DE102012214098A1 - Verfahren zur Kühlung einer Batterie, insbesondere einer Hochleistungsbatterie, in Kraftfahrzeugen - Google Patents

Verfahren zur Kühlung einer Batterie, insbesondere einer Hochleistungsbatterie, in Kraftfahrzeugen Download PDF

Info

Publication number
DE102012214098A1
DE102012214098A1 DE201210214098 DE102012214098A DE102012214098A1 DE 102012214098 A1 DE102012214098 A1 DE 102012214098A1 DE 201210214098 DE201210214098 DE 201210214098 DE 102012214098 A DE102012214098 A DE 102012214098A DE 102012214098 A1 DE102012214098 A1 DE 102012214098A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
battery
temperature
evaporator
speed
cooling
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE201210214098
Other languages
English (en)
Inventor
Nicolas Flahaut
Robert Lustig
Alexander MEIJERING
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bayerische Motoren Werke AG
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bayerische Motoren Werke AG filed Critical Bayerische Motoren Werke AG
Priority to DE201210214098 priority Critical patent/DE102012214098A1/de
Priority to PCT/EP2013/065888 priority patent/WO2014023596A1/de
Publication of DE102012214098A1 publication Critical patent/DE102012214098A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/61—Types of temperature control
    • H01M10/613—Cooling or keeping cold
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/00271—HVAC devices specially adapted for particular vehicle parts or components and being connected to the vehicle HVAC unit
    • B60H1/00278—HVAC devices specially adapted for particular vehicle parts or components and being connected to the vehicle HVAC unit for the battery
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/32—Cooling devices
    • B60H1/3204—Cooling devices using compression
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L1/00—Supplying electric power to auxiliary equipment of vehicles
    • B60L1/003—Supplying electric power to auxiliary equipment of vehicles to auxiliary motors, e.g. for pumps, compressors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L15/00—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles
    • B60L15/20—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles for control of the vehicle or its driving motor to achieve a desired performance, e.g. speed, torque, programmed variation of speed
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B60L50/60—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells using power supplied by batteries
    • B60L50/66—Arrangements of batteries
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/18—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries of two or more battery modules
    • B60L58/21—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries of two or more battery modules having the same nominal voltage
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/24—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries for controlling the temperature of batteries
    • B60L58/26—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries for controlling the temperature of batteries by cooling
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/62—Heating or cooling; Temperature control specially adapted for specific applications
    • H01M10/625—Vehicles
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/63—Control systems
    • H01M10/633—Control systems characterised by algorithms, flow charts, software details or the like
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/656—Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by the type of heat-exchange fluid
    • H01M10/6569—Fluids undergoing a liquid-gas phase change or transition, e.g. evaporation or condensation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/66—Heat-exchange relationships between the cells and other systems, e.g. central heating systems or fuel cells
    • H01M10/663—Heat-exchange relationships between the cells and other systems, e.g. central heating systems or fuel cells the system being an air-conditioner or an engine
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/32—Cooling devices
    • B60H2001/3236—Cooling devices information from a variable is obtained
    • B60H2001/3255—Cooling devices information from a variable is obtained related to temperature
    • B60H2001/3261—Cooling devices information from a variable is obtained related to temperature of the air at an evaporating unit
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/32—Cooling devices
    • B60H2001/3269—Cooling devices output of a control signal
    • B60H2001/327—Cooling devices output of a control signal related to a compressing unit
    • B60H2001/3272—Cooling devices output of a control signal related to a compressing unit to control the revolving speed of a compressor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40—Drive Train control parameters
    • B60L2240/42—Drive Train control parameters related to electric machines
    • B60L2240/421—Speed
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40—Drive Train control parameters
    • B60L2240/54—Drive Train control parameters related to batteries
    • B60L2240/545—Temperature
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/60—Navigation input
    • B60L2240/66—Ambient conditions
    • B60L2240/662—Temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H01M10/486—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte for measuring temperature
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/64—Electric machine technologies in electromobility
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/72—Electric energy management in electromobility
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/16—Information or communication technologies improving the operation of electric vehicles

