DE102018112108A1 - Verfahren zum Temperieren eines Stromspeichers - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Temperieren eines Stromspeichers (1) eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeuges (2), wobei das Kraftfahrzeug (2) zumindest eine elektrische Komponente (3, 4, 5) zum Antrieb des Kraftfahrzeuges (2), den Stromspeicher (1) und mindestens einen Kühlkreislauf (6, 7) zum Temperieren der elektrischen Komponenten (3, 4, 5) und des Stromspeichers (1) aufweist; wobei das Verfahren zumindest die folgenden Schritte aufweist:a) Betreiben des Kraftfahrzeuges (2) und aktives Temperieren der elektrischen Komponente (3, 4, 5) und des Stromspeichers (1) über den mindestens einen Kühlkreislauf (6, 7);b) Einstellen des Betriebs des Kraftfahrzeuges (2);c) Fortsetzen des aktiven Temperierens zumindest des Stromspeichers (1) durch eine Nutzung einer Abwärme der elektrischen Komponente (3, 4, 5) zum Erwärmen des Stromspeichers (1) über den mindestens einen Kühlkreislauf (6, 7).
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Temperieren eines Stromspeichers, insbesondere eines Stromspeichers, der in einem Kraftfahrzeug zum Speichern von elektrischer Energie eingesetzt wird. Insbesondere weist das Kraftfahrzeug eine elektrische Maschine zum Antrieb des Kraftfahrzeuges auf, wobei die elektrische Maschine durch die in dem Stromspeicher gespeicherte elektrische Energie antreibbar ist.
- Bei niedrigen Temperaturen ist es für Stromspeicher (auch abhängig vom verwendeten Zelltyp) problematisch, Leistung und Energie in ausreichender Menge für den Antrieb des Kraftfahrzeuges bereitzustellen. Das Problem kann durch eine Beheizung des Stromspeichers gelöst werden. Es ist bekannt, zur Erwärmung des Stromspeichers z. B. elektrische Energie einzusetzen (z. B. zum Betrieb von PTC-Elementen; HV-Heizern, etc.). Über die Erwärmung des Stromspeichers kann die jeweilig angeforderte elektrische Leistung bereitgestellt werden.
- Die für die Erwärmung eingesetzte elektrische Energie verbraucht allerdings die für den Antrieb des Kraftfahrzeuges vorgesehene Energie, so dass gerade bei kalten Umgebungsbedingungen die verfügbare Reichweite reduziert wird.
- Aus der
DE 10 2007 004 979 A1 ist z. B. bekannt einen Stromspeicher z. B. bei einem Kaltstart vorzuwärmen. - Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die mit Bezug auf den Stand der Technik angeführten Probleme zumindest teilweise zu lösen. Insbesondere soll ein Verfahren vorgeschlagen werden, durch das eine energieeffiziente Temperierung eines Stromspeichers ermöglicht wird.
- Zur Lösung dieser Aufgaben trägt ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 bei. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche. Die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können durch erläuternde Sachverhalte aus der Beschreibung und/oder Details aus den Figuren ergänzt werden, wobei weitere Ausführungsvarianten der Erfindung aufgezeigt werden.
- Es wird eine Verfahren zum Temperieren eines Stromspeichers eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeuges vorgeschlagen. Das Kraftfahrzeug weist zumindest eine elektrische Komponente zum Antrieb des Kraftfahrzeuges, den Stromspeicher und mindestens einen Kühlkreislauf zum Temperieren der elektrischen Komponente und des Stromspeichers auf. Das Verfahren weist zumindest die folgenden Schritte auf:
- a) Betreiben des Kraftfahrzeuges und aktives Temperieren der elektrischen Komponente und des Stromspeichers über den mindestens einen Kühlkreislauf;
- b) Einstellen des Betriebs des Kraftfahrzeuges;
- c) Fortsetzen des aktiven Temperierens zumindest des Stromspeichers durch eine Nutzung einer Abwärme der elektrischen Komponente zum Erwärmen des Stromspeichers über den mindestens einen Kühlkreislauf.
