DE102007016865A1

DE102007016865A1 - Adaptive Kühlung für Batteriesystem

Info

Publication number: DE102007016865A1
Application number: DE200710016865
Authority: DE
Inventors: Rainer Kern; Jochen Fassnacht; Henrick Brandes
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2007-04-10
Filing date: 2007-04-10
Publication date: 2008-10-16
Anticipated expiration: 2027-04-11
Also published as: DE102007016865B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kühlung mindestens eines Leistungselements eines Antriebssystems eines Kraftfahrzeugs mit einem Innenraum, mit den Schritten: Ermitteln eines Kühlungsgrads des Innenraums und, wenn der Kühlungsgrad unter einem ersten Schwellwert liegt, Erzeugen eines Luftstroms in einer ersten Richtung, die von der Umgebung kommend an dem Leistungselement vorbeiführt. Die Erfindung betrifft ferner eine zugehörige adaptive Kühlvorrichtung zur Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Kühlvorrichtung einer Traktionsbatterie eines Hybridantriebs, welche Luft verwendet, die von der Klimaanlage des zugehörigen Fahrzeugs gekühlt wurde. Im Betrieb eines Fahrzeugs mit Hybridantrieb arbeitet zur Abfuhr der Wärme, die die Batterie erzeugt, eine Lüftung, welche die gekühlte Luft des Kraftfahrzeuginnenraums ansaugt und an der Batterie vorbeiführt. Diese Luft wird daraufhin an die Umgebung abgegeben, beispielsweise durch eine Öffnung im Radkasten.
Bislang wurde gemäß dem Stand der Technik hauptsächlich die Kühlung der Batterie während des Betriebs des Kraftfahrzeugs betrachtet und die während des Betriebs erzeugte Wärme abgeführt.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung erlaubt eine Kühlung von Leistungsbauteilen, insbesondere von Traktionsbatterien eines Hybridantriebs, die über die Kühlung während des Betriebs und somit über die Abfuhr der Wärme, die während des Betriebs entsteht, hinausgeht. Neben Batterien besteht für weitere Leistungsbauteile von Kraftfahrzeugen das Erfordernis, in einem spezifizierten Temperaturbereich zu arbeiten, wobei bei hohen Temperaturen oder starker Wärmeerzeugung eine Kühlung erforderlich wird. Ferner ermöglicht die Erfindung die Verwendung von anderen gekühlten Medien und ist nicht nur auf die Kühlung durch Luft beschränkt, die von einer Klimaanlage eines Fahrzeugs gekühlt wurde. Zudem berücksichtigt die Erfindung Kühlungserfordernisse, die sich durch die Betriebsart des zu kühlenden Leistungsbauteil ergeben. Die Erfindung ermöglicht die adaptive Auswahl der Kühlungsmedien und ist somit nicht auf die Kühlungsleistung durch die Klimaanlage beschränkt. Ferner kann unter Anwendung der Erfindung die Batterie auch effektiv gekühlt werden, wenn der Hybridantrieb des Fahrzeugs abgestellt ist und die Klimaanlage nicht kühlt. Die Erfindung kann mittels preiswerter und einfach zu verarbeitender Bauteile realisiert werden, wobei bereits vorhandene Bauteile oder einzelne Bauteile, die zur Realisierung der Erfindung dienen, gleichzeitig mehrere Funktionen übernehmen können.
Das der Erfindung zugrunde liegende Konzept sieht vor, neben der durch die Klimaanlage gekühlten Luft des Innenraums des Kraftfahrzeugs auch ausgewählt andere Medien heranzuziehen, wenn durch diese eine bessere Kühlwirkung erreicht werden kann. Ferner basiert das der Erfindung zugrunde liegende Konzept darauf, abhängig von mehreren Betriebsparametern, beispielsweise Temperaturen, Betriebszustände des Antriebs oder der Klimaanlage und erforderlichen Kühlleistung unter den verschiedenen Kühlmedien dasjenige auszuwählen und zur Kühlung zu verwenden, das am effektivsten zur Kühlung eines Leistungselements beitragen kann. Ferner wird erfindungsgemäß die Art der Kühlung abhängig davon gewählt, ob das zu kühlende Leistungsbauteil selbst Wärme erzeugt, oder nicht.
Daher umfasst das erfindungsgemäße Verfahren die Ermittlung eines Kühlungsgrads des Innenraums des Kraftfahrzeugs. Der Kühlungsgrad ist ein Maß für einen Kühlungseffekt, der mit dem jeweiligen Medium, d. h. Innenraumluft (oder Umgebungsluft), erzielt werden kann. Dadurch wird der Kühlungseffekt durch Innenraumluft abgeschätzt, der umso stärker ist, je kühler die Innenraumluft ist, je größer der Temperaturunterschied zur Umgebungsluft ist, und/oder welche Energie bereits von der Klimaanlage zur Kühlung der Innenraumluft verwendet wurde.
