DE102011056394B4 - Verfahren zum Betrieb eines Energiespeichers in einem Kraftfahrzeug - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Betrieb eines elektrischen Energiespeichers in einem Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Antrieb oder einem Hybridantrieb, wobei der elektrische Energiespeicher Kühlwasser umfasst, das mit einem ferner vorgesehenen elektrischen Klimakompressor zu kühlen ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine durch einen Nutzer aktivierbare Steuereinheit vorgesehen wird, die nach Aktivierung den Klimakompressor so steuert, dass das Kühlwasser des Energiespeichers kontrolliert unter eine Solltemperatur abgekühlt wird, so dass der Klimakompressor in einer nachfolgenden, eine maximale Leistung des Energiespeichers erfordernden Phase des Kraftfahrzeugs für eine bestimmte Zeitdauer abgeschaltet werden kann, wobei die Steuereinheit nach Aktivierung den Klimaprozessor so steuert, dass das Kühlwasser auf eine vorgegebene minimale Temperatur gekühlt wird, die durch einen Nutzer (225) in einem zulässigen Temperaturbereich ausgewählt wird.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Energiespeichers in einem Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Antrieb oder einem Hybridantrieb.
  • Elektrische Energiespeicher, insbesondere elektrische Batterien, wie bspw. elektrochemische Energiespeicher, werden zunehmend in Elektro- bzw. Hybridfahrzeugen eingesetzt. Dabei ist ein für den elektrischen Energiespeicher günstiger Temperaturbereich zu gewährleisten. Der elektrische Energiespeicher selbst erzeugt während seines Betriebs Wärme in Form eines elektrischen Verlustanteils und eine Reaktionswärme. Daher muss der in einem Kraftfahrzeug vorgesehene elektrische Energiespeicher mit einer zusätzlichen Vorrichtung gekühlt bzw. an Kälte- und/oder Wärmekreisläufe, wie bspw. Klimaanlagen, angeschlossen und somit konditioniert werden. Ein in einem Kraftfahrzeug vorgesehener elektrischer Energiespeicher wird in der Regel mit elektrischer Leistung geladen, während das Kraftfahrzeug nicht in einem Fahrmodus arbeitet. Anschließend liefert der elektrische Energiespeicher Leistung für den Betrieb des Kraftfahrzeugs während des Fahrmodus.
  • Um mit einem Elektrofahrzeug oder einem Hybridfahrzeug bei elektrischem Antrieb eine sogenannte Hotlap auf einer Rennstrecke drehen zu können wäre es von Vorteil, eine volle bzw. maximale elektrische Leistung des in dem Kraftfahrzeug vorhandenen elektrischen Energiespeichers ausschließlich für den elektrischen Antrieb verwenden zu können. Wie eingangs bereits erwähnt, muss allerdings der elektrische Energiespeicher in einem definierten Temperaturbereich betrieben werden, was bedeutet, dass bspw. bei hohen Außentemperaturen stets eine Kühlung des elektrischen Energiespeichers mit entsprechend temperiertem Kühlwasser erfolgen muss. Die geeignete Temperierung des Kühlwassers kann bspw. durch einen Klimakompressor und einen Wärmetauscher realisiert werden, was wiederum elektrische Leistung seitens des Energiespeichers kostet. Im Folgenden wird übergreifend eine zur Kühlung von Kühlwasser eines elektrischen Energiespeichers vorgesehene Vorrichtung als Klimakompressor bezeichnet.
  • Die Druckschrift DE 10 2009 046 568 A1 beschreibt ein Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugs mit elektrischem Antrieb, wobei der elektrische Antrieb mit einer von einer zurückzulegenden Fahrtstrecke abhängigen Regelungsstrategie betrieben wird.