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Kühlung einer Batterie, insbesondere einer Hochleistungsbatterie, für Kraftfahrzeuge wird die Batterie zu ihrer Kühlung mit einem Verdampfer verbunden, der in einen Kältekreislauf mit einem Kältemittel-Verdichter eingebunden wird. Weiterhin wird mittels einer elektronischen Steuereinheit die Drehzahl des Verdichters unabhängig von der Kältemittel-Temperatur abhängig von der Batterie-Temperatur gemäß einer empirisch ermittelten, abgespeicherten Kennlinie derart gesteuert, dass die thermische Trägheit der Batteriezellen und des Verdampfers berücksichtigt wird.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Kühlung einer Batterie, insbesondere einer Hochleistungsbatterie, in Kraftfahrzeugen.
  • Eine Batterie, insbesondere ein Hochleistungs-Energiespeicher (Hochvoltspeicher) in Hybrid-Fahrzeugen oder Plug-in-Hybridfahrzeugen (PHEV) oder elektrischen Fahrzeugen (BEV), erzeugt durch das Laden und Entladen eine erhebliche Abwärme. Aufgrund von Lebensdauerüberlegungen soll die Zellkerntemperatur (= Batterie- bzw. Hochvoltspeicher-Temperatur) eine festgelegte Grenztemperatur (typischerweise etwa 30–40°C) während des Betriebs nicht überschreiten. Somit ist es zwingend erforderlich, die Zellen eines Hochvoltspeichers aktiv zu kühlen.
  • Wenn die Kühlung des Hochvoltspeichers direkt mit Kältemittel in einem integrierten Hochvoltspeicher-Verdampfer realisiert wird, wird die Drehzahl des elektrischen Kältemittel-Verdichters nach dem Stand der Technik anhand eines Temperatur-Sensors im Verdampfer gesteuert. Dieser Kältemittel-Temperatur-Sensor verursacht hohe Kosten und einen erheblichen Entwicklungs-Aufwand.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, die Kosten des Hochvoltspeichers zu reduzieren.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst. Die abhängigen Patentansprüche sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Kühlung einer Kraftfahrzeug-Batterie, insbesondere einer Hochleistungsbatterie, wird die Batterie zu ihrer Kühlung mit einem Verdampfer verbunden, der in einen Kühlkreislauf mit einem Kältemittel-Verdichter eingebunden wird. Weiterhin wird mittels einer elektronischen Steuereinheit die Drehzahl des Verdichters unabhängig von der Kältemittel-Temperatur abhängig von der Batterie-Temperatur gemäß einer empirisch ermittelten, abgespeicherten Kennlinie derart gesteuert, dass die Temperaturträgheit zwischen dem Zellkern der Batterie und dem Verdampfer berücksichtigt wird.
  • Der Erfindung liegen folgende Überlegungen, Erkenntnisse und Ideen zugrunde:
    Erfindungsgemäß wird ein Verfahren geschaffen, durch das der Kältemittel-Temperatur-Sensor entfallen kann. Die Batterie-Temperatur, d. h. die Temperatur der aktiven Zellen des Hochvoltspeichers, wird ohnehin überwacht und in einem Bereich zwischen 20°C und 40°C gehalten. Die Kühlung wird immer bei Überschreiten einer definierten oberen Batterie-Temperatur-Schwelle eingeschaltet und bei Unterschreiten einer definierten unteren Batterie-Temperatur-Schwelle ausgeschaltet. Dementsprechend ist die Last für den Verdampfer des Hochvoltspeichers gut vorhersehbar und gleichmäßig reproduzierbar.
  • Die heutige Steuerung des elektrischen Kältemittel-Verdichter stellt bei vorgegebener Soll-Kälteleistung eine entsprechende Drehzahl des Verdichters abhängig von der mittels des oben genannten Sensors erfassten Kältemittel-Temperatur im Hochvoltspeicher-Verdampfer ein. Dieser Temperatur-Sensor muss anspruchsvolle Anforderung an die Genauigkeit und die Dichtigkeit erfüllen.