- Vorliegend wird vorgeschlagen, die nach Einstellen bzw. Beendend des (Fahr-)Betriebs des Kraftfahrzeuges weiter vorliegende Abwärme der mindestens einen elektrischen Komponente (und ggf. weiterer Komponenten des Kraftfahrzeuges) zum weiteren Erwärmen des Stromspeichers zu nutzen. Insbesondere soll ein möglichst großer Anteil der Abwärme auf den Stromspeicher transferiert werden, so dass dieser möglichst lange auf einer möglichst hohen Temperatur (möglichst nah an z. B. einer maximal zulässigen Temperatur des Stromspeichers) gehalten werden kann. Damit kann die Wärmeenergie des Kraftfahrzeuges genutzt und z. B. in den Stromspeicher übertragen werden. Die so in dem Stromspeicher gespeicherte Wärme kann insbesondere für Neustarts des Kraftfahrzeuges wieder genutzt werden, wobei der Bedarf nach einer Vorheizung des Stromspeichers reduziert werden kann.
- Die mindestens eine elektrische Komponente umfasst z. B. eine Leistungselektronik, eine elektrische Maschine oder einen Wandler, z. B. einen Gleichstromwandler.
- Der Betrieb des Kraftfahrzeuges umfasst insbesondere ein Bewegen des Kraftfahrzeuges und/oder ein Ansteuern der elektrischen Maschine, wobei ein Einstellen des Betriebs ein Ende des Bewegens (des Kraftfahrzeuges und/oder der elektrischen Maschine) umfasst. Insbesondere umfasst das Einstellen des Betriebs das Abstellen des Kraftfahrzeuges und das Verlassen des Kraftfahrzeuges durch den Nutzer.
- Gemäß Schritt c) des Verfahrens wird vorgeschlagen, insbesondere unmittelbar nach Schritt b), den Stromspeicher weiter zu temperieren. Dabei soll insbesondere das Ziel verfolgt werden, möglichst wenig Wärmeenergie an die Umgebung abzugeben und umgekehrt möglichst viel Wärmeenergie an den Stromspeicher zu transferieren.
- Insbesondere soll also keine Vorwärmung vor z. B. einem Kaltstart durch das vorliegende Verfahren realisiert werden, sondern eine Nachwärmung des Stromspeichers nach Einstellen des Betriebs des Kraftfahrzeuges erfolgen.
- Insbesondere wird Schritt c) zumindest dann beendet, wenn eine erste Temperatur des Stromspeichers eine Grenztemperatur eines Kühlfluids erreicht hat, das zum Transport der Abwärme der elektrischen Komponente hin zum Stromspeicher eingesetzt wird.
- Insbesondere wird Schritt c) beendet, wenn ein Wärmetransport von dem Kühlfluid hin zum Stromspeicher nicht mehr oder nicht mehr effizient erfolgen kann (wenn z. B. eine elektrische Energie, die zum Wärmetransport, z. B. durch den Betrieb der Pumpen, eingesetzt wird, höher wäre als die Wärmeenergie, die auf den Stromspeicher noch übertragen werden kann).
- Insbesondere wird die zumindest eine elektrische Komponente durch zumindest einen ersten Kühlkreislauf und der Stromspeicher durch einen zweiten Kühlkreislauf temperiert. Zumindest in Schritt c) werden der erste Kühlkreislauf und der zweite Kühlkreislauf für das verwendete Kühlfluid fluidtechnisch verbunden.
- Bevorzugt sind der erste Kühlkreislauf und der zweite Kühlkreislauf vor Schritt c) (also z. B. während Schritt b) fluidtechnisch voneinander getrennt.
- Der erste Kühlkreislauf kann eine erste Pumpe zur Förderung des Kühlfluids und der zweite Kühlkreislauf eine zweite Pumpe zur Förderung des Kühlfluids aufweisen. In Schritt c) werden beide Pumpen zur Förderung des Kühlfluids betrieben.