Wenn die Innenraumluft ausreichend kühl ist, wird die Innenraumluft von einem Lüfter an einem zu kühlenden Leistungselement vorbeigeführt. Erfindungsgemäß wird vorgesehen, dass, wenn der Kühlungsgrad unter einem ersten Schwellwert liegt, ein Luftstrom erzeugt wird, der einen von der Umgebung stammenden Luftstrom an dem Leistungselement vorbeiführt. Der von der Umgebung kommende Luftstrom kann in die Fahrgastkabine, in den Kofferraum des Fahrzeugs, in den Motorraum des Fahrzeugs oder wieder in die Umgebung abgegeben werden. Diese (im Vergleich zum Stand der Technik umgekehrte) Luftstromrichtung ist dann vorteilhaft, wenn die Klimaanlage abgestellt ist und keine Kühlungsleistung erzeugt.
Insbesondere wird der Luftstrom in der ersten Richtung geführt, d. h. von der Umgebung kommend geführt, wenn die Innenraumluft nicht oder nicht mehr zur Kühlung beiträgt bzw. wenn die Verwendung der Umgebungsluft besser zur Kühlung geeignet ist. Zwar wird die Luft während des Betriebs des Kraftfahrzeugs durch die Klimaanlage gekühlt und hat daher eine hohe Kühlwirkung für das Leistungselement, jedoch kann sich im Inneren des Kraftfahrzeugs, insbesondere in der Fahrzeugkabine, ein Wärmestau bilden, der zu Temperaturen führen kann, die für die Batterie schädlich sind.
Die Erfindung berücksichtigt ferner den geringeren Kühlungsbedarf, wenn das mindestens eine Leistungselement des Antriebssystems keine eigene Wärme erzeugt, wenn sich der Antrieb im Stillstand befindet, so dass die Verwendung von Umgebungsluft, die einen geringen Kühleffekt bietet, trotzdem zu einer ausreichenden Kühlung führt. Dadurch wird verhindert, dass die sich in der Fahrgastzelle entwickelnde Wärme schädlich auf das Leistungselement, beispielsweise die Batterie, auswirkt, da diese bei hohen Temperaturen besonders schnell altert, auch wenn sie nicht in Betrieb ist.
Zur adaptiven Steuerung des Kühlluftflusses wird die Innenraum-Temperatur und/oder die Umgebungs-Temperatur und/oder der Betrieb der Klimaanlage, d. h. Dauer und/oder Leistungsstufe, erfasst. Alternativ oder in Kombination dazu kann der Betrieb des Antriebssystems erfasst werden. Aus der Temperatur des Innenraums bzw. der Umgebung kann der zu erwartende Kühlungseffekt, d. h. der Kühlungsgrad der Innenraumluft bzw. der Umgebungsluft direkt ermittelt werden. Ist die Klimaanlage in Betrieb, kann erwartet werden, dass die Innenraumluft eine hohe Kühlleistung, d. h. einen hohen Kühlungsgrad bzw. hohen Kühlungseffekt bietet. Von dem Betrieb des Antriebssystems kann geschlossen werden, dass das Leistungselement selbst Wärme erzeugt und daher eine erhöhte Kühlleistung erforderlich ist, während bei ausgeschaltetem Antriebssystem davon ausgegangen werden kann, dass, abhängig von der Umgebungstemperatur und der sich daraus ergebenden passiven Erwärmung des Leistungselements, nur eine geringe Kühlleistung erforderlich ist.
Durch die Abschätzung, ob eine geringe oder eine hohe Kühlleistung erforderlich ist, d. h. ob die Batterie oder ein anderes Leistungsbauteil durch Betrieb des Antriebssystems selbst aktiv Wärme erzeugt, können geeignete Maßnahmen getroffen werden. Befindet sich beispielsweise das Kraftfahrzeug im Stand, und durch die Sonneneinstrahlung ergibt sich die Notwendigkeit, das Leistungselement zu kühlen, um Hitzeschäden vorzubeugen, dann ist es ausreichend, lediglich ungekühlte Umgebungsluft an dem Leistungselement vorbeizuführen, anstatt die Klimaanlage zu starten, um gekühlte Luft zu erzeugen.
Daher sieht die Erfindung zwei alternative Kühlungsmechanismen vor, die, abhängig von der erforderlichen Kühlleistung (welche davon abhängt, ob das Leistungssystem selbst Wärme erzeugt oder nicht), gewählt werden. Die erforderliche Kühlleistung wird erfindungsgemäß durch Temperaturmessung und/oder durch Erfassen des Betriebszustands des Leistungselements bzw. des Antriebssystems erfasst.