  • Sensoren zur Messung der Batterie-Temperatur im Hoch-Volt-Speicher sind ohnehin bereits vorhanden. Erfindungsgemäß sollen diese nun allein zur thermischen Absicherung des Hochvoltspeichers und zugleich zur Steuerung des Verdichters dienen.
  • Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass der elektrische Kältemittel-Verdichter ohne den Verdampfer-Temperatur-Sensor durch ersatzweise Berücksichtigung der gemessenen Außentemperatur und der gemessenen Batterie-Temperatur gesteuert werden kann, da die Last am Hochvoltspeicher(HVS)-Verdampfer aufgrund des intelligenten thermischen Managements, durch das die Temperatur des Speichers in einem festgelegten Bereich gehalten wird, sehr gleichmäßig reproduzierbar ist. Die Kälteleistung am HVS-Verdampfer ist abhängig von der Drehzahl des elektrischen Kältemittel-Verdichters, der Außentemperatur und der Temperatur im HVS.
  • In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigt
  • 1 bestehend aus 1a und 1b schematische Darstellungen eines Gesamtfahrzeuges mit zwei möglichen Gesamt-Kühlkreisläufen zur Kühlung einer elektrischen Batterie in Form eines Hochvoltspeichers,
  • 2 eine schematische Darstellung von erfindungsgemäßen Simulationsergebnissen zu Temperatur- und Drehzahlverläufen und
  • 3 eine erfindungsgemäße Kennlinie zur Wiedergabe des Abhängigkeitsverhältnisses der Drehzahl des Verdichters von der Batterie(HVS)-Temperatur im Vergleich zum Abhängigkeitsverhältnis der Drehzahl des Verdichters von der Kältemittel-Temperatur nach dem Stand der Technik.
  • 1a zeigt ein Kraftfahrzeug 1 mit einem Gesamt-Kältekreislauf 2, durch den ein Kältemittel-Fluss über einen Kondensator 3, über einen Verdampfer 4 innerhalb der Klimaanlage zur Innenraumtemperierung mit einem elektronisch steuerbaren Absperrventil und über einen Verdampfer 6 einer Batterie 5, vorzugsweise einer Hochleistungsbatterie (Hochvoltspeicher (HVS)) für Elektro- oder Hybridantriebe, mit einem Verdichter 8 erzeugt werden kann. Die Batterie (HVS) 5 enthält zu ihrer Kühlung den Verdampfer 6, wobei der Kältemittel-Fluss durch den Verdampfer 6 ebenfalls mittels eines elektronisch steuerbaren Absperrventils 7 ein- und ausschaltbar ist. 1b unterscheidet sich von 1a lediglich darin, dass der Verdichter 8 an einem anderen Ort untergebracht ist.
  • Die Kälteleistung Q . wird durch die Drehzahl n des Verdichters 8 im Kältekreislauf 2 geregelt.
  • Ist der Verdampfer 4 innerhalb der Klimaanlage zur Innenraumtemperierung ausgeschaltet und dessen Absperrventil geschlossen, muss der Kältekreislauf 2 allein zur Kühlung der Batterie (HVS) 5 gesteuert werden. Hierzu ist eine elektronische Steuereinheit 9 vorgesehen, die bei geöffnetem Absperrventil 7 gemäß einer erfindungsgemäßen Kennlinie K2 in Abhängigkeit von der Batterie(HVS)-Temperatur TB und vorzugsweise auch von der Außentemperatur TA eine vorgegebene Drehzahl n des Verdichters 8 vorgibt: n = f(TB) bzw. n = f(TA, TB)
  • Die Batterie-Temperatur TB wird vorzugsweise durch mehrere Sensoren verteilt im Zellkern der Batterie 5 gemessen und ermittelt.
  • Diese erfindungsgemäße Steuerung wird anhand der 2 und 3 und anhand der unten folgenden Kälteleistungsformel und der physikalischen Zusammenhänge im Hinblick auf die thermische Trägheit insbesondere der Batterie 5 näher erläutert. Dabei sind in den 2 und 3 alle Verläufe nach dem Stand der Technik gestrichelt im Unterschied zu den erfindungsgemäßen Verläufen (= mit durchgezogenen Linien) dargestellt.
