DE102013008194A1

DE102013008194A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Regelung der Temperatur einer Batterie sowie Fahrzeug mit Batterie

Info

Publication number: DE102013008194A1
Application number: DE201310008194
Authority: DE
Inventors: Heiko Haußmann
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2013-05-14
Filing date: 2013-05-14
Publication date: 2014-11-20
Anticipated expiration: 2033-05-15
Also published as: DE102013008194B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung (10) zur Regelung der Temperatur einer Batterie (21) eines Fahrzeuges (20) sowie ein Fahrzeug (20) mit einer Batterie (21) und wenigstens einem Wärmeerzeuger (23). Um zu verhindern, dass vom Wärmeerzeuger (23) abgegebene Wärme die Batterietemperatur zu stark erhöht, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Wärmeabgabe des Wärmeerzeugers (23) verringert wird, wenn die Batterietemperatur oberhalb eines Grenzwertes liegt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln der Temperatur einer Batterie eines Fahrzeuges, bei dem die Batterietemperatur bestimmt und mit einem Grenzwert verglichen wird. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Regelung der Temperatur einer Batterie eines Fahrzeuges, mit einem Temperatursensor zur Bestimmung der Batterietemperatur, einer Vergleichseinrichtung, die Messsignal übertragend mit dem Temperatursensor verbunden ist und die im Betrieb die Batterietemperatur mit einem Grenzwert vergleicht, und mit einer Steuereinrichtung, die Signal übertragend mit der Vergleichseinrichtung verbunden ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einer Batterie und wenigstens einem Wärmeerzeuger, der Wärme übertragend mit der Batterie verbunden ist.
Verfahren und Vorrichtungen zur Regelung der Temperatur einer Fahrzeugbatterie sowie Fahrzeuge mit einer Batterie und wenigstens einem Wärmeerzeuger sind allgemein bekannt. Beispielsweise werden Batterien in Kraftfahrzeugen und insbesondere in Automobilen als Spannungsquelle verwendet. Steigt die Temperatur der Batterie zu stark an, so kann die Funktion und sogar die Betriebssicherheit sowie die Lebensdauer der Batterie hierdurch jedoch beeinträchtigt werden.
Die Temperatur der Batterie kann nicht nur durch deren Betrieb, sondern auch durch von einem Wärmeerzeuger des Kraftfahrzeuges erzeugte und an die Batterie abgegebene Wärme beeinflusst werden. Die Batterie vor der durch den Krafterzeuger abgegebenen Wärme schützende Wärmeisolierungen benötigen jedoch Bauraum, verursachen Kosten und können den Wärmeeintrag in die Batterie nur begrenzt verhindern.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung der Temperatur einer Batterie eines Fahrzeuges sowie ein Fahrzeug mit einer Batterie und wenigstens einem Wärmeerzeuger der eingangs genannten Art bereitzustellen, wobei die Batterie sicher betrieben und mit geringem Aufwand im Fahrzeug installiert sein kann.
Für das eingangs genannte Verfahren wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass eine Wärmeabgabe eines Wärmeerzeugers an die Batterie verringert wird, wenn die Batterietemperatur oberhalb des Grenzwertes liegt, wobei der Grenzwert vorzugsweise unterhalb einer maximal zulässigen Betriebstemperatur der Batterie liegt. Für die eingangs genannte Vorrichtung wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Steuerungseinrichtung zumindest einen Signalausgang aufweist, an dem im Betrieb der Vorrichtung ein vom Vergleich der Batterietemperatur mit dem Grenzwert abhängendes Steuersignal für einen Wärme übertragend mit der Batterie verbundenen Wärmerzeuger anliegt. Für das eingangs genannte Fahrzeug wird die Erfindung durch die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Regelung der Temperatur der Batterie gelöst, wobei der mindestens eine Signalausgang Steuersignal übertragend mit dem Wärmeerzeuger verbunden ist.
Durch diese einfachen Maßnahmen ist eine zu starke Erwärmung der Batterie durch den Wärmeerzeuger sicher verhindert, ohne dass hierfür eine Wärmeisolierung notwendig ist.
Die erfindungsgemäße Lösung kann durch verschiedene, jeweils für sich vorteilhafte, beliebig miteinander kombinierbare Ausgestaltungen weiter verbessert werden. Auf diese Ausgestaltungsformen und die mit ihnen verbundenen Vorteile ist im Folgenden eingegangen.
So kann der Wärmeerzeuger zum Verringern der Wärmeabgabe an die Batterie gesteuert werden, weniger Wärme zu erzeugen, wenn die Batterie oberhalb des Grenzwertes liegt. Hierdurch wird sicher verhindert, dass die Batterietemperatur unzulässige Werte annimmt und der Betrieb des Wärmeerzeugers wird nicht unangemessen beeinträchtigt.
