DE102012223054A1

DE102012223054A1 - Verfahren und System für das thermische Management einer Hochspannungsbatterie für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102012223054A1
Application number: DE201210223054
Authority: DE
Inventors: Andy Kummer; Scott Wojtkowicz; Brian Gillespey; Jeffrey R. Grimes; Kimberley King; Neil Robert Burrows
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2011-12-21
Filing date: 2012-12-13
Publication date: 2013-06-27
Anticipated expiration: 2032-12-14
Also published as: CN103171450B; US20130166119A1; DE102012223054B4; US8620506B2; CN103171450A

Abstract

Es werden ein Verfahren für das thermische Management eines Elektrofahrzeugs und das Fahrzeug bereitgestellt. Ein Steuergerät ist konfiguriert, um die Temperatur einer Traktionsbatterie auf innerhalb eines Betriebstemperaturbereichs zu regeln, wenn das Fahrzeug in Betrieb ist. Die Temperatur der Batterie wird auf innerhalb eines Ladetemperaturbereichs geregelt, wenn die Batterie mit dem Ladegerät und der Stromquelle verbunden und die Außentemperatur außerhalb eines Umgebungstemperaturbereichs liegt. Die Batterie wird auf eine Batterie-Antriebstemperatur vorkonditioniert, wenn die Außentemperatur außerhalb des Umgebungstemperaturbereichs liegt und die Batterie mit dem Ladegerät und der Stromquelle verbunden ist. Der Innenraum im Fahrzeug wird auf eine Innenraumtemperatur vorkonditioniert, wenn das Fahrzeug mit dem Ladegerät und der Stromquelle verbunden ist und die Außentemperatur außerhalb des Umgebungstemperaturbereichs liegt.

Description

Verschiedene Ausführungsformen beziehen sich auf ein Verfahren und ein System für das thermische Management einer Hochspannungs-Traktionsbatterie in einem Fahrzeug durch Erwärmen und Kühlen der Batterie zum Regeln der Temperatur.
Fahrzeuge, wie batteriebetriebene Elektrofahrzeuge (BEV), enthalten eine Batterie, wie eine Hochspannungsbatterie, um als Energiequelle für das Fahrzeug zu wirken. Die Batterieleistung, einschließlich der Kapazität und der Zykluslebensdauer, kann sich abhängig von der Betriebstemperatur der Batterie ändern. Es kann wünschenswert sein, die Batterie innerhalb eines vorgegebenen Temperaturbereichs zu halten, während das Fahrzeug in Betrieb ist oder während das Fahrzeug lädt. In einem BEV wird Energie von der Batterie verwendet, um die Batterietemperatur zu regeln, wenn das Fahrzeug in Betrieb und nicht mit einem Ladegerät und einer Stromquelle verbunden ist. Batterieenergie wird auch verwendet, um das Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagensystem (HVAC) zu betreiben.
In einer Ausführungsform wird ein Verfahren für das thermische Management eines Elektrofahrzeugs bereitgestellt. Das Verfahren erfasst, ob eine Traktionsbatterie mit einem Ladegerät und einer Stromquelle verbunden ist. Die Temperatur der Batterie wird geregelt, um sich innerhalb eines Betriebstemperaturbereichs zu befinden, wenn das Fahrzeug in Betrieb ist. Die Temperatur der Batterie wird geregelt, um sich innerhalb eines Ladetemperaturbereichs zu befinden, wenn die Batterie mit dem Ladegerät und der Stromquelle verbunden ist und die Außentemperatur außerhalb eines Umgebungstemperaturbereichs liegt. Die Batterie wird auf eine Batterieantriebstemperatur vorkonditioniert, wenn die Außentemperatur außerhalb des Umgebungstemperaturbereichs liegt und die Batterie mit dem Ladegerät und der Stromquelle verbunden ist. Der Fahrzeuginnenraum wird auf eine Innenraumtemperatur vorkonditioniert, wenn das Fahrzeug mit dem Ladegerät verbunden und die Außentemperatur außerhalb des Umgebungstemperaturbereichs liegt. In einer anderen Ausführungsform wird ein Verfahren für ein thermisches Management eines Elektrofahrzeugs bereitgestellt, das mit einem Ladegerät und einer Stromquelle verbunden ist. Die Temperatur einer Traktionsbatterie wird auf innerhalb eines Ladebereichs geregelt, wenn die Außentemperatur außerhalb eines Umgebungsbereichs liegt. Die Batterie wird auf eine Batterieantriebstemperatur vorkonditioniert, wenn die Außentemperatur außerhalb des Umgebungstemperaturbereichs liegt. Der Innenraum wird zu einem vorbestimmten Zeitpunkt vor dem Fahrzeugbetrieb auf eine Innenraumtemperatur vorkonditioniert. In noch einer anderen Ausführungsform ist ein Elektrofahrzeug mit einer Traktionsbatterie, einem Temperatursensor für die Batterie, einem mit der Batterie verbundenen und eine Wärmequelle und eine Wärmesenke aufweisenden thermischen Kreislauf und einem Steuergerät ausgestattet. Das Steuergerät ist mit der Batterie, dem Sensor und dem thermischen Kreislauf verbunden. Das Steuergerät ist konfiguriert, um (i) unter Verwendung des Sensors eine Batterietemperatur zu messen, (ii) zu erfassen, ob die Batterie mit einem Ladegerät und einer Stromquelle verbunden ist, und (iii) die Batterie zu laden, wenn die Batterie mit dem Ladegerät und der Stromquelle verbunden und ein Ladezustand niedriger als eine Schwelle ist. Das Steuergerät ist konfiguriert, um (iv) die Temperatur der Batterie so zu regeln, dass sie sich innerhalb eines Ladetemperaturbereichs befindet, wenn die Batterie mit dem Ladegerät und der Stromquelle verbunden ist und die Außentemperatur außerhalb eines Umgebungstemperaturbereichs liegt. Das Steuergerät ist auch konfiguriert, um (v) die Batterie auf eine Batterieantriebstemperatur vorzukonditionieren, wenn die Außentemperatur außerhalb des Umgebungstemperaturbereichs liegt. Verschiedene Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Offenbarung haben mit ihnen verbundene Vorteile. Das Regeln der Batterietemperatur ermöglicht sowohl das Speichern einer größeren Energiemenge in der Batterie beim Laden als auch mehr verfügbare Energie von der Batterie im Betrieb aufgrund der chemischen Eigenschaft der Batterie. Das Konditionieren der Batterie auf eine vorgegebene Temperatur während das Fahrzeug lädt bewirkt eine höhere Energieeffizienz später für das Fahrzeug, da möglicherweise weniger Batterieenergie für das thermische Management der Batterie benötigt wird und mehr auf den Antrieb gerichtet werden kann, wodurch die Reichweite des Fahrzeugs erhöht wird. Das Konditionieren des Innenraums auf eine vorgegebene Temperatur während des Ladens des Fahrzeugs bewirkt eine höhere Energieeffizienz später für das Fahrzeug, da möglicherweise weniger Batterieenergie benötigt wird, um den Innenraum zu erwärmen oder zu kühlen, und mehr auf den Antrieb des Fahrzeugs gerichtet werden kann, was auch die Reichweite des Fahrzeugs erhöht.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Schaltbild eines batteriebetriebenen Elektrofahrzeugs gemäß einer Ausführungsform;
2 ist ein Schaltbild eines thermischen Managementzyklus einer Batterie gemäß einer Ausführungsform;
3 ist ein Diagramm, das verschiedene Temperaturschwellen für Stufen des Ladens einer Fahrzeugbatterie und einen Fahrzeugbetrieb veranschaulicht;
4 ist ein Ablaufdiagramm, das einen Gesamtsteueralgorithmus für das thermische Management der Batterie veranschaulicht; und
die 5a und 5b sind ein Ablaufdiagramm eines Steueralgorithmus für das thermische Management der Batterie gemäß einer Ausführungsform.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Nach Bedarf werden ausführliche Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung hier offenbart; es versteht sich aber, dass die offenbarten Ausführungsformen nur Beispiele sind und in verschiedenen und alternativen Formen ausgeführt werden können. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstabsgerecht; manche Einrichtungen können übertrieben oder minimiert sein, um Einzelheiten bestimmter Bestandteile zu zeigen. Daher sind hier offenbarte spezielle strukturelle und funktionale Einzelheiten nicht als einschränkend, sondern nur als eine repräsentative Basis zu verstehen, um einem Fachmann nahezulegen, den beanspruchten Gegenstand auf verschiedene Weise zu verwenden.