  • Die oben allgemein beschriebenen Überlegungen zur Auslegung der erfindungsgemäßen Kennlinie K2 führten zu folgenden – hier formelmäßig dargestellten – Erkenntnissen:
    Figure DE102012214098A1_0002
    mit
    • Q .
    Soll-Kälteleistung des Verdampfers [W]
    Q .V
    Verlust-Kälteleistung in der Batterie bzw. im Hochvoltspeicher [W]
    n
    Drehzahl der elektrischen Kältemittelpumpe [Hz]
    TB
    Batterie- bzw. Hochvoltspeicher-Temperatur [K]
    TK
    Kältemittel- bzw. Verdampfer-Temperatur [K]
    TA
    Außentemperatur [K]
    C
    Wärmekapazität der Batterie bzw. des Hochvoltspeichers [W.s/K]
    R
    thermischer Widerstand zwischen Batterie und Verdampfer [K/W]
    Ri
    elektrischer Widerstand der Batterie bzw. des Hochvoltspeichers [Ω]
    I
    gemessener Strom aus der Batterie bzw. dem Hochvoltspeicher [A]
  • Aus diesen Erkenntnissen wurde ausgehend von der aus dem Stand der Technik bekannten Kennlinie K1, n = f(TK), für die frühere Steuerung der Drehzahl n in Abhängigkeit von der Kältemittel-Temperatur TK, die noch mit zusätzlichem Kältemittel-Temperatur-Sensor erfasst wurde, die erfindungsgemäße Kennlinie K2 hergeleitet. Dabei wurde erkannt, dass bei Verwendung derselben Kühlungseinschaltbedingung TB > TB_ein und Kühlungsausschaltbedingung TB < TB_aus wie beim Stand der Technik die Regelung der Drehzahl n abhängig von der gemessenen Batterie(HVS)-Temperatur TB statt abhängig von der gemessenen Kältemittel-Temperatur TK vorgenommen werden kann. Dabei wird entsprechend der zuvor (nach dem Stand der Technik) ermittelten Kennlinie K1 bei Kühlungsbeginn, TB > TB_ein, als Anfangsdrehzahl nein dieselbe Drehzahl n verwendet. Ebenso wird bei Kühlungsende, TB < TB_aus, vorzugsweise als Zieldrehzahl naus dieselbe Drehzahl n verwendet.
  • Bei dieser Vorgehensweise wird durch einen steileren Gradienten und/oder durch eine höhere Maximaldrehzahl während der Drehzahl-Regelung die thermische Trägheit der Batterie 5 kompensiert. Die empirische Ermittlung der Kennlinie K2 kann beispielsweise durch tatsächliche Messungen an einem Versuchsträger oder durch Simulations-Software auf Basis der oben aufgeführten mathematischen Formel und physikalischen Zusammenhänge bei vorgegebener Soll-Kälteleistung Q . durchgeführt werden.
  • Erfindungsgemäß wurde gemäß Simulation erkannt, dass es möglich ist, das gleiche Verhalten der Kühlung ohne Kältemittel-Sensor im Verdampfer 6 zur Messung der Kältemittel-Temperatur TK allein anhand des Zellkerntemperatur-Sensors zur Ermittlung der Batterie-Temperatur TB zu erreichen.
  • Ergänzende Bezugszeichen-Erklärung:
    • TB_ein
      obere Batterietemperatur-Schwelle zum Einschalten der Kühlung bzw. der Drehzahl n bzw. der Drehzahlregelung mit der Einschalt-Drehzahl nein bei Überschreiten dieser Schwelle
      TB_aus
      untere Batterietemperatur-Schwelle zum Ausschalten der Kühlung bzw. Drehzahl n bzw. der Drehzahlregelung mit der Ausschalt-Drehzahl naus bei Unterschreiten dieser Schwelle
      TK_ein
      gemessene Kältemittel-Temperatur TK im Verdampfer 8 bei Einschalten der Kühlung bzw. der Drehzahl n bzw. der Drehzahlregelung mit der Einschalt-Drehzahl nein nach dem Stand der Technik bzw. bei Auslegung der erfindungsgemäßen Kennlinie K2
      TK_aus
      gemessene Kältemittel-Temperatur TK im Verdampfer bei Ausschalten der Kühlung bzw. der Drehzahl n bzw. der Drehzahlregelung mit der Ausschalt-Drehzahl naus nach dem Stand der Technik bzw. bei Auslegung der erfindungsgemäßen Kennlinie K2

