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Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Wärmemanagementsystem und insbesondere, obwohl nicht ausschließlich, ein Wärmemanagementsystem, das dazu konfiguriert ist, die Kühlmittelströmung durch eine Fahrzeugkomponente abzuleiten. Elektrisierte Fahrzeuge wie beispielsweise Hybrid-Elektrofahrzeuge (Hybrid Electric Vehicle, HEV), Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeuge (Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV), Batterie-Elektrofahrzeuge (Battery Electric Vehicle, BEV) oder Brennstoffzellenfahrzeuge unterscheiden sich von herkömmlichen Kraftmaschinenfahrzeugen dadurch, dass sie von einer oder mehreren elektrischen Maschinen (d. h. elektrischen Motoren und/oder Generatoren) anstelle von oder zusätzlich zu einer Brennkraftmaschine betrieben werden. Hochspannungsstrom für die Stromversorgung der elektrischen Maschinen wird typischerweise von einem Hochspannungstraktionsbatteriesatz bereitgestellt. Viele elektrisierte Fahrzeuge umfassen Wärmemanagementsysteme, die die Wärmeanforderungen verschiedener Komponenten während des Fahrzeugbetriebs, darunter dem Hochspannungstraktionsbatteriesatz, handhaben. Das Wärmemanagementsystem umfasst in der Regel Rohre, Verbindungsteile, Steckverbinder usw., die Kühlmittel durch das System verteilen. Es ist wünschenswert, die Systemintegrität des Wärmemanagementsystems zu verbessern.
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Ein Batteriesatz nach einem beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst unter anderem einen Batteriesatz, einen ersten Sensor an einem Einlass des Batteriesatzes und einen zweiten Sensor an einem Auslass des Batteriesatzes.
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Bei einer weiteren nichteinschränkenden Ausführungsform des oben erwähnten Systems sind der erste Sensor und der zweite Sensor integrierte Druck- und Temperatursensoren.
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Bei einer weiteren nichteinschränkenden Ausführungsform eines der beiden oben erwähnten Systeme steht ein Steuermodul mit dem ersten Sensor und dem zweiten Sensor in elektrischer Verbindung.
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Bei einer weiteren nichteinschränkenden Ausführungsform eines der oben erwähnten Systeme ist das Steuermodul dazu konfiguriert, Strömungsinformationen eines Kühlmittels, das durch den Batteriesatz geleitet wird, abzuleiten.
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Bei einer weiteren nichteinschränkenden Ausführungsform eines der oben erwähnten Systeme sind der erste Sensor und der zweite Sensor dazu konfiguriert, eine Fluidbedingung eines Kühlmittels, das durch den Batteriesatz geleitet wird, anzugeben.
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Ein Wärmemanagementsystem nach einem weiteren beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst unter anderem eine Fahrzeugkomponente, einen ersten Kühlkreislauf, der ein Kühlmittel durch die Fahrzeugkomponente zirkuliert, einen ersten Sensor, der dazu konfiguriert ist, eine Fluidbedingung des Kühlmittels anzugeben, und ein Steuermodul, das dazu konfiguriert ist, die Fluidbedingung zu überwachen, um Strömungsinformationen des Kühlmittels durch die Fahrzeugkomponente abzuleiten.
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Bei einer weiteren nichteinschränkenden Ausführungsform des oben erwähnten Systems ist die Fahrzeugkomponente ein Batteriesatz.
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Bei einer weiteren nichteinschränkenden Ausführungsform eines der beiden oben erwähnten Systeme zirkuliert ein zweiter Kühlkreislauf ein zweites Kühlmittel zu einer zweiten Fahrzeugkomponente und ein dritter Kühlkreislauf zirkuliert ein drittes Kühlmittel an eine dritte Fahrzeugkomponente.
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Bei einer weiteren nichteinschränkenden Ausführungsform eines der oben erwähnten Systeme ist die Fahrzeugkomponente ein Hochspannungsbatteriesatz, die zweite Fahrzeugkomponente ein Controller und/oder ein Wechselrichter und/oder ein Konverter und die dritte Fahrzeugkomponente eine Kraftmaschine.
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Bei einer weiteren nichteinschränkenden Ausführungsform eines der oben erwähnten Systeme umfasst die Fluidbedingung einen Druck oder eine Temperatur des Kühlmittels.
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Bei einer weiteren nichteinschränkenden Ausführungsform eines der oben erwähnten Systeme ist der erste Sensor an einem Einlass der Fahrzeugkomponente positioniert.
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Bei einer weiteren nichteinschränkenden Ausführungsform eines der oben erwähnten Systeme ist ein zweiter Sensor an einem Auslass der Fahrzeugkomponente positioniert.
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Bei einer weiteren nichteinschränkenden Ausführungsform eines der oben erwähnten Systeme ist der erste Sensor ein integrierter Druck- und Temperatursensor.
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Bei einer weiteren nichteinschränkenden Ausführungsform eines der oben erwähnten Systeme ist der erste Sensor ein Differenzialdrucksensor und sind ein zweiter Sensor und ein dritter Sensor vorhanden, die Temperatursensoren sind.
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Bei einer weiteren nichteinschränkenden Ausführungsform eines der oben erwähnten Systeme ist ein Heizgerät dazu konfiguriert, das Kühlmittel zu erwärmen, um die Fahrzeugkomponente vorzukonditionieren.
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Bei einer weiteren nichteinschränkenden Ausführungsform eines der oben erwähnten Systeme sind zumindest ein Kühler und ein Kälteaggregat innerhalb des ersten Kühlkreislaufs angeordnet.
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Bei einer weiteren nichteinschränkenden Ausführungsform eines der oben erwähnten Systeme ist das Steuermodul mit einer Nachschlagetabelle zum Schätzen einer Strömungsrate des Kühlmittels auf der Basis der Fluidbedingung programmiert.
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Ein Verfahren gemäß einem weiteren beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst unter anderem Erfassen einer Fluidbedingung, die mit einem Kühlmittel eines Wärmemanagementsystems assoziiert ist, und Überwachen der Fluidbedingung, um Strömungsinformationen des Kühlmittels durch einen Batteriesatz abzuleiten.
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Bei einer weiteren nichteinschränkenden Ausführungsform des oben erwähnten Verfahrens wird der Erfassungsschritt mit einem ersten Sensor, der an einem Einlass des Batteriesatzes positioniert ist, und einem zweiten Sensor, der an einem Auslass des Batteriesatzes positioniert ist, durchgeführt.
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Bei einer weiteren nichteinschränkenden Ausführungsform eines der beiden oben erwähnten Verfahren werden die Strömungsinformationen auf der Basis von Druck- und Temperaturwerten geschätzt, die in einer Nachschlagetabelle gespeichert werden.
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Die Ausführungsformen, Beispiele und Alternativen der vorhergehenden Absätze, der Ansprüche oder der folgenden Beschreibung und Zeichnungen, einschließlich jedes der verschiedenen Aspekte oder der jeweiligen einzelnen Merkmale, können einzeln oder in beliebiger Kombination betrachtet werden. In Verbindung mit einer Ausführungsform beschriebene Merkmale sind auf alle Ausführungsformen anwendbar, sofern derartige Merkmale nicht damit unverträglich sind.
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Die verschiedenen Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden dem Fachmann aus der folgenden ausführlichen Beschreibung ersichtlich. Die die ausführliche Beschreibung begleitenden Zeichnungen können kurz wie folgt beschrieben werden.
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1 zeigt schematisch einen Antriebsstrang eines elektrisierten Fahrzeugs.
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2 zeigt ein Wärmemanagementsystem gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
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3 zeigt ein Wärmemanagementsystem gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
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3 zeigt ein Wärmemanagementsystem gemäß einer noch weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
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Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Wärmemanagementsystem für ein elektrisiertes Fahrzeug. Das Wärmemanagementsystem kann einen Batteriesatz und einen oder mehrere Sensoren umfassen, die dazu konfiguriert sind, eine Fluidbedingung eines Kühlmittels, das durch den Batteriesatz geleitet wird, anzugeben. Zum Beispiel kann der Sensor/ können die Sensoren Drücke und Temperaturen des Kühlmittels erfassen. Ein Steuermodul überwacht die Fluidbedingung, um eine Kühlmittelströmung durch den Batteriesatz abzuleiten. Diese und andere Merkmale werden innerhalb der vorliegenden ausführlichen Beschreibung ausführlicher besprochen.
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1 stellt schematisch einen Antriebsstrang 10 für ein elektrisiertes Fahrzeug 12, wie beispielsweise ein HEV, dar. Obwohl das Fahrzeug als HEV dargestellt ist, versteht es sich, dass die hier beschriebenen Konzepte nicht auf HEVs beschränkt sind und auch auf andere elektrisierte Fahrzeuge angewendet werden könnten, einschließlich u. a. PHEVs, BEVs, Brennstoffzellenfahrzeuge oder beliebige andere Alternativkraftstofffahrzeuge.
