DE102010003747B4

DE102010003747B4 - Anticipatory thermal management in a motor vehicle

Info

Publication number: DE102010003747B4
Application number: DE102010003747.8A
Authority: DE
Inventors: Mathias Braun; Dr. Linde Matthias; Dr. Eder Andreas
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2010-04-08
Filing date: 2010-04-08
Publication date: 2022-03-24
Anticipated expiration: 2030-04-09
Also published as: DE102010003747A1

Abstract

Vorausschauendes Wärmemanagement in einem Kraftfahrzeug durch Steuerung oder Regelung eines elektrifizierten Kühlsystems, insbesondere einer elektrischen Kühlmittelpumpe oder eines elektrischen Lüfters, wobei in Abhängigkeit von einem vorausschauend ermittelten Fahrtende die Notwendigkeit für einen Nachlauf zumindest eines Teils des Kühlsystems ermittelt oder vermutet wird, und wobei bei einem ermittelten oder vermuteten notwendigen Nachlauf zumindest eines Teils des Kühlsystems die aktuelle Steuerung des elektrischen Kühlsystems derart angepasst wird, dass ein Nachlauf des Kühlsystems vermieden wird.Predictive heat management in a motor vehicle by controlling or regulating an electrified cooling system, in particular an electric coolant pump or an electric fan, the need for an after-run of at least part of the cooling system being determined or suspected as a function of a predictively determined end of the journey, and with a determined or presumed necessary after-running of at least part of the cooling system, the current control of the electrical cooling system is adapted in such a way that after-running of the cooling system is avoided.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein vorausschauendes Wärmemanagement für den Nachlauf des Kühlsystems in einem Kraftfahrzeug.The invention relates to anticipatory heat management for after-running of the cooling system in a motor vehicle.

Derzeit wird bei Kraftfahrzeugen im Sinne eines geeigneten Wärmemanagements ein Wärmemanagement-Koordinator zur Ansteuerung aller Regelglieder eines Kühlsystems, insbesondere eines Kennfeldthermostats, einer elektrischen Kühlmittelpumpe, eines elektrischen Lüfters und einer Kühlerjalousie des Kraftfahrzeugs eingesetzt. Dabei wird die Kühlmittel-Solltemperatur anhand des momentanen Lastpunktes, der sich aus der aktuellen Drehzahl und dem Motormoment ergibt, vorgegeben, so dass sich eine zum aktuellen Zeitpunkt bzw. Lastpunkt optimale Kühlmitteltemperatur einstellt. Nachteil derartiger Systeme ist, dass sich bspw. aufgrund der Trägheit des Kühlsystems die vorgegebene Kühlmittel-Solltemperatur erst mit einer gewissen Verzögerung oder sogar erst zu einem Zeitpunkt einstellt, zu dem bereits eine andere Kühlmittel-Temperatur sinnvoll ist und vorgegeben wird.A thermal management coordinator for controlling all control elements of a cooling system, in particular a characteristic map thermostat, an electric coolant pump, an electric fan and a radiator blind of the motor vehicle is currently used in motor vehicles for the purpose of suitable thermal management. The coolant setpoint temperature is specified based on the current load point, which results from the current speed and the engine torque, so that a coolant temperature that is optimal at the current time or load point is set. The disadvantage of such systems is that due to the inertia of the cooling system, for example, the specified coolant setpoint temperature is only set with a certain delay or even at a point in time when a different coolant temperature is already sensible and is specified.

Die DE 199 53 511 A1 beschreibt bereits ein die Umgebungsdaten und die Trägheit des Kühlsystems berücksichtigendes vorausschauendes Wärmemanagement. Das vorausschauende Wärmemanagement soll dabei zu einer „verbrauchs-, und/oder emissions- und/oder komfortoptimierten Betriebsweise“ des Fahrzeugmotors führen. Eine konkrete Ausgestaltung, hinsichtlich des vorausschauenden Wärmemanagements ist jedoch nicht offenbart.the DE 199 53 511 A1 already describes a predictive thermal management that takes into account the ambient data and the inertia of the cooling system. The anticipatory heat management should lead to a "consumption, and/or emission and/or comfort-optimized mode of operation" of the vehicle engine. However, a concrete configuration with regard to the anticipatory heat management is not disclosed.