Claims (5)

  1. Verfahren zur Kühlung einer Batterie (5) in einem Kraftfahrzeug (1), bei dem die Batterie (5) zu ihrer Kühlung mit einem Verdampfer (6) verbunden wird, der in einen Kältekreislauf (2) mit einem Kältemittel-Verdichter (8) eingebunden wird, und bei dem mittels einer elektronischen Steuereinheit (9) die Drehzahl (n) des Verdichters (8) unabhängig von der Kältemittel-Temperatur (TK) abhängig von der Batterie-Temperatur (TB) gemäß einer empirisch ermittelten, abgespeicherten Kennlinie (K2) derart gesteuert wird, dass die thermische Trägheit der Batteriezellen und des Verdampfers (6) berücksichtigt wird.
  2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erfindungsgemäße Kennlinie (K2) ausgehend von einer zuvor ermittelten Kennlinie (K1) zur Steuerung der Drehzahl (n) in Abhängigkeit von der gemessenen Kältemittel-Temperatur (TK) derart gebildet wird, dass bei Verwendung derselben Kühlungseinschaltbedingung (TB > TB_ein) und derselben Kühlungsausschaltbedingung (TB < TB_aus) sowie bei Verwendung der gleichen Anfangsdrehzahl (nein) und vorzugsweise auch der gleichen Zieldrehzahl (naus) wie bei der vorher ermittelten Kennlinie (K1) die Regelung der Drehzahl (n) unabhängig von der Kältemittel-Temperatur (TK) abhängig von der gemessenen Batterie-Temperatur (TB) und vorzugsweise auch von der Außentemperatur (TA) durchgeführt wird.
  3. Kraftfahrzeug zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangegangenen Patentansprüche mit einer Batterie (5), die zu ihrer Kühlung mit einem Verdampfer (6) verbunden ist, der in einen Kältekreislauf (2) mit einem Kältemittel-Verdichter (8) eingebunden ist, und mit einer elektronischen Steuereinheit (9), durch die die Drehzahl (n) des Verdichters (8) unabhängig von der Kältemittel-Temperatur (TK) abhängig von der Batterie-Temperatur (TB) gemäß einer empirisch ermittelten, abgespeicherten Kennlinie (K2) einstellbar ist, wobei die Kennlinie (K2) derart ausgelegt ist, dass die thermische Trägheit der Batteriezellen und des Verdampfers (6) berücksichtigt ist.
  4. Batterie (5) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangegangenen Patentansprüche, die zu ihrer Kühlung mit einem Verdampfer (6) verbunden ist, der in einen Kältekreislauf (2) mit einem Kältemittel-Verdichter (8) eingebunden ist, und mit einer elektronischen Steuereinheit (9), durch die die Drehzahl (n) des Verdichters (8) unabhängig von der Kältemittel-Temperatur (TK) abhängig von der Batterie-Temperatur (TB) gemäß einer empirisch ermittelten, abgespeicherten Kennlinie (K2) einstellbar ist, wobei die Kennlinie (K2) derart ausgelegt ist, dass die thermische Trägheit der Batteriezellen und des Verdampfers (6) berücksichtigt ist.
  5. Elektronische Steuereinheit (9) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangegangenen Patentansprüche zur Kühlung einer Batterie (5), die zu ihrer Kühlung mit einem Verdampfer (6) verbunden ist, der in einen Kältekreislauf (2) für ein Kraftfahrzeug (1) mit einem Kältemittel-Verdichter (8) eingebunden ist, wobei die elektronische Steuereinheit (9) derart ausgestaltet bzw. programmiert ist, dass durch sie die Drehzahl (n) des Verdichters (8) unabhängig von der Kältemittel-Temperatur TK abhängig von der Batterie-Temperatur (TB) gemäß einer empirisch ermittelten, abgespeicherten Kennlinie (K2) einstellbar ist, wobei die Kennlinie (K2) derart ausgelegt ist, dass die thermische Trägheit der Batteriezellen und des Verdampfers (6) berücksichtigt ist.
DE201210214098 2012-08-08 2012-08-08 Verfahren zur Kühlung einer Batterie, insbesondere einer Hochleistungsbatterie, in Kraftfahrzeugen Pending DE102012214098A1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE201210214098 DE102012214098A1 (de) 2012-08-08 2012-08-08 Verfahren zur Kühlung einer Batterie, insbesondere einer Hochleistungsbatterie, in Kraftfahrzeugen
PCT/EP2013/065888 WO2014023596A1 (de) 2012-08-08 2013-07-29 Verfahren zur kühlung einer batterie, insbesondere einer hochleistungsbatterie, in kraftfahrzeugen