Um sicherzustellen, dass die Batterietemperatur keine unzulässigen Werte annimmt, wird der Wärmeerzeuger zum Verringern der Wärmeabgabe an die Batterie vorzugsweise abgeschaltet, wenn die Batterietemperatur oberhalb des Grenzwertes liegt. Hierdurch ist eine Erhöhung der Batterietemperatur sicher verhindert, wenn der Wärmeerzeuger im abgeschalteten Zustand keine Wärme erzeugt.
Beispielsweise kann der Wärmeerzeuger eine Regenerationseinrichtung für einen Partikelfilter zur Filterung eines Abgasstroms eines Kraftfahrzeuges aufweisen, wobei der Regenerationszyklus der Regenerationseinrichtung zum Verringern der Wärmeabgabe an die Batterie zumindest verzögert gestartet oder unterbrochen werden kann, wenn die Batterietemperatur oberhalb des Grenzwertes liegt. Die Funktion des Partikelfilters wird durch die Verzögerung oder Unterbrechung des frühzeitig vorgesehenen Regenerationszyklus nicht wesentlich beeinträchtigt, wobei die Betriebssicherheit der Batterie durch die genannten Maßnahmen sichergestellt ist.
Zusätzlich oder alternativ zur Regenrationseinrichtung kann das Fahrzeug einen weiteren Wärmeerzeuger und beispielsweise eine Verbrennungskraftmaschine aufweisen. Die Verbrennungskraftmaschine ist beispielsweise ein mit Benzin oder Diesel betriebener Verbrennungsmotor oder auch eine Gasturbine. Um die Wärmeabgabe eines solchen Wärmeerzeugers an die Batterie zu verringern, ohne den Betrieb des Fahrzeuges zu stark zu beeinträchtigen, können Betriebsparameter der Verbrennungskraftmaschine geändert werden, wenn die Batterietemperatur oberhalb des Grenzwertes liegt.
Als Betriebsparameter kann beispielsweise die Zusammensetzung eines der Verbrennungskraftmaschine bei deren Betrieb zugeführten Kraftstoffgemisches geändert werden. Zum Beispiel kann das Mischungsverhältnis von Luft und Kraftstoff zugunsten eines höheren Kraftstoffanteils geändert werden. Zwar kann dies den Kraftstoffverbrauch der Verbrennungskraftmaschine erhöhen. Da die Betriebsparameter jedoch nur dann zu einem erhöhten Verbrauch führen, wenn die Batterietemperatur oberhalb des Grenzwertes liegt, überwiegt der Vorteil der höheren Betriebssicherheit oder der höheren Lebensdauer der Batterie.
Der Wärmeerzeuger kann also einen die Regenerationseinrichtung aufweisenden Partikelfilter oder eine Motorsteuerung eines Antriebssystems des Fahrzeuges aufweisen, wobei die Regenerationseinrichtung und/oder die Motorsteuerung Signal empfangend mit dem wenigstens einen Signalausgang verbunden sind.
Insbesondere kann die Batterie eine Antriebsenergie für das Kraftfahrzeug bereitstellende Traktionsbatterie sein. Das Fahrzeug ist also vorzugsweise ein zumindest teilweise oder sogar vollständig elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug.
Im Folgenden ist die Erfindung beispielhaft anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die Zeichnungen erläutert. Die unterschiedlichen Merkmale der Ausführungsformen können dabei unabhängig voneinander kombiniert werden, wie es bei den einzelnen vorteilhaften Ausgestaltungen bereits dargelegt wurde. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens als ein Flussdiagramm;
2 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
3 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Fahrzeuges.
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens 1 zum Regeln der Temperatur einer Batterie eines Fahrzeuges schematisch als ein Flussdiagramm.
In einem ersten Verfahrensschritt 2 startet das Verfahren 1. Beispielsweise kann zum Start des Verfahrens 1 das Fahrzeug in Betrieb genommen werden. Alternativ kann das Verfahren 1 zu Beginn eines Ladevorgangs der Batterie oder bei Erreichen eines vorbestimmten Ladezustands gestartet werden. Auch andere Ereignisse können den Start 2 des Verfahrens 1 auslösen. Ferner kann das Verfahren 1 periodisch oder zu vorgegebenen Zeitpunkten gestartet werden.
In einem auf den Verfahrensschritt 2 folgenden Verfahrensschritt 3 kann die Batterietemperatur bestimmt werden. Beispielsweise kann die Batterietemperatur anhand von Betriebsparametern der Batterie, etwa anhand von Modellrechnungen, ermittelt werden. Vorzugsweise wird die Batterietemperatur in Verfahrensschritt 3 jedoch direkt an der Batterie oder indirekt gemessen. Die Batterietemperatur kann auch kontinuierlich überwacht werden.