Weiter offenbart die DE 199 51 362 A1 ein vorausschauendes Wärmemanagement, bei dem die Kühlwasser-Solltemperatur u. a. auf Basis von Umgebungsdaten derart vorgegeben wird, dass die Kühlwasser-Solltemperatur im längeren Schubbetrieb auf einen Minimalwert abgesenkt, und vor Erreichen eines Passendes angehoben wird, um bei der zu erwartenden erhöhten Leistungsabgabe des Motors wieder günstigere Bedingungen zu erreichen.Next revealed the DE 199 51 362 A1 anticipatory thermal management, in which the cooling water target temperature is specified on the basis of environmental data, among other things, in such a way that the cooling water target temperature is lowered to a minimum value during prolonged overrun operation and raised before it reaches a suitable level, so that it can be increased again when the engine’s power output is expected to increase achieve more favorable conditions.

Weiteren Stand der Technik offenbaren die DE 103 20 746 A1 , die DE 10 2005 005 002 A1 und die DE 38 77 734 T2 .Further prior art disclose the DE 103 20 746 A1 , the DE 10 2005 005 002 A1 and the DE 38 77 734 T2 .

Nach Fahrten mit hohen Lasten (Bergfahrten, Autobahnetappen) und damit verbundenen hohen Fluidtemperaturen (Kühlmittel, Motoröl) kann beim Abstellen des Verbrennungsmotors bei Überschreitung von festgelegten Temperatur-Grenzwerten ein Nachlauf des elektrischen Lüfters und, sofern vorhanden, der elektrischen Kühlmittelpumpe nötig werden. Auf diese Weise soll das sogenannte Nachheizen des Verbrennungsmotors durch fehlende Kühlung, insbesondere durch fehlende Anströmung des Kühlers bzw. des Verbrennungsmotors selbst und Umwälzen des Kühlmittels vermieden oder reduziert werden. Speziell bei aufgeladenen Motoren mit Abgasturboladern kommt dieser Nachlauf häufig zum Einsatz, um eben diese vor zu hoher Belastung durch mögliche Überhitzung der Bauteile zu bewahren.After driving with high loads (mountain driving, motorway stretches) and the associated high fluid temperatures (coolant, engine oil) it may be necessary to run on the electric fan and, if available, the electric coolant pump when switching off the combustion engine if the specified temperature limit values are exceeded. In this way, the so-called post-heating of the internal combustion engine due to a lack of cooling, in particular due to a lack of flow of the radiator or the internal combustion engine itself and circulation of the coolant, is to be avoided or reduced. This run-on is often used especially in supercharged engines with exhaust gas turbochargers to protect them from excessive stress due to possible overheating of the components.

Nachteilig ist an einem derartigen Nachlauf des elektrifizierten Kühlsystems, dass nach dem Abstellen des Verbrennungsmotors die notwendigerweise elektrifizierten Regelglieder (elektrischer Lüfter, elektrische Kühlmittelpumpe) aus der Fahrzeugbatterie gespeist werden. Dieser hohe Energiebedarf beeinflusst wiederum die Dimensionierung und die Lebensdauer der Batterie. The disadvantage of such a run-on of the electrified cooling system is that after the internal combustion engine is switched off, the necessarily electrified control elements (electric fan, electric coolant pump) are fed from the vehicle battery. This high energy requirement in turn influences the dimensioning and service life of the battery.

Aufgabe der Erfindung ist, ein verbessertes vorausschauendes Wärmemanagement anzugeben, wodurch eine geringere Belastung der Batterie und somit eine Verlängerung der Lebensdauer der Batterie erreicht wird.The object of the invention is to specify an improved anticipatory thermal management, which reduces the load on the battery and thus extends the life of the battery.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein vorausschauendes Wärmemanagement nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Gegenständen der abhängigen Ansprüche.According to the invention, this object is achieved by a predictive heat management system according to claim 1 . Advantageous developments result from the subject matter of the dependent claims.

Allgemeiner Grundgedanke der Erfindung ist, ein vorausschauendes Wärmemanagement bereitzustellen, welches unter Verwendung vorausschauender Informationen zu einer geringeren Belastung der Batterie bei abgeschaltetem Verbrennungsmotor führt. Dazu wird in die Steuerung oder Regelung eines elektrifizierten Kühlsystems, insbesondere einer elektrischen Kühlmittelpumpe oder eines elektrischen Lüfters derart eingegriffen, dass in Abhängigkeit von einem vorausschauend ermittelten Fahrtende die Notwendigkeit für einen Nachlauf zumindest eines Teils des Kühlsystems ermittelt oder vermutet wird. Wird ein notwendiger Nachlauf zumindest eines Teils des elektrifizierten Kühlsystems ermittelt oder vermutet, wird unmittelbar (oder zumindest noch während des Betriebs des Verbrennungsmotors) die aktuelle Steuerung des elektrischen Kühlsystems derart angepasst, dass ein Nachlauf des Kühlsystems vermieden wird, d. h. der Nachlauf des Kühlsystems wird quasi vorgezogen.The general basic idea of the invention is to provide anticipatory heat management which, using anticipatory information, leads to a lower load on the battery when the internal combustion engine is switched off. For this purpose, the control or regulation of an electrified cooling system, in particular an electric coolant pump or an electric fan, is intervened in such a way that the need for an after-run of at least part of the cooling system is determined or suspected depending on a predictively determined end of the journey. If it is determined or suspected that at least one part of the electrified cooling system needs to run on, the current control of the electrical cooling system is adjusted immediately (or at least while the internal combustion engine is still operating) in such a way that the cooling system does not run on, i. H. the run-on of the cooling system is more or less brought forward.

Bspw. kann bei Kenntnis des Fahrtziels durch eine Onboard-Navigation (z. B. durch eine gestartete Zielführung durch den Fahrer oder durch eine selbständige Ziel- oder Routenschätzung des Onboardsystems auf Basis von erlerntem Wissen) prinzipiell auch das Fahrtende und somit auch der Zeitpunkt des Abstellvorgangs des Verbrennungsmotors ermittelt oder mit einer entsprechenden Wahrscheinlichkeit vorhergesagt werden. Unter Berücksichtigung dieser Informationen und den aktuell vorliegenden Betriebsdaten des elektrifizierten Kühlsystems kann somit auf einfache Weise ein notwendiger Nachlauf bzw. die Wahrscheinlichkeit für einen Nachlauf des Systems ermittelt werden.For example, if the destination is known through on-board navigation (e.g. through route guidance started by the driver or through an independent destination or route estimation by the on-board system based on learned knowledge), the end of the journey and thus also the time of the Shutdown of the engine determined or predicted with a corresponding probability. Taking into account this information and the currently available operating data of the electrifier th cooling system, a necessary overrun or the probability of an overrun of the system can thus be determined in a simple manner.

Vorteilhafterweise kann insbesondere dadurch die Notwendigkeit eines Nachlaufs erkannt oder vermutet werden, wenn zu einem vorgegebenen Zeitpunkt vor Fahrtende oder bei einer vorgegebenen Distanz zum Fahrtziel die aktuelle Temperatur eines Kühlfluids (bzw. des Kühlmittels oder des Motoröls) oder eine bei Fahrtende vermutlich erreichte Temperatur des Kühlfluids einen vorgegebenen Temperaturgrenzwert erreicht oder überschreitet.Advantageously, the need for after-running can be recognized or suspected in particular if, at a specified time before the end of the journey or at a specified distance from the destination, the current temperature of a cooling fluid (or the coolant or the engine oil) or a temperature of the cooling fluid that is likely to have been reached at the end of the journey reaches or exceeds a specified temperature limit.

