, und einen Batteriesatz von Zellen, der sich in einer integrierten Komponente eines Energiespeichersystems (ESS) befindet, das mit zumindest einem Motor elektrisch verbunden ist. Wenn der zumindest eine Motor das Kraftfahrzeug antreibt, wird elektrische Energie von dem ESS entnommen (der Batteriesatz entlädt sich). Während einer Nutzbremsung wirkt der Motor als ein Generator und die erzeugte elektrische Energie wird an das ESS geliefert (der Batteriesatz lädt sich).
- Die
1 und2 zeigen schematisch Aspekte eines herkömmlichen Hybrid-ESS und die thermische Klimatisierungsanordnung nach dem Stand der Technik dafür. - Das ESS
12 ist innerhalb des Fahrgastraumes10 des Hybridkraftfahrzeuges angeordnet, und kann z. B. auf dem Fahrzeugboden14 über dem Längs-Baden-„Tunnel”16 aufliegen. Das ESS12 wird durch die Bewegung der Fahrgastraumluft Ac über ein ESS-Gebläse18 thermisch klimatisiert, wobei die Fahrgastraumluft durch das ESS hindurch, beginnend von zumindest einer permanent offenen Eintrittsöffnung20 und austretend an zumindest einer permanent offenen Austrittsöffnung22 , zirkuliert wird, wobei beide Öffnungen in dem Sinn permanent offen sind, dass sie in einer permanent und vollständig offenen fluidtechnischen Verbindung mit dem Fahrgastraum stehen. Im Stand der Technik war die Eintrittsöffnung gelegentlich in der Nähe des Ausganges der HVAC-Kanalführung angeordnet, wodurch sich Fahrgastraumluft Ac und HVAC-Luft AH vermengen können, bevor sie nicht selektiv in die Eintrittsöffnung eintreten. Der Betrieb des ESS-Gebläses18 ist durch ein Hybridfahrzeug-Integrationssteuermodul (VICM von vehicle integration control modul)24 gesteuert, das Temperaturdaten von (unter anderem) einem Einlasskanalsensor26a , einem Auslasskanalsensor26b und einem ESS-Temperatursensor26c verwendet. Das VICM24 ist durch verschiedene Datenleitungen (siehe z. B. die Strichlinien in2 ) mit Eingängen und Ausgängen verbunden. Diese Komponenten unterliegen einer Borddiagnose(OBD von on-board diagnostics)-Anforderung, wobei ein Signal an den Fahrer bereitgestellt wird, wenn in irgendeiner der Komponenten ein Fehler detektiert wird. - Der Fahrgastraum umfasst ein Heizungs-, Lüftungs- und Klimatisierungs(HVAC)-Modul
28 , welches typischerweise Insasseneingabeinstrumente30 und einen HVAC-Controller32 umfasst, der das HVAC-Modul in Ansprechen auf die Insasseneingabe betreibt. Das HVAC-Modul umfasst typischerweise ein HVAC-Gebläse34 , einen Verdampfer36 zum Kühlen der HVAC-Luft zu dem Fahrgastraum und einen Heizungswärmetauscher38 zur Erwärmen der HVAC-Luft zu dem Fahrgastraum über die HVAC-Kanalführung40 . Diese Komponenten unterliegen keiner OBD-Anfoderung. - Die Verwendung der Fahrgastraumumgebung im Stand der Technik, um Luft für die thermische Klimatisierung des ESS bereitzustellen, ist nur wirksam, wenn die Fahrgastraumluft nicht zu heiß oder zu kalt ist. Zum Beispiel wird das ESS nach langem Stehen in der heißen Sonne oder eisiger Kälte ebenso entweder heiß oder kalt sein und die Fahrgastraumluft, die verwendet wird, um das ESS thermisch zu klimatisieren, wird gleichermaßen auch heiß oder kalt sein. Dies hat problematische Folgen für die elektrische Lade/Entladeleistung des ESS, welche temperaturabhängig ist. Wie hierin unten stehend in Bezug auf
3 erläutert, gibt es einen optimalen ESS-Leistungstemperaturbereich und die Fahrgastraumlufttemperaturextreme können ohne weiteres außerhalb (sowohl oberhalb als auch unterhalb) dieses Bereiches liegen. - Und dieses Problem der Anwendung einer thermischen ESS-Klimatisierung im Stand der Technik wird nicht dadurch „gelöst”, dass die Eintrittsöffnung einfach an einer Stelle in der Nähe des Auslasses der HVAC-Kanalführung angeordnet wird, da die Vermengung von Fahrgastraumluft mit HVAC-Luft zufällig und nicht wählbar ist und zu viel Zeit in Anspruch nimmt.
- Demzufolge besteht auf dem technischen Gebiet weiterhin Bedarf an einem thermischen Klimatisierungssystem eines Hybridfahrzeug-ESS, welches mehr bewerkstelligt als einfach nur die Fahrgastraumluft dafür zu verwenden.
