-
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Temperieren einer Batterie in einem Fahrzeug, wobei die Batterie mit einer Temperiereinheit thermisch gekoppelt ist.
-
Aus der
CN 201457026 U ist ein Hybrid-Elektrofahrzeug bekannt, bei welchem ein Schalldämpfer einer Abgasanlage des Fahrzeuges als Heizvorrichtung einer Batterie, d. h. einer Traktionsbatterie des Fahrzeuges nutzbar ist. Ein Abgas des Schalldämpfers wird der Batterie zugeführt, wodurch die Batterie beheizbar ist und somit eine Lebensdauer der Batterie sowie eine Reichweite derselben als Traktionsbatterie verlängerbar ist.
-
Darüber hinaus ist in der
DE 1496134 eine Batterieheizung für elektrische Akkumulatoren beschrieben, wobei zum Erwärmen der Akkumulatoren, insbesondere Bleiakkumulatoren oder Nickel-Cadmium-Batterien mit Elektrolytfüllung, ein hochfrequentes elektrisches Wechselfeld vorgesehen ist. Das hochfrequente elektrische Wechselfeld ist durch Anlegen einer Wechselspannung hoher Frequenz von zwei Elektroden erzeugbar, welche einander gegenüber an oder in der Nähe der Batterieaußenwände angeordnet sind.
-
Weiterhin ist in der
DE 10 2007 017 021 A1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Rückgewinnung der kinetischen und/oder potentiellen Energie bei Hybridfahrzeugen, insbesondere bei Plug-in-Hybridfahrzeugen sowie ein solches Hybrid-Kraftfahrzeug offenbart. Das Verfahren sieht vor, dass bei hohen inneren Widerstandswerten der Traktionsbatterie die durch die Rekuperation zurück gewonne Energie über eine oder mehrere mit der Traktionsbatterie parallel verlaufenden Verbindungen von der Elektromaschine direkt zu leistungsstarken elektrischen Verbrauchern geleitet wird. Beispielsweise wird die Energie leistungsstarken elektrischen Verbrauchern, wie einem Heizmodul eines Wasserkreislauf, einer Abgasanlage, eines Fahrgastraumes, eines Kofferraumes und/oder einem Heizmodul eines Laderaumes zugeführt.
-
Des Weiteren beschreibt die
DE 10 2009 044 742 A1 eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Steuern eines Aufheizens eines Motors und/oder einer Batterie in einem Hybridfahrzeug, wobei wenigstens eine Heizvorrichtung und ein Systemcontroller vorgesehen sind. Der Systemcontroller empfängt ein Befehlssignal und erzeugt ein Heizungssteuersignal basierend auf dem Befehlssignal. Die Heizvorrichtung ist in dem Hybridfahrzeug vorgesehen und an einen in dem Hybridfahrzeug integrierten elektrischen Anschluss gekoppelt. Der elektrische Anschluss empfängt elektrische Energie von einer außerhalb des Hybridfahrzeuges vorgesehenen Energiequelle. Die Vorrichtung weist weiterhin einen Heizungsschalter auf, welcher das Heizungssteuersignal zum Steuern einer Energiemenge empfängt, wobei die Energiemenge von dem elektrischen Anschluss an die Heizvorrichtung übertragen wird und die Heizvorrichtung den Motor und/oder die Batterie des Hybridfahrzeuges selektiv aufheizt.