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE201210214098 DE102012214098A1 (de) 2012-08-08 2012-08-08 Verfahren zur Kühlung einer Batterie, insbesondere einer Hochleistungsbatterie, in Kraftfahrzeugen

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102012214098A1 true DE102012214098A1 (de) 2014-02-13

Family

ID=48877249

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE201210214098 Pending DE102012214098A1 (de) 2012-08-08 2012-08-08 Verfahren zur Kühlung einer Batterie, insbesondere einer Hochleistungsbatterie, in Kraftfahrzeugen

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102012214098A1 (de)
WO (1) WO2014023596A1 (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014217525A1 (de) * 2014-09-02 2016-03-03 Robert Bosch Gmbh Vorrichtung zur Erhöhung der Sicherheit beim Gebrauch von Batteriesystemen
DE102016214797A1 (de) 2016-08-09 2018-02-15 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Berücksichtigung des Öl-Einflusses in einem Klima-Kälte-Kreislauf

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102015210414A1 (de) 2015-06-08 2016-12-08 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Fahrzeug, insbesondere Elektro- oder Hybridfahrzeug
FR3077377A1 (fr) * 2018-01-31 2019-08-02 Valeo Systemes Thermiques Procede de controle d'un systeme de traitement thermique d'un element d'une chaine de traction electrique de vehicule

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6138466A (en) * 1998-11-12 2000-10-31 Daimlerchrysler Corporation System for cooling electric vehicle batteries
DE102009014300A1 (de) * 2009-03-25 2010-09-30 Behr Gmbh & Co. Kg Verfahren und Regelvorrichtung zur Regelung einer Temperatur einer Energiespeichereinheit
DE102010031414A1 (de) * 2010-07-15 2012-01-19 Behr Gmbh & Co. Kg Kühlsystem

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7890218B2 (en) * 2007-07-18 2011-02-15 Tesla Motors, Inc. Centralized multi-zone cooling for increased battery efficiency
US20100025125A1 (en) * 2008-08-01 2010-02-04 Daimler Ag Method and Apparatus for the Operation of a Vehicle
DE102009023235A1 (de) * 2009-05-29 2010-12-02 Fev Motorentechnik Gmbh Verfahren zum Betrieb eines Hybridantriebssystems
US20120297809A1 (en) * 2011-05-26 2012-11-29 Neil Carpenter Refrigerant loop for battery electric vehicle with internal heat exchanger for heat exchange with coolant
JP5392298B2 (ja) * 2011-05-27 2014-01-22 株式会社デンソー バッテリの冷却装置
WO2013148034A1 (en) * 2012-03-28 2013-10-03 Magna E-Car Systems Of America, Inc. Vehicle cooling with adjustable flow expansion valve

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6138466A (en) * 1998-11-12 2000-10-31 Daimlerchrysler Corporation System for cooling electric vehicle batteries
DE102009014300A1 (de) * 2009-03-25 2010-09-30 Behr Gmbh & Co. Kg Verfahren und Regelvorrichtung zur Regelung einer Temperatur einer Energiespeichereinheit
DE102010031414A1 (de) * 2010-07-15 2012-01-19 Behr Gmbh & Co. Kg Kühlsystem