- Zusammenfassung der Erfindung
- Die vorliegende Erfindung ist ein thermisches ESS-Klimatisierungssystem, das selektiv Luft von zumindest einer Zusatzluftquelle (einer anderen als der zumindest einen permanent offenen Eintrittsöffnung gemäß dem Stand der Technik), wie z. B. einem oder mehreren Fahrgastraumbereich/en, dem Kofferraum, einer äußeren Öffnung und, am stärksten bevorzugt, der HVAC-Kanalführung, verwendet.
- Mit jeder Zusatzluftquelle ist eine selektiv betreibbare Aktuatorklappe gekoppelt, welche die Zusatzluftquelle mit dem ESS-Gebläse entweder verbindet oder sie von diesem trennt. Beispielsweise verwendet das VICM Temperatursensoren, die jeder der verschiedenen Zusatzluftquellen zugeordnet sind, um die jeweiligen Aktuatorklappen zu öffnen, zu schließen oder jede der jeweiligen Aktuatorklappen teilweise zu öffnen, sodass das ESS optimal temperaturklimatisiert ist. Wenn diesbezüglich mehr als eine Zusatzluftquelle zur Verfügung steht, dann wird das VICM den Aktuatorklappenöffnungsbetrag, der für jede dieser geeignet ist, auf der Basis von z. B. der erfassten Temperatur an der Zusatzluftquelle in Bezug auf die erfasste Temperatur der Fahrgastraumluft und eines oder beider von dem ESS und/oder dem ESS-Einlass wählen. Es sollte angemerkt werden, dass das VICM keinerlei Steuerung einer Änderung der Temperatur aufweist, die an einer beliebigen der Luftquellen verfügbar ist.
- In der am stärksten bevorzugten Form des thermischen ESS-Klimatisierungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung ist die selektive Zusatzluftquelle die HVAC-Kanalführung. Ein HVAC-ESS-Kanal ist mit der HVAC-Kanalführung des HVAC-Moduls gekoppelt. Eine Aktuatorklappe oder „Ablass”-Klappe ist an den HVAC-ESS-Kanal gepasst und wird in Ansprechen auf das VICM irgendwo zwischen einer geschlossenen Position und einer offenen Position elektrisch betätigt. Das VICM betätigt die Ablassklappe auf Basis seiner Programmierung und Daten von Temperatursensoren auf jeder Seite der Ablassklappe und z. B. weiterer Temperatursensoren. Auf diese Weise kann die Temperatur des ESS innerhalb des optimalen Leistungstemperaturbereiches gehalten werden oder so schnell wie möglich in diesen gebracht werden. Es sollte angemerkt werden, dass das VICM keinerlei Steuerung des HVAC-Moduls aufweist.
- Wenn das Kraftfahrzeug im Betrieb einer intensiven Kälteeinwirkung ausgesetzt war, wäre zu erwarten, dass der Fahrer einen Heizmodus für das HVAC-Modul wählt. Das VICM würde den Temperaturanstieg der HVAC-Luft in der HVAC-Kanalführung erfassen und daraufhin die Ablassklappe öffnen, um zuzulassen, dass das ESS-Gebläse einen gewählten Anteil HVAC-klimatisierter Luft von der HVAC-Kanalführung einleitet (ablässt). Hingegen wäre, wenn das Kraftfahrzeug einer intensiven Hitzeeinwirkung ausgesetzt war, zu erwarten, dass der Fahrer dann einen Kühlmodus für das HVAC-Modul wählt. Nun würde das VICM den Temperaturrückgang in der HVAC-Luft erfassen und daraufhin die Ablassklappe öffnen, um zuzulassen, dass das ESS-Gebläse einen gewählten Anteil HVAC-klimatisierter Luft von der HVAC-Kanalführung einleitet (ablässt). Wenn der optimale ESS-Leistungstemperaturbereich des ESS (und des Fahrgastraumes) vorhanden ist, wird das VICM detektieren, dass kein Bedarf besteht, dass die HVAC-Luft die thermische Klimatisierung des ESS unterstützt, und wird die Ablassklappe schließen und die Klappe nach Bedarf öffnen, um die Temperatur des ESS innerhalb seines optimalen Temperaturbereiches zu halten.
- Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein thermisches ESS-Klimatisierungssystem vorzusehen, welches selektiv Luft von zumindest einer Zusatzluftquelle, am stärksten bevorzugt der HVAC-Kanalführung, verwendet.
- Dieses/r und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform besser verständlich.
