DE102007049173B4 - Kraftfahrzeugbordnetz - Google Patents

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Abstract

Kraftfahrzeugbordnetz
- mit einem Energiespeicher (ES),
- mit einem leistungselektronischen System (DC/DC)
- mit einem Temperier-Kreislauf (KKL), der mit dem Energiespeicher (ES) und dem leistungselektronischen System (DC/DC) gekoppelt ist, wobei der Temperier-Kreislauf (KKL) ein Temperier-Medium (TM) umfasst, wobei das leistungselektronische System (DC/DC) und/oder der Energiespeicher (ES) zumindest teilweise von dem Temperier-Medium (TM) umströmt und/oder durchströmt werden, und wobei der Temperier-Kreislauf (KKL) derart mit dem Energiespeicher (ES) und dem leistungselektronischen System (DC/DC) gekoppelt ist, dass ein Energieübertrag zwischen dem Temperier-Medium (TM) und dem Energiespeicher (ES) und ein Energieübertrag zwischen dem Temperier-Medium (TM) und dem leistungselektronischen System (DC/DC) bewirkt wird, und
- mit einer Steuereinrichtung zur Steuerung des leistungselektronischen Systems (DC/DC) derart, dass durch das leistungselektronische System (DC/DC) in einem vorgegebenen Heiz-Betriebszustand des Kraftfahrzeugbordnetzes gegenüber dem regulären Betrieb eine erhöhte Wärmeenergie erzeugt wird, dass Wärmeenergie von dem leistungselektronischen System (DC/DC) an das Temperier-Medium (TM) abgegeben wird und Wärmeenergie von dem Temperier-Medium (TM) an den Energiespeicher (ES) abgegeben wird, wobei der Heiz-Betriebszustand automatisch in Abhängigkeit davon eingestellt wird, ob die durch eine Temperaturmesseinrichtung am Energiespeicher gemessene Temperatur unter einer vorgegebenen Grenztemperatur liegt oder nicht.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeugbordnetz.
  • Durch ein Kraftfahrzeugbordnetz werden verschiedene Verbraucher eines Kraftfahrzeuges mit elektrischer Energie versorgt. Ein Kraftfahrzeugbordnetz kann neben weiteren Komponenten ein leistungselektronisches System, wie einen Gleichspannungswandler, und einen Energiespeicher, wie eine Fahrzeugbatterie, einen Kondensator oder einen Doppelschichtkondensator, umfassen.
  • Insbesondere bei Hybrid-Fahrzeugen umfasst das Kraftfahrzeugbordnetz als Energiespeicher in der Regel auch einen Hochvolt-Energiespeicher, der für die Aufnahme von Energie in Bremsphasen und die Abgabe von Energie in Beschleunigungsphasen geeignet ist.
  • Im Fahrbetrieb weist der Hochvolt-Energiespeicher einen hohen Energiedurchsatz auf, wodurch auch eine nennenswerte Wärmeenergie erzeugt wird, die durch eine entsprechende Kühlung abgeführt werden kann.
  • Bei tiefen Temperaturen kann das Energieaufnahmevermögen eines Energiespeichers, beispielsweise einer Li-Ion-Batterie, im Vergleich zu höheren Temperaturen deutlich eingeschränkt sein.
  • Auch ein Gleichspannungswandler kann in bestimmten Betriebsarten eine nennenswerte Wärmeenergie erzeugen, deren Abfuhr für einen zuverlässigen Dauerbetrieb des Gleichspannungswandlers förderlich sein kann.
  • Aus der DE 196 49 710 A1 , der DE 44 33 836 C1 und der DE 42 26 781 A1 sind verschiedene Kraftfahrzeugbordnetze mit Energiespeicher und leistungselektronischem System bekannt.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Kraftfahrzeugbordnetz anzugeben.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Die Erfindung basiert demnach auch auf dem Gedanken, einen Energiespeicher und ein leistungselektronisches System insbesondere eines Kraftfahrzeuges thermisch zu koppeln. Ein leistungselektronisches System umfasst insbesondere eine oder mehrere der folgenden Komponenten: Spannungswandler, Gleichspannungswandler, Umrichter, Wechselrichter, Gleichrichter.
  • Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeugbordnetz weist einen Energiespeicher, insbesondere einen Hochvoltenergiespeicher (Nennspannung größer 15V), und ein leistungselektronisches System, insbesondere einen Gleichspannungswandler, auf. Ein Temperier-Kreislauf ist, insbesondere thermisch, mit dem Energiespeicher und dem leistungselektronischen System gekoppelt. Dadurch sind auch der Energiespeicher und das leistungselektronische System thermisch miteinander gekoppelt.
  • Dadurch wird erreicht, dass mittels eines einzigen Temperier-Kreislaufs der Energiespeicher und das leistungselektronische System gleichzeitig bedarfsgerecht temperiert, insbesondere gekühlt, werden können.
  • Der Temperier-Kreislauf umfasst ein insbesondere flüssiges Temperier-Medium, durch welches vorzugsweise das leistungselektronische System, insbesondere dessen Gehäuse und/oder Teilkomponenten des Systems, und/oder der Energiespeicher, insbesondere dessen Gehäuse und/oder Teilkomponenten des Systems, zumindest teilweise umströmt und/oder durchströmt werden.
  • Der Temperier-Kreislauf ist derart mit dem Energiespeicher und dem leistungselektronischen System gekoppelt, dass ein Energieübertrag zwischen dem Temperier-Medium und dem Energiespeicher und ein Energieübertrag zwischen dem Temperier-Medium und dem leistungselektronischen System erzeugt werden.
  • Das Kraftfahrzeugbordnetz samt Temperier-Kreislauf derart ausgeführt, dass in einem vorgegebenen Betriebszustand des Kraftfahrzeugbordnetzes, insbesondere im Bedarfsfall (beispielsweise gemessene Temperatur kleiner vorgegebene Grenztemperatur), das leistungselektronische System Wärmeenergie an das Temperier-Medium abgibt und das Temperier-Medium Wärmeenergie an den Energiespeicher abgibt. Dabei ist die Temperatur des leistungselektronischen Systems größer als die Temperatur des Temperier-Mediums und die Temperatur des Temperier-Mediums größer als die Temperatur des Energiespeichers.
  • In diesem Betriebszustand wird das leistungselektronische System durch den Temperier-Kreislauf gekühlt. Dies kann günstig sein, wenn das leistungselektronische System durch den regulären Betrieb so stark aufgewärmt wurde, dass eine Wärmeabfuhr seinen weiteren zuverlässigen und effizienten Betrieb begünstigt.
  • Außerdem wird in diesem Betriebszustand der Energiespeicher aufgewärmt. Dies kann beispielsweise bei niedrigen Umgebungstemperaturen (Winter, kurz vor oder nach Motorstart) günstig sein, um die Energieaufnahmefähigkeit und die Energieabgabefähigkeit des Energiespeichers, die bei niedrigen Umgebungstemperaturen eingeschränkt ist, zu verbessern. Das Risiko einer Tiefentladung kann dadurch reduziert werden. Es wird also die vom leistungselektronischen System abzuführende Wärme als dem Energiespeicher zuzuführende Wärme verwendet. Dies erhöht die energetische und herstellungsökonomische Effizienz.
  • Es ist, insbesondere zur Realisierung oder Herbeiführung dieses Betriebszustandes, vorgesehen, das leistungselektronische System in einen vorgegebenen Heiz-Betriebszustand zu schalten, bei dem das leistungselektronische System derart angesteuert wird, dass es vor allem als Wärmequelle wirkt.
  • Insbesondere zur Realisierung dieses Heiz-Betriebszustandes ist eine Steuereinrichtung vorgesehen, die zur Steuerung des leistungselektronischen Systems derart eingerichtet ist, dass durch das leistungselektronische System gegenüber dem regulären Betrieb (Spannungswandlung, Spannungsstabilisierung innerhalb des Kraftfahrzeugbordnetzes) das leistungselektronische System eine erhöhte Wärmeenergie erzeugt und an das Temperier-Medium abgegeben wird.