- Zumindest in Schritt c) wird zumindest ein Wärmeübertrager, der zumindest zeitweise während Schritt b) zur Kühlung eines Kühlfluids eingesetzt wird, hinsichtlich seiner Kühlleistung zumindest reduziert.
- Bevorzugt wird das Kühlfluid zumindest in Schritt c) über einen Bypass an dem zumindest einen Wärmeübertrager vorbei geleitet.
- Insbesondere wird zumindest in Schritt c) eine Wärmeabfuhr an eine Umgebung des Kühlkreislaufs verringert.
- Insbesondere kann zumindest in Schritt c) eine Wärmedämmung zumindest von Teilen des mindestens einen Kühlkreislaufs gegenüber der Umgebung verstärkt werden.
- Eine Wärmedämmung kann z. B. durch das Schließen von Öffnungen (Kühlluftöffnungen) realisiert werden, durch die sonst Abwärme ausgehend von dem Kühlkreislauf oder von der mindestens einen Komponente an die Umgebung abgeführt wird. Insbesondere kann z. B. der Wärmeübertrager durch das Schließen einer Jalousie oder eines Rollos von der Umgebung wärmetechnisch isoliert werden.
- Es wird weiter ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, zumindest aufweisend zumindest eine elektrische Komponente zum Antrieb des Kraftfahrzeuges, einen Stromspeicher, mindestens einen Kühlkreislauf zum Temperieren der elektrischen Komponenten und des Stromspeichers und ein Steuergerät zumindest zum Betreiben des Kühlkreislaufs. Das Steuergerät ist zur Durchführung des Verfahrens geeignet ausgeführt und/oder eingerichtet. Insbesondere kann das Steuergerät das Verfahren ausführen.
- Insbesondere weist das Kraftfahrzeug einen ersten Kühlkreislauf zum Temperieren der elektrischen Komponenten und einen zweiten Kühlkreislauf zum Temperieren des Stromspeichers auf. Der erste Kühlkreislauf und der zweite Kühlkreislauf sind für das verwendete Kühlfluid fluidtechnisch verbindbar.
- Weiter kann das Verfahren auch von einem Computer bzw. mit einem Prozessor einer Steuereinheit ausgeführt werden.
- Es wird demnach auch ein System zur Datenverarbeitung vorgeschlagen, das einen Prozessor umfasst, der so angepasst/konfiguriert ist, dass er das Verfahren bzw. einen Teil der Schritte des vorgeschlagenen Verfahrens ausführt.
- Es kann ein computerlesbares Speichermedium vorgesehen sein, das Befehle umfasst, die bei der Ausführung durch einen Computer/Prozessor diesen veranlassen, das Verfahren bzw. mindestens einen Teil der Schritte des vorgeschlagenen Verfahrens auszuführen.
- Die Ausführungen zu dem Verfahren sind insbesondere auf das Kraftfahrzeug, das System, das Speichermedium oder das computerimplementierte Verfahren übertragbar und umgekehrt.
- Die Ausführungen zu dem Verfahren sind insbesondere auf das Kraftfahrzeug übertragbar und umgekehrt.
- Vorsorglich sei angemerkt, dass die hier verwendeten Zahlwörter („erste“, „zweite“, ...) vorrangig (nur) zur Unterscheidung von mehreren gleichartigen Gegenständen, Größen oder Prozessen dienen, also insbesondere keine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge dieser Gegenstände, Größen oder Prozesse zueinander zwingend vorgeben. Sollte eine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge erforderlich sein, ist dies hier explizit angegeben oder es ergibt sich offensichtlich für den Fachmann beim Studium der konkret beschriebenen Ausgestaltung.
- Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der beiliegenden Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die angeführten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkenntnissen aus der vorliegenden Beschreibung zu kombinieren. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Es zeigen:
-
1 : ein Kraftfahrzeug mit Kühlkreisläufen in einem ersten Zustand; und -
2 : die Kühlkreisläufe nach1 in einem zweiten Zustand. -
1 zeigt ein Kraftfahrzeug2 mit Kühlkreisläufen6 ,7 in einem ersten Zustand. - Das Kraftfahrzeug
2 weist mehrere elektrischen Komponenten3 ,4 ,5 zum Antrieb des Kraftfahrzeuges2 auf. Die erste elektrische Komponente3 ist z. B. eine Leistungselektronik, die zweite Komponente4 die elektrische Maschine, die dritte Komponente5 ein (DC-DC) Wandler. Das Kraftfahrzeug umfasst weiter einen Stromspeicher1 , einen ersten Kühlkreislauf6 und einen zweiten Kühlkreislauf7 zum Temperieren der elektrischen Komponenten3 ,4 ,5 und des Stromspeichers1 und ein Steuergerät16 zum Betreiben der Kühlkreisläufe6 ,7 . - Der erste Kühlkreislauf
6 ist zum Temperieren der elektrischen Komponenten3 ,4 ,5 vorgesehen, wobei der zweite Kühlkreislauf7 zum Temperieren des Stromspeichers1 vorgesehen ist. Der erste Kühlkreislauf6 und der zweite Kühlkreislauf7 sind für das verwendete Kühlfluid10 fluidtechnisch verbindbar. Der erste Kühlkreislauf6 weist eine erste Pumpe11 und der zweite Kühlkreislauf7 eine zweite Pumpe12 auf. - In Schritt a) des Verfahrens erfolgt der Betrieb des Kraftfahrzeuges
2 und das aktive Temperieren der elektrischen Komponenten3 ,4 ,5 über den ersten Kühlkreislauf6 und des Stromspeichers1 über den zweiten Kühlkreislauf7 (erster Zustand). In Schritt b) wird der Betrieb des Kraftfahrzeuges2 eingestellt und in Schritt c) das aktive Temperieren des Stromspeichers1 durch eine Nutzung einer Abwärme der elektrischen Komponenten3 ,4 ,5 zum Erwärmen des Stromspeichers1 über die Kühlkreisläufe6 ,7 fortgesetzt (zweiter Zustand). - Der erste Kühlkreislauf
6 umfasst ein erstes Ventil18 , durch das ein Wärmeübertrager13 im Betrieb des Kraftfahrzeuges2 mit dem Kühlfluid10 zur Abfuhr von Wärme aus dem ersten Kühlkreislauf6 beaufschlagt wird. Durch das erste Ventil kann der Wärmeübertrager13 über einen Bypass14 umgangen werden. - Der erste Kühlkreislauf
6 ist fluidtechnisch mit einem Ausgleichbehälter17 für das Kühlfluid10 verbunden. - Weiter ist ein zweites Ventil
19 vorgesehen, über das die fluidtechnische Verbindung von erstem Kühlkreislauf6 und zweitem Kühlkreislauf7 gesteuert wird. In Schritt a) sind die Kühlkreisläufe6 ,7 voneinander fluidtechnisch getrennt, wobei in Schritt c) die Kühlkreisläufe6 ,7 fluidtechnisch miteinander verbunden sind. - Der zweite Kühlkreislauf
7 umfasst ein drittes Ventil20 , über das ein Heizelement21 zur Zufuhr von Wärme in den zweiten Kühlkreislauf7 einbindbar ist. Der zweite Kühlkreislauf7 umfasst weiter einen Kühler22 (einen Chiller), über den das Fluid10 des zweiten Kühlkreislaufs7 abkühlbar ist. - In dem hier gezeigten ersten Zustand der Kühlkreisläufe
6 ,7 sind diese nicht fluidtechnisch miteinander verbunden. Über den ersten Kühlkreislauf6 werden die elektrischen Komponenten3 ,4 ,5 abgekühlt bzw. temperiert, während über den zweiten Kühlkreislauf7 der Stromspeicher1 temperiert wird. -
2 zeigt die Kühlkreisläufe6 ,7 nach1 in einem zweiten Zustand, in dem die Kühlkreisläufe6 ,7 fluidtechnisch miteinander verbunden sind. Auf die Ausführungen zu1 wird verwiesen. - Mit der fluidtechnischen Verbindung der Kühlkreisläufe