-
Ferner ist aus der
DE 10 2010 032 943 A1 ein Verfahren zum Regeln eines Ladezustandes einer Sekundärbatterie, während die Sekundärbatterie durch eine externe Stromquelle geladen wird, bekannt. Die Sekundärbatterie ist in einem Fahrzeug mit Motorantrieb, das Strom, der in der Sekundärbatterie gespeichert wird, als Antriebskraftquelle nutzt, angeordnet. Ein Teil der Fahrzeugbremsung wird durch regenerative Bremsung erreicht, indem elektrische Energie erzeugt wird, die von der Sekundärbatterie absorbiert wird, wobei eine Ladefähigkeit der Sekundärbatterie durch Regenerativstrom sichergestellt werden kann und das Verfahren folgende Schritte umfasst: Eintritt in einen Lademodus und Bestimmen einer Restladungsmenge in dieser Sekundärbatterie mindestens auf der Basis einer Temperatur der Sekundärbatterie, Berechnen einer Solllademenge, Laden der Sekundärbatterie bis ein Ladezustand der Solllademenge entspricht, Ersetzen des Lademodus durch einen Schlafmodus und periodisches Messen mindestens einer Temperatur der Sekundärbatterie, wie mit einer Schaltuhr bestimmt, wiederholtes Beurteilen, ob die Temperatur abgenommen oder zugenommen hat, wenn das Beurteilungsergebnis einer Zunahme entspricht, des Rücksprungs zum Schritt der Berechnung der Solllademenge, wenn die Beurteilung ergibt, dass die Temperatur abgenommen hat, das Umschalten dieses Modus in einen Entlademodus, in diesem Entlademodus Bestimmen einer Restladungsmenge in Abhängigkeit mindestens von der Temperatur der Sekundärbatterie und wenn die Restladungsmenge in der Sekundärbatterie derart ist, dass eine Ladungsmenge einer Menge an regenerativer Energie zum Bremsen dieses Fahrzeuges mit Motorantrieb entspricht, nicht von der Sekundärbatterie aufgenommen werden kann, Berechnung einer Solllademenge und Durchführen des Entladens der Sekundärbatterie bis die Solllademenge erreicht wird und zurückgesprungen wird, um mindestens die Temperatur der Sekundärbatterie zu messen. Dabei wird das Entladen der Sekundärbatterie durchgeführt, indem ein elektrisches Heizelement zur Erwärmung des Kühlwassers einer Brennkraftmaschine des Fahrzeuges mit Motorantrieb mit Strom versorgt wird.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Vorrichtung und ein verbessertes Verfahren zum Temperieren einer Batterie in einem Fahrzeug anzugeben.
-
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß hinsichtlich der Vorrichtung durch die in Anspruch 1 und hinsichtlich des Verfahrens durch die in Anspruch 9 angegebenen Merkmale gelöst.
-
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
-
Eine Vorrichtung zum Temperieren einer Batterie in einem Fahrzeug sieht vor, dass die Batterie mit einer Temperiereinheit thermisch gekoppelt ist. Erfindungsgemäß ist die Temperiereinheit temperaturabhängig im Rekuperationsbetrieb eines Generators mit diesem elektrisch koppelbar.
-
Dadurch, dass die Temperiereinheit vorzugsweise in Form einer elektrischen Heizvorrichtung mittels der von dem Generator erzeugten elektrischen Energie betreibbar ist, kann die Batterie in besonders vorteilhafter Weise im Fahrbetrieb des Fahrzeuges temperiert, insbesondere erwärmt, werden, ohne dass sich das Fahrzeug im Stillstand befinden muss und die Temperiereinheit mit einer externen Stromquelle verbunden werden muss.
-
Bei dem Fahrzeug handelt es sich insbesondere um ein Elektrofahrzeug, ein Hybridfahrzeug oder ein mit Brennstoffzellen betriebenes Fahrzeug, wobei die Batterie bei derartigen Fahrzeugen als Traktionsbatterie einsetzbar ist und der Generator der Elektromotor des Fahrzeuges ist.
-
Ist die Batterie bei niedrigen Außentemperaturen im Fahrbetrieb des Fahrzeuges mittels der Temperiereinheit erwärmt, verbessert sich ein Fahrverhalten des Fahrzeuges, indem insbesondere ein Verzögerungsverhalten des Fahrzeuges bei einer Gaswegnahme durch den Fahrer des Fahrzeuges verbessert ist.
-
Zudem ist es vorteilhaft möglich, die Energieeffizienz des Fahrzeuges durch Nutzung von zur Verfügung stehender Rekuperationsenergie, obgleich eine niedrige Außentemperatur vorherrscht, zu erhöhen. D. h., dass der Batterie des Fahrzeuges durch Erwärmung derselben mittels Rekuperation erzeugte elektrische Energie zuführbar ist, um die Batterie zu laden.
-
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Temperiereinheit in Abhängigkeit eines erfassten vorgebbaren ersten Temperaturschwellwertes der Batterie mit dem Generator automatisch elektrisch koppelbar. Mittels der automatischen elektrischen Kopplung zwischen Temperiereinheit und Generator, also Elektromotor, ist die Batterie bei Erreichen des vorgebbaren ersten Temperaturschwellwertes automatisch temperierbar, wodurch sich eine Ladekapazität der Batterie in vorteilhafter Weise erhöht. Aus der Erhöhung der Ladekapazität der Batterie resultiert, dass die Batterie vergleichsweise mehr elektrische Energie speichern kann und somit einen höheren Ladezustand aufweist. Dadurch kann eine Reichweite der in der Batterie gespeicherten elektrischen Energie erhöht werden.