  • Ein Fahrzeug mit mehreren elektrischen Antriebseinheiten ist aus der Druckschrift DE 10 2008 051 592 A1 bekannt. Dabei ist vorgesehen, dass eine Steuerung die elektrischen Antriebeinheiten abhängig von einer Priorisierung von mit den einzelnen elektrischen Antriebseinheiten verbundenen Funktionen zumindest teilweise zuschaltet und/oder abschaltet.
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es nunmehr, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem es möglich ist, aus einem in einem Kraftfahrzeug vorgesehenen elektrischen Energiespeicher in einer eine maximale Leistung des elektrischen Energiespeichers erfordernden Phase des Kraftfahrzeugs für eine bestimmte Zeitdauer diese maximale Leistung bereitzustellen.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 bereitgestellt. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen werden in den jeweiligen Unteransprüchen beschrieben.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Betrieb eines elektrischen Energiespeichers in einem Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Antrieb oder einem Hybridantrieb bereitgestellt. Dabei umfasst der elektrische Energiespeicher Kühlwasser, das mit einem ferner vorgesehenen elektrischen Klimakompressor zu kühlen ist. Erfindungsgemäß wird nunmehr eine durch einen Nutzer aktivierbare Steuereinheit vorgesehen, die nach Aktivierung den Klimakompressor so steuert, dass das Kühlwasser des Energiespeichers kontrolliert unter eine Solltemperatur abgekühlt wird, so dass der Klimakompressor in einer nachfolgenden, eine maximale Leistung des Energiespeichers erfordernden Phase des Kraftfahrzeugs für eine bestimmte Zeitdauer abgeschaltet werden kann, wobei die Steuereinheit nach Aktivierung den Klimaprozessor so steuert, dass das Kühlwasser auf eine vorgegebene minimale Temperatur gekühlt wird, die durch einen Nutzer in einem zulässigen Temperaturbereich ausgewählt wird.
  • Die Solltemperatur bezeichnet im Rahmen der vorliegenden Offenbarung eine für ein gutes Funktionieren des elektrischen Energiespeichers notwendige Umgebungstemperatur des elektrischen Energiespeichers, im Folgenden auch als notwendige Solltemperatur bezeichnet.
  • Gemäß einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die vorgesehene Steuereinheit mittels einer Taste, eines Schalters und/oder eines Softwaremoduls im Kraftfahrzeug aktiviert. Dabei kann die Taste, der Schalter und/oder das Softwaremodul in einem jeweiligen Cockpit des entsprechenden Kraftfahrzeugs angeordnet bzw. installiert sein. Es ist auch denkbar, dass eine Aktivierung der Steuereinheit über eine entsprechende Berührungsfläche auf einem im Cockpit vorgesehenen Display (Touchscreen) vonstatten geht. Ferner ist es auch denkbar, dass eine Aktivierung der Steuereinheit über ein haptisch bedienbares Funktionsbedienelement im Bereich des Cockpits durchführbar ist. Dadurch kann eine visuelle Ablenkung und ein kognitiver Ansprung des Fahrers bei Bedienung des Steuerelements minimiert werden.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird nach Aktivierung der Steuereinheit der Klimaprozessor durch die Steuereinheit so gesteuert, dass das Kühlwasser auf eine vorgegebene minimale Temperatur gekühlt wird. Das bedeutet, dass eine unter der für den Betrieb des Energiespeichers notwendigen Solltemperatur liegende Temperatur festgesetzt wird, die noch den ungestörten Betrieb des Energiespeichers sichert und gleichzeitig jedoch so weit unter der notwendigen Solltemperatur liegt, dass von dem Energiespeicher abgegebene Wärme während