6 ,7 kann die durch die elektrischen Komponenten3 ,4 ,5 erzeugte Wärme weiter genutzt werden ohne sie an die Umgebung15 abzugeben. Über die Verbindung der Kühlkreisläufe6 ,7 wird die Wärme der elektrischen Komponenten3 ,4 ,5 hin zum Stromspeicher1 transferiert. - In dem zweiten Zustand wird das Kühlfluid
10 gemäß Schritt c) über einen Bypass14 an dem Wärmeübertrager13 vorbei geleitet. Dadurch kann eine Wärmeabfuhr an eine Umgebung15 der Kühlkreisläufe6 ,7 verringert werden. - Weiter kann in Schritt c) eine Wärmedämmung zumindest von Teilen der Kühlkreisläufe
6 ,7 gegenüber der Umgebung15 verstärkt werden. - Eine Wärmedämmung kann z. B. durch das Schließen von Öffnungen (Kühlluftöffnungen) realisiert werden, durch die sonst Abwärme ausgehend von den Kühlkreisläufen
6 ,7 oder von den elektrischen Komponente3 ,4 ,5 an die Umgebung15 abgeführt wird. Z. B. kann der Wärmeübertrager13 durch das Schließen einer Jalousie oder eines Rollos von der Umgebung15 wärmetechnisch isoliert werden. - Mit dem Verfahren soll das Ziel verfolgt werden, möglichst wenig Wärmeenergie an die Umgebung
15 abzugeben und umgekehrt möglichst viel Wärmeenergie an den Stromspeicher1 zu transferieren. So soll also keine Vorwärmung vor z. B. einem Kaltstart durch das vorliegende Verfahren realisiert werden, sondern eine Nachwärmung des Stromspeichers1 nach Einstellen des Betriebs des Kraftfahrzeuges2 erfolgen. - Schritt c) kann dann beendet werden, wenn eine erste Temperatur
8 des Stromspeichers1 eine Grenztemperatur9 des Kühlfluids10 erreicht hat, dass zum Transport der Abwärme der elektrischen Komponenten3 ,4 ,5 hin zum Stromspeicher1 eingesetzt wird. Entsprechend kann Schritt c) beendet werden, wenn ein Wärmetransport von dem Kühlfluid10 hin zum Stromspeicher1 nicht mehr erfolgen kann oder nicht mehr effizient erfolgen kann (wenn z. B. eine elektrische Energie, die zum Wärmetransport eingesetzt wird, höher wäre als die Wärmeenergie, die auf den Stromspeicher1 noch übertragen werden kann). - Bezugszeichenliste
-
- 1
- Stromspeicher
- 2
- Kraftfahrzeug
- 3
- erste Komponente
- 4
- zweite Komponente
- 5
- dritte Komponente
- 6
- erster Kühlkreislauf
- 7
- zweiter Kühlkreislauf
- 8
- erste Temperatur
- 9
- Grenztemperatur
- 10
- Kühlfluid
- 11
- erste Pumpe
- 12
- zweite Pumpe
- 13
- Wärmeübertrager
- 14
- Bypass
- 15
- Umgebung
- 16
- Steuergerät
- 17
- Ausgleichbehälter
- 18
- erstes Ventil
- 19
- zweites Ventil
- 20
- drittes Ventil
- 21
- Heizelement
- 22
- Kühler
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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- Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102007004979 A1 [0004]
Claims (10)
- Verfahren zum Temperieren eines Stromspeichers (1) eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeuges (2), wobei das Kraftfahrzeug (2) zumindest eine elektrische Komponente (3, 4, 5) zum Antrieb des Kraftfahrzeuges (2), den Stromspeicher (1) und mindestens einen Kühlkreislauf (6, 7) zum Temperieren der elektrischen Komponenten (3, 4, 5) und des Stromspeichers (1) aufweist; wobei das Verfahren zumindest die folgenden Schritte aufweist: a) Betreiben des Kraftfahrzeuges (2) und aktives Temperieren der elektrischen Komponente (3, 4, 5) und des Stromspeichers (1) über den mindestens einen Kühlkreislauf (6, 7); b) Einstellen des Betriebs des Kraftfahrzeuges (2); c) Fortsetzen des aktiven Temperierens zumindest des Stromspeichers (1) durch eine Nutzung einer Abwärme der elektrischen Komponente (3, 4, 5) zum Erwärmen des Stromspeichers (1) über den mindestens einen Kühlkreislauf (6, 7).