-
Handelt es sich bei dem Fahrzeug beispielsweise um ein Hybridfahrzeug, so kann durch die Erhöhung der Reichweite ein Kraftstoffverbrauch einer Verbrennungsmaschine des Fahrzeuges verringert werden, wodurch ein CO2-Ausstoß des Fahrzeuges reduzierbar ist und somit ein Beitrag zum Umweltschutz geleistet werden kann.
-
Besonders bevorzugt ist die elektrische Kopplung zwischen der Temperiereinheit und der Batterie bei Erreichen eines zweiten vorgebbaren Temperaturschwellwertes der Batterie automatisch unterbrechbar, so dass die mittels des Rekuperationsbetriebes umgewandelte elektrische Energie ab Erreichen des zweiten Temperaturschwellwertes in besonders vorteilhafter Weise automatisch der Batterie zum Laden derselben zuführbar ist. Dadurch ist die Batterie aufladbar, wobei die Ladekapazität der Batterie, wie oben beschrieben ist, durch die Temperierung derselben erhöht ist.
-
Um die Temperatur der Batterie erfassen zu können, ist mindestens eine Temperaturerfassungseinheit vorgesehen, welche besonders bevorzugt in dem Batteriegehäuse angeordnet ist.
-
Verfügt die Batterie über ein Batteriemanagementsystem, welches eine Erfassungseinheit zur Erfassung der Temperatur der Batterie aufweist, so kann die mittels dieser Erfassungseinheit erfasste Temperatur der Steuerung und/oder Regelung der Temperatur der Batterie zugrunde gelegt werden. Dadurch ist keine separate Temperaturerfassungseinheit erforderlich.
-
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Vorrichtung ist die Temperiereinheit in dem Batteriegehäuse oder an dem Batteriegehäuse angeordnet, um die Batterie zu temperieren, insbesondere zu erwärmen. Vorzugsweise ist die Temperiereinheit in dem Batteriegehäuse angeordnet, so dass die Batterie mittels der Temperiereinheit direkt temperierbar ist, wodurch eine Zeitdauer zum Temperieren der Batterie optimiert werden kann und die Batterie vergleichsweise schnell den vorgebbaren zweiten Temperaturschwellwert erreicht, so dass die weitere zur Verfügung stehende elektrische Energie der Batterie zuführbar ist und die Batterie geladen wird.
-
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die Temperiereinheit in das Batteriegehäuse integriert, so dass die Temperiereinheit Bestandteil des Batteriegehäuses und somit der Batterie ist.
-
Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Temperieren einer Batterie in einem Fahrzeug, wobei die Batterie mit einer Temperiereinheit thermisch gekoppelt ist. Erfindungsgemäß wird die Temperiereinheit temperaturabhängig im Rekuperationsbetrieb eines Generators mit diesem elektrisch gekoppelt.
-
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert.
-
Dabei zeigt:
-
1 schematisch ein Fahrzeug mit einer Vorrichtung zum Steuern und/oder Regeln einer Temperatur einer Batterie in einem Fahrzeug.
-
In der einzigen Figur ist ein Fahrzeug 1 mit einer Vorrichtung 2 zum Steuern und/oder Regeln einer Temperatur einer Batterie 3 dargestellt.
-
Das Fahrzeug 1 ist ein Elektrofahrzeug, wobei es sich bei dem Fahrzeug 1 auch um ein Hybridfahrzeug oder ein mit Brennstoffzellen betriebenes Fahrzeug handeln kann. Bei einem solchen Fahrzeug 1 ist die Batterie eine so bezeichnete Traktionsbatterie, d. h. eine Antriebsbatterie des Fahrzeuges 1.
-
Die Vorrichtung 2 umfasst die Batterie 3, einen Elektromotor 4, eine Steuereinheit 5, eine Temperiereinheit 6 und mindestens einen Temperatursensor 7.
-
Die Batterie 3 umfasst eine Anzahl von nicht näher dargestellten Einzelzellen, welche in einem Batteriegehäuse angeordnet und parallel und/oder seriell elektrisch miteinander verschaltet sind. Insbesondere handelt es sich bei den Einzelzellen um Lithium-Ionen-Akkumulatoren.