Vorzugsweise wird die Wahl des geeigneten Kühlmittels durch den Vergleich des Kühlungsgrads mit einem ersten bzw. zweiten Schwellwert ermittelt. Liegt der Kühlungsgrad unterhalb einem ersten Schwellwert, wird Umgebungsluft angesaugt und an dem Leistungselement vorbeigeführt. Liegt der Kühlungsgrad über einem zweiten Schwellwert, der größer oder gleich dem ersten Schwellwert ist, so wird Innenraumluft angesaugt, die insbesondere bei Betrieb der Klimaanlage eine höhere Kühlwirkung (=Kühlungsgrad) hat. Ferner kann auch das Unterschreiten eines dritten Schwellwerts, der unter dem ersten und zweiten Schwellwert liegt, erfasst werden, wobei der Innenraum (oder Außenraum) keine Kühlung bietet, wenn der Kühlungsgrad, d. h. die erforderliche Kühlleistung, unter dem dritten Schwellwert liegt. Der dritte Schwellwert kann von der Innenraumluft und von der Umgebungsluft unterschritten werden.
Der kühlende Luftstrom wird erfindungsgemäß durch Betreiben einer Lüftervorrichtung erzeugt, wobei die Förderrichtung umkehrbar ist, beispielsweise durch Umpolung des Elektromotors, entsprechende Ansteuerung des Elektromotors oder durch Betätigen von Ventilen, die mit dem Eingang bzw. Ausgang eines Lüfters verbunden sind, und die in Zusammenspiel mit Lüfterverbindungen die äußere Förderrichtung umkehren. Alternativ zu einem ersten Lüfter, der Umgebungsluft an das Leistungselement fördert, und einem zweiten Lüfter, der Innenraumluft an das Leistungselement fördert, kann so eine einzelne Lüftervorrichtung verwendet werden, deren Förderrichtung dementsprechend umkehrbar ist, wobei die Lüftervorrichtung zwischen dem Innenraum und dem Leistungselement oder zwischen dem Leistungselement und der Umgebung angeordnet ist und dadurch Luft vom Innenraum in die Umgebung oder in umgekehrter Richtung fördert.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Kühlung umfasst ferner vorzugsweise das Erfassen des Antriebssystem-Betriebszustands, wobei, wenn erfasst wird, dass das Antriebssystem ausgeschaltet wurde, ein Luftstrom von der Umgebung zu dem mindestens einen Leistungselement hin für eine bestimmte Zeitspanne erzeugt wird, nachdem das Antriebssystem ausgeschaltet wurde. Dieses Nachlaufen oder zeitversetzte Nachlaufen wird vorzugsweise ausgeführt, wenn die Temperatur des mindestens einen Leistungselements in einem ersten Temperaturintervall über einer vorgegebenen Schwelle liegt, wenn die Temperatur der Umgebung unter einer vorgegebenen Schwelle liegt, und/oder wenn die Temperatur der Umgebung unter der Temperatur des Leistungselements liegt.
Die erste Bedingung entspricht dem Ereignis, dass das Leistungselement eine zu hohe Temperatur aufweist und gekühlt werden muss. Da jedoch das Antriebssystem ausgeschaltet ist und somit die Klimaanlage nicht ohne weiteres zur Verfügung steht, muss das Leistungselement gekühlt werden. Um zu vermeiden, dass Innenraumluft, die beispielsweise aufgrund von Wärmestau überhitzt ist, die Batterie weiterhin erwärmt oder zu geringe Kühlungsleistung vorsieht, wird Umgebungsluft verwendet, die keinem Wärmestau unterliegen kann. Das Kühlen nur für eine Zeitspanne, wenn das Antriebssystem ausgeschaltet ist, dient dem Schutz vor zu starker Entladung der Batterie, da die Batterie den Strom für den Lüfter liefern muss.
Die zweite Bedingung entspricht dem Ereignis, dass die Umgebungsluft kühler als eine bestimmte Temperatur ist, beispielsweise eine maximale Nenn-Temperatur der Batterie, wodurch durch das Vorbeiführen von Umgebungsluft an dem Leistungselement garantiert ist, dass dieses nicht über die Nenn-Temperatur hinaus erwärmt wird.
Die dritte Bedingung entspricht dem Ereignis, dass die Umgebungstemperatur unterhalb der Temperatur des Leistungselements liegt, so dass das Vorbeiführen von Umgebungsluft immer zu einer Kühlung führt. Jede einzelne der drei Bedingungen kann einfach abgeleitet werden, indem (mindestens) ein Temperatursensor abgefragt wird bzw. indem ein Spannungspegel in der Stromversorgung des Antriebssystems erfasst wird. Als Temperatursensoren eignen sich temperaturempfindliche Widerstände mit positiver oder negativer Kennlinie sowie Halbleiterbauelemente, die naturgemäß temperaturempfindlich sind. Diese Werte können einfach erfasst werden und erlauben einen direkten Hinweis darauf, ob eine Kühlung sinnvoll ist d. h. wie hoch der Kühlungsgrad der Umgebungsluft (oder der Innenraumluft) ist, und/oder ob das Vorbeiführen von Umgebungsluft an dem Leistungselement zu einer Erhöhung der Temperatur über die maximale Nenn-Temperatur des Leistungselements führen kann.