  • Vorteilhafterweise arbeitet das leistungselektronische System in dem Heiz-Betriebszustand mit einem gegenüber dem regulären Betrieb reduzierten Wirkungsgrad. Dies kann beispielsweise durch ein Betreiben der Halbleiterschaltelemente des leistungselektronischen Systems im Linearbetrieb oder durch ein Schalten der Halbleiterschaltelemente des leistungselektronischen Systems mit einer - gegenüber der hinsichtlich des Wirkungsrades optimierten Schaltfrequenz - geänderten, insbesondere erhöhten, Schaltfrequenz bewirkt werden. Alternativ oder ergänzend dazu kann die Ansteuerung der Halbleiterschaltelemente gezielt von einer hinsichtlich der Schaltverlustreduzierung optimierten Ansteuerung abweichen. Durch das leistungselektronische System erzeugte Wärmeenergie wird dann wieder mit den oben bereits erläuterten Vorteilen über das Temperier-Medium auf den Energiespeicher übertragen.
  • Zudem verfügt das Kraftfahrzeugbordnetz vorteilhafterweise über einen Wärmetauscher, durch den Wärmeenergie auf das Temperier-Medium übertragbar ist und/oder Wärmeenergie aus dem Temperier-Medium entziehbar ist. Im oben genannten Heiz-Betriebszustand des leistungselektronischen Systems wird vorteilhafterweise zudem der, insbesondere steuerbare, Wärmetauscher deaktiviert, umgangen oder in seiner energieentziehenden Wirksamkeit reduziert.
  • Das Kraftfahrzeug-Bordnetz kann selbstverständlich neben dem leistungselektronischen System und dem Energiespeicher weitere Komponenten, wie beispielsweise elektrische Verbraucher, Schalteinrichtungen, leistungselektronische Systeme oder Steuereinrichtungen umfassen. Der Temperier-Kreislauf kann eine Temperiermittel-Pumpe umfassen. Durch den Temperier-Kreislauf können weitere Komponenten, wie beispielsweise elektrische Verbraucher, Schalteinrichtungen, leistungselektronische Systeme oder Steuereinrichtungen gekühlt werden.

Claims (2)

  1. Kraftfahrzeugbordnetz - mit einem Energiespeicher (ES), - mit einem leistungselektronischen System (DC/DC) - mit einem Temperier-Kreislauf (KKL), der mit dem Energiespeicher (ES) und dem leistungselektronischen System (DC/DC) gekoppelt ist, wobei der Temperier-Kreislauf (KKL) ein Temperier-Medium (TM) umfasst, wobei das leistungselektronische System (DC/DC) und/oder der Energiespeicher (ES) zumindest teilweise von dem Temperier-Medium (TM) umströmt und/oder durchströmt werden, und wobei der Temperier-Kreislauf (KKL) derart mit dem Energiespeicher (ES) und dem leistungselektronischen System (DC/DC) gekoppelt ist, dass ein Energieübertrag zwischen dem Temperier-Medium (TM) und dem Energiespeicher (ES) und ein Energieübertrag zwischen dem Temperier-Medium (TM) und dem leistungselektronischen System (DC/DC) bewirkt wird, und - mit einer Steuereinrichtung zur Steuerung des leistungselektronischen Systems (DC/DC) derart, dass durch das leistungselektronische System (DC/DC) in einem vorgegebenen Heiz-Betriebszustand des Kraftfahrzeugbordnetzes gegenüber dem regulären Betrieb eine erhöhte Wärmeenergie erzeugt wird, dass Wärmeenergie von dem leistungselektronischen System (DC/DC) an das Temperier-Medium (TM) abgegeben wird und Wärmeenergie von dem Temperier-Medium (TM) an den Energiespeicher (ES) abgegeben wird, wobei der Heiz-Betriebszustand automatisch in Abhängigkeit davon eingestellt wird, ob die durch eine Temperaturmesseinrichtung am Energiespeicher gemessene Temperatur unter einer vorgegebenen Grenztemperatur liegt oder nicht.
  2. Kraftfahrzeugbordnetz nach Anspruch 1, mit einem Wärmetauscher (WT), durch den Wärmeenergie auf das Temperier-Medium (TM) übertragbar ist und/oder Wärmeenergie aus dem Temperier-Medium (TM) entziehbar ist.
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