- Kurzbeschreibung der Zeichnungen
-
1 ist eine schematische Seitenansicht eines Fahrgastraumes, die ein HVAC-Modul und Komponenten, die einer thermischen Klimatisierung nach dem Stand der Technik eines Hybridfahrzeug-ESS zugeordnet sind, zeigt. -
2 ist ein schematisches Diagramm eines HVAC-Moduls und von Komponenten, die einer thermischen Klimatisierung nach dem Stand der Technik eines Hybridfahrzeug-ESS zugeordnet sind. -
3 ist ein Graph einer verfügbaren ESS-Leistung als eine Funktion der Batteriezellensatztemperatur, der Plots für das Laden und Entladen zeigt. -
4 ist eine schematische Seitenansicht eines Fahrgastraumes, die ein HVAC-Modul zeigt, das mit Komponenten gekoppelt ist, die der thermischen Klimatisierung eines Hybridfahrzeug-ESS gemäß einem bevorzugten Beispiel der vorliegenden Erfindung zugeordnet sind. -
5 ist ein schematisches Diagramm eines HVAC-Moduls, das selektiv mit Komponenten gekoppelt ist, die einer thermischen Klimatisierung eines Hybridfahrzeug-ESS gemäß der vorliegenden Erfindung zugeordnet sind. -
6A ist eine schematische Draufsicht eines HVAC-ESS-Kanals, wobei sich die Ablassklappe in ihrer geschlossenen Position befindet. -
6B ist eine schematische Ansicht entlang der Linie 6B-6B von6A betrachtet. -
6C ist eine schematische Draufsicht eines HVAC-ESS-Kanals, wobei sich die Ablassklappe in ihrer offenen Position befindet. -
6D ist eine schematische Ansicht entlang der Linie 6D-6D von6C betrachtet. -
7 ist ein beispielhafter Algorithmus zur Ausführung des thermischen ESS-Klimatisierungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei die HVAC-Kanalführung die selektive Zusatzluftquelle ist. -
8 ist ein Graph von Einlasstemperatur vs. Zeit, der Plots von ausgewählten Verhältnissen von HVAC-klimatisierter Luft umfasst. -
9 ist ein Graph von Batteriesatzzellentemperaturen vs. Zeit, der Plots von ausgewählten Verhältnissen der HVAC-klimatisierten Luft in Bezug auf ein ausgewähltes Kraftfahrzeugbetriebsereignisprofil umfasst. -
10 ist eine beispielhafte schematische Darstellung einer Vielzahl von selektiven Luftquellen in Übereinstimmung mit einem zweiten Beispiel der vorliegenden Erfindung. - Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
- Unter nunmehriger Bezugnahme auf die Zeichnungen zeigt
3 einen Graph200 von Leistung vs. Batteriesatzzellentemperatur eines typischen Hybridfahrzeug-ESS. Der Plot202 zeigt die verfügbare Entladeleistung und der Plot204 zeigt die verfügbare Ladeleistung. Es ist ersichtlich, dass ein Temperaturbereich vorhanden ist, bei dem beide Plots202 ,204 ein Plateau bei einem Maximum von Temperatur T1 bis Temperatur T2 ausbilden, wobei dieses Plateau einen optimalen ESS-Leistungstemperaturbereich206 definiert (jedes beliebige spezielle ESS und dessen Batteriesatz werden diesen speziellen optimalen ESS-Leistungstemperaturbereich aufweisen, der von jenem abweichen kann, der in3 gezeigt ist). Für Temperaturen unterhalb von T1 verringert sich die Leistungsverfügbarkeit des Batteriesatzes sowohl im Lade- als auch Entlademodus schnell mit abnehmender Temperatur, und für Temperaturen oberhalb von T2 verringert sich die Leistungsverfügbarkeit des Batteriesatzes sowohl im Lade- als auch Entlademodus ebenfalls schnell mit zunehmender Temperatur. Es ist daher sehr wünschenswert, das ESS innerhalb des optimalen ESS-Leistungstemperaturbereiches (d. h. für das Beispiel von3 des Bereiches206 zwischen T1 und T2) zu halten und das ESS tatsächlich davon abzuhalten, sich diesen Grenzen auch nur zu nähern (d. h. für das Beispiel von3 , die Temperatur des ESS innerhalb von etwa T1 + ΔT und T2 – ΔT zu halten, wobei +ΔT z. B. etwa 5°C betragen kann), falls überhaupt möglich. - Das thermische ESS-Klimatisierungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung erfüllt die Funktion, die ESS-Temperatur innerhalb des optimalen ESS-Leistungstemperaturbereiches zu halten oder die ESS-Temperatur so schnell wie möglich in diesen Bereich zu bringen.