Auf den Verfahrensschritt 3 kann ein weiterer Verfahrensschritt 4 folgen, in dem die bestimmte Batterietemperatur mit einem Grenzwert verglichen wird. Liegt die Batterietemperatur unterhalb des Grenzwertes, so kann das Verfahren 1 beendet oder die Überwachung der Batterietemperatur durch Rückkehr zum Verfahrensschritt 3 weiter durchgeführt werden.
Liegt die Batterietemperatur oberhalb des Grenzwertes, so kann sich an den Verfahrensschritt 4 ein weiterer Verfahrensschritt 5 anschließen, in dem die Wärmeabgabe eines mit der Batterie Wärme übertragend verbundenen Wärmeerzeugers an die Batterie verringert wird.
Beispielsweise kann der Wärmeerzeuger gesteuert werden, weniger Wärme zu erzeugen. Alternativ kann der Wärmeerzeuger abgeschaltet werden, so dass er keine Wärme mehr erzeugt. Ferner kann der Betrieb des Wärmeerzeugers so gesteuert werden, dass zum Verringern der Wärmeübertragung an die Batterie der Betrieb des Wärmeerzeugers verzögert, unterbrochen oder mit anderen Betriebsparametern durchgeführt wird. Beispielsweise kann die Regeneration eines Partikelfilters verzögert gestartet oder unterbrochen werden oder Betriebsparameter, etwa eine Zusammensetzung eines Kraftstoffgemisches, einer Verbrennungskraftmaschine des Fahrzeuges können geändert werden.
2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 zur Regelung der Temperatur einer Batterie eines Fahrzeuges. Die Vorrichtung 10 ist stark schematisiert dargestellt und kann insbesondere dazu in der Lage sein, das Verfahren 1 durchzuführen.
Im Ausführungsbeispiel der 2 ist die Vorrichtung 10 mit einem Temperatursensor 11 zur Bestimmung der Batterietemperatur dargestellt. Der Temperatursensor 11 ist beispielsweise an oder in der Batterie anbringbar ausgebildet und beispielsweise auf die Batterie oder eine Batteriezelle der Batterie aufklebbar oder anders an der Batterie oder der Batteriezelle befestigbar. Alternativ oder zusätzlich zum Temperatursensor 11 kann die Vorrichtung andere Einrichtungen zum Bestimmen der Batterietemperatur aufweisen und beispielsweise Messeinrichtungen für die Batteriespannung oder den von der Batterie abgegebenen oder aufgenommenen elektrischen Strom sowie andere Einrichtung zum Bestimmen des Zustands der Batterie aufweisen, wobei die Vorrichtung 10 anhand der gemessenen Parameter Strom oder Spannung und/oder des bestimmten Zustands die Batterietemperatur ableiten kann.
Die Vorrichtung 10 des Ausführungsbeispiels der 2 weist ferner eine Vergleichseinrichtung 12 auf. Die Vergleichseinrichtung 12 ist über eine Signalleitung 13 Messsignal übertragend mit dem Temperatursensor 11 verbunden. Über die Signalleitung 13 wird im Betrieb der Vorrichtung 10 ein die Batterietemperatur repräsentierendes Messsignal an die Vergleichsreinrichtung 12 geleitet. Die Vergleichseinrichtung 12 ist ausgebildet, die Batterietemperatur mit einem Grenzwert zu vergleichen und ein das Resultat des Vergleichs repräsentierendes Vergleichssignal auszugeben. Das Vergleichssignal wird beispielsweise über eine Signalleitung 14 an eine Steuerungseinrichtung 15 der Vorrichtung 10 ausgegeben. Die Steuerungseinrichtung 15 weist vorzugsweise einen Signalausgang 16 auf, an dem ein vom Vergleichssignal abhängendes Steuersignal anliegt.
3 zeigt stark schematisiert ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Fahrzeugs 20, das die Vorrichtung 10 aufweist. Für Elemente, die in Funktion und/oder Aufbau den Elementen des vorherigen Ausführungsbeispiels entsprechen, sind im Folgenden dieselben Bezugszeichen verwendet. Der Kürze halber ist lediglich auf die Unterschiede zum vorherigen Ausführungsbeispiel eingegangen.
Das Fahrzeug 20 weist eine Batterie 21 auf, die beispielsweise eine Antriebsenergie für das Fahrzeug bereitstellende Traktionsbatterie ist. Die Batterie 21 ist durch eine wärmeleitfähige Verbindung 22 und vorzugsweise durch direkten mechanischen Kontakt wärmeleitfähig mit dem Temperatursensor 11 verbunden.