Vorzugsweise befindet sich das Leistungselement in einem Gehäuse, wobei, wenn Umgebungsluft zur Kühlung verwendet wird, der Luftstrom direkt an dem mindestens einen Leistungselement bzw. dessen Oberflächen vorbeigeführt wird, und, wenn der Luftstrom vom Innenraum zu dem mindestens einen Leistungselement führt, der Luftstrom an dem Gehäuse bzw. an den Oberflächen des Gehäuses vorbeigeführt wird. Das Gehäuse kann eine Doppelwand aufweisen, so dass bei der Verwendung eines vom Innenraum kommen den Luftstroms der Luftstrom durch eine Öffnung in der Innenwand hindurch führt. Vorzugsweise wird erfasst, ob das Antriebssystems arbeitet, und, falls das Antriebssystem nicht arbeitet und somit das Leistungselement selbst keine Wärme erzeugt, ein von der Umgebung kommender Luftstrom durch das Innere der Gehäusewand hindurch oder an der Gehäusewand vorbeigeführt wird, um diese zu kühlen. Der Luftstrom kann in dem Hohlraum der Doppelwand des Gehäuses geführt werden, oder kann an der Innenseite, oder vorzugsweise an der Außenseite des Gehäuses vorbeigeführt werden, um das Gehäuse zu kühlen. Wird erfasst, dass das Antriebssystem arbeitet, und somit das Leistungselement Wärme erzeugt, wird der Luftstrom vorzugsweise an dem Leistungselement selbst vorbeigeführt um dieses direkt zu kühlen und die von diesem erzeugte Wärme abzuleiten, bevor das Gehäuse erwärmt wird und die Wärme speichert.
Insbesondere wenn das Antriebssystem abgeschaltet ist, wird das Leistungselement wie oben beschrieben stoßweise gekühlt, vorzugsweise mittels Umgebungsluft, indem ein Lüfter wiederholt und/oder periodisch für eine bestimmte Zeitspanne aktiviert wird. Die Häufigkeit der Wiederholung bzw. die Wiederholfrequenz und/oder die Aktivierungsdauer pro Aktivierungszyklus hängt vorzugsweise von der Temperatur der Umgebungsluft, der Temperatur des mindestens einen Leistungselements und/oder von der Fördervolumenleistung des Lüfters ab.
In einer beispielhaften Ausführung der Erfindung ist das mindestens eine Leistungselement in einem doppelwandigen Gehäuse vorgesehen, dessen Außenwand eine Eintritts- und eine Austrittsöffnung aufweist und dessen Innenwand eine Eintritts- und eine Austrittsöffnung aufweist, die mittels einer Klappe verschließbar sind. Fließt Umgebungsluft von der Umgebung gemäß der ersten Richtung zu dem Leistungselement, sind die Klappen geschlossen, wodurch der Luftstrom im Wesentlichen durch die Gehäusewand geführt wird.
In der zweiten Richtung, bei der Luft vom Innenraum zu dem Leistungselement transportiert wird, sind die Klappen der Gehäuse-Innenwand geöffnet, und der Luftstrom wird derart gelenkt, dass der Luftstrom im Wesentlichen direkt an den Leistungselementen bzw. an deren Oberflächen vorbeiführt und diese kühlt. Dadurch kann mittels einer passiven Klappen- bzw. Drosselvorrichtung das zu kühlende Element, d. h. das Leistungselement oder dessen Gehäuse gekühlt werden, abhängig von der Flussrichtung des Luftstroms. Die Klappen können mit einer Feder oder mit einem anderen elastischen Element ausgestattet sein. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die Klappen aus Gummi, dessen Elastizität das Öffnen und Schließen alleine aufgrund des Luftstroms erlaubt, wobei das Gummi gleichzeitig zur Dichtung der Öffnungen in der Innenwand dient.
Im Allgemeinen wird bei der Führung des Luftstroms von der Umgebung in den Innenraum, beispielsweise bei ausgeschalteter Klimaanlage und/oder bei ausgeschaltetem Antriebssystem, durch den Luftstrom nicht nur die Leistungselemente bzw. dessen Gehäuse, sondern auch in gewissem Maße der Innenraum des Kraftfahrzeugs gekühlt, in dem sich andernfalls durch Hitzestau hohe Temperaturen entwickeln können.
Die Erfindung wird ferner durch eine adaptive Kühlvorrichtung mit Erfassungselementen zur Erfassung des Kühlungsgrads des Innenraums umgesetzt, wobei die Kühlvorrichtung ferner eine Lüftervorrichtung umfasst, die eingerichtet ist, einen Luftstrom von der Umgebung zum Leistungselement und vorzugsweise auch zu dem Gehäuse des Leistungselements hin und an diesem vorbei zu führen.
Gemäß einer Ausführung der Erfindung umfasst das Erfassungselement eine Auswertevorrichtung, die Temperatursignalwerte von Innenraumtemperatur-Sensoren und/oder von Umgebungstemperatur-Sensoren und/oder Betriebssignalwerte einer Klimaanlage, die mit dem Innenraum verbunden ist, zu empfangen und zu verarbeiten. Vorzugsweise ist das Erfassungselement ferner eingerichtet, Betriebssignalwerte des Antriebssystems zu erfassen, um festzustellen, ob das Antriebssystem ausgestellt ist und somit das Leistungselement selbst aktiv keine Wärme erzeugt. Die Auswertevorrichtung kann ferner vorzugsweise die empfangenen Signalwerte verarbeiten und erstellt daraus, wie oben dargestellt, ein Maß für den Kühlungseffekt, der mit der Luft des Innenraums bzw. der mit der Luft der Umgebung erzielt werden kann. Vorzugsweise wird das Maß für den Kühlungseffekt durch einen Kühlungsgradwert vorgesehen, wobei der Kühlungsgradwert ein kontinuierliches Signal oder ein diskretes Signal ist, welches die Effektivität durch Kühlung mittels Innenraumluft darstellt. Die Auswertevorrichtung ist ferner vorzugsweise eingerichtet, zu erfassen, ob die Innenraumluft zur Kühlung genommen werden soll, die Umgebungsluft zur Kühlung genommen werden soll, oder ob keine Kühlung notwendig ist.
Vorzugsweise umfasst die adaptive Kühlvorrichtung eine Lüftervorrichtung, die einen Luftstrom in zwei Richtungen erzeugen kann, wobei eine Richtung vom Innenraum zum Leistungselement führt und die andere Richtung von der Umgebung zum Leistungselement führt. Wie bereits bemerkt, wird die Förderungsrichtung von der Umgebung zu dem Gehäuse des Leistungselements oder zum Leistungselement selbst gewählt, wenn der Kühlungsgrad unter einem zweiten Schwellwert liegt, und die Förderrichtung wird gemäß der umgekehrten Richtung gewählt, wenn der Kühlungsgrad über einem zweiten Schwellwert liegt. Der zweite Schwellwert ist vorzugsweise größer oder gleich dem ersten Schwellwert.
Die verschiedenen Richtungen der Lüftervorrichtung können mit einem ersten Lüfter erreicht werden, dessen Förderrichtung mittels entsprechender elektrischer Ansteuerung umgekehrt werden kann. Alternativ oder in Kombination hierzu kann ein oder können mehrere Ventile gestellt werden, die die Förderrichtung entsprechend umkehren, wobei der Lüfter seine Förderrichtung beibehält. Als weitere Alternative kann die Lüftervorrichtung einen ersten Lüfter für eine erste Förderrichtung einen zweiten Lüfter für eine zweite Förderrichtung umfassen. In einer Vorrichtung fördert der erste Lüfter Luft nur in der ersten Richtung, wenn er eingeschaltet ist, und der zweite Lüfter fördert nur Luft in der zweiten Richtung, wenn er eingeschaltet ist. Vorzugsweise wird der erste Lüfter nicht gleichzeitig mit dem zweiten Lüfter betrieben.
Um die Luft von der Umgebung, wenn die Lüftervorrichtung in der ersten Richtung fördert, dem Gehäuse zuzuführen, kann mindestens ein Führungsventil oder eine Luftstrom-Lenkvorrichtung, beispielsweise eine Lenkklappe vorgesehen werden, die den Luftstrom entlang der Oberfläche des Gehäuses, beispielsweise innerhalb einer Gehäusehohlwand, führt. Das Führungsventil bzw. die Luftstrom-Lenkvorrichtung lenkt, wenn der Luftstrom entlang der zweiten Richtung fließt, den Luftstrom an der Oberfläche des Leistungselements und kühlt somit das Leistungselement direkt. Somit ist die Luftstrom-Lenkvorrichtung oder das Führungsventil eingerichtet, einen Luftstrom, der vom Innenraum stammt, direkt den Leistungselementen zuzuführen, wohingegen durch das Führungsventil oder die Luftstrom-Lenkvorrichtung ein von der Umgebung stammender Luftstrom an das Gehäuse des mindestens einen Leistungselements geführt wird, um das Gehäuse direkt zu kühlen.
Vorzugsweise wird die Temperatur der angesaugten Luft, d. h. der Luft vom Innenraum oder der Luft von der Umgebung gemessen, wobei beim Überschreiten eines Maximalwerts das Ansaugen bzw. das Fördern der Luft eingestellt wird. In einer Ausführung wird Luft von der Umgebung angesaugt, indem Luft einer Öffnung der Karosserie angesaugt wird, die in den Radkasten des Kraftfahrzeugs mündet.
Ferner kann die Förderleistung abhängig von dem Temperaturunterschied, von der Temperatur des zu kühlenden Leistungselements und/oder von dem Ladezustand der Batterie abhängig stufenlos eingestellt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und es werden in der nachfolgenden Beschreibung dieses und weitere Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Es zeigt
die 1 ein Prinzipschaltbild der erfindungsgemäßen adaptiven Kühlvorrichtung.
Ausführungsformen der Erfindung
In der 1 ist eine Vorrichtung dargestellt, die die erfindungsgemäße adaptive Kühlvorrichtung realisiert. Die Kühlvorrichtung umfasst einen Lüfter 10, der an einen Innenraum 20 eines Kraftfahrzeugs angeschlossen ist. Der Innenraum 20 entspricht vorzugsweise dem Innenraum, der durch eine Klimaanlage des Kraftfahrzeugs gekühlt wird. Der Lüfter 10 ist ferner mit einem Gehäuse 30 verbunden, das doppelwandig ausgeführt ist und das eine Außenwand 32 und eine Innenwand 34 umfasst. Zwischen der Innenwand 34 und der Außenwand 32 ist ein Zwischenraum 36 vorgesehen. In dem Gehäuse 30 ist mindestens ein Leistungselement vorgesehen, in diesem Fall eine Gruppe von Traktionsbatterien 40, die Wärme erzeugen, wenn das Antriebssystem eingeschaltet ist und die Batterien geladen oder entladen werden.
Anstatt der Ermittlung des Betriebs des Antriebssystems kann auch der Stromfluss zu den Batterien bzw. von diesen weg mittels eines Stromsensors erfasst werden. Erfasst der Stromsensor daher einen fließenden Strom, kann die Auswertevorrichtung daraus schließen, dass die Batterien aktiv Wärme erzeugen und somit eine hohe Kühlleistung erforderlich ist. Ist gleichzeitig das Antriebssystem eingeschaltet, so kann, falls notwendig, eine Klimaanlage aktiviert werden und die Kühlvorrichtung transportiert Innenraumluft direkt an die Leistungselemente, um diese zu kühlen.
Der Hohlraum ist zum einen an einer ersten Stelle mit dem Lüfter 10 verbunden und zum anderen an einer zweiten Stelle, die davon entfernt ist, vorzugsweise mit einem möglichst großen Abstand, mit der Umgebung 50 verbunden, beispielsweise mit dem Inneren des Radkastens. An dem Radkasten oder an einer Leitung, die von der Umgebung zum Zwischenraum 36 des Gehäuses führt, ist vorzugsweise ein erster Temperatursensor 60 angeordnet, der die Temperatur der Umgebungsluft misst. Ferner erfasst ein zweiter Temperatursensor 70 die Lufttemperatur des Innenraums 20. Hierzu kann ein Temperatursensor verwendet werden, der zur Steuerung der Klimaanlage verwendet wird, oder es kann ein zusätzlicher Temperatursensor verwendet werden. Der Temperatursensor kann zwischen dem Lüfter 10 und dem Innenraum oder in dem Innenraum selbst angebracht sein.
Der Lüfter 10 kann wahlweise in beiden Förderrichtungen betrieben werden. Wenn die Luft des Innenraums 20 zur Kühlung verwendet wird, fördert der Lüfter 10 die Innenraumluft direkt in das Innere des Gehäuses 30 an die Leistungselemente 40, wobei eine erste Drosselklappe 90 und eine zweite Drosselklappe 92 eine Passage von der Außenwand 32 zu der Innenwand 34 bilden und somit dem Luftstrom den Weg in den Zwischenraum 36 versperren. Eine dritte Drosselklappe 94 ist geöffnet und ermöglicht das Einströmen der Luft durch die Passage, die von der ersten und zweiten Drosselklappe 90, 92 gebildet wird, in das Innere des Gehäuses 30. Eine vierte Drosselklappe 96, die an der zweiten Öffnung des Gehäuses 30 angeordnet ist, leitet die Luft, die in das Innere des Gehäuses 30 dringt, weiter in die Umgebung 50. Die Drosselklappen 90–96 dienen der Umleitung des Luftstroms, vorbei an dem Gehäuse 30 oder wahlweise, vorbei an den Leistungselementen 40 und werden daher als Führungsventile oder Luftlenkvorrichtungen bezeichnet. Die oben beschriebenen Ventile der Lüftervorrichtung dienen hingegen der Umkehrung der Förderrichtung, wenn nur ein unidirektionaler Lüfter 10 verwendet wird.
Bei umgekehrter Förderrichtung, d. h. wenn Luft von der Umgebung 50 angesaugt wird, strömt die Luft von der Umgebung durch eine zweite Öffnung des doppelwandigen Gehäuses 30 in den Zwischenraum 36 hinein. Die Umgebungsluft strömt ferner durch den Zwischenraum 36 hindurch, sowie durch die erste und zweite Drosselklappe 90, 92. Dadurch gelangt die Umgebungsluft zum Lüfter 10 und wird in den Innenraum 20 gefördert.
Die Drosselklappen 90, 92, 94 und 96 sind vorzugsweise passive Gummiklappen oder Klappen mit einem Federelement, die sich aufgrund der Druckunterschiede öffnen oder schließen. Die erste und zweite Drosselklappe 90, 92 sind derart ausgestaltet, dass sie eine Passage zwischen der Außenwand 32 und der Innenwand 34 bilden können, d. h. die Außenwand 32 mit der Innenwand 34 im Wesentlichen vollständig abschließen. Wenn diese geöffnet sind, erlauben sie einen Luftstrom von dem Zwischenraum 36 in die Zuleitung, die zum Lüfter 10 führt. Ein Stopper oder ein anderes Element, das die Auslenkung der Drosselklappen 90 und 92 begrenzt, verhindert, dass die Drosselklappen 90, 92 die Außenwand 32 vollständig verschließen. Alternativ kann mindestens eine oder alle Drosselklappen 90, 92, 94, 96 ohne Federelement und ohne Vorspannung vorgesehen werden, wobei sich die Klappenstellung alleine aus dem Druckunterschied und der Luftströmung ergibt, die die Lüftervorrichtung 10 vorsieht. Die Drosselklappen bzw. Ventilklappen sind vorzugsweise drehbar gelagert. Die Drosselklappen 90, 92, 94, 96 können auch mittels eines elektrischen Aktuators betätigbar sein mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen adaptiven Kühlvorrichtung kann zudem, wenn im Innenraum 20 des Fahrzeugs zum Beispiel nach vorheriger Kühlung mittels der Klimaanlage kühle Luft vorliegt, eine Nachkühlung der Leistungselemente bzw. Batterien 40 der gestalt erreicht werden, dass für eine Zeitspanne von einigen Minuten so z. B. vorwählbare Intervalle von fünf Minuten oder zehn Minuten, die im Innenraum 20 vorhandene Luft an den Leistungselementen bzw. Batterien 40 vorbeigeführt wird. Die Lufttemperatur der im Innenraum 20 des Fahrzeugs vorhandenen Luft wird gemessen und die Nachkühlung mittels der gekühlten aus dem Innenraum 20 stammenden Luft so lange vorgenommen, solange die Luft, die im Innenraum 20 des Fahrzeugs enthalten ist, eine ausreichende Kühlung der Leistungselemente bzw. der Batterien 40 ermöglicht.

Claims

Verfahren zur Kühlung mindestens eines Leistungselements (40) eines Antriebsystems eines Kraftfahrzeugs mit einem Innenraum (40), umfassend: Ermitteln eines Kühlungsgrads des Innenraums (40); und, wenn der Kühlungsgrad unter einem ersten Schwellwert liegt, Erzeugen eines Luftstroms in einer ersten Richtung, die von der Umgebung kommend an dem Leistungselement (40) vorbei führt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Kühlungsgrad ein Maß für ein Kühlungseffekt ist, der mittels Luft erzielt werden kann, die sich in dem Innenraum (20) befindet, und das Ermitteln des Kühlungsgrads umfasst: Erfassen einer Innenraum-Temperatur und/oder einer Umgebungs-Temperatur und/oder des Betriebs einer Klimaanlage.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, das ferner den Schritt umfasst: Erzeugen eines Luftstroms in einer zweiten Richtung, die vom Innenraum (20) kommend an dem mindestens einen Leistungselement (40) vorbei führt, wenn der Kühlungsgrad über einem zweiten Schwellwert liegt, wobei der zweite Schwellwert größer als oder gleich dem ersten Schwellwert ist.
Verfahren einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Erzeugen des Luftstroms das Betreiben einer Lüftervorrichtung (10) umfasst, deren Förderrichtung durch Änderung der Bestromung eines Elektromotors oder durch Betätigen von Ventilen umkehrbar ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, das ferner den Schritt umfasst: Erfassen eines Antriebsystem-Betriebszustands; und, wenn der Antriebsystem-Betriebszustand erfasst wird, demnach das Antriebsystem ausgeschaltet ist, Erzeugen eines Luftstroms in der ersten Richtung für eine vorbestimmte Zeitspanne, nachdem das Antriebssystem ausgeschaltet wurde, wenn die Temperatur des Leistungselements (40) in einem ersten Temperaturintervall über einer vorgegebenen Schwelle liegt, wenn die Temperatur der Umgebung unter einer vorgegebene Schwelle liegt und/oder wenn die Temperatur der Umgebung unter der Temperatur des Leistungselements (40) liegt.
Verfahren einem der vorhergehenden Ansprüche, das ferner den Schritt umfasst: Erfassen eines Antriebssystem-Betriebszustandes; und, wenn der der Antriebssystem-Betriebszustand erfasst wird, demnach das Antriebsystem ausgeschaltet ist, Erzeugen eines Luftstromes in der zweiten Richtung für eine vorbestimmte Zeitspanne, nachdem das Antriebssystem ausgeschaltet wurde, die Temperatur des mindestens einen Leistungselementes (40) in einem ersten Temperaturintervall über einer vorgegebenen Schwelle liegt, wenn die Temperatur des Innenraumes (20) unter einer vorgegebenen Schwelle liegt und/oder wenn die Temperatur des Innenraums (20) unter der Temperatur des Leistungselementes (40) liegt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, das ferner das Führen des Luftstroms in der ersten Richtung an Oberflächen des mindestens einen Leistungselement (40) vorbei und/oder das Führen eines Luftstroms in der Richtung, die an dem Leistungselement (40) der ersten Richtung entgegengesetzt ist, an Oberflächen eines Gehäuses (30) vorbei umfasst, in dem das mindestens eine Leistungselement (40) angeordnet ist.
Adaptive Kühlvorrichtung für mindestens ein Leistungselement (40) eines Antriebsystems eines Kraftfahrzeugs mit einem Erfassungselement (70) zur Erfassung eines Kühlungsgrads eines Innenraums (20) des Kraftfahrzeugs, wobei die adaptive Kühlvorrichtung ferner eine Lüftervorrichtung (10) umfasst, die eingerichtet ist, einen Luftstrom in einer ersten Richtung zu erzeugen, die von der Umgebung (50) des Kraftfahrzeugs kommend an dem Leistungselement (40) vorbei führt.
Adaptive Kühlvorrichtung nach Anspruch 8, die ferner eine Auswertevorrichtung umfasst, die eingerichtet ist, Temperatursignalwerte von Innenraumtemperatur-Sensoren (70) und/oder von Umgebungstemperatur-Sensoren (60) und/oder Betriebssignalwerte einer Klimaanlage, die mit dem Innenraum verbunden ist, zu empfangen und zu verarbeiten, und abhängig von den empfangenen Signalwerten den Kühlungsgrad, der ein Maß für den Kühlungseffekt ist, der mit Luft des Innenraums (20) erzielt werden kann, in Form eines Kühlungsgradwerts zu erstellen.
Adaptive Kühlvorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Lüftervorrichtung vom Innenraum (20) kommend an dem mindestens einen Leistungselement (40) vorbei führt, wenn der Kühlungsgrad über einem zweiten Schwellwert liegt, wobei der zweite Schwellwert größer als oder gleich groß wie ein erster Schwellwert ist, bei dessen Unterschreiten der Luftstrom in der ersten Richtung gefördert wird.
Adaptive Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 8–10, wobei die Lüftervorrichtung (10) einen ersten Lüfter umfasst, dessen Förderrichtung durch elektrische Ansteuerung umkehrbar ist oder dessen erzeugter Luftstrom durch Stellen von mindestens einem Ventil, das mit dem Lüfter verbunden sind, wählbar in die erste Richtung oder in die zweite Richtung gelenkt werden kann, oder die Lüftervorrichtung einen ersten Lüfter und einen zweiten Lüfter umfasst, die jeweils einer Förderrichtung zugeordnet sind und gemäß der gewünschten Förderrichtung und Förderleistung angesteuert werden.
Adaptive Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 8–11, wobei das mindestens eine Leistungselement (40) in einem Gehäuse (30) untergebracht ist, das mit der Lüftervorrichtung verbunden ist und die Lüftervorrichtung mindestens ein Führungsventil (90–96) oder mindestens eine Luftstrom-Lenkvorrichtung umfasst, die den Luftstrom in der ersten Richtung entlang einer Oberfläche (32, 34) des Gehäuses (30) vorbei führt und die den Luftstrom in einer Richtung, die der ersten Richtung entgegengesetzt ist, an einer Oberfläche des mindestens einen Leistungselements (40) vorbei führt.