- Ein bevorzugtes Beispiel des ESS-Temperaturklimatisierungssystems
100 ist in den4 bis7 gezeigt. - Wie erwähnt, umfasst der Fahrgastraum ein Heizungs-, Lüftungs- und Klimatisierungs(HVAC)-Modul
104 , welches typischerweise Insasseneingabeinstrumente130 und einen HVAC-Controller132 umfasst, der das HVAC-Modul in Ansprechen auf die Insasseneingabe betreibt. Das HVAC-Modul umfasst typischerweise ein HVAC-Gebläse134 , einen Verdampfer136 zum Kühlen der HVAC-Luft zu dem Fahrgastraum und einen Heizungswärmetauscher138 zum Erwärmen der HVAC-Luft zu dem Fahrgastraum über die HVAC-Kanalführung108 . Diese Komponenten unterliegen keiner OBD-Anfoderung und sind nicht durch das Hybridfahrzeug-Integrationssteuermodul (VICM)124 gesteuert oder beeinflusst. - Das ESS
102 und das HVAC-Modul104 sind allgemein wie in Bezug auf die1 und2 beschrieben, mit der Ausnahme, dass nun ein HVAC-ESS-Kanal106 vorgesehen ist, der mit der HVAC-Kanalführung108 kommuniziert, sodass HVAC-Luft A'H selektiv für das ESS-Gebläse110 verfügbar gemacht und mit der Fahrgastraumluft A'C, die immer verfügbar ist, gemischt werden kann. - Wie in den
1 und2 , ist innerhalb des Fahrgastraumes112 des Hybridkraftfahrzeuges das ESS102 angeordnet, welches z. B. auf dem Fahrzeugboden114 über dem Längs-Boden-„Tunnel”116 aufliegen kann. Das ESS102 wird zumindest teilweise durch die Bewegung von Fahrgastraumluft über ein ESS-Gebläse118 thermisch klimatisiert, wobei die Fahrgastraumluft durch das ESS hindurch, beginnend von zumindest einer permanent offenen Eintrittsöffnung120 und austretend an zumindest einer permanent offenen Austrittsöffnung122 , zirkuliert wird, wobei beide Öffnungen in dem Sinn permanent offen sind, dass sie in einer permanent und vollständig offenen fluidtechnischen Verbindung mit dem Fahrgastraum stehen. Der Betrieb des ESS-Gebläses118 ist durch das VICM124 gesteuert, das Temperaturdaten von (unter anderen) einem Einlasskanaltemperatursensor126a , einem Auslasskanalemperatursensor126b und einem ESS-Temperatursensor126c verwendet. Das VICM124 ist durch verschiedene Datenleitungen (siehe z. B. die Strichlinien in5 ) mit Eingängen und Ausgängen verbunden. - Der HVAC-ESS-Kanal
106 schneidet die HVAC-Kanalführung108 des HVAC-Moduls104 , sodass die HVAC-Luft von der HVAC-Kanalführung in den HVAC-ESS-Kanal hinein abgelassen werden kann. Eine Aktuatorklappe oder „Ablass”-Klappe144 ist an den HVAC-ESS-Kanal106 gepasst und wird in Ansprechen auf das VICM124 selektiv elektrisch betätigt, um sich irgendwo zwischen einer geschlossenen Position und einer offenen Position zu positionieren. Das VICM124 betätigt die Ablassklappe144 auf Basis seiner Programmierung und Daten von oberstromigen und unterstromigen Temperatursensoren146a ,146b , die auf beiden Seiten der Ablassklappe angeordnet sind, und kann z. B. weitere Temperatursensoren verwenden. - Das VICM
124 , seine zugehörigen Datenleitungen, die Systemsensoren, einschließlich der Einlass- und Auslasskanaltemperatursensoren126a ,126b und der oberstromigen und unterstromigen Temperatursensoren146a ,146b und jedes Aktuatorklappenpositionssensors (der in dem Aktuator enthalten sein kann, d. h. wie bei144c der6A und6C gezeigt) bilden alle ein elektronisches Steuersystem142 . - Diese Nicht-HVAC-Modul-Komponenten unterliegen einer Borddiagnose(QBD)-Anforderung, wobei ein Signal an den Fahrer bereitgestellt wird, wenn ein Fehler in irgendeiner der Komponenten detektiert wird.
- Zum Beispiel, wie in den
6A bis6D gezeigt, kann die Ablassklappe144 eine Platte144a sein, die eine Fläche aufweist, die mit der Querschnittsfläche des HVAC-ESS-Kanals106 zusammenpasst, die nicht drehbar [nototably] an einer Achse144b montiert ist, die selbst drehbar an dem HVAC-ESS-Kanal montiert ist. Die Achse143 ist durch einen Aktuator144c gedreht, der mit dem VICM124 elektrisch verbunden ist. - Wenn das Kraftfahrzeug im Betrieb einer intensiven Kälteeinwirkung ausgesetzt war, sich z. B. in einer sehr kalten Nacht im Freien befindet, dann wäre zu erwarten, dass der Fahrer einen Heizmodus für das HVAC-Modul