Da mittels der Onboard-Navigation neben dem Fahrtziel auf Basis weiterer vorhandener Informationen (z. B. Geschwindigkeit, Steigungs- und/oder Kurvenverlauf etc.) auch der wahrscheinliche Antriebsleistungsverlauf ermittelbar ist, kann in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung bei der vorausschauenden Ermittlung eines notwendigen Nachlaufs zumindest eines Teils des elektrifizierten Kühlsystems zusätzlich zum bekannten oder vermuteten Fahrtziel bzw. Fahrende auch ein bis zum Fahrtende bzw. Fahrtziel ermittelter wahrscheinlicher Antriebsleistungsverlauf berücksichtigt werden.Since the onboard navigation can be used to determine not only the destination on the basis of other available information (e.g. speed, incline and/or curve profile, etc.), but also the probable drive power profile. In an advantageous embodiment of the invention, a necessary After-running of at least part of the electrified cooling system, in addition to the known or suspected destination or end of the journey, a probable drive power curve determined up to the end of the journey or destination can also be taken into account.

Wird nun ein notwendiger Nachlauf zumindest eines Teils des Kühlsystems vorausschauend ermittelt oder vermutet, wird die Steuerung oder Regelung des elektrifizierten Kühlsystems vorteilhafterweise derart angepasst, dass die Kühlleistung des Kühlsystems erhöht wird. Die Erhöhung der Kühlleistung erfolgt entweder unmittelbar an das Detektieren des notwendigen Nachlaufs oder zumindest so rechtzeitig, dass bei Erreichen des Fahrtziels eine ausreichenden Kühlung erreicht ist, so dass der Nachlauf vermieden werden kann.If a necessary after-run of at least part of the cooling system is determined or suspected in advance, the control or regulation of the electrified cooling system is advantageously adapted in such a way that the cooling capacity of the cooling system is increased. The cooling capacity is increased either immediately after the necessary after-run is detected or at least in good time for sufficient cooling to be achieved when the destination is reached, so that the after-run can be avoided.

Basiert die Aktivierung der Kühlleistung bspw. auf der Differenz eines aktuellen gemessenen Temperaturwertes und eines oder mehrerer vorgegebener Temperaturgrenzwerte (d. h. erreicht oder überschreitet die aktuelle Temperatur des Kühlfluids oder eines zu überwachenden Bauteils einen vorgegebenen (variablen) Temperaturgrenzwert, dann wird durch entsprechende Ansteuerung des Kühlsystems die Kühlleistung aktiviert bzw. angehoben), kann eine Erhöhung der Kühlleistung bspw. durch eine Reduzierung eines für den aktuellen Betrieb des Kühlsystems heranzuziehenden Temperaturgrenzwertes erreicht werden. Demnach wird vorteilhafterweise bei einem vorausschauend ermittelten oder vermuteten notwendigen Nachlauf zumindest eines Teils des Kühlsystems die Steuerung des elektrifizierten Kühlsystems derart angepasst, dass ein vorgegebener Temperaturgrenzwert, bei dessen Erreichen oder Überschreiten durch entsprechende Steuerung des Kühlsystems die Kühlleistung erhöht wird, soweit herabgesetzt wird, dass die aktuelle Temperatur des Kühlfluids zumindest nicht mehr kleiner als der Temperaturgrenzwert ist. Dadurch wird automatisch die Kühlleistung des Kühlsystems erhöht.If the activation of the cooling capacity is based, for example, on the difference between a currently measured temperature value and one or more specified temperature limit values (i.e. the current temperature of the cooling fluid or a component to be monitored reaches or exceeds a specified (variable) temperature limit value, then the cooling system is activated accordingly cooling capacity activated or raised), an increase in the cooling capacity can be achieved, for example, by reducing a temperature limit value to be used for the current operation of the cooling system. Accordingly, if at least one part of the cooling system needs to be run on in a predictively determined or suspected manner, the control of the electrified cooling system is advantageously adjusted in such a way that a specified temperature limit value, which when reached or exceeded by appropriate control of the cooling system increases the cooling capacity, is reduced to such an extent that the current temperature of the cooling fluid is at least no longer lower than the temperature limit. This automatically increases the cooling capacity of the cooling system.