dessen Betrieb ausreichend ausgeglichen werden kann. Nur durch diesen Ausgleich der von dem elektrischen Energiespeicher abgegebenen Wärmeenergie ist es möglich, dass der Energiespeicher im Fahrbetrieb ohne Einschalten des Klimakompressors betrieben werden kann. Dadurch wird ermöglicht, dass auf ein zu Lasten der maximalen Leistung des elektrischen Energiespeichers gehendes Betreiben des elektrischen Klimakompressors für eine bestimmte Zeitdauer verzichtet werden kann. Diese Zeitdauer bemisst sich daran, wie lange es dauert, bis die von dem elektrischen Energiespeicher abgegebene Wärmeenergie durch das nun auf eine zunächst kühlere Temperatur abgekühlte Kühlwasser abgefangen bzw. das Kühlwasser wieder auf die notwendige Solltemperatur erwärmt wird. Somit stellt quasi das Kühlwasser, welches durch die Steuereinheit kontrolliert auf eine unter der notwendigen Solltemperatur liegende Temperatur runtergekühlt wurde, eine Art Kältespeicher dar, welcher zum Ausgleich von abgegebener Wärmeenergie zu nutzen ist. Insofern kann über die Einstellung einer minimalen unter der notwendigen Solltemperatur liegenden Temperatur des Kühlwassers auf die Zeitdauer geschlossen werden, in welcher der elektrische Klimakompressor ausgeschaltet sein kann und somit der elektrische Energiespeicher eine maximale Leistung an einen anderen Verbraucher, insbesondere an den Fahrbetrieb, d. h. den elektrischen Motor bzw. den elektrischen Antrieb abgeben kann.
  • Beispielsweise ist es denkbar, dass die die maximale Leistung des Energiespeichers erfordernde Phase des Kraftfahrzeugs einem Fahren des Kraftfahrzeugs einer sogenannten Hotlap auf einer Rennstrecke entspricht. Ein Hotlap ist dabei eine Runde auf einer Rennstrecke, bei welcher das Kraftfahrzeug mit einer möglichst maximalen Leistung gefahren wird.
  • Ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Antrieb oder einem Hybridantrieb umfasst einen Energiespeicher mit Kühlwasser und einen zur Kühlung des Kühlwassers vorgesehenen Klimakompressor. Das Kraftfahrzeug weist erfindungsgemäß ferner eine durch einen Nutzer aktivierbare Steuereinheit auf, die nach Aktivierung den Klimakompressor so steuert, dass das Kühlwasser des Energiespeichers kontrolliert unter eine Solltemperatur abgekühlt wird, so dass der Klimakompressor in einer nachfolgenden, eine maximale Leistung des Energiespeichers erfordernden Phase des Kraftfahrzeugs für eine bestimmte Zeitdauer abgeschaltet werden kann.
  • Dabei ist zu berücksichtigen, dass die Zeitdauer, für welche der Klimakompressor abgeschaltet werden kann, zum einen davon abhängt, wie weit das Kühlwasser unter die notwendige Solltemperatur abgekühlt wurde und ferner, welche Wärme durch den elektrischen Energiespeicher abgegeben wird, während der elektrische Klimakompressor außer Betrieb ist. Sobald das Kühlwasser durch Aufnahme der durch den elektrischen Energiespeicher abgegebenen Wärme wieder auf die Solltemperatur aufgeheizt ist, wird vorzugsweise automatisch ein Signal ausgegeben, was bspw. den Fahrer des Kraftfahrzeugs dazu veranlasst, den Klimakompressor wieder einzuschalten. Möglich ist es auch, dass der Klimakompressor automatisch, sobald die Solltemperatur des Kühlwassers wieder erreicht ist, eingeschaltet wird. Das an einen Fahrer des Kraftfahrzeugs auszugebende Signal kann dabei ein optisches und/oder ein akustisches Signal sein.
  • Das Kraftfahrzeug umfasst ferner eine zur Aktivierung der vorgesehenen Steuereinheit vorgesehene Taste, einen dafür vorgesehenen Schalter und/oder ein dafür vorgesehenes Softwaremodul.