128 wählt. Das VICM124 würde den Temperaturanstieg der HVAC-Luft in der HVAC-Kanalführung über den Temperatursensor146a erfassen und daraufhin die Ablassklappe144 (wie z. B. bei den6C und6D gezeigt) öffnen, um zuzulassen, dass das ESS-Gebläse einen gewählten Anteil der HVAC-Luft A'H von der HVAC-Kanalführung einleitet (ablässt), um sie mit der Fahrgastraumluft A'C zu vermischen oder zu mischen, wobei das Verhältnis der HVAC-Luft zu der Fahrgastraumluft durch das VICM gewählt ist und durch die gewählte Position der Ablassklappe beeinflusst ist (d. h., mehr oder weniger offen positioniert ist). Hingegen wäre, wenn das Kraftfahrzeug einer intensiven Hitzeeinwirkung ausgesetzt war, sich z. B. an einem heißen sonnigen Tag im Freien befindet, zu erwarten, dass der Fahrer dann einen Kühlmodus für das HVAC-Modul wählt. Nun würde das VICM den Temperaturabfall in der HVAC-Luft über den Temperatursensor146a erfassen und daraufhin die Ablassklappe öffnen, um zuzulassen, dass das ESS-Gebläse einen gewählten Anteil der HVAC-klimatisierten Luft von der HVAC-Kanalführung einleitet (ablässt), um sie mit der Fahrgastraumluft A'C zu vermischen oder zu mischen, wobei, wie oben erwähnt, das Verhältnis der HVAC-Luft zu der Fahrgastraumluft durch das VICM gewählt ist und durch die gewählte Position der Ablassklappe beeinflusst ist (d. h., mehr oder weniger offen positioniert ist). - In dem Modus, in dem die Ablassklappe
144 offen ist, empfängt das VICM124 Daten von dem unterstromigen Temperatursensor146b und vergleicht sie mit den Daten von dem oberstromigen Temperatursensor146a um sicherzustellen, dass die Ablassklappe offen ist und Luft richtig aus der HVAC-Kanalführung strömt (entlüftet wird). Wenn detektiert wird, dass ein Fehler vorliegt, wird eine OBD-Fehlermeldung an den Fahrer bereitgestellt. - Wenn der optimale ESS-Leistungstemperaturbereich des ESS
102 (und des Fahrgastraumes) vorhanden ist, wird das VICM124 detektieren, dass keine Notwendigkeit für die HVAC-Luft besteht, die thermische Klimatisierung des ESS zu unterstützen und wird die Ablassklappe144 schließen. Das erneute Öffnen der Ablassklappe wird periodisch je nach Bedarf bewerkstelligt, um die Temperatur des ESS innerhalb seines optimalen Temperaturbereiches zu halten und die Extreme des optimalen Temperaturbereiches so gut wie möglich zu vermeiden. - Wendet man sich nun
7 zu, wird ein beispielhafter Algorithmus300 zur Ausführung des bevorzugten Beispiels des ESS-Temperaturklimatisierungssystems100 beschrieben. - Der Algorithmus wird bei Block
302 initiiert und gelangt zu dem Entscheidungsblock304 , bei dem eine Anfrage gestellt wird, ob die Maschine eingeschaltet ist. Wenn die Antwort auf die Anfrage Nein lautet, dann schreitet der Algorithmus zu Block306 weiter, bei dem das ESS-Gebläse ausgeschaltet und die Ablassklappe geschlossen wird. Der Algorithmus kehrt dann zu dem Entscheidungsblock304 zurück. - Bei erneuter Betrachtung des Entscheidungsblocks
304 schreitet der Algorithmus dann, wenn die Antwort auf die Anfrage an dieser Stelle Ja lautet, zu dem Entscheidungsblock308 weiter, bei dem eine Anfrage gestellt wird, ob die Zellen des Batteriesatzes des ESS kalt sind oder die Tendenz zeigen, kalt zu werden, d. h., sich unter einer vorbestimmten Temperatur befinden oder eine Tendenz in diese Richtung zeigen, wie z. B. einer Temperatur fast bei, aber oberhalb, bei oder unterhalb einer niedrigsten Temperatur, bei der eine verfügbare Lade/Entladeleistung optimal ist (siehe die obige Erläuterung von3 hierin). Wenn die Antwort auf die Anfrage Ja lautet, dann schreitet der Algorithmus zu dem Entscheidungsblock310 weiter, bei dem eine Anfrage gestellt wird, ob die HVAC-Lufttemperatur höher als oder gleich der ESS-Einlasslufttemperatur ist (d. h. das VICM vergleicht die Temperaturdaten von dem oberstromigen Sensor146a und dem Einlasskanalsensor126a ). Wenn die Antwort auf die Anfrage Nein lautet, dann schreitet der Algorithmus zu Block312 weiter, bei dem die Ablassklappe geschlossen wird, und der Algorithmus kehrt dann zu dem Entscheidungsblock304 zurück. - Wenn die Antwort auf die Anfrage bei dem Entscheidungsblock
310 jedoch Ja lautet, dann schreitet der Algorithmus zu Block314 weiter, bei dem die Ablassklappe geöffnet wird, und schreitet dann zu Block316 weiter, bei dem das VICM das ESS-Gebläse auf der Basis z. B. einer vorbestimmten, in dem VICM gespeicherten, Nachschlagetabelle betreibt. Der Algorithmus kehrt dann zu dem Entscheidungsblock304 zurück. - Bei erneuter Betrachtung des Entscheidungsblocks
