DE102013100208A1 - Method for controlling cooling system of mobile machine e.g. truck involves regulating power component of engine in relation to power component of electrical energy storage device - Google Patents

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Abstract

The ratio of heat load seizure of the electrical heat loads (14) and cooling capacity of liquid petroleum gas (LPG) evaporator of propulsion gas storage (11) at energy supply to drive for energy supply is determined. A power component of the engine is regulated in relation to power component of the electrical energy storage device (6) based on the ratio of heat load seizure of the electrical heat loads and cooling capacity of LPG evaporator at energy supply to drive for energy supply.

Description

Die Erfindung betrifft ein Steuerungsverfahren für ein Kühlsystem einer mobilen Arbeitsmaschine. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Steuerungsverfahren für das Kühlsystem einer mobilen Arbeitsmaschine, etwa eines Flurförderzeugs, mit einer Energieversorgung durch einen treibgasbetriebenen Verbrennungsmotor sowie einen elektrischen Energiespeicher, mit einem Treibgasspeicher, einer Steuerung und zu kühlenden elektrischen Wärmelasten, die mindestens den elektrischen Energiespeicher umfassen, und mit einem Kühlkreis, der mit einem Kühlmittel kühlt und als Rückkühlwärmetauscher einen mit dem Treibgasverdampfer des Treibgasspeichers verbundenen Wärmetauscher aufweist. The invention relates to a control method for a cooling system of a mobile work machine. In particular, the invention relates to a control method for the cooling system of a mobile work machine, such as a truck, with a power supply by a propellant gas-powered internal combustion engine and an electrical energy storage, with a propellant gas storage, a controller and to be cooled electrical heat loads, comprising at least the electrical energy storage, and with a cooling circuit which cools with a coolant and has a heat exchanger connected to the propellant gas evaporator of the propellant gas storage as a recooling heat exchanger.

Bei mobilen Arbeitsmaschinen und Flurförderzeugen ist ein Hybridantrieb bekannt, der eine Kombination aus einem Verbrennungsmotor und einem elektrischen Energiespeicher einsetzt, um während der überwiegenden Zeit des Betriebs allein mit dem Verbrennungsmotor die Energieversorgung für den Fahrantrieb und eventuelle Arbeitsvorrichtungen zu bewerkstelligen, während in Zeiten von benötigten Leistungsspitzen zusätzliche Energie aus dem elektrischen Energiespeicher genutzt wird. Der elektrische Energiespeicher wird umgekehrt zur Rekuperation eingesetzt, indem zum Beispiel beim Bremsen oder im Falle eines Flurförderzeugs etwa einem Absenken eines angehobenen Lastgewichts zurückgewonnene Energie in den elektrischen Energiespeicher eingespeist wird. In mobile work machines and industrial trucks, a hybrid drive is known which uses a combination of an internal combustion engine and an electrical energy storage to accomplish the power supply for the drive and possibly working devices during the majority of the operation alone with the engine, while in times of required power peaks additional energy from the electrical energy storage is used. The electrical energy storage is used vice versa for recuperation, for example, when braking or in the case of a truck about a lowering of a raised load weight recovered energy is fed into the electrical energy storage.

Als elektrischer Energiespeicher kommen aufgrund der Ansprüche an die Energiedichte und die möglichen hohen Stromstärken zumeist Hochleistungsbatterien, wie Lithiumionenbatterien oder Nickel-Wasserstoffbatterien oder Nickel-Metallhydrid-Batterien zum Einsatz, die große Strommengen rasch abgeben, aber auch aufnehmen können und eine hohe Energiespeicherdichte aufweisen. Dies führt unvermeidlich zu Verlustleistung und einer Erwärmung der Leistungsbatterie. Daher ist eine Kühlung erforderlich, um den optimalen Bereich der Betriebstemperatur einzuhalten und eine Alterung der Batterie sowie Schäden durch die Erwärmung zu vermeiden. As electrical energy storage come due to the demands on the energy density and the possible high currents mostly high-performance batteries, such as lithium-ion batteries or nickel-hydrogen batteries or nickel-metal hydride batteries are used, the large quantities of electricity quickly deliver, but can also absorb and have a high energy storage density. This inevitably leads to power loss and heating of the power battery. Therefore, cooling is required to maintain the optimum operating temperature range and to avoid battery aging and damage from heating.

Eine Kühlung ist auch für Bauelemente einer Leistungselektronik erforderlich, insbesondere für Steuerungen, die die hohen Ströme für elektrische Antriebe schalten, um die dort auftretenden Verlustleistungen abzuführen und die Halbleiterbauelemente auf einem zulässigen Temperaturniveau zu halten. Bei einer Arbeitsmaschine mit einem elektrischen Antrieb als Fahrantrieb und/oder für eine Arbeitshydraulik der Arbeitsmaschine ist die Leistungselektronik mit dem größten Anfall an Abwärme zumeist der oder die Umrichter für einen oder mehrere Drehstrommotoren des Fahrantriebs und/oder der Arbeitshydraulik der Arbeitsmaschine. Cooling is also required for components of power electronics, in particular for controllers which switch the high currents for electric drives in order to dissipate the power losses occurring there and to keep the semiconductor components at a permissible temperature level. In a work machine with an electric drive as drive and / or for a working hydraulics of the work machine, the power electronics with the largest accumulation of waste heat is usually the one or more converters for one or more three-phase motors of the traction drive and / or the working hydraulics of the machine.

Die in dem Betrieb zulässigen Temperaturen, um beispielsweise eine größtmögliche Lebensdauer der elektrischen Energiespeicher bzw. der Leistungselektronik zu erreichen, sind stark von den verbauten Batteriezellen bzw. Bauelementen abhängig. Jedoch besteht stets eine Maximaltemperatur und eine Minimaltemperatur sowie eine Solltemperatur, die von dem jeweiligen Anwendungsfall abhängig sein können und sich auch zeitlich ändern können. The permissible temperatures in the operation, for example, to achieve the longest possible life of the electrical energy storage or power electronics, are highly dependent on the installed battery cells or components. However, there is always a maximum temperature and a minimum temperature and a target temperature, which may be dependent on the particular application and may also change over time.