-
Herrscht in der Umgebung des Fahrzeuges 1 eine niedrige Außentemperatur, beispielsweise im Minusbereich vor, und das Fahrzeug 1 befindet sich im Fahrbetrieb, so kann das Problem auftreten, dass die Batterie 3 im Rekuperationsbetrieb des Elektromotors 4, welcher zur Rekuperation als Generator wirkt, die von dem Generator erzeugte elektrische Energie gar nicht oder nur vermindert aufnimmt. Zudem kann das Problem bestehen, dass sich ein für den Fahrer des Fahrzeuges 1 gewohntes Fahrverhalten, insbesondere ein Verzögerungsverhalten des Fahrzeuges 1 bei Nichtbetätigen des Fahrpedals, der so genannten Gaswegnahme verändert.
-
Der Elektromotor 4 als Bestandteil der Vorrichtung 2 ist die Antriebseinheit des Fahrzeuges 1, wobei im Fahrbetrieb des Fahrzeuges 1 in der Batterie 3 gespeicherte elektrische Energie dem Elektromotor 4 zuführbar ist. Die elektrische Energie ist mittels des Elektromotors 4 in kinetische Energie umwandelbar, so dass die Fahrzeugräder angetrieben werden und sich das Fahrzeug 1 fortbewegt.
-
Im Rekuperationsbetrieb wird, wie oben beschrieben, die kinetische Energie des Fahrzeuges 1, d. h. der Fahrzeugräder, mittels des Elektromotors 4, als elektromotorische Bremse, der als Generator wirkt, in elektrische Energie umgewandelt. Diese wiedergewonnene elektrische Energie ist üblicherweise der Batterie 3 zuführbar, welche sich dadurch auflädt. Dazu ist der Elektromotor 4 mit der Batterie 3 verbunden.
-
Die Vorrichtung 2 umfasst weiterhin die Steuereinheit 5, die steuerungstechnisch mit dem Elektromotor 4, mit der Batterie 3 und mit der Temperiereinheit 6 sowie mit der Temperaturerfassungseinheit 7 verbunden ist.
-
Mittels der Temperaturerfassungseinheit 7, die vorzugsweise in dem Batteriegehäuse der Batterie 3 angeordnet ist, ist eine Temperatur der Batterie 3 zumindest im Fahrbetrieb des Fahrzeuges 1 fortlaufend erfassbar, wobei erfasste Signale der Temperaturerfassungseinheit 7 der Steuereinheit 5 zuführbar sind.
-
Weist die Batterie 3 ein Batteriemanagementsystem auf, mittels welchem eine Temperatur der Batterie 3 erfasst wird, kann die mittels des Batteriemanagements erfasste Temperatur zur Temperierung der Batterie 3 verwendet werden, wodurch keine separate Temperaturerfassungseinheit erforderlich ist.
-
In der Steuereinheit 5 werden die erfassten Signale der Temperaturerfassungseinheit 7 verarbeitet und ausgewertet, wobei in der Steuereinheit 5 ein vorgegebener erster Temperaturschwellwert T1 und ein vorgegebener zweiter Temperaturschwellwert T2 gespeichert sind.
-
Des Weiteren umfasst die Vorrichtung 2 die Temperiereinheit 6, bei welcher es sich bevorzugt um eine Heizvorrichtung handelt, wobei die Temperiereinheit 6, wie die Temperaturerfassungseinheit 7 auch, in dem Batteriegehäuse angeordnet ist. In einer möglichen Ausgestaltung ist die Temperiereinheit 6 in das Batteriegehäuse, beispielsweise in eine Gehäusewand integriert. Mittels der Temperiereinheit 6 ist die Batterie 3 temperierbar, vorzugsweise erwärmbar.
-
Denkbar ist auch, dass die Temperiereinheit 6 derart ausgebildet ist, dass die Batterie 3 in Bezug auf vorherrschende Außentemperaturen sowohl erwärmbar als auch kühlbar ist.
-
Im Betrieb der Vorrichtung 2 wird mittels der Temperaturerfassungseinheit 7 im Stillstand oder unmittelbar bei Fahrtantritt, d. h. zum Beginn des Fahrbetriebes des Fahrzeuges 1 eine Temperatur der Batterie 3 erfasst. Die erfassten Signale werden der Steuereinheit 5 zugeführt, die die Signale auswertet und die Signale mittels der hinterlegten Temperaturschwellwerte T1, T2 vergleicht.