308 schreitet der Algorithmus dann, wenn die Antwort auf die Anfrage daselbst Nein lautet, zu dem Entscheidungsblock318 weiter, bei dem eine Anfrage gestellt wird, ob die Zellen des Batteriesatzes des ESS heiß sind oder eine Tendenz zeigen, heiß zu werden, wobei sie sich oberhalb einer vorbestimmten Temperatur befinden oder eine Tendenz in diese Richtung zeigen, wie z. B. einer Temperatur fast bei, aber unterhalb, bei oder oberhalb einer höchsten Temperatur, bei der eine verfügbare Lade/Entladeleistung optimal ist (siehe die obige Erläuterung von3 hierin). Wenn die Antwort auf die Anfrage Nein lautet, dann schreitet der Algorithmus zu Block306 weiter, bei dem das ESS-Gebläse ausgeschaltet wird und die Ablassklappe geschlossen wird. Der Algorithmus kehrt dann zu dem Entscheidungsblock304 zurück. - Wenn die Antwort auf die Anfrage bei dem Entscheidungsblock
318 jedoch Ja lautet, dann schreitet der Algorithmus zu Block320 weiter, bei dem eine Anfrage gestellt wird, ob die HVAC-Kanallufttemperatur niedriger ist als die ESS-Einlasstemperatur (d. h., das VICM vergleicht die Temperaturdaten von dem oberstromigen Sensor146a und dem Einlasskanalsensor126a ). Wenn die Antwort auf die Anfrage Nein lautet, dann schreitet der Algorithmus zu Block312 weiter, bei dem die Ablassklappe geschlossen wird, und der Algorithmus kehrt dann zu dem Entscheidungsblock304 zurück. - Wenn die Antwort auf die Anfrage bei dem Entscheidungsblock
320 jedoch Nein lautet, dann schreitet der Algorithmus zu Block322 weiter, bei dem die Ablassklappe geöffnet wird, und schreitet dann zu Block316 weiter, bei dem das VICM das ESS-Gebläse auf der Basis von z. B. einer vorbestimmten, in dem VICM gespeicherten, Nachschlagetabelle betreibt. Der Algorithmus kehrt dann zu dem Entscheidungsblock304 zurück. - Die Vorteile der Temperaturklimatisierung für das ESS infolge der Implementierung der oben beschriebenen bevorzugten Form der vorliegenden Erfindung sind in den
8 und9 graphisch dargestellt. -
8 ist ein Graph400 von Einlasstemperatur vs. Zeit, der vier Plots, alle mit einer Ausgangstemperatur von 60°C, zur Startzeit zeigt. Der erste Plot402 gibt eine Änderung in der HVAC-Luft als eine Funktion der Zeit an. Der zweite Plot404 gibt die Änderung der ESS-Einlasstemperatur als eine Funktion der Zeit an, wobei die Luftzufuhr zu dem ESS anteilsmäßig aus 75% HVAC-Luft und 25% Fahrgastraumluft besteht. Der dritte Plot406 gibt die Änderung der ESS-Einlasstemperatur als eine Funktion der Zeit an, wobei die Luftzufuhr zu dem ESS anteilsmäßig aus 50% HVAC-Luft und 50% Fahrgastraumluft besteht. Der vierte Plot408 gibt die Änderung der ESS-Einlasstemperatur als eine Funktion der Zeit an, wobei die Luftzufuhr zu dem ESS aus 100% Fahrgastraumluft besteht. Es ist offensichtlich, dass das Vermischen von HVAC-Luft eine schnellere Herabsetzung der Temperatur der ESS-Einlassluft bereitstellt als nur Fahrgastraumluft. -
9 ist ein Graph500 von durchschnittlicher ESS-Zellentemperatur vs. Zeit, der 5 Plots nach intensiver Sonneneinwirkung zeigt. Die Start-ESS-Einlasstemperatur (die Fahrgastraumtemperatur) beträgt 60°C und die ESS-Zellentemperatur beträgt 41°C. Der erste Plot502 gibt die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges während eines Fahrervorganges an. Der zweite Plot504 gibt die Änderung der ESS-Zellentemperatur als eine Funktion der Zeit an, wobei die Luftzufuhr zu dem ESS anteilsmäßig aus 75% HVAC-Luft und 25% Fahrgastraumluft besteht. Der dritte Plot506 gibt die Änderung der ESS-Zellentemperatur als eine Funktion der Zeit an, wobei die Luftzufuhr zu dem ESS anteilsmäßig aus 50% HVAC-Luft und 50% Fahrgastraumluft besteht. Der vierte Plot508 gibt die Änderung der ESS-Zellentemperatur als eine Funktion der Zeit an, wobei die Luftzufuhr zu dem ESS aus 100% Fahrgastraumluft bei einer Basisströmungsrate besteht. Der fünfte Plot510 gibt die Änderung der ESS-Zellentemperatur als eine Funktion der Zeit an, wobei die Luftzufuhr zu dem ESS aus 100% Fahrgastraumluft bei einer um 30% höheren Rate als der Basisströmungrate besteht. Wie in8 ist offensichtlich, dass das Vermischen von HVAC-Luft eine schnellere Herabsetzung der Temperatur des ESS gegenüber herkömmlicher Fahrgastraumluft bereitstellt. - Die Tabelle I stellt beispielhafte Betriebsbedingungen des ESS-Temperaturklimatisierungssystems
100 bereit. TABELLE IBedingung HVAC Entlüftung Fahrgastraumeinlass ESS Min. 100% 0% Stadtfahrt 75% 25% Überlandfahrt 50% 50% ESS. Max. 40% 60% - Die Tabelle II stellt beispielhafte Reaktionen auf bestimmte Betriebsstörzustände durch das ESS-Temperaturklimatisierungssystem