Bekannt ist, eine Klimaanlage zur Kühlung des elektrischen Energiespeichers bzw. der Leistungselektronik vorzusehen, da der Bereich der optimalen Betriebstemperatur relativ niedrig liegt und bei hohen Außentemperaturen durch eine Kühlung allein mit Wärmetransport, wie etwa eine Flüssigkeitskühlung mit Rückkühler, nur schwer oder nicht eingehalten werden kann. It is known to provide an air conditioning system for cooling the electrical energy storage or the power electronics, since the range of optimum operating temperature is relatively low and at high outdoor temperatures by cooling only with heat transport, such as liquid cooling with recooler, difficult or impossible ,

Verbrennungsmotoren mobiler Arbeitsmaschinen, insbesondere von Flurförderzeugen, werden oftmals mit Treibgas betrieben, da die Menge und Zusammensetzung der Abgase auch einen Betrieb in Innenräumen ermöglicht. Das Treibgas ist in einer flüssigen Phase gelagert und wird in der überwiegenden Zahl der Anwendungsfälle zunächst verdampft, da der Motor selbst mit gasförmigem Treibgas betrieben wird. Dabei ist es erforderlich, dem Treibgas die Verdampfungswärme zuzuführen. Dies kann zum einen aus der Umgebungsluft geschehen. Beim Betrieb eines Verbrennungsmotors mit entsprechender Leistung ist dies jedoch zumeist nicht ausreichend und das Treibgas wird flüssig einem Treibgasverdampfer zugeführt, der beheizt wird, etwa elektrisch oder aus dem Kühlwasser des Verbrennungsmotors. Dabei ist zumeist noch ein elektrischer Zuheizer vorgesehen, der nach einem Kaltstart des Verbrennungsmotors das dem Treibgasverdampfer zugeführte Kühlwasser vorwärmt. Combustion engines of mobile machines, in particular of industrial trucks, are often operated with propellant gas, since the amount and composition of the exhaust gases also allows indoor operation. The propellant is stored in a liquid phase and is initially evaporated in the vast majority of applications, since the engine itself is operated with gaseous propellant gas. It is necessary to supply the propellant the heat of vaporization. This can happen on the one hand from the ambient air. When operating an internal combustion engine with appropriate power, however, this is usually not sufficient and the propellant gas is liquid supplied to a propellant gas evaporator, which is heated, such as electrically or from the cooling water of the internal combustion engine. In this case, an electric heater is usually still provided, which preheats the cooling water supplied to the propellant gas evaporator after a cold start of the internal combustion engine.

Es ist daher möglich, ein Kühlsystem vorzusehen, bei dem ein Kühlkreis mit einem Kühlmittel einen Wärmetauscher für den elektrischen Energiespeicher und/oder die Leistungselektronik aufweist und der Kühlkreis als Rückkühlwärmetauscher einen mit dem Treibgasverdampfer verbundenen Wärmetauscher aufweist. Dadurch muss kein zusätzliches Kühlsystem mit einer Klimaanlage für die Temperierung des elektrischen Energiespeichers vorgesehen werden. Der Treibgasverdampfer bzw. Treibgasspeicher stellt ein Temperaturniveau für die Rückkühlung des Kühlsystems zur Verfügung, das auf der Höhe der Siedetemperatur des Treibgases bei dem jeweiligen Druck liegt und bei LPG sowie Umgebungsdruck bis auf –40 °C absinken kann. It is therefore possible to provide a cooling system in which a cooling circuit with a coolant has a heat exchanger for the electrical energy storage and / or the power electronics and the cooling circuit has a heat exchanger connected to the propellant gas evaporator as a recooling heat exchanger. As a result, no additional cooling system with an air conditioning system for the temperature control of the electrical energy storage device must be provided. The Treibgasverdampfer or propellant gas storage provides a temperature level for the re-cooling of the cooling system available, which is at the height of the boiling temperature of the propellant gas at the respective pressure and can drop to LPG and ambient pressure down to -40 ° C.

Nachteilig an diesem Stand der Technik ist, dass sowohl die Kühlleistung des Treibgasverdampfers wie auch die anfallende Abwärme der Leistungselektronik bzw. des elektrischen Energiespeichers sehr stark schwanken können. Zwischenspeicher für Treibgas vorzusehen, um beispielsweise durch eine vermehrte Verdampfung die Kälteleistung des Treibgasverdampfers an die Abwärme anzupassen, erfordert jedoch zusätzliche Kosten und Bauaufwand. A disadvantage of this prior art that both the cooling capacity of the propellant gas evaporator as well as the resulting waste heat of the power electronics and the electrical energy storage can vary greatly. Provide intermediate storage for propellant gas to adjust, for example by increased evaporation, the cooling capacity of the propellant gas evaporator to the waste heat, however, requires additional costs and construction costs.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Steuerungsverfahren für ein Kühlsystem für eine mobile Arbeitsmaschine, insbesondere ein Flurförderzeug, mit einem elektrischen Energiespeicher sowie eventuell einer Leistungselektronik bei einem Hybridantrieb, der einen Treibgasverbrennungsmotor aufweist, zur Verfügung zu stellen, mit dem die Kühlung des elektrischen Energiespeichers und der Leistungselektronik in einem optimalen Temperaturbereich sichergestellt werden kann. The present invention has for its object to provide a control method for a cooling system for a mobile work machine, in particular a truck, with an electrical energy storage and possibly a power electronics in a hybrid drive having a propellant gas combustion engine available, with the cooling of the electric Energy storage and power electronics can be ensured in an optimal temperature range.