  • Erfindungsgemäß ist die Steuereinheit in dem Kraftfahrzeug so konfiguriert, dass sie nach Aktivierung den Klimaprozessor automatisch so steuert, dass das Kühlwasser auf eine vorgegebene minimale Temperatur gekühlt wird. Diese minimale vorgegebene Temperatur kann dabei bereits bei Fertigung des Kraftfahrzeugs fest eingestellt und vorgegeben sein. Ferner ist es jedoch auch möglich, dass eine minimale Temperatur in einem zulässigen Temperaturbereich seitens des Fahrers dynamisch ausgewählt werden kann, um somit mittelbar die Zeitdauer, für welche der elektrische Klimakompressor ausgeschaltet werden kann, zu steuern und einzustellen. Allerdings ist dabei zu beachten, dass die minimale Temperatur sich in der Regel nur in einem im Energiespeicher eigenen Temperaturbereich bewegen darf, ohne dass eine potentielle Schädigung des elektrischen Energiespeichers durch ein zu kühles Kühlwasser von statten geht.
  • Das Kraftfahrzeug kann ferner eine spezielle Messvorrichtung zur Bestimmung einer Temperatur des Kühlwassers des Energiespeichers aufweisen, wobei die Messvorrichtung kommunikativ mit der Steuereinheit verbunden ist, so dass eine Abkühlung unter die notwendige Solltemperatur durch die Steuereinheit konkret und kontinuierlich kontrollierbar ist. Ausgehend von dieser vorgesehenen Messvorrichtung kann sodann auch instantan ein Signal an die Steuereinheit und von dort weiter an den Kraftfahrzeugnutzer gegeben werden, sobald eine vorgegebene minimale Temperatur erreicht ist. Ferner kann die Messvorrichtung auch dafür konfiguriert sein, ein Warnsignal auszugeben, sobald bei abgeschaltetem elektrischem Klimakompressor das Kühlwasser des elektrischen Energiespeichers die notwendige Solltemperatur wieder erreicht und somit der elektrische Klimakompressor wieder einzuschalten wäre. Wie bereits voranstehend erwähnt, kann dabei entweder die Messvorrichtung lediglich ein auszugebendes Signal initiieren oder direkt mit der Steuereinheit so verbunden sein, dass durch diese automatisch ein Einschalten des elektrischen Klimakompressors getriggert wird.
  • Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
  • Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird unter Bezugnahme auf die Zeichnung schematisch und ausführlich beschrieben.
    • 1 zeigt ein Flussdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betrieb eines Energiespeichers in einem Kraftfahrzeug.
    • 2 zeigt ein Funktionsblockdiagramm einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Energiespeichersystems, wie es bspw. zur Durchführung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem Kraftfahrzeug verwendet werden kann.
  • 1 zeigt ein Flussdiagramm einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. In Schritt 102 erfolgt zunächst ein Fahrerwunsch für ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Antrieb oder einem Hybridantrieb hinsichtlich einer Zurverfügungstellung einer maximalen Leistung eines in dem Kraftfahrzeug vorhandenen elektrischen Energiespeichers, um bspw. mit dem Kraftfahrzeug eine sogenannte Hotlap auf einer Rennstrecke fahren zu können. In einem Schritt 104 aktiviert der Fahrer aufgrund seines Wunsches eine in dem Kraftfahrzeug integrierte bzw. implementierte Steuereinheit, die nach Aktivierung