-
Unterschreitet die erfasste, in dem Batteriegehäuse vorherrschende Temperatur den vorgegebenen ersten Temperaturschwellwert T1, wird der Elektromotor 4 im Rekuperationsbetrieb, bei dem der Elektromotor 4 als Generator wirkt, mittels der Steuereinheit 5 mit der Temperiereinheit 6 elektrisch gekoppelt.
-
Dadurch wird die Temperiereinheit 6 aktiviert und zumindest ein Luftvolumen in dem Batteriegehäuse wird erwärmt, so dass die Batterie 3, d. h. die Einzelzellen, erwärmt werden.
-
Zur Plausibilisierung der mittels der Temperaturerfassungseinheit 7 erfassten Temperaturwerte der Batterie 3, können Signale einer weiteren im oder am Fahrzeug 1 angeordneten Temperaturerfassungseinheit verwendet werden, die der Steuereinheit 5 zuführbar sind. Die erfassten Signale der beiden Temperaturerfassungseinheiten 7 werden miteinander verglichen, wodurch beispielsweise ermittelt werden kann, ob eine der beiden Temperaturerfassungseinheiten 7 defekt ist.
-
Mittels der Temperaturerfassungseinheit 7 wird im weiteren Fahrbetrieb des Fahrzeuges 1 die Temperatur der Batterie 3 in dem Batteriegehäuse fortlaufend erfasst. Überschreitet die erfasste Temperatur den in der Steuereinheit 5 gespeicherten vorgegebenen zweiten Temperaturschwellwert T2, wird die elektrische Kopplung zwischen der Temperiereinheit 6 und dem Elektromotor 4 im Rekuperationsbetrieb unterbrochen. Die Zuführung der elektrischen Energie wird somit unterbunden, wodurch die Temperiereinheit 6 deaktiviert wird.
-
Mittels der Steuereinheit 5 wird gleichzeitig eine Verbindung zwischen dem als Generator wirkenden Elektromotor 4 und der Batterie 3 hergestellt. Die im Rekuperationsbetrieb des Elektromotors 4 erzeugte elektrische Energie wird der Batterie 3 zugeführt und gespeichert, wodurch sich die Batterie 3 auflädt.
-
Mittels der in dem Batteriegehäuse angeordneten Temperiereinheit 6, die mittels des Elektromotors 4 im Rekuperationsbetrieb mit elektrischer Energie versorgt wird, ist die Batterie 3 bei vergleichsweise niedrigen Außentemperaturen, bei welchen die Temperatur der Batterie 3 den vorgegebenen ersten Temperaturschwellwert T1 unterschreitet, erwärmbar. Dabei ist die Temperatur der Batterie mittels der Temperiereinheit in verhältnismäßig kurzer Zeit erwärmbar, d. h. aufheizbar.
-
Durch die Erwärmung oder das Aufheizen der Batterie 3 kann eine Ladekapazität der Batterie 3 erhöht werden, wodurch eine Menge der zu speichernden elektrischen Energie der Batterie 3 erhöht werden kann, so dass die Batterie 3 im Rekuperationsbetrieb des Elektromotors 4 vollständig aufladbar ist.
-
Zudem ist eine Fahrbarkeit des Fahrzeuges 1, im Fahrbetrieb mit dem Elektromotor 4 als Antriebseinheit bei vergleichsweise niedrigen Außentemperaturen verbessert. Insbesondere wird ein für einen Fahrer des Fahrzeuges 1 gewohntes Verzögerungsverhalten des Fahrzeuges 1 bei Nichtbetätigen des Fahrpedals, der so genannten Gaswegnahme, verbessert.
-
Die mittels des Rekuperationsbetriebes des Elektromotors 4 erzeugte elektrische Energie wird bei niedrigen Außentemperaturen genutzt, um die Temperiereinheit 6 zu betreiben, wodurch die Energieeffizienz erhöht werden kann.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Fahrzeug
- 2
- Vorrichtung
- 3
- Batterie
- 4
- Elektromotor
- 5
- Steuereinheit
- 6
- Temperiereinheit
- 7
- Temperaturerfassungseinheit
- T1
- erster Temperaturschwellwert
- T2
- zweiter Temperaturschwellwert
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- CN 201457026 U [0002]
- DE 1496134 [0003]
- DE 102007017021 A1 [0004]
- DE 102009044742 A1 [0005]
- DE 102010032943 A1 [0006]