Diese Aufgabe wird durch ein Steuerungsverfahren für ein Kühlsystem für eine mobile Arbeitsmaschine mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. This object is achieved by a control method for a cooling system for a mobile work machine with the features of independent claim 1. Advantageous developments of the invention are specified in the subclaims.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Steuerungsverfahren für ein Kühlsystem einer mobilen Arbeitsmaschine, insbesondere eines Flurförderzeugs, mit einer Energieversorgung durch einen treibgasbetriebenen Verbrennungsmotor sowie einen elektrischen Energiespeicher, mit einem Treibgasspeicher, einer Steuerung und zu kühlenden elektrischen Wärmelasten, die mindestens den elektrischen Energiespeicher umfassen, und mit einem Kühlkreis, der mit einem Kühlmittel kühlt und als Rückkühlwärmetauscher einen mit einem Treibgasverdampfer des Treibgasspeichers verbundenen Wärmetauscher aufweist, wobei durch die Steuerung aus dem Verhältnis eines Wärmelastanfalls der elektrischen Wärmelasten gegenüber einer Kühlleistung des Treibgasverdampfers bei der Energieversorgung des Antriebs für die gesamte Energieversorgung ein Leistungsanteil des Verbrennungsmotors gegenüber einem Leistungsanteil des elektrischen Energiespeichers geregelt wird. The object is achieved by a control method for a cooling system of a mobile work machine, in particular an industrial truck, with a power supply by a propellant gas-powered internal combustion engine and an electrical energy storage, with a propellant gas storage, a controller and to be cooled electrical heat loads, which include at least the electrical energy storage, and with a cooling circuit which cools with a coolant and has a heat exchanger connected to a propellant gas evaporator of the propellant gas storage heat exchanger, wherein the controller from the ratio of a heat load of the electrical heat loads against a cooling capacity of the propellant gas evaporator in the power supply of the drive for the entire power supply a power component the internal combustion engine is controlled relative to a power component of the electrical energy storage.

Vorteilhaft kann dadurch vermieden werden, einen zusätzlichen Klimakreis zu installieren und mithilfe eines bestehenden Verdampfersystems in einer mobilen Arbeitsmaschine mit einem treibgasbetriebenen Verbrennungsmotor mit einem Treibgasverdampfer kann die Kühlung von elektrischen Wärmelasten, wie insbesondere elektrischen Energiespeichern, die gekühlt werden müssen, bereits bewirkt werden. Dabei kann die Steuerung als zentrale Steuerung Messsignale erfassen, Berechnungen vornehmen und sämtliche Komponenten steuern. Vorteilhaft kann das Steuerungsverfahren durch Software umgesetzt werden, da bereits meist eine entsprechende Steuerung zur Steuerung des Gesamtfahrzeugs vorhanden ist, oder auch als Steuerung des elektrischen Energiespeichers zur Verfügung steht, beispielsweise im Fall einer Hochleistungsbatterie. Bei der Energieversorgung des Antriebs durch Verdampfen von Treibgas in dem Treibgasverdampfer entsteht eine entsprechende Kühlleistung, die in einem Verhältnis zu den anfallenden Wärmelasten steht. Aus diesem Verhältnis kann ein Leistungsanteil des Verbrennungsmotors gegenüber einem Leistungsanteil des elektrischen Energiespeichers geregelt werden. Dabei ist das Steuerungsverfahren auch bei mobilen Arbeitsmaschinen und Fahrzeugen einsatzfähig, die mit anderen gasförmigen Brennstoffen als Treibgas benutzt werden, beispielsweise Erdgas. Neben der Nutzung der Verdampfungskälte beim Wechsel des Aggregatszustands des Gases in einem Tank bzw. Druckbehälter kann beispielsweise auch eine Entspannungskälte bei einem gasförmig gelagerten Brennstoff genutzt werden, die in einem Expansionsventil anstatt dem Treibgasverdampfers anfällt. Es kann eine Kühlung der elektrischen Wärmelasten, insbesondere des elektrischen Energiespeichers, aber auch weiterer elektrischer Komponenten erreicht werden, so dass diese im Bereich der optimalen Betriebstemperatur betrieben werden können. Advantageously, this can be avoided to install an additional air conditioning and using an existing evaporator system in a mobile machine with a propellant-powered internal combustion engine with a propellant evaporator, the cooling of electrical heat loads, in particular electrical energy storage, which must be cooled, already be effected. In this case, the controller can record measurement signals as a central control, perform calculations and control all components. Advantageously, the control method can be implemented by software, since already usually a corresponding control for controlling the entire vehicle is present, or is available as a control of the electrical energy storage, for example in the case of a high-performance battery. In the power supply of the drive by evaporation of propellant gas in the propellant gas evaporator produces a corresponding cooling capacity, which is in proportion to the heat loads incurred. From this ratio, a power component of the internal combustion engine can be regulated with respect to a power component of the electrical energy store. The control method is also operational in mobile machines and vehicles that are used with other gaseous fuels as a propellant, such as natural gas. In addition to the use of evaporative cooling when changing the state of aggregation of the gas in a tank or pressure vessel, for example, a relaxation cooling in a gaseous stored fuel can be used, which is obtained in an expansion valve instead of the propellant gas evaporator. It is possible to achieve cooling of the electrical heat loads, in particular of the electrical energy store, but also of other electrical components, so that they can be operated in the region of the optimum operating temperature.

Vorteilhaft kann die Steuerung die Kühlleistung und den Wärmelastanfall durch Messen von Temperaturen der elektrischen Wärmelasten und/oder von Temperaturen im Kühlkreislauf bestimmen. Advantageously, the controller can determine the cooling capacity and the heat load by measuring temperatures of the electrical heat loads and / or temperatures in the cooling circuit.

Die elektrischen Wärmelasten sind dabei insbesondere elektrische Energiespeicher und/oder Elektronikbauteile. Beispielsweise können bei einer Hochleistungsbatterie als elektrischem Energiespeicher die Temperatur der Hochleistungsbatterie sowie Temperaturen im Kühlkreislauf, etwa beim Einlauf in den Treibgasverdampfer, gemessen werden. Diese Messwerte können mit Vorgabewerten wie Minimalwerten, Maximalwerten und Sollwerten verglichen werden, etwa indem der gemessene Wert der Temperatur der Hochleistungsbatterie mit einem Sollwert als Regelgröße verglichen wird. The electrical heat loads are in particular electrical energy storage and / or electronic components. For example, in a high-performance battery as electrical energy storage, the temperature of the high-performance battery and temperatures in the cooling circuit, such as when entering the propellant gas evaporator, are measured. These measured values can be compared with default values such as minimum values, maximum values and setpoints, for example by comparing the measured value of the temperature of the high-performance battery with a setpoint value as a controlled variable.

In einer Weiterbildung des Steuerungsverfahrens bestimmt die Steuerung den Wärmelastanfall und die Kühlleistung, indem anhand eines Temperaturrechenmodells der Wärmelastanfall der elektrischen Wärmelasten aus Parameterwerten der elektrischen Wärmelasten und/oder aus Motordaten des Verbrennungsmotors, insbesondere Treibgasdruck und Treibgasmassenstrom, die Kühlleistung des Treibgasverdampfers bestimmt wird. In a further development of the control method, the controller determines the heat load and the cooling power by determining the cooling capacity of the propellant gas evaporator from a thermal rake of the electrical heat loads from parameter values of the electrical heat loads and / or engine data of the internal combustion engine, in particular propellant gas pressure and propellant gas mass flow.

Durch eine solche Berechnung anhand eines Temperaturmodells, das getrennt allein für die elektrischen Wärmelasten, oder allein getrennt für die Kühlleistung des Treibgasverdampfers einschließlich des Verhaltens des Verbrennungsmotors bestehen kann, jedoch auch als Gesamtmodell, wird eine zum einen schnelle und gleichzeitig genaue Regelung möglich. Durch die Bestimmung aus Messwerten und Parameterwerten kann bereits bevor ein Wärmelastanfall den Treibgasverdampfer erreicht und somit sehr reaktionsschnell durch die Steuerung geregelt werden, da der Umlauf des Kühlmittels in dem Kühlkreislauf sowie die Wärmeleitung in den Bauteilen zu einer Verzögerung führt. Zugleich ist auch eine Prognose der Auswirkung einer Stellgröße der Regelung möglich, da auch dies durch das Temperaturmodell berechnet werden kann. By such a calculation on the basis of a temperature model, which separated only for the electrical heat loads, or alone for the Cooling performance of the propellant gas evaporator including the behavior of the internal combustion engine can exist, but also as an overall model, a fast and at the same time accurate control is possible. The determination of measured values and parameter values allows the propellant gas evaporator to be reached even before a heat load and thus be controlled very quickly by the controller, since the circulation of the coolant in the cooling circuit and the heat conduction in the components leads to a delay. At the same time, a prognosis of the effect of a manipulated variable of the control is possible, since this too can be calculated by the temperature model.

Vorteilhaft ist der elektrische Energiespeicher eine Hochleistungsbatterie, insbesondere eine Lithiumionenbatterie oder Nickel-Wasserstoffbatterie oder Nickel-Metallhydrid-Batterie. Advantageously, the electrical energy storage is a high-performance battery, in particular a lithium-ion battery or nickel-hydrogen battery or nickel-metal hydride battery.

Die Lebensdauer von Hochleistungsbatterien, insbesondere von Lithium-Ionenbatterien wird erheblich vergrößert und maximiert, wenn diese möglichst stets in einem optimalen Temperaturbereich betrieben werden. Auch wird durch das Steuerungsverfahren zugleich sichergestellt, dass die Temperatur solcher Hochleistungsbatterien, oder aber auch allgemein die Temperatur von elektrischen Wärmelasten, beispielsweise elektrischer Bauteilen, anderer Art in dem Kühlkreislauf, nach einem möglichen Störereignis sich möglichst automatisiert wieder in den gewünschten Bereich bewegt, da die Steuerung solche Komponenten in dem Kühlkreislauf als zu überwachende Elemente bzw. als Stellglieder einer Regelstrecke ansteuert. Auch dadurch werden die Zeiträume eines Betriebs bei Bedingungen, die zu einer Lebensdauerverkürzung einer Hochleistungsbatterie führen würden, minimiert. The life of high-performance batteries, especially of lithium-ion batteries is greatly increased and maximized, if they are always operated as possible in an optimal temperature range. Also, it is ensured by the control process at the same time that the temperature of such high-performance batteries, or in general the temperature of electrical heat loads, such as electrical components, other type in the refrigeration cycle, after a possible malfunction event moves as automated as possible back into the desired area, as the Control such components in the cooling circuit as to be monitored elements or as actuators of a controlled system controls. Also, this minimizes the periods of operation in conditions that would lead to a lifetime shortening of a high power battery.

Die Parameterwerte können den Ladezustand (SOC) und/oder den internen Widerstand umfassen. The parameter values may include the state of charge (SOC) and / or the internal resistance.

In einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens wird der Betrag der Leistung der Hochleistungsbatterie zwischen einer minimalen Betriebstemperatur der Hochleistungsbatterie und einer maximalen Betriebstemperatur der Hochleistungsbatterie linear abfallend geregelt. In an advantageous embodiment of the method, the amount of power of the high-performance battery between a minimum operating temperature of the high-performance battery and a maximum operating temperature of the high-performance battery is controlled linearly sloping.

Dadurch kann der Wärmelastanfall der Hochleistungsbatterie als elektrischer Wärmelast herunter geregelt und limitiert werden. Dabei hat die Reduzierung und Limitierung der Batterieleistung den doppelten Effekt, dass zum einen durch die Hochleistungsbatterie weniger Wärme als Wärmelastanfall in den Kühlkreislauf eingebracht wird und durch den Ausgleich der verringerten Leistung über den Verbrennungsmotor mehr Treibgas benötigt wird und somit der Treibgasverdampfer eine größere Treibgasmenge verdampft, wodurch die Kühlleistung gleichzeitig ansteigt. As a result, the heat load of the high-performance battery can be down regulated and limited as an electrical heat load. The reduction and limitation of the battery power has the double effect that on the one hand by the high-performance battery less heat than heat load is introduced into the cooling circuit and by balancing the reduced power through the engine more propellant gas is needed and thus the propellant evaporates a larger amount of propellant gas, whereby the cooling capacity increases at the same time.

Es kann eine minimale Leistung der Hochleistungsbatterie oberhalb der maximalen Betriebstemperatur verbleiben. It may remain a minimum performance of the high-performance battery above the maximum operating temperature.

Dies kann erforderlich sein, um Funktionseinschränkungen der mobilen Arbeitsmaschine, insbesondere eines Flurförderzeugs, zu vermeiden. Der Verbrennungsmotor ist bei einem Hybridantrieb nicht allein ausreichend, alle Leistungsanforderung zu erfüllen und es sollte somit zumindest für bestimmte Betriebsbedingungen eine minimale Leistung der Hochleistungsbatterie stets verbleiben. This may be necessary to avoid functional limitations of the mobile work machine, especially an industrial truck. The internal combustion engine is not alone in a hybrid drive sufficient to meet all power requirements and it should thus always remain a minimum performance of the high-performance battery, at least for certain operating conditions.

In einer Weiterbildung des Steuerungsverfahrens kann der Treibgasverdampfer durch einen elektrischen Zuheizer über den Kühlkreislauf oder direkt erwärmt werden und bei Unterschreiten einer minimalen Betriebstemperatur der Hochleistungsbatterie und/oder des Treibgasverdampfers wird der Zuheizer von der Steuerung zugeschaltet. In a further development of the control method, the propellant gas evaporator can be heated by an electric heater via the cooling circuit or directly and falls below a minimum operating temperature of the high-performance battery and / or the propellant gas evaporator, the heater is switched on by the controller.

Das Kühlsystem kann durch zusätzliche Wärmequellen/-senken wie einen Wärmetauscher mit der Umgebungsluft und/oder einen Wärmetauscher zu anderen Medien, insbesondere Hydraulikflüssigkeit und/oder Motoröl, erwärmt oder gekühlt werden The cooling system can be heated or cooled by additional heat sources / sinks such as a heat exchanger with the ambient air and / or a heat exchanger to other media, in particular hydraulic fluid and / or engine oil

Beispielsweise kann der elektrische Zuheizer über einen Temperaturschalter angesteuert werden, der eine sehr einfache Steuerungsmöglichkeit bietet. Wird eine Grenztemperatur des elektrischen Energiespeichers, insbesondere einer Hochleistungsbatterie unterschritten, wird der elektrische Zuheizer bestromt, bis dieser bei Überschreiten der Grenztemperatur wieder ausgeschaltet wird. For example, the electric heater can be controlled via a temperature switch, which offers a very simple control option. If a limit temperature of the electrical energy store, in particular a high-performance battery is reached, the electric heater is energized until it is switched off again when the limit temperature is exceeded.

Die elektrischen Wärmelasten können eine Leistungselektronik umfassen, insbesondere einen Umrichter eines Antriebs. The electrical heat loads may include power electronics, in particular an inverter of a drive.

Vorteilhaft regelt die Steuerung die Leistungselektronik zur Regelung des Wärmelastanfalls zeitweise herunter und oder schaltet diese aus. Advantageously, the controller temporarily shuts down the power electronics to control the heat load and switches them off.

Es ist auch möglich, weitere Komponenten und Systeme, wie Ventile, einen Wärmetauscher zur Umgebungsluft, eine Pumpe, einen Ausgleich-/Sammelbehälter, oder Wärmetauscher zu anderen verfügbaren Medien wie Abgas, Kühlwasser des Verbrennungsmotors und Hydrauliköl anzusteuern, um das Kühlsystem zu stabilisieren und in einem erwünschten Temperaturbereich zu halten. Dies kann sowohl das Herunterkühlen des Kühlsystems betreffen, soweit Komponenten als Wärmesenke wirken können. Ebenso ist jedoch das rasche Erreichen einer minimalen Betriebstemperatur auf diese Art und Weise möglich, indem ein Wärmeeintrag in das Kühlsystem erfolgt, beispielsweise durch Abgas oder Verbrennungsmotorkühlwasser. Die von der Steuerung dabei eingesetzten Regelungskennlinien müssen nicht notwendigerweise linear verlaufen, sondern können abhängig von der Regelungsarchitektur auch Kennlinien höherer Ordnung aufweisen oder einfache Schaltregelungen. It is also possible to control other components and systems, such as valves, an ambient heat exchanger, a pump, a surge tank, or heat exchangers to other available media such as exhaust gas, engine cooling water, and hydraulic oil to stabilize the cooling system and in to maintain a desired temperature range. This can affect both the cooling down of the cooling system, as far as components can act as a heat sink. Likewise, however, the rapid achievement of a minimum operating temperature in this way is possible by a heat input into the Cooling system is done, for example by exhaust or engine cooling water. The control characteristics used by the controller do not necessarily have to be linear, but can also have higher-order characteristics or simple switching controls, depending on the control architecture.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand des in den schematischen Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Hierbei zeigt Further advantages and details of the invention will be explained in more detail with reference to the embodiment shown in the schematic figures. This shows

1 ein Flurförderzeug als Beispiel einer mobilen Arbeitsmaschine, bei dem das erfindungsgemäße Steuerungsverfahren zum Einsatz kommt, 1 an industrial truck as an example of a mobile work machine in which the control method according to the invention is used,

2 eine Kennlinie des Stroms einer Hochleistungsbatterie des Flurförderzeugs der 1 und 2 a characteristic of the current of a heavy duty battery of the truck 1 and

3 eine Kennlinie des Heizstroms eines Zuheizers des Flurförderzeugs der 1. 3 a characteristic of the heating current of an auxiliary heater of the truck 1 ,

Die 1 zeigt eine mobile Arbeitsmaschine 1 mit einem Kühlsystem, die als Flurförderzeug, hier als Gegengewichtsgabelstapler 2, ausgebildet ist und bei der das erfindungsgemäße Verfahren zum Einsatz kommt. The 1 shows a mobile work machine 1 with a cooling system that works as a truck, here as a counterbalance forklift 2 , is formed and in which the inventive method is used.

Der Gegengewichtsgabelstapler 2 weist eine Fahrerkabine 3 auf, in der sich ein Fahrerarbeitsplatz 4 mit einem Fahrersitz 5 befindet. The counterbalance forklift 2 has a driver's cab 3 on, in which there is a driver's workplace 4 with a driver's seat 5 located.

Der Gegengewichtsgabelstapler 2 ist als Hybrid ausgeführt, bei dem ein hydrostatischer Fahrantrieb zum Einsatz kommt und ein nicht näher dargestellter Verbrennungsmotor mit einem gekoppelten Starter-Generator als elektrische Maschine eine hydrostatische Pumpe des hydrostatischen Fahrantriebs antreibt, wobei ein elektrischer Energiespeicher 6, der beispielsweise als Hochleistungsbatterie 7, etwa als Lithium-Ionenbatterie 13 ausgebildet ist, mit dem Starter-Generator in Wirkverbindung steht. The counterbalance forklift 2 is designed as a hybrid, in which a hydrostatic drive is used and a non-illustrated internal combustion engine with a coupled starter generator as an electric machine drives a hydrostatic pump of the hydrostatic drive, wherein an electrical energy storage 6 , for example as a high-performance battery 7 , for example as a lithium-ion battery 13 is formed, is in operative connection with the starter-generator.

Der Verbrennungsmotor ist als Treibgasmotor ausgebildet und wird mit Treibgas aus einem Treibgasspeicher 11 angetrieben. Der Starter-Generator kann dabei im Generatorbetrieb, beispielsweise beim Abbremsen, Energie in den elektrischen Energiespeicher 6 zurückspeisen und umgekehrt den Verbrennungsmotor unterstützen, indem er dem elektrischen Energiespeicher 6 Energie entnimmt. Dies ermöglicht es, den Verbrennungsmotor in der Leistung kleiner auszulegen, da beispielsweise beim Beschleunigen aus dem elektrischen Energiespeicher 6 Strom entnommen werden kann. The internal combustion engine is designed as a propellant gas engine and is propellant from a propellant gas storage 11 driven. The starter generator can be in generator mode, for example when braking, energy in the electrical energy storage 6 feed back and vice versa to support the combustion engine by the electric energy storage 6 Takes energy. This makes it possible to design the internal combustion engine in the power smaller because, for example, when accelerating from the electrical energy storage 6 Electricity can be taken.

Ebenso kann das Fahrzeug alternativ über elektrische Antriebsmotoren als elektrischer Fahrantrieb angetrieben werden. Die elektrischen Antriebsmotoren erhalten Strom aus einem Generator, der von einem Verbrennungsmotor angetrieben wird. Die Antriebsmotoren können in diesem Fall beim Abbremsen des Gegengewichtsgabelstaplers 2 als Generatoren betrieben werden und der dabei erzeugte elektrische Strom wird in den elektrischen Energiespeicher 6 zurückgespeist. Wenn der Gegengewichtsgabelstapler 2 beschleunigt wird, oder in dessen Fahrbetrieb, kann die in dem elektrischen Energiespeicher 6 gespeicherte Energie wieder den Antriebsmotoren zugeführt werden. Likewise, the vehicle can alternatively be driven by electric drive motors as electric traction drive. The electric drive motors receive power from a generator driven by an internal combustion engine. The drive motors can in this case when braking the counterbalance forklift 2 be operated as generators and the electric current generated in the electrical energy storage 6 fed back. When the counterbalance forklift 2 is accelerated, or in its driving, which can be in the electrical energy storage 6 stored energy can be supplied to the drive motors again.

Weiterhin weist die mobile Arbeitsmaschine 1 eine Leistungselektronik auf, die als Umrichter zur Ansteuerung von elektrischen Antrieben, beispielsweise des Starter-Generators ausgebildet ist. Furthermore, the mobile work machine points 1 a power electronics, which is designed as a converter for controlling electric drives, such as the starter-generator.

Der Gegengewichtsgabelstapler 2 ist weiterhin mit einem Hubmast 8 und einer anhebbaren bzw. absenkbaren Lastgabel 9 zur Aufnahme einer Last versehen, wobei das Gewicht dieser Last durch ein Gegengewicht 10 ausgeglichen wird. Der Fahrerarbeitsplatz 4 weist ein Lenkrad 12 auf. The counterbalance forklift 2 is still with a mast 8th and a liftable or lowerable fork 9 provided for receiving a load, wherein the weight of this load by a counterweight 10 is compensated. The driver's workplace 4 has a steering wheel 12 on.

In der 2 ist ein Kühlsystem dargestellt, bei dem das erfindungsgemäße Verfahren zum Einsatz kommt. In einem Kühlkreis 20 läuft ein Kühlmittel um, im vorliegenden Fall ein Wasser-Glykolgemisch. Es ist jedoch auch jedes andere Kühlmittel denkbar, das Wärme transportieren kann. In the 2 a cooling system is shown in which the inventive method is used. In a cooling circuit 20 A coolant, in the present case a water-glycol mixture. However, any other coolant that can transport heat is also conceivable.

Das Kühlmittel wird von einer Kühlmittelpumpe 21 umgewälzt und durchströmt zunächst zur Kühlung bzw. Erwärmung des Energiespeichers 6, in Form einer Hochleistungsbatterie 7, einen Wärmetauscher für den elektrischen Energiespeicher 6, der im vorliegenden Beispiel als Li-Ionenbatterie 7 ausgeführt ist. Durch die Verlustwärme der Li-Ionenbatterie 7 wird dem Kühlmittel Wärme zugeführt. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist nach dem Wärmetauscher für die Li-Ionenbatterie 7 ein Wärmetauscher für eine Leistungselektronik 22 zu deren Kühlung bzw. Erwärmung angeordnet. Der elektrische Energiespeicher 6 und die Leistungselektronik 22 sind elektrische Wärmelasten 14. The coolant is supplied by a coolant pump 21 circulated and flows through first for cooling or heating of the energy storage 6 , in the form of a high-performance battery 7 , a heat exchanger for the electrical energy storage 6 , in the present example as a Li-ion battery 7 is executed. Due to the heat loss of the Li-ion battery 7 Heat is supplied to the coolant. In the present embodiment, after the heat exchanger for the Li-ion battery 7 a heat exchanger for power electronics 22 arranged for the cooling or heating. The electrical energy storage 6 and the power electronics 22 are electrical heat loads 14 ,

Nachfolgend wird das Kühlmittel über eine gegebenenfalls vorhandene Ventileinrichtung 23 durch einen gegebenenfalls vorhandene Zusatzwärmetauscher 24 geleitet, der Wärme an die Umgebungsluft abgeben kann oder aus der Umgebungsluft Wärme aufnehmen kann und als Außenluftwärmetauscher 26 ausgeführt ist. Die Ventileinrichtung 23 kann alternativ das Kühlmittel über eine Umgehungsleitung 25 an dem Zusatzwärmetauscher 24 vorbei leiten, wenn eine Wärmeabgabe an die Außenluft bzw. eine Aufnahme von Wärme aus der Außenluft nicht erfolgen soll. Subsequently, the coolant via an optional valve device 23 by an optional additional heat exchanger 24 passed, which can give off heat to the ambient air or can absorb heat from the ambient air and as an outdoor air heat exchanger 26 is executed. The valve device 23 Alternatively, the coolant may be via a bypass line 25 at the additional heat exchanger 24 lead over when a heat transfer to the outside air or a recording of heat from the outside air should not take place.

Ein Rückkühlwärmetauscher 27 des Kühlkreises 20 umschließt einen Treibgasverdampfer, in dem das flüssige Treibgas verdampft wird. Dabei nimmt das Treibgas eine der Verdampfungswärme entsprechenden Wärmemenge aus dem Kühlkreis 20 auf und kann das Kühlmittel bis maximal zur Verdampfungstemperatur des Treibgases abkühlen. Ein Ausgleichsbehälter 28 kompensiert die Wärmeausdehnung des Kühlmittels. A recooling heat exchanger 27 of the cooling circuit 20 encloses a propellant gas evaporator, in which the liquid propellant gas is evaporated. In this case, the propellant takes one of the heat of evaporation corresponding amount of heat from the cooling circuit 20 and can cool the coolant to a maximum of the evaporation temperature of the propellant gas. A surge tank 28 compensates for the thermal expansion of the coolant.

Der Kühlkreis 20 ist weiterhin mit einer Kühlmittelbypassleitung 29 versehen, die es ermöglicht, erwärmtes Kühlmittel nach dem Wärmetauscher für die Leistungselektronik 22 bzw. dem Außenluftwärmetauscher 26 direkt einem Zumischventil 30 zuzuleiten, das in dem Ablauf des Rückkühlwärmetauscher 27 angeordnet ist. Abhängig von den Messwerten eines Temperatursensors 31 kann das Zumischventil 30 durch Beimischen warmen Kühlmittels die Kühltemperatur des Wärmetauschers für den elektrischen Energiespeicher 6 einstellen und regeln. Beispielhaft ist in der Darstellung ein weiterer Wärmetauscher 34 vorgesehen, der ebenfalls von der Steuerung angesteuert wird und Wärme aus dem Motorkühlwasser, oder anderen Medien, wie beispielsweise Abgas, Hydraulik-oder Motoröl, zuführen kann. Weiterhin ist ein Zuheizer 33 in dem Kühlkreis 20 angeordnet. The cooling circuit 20 is still with a coolant bypass line 29 provided, which allows heated coolant to the heat exchanger for the power electronics 22 or the external air heat exchanger 26 directly to a mixing valve 30 in the course of the recooling heat exchanger 27 is arranged. Dependent on the measured values of a temperature sensor 31 can the mixing valve 30 by adding warm coolant, the cooling temperature of the heat exchanger for the electrical energy storage 6 adjust and regulate. By way of example, another heat exchanger is shown in the illustration 34 provided, which is also controlled by the controller and heat from the engine cooling water, or other media, such as exhaust gas, hydraulic or engine oil, can perform. Furthermore, a heater is 33 in the cooling circuit 20 arranged.

Die 3 zeigt eine Kennlinie des Stroms der Hochleistungsbatterie 7 des Flurförderzeugs 1 der 1. Von der minimalen Betriebstemperatur T1 bis zu einer maximalen Betriebstemperatur T2 der Hochleistungsbatterie 7 regelt die Steuerung den Strom der Hochleistungsbatterie 8 und somit der Betrag der Leistung der Hochleistungsbatterie 7 von einem oberen Stromwert I2 bis zu einem unteren Stromwert I1 linear herunter. In demselben Maße kann der Leistungsanteil des Verbrennungsmotors zum Ausgleich hinauf geregelt werden. Dadurch wird zum einen der Wärmelastanfall der Hochleistungsbatterie 7 geringer und gleichzeitig die Kühlleistung des Treibgasverdampfers 27 größer. The 3 shows a characteristic of the power of the high-performance battery 7 of the truck 1 of the 1 , From the minimum operating temperature T 1 to a maximum operating temperature T 2 of the high-performance battery 7 the controller controls the power of the high-performance battery 8th and thus the amount of power of the high-performance battery 7 from an upper current value I 2 down to a lower current value I 1 linearly. To the same extent, the power component of the internal combustion engine can be regulated up to compensate. As a result, on the one hand, the heat load of the high-performance battery 7 lower and at the same time the cooling performance of the propellant gas evaporator 27 greater.

Die 4 zeigt eine Kennlinie des Heizstroms des Zuheizers 33 des Flurförderzeugs 1 der 1. Unterhalb einer minimalen Betriebstemperatur T1 der Hochleistungsbatterie 7 schaltet die Steuerung den Strom des Zuheizers 33 auf einen hohen Stromwert I3 und oberhalb auf einen niedrigen Stromwert I4, wobei I4 sinnvollerweise null sein kann.The 4 shows a characteristic of the heating current of the auxiliary heater 33 of the truck 1 of the 1 , Below a minimum operating temperature T 1 of the high-performance battery 7 the controller switches the power of the auxiliary heater 33 to a high current value I 3 and above to a low current value I 4 , where I 4 can usefully be zero.

Claims (11)

Steuerungsverfahren für ein Kühlsystem einer mobilen Arbeitsmaschine (1), insbesondere eines Flurförderzeugs (2), mit einer Energieversorgung durch einen treibgasbetriebenen Verbrennungsmotor sowie einen elektrischen Energiespeicher (6), mit einem Treibgasspeicher (11), einer Steuerung und zu kühlenden elektrischen Wärmelasten (14), die mindestens den elektrischen Energiespeicher (6) umfassen, und mit einem Kühlkreis (20), der mit einem Kühlmittel kühlt und als Rückkühlwärmetauscher (27) einen mit einem Treibgasverdampfer des Treibgasspeichers (11) verbundenen Wärmetauscher aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Steuerung aus dem Verhältnis eines Wärmelastanfalls der elektrischen Wärmelasten (14) gegenüber einer Kühlleistung des Treibgasverdampfers bei der Energieversorgung des Antriebs für die gesamte Energieversorgung ein Leistungsanteil des Verbrennungsmotors gegenüber einem Leistungsanteil des elektrischen Energiespeichers (6) geregelt wird. Control method for a cooling system of a mobile working machine ( 1 ), in particular an industrial truck ( 2 ), with an energy supply by a propellant-driven internal combustion engine and an electrical energy storage ( 6 ), with a propellant gas storage ( 11 ), a controller and to be cooled electrical heat loads ( 14 ), the at least the electrical energy storage ( 6 ), and with a cooling circuit ( 20 ), which cools with a coolant and as a recooling heat exchanger ( 27 ) one with a propellant gas evaporator of the propellant gas storage ( 11 ), characterized in that by the controller from the ratio of a heat load attack of the electrical heat loads ( 14 ) compared to a cooling capacity of the propellant gas evaporator in the power supply of the drive for the entire power supply, a power component of the internal combustion engine compared to a power component of the electrical energy storage ( 6 ) is regulated. Steuerungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung die Kühlleistung und den Wärmelastanfall durch Messen von Temperaturen der elektrischen Wärmelasten (14) und/oder von Temperaturen in dem Kühlkreislauf (20) bestimmt. Control method according to claim 1, characterized in that the controller controls the cooling capacity and the heat load by measuring temperatures of the electrical heat loads ( 14 ) and / or temperatures in the refrigeration cycle ( 20 ) certainly. Steuerungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung den Wärmelastanfall und die Kühlleistung bestimmt, indem anhand eines Temperaturrechenmodells der Wärmelastanfall der elektrischen Wärmelasten (14) aus Parameterwerten der elektrischen Wärmelasten (14) und/oder aus Motordaten des Verbrennungsmotors, insbesondere Treibgasdruck und Treibgasmassenstrom, die Kühlleistung des Treibgasverdampfers bestimmt wird. Control method according to claim 1 or 2, characterized in that the controller determines the heat load and the cooling capacity by using a temperature calculation model of the heat load of the electrical heat loads ( 14 ) from parameter values of the electrical heat loads ( 14 ) and / or from engine data of the internal combustion engine, in particular propellant gas pressure and propellant gas mass flow, the cooling capacity of the propellant gas evaporator is determined. Steuerungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Energiespeicher (6) eine Hochleistungsbatterie (7) ist, insbesondere eine Lithiumionenbatterie (13) oder Nickel-Wasserstoffbatterie oder Nickel-Metallhydrid-Batterie. Control method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the electrical energy store ( 6 ) a high performance battery ( 7 ), in particular a lithium-ion battery ( 13 ) or nickel-hydrogen battery or nickel-metal hydride battery. Steuerungsverfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Parameterwerte den Ladezustand (SOC) und/oder den internen Widerstand umfassen. Control method according to claim 4, characterized in that the parameter values include the state of charge (SOC) and / or the internal resistance. Steuerungsverfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Betrag der Leistung der Hochleistungsbatterie (7) zwischen einer minimalen Betriebstemperatur (T1)der Hochleistungsbatterie und einer maximalen Betriebstemperatur (T2) der Hochleistungsbatterie (7) linear abfallend geregelt wird. Control method according to one of claims 4 or 5, characterized in that the amount of power of the high-performance battery ( 7 ) between a minimum operating temperature (T 1 ) of the high-performance battery and a maximum operating temperature (T 2 ) of the high-performance battery ( 7 ) is controlled linearly sloping. Steuerungsverfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine minimale Leistung der Hochleistungsbatterie (7) oberhalb der maximalen Betriebstemperatur (T2) verbleibt. Control method according to claim 6, characterized in that a minimum power of the high-performance battery ( 7 ) remains above the maximum operating temperature (T 2 ). Steuerungsverfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Treibgasverdampfer durch einen elektrischen Zuheizer (33) über den Kühlkreislauf (20) oder direkt erwärmt werden kann und bei Unterschreiten einer minimalen Betriebstemperatur (T1) der Hochleistungsbatterie (7) und/oder des Treibgasverdampfers der Zuheizer (33) von der Steuerung zugeschaltet wird. Control method according to one of claims 4 to 7, characterized in that the propellant gas evaporator by an electric heater ( 33 ) over the cooling circuit ( 20 ) or can be heated directly and falls below a minimum operating temperature (T 1 ) of the high-performance battery ( 7 ) and / or the propellant gas evaporator of the heater ( 33 ) is switched on by the controller. Steuerungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlsystem durch zusätzliche Wärmequellen/-senken wie einen Wärmetauscher mit der Umgebungsluft und/oder einen Wärmetauscher zu anderen Medien, insbesondere Hydraulikflüssigkeit und/oder Motoröl, erwärmt oder gekühlt werden kann. Control method according to one of claims 1 to 8, characterized in that the cooling system can be heated or cooled by additional heat sources / sinks such as a heat exchanger with the ambient air and / or a heat exchanger to other media, in particular hydraulic fluid and / or engine oil. Steuerungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Wärmelasten (14) eine Leistungselektronik (22) umfassen, insbesondere einen Umrichter eines Antriebs. Control method according to one of claims 1 to 9, characterized in that the electrical heat loads ( 14 ) a power electronics ( 22 ), in particular an inverter of a drive. Steuerungsverfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung die Leistungselektronik (22) zur Regelung des Wärmelastanfalls zeitweise herunterregelt und oder ausschaltet. Control method according to Claim 10, characterized in that the controller controls the power electronics ( 22 ) down to regulate the heat load temporary down and or off.
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WO2020025298A1 (en) * 2018-07-30 2020-02-06 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Method for controlling the temperature of electrical components of a vehicle, and vehicle

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