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014217525A1 (de) * 2014-09-02 2016-03-03 Robert Bosch Gmbh Vorrichtung zur Erhöhung der Sicherheit beim Gebrauch von Batteriesystemen
CN106797058A (zh) * 2014-09-02 2017-05-31 罗伯特·博世有限公司 用于提高在使用电池系统时的安全性的装置
DE102016214797A1 (de) 2016-08-09 2018-02-15 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Berücksichtigung des Öl-Einflusses in einem Klima-Kälte-Kreislauf

Also Published As

Publication number Publication date
WO2014023596A1 (de) 2014-02-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3391455B1 (de) Lebensdauersteuerung für energiespeicher
DE102009049589A1 (de) Verfahren zur Bestimmung und/oder Vorhersage der maximalen Leistungsfähigkeit einer Batterie
DE102011079415A1 (de) Laden eines Elektrofahrzeugs und Klimatisieren des Fahrzeuginnenraums
WO2014135294A2 (de) Verfahren zum betreiben eines elektrifizierten kraftfahrzeugs und mittel zu dessen implementierung
WO2015197483A1 (de) Vorrichtung und verfahren zur regelung eines ladezustands eines elektrischen energiespeichers
DE102013000220B3 (de) Verfahren zur Bestimmung einer Temperatur in einem elektrischen Körper, insbesondere in einem Akkumulator, Vorrichtung zur Berechnung der Temperatur, Vorrichtung zur Temperaturregulierung sowie Fahrzeug mit einem elektrischen Körper
DE102005023365A1 (de) Batterie-Management für Batterien in Hybrid-Fahrzeugen
DE102011089962A1 (de) Verfahren zur Temperaturregelung von mindestens einem Batterieelement, Batterie sowie Kraftfahrzeug mit einer solchen Batterie
DE102019107192A1 (de) Steuerungssystem für ein Wärmesystem sowie Verfahren zum Betrieb eines Wärmesystems
DE102012214098A1 (de) Verfahren zur Kühlung einer Batterie, insbesondere einer Hochleistungsbatterie, in Kraftfahrzeugen
DE102010031414A1 (de) Kühlsystem
WO2016091577A1 (de) Verfahren zum bestimmen des alterungszustandes eines batteriemoduls
DE102016210066A1 (de) Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs und Kraftfahrzeug
DE102018217387A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Energiespeichers, entsprechender elektrischer Energiespeicher und Verwendung eines solchen Energiespeichers
EP2292454B1 (de) Betriebsverfahren für ein Heizsystem eines elektrisch antreibbaren Fahrzeugs
DE102016004285A1 (de) Verfahren zum Überwachen einer elektrischen Kühlmittelpumpe
WO2019206953A1 (de) Verfahren zur ermittlung eines zustandes der thermischen anbindung mindestens einer komponente innerhalb eines elektrischen energiespeichersystems an eine wärmequelle oder wärmesenke
DE102020130862A1 (de) System zum schätzen der ladezeit einer fahrzeugbatterie und verfahren zum steuern desselben
DE102017122029A1 (de) Steuerverfahren zur Batteriebeheizung eines Fahrzeugs, zugehörige Einrichtung, zugehöriges System und Fahrzeug
DE102020202307A1 (de) Elektrisches Energiespeichersystem mit mehreren elektrochemischen Energiespeichereinheiten unterschiedlicher elektrochemischer Art in Reihenschaltung
DE102013204522A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Erhöhung der Sicherheit beim Gebrauch von Batteriemodulen
DE102011007606A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Homogenisierung der Temperaturverteilung fluidtemperierter Körper
DE102022124949A1 (de) Wärmepumpensystem-steuerungsverfahren für ein fahrzeug
DE4443015A1 (de) Verfahren zum Betrieb von Hochtemperaturbatterien
EP2951038B1 (de) Verfahren und vorrichtung zum auswählen einer oder mehrerer heizquellen eines innenraumheizsystems eines kraftfahrzeugs

Legal Events

Date Code Title Description
R163 Identified publications notified
R079 Amendment of ipc main class

Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: H01M0010500000

Ipc: H01M0010630000

R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication