DE102013009561B4 - Method for controlling the cooling of a traction battery - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Steuerung der Kühlung einer Traktionsbatterie (14) eines Hybrid- oder Elektrofahrzeugs, welches eine Klimatisierungsvorrichtung (16) zur Klimatisierung seiner Fahrgastzelle aufweist,wobei eine aktuelle Traktionsbatterie-Temperatur erfasst und bei Überschreitung eines von wenigstens einem aktuellen Fahrzeugbetriebsparameter abhängigen Traktionsbatterie-Temperaturschwellenwertes eine aktive Bedarfskühlung der Traktionsbatterie (14) initiiert wird,dadurch gekennzeichnet,dass der Traktionsbatterie-Temperaturschwellenwert vom aktuellen Betriebszustand der Fahrgastzellen-Klimatisierungsvorrichtung (16) abhängig, nämlich bei aktivierter Klimatisierung der Fahrgastzelle niedriger ist als bei deaktivierter Klimatisierung der Fahrgastzelle.Method for controlling the cooling of a traction battery (14) of a hybrid or electric vehicle, which has an air conditioning device (16) for air conditioning its passenger cell, wherein a current traction battery temperature is detected and an active traction battery temperature threshold value dependent on at least one current vehicle operating parameter is exceeded Demand cooling of the traction battery (14) is initiated, characterized in that the traction battery temperature threshold depends on the current operating state of the passenger cell air conditioning device (16), namely lower when the air conditioning of the passenger cell is activated than when the air conditioning of the passenger cell is deactivated.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Steuerung der Kühlung einer Traktionsbatterie eines Hybrid- oder Elektrofahrzeugs, welches eine Klimatisierungsvorrichtung zur Klimatisierung seiner Fahrgastzelle aufweist, wobei eine aktuelle Traktionsbatterie-Temperatur erfasst und bei Überschreitung eines von wenigstens einem aktuellen Fahrzeugbetriebsparameter abhängigen Traktionsbatterie-Temperaturschwellenwertes eine aktive Bedarfskühlung der Traktionsbatterie initiiert wird.The invention relates to a method for controlling the cooling of a traction battery of a hybrid or electric vehicle, which has an air conditioning device for air conditioning its passenger cell, wherein a current traction battery temperature is detected and an active traction battery temperature threshold value dependent on at least one current vehicle operating parameter is exceeded Demand cooling of the traction battery is initiated.

Derartige Verfahren zur Traktionsbatteriekühlung von Hybrid- oder Elektrofahrzeugen sind bekannt aus der DE 10 2007 045 182 A1 .Such methods for traction battery cooling of hybrid or electric vehicles are known from DE 10 2007 045 182 A1 .

Bei allen Arten von Batterien fließen bei Ladungsentnahme oder Ladungsakkumulation elektrische Ströme. Diese führen aufgrund des Innenwiderstandes jeder Batterie zu einer Verlustleistung. Bei Hochleistungsbatterien, wie sie zum Antrieb von Elektro- oder Hybridfahrzeugen als sogenannte Traktionsbatterien Einsatz finden, ist die Verlustleistung aufgrund der hohen Lade- und Entnahmeströme erheblich. Aufgrund der Umsetzung der Verlustleistung in Wärme kann es zu einer nicht unerheblichen Erhitzung der Traktionsbatterie kommen, die ggf. durch hohe Außentemperaturen noch unterstützt wird. Dies ist insofern kritisch, als die meisten Hochleistungsbatterien, insbesondere Lithiumlonen-Batterien enge Temperaturkorridore für optimalen Wirkungsgrad und maximale Lebensdauer aufweisen. Diese optimalen Temperaturkorridore sind für Kraftfahrzeuge in der Praxis nicht einzuhalten. Dies insbesondere auch deshalb, weil eine aktive Kühlung der Traktionsbatterie stets mit erhöhtem Energieverbrauch verbunden ist. In der Praxis ist man daher bemüht, einen ausgewogenen Kompromiss zwischen Effizienz- bzw. Lebensdauereinbußen einerseits und erhöhtem Energieverbrauch andererseits zu realisieren.In all types of batteries, electrical currents flow when charge is removed or accumulated. These lead to power loss due to the internal resistance of each battery. In the case of high-performance batteries, such as those used as so-called traction batteries to drive electric or hybrid vehicles, the power loss is considerable due to the high charging and extraction currents. Due to the conversion of the power loss into heat, the traction battery can heat up significantly, which may be further supported by high outside temperatures. This is critical because most high-performance batteries, especially lithium-ion batteries, have narrow temperature corridors for optimal efficiency and maximum service life. These optimal temperature corridors cannot be adhered to for motor vehicles in practice. This is particularly because active cooling of the traction battery is always associated with increased energy consumption. In practice, efforts are therefore made to achieve a balanced compromise between losses in efficiency and service life on the one hand and increased energy consumption on the other.

Aus der oben genannten, gattungsbildenden Druckschrift ist es bekannt, die Traktionsbatterie-Temperatur zu überwachen und bedarfsweise eine aktive Kühlung zu initiieren. Unter einer aktiven Kühlung sei hier eine Kühlung verstanden, zu deren Betrieb Energie aus Energiespeichern des Kraftfahrzeugs erforderlich ist. Im Gegensatz dazu sei unter einer passiven Kühlung hier eine ohne Energiebedarf aus Energiespeichern des Kraftfahrzeugs betreibbare Kühlung verstanden, beispielsweise eine Luftkühlung, die sich aus Um- oder Durchströmung der Traktionsbatterie mit Fahrtwind ergibt. Die Initiierung der bekannten Bedarfskühlung erfolgt bei Überschreitung eines Traktionsbatterie-Temperaturschwellenwertes. Dieser ist jedoch nicht bei einem fest vorgegebenen Wert fixiert; vielmehr hängt seine konkrete Lage von den aktuellen Leistungsanforderungen an die Traktionsbatterie ab. Wird von der Traktionsbatterie keine oder nur eine geringe Leistung angefordert, beispielsweise wenn ein Hybridfahrzeug verbrennungsmotorisch betrieben wird, wird die Bedarfskühlung erst initiiert, wenn die aktuelle Traktionsbatterie-Temperatur einen sehr hohen Schwellenwert überschreitet, der die Obergrenze eines maximalen Temperaturkorridors markiert, welcher denjenigen Bereich definiert, in dem die Traktionsbatterie ohne Schädigung, d.h. ohne massive Verkürzung der Lebensdauer betreibbar ist. Im Gegensatz dazu liegt der Schwellenwert bei hohen Leistungsanforderungen deutlich niedriger, nämlich an einem Punkt, der die Obergrenze eines optimalen Temperaturkorridors markiert, welcher den Bereich maximaler Betriebseffizienz der Traktionsbatterie definiert. Diese zunächst sinnvoll erscheinende Kopplung zwischen Traktionsbatterie, Temperaturschwellenwert und Leistungsanforderung an die Traktionsbatterie berücksichtigt nicht die in der Praxis höchst relevante Reichweitenbeschränkung von Hybrid- und insbesondere Elektrofahrzeugen.From the above-mentioned generic publication it is known to monitor the traction battery temperature and, if necessary, to initiate active cooling. Active cooling is understood here to mean cooling whose operation requires energy from the motor vehicle's energy storage devices. In contrast to this, passive cooling is understood here to mean cooling that can be operated without the need for energy from the motor vehicle's energy storage devices, for example air cooling that results from the wind flowing around or through the traction battery. The known demand cooling is initiated when a traction battery temperature threshold value is exceeded. However, this is not fixed at a fixed value; Rather, its specific location depends on the current performance requirements of the traction battery. If no or only a small amount of power is required from the traction battery, for example if a hybrid vehicle is operated by an internal combustion engine, the demand cooling is only initiated when the current traction battery temperature exceeds a very high threshold value, which marks the upper limit of a maximum temperature corridor which defines that range , in which the traction battery can be operated without damage, i.e. without a massive reduction in service life. In contrast, the threshold value is significantly lower for high performance requirements, namely at a point that marks the upper limit of an optimal temperature corridor, which defines the area of maximum operating efficiency of the traction battery. This coupling between traction battery, temperature threshold and power requirement for the traction battery, which initially seems sensible, does not take into account the range limitation of hybrid and especially electric vehicles, which is highly relevant in practice.

Auch die EP 2 408 054 A1 offenbart eine situationsabhängige Einstellung des Traktionsbatterie-Temperaturschwellenwertes, die insbesondere die aktuelle Außentemperatur und einen vom Fahrer eingestellten Fahrmodus, insbesondere einen „Sport“- und einen „Normal“-Modus einbezieht.Also the EP 2 408 054 A1 discloses a situation-dependent setting of the traction battery temperature threshold value, which in particular includes the current outside temperature and a driving mode set by the driver, in particular a “sport” and a “normal” mode.

Die DE 10 2009 015 658 A1 offenbart ein nicht auf Schwellenwertüberwachung basierendes Batterie-Kühlsystem. Hier werden vielmehr bestimmte Betriebsmodi auf Basis von aktuellen Leistungsanforderungen an die Batterie, die Klimatisierungsvorrichtung der Fahrgastzelle und die Kühlung bzw. Heizung der Batterie definiert. Insbesondere zu den Kriterien für die Leistungsanforderungen an die Batteriekühlung bzw. -heizung schweigt die Druckschrift allerdings. In jedem Fall aber wird der jeweils aktuelle Betriebsmodus detektiert und ein Kühlmittel, welches bedarfsweise über einen Kühlmittel-/Kältemittel-Wärmetauscher vom Kältemittelkreis der Fahrgastzellen-Klimatisierung temperiert werden kann, entweder durch die Batterie oder an dieser vorbei geleitet.The DE 10 2009 015 658 A1 discloses a non-threshold based battery cooling system. Rather, certain operating modes are defined here based on current performance requirements for the battery, the air conditioning device of the passenger compartment and the cooling or heating of the battery. However, the publication is particularly silent on the criteria for the performance requirements for battery cooling and heating. In any case, however, the current operating mode is detected and a coolant, which can, if necessary, be tempered via a coolant/refrigerant heat exchanger from the refrigerant circuit of the passenger compartment air conditioning, is passed either through the battery or past it.

Aus der US 2009/0095449 A1 ist ein System zur Luftkühlung einer im Heck eines Fahrzeugs untergebrachten Batterie bekannt. Der Lufteinlass für den Kühlungs-Luftstrom befindet sich im Bereich der Hutablage. Um zu verhindern, dass die eingesaugte Kühlluft aufgrund von durch die Heckscheibe einfallender Sonneneinstrahlung zu warm wird, um die Batterie effektiv zu kühlen, ist ein bedarfsweise positionierbarer Sonnenschutz im Bereich des Lufteinlasses vorgesehen.From the US 2009/0095449 A1 a system for air cooling a battery housed in the rear of a vehicle is known. The air inlet for the cooling air flow is located in the area of the parcel shelf. In order to prevent the sucked-in cooling air from becoming too warm due to solar radiation entering through the rear window to effectively cool the battery, a sun protection that can be positioned as required is provided in the area of the air inlet.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein verbessertes Verfahren zur Traktionsbatterie-Kühlungssteuerung zur Verfügung zu stellen, welches die sich aus der typischen Reichweitenbeschränkung von Hybrid- und Elektrofahrzeugen ergebenden Einschränkungen realitätsnah berücksichtigt.It is the object of the present invention to provide an improved method for traction battery cooling control, which realistically takes into account the limitations resulting from the typical range limitations of hybrid and electric vehicles.

Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 dadurch gelöst, dass der Traktionsbatterie-Temperaturschwellenwert vom aktuellen Betriebszustand der Fahrgastzellen-Klimatisierungsvorrichtung abhängig, nämlich bei aktivierter Klimatisierung der Fahrgastzelle niedriger ist als bei deaktivierter Klimatisierung der Fahrgastzelle.This task is solved in conjunction with the features of the preamble of claim 1 in that the traction battery temperature threshold depends on the current operating state of the passenger compartment air conditioning device, namely lower when the air conditioning of the passenger compartment is activated than when the air conditioning of the passenger compartment is deactivated.

Dieser Ansatz scheint überraschend, da die Traktionsbatterie-Kühlung einerseits und die Fahrgastzellen-Klimatisierung andererseits vordergründig nichts miteinander zu tun zu haben scheinen, sodass ihre erfindungsgemäße Kopplung zunächst befremdet. Der Erfindung liegen jedoch drei Erkenntnisse der Betriebsrealität von modernen Fahrzeugen, insbesondere Hybrid- und Elektrofahrzeugen zugrunde. Erstens stellt der Betrieb der Fahrgastzellen-Klimatisierung heute keine Ausnahme, sondern vielmehr den Normalzustand dar. Dies liegt unter anderem an der deutlich verbesserten Isolierung moderner Fahrgastzellen, die zur Vermeidung von Scheibenbeschlag und zur Schaffung eines angenehmen Raumklimas eine ständige Entfeuchtung der Raumluft und somit den Betrieb der Klimatisierungsvorrichtung erforderlich machen oder zumindest angeraten erscheinen lassen. Zweitens ergibt sich aufgrund der Reichweitenbeschränkung von Hybrid- und Elektrofahrzeugen häufiger als bei rein verbrennungsmotorisch betriebenen Fahrzeugen eine Energiespeicher-Mangelsituation, die zumindest zeitweise eine extrem energiesparende Fahrweise erforderlich machen. Drittens stellt die Fahrgastzellen-Klimatisierung die nach dem eigentlichen Fahrzeugantrieb mit Abstand größte Energieverbrauchsquelle dar, was bereits Eingang in das Allgemeinwissen gefunden hat und daher bei technisch nicht versierten Fahrern als bekannt vorausgesetzt werden darf. Folglich lässt sich der ausdrückliche Verzicht eines Fahrers auf die Fahrgastzellen-Klimatisierung, repräsentiert durch das Ausschalten der Fahrgastzellen-Klimatisierungsvorrichtung, gemäß der Erkenntnis der Erfinder interpretieren als der bei Hybrid- und Elektrofahrzeugen nicht unübliche Wunsch nach einem momentan extrem energiesparenden Fahrzeugbetrieb. Erfindungsgemäß wird die so angeforderte Energieeinsparung durch die Abschaltung oder wenigstens Reduzierung der Traktionsbatterie-Kühlung noch weiter unterstützt. In Situation hingegen, in denen der Fahrer durch den Betrieb der Fahrgastzellen-Klimatisierung anzeigt, dass er momentan eher an einem besonders komfortablen und weniger an einem besonders energiesparenden Fahrzeugbetrieb interessiert ist, kann die Traktionsbatterie stärker gekühlt werden, was einerseits Vorteile im Hinblick auf ihre Lebensdauer und andererseits auf die maximal abforderbare Antriebsleistung bringt. Auf diese Weise berücksichtigt das erfindungsgemäße Steuerungsverfahren die Betriebsrealität von Hybrid- und Elektrofahrzeugen besser als die Steuerverfahren nach dem Stand der Technik.This approach seems surprising, since the traction battery cooling on the one hand and the passenger cell air conditioning on the other appear to have nothing to do with one another, so that their coupling according to the invention is initially strange. However, the invention is based on three insights into the operational reality of modern vehicles, in particular hybrid and electric vehicles. Firstly, the operation of passenger cell air conditioning is no exception today, but rather the norm. This is due, among other things, to the significantly improved insulation of modern passenger cells, which requires constant dehumidification of the room air and thus the operation in order to avoid window fogging and to create a pleasant indoor climate of the air conditioning device is necessary or at least makes it appear advisable. Secondly, due to the limited range of hybrid and electric vehicles, an energy storage shortage situation arises more often than with vehicles powered solely by internal combustion engines, which makes it necessary to drive in an extremely energy-saving manner, at least at times. Thirdly, the passenger cell air conditioning is by far the largest source of energy consumption after the actual vehicle drive, which has already found its way into general knowledge and can therefore be assumed to be known by non-technical drivers. Consequently, a driver's express waiver of the passenger compartment air conditioning, represented by switching off the passenger compartment air conditioning device, can be interpreted, according to the inventors' knowledge, as the desire for currently extremely energy-saving vehicle operation, which is not uncommon in hybrid and electric vehicles. According to the invention, the energy savings so requested are further supported by switching off or at least reducing the traction battery cooling. However, in situations in which the driver indicates by operating the passenger compartment air conditioning that he is currently more interested in particularly comfortable vehicle operation and less in particularly energy-saving vehicle operation, the traction battery can be cooled more strongly, which on the one hand has advantages in terms of its service life and on the other hand brings the maximum drive power that can be demanded. In this way, the control method according to the invention takes the operational reality of hybrid and electric vehicles into account better than the control methods according to the prior art.

Günstigerweise ist das erfindungsgemäße Steuerungsverfahren nicht rein binärer Natur, d.h. Traktionsbatterie-Kühlung an, wenn Fahrgastzellen-Klimatisierung an und Traktionsbatterie-Kühlung aus, wenn Fahrgastzellen-Klimatisierung aus. Vielmehr wird der Traktionsbatterie-Temperaturschwellenwert auch im Fall ausgeschalteter Fahrgastzellen-Klimatisierung auf realistisch erreichbare Temperaturwerte gesetzt, insbesondere auf einen Wert, der hinreichend tief gewählt ist, dass eine ernsthafte Schädigung der Traktionsbatterie durch Übertemperatur vermieden wird.Conveniently, the control method according to the invention is not purely binary in nature, i.e. traction battery cooling on when passenger cell air conditioning is on and traction battery cooling off when passenger cell air conditioning is off. Rather, the traction battery temperature threshold is set to realistically achievable temperature values even when the passenger compartment air conditioning is switched off, in particular to a value that is chosen to be sufficiently low to avoid serious damage to the traction battery due to excess temperature.

Auch für den Fall der eingeschalteten Fahrgastzellen-Klimatisierung kann eine differenzierte Abhängigkeit des Traktionsbatterie-Temperaturschwellenwertes vorgesehen sein.A differentiated dependence of the traction battery temperature threshold value can also be provided in the case of the passenger compartment air conditioning being switched on.

Insbesondere wird es als günstig angesehen, wenn der Traktionsbatterie-Temperaturschwellenwert umso niedriger ist, je höher die aktuell von der Fahrgastzellen-Klimatisierungsvorrichtung zur Klimatisierung der Fahrgastzelle aufgewandte Klimatisierungsleistung ist. Je mehr der Fahrer also signalisiert, dass sein Hauptinteresse einem komfortablen und weniger einem energiesparenden Fahrzeugbetrieb gilt, desto mehr wird auch auf die optimale Temperierung der Traktionsbatterie zu Lasten der Energieeffizienz geachtet. Mit anderen Worten werden die Autonomie des Fahrers geachtet und entsprechend seine Fahrerwünsche respektiert.In particular, it is considered favorable if the traction battery temperature threshold is lower, the higher the air conditioning power currently used by the passenger cell air conditioning device for air conditioning of the passenger cell. The more the driver signals that his main interest is in comfortable rather than energy-saving vehicle operation, the more attention is paid to optimal temperature control of the traction battery at the expense of energy efficiency. In other words, the driver's autonomy is respected and his driver's wishes are respected accordingly.

Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Traktionsbatterie bei Traktionsbatterie-Temperaturen unterhalb des Traktionsbatterie-Temperaturschwellenwertes mittels einer Grundkühlungsvorrichtung gekühlt wird. Als Grundkühlungsvorrichtung wird im Gegensatz zur Bedarfskühlungsvorrichtung eine unabhängig von aktuellen Betriebsparametern betriebene Kühlungsvorrichtung bezeichnet. Hierbei kann es sich bei einer Ausführungsform um eine Vorrichtung handeln, die einen Wasserkühlkreis mit einem Luft/Wasser-Wärmetauscher umfasst. Die Traktionsbatterie ist dabei wassergekühlt, wobei die Abwärme über den Luft/Wasser-Wärmetauscher, der beispielsweise dem Fahrtwind ausgesetzt sein kann, abgeführt wird. Diese Art der Grundkühlung benötigt praktisch keine Energie aus den elektrischen Energiespeichern, wobei der Energieaufwand für eine evtl. elektrisch betriebene Umwälzpumpe hier vernachlässigt werden soll.In a further development of the invention it is provided that the traction battery is cooled by means of a basic cooling device at traction battery temperatures below the traction battery temperature threshold. In contrast to the demand cooling device, a basic cooling device is a cooling device that is operated independently of current operating parameters. In one embodiment, this may be a device that includes a water cooling circuit with an air/water heat exchanger. The traction battery is water-cooled, with the waste heat being dissipated via the air/water heat exchanger, which can be exposed to the wind, for example. This type of basic cooling requires practically no energy from the electrical energy storage chers, whereby the energy consumption for a possibly electrically operated circulation pump should be neglected here.

Zur Ausgestaltung der Bedarfskühlung stehen dem Fachmann unterschiedliche Varianten zur Verfügung. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Traktionsbatterie bei Initiierung der Bedarfskühlung in thermischen Kontakt zu einem Kältemittelkreis der Fahrgastzellen-Klimatisierungsvorrichtung gebracht wird. Wie oben erläutert, wird die Bedarfskühlung insbesondere bei Betrieb der Fahrgastzellen-Klimatisierung initiiert, d.h. die Fahrgastzellen-Klimatisierungsvorrichtung erzeugt in diesem Zustand ohnehin Kälte, von der ein Teil zur Kühlung der Traktionsbatterie abgezweigt werden kann. Dabei ist es besonders effizient, wenn dies durch thermischen Kontakt der Traktionsbatterie mit dem Kältemittelkreis der Fahrgastzellen-Klimatisierungsvorrichtung erfolgt.Different variants are available to the person skilled in the art to design the on-demand cooling. In a preferred embodiment it is provided that the traction battery is brought into thermal contact with a refrigerant circuit of the passenger compartment air conditioning device when the demand cooling is initiated. As explained above, the demand cooling is initiated in particular when the passenger compartment air conditioning is in operation, i.e. in this state the passenger compartment air conditioning device generates cold anyway, part of which can be diverted to cool the traction battery. It is particularly efficient if this occurs through thermal contact between the traction battery and the refrigerant circuit of the passenger compartment air conditioning device.

Ist diese Variante gemeinsam mit der zuvor erläuterten Grundkühlungsvorrichtung in Form eines Wasserkühlkreises realisiert, kann weiter vorgesehen sein, dass bei Initiierung der Bedarfskühlung der Wasserkühlkreis der Grundkühlungsvorrichtung von dem Luft/Wasser-Wärmetauscher abgekoppelt und mit einem als Kältemittel/Wasser-Wärmetauscher ausgebildeten Verdampfer der Fahrgastzellen-Klimatisierung gekoppelt wird. Bei Bedarf wird also die nicht mehr ausreichende Grundkühlung der Traktionsbatterie abgeschaltet und die aktive Bedarfskühlung angeschaltet, wobei im Bereich der Traktionsbatterie dieselbe Wasserkühlungsvorrichtung genutzt wird und lediglich die Wärmeabfuhr aus dem Kühlwasser von der im Wesentlichen passiven Luftkühlung auf die aktive Kältemittelkühlung umgeschaltet wird. Bevorzugt weist die Fahrgastzellen-Klimatisierungsvorrichtung hierzu einen eigenen Verdampfer auf, der den thermischen Kontakt zwischen dem Kältemittel des Kältemittelkreises der Fahrgastzellen-Klimatisierungsvorrichtung mit dem Wasserkühlkreis der Grundkühlungsvorrichtung koppelt.If this variant is implemented together with the previously explained basic cooling device in the form of a water cooling circuit, it can further be provided that when the demand cooling is initiated, the water cooling circuit of the basic cooling device is decoupled from the air/water heat exchanger and connected to an evaporator of the passenger cells designed as a refrigerant/water heat exchanger -Air conditioning is coupled. If necessary, the no longer sufficient basic cooling of the traction battery is switched off and the active demand cooling is switched on, the same water cooling device being used in the area of the traction battery and only the heat removal from the cooling water being switched from the essentially passive air cooling to the active refrigerant cooling. For this purpose, the passenger compartment air conditioning device preferably has its own evaporator, which couples the thermal contact between the refrigerant of the refrigerant circuit of the passenger compartment air conditioning device with the water cooling circuit of the basic cooling device.

Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Grundkühlungsvorrichtung eine Luftkühlungsanordnung umfasst, mittels derer zur Grundkühlung der Traktionsbatterie Kühlluft angesaugt und die Traktionsbatterie mit der angesaugten Kühlluft um- und/oder durchströmt wird. Insbesondere kann dies als passive Kühlung gestaltet sein, bei der die Ansaugung durch geeignete Formgebung von Strömungskanälen realisiert wird. Alternativ ist selbstverständlich auch eine aktive Luftkühlung, beispielsweise mit Gebläsen, bevorzugt elektrisch angetriebenen Gebläsen möglich. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Kühlluft aus der Fahrgastzelle angesaugt wird, was im Fall einer angeschalteten Fahrgastzellen-Klimatisierung zur Ansaugung besonders kalter Kühlluft und bei ausgeschalteter Fahrgastzellen-Klimatisierung zu einer Luftströmung innerhalb der Fahrgastzelle und somit zu einer Verbesserung des dortigen Raumklimas auch ohne aktive Klimatisierung führt.Alternatively or additionally, it can be provided that the basic cooling device comprises an air cooling arrangement, by means of which cooling air is sucked in for basic cooling of the traction battery and the drawn-in cooling air flows around and/or through the traction battery. In particular, this can be designed as passive cooling, in which the suction is realized by suitable shaping of flow channels. Alternatively, active air cooling is of course also possible, for example with fans, preferably electrically driven fans. In particular, it can be provided that the cooling air is sucked in from the passenger compartment, which in the case of the passenger compartment air conditioning being switched on results in the suction of particularly cold cooling air and, when the passenger compartment air conditioning is switched off, in an air flow within the passenger compartment and thus in an improvement of the room climate there even without active Air conditioning leads.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden, speziellen Beschreibung und der Zeichnung.Further features and advantages of the invention result from the following specific description and the drawing.

Es zeigt:

  • 1 eine schematische Darstellung einer Kühlkreisanordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
It shows:
  • 1 a schematic representation of a cooling circuit arrangement for carrying out the method according to the invention.

1 zeigt eine stark schematisierte Darstellung einer Kühl- und Klimatisierungsvorrichtung 10 für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug, welche grundsätzlich zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist. Die Kühl- und Klimatisierungsvorrichtung 10 umfasst einen Kühlabschnitt 12, dessen vornehmliche Aufgabe die Kühlung einer Traktionsbatterie 14 ist, sowie einen Klimatisierungsabschnitt 16, der vornehmlich der Klimatisierung eines nicht dargestellten Fahrzeuginnenraums, insbesondere der Fahrgastzelle dient. Der Klimatisierungsabschnitt 16 ist im Wesentlichen in herkömmlicher Weise aufgebaut und umfasst einen Kältemittelkreis mit einem Kompressor 161, in dem das Kältemittel komprimiert wird, einem Kondensator 162, in dem das komprimierte Kältemittel kondensiert wird, einem ersten Drosselventil 163, in welchem das kondensierte Kältemittel entspannt wird und einem ersten Verdampfer 164, in dem das entspannte Kältemittel verdampft wird. Der erste Verdampfer 164 ist als Kältemittel/Luft-Wärmetauscher ausgebildet und wird von einem Klimatisierungsluftstrom 165 durchströmt. Dieser kann je nach Einstellung und Fahrerwunsch als Frischluftstrom aus der Umgebung des Fahrzeugs oder als Umluftstrom aus dem Innenraum des Fahrzeugs angesaugt werden. Bei seiner Passage durch den ersten Verdampfer 164 nimmt er die bei der Verdampfung des Kältemittels entstehende Kälte auf und trägt sie in den Fahrzeuginnenraum. Hinter dem ersten Verdampfer 164 wird das Kältemittel erneut dem Kompressor 161 zugeführt. 1 shows a highly schematic representation of a cooling and air conditioning device 10 for an electric or hybrid vehicle, which is fundamentally suitable for carrying out the method according to the invention. The cooling and air conditioning device 10 includes a cooling section 12, the primary task of which is to cool a traction battery 14, and an air conditioning section 16, which primarily serves to air condition a vehicle interior, not shown, in particular the passenger compartment. The air conditioning section 16 is constructed essentially in a conventional manner and includes a refrigerant circuit with a compressor 161 in which the refrigerant is compressed, a condenser 162 in which the compressed refrigerant is condensed, a first throttle valve 163 in which the condensed refrigerant is expanded and a first evaporator 164 in which the expanded refrigerant is evaporated. The first evaporator 164 is designed as a refrigerant/air heat exchanger and is flowed through by an air conditioning air flow 165. Depending on the setting and the driver's wishes, this can be sucked in as a stream of fresh air from the vehicle's surroundings or as a recirculated air stream from the interior of the vehicle. As it passes through the first evaporator 164, it absorbs the cold resulting from the evaporation of the refrigerant and carries it into the vehicle interior. Behind the first evaporator 164, the refrigerant is again fed to the compressor 161.

Der Kühlabschnitt 12 ist im Wesentlichen als herkömmliche Wasserkühlung der Traktionsbatterie 14 ausgebildet und umfasst einen Kühlwasserkreis mit einer Pumpe 121 und einem als Wasser/Luft-Wärmetauscher ausgebildeten Kühler 122. Der Kühler 122 wird von einem Frischluftstrom 123 durchströmt und nimmt dabei im Kühlwasser enthaltende Wärme auf und führt diese ab. Das so gekühlte Wasser um- oder durchströmt die Traktionsbatterie 14, was in 1 durch eine Kühlschlangenanordnung 124 angedeutet ist. The cooling section 12 is essentially designed as a conventional water cooling system for the traction battery 14 and comprises a cooling water circuit with a pump 121 and a cooler 122 designed as a water/air heat exchanger. A fresh air stream 123 flows through the cooler 122 and thereby absorbs heat contained in the cooling water and takes them away. The water cooled in this way flows around or through the traction battery 14, which in 1 is indicated by a cooling coil arrangement 124.

Dabei nimmt das Kühlwasser der Traktionsbatterie 14 entstehende Wärme auf und führt diese ab, sodass die Traktionsbatterie 14 gekühlt wird. Die Effizienz dieser Kühlung hängt wesentlich von den Außentemperaturen, d.h. der Temperatur des Frischluftstroms 123 ab.The cooling water of the traction battery 14 absorbs the resulting heat and dissipates it, so that the traction battery 14 is cooled. The efficiency of this cooling depends essentially on the outside temperatures, ie the temperature of the fresh air flow 123.

Zwischen den beiden Abschnitten 12, 16 der Kühl- und Klimatisierungsvorrichtung 10 besteht eine Verbindung in Form eines als Kältemittel/Wasser-Wärmetauscher ausgebildeten zweiten Verdampfers 166 im Kältemittelkreis des Klimatisierungsabschnittes 16. Der zweite Verdampfer 161 ist dem ersten Verdampfer 164 parallel geschaltet, ihm ist ein zweites Drosselventil 167 vorgeschaltet. Im Gegensatz zum ersten Verdampfer 164 steht der zweite Verdampfer 166 nicht in thermischem Kontakt mit einem Luftstrom, sondern in thermischem Kontakt mit einem Abzweig des Wasserkreislaufs des Kühlabschnitts 12. Dieser Abzweig ist in 1 als den zweiten Verdampfer 166 umlaufende Kühlschlangenanordnung 125 ausgebildet. Mittels zweier Schaltventile 126, 127 lässt sich der luftdurchströmte Kühler 122 vom Wasserkreis des Kühlabschnitts 12 abkoppeln und an seiner statt die den zweiten Verdampfer 166 kontaktierende Kühlschlangenanordnung 125 ankoppeln. Durch Schaltung der Schaltventile 126, 127 lässt sich also die Wasserkühlung der Traktionsbatterie 14 von einer im Wesentlichen passiven, luftbasierten Wasserkühlung zu einer aktiven, kältemittelbasierten Wasserkühlung umschalten.Between the two sections 12, 16 of the cooling and air conditioning device 10 there is a connection in the form of a second evaporator 166 designed as a refrigerant/water heat exchanger in the refrigerant circuit of the air conditioning section 16. The second evaporator 161 is connected in parallel with the first evaporator 164; second throttle valve 167 connected upstream. In contrast to the first evaporator 164, the second evaporator 166 is not in thermal contact with an air stream, but rather in thermal contact with a branch of the water circuit of the cooling section 12. This branch is in 1 designed as a cooling coil arrangement 125 surrounding the second evaporator 166. By means of two switching valves 126, 127, the air-flowing cooler 122 can be decoupled from the water circuit of the cooling section 12 and the cooling coil arrangement 125 contacting the second evaporator 166 can be coupled in its place. By switching the switching valves 126, 127, the water cooling of the traction battery 14 can be switched from an essentially passive, air-based water cooling to an active, refrigerant-based water cooling.

Dem grundlegenden, erfindungsgemäßen Prinzip folgend, kann diese Umschaltung insbesondere bei Anschaltung der Innenraumklimatisierung, d.h. beim Einschalten des Kältemittelkompressors 161 erfolgen. Durch geeignete Steuerung der Drosselventile 163, 167 kann die Stärke der effektiven Traktionsbatterie-Kühlung eingestellt werden. Bevorzugt erfolgt diese Einstellung so, dass die für die Kühlung der Traktionsbatterie 14 aufgewandte Kühlleistung zugleich mit der für die Klimatisierung des Innenraums aufgewandten Klimatisierungsleistung wächst.Following the basic principle according to the invention, this switchover can take place in particular when the interior air conditioning is switched on, i.e. when the refrigerant compressor 161 is switched on. The strength of the effective traction battery cooling can be adjusted by appropriately controlling the throttle valves 163, 167. This setting is preferably carried out in such a way that the cooling power used for cooling the traction battery 14 increases at the same time as the air conditioning power used for air conditioning of the interior.

Natürlich stellt die in der speziellen Beschreibung diskutierte und in der Figur gezeigte Ausführungsform nur ein illustratives Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dar. Dem Fachmann ist im Lichte der hiesigen Offenbarung ein breites Spektrum an Variationsmöglichkeiten an die Hand gegeben. Insbesondere ist bei Durchführung des erfindungsgemäßen Konzeptes keine konstruktive Verbindung zwischen dem Kühlabschnitt 12 und dem Klimatisierungsabschnitt 16 der Kühl- und Klimatisierungsvorrichtung 10 erforderlich. Im Falle, dass doch eine solche Verbindung vorliegt, muss diese nicht zwingend in Form eines zweiten, parallel geschalteten Verdampfers 166 erfolgen. Beispielsweise kann auch ein mit dem ersten Verdampfer in Reihe geschalteter, zweiter Verdampfer verwendet werden; auch ist die Verwendung nur eines Verdampfers, der sowohl als Klimatisierungswie auch als Kühlverdampfer verwendet wird, denkbar. Schließlich ist es auch möglich, auf die durch den Luftkühler 122 realisierte Grundkühlung der Traktionsbatterie 14 zu verzichten.Of course, the embodiment discussed in the special description and shown in the figure only represents an illustrative embodiment of the present invention. In the light of the disclosure here, the person skilled in the art is provided with a wide range of possible variations. In particular, when implementing the concept according to the invention, no structural connection between the cooling section 12 and the air conditioning section 16 of the cooling and air conditioning device 10 is required. If such a connection does exist, it does not necessarily have to be in the form of a second evaporator 166 connected in parallel. For example, a second evaporator connected in series with the first evaporator can also be used; It is also conceivable to use just one evaporator, which is used both as an air conditioning and as a cooling evaporator. Finally, it is also possible to forego the basic cooling of the traction battery 14 provided by the air cooler 122.