einen zur Kühlung des elektrischen Energiespeichers vorgesehenen Klimakompressor so steuert, dass Kühlwasser des Energiespeichers kontrolliert unter eine Solltemperatur abgekühlt wird, so dass der Klimakompressor in einer nachfolgenden, die maximale Leistung des Energiespeichers erfordernden Phase des Kraftfahrzeugs, wie bspw. einem Fahren einer Hotlap auf einer Rennstrecke gemäß dem Fahrerwunsch für eine bestimmte Zeitdauer abgeschaltet werden kann. In einem Schritt 106 ist die Steuereinheit aktiviert und steuert den Klimakompressor so, dass das Kühlwasser des Energiespeichers abgekühlt wird. In einem Schritt 108 wird durch eine mit dem Energiespeicher in Verbindung stehende Messvorrichtung angezeigt, dass die erreichte Temperatur unter der Solltemperatur liegt und einer vorgegebenen minimalen Temperatur entspricht. Diese vorgegebene minimale Temperatur kann bereits bei Fertigen des Kraftfahrzeugs fest voreingestellt sein oder aber dynamisch seitens des Fahrers eingestellt werden, wobei die minimale Temperatur in einem Temperaturbereich liegen muss, in welchem der elektrische Energiespeicher eine angemessene und tolerierbare Funktionsweise garantiert. Das Anzeigen der erreichten minimalen Temperatur kann dabei in einem Schritt 110 akustisch und/oder optisch erfolgen. Bei Erreichen der minimalen Temperatur kann sodann in einem Schritt 112 der Klimakompressor abgeschaltet werden, so dass die maximale Leistung des Energiespeichers des Kraftfahrzeugs für alle anderen Verbraucher mit Ausnahme des Klimakompressors zur Verfügung steht. Der Fahrer kann nunmehr in einem Schritt 114 diese maximale Leistung des Energiespeichers für den Antrieb des Kraftfahrzeugs nutzen, so dass er die von ihm gewünschte Hotlap auf der Rennstrecke mit maximaler Leistung des Kraftfahrzeugs durchfahren kann. Nach einer bestimmten Zeitdauer allerdings hat der elektrische Energiespeicher seinerseits wieder so viel Wärmeenergie an die Umgebung, insbesondere an das ihn umgebende Kühlwasser abgegeben, so dass dessen Temperatur von der minimal erreichten Temperatur wieder auf die Solltemperatur angestiegen ist, was bedeutet, dass nunmehr wieder eine Kühlung des Kühlwassers erforderlich wird einhergehend mit einem notwendigen Anschalten des Klimakompressors. Das Wiedererreichen der Solltemperatur im Kühlwasser kann durch die bereits erwähnte Messvorrichtung erkannt und einem Fahrer angezeigt werden, so dass dieser das Anschalten des Klimakompressors initiieren kann. Alternativ oder zusätzlich zu der Anzeige für den Fahrer kann auch eine automatische Aktivierung des Klimakompressors, bspw. durch die Steuereinheit aufgrund des von der Messvorrichtung ausgegebenen Signals vorgenommen werden. Anhand der Solltemperatur und der minimalen Temperatur, die unterhalb der Solltemperatur liegt, kann durch deren Differenz bzw. deren Abstand voneinander erkannt werden, für welche Zeitdauer der Klimakompressor seine maximale Leistung anderen Verbrauchern zur Verfügung stellen kann, wobei angenommen wird, dass diese Verbraucher die maximale Leistung auch in Anspruch nehmen. Nehmen die Verbraucher die maximale Leistung nicht in Anspruch, so erhöht sich in Abhängigkeit davon auch die Zeitdauer, für welche der Klimakompressor ausgeschaltet sein kann.