100 bereit. TABELLE IISystembedingung Systemreaktion Ablassklappe steckt geschlossen OBD-Anzeige an Ablassklappe steckt in der Mitte OBD-Anzeige an, möglicherweise niedrigere ESS-Gebläsedrehzahl Ablassklappe steckt offen OBD-Anzeige an, möglicherweise niedrigere ESS-Gebläsedrehzahl Ablasstemperatursensorstörung OBD-Anzeige an, schalten zu ESS-Einlasssensor Ablasskanal blockiert/gelöst OBD-Anzeige an, Befehl Ablassklappe geschlossen -
10 zeigt ein schematisches Diagramm eines nicht einschränkenden Beispiels von möglichen selektiven Luftquellen des ESS-Temperaturklimatisierungssystems600 gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei weitere selektive Luftquellen, andere als jene, die veranschaulicht sind, verwendet werden können. - Die Luftquelle
602 ist eine herkömmliche Luftquelle nach dem Stand der Technik, wie z. B. in den1 und2 gezeigt und hierin oben stehend erläutert. Die selektive Luftquelle604 saugt selektiv Luft von einer gewählten Stelle des Fahrgastraumes an, die eine andere ist als die herkömmliche Stelle der einen oder mehreren Eintrittsöffnungen, die von der herkömmlichen Luftquelle602 verwendet wird/werden, wie z. B. am Boden oder dem Dach des Fahrzeuges, wobei die Selektivität von der offenen oder geschlossenen Position seiner Aktuatorklappe durch das VICM abhängig ist. Die selektive Luftquelle606 saugt Luft von einer anderen gewählten Stelle des Fahrgastraumes an, die eine andere ist als die herkömmliche Stelle der einen oder mehreren Eintrittsöffnungen, die von der herkömmlichen Luftquelle602 verwendet wird/werden, wie z. B. an der Ladefläche eines SUV, Kombis oder Vans, wobei die Selektivität von der offenen oder geschlossenen Position seiner Aktuatorklappe durch das VICM abhängig ist. Die selektive Luftquelle608 lässt selektiv Luft von der HVAC ab, die das thermische ESS-Klimatisierungssystem100 ist, wie hierin oben stehend beschrieben. Die selektive Luftquelle610 saugt selektiv Luft von dem Kofferraum des Fahrzeuges an, wobei die Selektivität von der offenen oder geschlossenen Position seiner Aktuatorklappe durch das VICM abhängig ist. Die selektive Luftquelle612 saugt selektiv Luft von einer äußeren Öffnung an, wie z. B. an dem Maschinenraum, Radkasten oder in der Nähe des Auspuffs (in sicherer Entfernung von Abgasen), wobei die Selektivität von der offenen oder geschlossenen Position seiner Aktuatorklappe durch das VICM abhängig ist. Da eine Vielzahl von Zusatzluftquellen zur Verfügung steht, wird das VICM auf der Basis von z. B. der erfassten Temperatur an der Zusatzluftquelle in Bezug auf die erfasste Temperatur der Fahrgastraumluft und eines oder beider von dem ESS und/oder dem ESS-Einlass, den Aktuatorklappenöffnungsbetrag wählen, der für jede beliebige von diesen am besten geeignet ist. - Fachleute auf dem Gebiet, auf das sich die Erfindung bezieht, können die oben beschriebene bevorzugte Ausführungsform einer Änderung oder Abwandlung unterziehen. Solch eine Änderung oder Abwandlung kann vorgenommen werden, ohne von dem Schutzumfang der Erfindung abzuweichen, der nur durch den Schutzumfang der beiliegenden Ansprüche begrenzt sein soll.
Claims (10)
- Thermisches Klimatisierungssystem eines Kraftfahrzeuges, welches umfasst: einen Fahrgastraum; ein Energiespeichersystem; zumindest eine permanent offene Eintrittsöffnung in fluidtechnischer Verbindung mit dem Fahrgastraum und mit dem Energiespeichersystem; zumindest eine permanent offene Austrittsöffnung in fluidtechnischer Verbindung mit dem Fahrgastraum und mit dem Energiespeichersystem; ein elektronisches Steuersystem; zumindest eine Zusatzluftquelle, wobei jede Zusatzluftquelle umfasst: einen Kanal in fluidtechnischer Verbindung mit einer vorbestimmten anderen Luftquelle als der zumindest einen permanent offenen Eintrittsöffnung, wobei der Kanal auch in selektiver fluidtechnischer Verbindung mit dem Energiespeichersystem steht; und eine Aktuatorklappe, die selektiv zwischen einer geschlossenen Position und einer offenen Position in Bezug auf den Kanal bewegbar ist, wobei in der geschlossenen Position das Energiespeichersystem im Wesentlichen ohne eine fluidtechnische Verbindung mit der vorbestimmten Luftquelle in Bezug auf den Kanal ist und wobei die Aktuatorklappe in Ansprechen auf das elektronische Steuersystem selektiv bewegbar ist; und ein Gebläse, das mit dem elektronischen Steuersystem verbunden und in fluidtechnischer Verbindung mit dem Energiespeichersystem, mit der zumindest einen Eintrittsöffnung, mit dem jeweiligen Kanal einer jeden Zusatzluftquelle und mit der zumindest einen Austrittsöffnung steht.