Um nun jedoch zu verhindern, dass das Kühlsystem auch noch nach Erreichen des Fahrtziels und Abstellen des Verbrennungsmotors aktiv ist, muss der zuvor herabgesetzte Temperaturgrenzwert spätestens beim Abstellen des Verbrennungsmotors wieder angehoben werden (Idealerweise sollte bei einer Anhebung auf den ursprünglichen Wert die aktuelle Temperatur des Kühlfluids bzw. des zu überwachenden Bauteils schon wieder soweit abgesenkt sein, dass kein Nachlauf des elektrischen Lüfters oder, falls vorhanden, der elektrischen Kühlmittelpumpe stattfindet.).However, in order to prevent the cooling system from being active even after the destination has been reached and the combustion engine has been switched off, the previously reduced temperature limit value must be raised again at the latest when the combustion engine is switched off (ideally, when the temperature is raised to the original value, the current temperature of the cooling fluid or the component to be monitored should be lowered again to such an extent that the electric fan or, if present, the electric coolant pump does not continue to run.).

Durch das hier vorgeschlagene vorausschauende Wärmemanagement ergibt sich eine Reihe von Vorteilen. Der größte Vorteil ist in der Entlastung des Bordnetzes und der Batterie zu sehen, deren (möglicherweise) angepasste Dimensionierung auch zu Vorteilen auf Seiten des Bauraumes und des Gewichts (Kapazität) führen kann. Insgesamt sind dadurch auch Kosteneinsparungen möglich. Durch eine geringere Zyklisierung der Batterie kann zusätzlich noch die Lebensdauer der Batterie erhöht werden. Ein weiterer Vorteil ist im Komfortbereich zu finden, da nach dem Abstellen und Verlassen des Fahrzeugs keine störenden (Lüfter-)Geräusche zu hören sind.The predictive heat management proposed here results in a number of advantages. The greatest advantage can be seen in the relief of the vehicle electrical system and the battery, the (possibly) adapted dimensioning of which can also lead to advantages in terms of installation space and weight (capacity). Overall, cost savings are also possible as a result. The service life of the battery can also be increased by reducing the cyclization of the battery. Another advantage can be found in the comfort area, since no annoying (fan) noises can be heard after parking and leaving the vehicle.

Claims

Predictive heat management in a motor vehicle by controlling or regulating an electrified cooling system, in particular an electric coolant pump or an electric fan, the need for an after-run of at least part of the cooling system being determined or suspected as a function of a predictively determined end of the journey, and with a determined or presumed necessary after-running of at least part of the cooling system, the current control of the electrical cooling system is adjusted in such a way that after-running of the cooling system is avoided.

Predictive thermal management claim 1 , characterized in that a necessary after-run is recognized or suspected if at a predetermined time before the end of the journey or at a predetermined distance from the destination, the current temperature of a cooling fluid or a temperature of a cooling fluid that is likely to have been reached at the end of the journey reaches or exceeds a predetermined temperature limit value.

Predictive thermal management claim 1 or 2 , characterized in that when determining a necessary after-running of at least part of the cooling system, in addition to the end of the journey, a probable drive power curve up to the end of the journey is also taken into account.

Anticipatory thermal management according to one of the preceding claims, characterized in that when at least one part of the cooling system needs to be overrun determined or suspected, the control of the electrified cooling system is adapted in such a way that the cooling capacity of the cooling system is increased.

Anticipatory thermal management according to one of the preceding claims, characterized in that when at least one part of the cooling system needs to be run on or suspected, the control of the electrified cooling system is adapted in such a way that a predetermined temperature limit value, when it is reached or exceeded, the cooling capacity is reduced by appropriate control of the cooling system is increased to the extent that the current temperature of the cooling fluid is at least not lower than the temperature limit value.

Predictive thermal management claim 5 , characterized in that immediately before the end of the journey, at the latest, the lowered temperature limit value is raised to at least the temperature limit value that was current before the temperature limit value was lowered.

Anticipatory thermal management according to one of the preceding claims, characterized in that the anticipatory end of the journey is determined as a function of the data from a navigation unit.