Unter Bezug auf 1 ist ein Elektrofahrzeug 20, wie ein batteriebetriebenes Elektrofahrzeug (BEV), gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen veranschaulicht. 1 stellt nur eine Art einer BEV-Architektur dar und ist nicht einschränkend zu verstehen. Die vorliegende Offenbarung kann an jedes geeignete BEV angewendet werden.
Das Fahrzeug 20, oder BEV, ist ein vollelektrisches Fahrzeug, das durch elektrische Leistung, zum Beispiel einen Elektromotor 24, und ohne Unterstützung durch einen Verbrennungsmotor angetrieben wird. Der Motor 24 empfängt elektrische Leistung und liefert eine mechanische Drehausgangsleistung. Der Motor 24 ist mit einem Getriebegehäuse 38 zur Anpassung des Ausgangsdrehmoments und der Drehzahl des Motors 24 durch ein vorbestimmtes Übersetzungsverhältnis verbunden. Das Getriebegehäuse 38 ist über eine Abtriebswelle 42 mit einem Satz Antriebsräder 40 verbunden. Andere Ausführungsformen des Fahrzeugs 22 enthalten eine Vielzahl von Motoren (nicht gezeigt) für den Antrieb des Fahrzeugs 22. Der Motor 24 kann auch als Generator arbeiten, um mechanische Leistung in elektrische Leistung umzuwandeln. Ein Hochspannungsbus 44 verbindet den Motor 24 elektrisch mit einem Energiespeichersystem 46 über einen Wechselrichter 48.
Das Energiespeichersystem 46 enthält eine Hauptbatterie 50 und ein Batterieenergie-Steuermodul (BECM) 52. Die Hauptbatterie 50 ist eine Hochspannungsbatterie, oder Traktionsbatterie, die elektrische Leistung ausgeben kann, um den Motor 24 zu betreiben. Die Hauptbatterie 50 ist ein Batteriesatz bestehend aus einem oder mehreren Batteriemodulen (nicht gezeigt). Jedes Batteriemodul kann eine Batteriezelle oder eine Vielzahl von Batteriezellen enthalten. Die Batteriezellen werden unter Verwendung eines Fluidkühlsystems, Luftkühlsystems oder anderem im Stand der Technik bekannten Kühlverfahren erwärmt oder gekühlt. Das BECM 52 wirkt als ein Steuergerät für die Hauptbatterie 50. Das BECM 52 enthält auch ein elektronisches Überwachungssystem, das die Temperatur und den Ladezustand jeder der Batteriezellen verwaltet. Die Batterie 50 hat mindestens einen Temperatursensor 51, wie einen Thermistor oder dergleichen. Der Sensor 51 steht mit dem BECM 52 in Verbindung, um die Batterie 50 betreffende Temperaturdaten zu liefern.
Der Motor 24, das Getriebeüberwachungsmodul (TCM) 30, das Getriebegehäuse 38 und der Wechselrichter 48 werden zusammen als Getriebe 54 bezeichnet. Das Fahrzeug-Steuergerät 26 steht mit dem Getriebe 54 in Verbindung, um die Funktion des Getriebes 54 mit anderen Fahrzeugsystemen zu koordinieren. Das Steuergerät 26, das BECM 52 und das TCM 30 sind als getrennte Steuergerätmodule veranschaulicht. Das Steuersystem für das Fahrzeug 20 kann eine beliebige Anzahl von Steuergeräten enthalten und kann in ein einziges Steuergerät integriert sein oder verschiedene Module haben. Einige oder alle Steuergeräte können durch einen CAN-Bus (CAN) oder ein anderes System verbunden sein. Das Steuersystem kann zur Steuerung des Betriebs der verschiedenen Bauteile des Getriebes 54 und der Batterie 50 unter einer beliebigen Anzahl von verschiedenen Bedingungen, insbesondere auf eine Weise, die die Temperatur in der Batterie 50 und im Fahrzeuginnenraum oder Fahrgastraum thermisch verwaltet, und für Lade- und Entladevorgänge der Batterie 50 konfiguriert sein. Das TCM 30 ist konfiguriert, um spezielle Bauteile innerhalb des Getriebes 54, wie den Motor 24 und/oder den Wechselrichter 48, zu steuern. Das Fahrzeug-Steuergerät 26 überwacht die Temperatur des Motors 24 und empfängt eine Drosselanforderung (oder Anforderung eines gewünschten Motordrehmoments) vom Fahrer. Unter Verwendung dieser Information liefert das Fahrzeug-Steuergerät 26 eine Motordrehmomentanforderung an das TCM 30. Das TCM 30 und der Wechselrichter 48 wandeln die Gleichstrom(DC)-Spannungslieferung durch die Hauptbatterie 50 in Signale um, die verwendet werden, um den Motor 24 als Reaktion auf die Motordrehmomentanforderung zu steuern.
Das Fahrzeug-Steuergerät 26 liefert eine Information an den Fahrer über eine Benutzerschnittstelle 60. Die Benutzerschnittstelle kann Einrichtungen enthalten, die es einem Benutzer erlauben, Forderungen oder gewünschte Betriebs- oder Ladeparameter des Fahrzeugs oder andere Fahrzeug-Betriebsparameter in das Steuergerät 26 einzugeben. Die Benutzerschnittstelle kann eine Berührungsbildschirm-Schnittstelle, eine Funkverbindung zu einer fernen Station, wie eine mobile Vorrichtung oder Computer, und andere Eingabeschnittstellen enthalten, wie sie in der Technik bekannt sind. Das Fahrzeug-Steuergerät 26 empfängt auch Eingangssignale, die laufende Betriebsbedingungen von Fahrzeugsystemen anzeigen. Zum Beispiel kann das Fahrzeug-Steuergerät 26 Eingangssignale vom BECM 52, die Zustände der Batterie 50 darstellen, und Eingangssignale vom Getriebe 54 empfangen, die Zustände des Motors 24 und des Wechselrichters 48 darstellen. Das Fahrzeug-Steuergerät 26 liefert eine Ausgangsleistung an die Benutzerschnittstelle 60, wie einen Motorzustand oder einen Ladepegelzustand, der visuell an den Fahrer übermittelt wird.