- Thermisches Klimatisierungssystem nach Anspruch 1, wobei das elektronische Steuersystem ein Hybridfahrzeug-Integrationssteuermodul umfasst; und ferner an jeder Zusatzluftquelle: einen oberstromigen Temperatursensor, der oberstromig von der Aktuatorklappe angeordnet und mit dem elektronischen Steuermodul elektrisch verbunden ist; einen unterstromigen Sensor, der unterstromig von der Aktuatorklappe angeordnet und mit dem elektronischen Steuermodul elektrisch verbunden ist; und einen Aktuator umfasst, der mechanisch mit der Aktuatorklappe verbunden und elektrisch mit dem Hybridfahrzeug-Integrationssteuermodul verbunden ist.
- Thermisches Klimatisierungssystem nach Anspruch 1, wobei die zumindest eine Zusatzluftquelle eine Vielzahl von Zusatzluftquellen umfasst; wobei das elektronische Steuersystem jede jeweilige Aktuatorklappe an eine jeweilig gewählte Position bewegt, um ein vorbestimmtes optimales thermisches Management des Energiespeichersystems vorzusehen.
- Thermisches Klimatisierungssystem nach Anspruch 3, wobei das elektronische Steuersystem ein Hybridfahrzeug-Integrationssteuermodul umfasst; und ferner an jeder Zusatzluftquelle: einen oberstromigen Temperatursensor, der oberstromig von der Aktuatorklappe angeordnet und elektrisch mit dem elektronischen Steuermodul verbunden ist; einen unterstromigen Sensor, der unterstromig von der Aktuatorklappe angeordnet und mit dem elektronischen Steuermodul elektrisch verbunden ist; und einen Aktuator umfasst, der mit der Aktuatorklappe mechanisch verbunden ist und mit dem Hybridfahrzeug-Integrationssteuermodul elektrisch verbunden ist.
- Thermisches Klimatisierungssystem nach Anspruch 1, ferner umfassend ein Heizungs-, Lüftungs- und Klimatisierungsmodul, das eine Kanalführung aufweist, durch welche Luft von dem Heizungs-, Lüftungs- und Klimatisierungsmodul fluidtechnisch mit dem Fahrgastraum kommuniziert; wobei eine Zusatzluftquelle der zumindest einen Zusatzluftquelle den jeweiligen Kanal davon umfasst, der die Kanalführung schneidet, wobei die vorbestimmte Luftquelle davon die Luft von dem Heizungs-, Lüftungs- und Klimatisierungsmodul umfasst.
- Thermisches Klimatisierungssystem nach Anspruch 5, wobei das elektronische Steuersystem ein Hybridfahrzeug-Integrationssteuermodul umfasst; und ferner an jeder Zusatzluftquelle: einen oberstromigen Temperatursensor, der oberstromig von der Aktuatorklappe angeordnet und mit dem elektronischen Steuermodul elektrisch verbunden ist; einen unterstromigen Sensor, der unterstromig von der Aktuatorklappe angeordnet und mit dem elektronischen Steuermodul elektrisch verbunden ist; und einen Aktuator umfasst, der mit der Aktuatorklappe mechanisch verbunden ist und mit dem Hybridfahrzeug-Integrationssteuermodul elektrisch verbunden ist.
- Verfahren zur thermischen Klimatisierung eines Energiespeichersystems eines Kraftfahrzeuges, wobei das thermische Managementsystem die Schritte umfasst, dass: ein optimaler Energiespeichersystem-Leistungstemperaturbereich bestimmt wird; ein thermischer Zustand des Energiespeichersystems detektiert wird; in Ansprechen auf die Schritte zum Detektieren und Bestimmen Luft von einer permanent offenen Luftquelle durch das Energiespeichersystem hindurch angesaugt wird; die Lufttemperatur der zumindest einen anderen Zusatzluftquelle als der permanent offenen Luftquelle erfasst wird; und in weiterem Ansprechen auf die Schritte zum Detektieren, Bestimmen und Erfassen Luft selektiv von der zumindest einen Zusatzluftquelle durch das Energiespeichersystem hindurch angesaugt wird; wobei der Schritt zum selektiven Ansaugen von Luft umfasst, dass die Menge von Luft, die von der zumindest einen Zusatzluftquelle angesaugt wird, in Ansprechen auf den Schritt zum Erfassen selektiv variiert wird.
- Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Schritt zum selektiven Ansaugen von Luft umfasst, dass die Menge von Luft, die von einer Vielzahl von Zusatzluftquellen angesaugt wird, selektiv variiert wird.
- Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Schritt zum selektiven Ansaugen von Luft umfasst, dass die Menge von Luft, die von einem Fahrgastraumbereich des Kraftfahrzeuges und/oder einem Kofferraum des Kraftfahrzeuges und/oder einer äußeren Öffnung des Kraftfahrzeuges und/oder einem Heizungs-, Lüftungs- und Klimatisierungsmodul des Kraftfahrzeuges angesaugt wird, selektiv variiert wird.
- Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Schritt zum selektiven Ansaugen von Luft durchgeführt wird, um das Energiespeichersystem innerhalb seines bestimmten optimalen Energiespeicherleistungsbereiches zu halten.
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