- Verfahren nach
Patentanspruch 1 , wobei Schritt c) zumindest dann beendet wird, wenn eine erste Temperatur (8) des Stromspeichers (1) eine Grenztemperatur (9) eines Kühlfluids (10) erreicht hat, das zum Transport der Abwärme der elektrischen Komponente (3, 4, 5) hin zum Stromspeicher (1) eingesetzt wird. - Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die elektrische Komponente (3, 4, 5) durch zumindest einen ersten Kühlkreislauf (6) temperiert wird und der Stromspeicher (1) durch einen zweiten Kühlkreislauf (7) temperiert wird; wobei zumindest in Schritt c) der erste Kühlkreislauf (6) und der zweite Kühlkreislauf (7) für das verwendete Kühlfluid (10) fluidtechnisch verbunden werden.
- Verfahren nach
Patentanspruch 3 , wobei der erste Kühlkreislauf (6) eine erste Pumpe (11) zur Förderung des Kühlfluids (10) und der zweite Kühlkreislauf (7) eine zweite Pumpe (12) zur Förderung des Kühlfluids (10) aufweist; wobei in Schritt c) beide Pumpen (11, 12) zur Förderung des Kühlfluids (10) betrieben werden. - Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei zumindest in Schritt c) zumindest ein Wärmeübertrager (13), der zumindest zeitweise während Schritt b) zur Kühlung eines Kühlfluids (10) eingesetzt wird, hinsichtlich seiner Kühlleistung zumindest reduziert wird.
- Verfahren nach
Patentanspruch 4 , wobei das Kühlfluid (10) zumindest in Schritt c) über einen Bypass (14) an dem zumindest einen Wärmeübertrager (13) vorbei geleitet wird. - Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei zumindest in Schritt c) eine Wärmeabfuhr an eine Umgebung (15) des mindestens einen Kühlkreislaufs (6, 7) verringert wird.
- Verfahren nach
Patentanspruch 7 , wobei zumindest in Schritt c) eine Wärmedämmung zumindest von Teilen des mindestens einen Kühlkreislaufs (6, 7) gegenüber der Umgebung (15) verstärkt wird. - Kraftfahrzeug (2), zumindest aufweisend zumindest eine elektrische Komponente (3, 4, 5) zum Antrieb des Kraftfahrzeuges (2), einen Stromspeicher (1), mindestens einen Kühlkreislauf (6, 7) zum Temperieren der elektrischen Komponente (3, 4, 5) und des Stromspeichers (1) und ein Steuergerät (16) zumindest zum Betreiben des mindestens einen Kühlkreislaufs (6, 7); wobei das Steuergerät (16) zur Durchführung des Verfahrens geeignet ausgeführt ist.
- Kraftfahrzeug (2) nach
Patentanspruch 9 , zumindest aufweisend einen ersten Kühlkreislauf (6) zum Temperieren der zumindest einen elektrischen Komponente (3, 4, 5) und einen zweiten Kühlkreislauf (7) zum Temperieren des Stromspeichers (1); wobei der erste Kühlkreislauf (6) und der zweite Kühlkreislauf (7) für das verwendete Kühlfluid (10) fluidtechnisch verbindbar sind.
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