Zum Beispiel kann der Benutzer eine Abfahrtszeit, eine gewünschte Innenraumtemperatur bei der Abfahrt oder dergleichen unter Verwendung der Benutzerschnittstelle 60 oder an eine Schnittstelle in Verbindung mit dem Ladegerät 76 eingeben. Alternativ kann das Steuergerät 26 ein probabilistisches oder anderes Logikmodul enthalten, das die Fahrgewohnheiten eines Benutzers bestimmt, die Fahrtlängen, Fahrtwege, Abfahrtszeiten, bevorzugtes Innenraumklima usw. enthalten. Das Steuergerät 26 entscheidet zwischen den verschiedenen Benutzeranforderungen, um das Fahrzeug 20 sowohl beim Laden als auch im Betrieb thermisch zu verwalten. Das Fahrzeug 22 enthält ein Klimasteuerungssystem 62 zum Erwärmen und Kühlen verschiedener Bauteile des Fahrzeugs. Gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen enthält das Klimasteuerungssystem 62 ein elektrisches Hochspannungs-Heizgerät mit positivem Temperaturkoeffizienten (PTK) 64 und einen elektrischen Hochspannungs-HVAC-Kompressor 66. Das PTK 64 und der HVAC-Kompressor 66 werden verwendet, um Fluid zu erwärmen bzw. zu kühlen, das zum Getriebe 54 und zur Hauptbatterie 50 fließt. Sowohl das PTK 64 als auch der HVAC-Kompressor 66 können elektrische Energie direkt von der Hauptbatterie 50 abnehmen. Das Klimasteuerungssystem 62 kann ein Steuergerät (nicht gezeigt) zur Kommunikation mit dem Fahrzeug-Steuergerät 26 über den CAN-Bus 56 enthalten oder in das Steuergerät 26 integriert sein. Der Ein/Aus-Zustand des Klimasteuerungssystems 62 wird dem Fahrzeug-Steuergerät 26 mitgeteilt und kann zum Beispiel auf dem Zustand eines bedienerbetätigten Schalters oder der automatischen Steuerung des Klimasteuerungssystems 62 basierend auf verwandten Funktionen wie dem Enteisen von Fenstern beruhen. Das Klimasteuerungssystem 62 kann mit der Benutzerschnittstelle 60 verbunden sein, um es einem Benutzer zu erlauben, eine Temperatur für den Innenraum einzustellen oder eine Temperatur für einen späteren Betriebszyklus des Fahrzeugs vorzuprogrammieren.
Das Fahrzeug 22 enthält eine Sekundärbatterie 68, wie eine 12-Volt-Batterie. Die Sekundärbatterie 68 kann verwendet werden, um verschiedene Fahrzeug-Zubehörteile wie Scheinwerfer und dergleichen mit Energie zu versorgen, die hier insgesamt als Zubehörteile 70 bezeichnet sind. Ein Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 72 kann elektrisch zwischen der Hauptbatterie 50 und der Sekundärbatterie 68 angeordnet sein. Der Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 72 regelt den Spannungspegel oder “senkt ihn ab”, um es der Hauptbatterie 50 zu erlauben, die Sekundärbatterie 68 zu laden. Ein Niederspannungsbus 74 verbindet den Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 72 elektrisch mit der Sekundärbatterie 68 und den Zubehörteilen 70.
Das Fahrzeug 22 enthält ein Wechselstrom-Ladegerät 76 zum Laden der Hauptbatterie 50. Ein elektrischer Verbinder 78 verbindet das Wechselstrom-Ladegerät 76 mit einer externen Stromversorgung (nicht gezeigt) für den Empfang von Wechselstromleistung. Das Wechselstrom-Ladegerät 76 enthält eine Leistungselektronik, die verwendet wird, um die von der externen Stromversorgung empfangene Wechselstromleistung in eine Gleichstromleistung zum Laden der Hauptbatterie 50 umzuwandeln oder “gleichzurichten”. Das Wechselstrom-Ladegerät 76 ist konfiguriert, um eine oder mehrere konventionelle Spannungsquellen von der externen Stromversorgung aufzunehmen (z.B. 110 Volt, 220 Volt, Zweiphasen-, Dreiphasen, Stufe 1, Stufe 2, usw.) In einer oder mehreren Ausführungsformen enthält die externe Stromversorgung eine Vorrichtung, die erneuerbare Energie nutzbar macht, wie ein Photovoltaik(PV)-Solarpaneel, oder eine Windturbine (nicht gezeigt).
Auch in 1 gezeigt sind vereinfachte Schaltbilddarstellungen eines Fahrersteuerungssystems 80, eines Servolenkungssystems 82 und eines Navigationssystems 84. Das Fahrersteuerungssystem 80 enthält Brems-, Beschleunigungs- und Gangauswahl(schalt)systeme. Das Bremssystem enthält ein Bremspedal, Positionssensoren, Drucksensoren oder irgendeine Kombination davon, sowie eine mechanische Verbindung mit den Fahrzeugrädern, wie den Primärantriebsrädern 40, um eine Reibungsbremsung durchzuführen. Das Bremssystem kann auch für ein regeneratives Bremsen konfiguriert sein, wobei Bremsenergie aufgefangen und als elektrische Energie in der Hauptbatterie 50 gespeichert werden kann. Das Beschleunigungssystem enthält ein Gaspedal mit einem oder mehreren Sensoren, die wie die Sensoren im Bremssystem eine Information wie die Drosselanforderung an das Fahrzeug-Steuergerät 26 liefern. Das Gangauswahlsystem enthält einen Gangschalthebel zur manuellen Auswahl einer Gangeinstellung des Getriebegehäuses 38. Das Gangauswahlsystem kann einen Schaltpositionssensor zum Liefern einer Gangschalthebel-Auswahlinformation (z.B. PRNDL) an das Fahrzeug-Steuergerät 26 enthalten.
Das Navigationssystem 84 kann eine Navigationsanzeige, eine Global-Positioning-System(GPS)-Einheit, ein Navigationsteuergerät und Eingänge (alle nicht gezeigt) für den Empfang von Zielinformationen oder anderen Daten von einem Fahrer enthalten. Das Navigationssystem kann in manchen Ausführungsformen in die Benutzerschnittstelle 60 integriert sein. Das Navigationssystem 84 kann auch dem Fahrzeug 22 zugeordnete Entfernungs- und/oder Standortinformationen, seine Zielorte, oder andere relevante GPS-Wegpunkte mitteilen.
2 veranschaulicht einen thermischen Kreislauf oder Schleife zur Verwendung mit dem Fahrzeug 20, wie in 1 gezeigt. Der thermische Kreislauf 100 der Batterie kann die Traktionsbatterie 102 erwärmen oder kühlen. Die Traktionsbatterie 102 besteht aus einem oder mehreren Batteriesätzen, und eine Batterie 102 mit einem Satz ist in 2 gezeigt. Jeder Batteriesatz kann viele Zellen haben. Die Batterie 102 in 2 hat drei Zellen 104, obwohl eine beliebige Anzahl von Zellen mit einer Batterie 102 verwendet werden kann, wie in der Technik bekannt ist.
Das Steuergerät 106, das ein Fahrzeug-Steuergerät in Verbindung mit dem Batteriesteuermodul oder in dieses integriert sein kann, überwacht die Batterie 104, um den Ladezustand und die Kapazität der Batterie 102 zu bestimmen. Jede Zelle 104 kann einen zugeordneten Temperatursensor 108 haben, der konfiguriert ist, um die Zellentemperatur zu messen. Der Temperatursensor 108 steht mit dem Steuergerät 106 in Verbindung, so dass das Steuergerät 106 auch die Batterietemperatur überwacht, indem es jede Zellentemperatur überwacht. Das Steuergerät 106 bestimmt die Temperatur der Batterie 104 durch Messen oder Schätzen der Temperaturen der verschiedenen Batteriezellen.
Das Steuergerät 106 steht auch mit einem Außentemperatursensor 110 im Fahrzeug in Verbindung. Der Außentemperatursensor ist konfiguriert, um die Temperatur der Außenumgebung zu messen. Ein Innenraumtemperatursensor 112 steht auch mit dem Steuergerät 110 in Verbindung und misst die Temperatur des Fahrgastraums des Fahrzeugs, um dem HVAC-System ein Feedback für die Klimasteuerung des Innenraums zu liefern.
Die Temperatur der Batterie 102 kann aktiv durch Verwendung des thermischen Kreislaufs 100 geregelt werden, der vom Steuergerät 110 gesteuert wird. Die Temperatur der Batterie und jeder Zelle bestimmt die Lademenge, die die Batterie akzeptieren kann, und die Lademenge, die verwendet werden kann, wenn sie in der Batterie gespeichert ist.
Der thermische Kreislauf 100 verwaltet die Batterie 102 thermisch, um die Zellentemperaturen 104 zu regeln, um die Nutzlebensdauer der Batterie 102 aufrechtzuerhalten, um eine korrekte Ladung zu erlauben und um den Leistungsmerkmalen des Fahrzeugs zu entsprechen. Der thermische Kreislauf 100 liefert ein aktives Erwärmen oder aktives Kühlen mittels einer flüssigen Wärmeübertragung für die Batterie 102. Der thermische Kreislauf 100 der Batterie kann in ein thermisches System eines Fahrzeugs integriert sein, das sowohl Klimasteuerungs-, Erwärmungs- und Kühlelemente als auch Antriebsstrang-Kühlelemente hat.
Der thermische Kreislauf 100 enthält ein Fluid, das durch den Zellen 104 in der Batterie benachbarte Kühlkanäle fließt, um die Batterie 102 unter primärer Verwendung einer Konvektionswärmeübertragung zu erwärmen oder zu kühlen. Eine Pumpe 114 steuert die Strömung des Fluids im Kreislauf 100. Ein Heizelement 116 wirkt als Wärmequelle für das Fluid, um das Fluid zu erwärmen, und im Gegenzug die Batterie 102 aktiv zu erwärmen. Das Heizelement kann ein Wärmetauscher mit einem anderen thermischen System im Fahrzeug sein, um Abwärme wiederzugewinnen, oder kann ein eigenständiges Heizgerät sein, wie ein elektrisch betriebenes Heizgerät mit einem positiven Wärmekoeffizienten (PTK).
Der thermische Kreislauf 100 der Batterie hat auch ein Kühlerelement 118, oder Wärmesenke, das das Fluid kühlt, das seinerseits die Batterie 102 aktiv kühlt. Der Kühler kann Teil eines Dampfverdichtungs- oder -absorptionskreislaufs, ein Wärmetauscher mit einem anderen Element in den thermischen Systemen des Fahrzeugs oder eine andere Wärmesenke sein, wie es in der Technik bekannt ist. Wärmetauscher im System können Parallelströmungs- oder Gegenströmungs- oder andere Wärmetauscher sein, wie sie in der Technik bekannt sind, um das Fluid im Kreislauf 100 geeignet zu erwärmen oder zu kühlen.
Der Kreislauf 100 hat eine Entgasungsflasche, um Dämpfe im Fluid im Kreislauf 100 einzuschließen und die thermische Wirksamkeit des Kreislaufs 100 zu erhöhen. Die Entgasungsflasche 120 kann eine Luftfalle, ein Separator oder eine andere Vorrichtung sein, wie es in der Technik bekannt ist. Die Entgasungsflasche 120 kann auch als eine Füllstelle wirken, um zusätzliches Fluid nach Bedarf dem Kreislauf 100 hinzuzufügen, wie zum Beispiel bei einem Wartungsereignis.
Der thermische Kreislauf 100 der Batterie kann auch durch das Batterieladegerät 122 strömen, um das Ladegerät 122 und Ladebauteile aktiv zu erwärmen oder zu kühlen. Der Klimaanlagenkreislauf 124 des HVAC-Systems für das Fahrzeug, oder das Klimasteuerungssystem für den Fahrgastraum des Fahrzeugs, ist als einen gemeinsamen Kühler mit dem Batteriekreislauf 100 aufweisend veranschaulicht. Natürlich kann der Klimaanlagenkreislauf 124 vom Batteriekreislauf 100 getrennt, stärker in den Batteriekreislauf 100 integriert sein oder andere Systemarchitekturen haben. Der Klimaanlagenkreislauf 124 hat eine Fluidschleife mit einem Kompressor 126, einem Kondensator 128, einer Drossel 130 und dem Kühler 118, um gekühltes Fluid an das HVAC-Umluftsystem 132 zu liefern, um kühle Luft an die Lüftungsöffnungen des Innenraums zu liefern. Luft strömt über den Kondensator 128 von einem Ventilator 134.
Es wird auch ein Heizsystem 136 für das HVAC-System 132 bereitgestellt. Eine Heizschleife 136 kann in die Klimaanlagenschleife 124, den thermischen Kreislauf 100 der Batterie integriert oder ein getrenntes System sein. Der Heizkreislauf 136 kann ein Fluidkreislauf oder ein auf Luft basierender Kreislauf oder ein Eingang in das HVAC-System 132 sein. In einer Ausführungsform ist der thermische Kreislauf 136 ein auf Luft basierendes System mit einem Ventilator 138 und einem PTK-Heizgerät 140, das warme Luft an das HVAC-System 132 liefert. Das Heizsystem kann eine Rückschleife haben, um die Innenraumluft wieder zu erwärmen, und kann auch einen Frischlufteinlass haben, um zusätzliche Außenluft in den Innenraum hinzuzufügen.
Ein die verschiedenen Temperaturschwellen bezüglich verschiedener Lade- und Entladephasen des Batteriebetriebs veranschaulichendes Diagramm ist in 3 veranschaulicht. Die verschiedenen Temperaturschwellen werden auf der Basis der chemischen Eigenschaften der Batterie, Regelungen oder Richtlinien und anderen Überlegungen gewählt. Obwohl manche Temperaturschwellen als den gleichen Wert aufweisen gezeigt sind, ist dies möglicherweise nicht richtig, da Veränderungen in den Batteriesystemen usw. nicht nur den Wert der Schwelle, sondern auch die Werte der Schwellen zueinander verändern können. Allgemein liegen niedrige Temperaturschwellen im Bereich von 10 Grad Celsius bis –40 Grad Celsius. Die hohen Temperaturschwellen liegen im Bereich von 30 Grad Celsius bis 60 Grad Celsius. Min_Oper_Temp 150 ist die niedrige Temperaturschwelle, bei der die Batterie arbeitet, ohne dass eine aktive Erwärmung vom thermischen Kreislauf 100 oder passive Erwärmung von der Batterie selbst geliefert wird. Max_Oper_Temp 152 ist die höchste Temperatur, bei der die Batterie arbeitet, ohne dass eine Kühlung vom thermischen Kreislauf 100 geliefert wird. Min_Oper_Temp 150 und Max_Oper_Temp 152 definieren zusammen einen Betriebstemperaturbereich für die Batterie.
Cold_Amb_Chg_T 154 ist die Batteriezieltemperatur für den Erhalt einer vollen Ladung der Batterie bei kalter Außentemperatur und für das Liefern einer normalen Betriebsleistung an das Fahrzeug. Hot_Amb_Chg_T 156 ist die Batteriezieltemperatur für den Erhalt einer vollen Ladung der Batterie bei warmer Außentemperatur und für das Liefern einer normalen Betriebsleistung an das Fahrzeug. Cold_Amb_Chg_T 154 und Hot_Amb_Chg_T 156 definieren zusammen einen Ladetemperaturbereich für die Batterie.
Reduced_T_Hot 158 ist eine warme Batterietemperatur, bei der das Antriebssystem beginnt, den Fahrzeugbetrieb aufgrund der Änderung der chemischen Eigenschaften der Batterie bei oder über dieser Temperatur mit einer reduzierten Leistung zu beliefern. Reduced_T_Cold 160 ist eine kalte Batterietemperatur, bei der das Antriebssystem beginnt, den Fahrzeugbetrieb aufgrund der Änderung der chemischen Eigenschaften der Batterie bei oder unter dieser Temperatur mit einer reduzierten Leistung zu beliefern. Wenn die Batterietemperatur sich außerhalb dieser Temperaturen befindet (d.h. wärmer als Reduced_T_Hot 158 oder kälter als Reduced_T_Cold 160), kann das Steuergerät die Leistung herabsetzen, die für den Motor zur Verfügung steht, um das Fahrzeug entweder linear oder nicht-linear anzutreiben, und mit einer reduzierten Leistungseinstellung arbeiten. Das Steuergerät kann über die Benutzerschnittstelle einen Benutzerhinweis liefern, um den Benutzer über den Zustand der begrenzt zur Verfügung stehenden Leistung zu informieren.
Limited_T_Hot 162 ist eine warme Batterietemperatur und kann eine höhere Temperatur sein als Reduced_T_Hot 158. Bei Limited_T_Hot 162 kann das Antriebssystem nicht ausreichend Leistung haben, um die oben erörterten begrenzten Leistungsschwellen einzuhalten. Limited_T_Cold 164 ist eine kalte Batterietemperatur und kann eine niedrigere Temperatur sein als Reduced_T_Cold 160. Bei Limited_T_Cold 164 kann das Antriebssystem nicht ausreichend Leistung haben, um die oben erörterten begrenzten Leistungsschwellen einzuhalten. Wenn die Batterietemperatur außerhalb Limited_T_Hot 162 und Limited_T_Cold 164 liegt, kann die Batterieleistung nicht in der Lage sein, eine ausreichende Leistung zu liefern, um sowohl das Fahrzeug anzutreiben als auch das Klimasteuerungssystem zu betreiben. Das Steuergerät kann außerdem die für den Motor verfügbare Leistung, um das Fahrzeug entweder linear oder nichtlinear anzutreiben, herabsetzen und in einer begrenzten Leistungsgrenzeneinstellung arbeiten. Das Steuergerät kann über die Benutzerschnittstelle einen Benutzerhinweis liefern, um den Benutzer über den Zustand der begrenzt zur Verfügung stehenden Leistung zu informieren.
Die Außentemperatur kann auch gemessen werden, um einen Umgebungstemperaturbereich zu liefern, wobei das Steuergerät die Batterie oder den Innenraum als Vorbereitung für den Fahrzeugbetrieb unter Bedingungen außerhalb des Umgebungsbereichs konditioniert, oder die Schwellen Cold_Amb_Chg_T 154 und Hot_Amb_Chg_T 156 verwendet, um die Batterietemperatur zu steuern, wenn unter Bedingungen außerhalb des Umgebungsbereichs geladen wird.
Die Phase I in 170 der Batterie ist, wenn das Fahrzeug mit dem Batterieladegerät und einer äußeren Stromquelle verbunden ist, um die Batterie zu laden. In einem Beispiel wurde das Fahrzeug nicht kürzlich betrieben oder zum Laden verbunden. Wenn die Batterietemperatur über und unter vorgegebenen Schwellen ist, wie Cold_Amb_Chg_T und Hot_Amb_Chg_T, wie in 3 durch die Bereiche 172 und 174 gezeigt, kann das Steuergerät das Erwärmen oder Kühlen der Batterie auf innerhalb dieser Grenzen priorisieren, ehe es einen Ladekreislauf beginnt, um die Batterie zu schützen. Der thermische Kreislauf erwärmt oder kühlt die Batterie nach Bedarf, um einen Ladekreislauf einzuleiten. Wenn das Fahrzeug nicht mit einem Ladegerät und einer Stromquelle verbunden ist, und die Batterietemperatur beginnt, sich den Bereichen 172, 174 anzunähern, kann das Steuergerät konfiguriert sein, um einen Hinweis an den Benutzer zu senden, um ihn vor einem warmen oder kalten Batteriezustand zu warnen und die Verbindung mit Ladung und das thermische Regeln der Batterie zu empfehlen. Die Phase II in 176 der Batterie ist, wenn das Fahrzeug mit dem Ladegerät und einer äußeren Stromversorgung verbunden ist und die Batterie lädt, oder die Batterietemperatur oder Innenraumtemperatur als Vorbereitung für den Betrieb des Fahrzeugs konditioniert wird. Das Steuergerät kann die Batterietemperatur auf innerhalb der Temperaturgrenzen Cold_Amb_Chg_T und Hot_Amb_Chg_T regeln, wie durch den Bereich 178 gezeigt.
Die Phase III in 180 der Batterie ist, wenn das Fahrzeug in Betrieb ist. Das Steuergerät kann die Batterietemperatur auf innerhalb der Temperaturgrenzen Min_Oper_Temp 150 und Max_Oper_Temp 152 regeln, wie durch den Bereich 182 gezeigt, wo das Fahrzeug normal arbeitet.
Wenn die Batterietemperatur unter Reduced_T_Cold oder über Reduced_T_Hot ist, wie durch die Bereiche 184 gezeigt, kann die Leistung des Fahrzeugs reduziert sein, oder das Steuergerät kann die Leistung aufgrund des thermischen Zustands der Batterie begrenzen.
Wenn die Batterietemperatur unter Limited_T_Cold oder über Limited_T_Hot ist, wie durch die Bereiche 186 gezeigt, kann die Leistung des Fahrzeugs weiter reduziert sein, oder das Steuergerät kann die Leistung aufgrund des thermischen Zustands der Batterie weiter begrenzen.
Ein Gesamtsteueralgorithmus für das thermische Management des Fahrzeugs ist in 4 gezeigt. Das Steuergerät beginnt den Algorithmus in 200. Das Steuergerät bestimmt dann in 202, ob das Fahrzeug mit einem Ladegerät und einer Stromquelle verbunden ist. Wenn die Batterie nicht mit einem Ladegerät und einer Stromquelle verbunden und das Fahrzeug in Betrieb ist, regelt das Steuergerät die Batterietemperatur in 204 unter Verwendung des thermischen Kreislaufs, um die Batterietemperatur auf innerhalb eines Betriebsbereichs der Batterietemperatur zu halten. Wenn der thermische Kreislauf die Batterietemperatur nicht innerhalb des Betriebsbereichs halten kann, muss das Steuergerät möglicherweise die Leistung des Fahrzeugs in 206 begrenzen, basierend auf der bei dieser Batterietemperatur verfügbaren begrenzten Batterieleistung.
Wenn die Batterie mit einem Ladegerät und einer Stromquelle verbunden ist, entscheidet das Steuergerät zwischen mehreren Funktionen. Das Steuergerät kann die Batterie in 208 laden, wenn der Ladezustand der Batterie niedriger als eine Schwelle ist. Das Steuergerät kann die Batterietemperatur in 210 auf innerhalb eines Ladetemperaturbereichs regeln. Das Steuergerät kann die Batterie in 212 durch Erwärmen oder Kühlen der Batterie auf eine vorgegebene Temperatur als Vorbereitung des Betriebs des Fahrzeugs in einer heißen oder kalten Temperaturumgebung konditionieren.
Das Regeln der Batterietemperatur in 210, während das Fahrzeug mit einem Ladegerät und einer Stromquelle verbunden ist, kann dazu dienen, die Batterie zu schützen und die Lebensdauer der Batterie zu wahren, es der Batterie zu erlauben, eine volle verfügbare Ladung auf einen maximalen Ladezustand zu akzeptieren, und eine hohe Stufe der Fahrzeugleistung zu liefern, wenn das Fahrzeug betrieben wird, nachdem es vom Ladegerät und der Stromquelle getrennt wurde.
Die Batterie kann in 212 auf eine warme Temperaturschwelle konditioniert werden, wenn es eine kalte Außentemperatur gibt (oder in gleicher Weise auf eine kalte Temperaturschwelle, wenn es eine warme Außentemperatur gibt), um die Leistung und die Reichweite des Fahrzeugs zu erhöhen. Wenn zum Beispiel die Batterie auf eine warme Temperatur nahe der oberen Grenze ihres Betriebsbereichs konditioniert ist, dauert es länger, bis die Batterie unter die untere Betriebstemperaturgrenze abkühlt, wenn das Fahrzeug an einem Zielort für den Benutzer in einer kalten Außentemperaturumgebung geparkt wird.
Das Steuergerät kann auch den Innenraum in 214 konditionieren, indem der Innenraum in Vorbereitung des Betriebs des Fahrzeugs auf eine vorgegebene Temperatur erwärmt oder gekühlt wird. Die Konditionierung des Innenraums kann die Reichweite des Fahrzeugs erhöhen und verbesserte Komfortstufen für den Benutzer liefern. Das Konditionieren der Batterie und des Innenraums 212, 214 unter Verwendung von vom Ladegerät gelieferter äußerer Leistung zweigt Batterieleistung ab, die zum Erwärmen oder Kühlen der Batterie oder des Innenraums erforderlich wäre, wenn das Fahrzeug in Betrieb ist, und die verfügbare Energie ist auf die in der Batterie enthaltene begrenzt. Das Steuergerät entscheidet über die verschiedenen Funktionen basierend auf verfügbarer Eingangsladung, dem Zustand der Batterie, einer Außentemperatur, einer bekannten Abfahrtzeit und Benutzereingaben und anderen Faktoren. Die 5a und 5b veranschaulichen eine Ausführungsform des Gesamtalgorithmus, wie unter Bezug auf 4 beschrieben. Natürlich werden andere Kombinationen und Prioritäten zur Verwendung durch das Steuergerät in Betracht gezogen, und die Ausführungsform in 5 schränkt die Offenbarung nicht ein.
Das Steuergerät beginnt den Algorithmus in 250. Die Temperatur der Batterie wird unter Verwendung von Temperatursensoren in den verschiedenen Batteriezellen in 252 gemessen, oder alternativ kann die Temperatur der Batterie geschätzt werden. Das Steuergerät kann in diesem Schritt auch die Außentemperatur messen. Das Steuergerät kann die Temperaturmesswerte aller Zellen mitteln, um eine durchschnittliche Batterietemperatur zu erhalten. Alternativ kann das Steuergerät die am meisten einschränkende Zellentemperatur verwenden, wenn die Außentemperatur, wie sie vom Steuergerät gemessen wird, sich außerhalb eines Umgebungstemperaturbereichs befindet. Wenn es zum Beispiel ein kalter Tag und die Außentemperatur unter dem Umgebungsbereich ist, kann das Steuergerät die Temperatur der kältesten Zelle in der Batterie als die Gesamtbatterietemperatur verwenden. Umgekehrt, an einem warmen Tag, und wenn die Außentemperatur über dem Umgebungsbereich ist, kann das Steuergerät die Temperatur der wärmsten Zelle in der Batterie als die Gesamtbatterietemperatur verwenden.
Das Steuergerät bestimmt dann, ob die Batterie und das Fahrzeug mit einer äußeren Stromquelle verbunden sind, und kann in 254 laden. Während dieses Schritts kann das Steuergerät auch die Art von Eingangsspannung bestimmen, mit der das Ladegerät verbunden ist, wie zum Beispiel 110 V, 220 V, Phase, usw.
Wenn die Batterie nicht mit Ladung verbunden und das Fahrzeug in Betrieb ist, bestimmt das Steuergerät in 256, ob die Batterietemperatur über ihrer maximalen Betriebstemperatur, Max_Oper_Temp ist. Wenn sie es ist, befiehlt das Steuergerät in 258 dem thermischen Kreislauf der Batterie, die Batterie zu kühlen, um die Temperatur zu senken.
Wenn die Batterietemperatur nicht über ihrer maximalen Betriebstemperatur, Max_Oper_Temp, in 256 ist, geht das Steuergerät weiter zum Schritt 260. In 260 bestimmt das Steuergerät, ob die Batterietemperatur unter Min_Oper_Temp ist. Wenn sie es ist, kann das Steuergerät in 262 dem thermischen Kreislauf der Batterie befehlen, die Batterie zu erwärmen, um die Temperatur zu erhöhen. Alternativ kann das Steuergerät eine passive Erwärmung der Batterie erlauben, wenn die chemischen Eigenschaften und der Ladeprozess eine Wärme erzeugen, die die Batterietemperatur erhöht, ohne Verwendung der aktiven Erwärmung von einem thermischen Kreislauf. Das Steuergerät prüft auch in 264 die Batterietemperatur im Vergleich mit den Grenzen Reduced_T_Hot und Reduced_T_Cold und den Grenzen Limited_T_Hot und Limited_T_Cold. Wenn die Batterietemperatur außerhalb dieser Grenzen liegt, kann das Steuergerät die Leistung des Fahrzeugs, des Klimasteuerungssystem, oder beide in 266 begrenzen, da die Batterieleistungsausgabe auch reduziert oder begrenzt ist. Wenn die Batterie mit dem Ladegerät und der Stromquelle in 254 verbunden ist, bestimmt das Steuergerät, ob eine Ladezeit in 268 festsetzt wurde. Eine Ladezeit kann von einem die Benutzerschnittstelle verwendenden Benutzer festgesetzt worden sein, basierend auf einem Algorithmus für niedrige Kosten pro Kilowatt-Stunde ausgewählt worden sein, oder sonst in das Steuergerät eingegeben oder von diesem festgesetzt worden sein. Wenn keine Ladezeit festgelegt wurde, geht das Steuergerät weiter zu 276.
Wenn eine Ladezeit in 268 festsetzt wurde, bestimmt das Steuergerät in 270, ob das Fahrzeug in einem Wegfahrzustand ist. Ein Wegfahrzustand ist, wenn der Batterieladezustand höher als eine Mindestladezustandsstufe für eine mit einer äußeren Leistung verbundene Batterie ist. Der Wegfahrzustand kann auch enthalten, dass die Temperatur der Batterie innerhalb eines Ladetemperaturbereichs liegt, wie zwischen Cold_Amb_Chg_T und Hot_Amb_Chg_T. Wenn die Batterie nicht in einem Wegfahrzustand ist, versetzt das Steuergerät sie in einen Wegfahrzustand in 272 durch Laden der Batterie auf über die erforderliche Ladezustandsstufe und/oder Erwärmen oder Kühlen der Batterie derart, dass die Batterietemperatur innerhalb des gewünschten Temperaturbereichs liegt. Das Steuergerät bestimmt dann in 274, ob es Zeit ist, zu laden, oder dass die festgesetzte Zeit zum Laden auftritt. Wenn es keine Zeit zum Laden ist, kehrt das Steuergerät zu 250 zurück. Wenn es basierend auf der Festsetzung Zeit zum Laden ist, geht das Steuergerät weiter zu 276. Nun unter Bezug auf 5b und Schritt 276 beginnt das Steuergerät einen Ladezyklus, da die Batterie mit dem Ladegerät und Stromquelle verbunden ist. Das Steuergerät bestimmt in 278, ob die Batterietemperatur niedriger als eine Mindestladetemperatur ist, wie Cold_Amb_Chg_T. Wenn die Batterietemperatur niedriger als die Mindestladetemperatur ist, priorisiert das Steuergerät das Laden und Erwärmen der Batterie anders, basierend auf dem Ladespannungseingang vom Ladegerät.
Bei einer ersten Spannung, wie 110 V oder Stufe 1, verwendet das Ladegerät die verfügbare Ladeenergie, um die Batterie in 280 zu laden. Jede verbleibende Energie, die nicht verwendet wird, um die Batterie zu laden, wird verwendet, um die Batterietemperatur zu regeln, durch Erwärmen der Batterie unter Verwendung des thermischen Kreislaufs in 280.
Bei einer zweiten Spannung, wie 220 V oder Stufe 2, verwendet das Ladegerät die verfügbare Ladeenergie, um die Batterietemperatur durch Erwärmen der Batterie auf die Mindestladetemperatur unter Verwendung des thermischen Kreislaufs in 282 zu regeln. Jede verbleibende Energie, die nicht zum Erwärmen der Batterie verwendet wird, wird zum Laden der Batterie in 282 verwendet. Wenn die Batterie die Mindestladetemperatur erreicht, wird die Energie vom Ladegerät hauptsächlich verwendet, um die Batterie zu laden.
Da eine begrenzte Menge Energie mit dem ersten Spannungseingang in 280 zur Verfügung steht, wird die Priorität auf das Laden der Batterie gesetzt. Bei einem höheren Spannungseingang in 282 kann die Priorität auf die Verwendung von Energie zum Erwärmen der Batterie verschoben werden, und es gibt genügend verbleibende Energie, um auch die Batterie zu laden.
Wenn die Batterietemperatur nicht niedriger als die Mindestladetemperatur ist, geht das Steuergerät weiter zu Schritt 284, wo es bestimmt, ob die Batterietemperatur höher ist als eine maximale Ladetemperatur, wie Hot_Amb_Chg_T. Wenn die Batterietemperatur höher als die maximale Ladetemperatur ist, priorisiert das Steuergerät das Laden und Erwärmen der Batterie anders, basierend auf dem Ladespannungseingang vom Ladegerät.
Bei einer Spannung, wie 110 V oder Stufe 1, verwendet das Ladegerät die verfügbare Ladeenergie, um die Batterie in 286 zu laden. Jede verbleibende Energie, die nicht zum Laden der Batterie verwendet wird, wird verwendet, um die Batterietemperatur durch Kühlen der Batterie unter Verwendung des thermischen Kreislaufs in 286 zu regeln. Bei einer zweiten Spannung, wie 220 V oder Stufe 2, verwendet das Ladegerät die verfügbare Ladeenergie, um die Batterietemperatur durch Kühlen der Batterie auf die maximale Ladetemperatur unter Verwendung des thermischen Kreislaufs in 288 zu regeln. Jede verbleibende Energie, die nicht verwendet wird, um die Batterie zu kühlen, wird verwendet, um die Batterie in 288 zu laden. Wenn die Batterie die maximale Ladetemperatur erreicht, wird die Energie vom Laden hauptsächlich verwendet, um die Batterie zu laden.
Da eine begrenzte Energiemenge mit dem ersten Spannungseingang in 286 zur Verfügung steht, wird die Priorität auf das Laden der Batterie gesetzt. Bei einem höheren Spannungseingang in 288 kann die Priorität auf die Verwendung von Energie zum Kühlen der Batterie verschoben werden, und es verbleibt genügend Energie, um auch die Batterie zu laden.
Wenn das Steuergerät bestimmt, dass die Batterietemperatur nicht niedriger als eine Mindestladetemperatur oder höher als eine maximale Ladetemperatur ist, liegt die Temperatur innerhalb des Ladetemperaturbereichs, und das Steuergerät geht weiter zu 290. In 290 bestimmt das Steuergerät, ob der Ladezustand der Batterie höher ist als eine Schwelle, wie zum Beispiel eine maximale Batterieladestufe, oder ein vorbestimmter Prozentsatz davon. Das Steuergerät bestimmt auch in 290, ob das Fahrzeug für einen Betrieb innerhalb eines vorbestimmten Zeitraums vorgesehen ist, wie eine vorgesehene Fahrt oder die Wahrscheinlichkeit des Fahrens, die aus einer Mustererkennung innerhalb der nächsten Stunde, nächsten halben Stunde, usw. bestimmt wird.
Wenn der Ladezustand niedriger als eine Ladeschwelle oder die Zeit zum Fahren länger als eine Zeitraumschwelle ist, geht das Steuergerät weiter zu 292, wo das Steuergerät dem Ladegerät befiehlt, die Batterie zu laden, wenn der Ladezustand niedriger als die Ladeschwelle ist. Das Steuergerät kehrt dann zu 276 zurück.
Wenn der Ladezustand höher ist als eine Ladeschwelle, oder die Zeit zum Fahren kürzer als eine Zeitraumschwelle ist, geht das Steuergerät weiter zu 294. In 294 bestimmt das Steuergerät, ob eine Vor-Fahrt-Konditionierung oder Vorkonditionierung angefordert oder vorgesehen war. Die Konditionierung kann von einem Benutzer unter Verwendung einer Benutzerschnittstelle angefordert oder eingegeben werden, wo der Benutzer den Wunsch eingibt, die Batterie vorzukonditionieren, oder eine gewünschte Innenraumtemperatur einstellt. Die Konditionierung vor der Fahrt kann auch aus der Mustererkennung bestimmt werden, einschließlich Gewohnheiten des Fahrers und Umgebungstemperaturen. Wenn keine Konditionierung angefordert wurde, kehrt das Steuergerät zu 276 zurück.
Wenn eine Konditionierung in 294 angefordert wurde, geht das Steuergerät weiter zu 296. Wenn es Zeit ist, die Konditionierung zu beginnen, geht das Steuergerät weiter zu 298. Der Zeitpunkt, um die Konditionierung zu beginnen, kann mit der vorgesehenen Fahrzeit verbunden sein, und kann auch Faktoren wie die Außentemperatur und die Zeit enthalten, die notwendig ist, um die Batterie auf die gewünschte Temperatur zu konditionieren, oder für das HVAC-System, um den Innenraum von seiner derzeitigen Temperatur auf die gewünschte Temperatur zu konditionieren.
Wenn es nicht Zeit ist, die Konditionierung zu beginnen, geht das Steuergerät weiter zu 300. In 300 wird die Batterie geladen, falls der Ladezustand niedriger als die Ladeschwelle ist, und dann kehrt das Steuergerät zu 276 zurück.
In 298 verwendet das Steuergerät die Bestimmung des Ladespannungseingangs, und wenn die Ladespannung ausreicht, wie Stufe 2 oder 220 V, geht das Steuergerät zu 302, um zu bestimmen, ob die Batterie konditioniert ist.
Wenn die Batterie nicht konditioniert ist, geht das Steuergerät zu 304 und befiehlt dem thermischen Kreislauf, die Batterie unter Verwendung von Energie vom Ladegerät auf eine vorgegebene Temperatur zu konditionieren. Wenn die Außentemperatur außerhalb eines Umgebungstemperaturbereichs liegt, gibt es eine große Wahrscheinlichkeit, dass die Batterie erwärmt oder gekühlt werden muss, basierend auf der zusätzlichen thermischen Wirkung auf die Batterietemperatur von der Umgebung. Wenn die Batterie nicht vorkonditioniert ist, wird Energie von der Batterie verwendet, um die Batterie zu kühlen oder zu erwärmen, wenn das Fahrzeug in Betrieb ist. Durch Vorkonditionierung der Batterie kam die zum Erwärmen oder Kühlen der Batterie für den Start der Fahrt verwendete Energie vom Ladegerät und der äußeren Stromquelle, und weniger Energie ist dann von der Batterie erforderlich, um die Batterietemperatur thermisch zu regeln, während das Fahrzeug fährt.
Zum Beispiel befiehlt an einem warmen Tag, wenn die Außentemperatur höher ist als das obere Ende des Umgebungstemperaturbereichs, das Steuergerät dem thermischen Kreislauf, die Batterie auf eine vorbestimmte Temperatur zu kühlen, die ungefähr gleich oder nahe der unteren Temperaturbetriebsgrenze der Batterie ist. An einem kühlen Tag, wenn die Außentemperatur niedriger ist als das untere Ende des Umgebungstemperaturbereichs, befiehlt das Steuergerät dem thermischen Kreislauf, die Batterie auf eine vorbestimmte Temperatur zu erwärmen, die ungefähr auf der oder nahe der oberen Temperaturbetriebsgrenze der Batterie liegt. Dieser Prozess konditioniert die Batterie. In manchen Ausführungsformen kann die Batterie außerhalb ihres normalen Betriebstemperaturbereichs in Erwartung der thermischen Wirkung der Umgebung auf die Batterie, sobald der Betrieb des Fahrzeugs beginnt, leicht erwärmt oder gekühlt werden.
Wenn die Batterie in 302 konditioniert ist, geht das Steuergerät weiter zu 306 und bestimmt, ob der Innenraum konditioniert ist. Wenn der Innenraum nicht konditioniert ist, befiehlt das Steuergerät dem HVAC-System, den Innenraum auf die gewünschte Innenraumtemperatur unter Verwendung von Energie vom Ladegerät in 308 zu erwärmen oder zu klimatisieren.
Wenn der Innenraum konditioniert oder auf oder nahe seiner gewünschten Temperatur ist, wird die Batterie geladen, wenn der Ladezustand niedriger als die Schwelle in 308 ist, und kehrt dann zu 276 zurück.
Obwohl die Vorkonditionierungsschritte des Innenraums als vor den Kondititonierungsschritten der Batterie liegend gezeigt sind, wird in Betracht gezogen, dass deren Reihenfolge umgelehrt werden kann, oder dass sie parallel zueinander ablaufen.
Das Regeln der Batterietemperatur ermöglicht sowohl das Speichern einer größeren Energiemenge in der Batterie beim Laden als auch mehr verfügbare Energie von der Batterie im Betrieb aufgrund der chemischen Eigenschaften der Batterie. Das Konditionieren der Batterie auf eine vorgegebene Temperatur, während das Fahrzeug lädt, bewirkt eine höhere Energieeffizienz später für das Fahrzeug, da möglicherweise weniger Batterieenergie benötigt wird, um die Batterie thermisch zu verwalten, und mehr auf den Antrieb gerichtet werden kann, wodurch die Reichweite des Fahrzeugs erweitert wird. Das Konditionieren des Innenraums auf eine vorgegebene Temperatur, während das Fahrzeug lädt, bewirkt eine höhere Energieeffizienz später für das Fahrzeug, da möglicherweise weniger Batterieenergie benötigt wird, um den Innenraum zu erwärmen oder zu kühlen, und mehr auf den Antrieb des Fahrzeugs gerichtet werden kann, was auch die Reichweite des Fahrzeugs erhöht.
Während oben beispielhafte Ausführungsformen beschrieben wurden, ist nicht vorgesehen, dass diese Ausführungsformen alle möglichen Formen der Erfindung beschreiben. Die in der Beschreibung verwendeten Wörter sind eher beschreibende als einschränkende Wörter, und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen durchgeführt werden können, ohne sich vom Rahmen der Erfindung zu entfernen. Zusätzlich können die Einrichtungen verschiedener Ausführungsformen kombiniert, sequenziert oder priorisiert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu formen, die nicht explizit beschrieben oder veranschaulicht sind. Während eine oder mehrere Ausführungsformen als Vorteile liefernd oder als gegenüber anderer Ausführungsformen oder dem Stand der Technik bezüglich einer oder mehrerer gewünschter Eigenschaften bevorzugt beschrieben wurden, erkennt der Durchschnittsfachmann, dass eine oder mehrere Einrichtungen oder Eigenschaften vereint werden können, um gewünschte Systemmerkmale zu erhalten, die von der speziellen Anwendung oder Ausführung abhängen können. Diese Merkmale können enthalten, sind aber nicht beschränkt auf: Kosten, Stärke, Lebensdauer, Lebenszykluskosten, Vermarktbarkeit, Aussehen, Verpackung, Größe, Bedienbarkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, Bequemlichkeit des Zusammenbaus, usw. Als solche liegen Ausführungsformen, die als weniger wünschenswert beschrieben werden als andere Ausführungsformen bezüglich einer oder mehrerer Eigenschaften, nicht außerhalb des Rahmens des beanspruchten Gegenstands.
Bezugszeichenliste
Fig. 5b

290: ist Ladezustand > Schwelle? oder Zeit < Schwelle
292: Laden Batt
280: 1: Laden, dann Erwärmen Batt m/Rest
286: 1: Laden, dann Kühlen Batt m/Rest
282: 2: Erwärmen auf dann Laden m/Rest
288: 2: Kühlen auf dann Laden m/Rest
294: Vorkonditionierung gefordert?
296: Zeit zum Konditionieren?
300: Laden Batt von Ladezustand Schwelle
298: Stufe 2 Laden
304: Kühlen auf Erwärmen/Heizen auf
302: Batterie konditioniert?
306: Innenraum konditioniert?
310: Erwärmen/Kühlen Innenraum
308: Batt Laden wenn Ladezustand Schwelle

Claims

Verfahren für das thermische Management eines Elektrofahrzeugs, das mit einem Ladegerät und einer Stromquelle verbunden ist, das aufweist: Regeln einer Temperatur einer Traktionsbatterie auf innerhalb eines Ladebereichs; Vorkonditionieren der Traktionsbatterie auf eine Traktionsbatterie-Antriebstemperatur, wenn die Außentemperatur außerhalb eines Umgebungstemperaturbereichs liegt; und Vorkonditionieren eines Innenraums auf eine Innenraumtemperatur zu einem vorbestimmten Zeitpunkt vor dem Betrieb des Fahrzeugs.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Vorkonditionieren der Traktionsbatterie innerhalb eines vorbestimmten Zeitraums erfolgt, ehe das Fahrzeug in Betrieb ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der vorbestimmte Zeitraum von einem Betriebszeitraum des Fahrzeugs berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Vorkonditionieren des Innenraums erfolgt, wenn die Außentemperatur außerhalb des Umgebungstemperaturbereichs liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, das weiter das Laden der Traktionsbatterie aufweist, wenn ein Ladezustand niedriger als eine Schwelle ist.
Verfahren nach Anspruch, 5 wobei das Laden nach dem Regeln der Traktionsbatterietemperatur auf innerhalb eines Ladebereichs beginnt, wenn die Temperatur der Traktionsbatterie bei der Einleitung eines Ladekreislaufs außerhalb des Umgebungsbereichs liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, das weiter die Erfassung eines Ladespannungseingangs aufweist.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Laden der Traktionsbatterie gegenüber dem Regeln der Temperatur an einem ersten Ladespannungseingang priorisiert ist.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Regeln der Temperatur gegenüber dem Laden der Traktionsbatterie an einem zweiten Ladespannungseingang priorisiert ist.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei der erste Ladespannungseingang niedriger als der zweite Ladespannungseingang ist.