Des Weiteren weist das Fahrzeug 20 einen Wärmeerzeuger 23 auf, der beispielsweise im Betrieb des Fahrzeuges 20 Wärme erzeugt und die erzeugte Wärme unter anderem über eine weitere wärmeleitfähige Verbindung 24 oder auch durch Konvektion oder Wärmestrahlung an die Batterie 21 abgibt. Der Wärmeerzeuger 23 weist beispielsweise eine Verbrennungskraftmaschine oder eine Regenerationseinrichtung für einen Partikelfilter des Fahrzeuges 20 auf.
Um die Wärmeabgabe des Wärmeerzeugers 23 verringern zu können, wenn die Betriebstemperatur der Batterie 21 oberhalb des Grenzwertes liegt, ist der Signalausgang 16 der Steuerungseinrichtung 15 der Vorrichtung 10 vorzugsweise über eine Signalleitung 25 Steuersignal übertragend mit dem Wärmeerzeuger 23 verbunden. Alternativ kann die Signalleitung 25 von der Steuerungseinrichtung 15 zu einer Steuerungseinrichtung des Fahrzeuges 20, beispielsweise zu einer Motorsteuerung, führen und das Steuerungssignal an die Motorsteuerung übertragen.
Bezugszeichenliste

1: Verfahren
2: Start
3: Batterietemperatur bestimmen
4: Temperatur mit Grenzwert vergleichen
5: Wärmeabgabe verringern
10: Vorrichtung
11: Temperatursensor
12: Vergleichseinrichtung
13, 14: Signalleitung
15: Steuerungseinrichtung
16: Signalausgang
20: Fahrzeug
21: Batterie
22, 24: Wärmeleitfähige Verbindung
23: Wärmeerzeuger
25: Signalleitung

Claims

Verfahren (1) zum Regeln der Temperatur einer Batterie (21) eines Fahrzeuges (20), bei dem die Batterietemperatur bestimmt (3) und mit einem Grenzwert verglichen (4) wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wärmeabgabe eines Wärmeerzeugers (23) an die Batterie (21) verringert (5) wird, wenn die Batterietemperatur oberhalb des Grenzwertes liegt.
Verfahren (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Verringern der Wärmeabgabe der Wärmeerzeuger (23) gesteuert wird, weniger Wärme zu erzeugen.
Verfahren (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zum Verringern der Wärmeabgabe der Wärmeerzeuger (23) abgeschaltet wird.
Verfahren (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeerzeuger (23) eine Regenerationseinrichtung für einen Partikelfilter zur Filterung eines Abgasstroms eines Fahrzeuges ist, deren Regenerationszyklus zum Verringern der Wärmeabgabe zumindest verzögert gestartet oder unterbrochen wird.
Verfahren (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeerzeuger (23) eine Verbrennungskraftmaschine für ein Fahrzeug ist, deren Betriebsparameter zum Verringern der Wärmeabgabe geändert werden.
Verfahren (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Betriebsparameter die Zusammensetzung eines der Verbrennungskraftmaschine in deren Betrieb zugeführten Kraftstoffgemisches verändert wird.
Vorrichtung (10) zur Regelung der Temperatur einer Batterie (21) eines Fahrzeuges (20), mit einem Temperatursensor (11) zur Bestimmung der Batterietemperatur, einer Vergleichseinrichtung (12), die Messsignal übertragend mit dem Temperatursensor (11) verbunden ist und die im Betrieb der Batterietemperatur mit dem Grenzwert vergleicht (4), und mit einer Steuerungseinrichtung (15), die Signal übertragend mit der Vergleichseinrichtung (12) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (15) zumindest einen Signalausgang (16) aufweist, an dem im Betrieb der Vorrichtung (10) ein vom Vergleich (4) der Batterietemperatur mit dem Grenzwert abhängendes Steuersignal für einen Wärme übertragend mit der Batterie (21) verbundenen Wärmeerzeuger (23) anliegt.
Fahrzeug (20) mit einer Batterie (21) und wenigstens einem Wärmeerzeuger (23), der Wärme übertragend mit der Batterie (21) verbunden ist, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (10) zur Regelung der Temperatur der Batterie (21) nach Anspruch 7, wobei der mindestens eine Signalausgang (16) Steuersignal übertragend mit dem Wärmeerzeuger (23) verbunden ist.
Fahrzeug (20) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeerzeuger (23) ein eine Regenerationseinrichtung aufweisender Partikelfilter oder ein eine Motorsteuerung aufweisendes Antriebssystem des Fahrzeuges aufweist, wobei die Regenerationseinrichtung und/oder die Motorsteuerung Signal empfangend mit dem wenigstens einem Signalausgang (16) verbunden ist.
Fahrzeug (20) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie (21) eine Antriebsenergie für das Fahrzeug bereitstellende Traktionsbatterie ist.