BezugszeichenlisteReference symbol list

1010
Kühl- und KlimatisierungsvorrichtungCooling and air conditioning device
1212
Kühlabschnitt von 10; Grundkühlungsvorrichtungcooling section of 10; Basic cooling device
121121
Pumpepump
122122
Luftkühler; Luft/Wasser-Wärmetauscherair cooler; Air/water heat exchanger
123123
FrischluftstromFresh air flow
124124
KühlschlangenanordnungCooling coil arrangement
125125
KühlschlangenanordnungCooling coil arrangement
126126
Schaltventilswitching valve
127127
Schaltventilswitching valve
1414
TraktionsbatterieTraction battery
1616
Klimatisierungsabschnitt von 10; Fahrgastzellen-Klimatisierungsvorrichtungair conditioning section of 10; Passenger compartment air conditioning device
161161
Kompressorcompressor
162162
Kondensatorcapacitor
163163
erstes Drosselventilfirst throttle valve
164164
erster Verdampferfirst evaporator
165165
LuftstromAirflow
166166
zweiter Verdampfer; Kältemittel/Wasser-Wärmetauschersecond evaporator; Refrigerant/water heat exchanger
167167
zweites Drosselventilsecond throttle valve

Claims (8)

Verfahren zur Steuerung der Kühlung einer Traktionsbatterie (14) eines Hybrid- oder Elektrofahrzeugs, welches eine Klimatisierungsvorrichtung (16) zur Klimatisierung seiner Fahrgastzelle aufweist, wobei eine aktuelle Traktionsbatterie-Temperatur erfasst und bei Überschreitung eines von wenigstens einem aktuellen Fahrzeugbetriebsparameter abhängigen Traktionsbatterie-Temperaturschwellenwertes eine aktive Bedarfskühlung der Traktionsbatterie (14) initiiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Traktionsbatterie-Temperaturschwellenwert vom aktuellen Betriebszustand der Fahrgastzellen-Klimatisierungsvorrichtung (16) abhängig, nämlich bei aktivierter Klimatisierung der Fahrgastzelle niedriger ist als bei deaktivierter Klimatisierung der Fahrgastzelle.Method for controlling the cooling of a traction battery (14) of a hybrid or electric vehicle, which has an air conditioning device (16) for air conditioning of its passenger cell, wherein a current traction battery temperature is detected and an active traction battery temperature threshold value dependent on at least one current vehicle operating parameter is exceeded Demand cooling of the traction battery (14) is initiated, characterized in that the traction battery temperature threshold depends on the current operating state of the passenger compartment air conditioning device (16), namely when the passenger air conditioning is activated cell is lower than when the air conditioning of the passenger cell is deactivated. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Traktionsbatterie-Temperaturschwellenwert umso niedriger ist, je höher die aktuell von der Fahrgastzellen-Klimatisierungsvorrichtung (16) zur Klimatisierung der Fahrgastzelle aufgewandte Klimatisierungsleistung ist.Procedure according to Claim 1 , characterized in that the higher the air conditioning power currently used by the passenger cell air conditioning device (16) to air condition the passenger cell, the lower the traction battery temperature threshold value is. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Traktionsbatterie (14) bei Traktionsbatterie-Temperaturen unterhalb des Traktionsbatterie-Temperaturschwellenwertes mittels einer Grundkühlungsvorrichtung (12) gekühlt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the traction battery (14) is cooled at traction battery temperatures below the traction battery temperature threshold by means of a basic cooling device (12). Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundkühlungsvorrichtung (12) einen Wasserkühlkreis mit einem Luft/Wasser-Wärmetauscher (122) umfasst.Procedure according to Claim 3 , characterized in that the basic cooling device (12) comprises a water cooling circuit with an air/water heat exchanger (122). Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Traktionsbatterie (14) bei Initiierung der Bedarfskühlung in thermischen Kontakt zu einem Kältemittelkreis der Fahrgastzellen-Klimatisierungsvorrichtung (16) gebracht wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the traction battery (14) is brought into thermal contact with a refrigerant circuit of the passenger compartment air conditioning device (16) when the demand cooling is initiated. Verfahren nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei Initiierung der Bedarfskühlung der Wasserkühlkreis der Grundkühlungsvorrichtung (12) von dem Luft/Wasser-Wärmetauscher (122) abgekoppelt und mit einem als Kältemittel/Wasser-Wärmetauscher (166) ausgebildeten Verdampfer der Fahrgastzellen-Klimatisierungsvorrichtung (16) gekoppelt wird.Procedure according to the Claims 4 and 5 , characterized in that when the demand cooling is initiated, the water cooling circuit of the basic cooling device (12) is decoupled from the air/water heat exchanger (122) and coupled to an evaporator of the passenger compartment air conditioning device (16) designed as a refrigerant/water heat exchanger (166). . Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundkühlungsvorrichtung eine Luftkühlungsanordnung umfasst, mittels derer zur Grundkühlung der Traktionsbatterie Kühlluft angesaugt und die Traktionsbatterie mit der angesaugten Kühlluft um- und/oder durchströmt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the basic cooling device comprises an air cooling arrangement, by means of which cooling air is sucked in for basic cooling of the traction battery and the drawn-in cooling air flows around and/or through the traction battery. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlluft aus der Fahrgastzelle angesaugt wird.Procedure according to Claim 7 , characterized in that the cooling air is sucked in from the passenger compartment.
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