  • 2 beschreibt ein Funktionsblockdiagramm eines beispielhaften Energiespeichersystems 200 zum Betrieb eines Energiespeichers 205. Der Energiespeicher 205 umfasst Kühlwasser, dass mit einem ferner vorgesehenen elektrischen Klimakompressor 210 zu kühlen ist. Das Energiespeichersystem 200 weist ferner eine durch einen Nutzer 225 aktivierbare Steuereinheit 220 auf. Die Steuereinheit 220 steuert nach Aktivierung durch den Nutzer 225 den Klimakompressor 210, so dass der Klimakompressor 210 das Kühlwasser des Energiespeichers 205 kontrolliert unter eine Solltemperatur abkühlt. Dabei ist in der Regel eine minimale Temperatur, die unterhalb der Solltemperatur liegt, vorgegeben, d. h. entweder bereits bei Fertigung des Kraftfahrzeugs fix eingestellt oder durch den Nutzer 225 dynamisch auswählbar, wobei die minimale Temperatur dabei in einem für den Energiespeicher tolerierbaren Temperaturbereich liegen muss. Ferner weist das Energiespeichersystem 200 eine Messvorrichtung 230 auf, welche die Temperatur des Kühlwassers des Energiespeichers 205 kontinuierlich misst und bei Erreichen der minimalen Temperatur ein Signal an die Steuereinheit 220 und an den Nutzer 225 ausgibt, so dass eine weitere Kühlung durch den Klimakompressor 210 durch die Steuereinheit 220 unterbunden wird. Durch die Verbindung der Messvorrichtung 230 mit dem Nutzer 225 kann sowohl das Signal, dass die minimale Temperatur erreicht ist, wie auch die minimale Temperatur selbst dem Nutzer, bspw. auf einem Display, angezeigt werden. Das Signal kann dabei sowohl akustisch als auch optisch ausgegeben werden. Auf einer dem Nutzer zur Verfügung stehenden Anzeige kann dabei auch die kontinuierlich von der Messvorrichtung 230 gemessene Temperatur des Kühlwassers bis zu Erreichen der minimalen Temperatur angezeigt werden. Nach Abschalten des Klimakompressors steht nunmehr allen anderen Verbrauchern des Kraftfahrzeugs, insbesondere dem Antrieb, eine maximale Leistung des Energiespeichers 205 zur Verfügung. Wird nun die maximale Leistung des Energiespeichers 205 bspw. für den Antrieb abgerufen, so erreicht die Temperatur des Kühlwassers ausgehend von der minimalen Temperatur unterhalb der Solltemperatur nach einer bestimmten Zeitdauer wiederum die Solltemperatur, was durch die Messvorrichtung 230 kontinuierlich geprüft wird und ggf. dem Nutzer 225 auch kontinuierlich angezeigt werden kann. Ist die Solltemperatur durch abgegebene Wärmeenergie seitens des elektrischen Energiespeichers 205 wieder erreicht, so wird wiederum von der Messvorrichtung 230 an den Nutzer 225 und/oder an die Steuereinheit 220 ein Signal ausgegeben, um zu initiieren, dass entweder seitens des Nutzers 225 oder automatisch durch die Steuereinheit 220 der Klimakompressor wieder angeschaltet und somit die Kühlung des Kühlwassers des Energiespeichers 205 aktiviert wird.

Claims (3)

  1. Verfahren zum Betrieb eines elektrischen Energiespeichers in einem Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Antrieb oder einem Hybridantrieb, wobei der elektrische Energiespeicher Kühlwasser umfasst, das mit einem ferner vorgesehenen elektrischen Klimakompressor zu kühlen ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine durch einen Nutzer aktivierbare Steuereinheit vorgesehen wird, die nach Aktivierung den Klimakompressor so steuert, dass das Kühlwasser des Energiespeichers kontrolliert unter eine Solltemperatur abgekühlt wird, so dass der Klimakompressor in einer nachfolgenden, eine maximale Leistung des Energiespeichers erfordernden Phase des Kraftfahrzeugs für eine bestimmte Zeitdauer abgeschaltet werden kann, wobei die Steuereinheit nach Aktivierung den Klimaprozessor so steuert, dass das Kühlwasser auf eine vorgegebene minimale Temperatur gekühlt wird, die durch einen Nutzer (225) in einem zulässigen Temperaturbereich ausgewählt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Steuereinheit mittels einer Taste, eines Schalters und/oder eines Softwaremoduls im Kraftfahrzeug aktiviert wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die die maximale Leistung des Energiespeichers erfordernde Phase des Kraftfahrzeugs einem Fahren des Kraftfahrzeugs einer Hotlap auf einer Rennstrecke entspricht.
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