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Bei einer Ausführungsform ist der Antriebsstrang 10 ein Hybridantriebssystem, das ein erstes Antriebssystem, das eine Kombination aus einer Kraftmaschine 14 und einem Generator 16 (d. h. eine erste elektrische Maschine) umfasst, und ein zweites Antriebssystem, das mindestens einen Motor 36 (d. h. eine zweite elektrische Maschine), den Generator 16 und ein Batteriesystem 50 umfasst, verwendet. Beispielsweise können der Motor 36, der Generator 16 und das Batteriesystem 50 ein elektrisches Antriebssystem 25 des Antriebsstrangs 10 bilden. Das erste und das zweite Antriebssystem generieren ein Drehmoment zum Antreiben eines oder mehrerer Sätze von Fahrzeugantriebsrädern 30 des elektrisierten Fahrzeugs 12, wie nachfolgend ausführlicher diskutiert wird.
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Die Kraftmaschine 14, wie beispielsweise eine Brennkraftmaschine, und der Generator 16 können durch eine Kraftübertragungseinheit 18 miteinander verbunden sein. Der Generator 16 wird von der Kraftübertragungseinheit 18 angetrieben, wenn er als Generator zum Umwandeln kinetischer Energie in elektrische Energie tätig ist. Alternativ kann der Generator 16 auch als Motor fungieren, der elektrische Energie in kinetische Energie umwandelt und damit ein Drehmoment an eine Welle 26 ausgibt. Da der Generator 16 mit der Kraftmaschine 14 wirkverbunden ist, kann die Drehzahl der Kraftmaschine 14 durch den Generator 16 gesteuert werden.
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Durch eine zweite Kraftübertragungseinheit 32 ist eine Welle 28 mit Fahrzeugantriebsrädern 30 verbunden. Die zweite Kraftübertragungseinheit 32 überträgt ein Drehmoment von der Kraftmaschine 14 zu einem Differenzialgetriebe 38, um Traktion für die Fahrzeugantriebsräder 30 bereitzustellen. Das Differenzialgetriebe 38 kann mehrere Zahnräder umfassen, die die Übertragung von Drehmoment auf die Fahrzeugantriebsräder 30 ermöglichen. Die zweite Kraftübertragungseinheit 32 ist über das Differenzialgetriebe 38 mechanisch mit einer Achse 40 gekoppelt, um Drehmoment auf die Fahrzeugantriebsräder 30 zu verteilen.
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Der Motor 36 kann auch dazu eingesetzt werden, um die Fahrzeugantriebsräder 30 dadurch anzutreiben, dass Drehmoment an eine Welle 46 abgegeben wird, die ebenfalls mit der zweiten Kraftübertragungseinheit 32 verbunden ist. Bei einer Ausführungsform sind der Motor 36 und der Generator 16 Teil eines rekuperativen Bremssystems, in dem sowohl der Motor 36 als auch der Generator 16 als Motoren eingesetzt werden können, die Drehmoment abgeben. Beispielsweise können sowohl der Motor 36 als auch der Generator 16 elektrischen Strom an einen Hochspannungsbus 48 und das Batteriesystem 50 abgeben. Das Batteriesystem 50 kann einen Hochspannungsbatteriesatz umfassen, der elektrischen Strom zum Betreiben des Motors 36 und des Generators 16 abgeben kann. Auch andere Typen von Energiespeichervorrichtungen und/oder Abgabegeräten können zur Nutzung mit dem elektrisierten Fahrzeug 12 integriert werden. Das Batteriesystem 50 kann aus einem oder mehreren Batteriemodulen bestehen, die Batteriezellen umfassen, die die zum Versorgen des Motors 36 und/oder des Generators 16 erforderliche Energie speichern.
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Der Motor 36, der Generator 16, die Kraftübertragungseinheit 18 und die Kraftübertragungseinheit 32 können allgemein als eine Transaxle 42 oder als Getriebe des elektrisierten Fahrzeugs 12 bezeichnet werden. Wenn ein Fahrer somit eine bestimmte Schaltposition auswählt, wird die Transaxle 42 geeignet gesteuert, um das entsprechende Zahnrad zum Vorantreiben des elektrisierten Fahrzeugs 12 durch Bereitstellen von Traktion für die Fahrzeugantriebsräder 30 bereitzustellen.
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Der Antriebsstrang 10 kann zusätzlich dazu ein Steuersystem 44 zum Überwachen und/oder Steuern verschiedener Aspekte des elektrisierten Fahrzeugs 12 umfassen. Beispielsweise kann das Steuersystem 44 mit dem elektrischen Antriebssystem 25, den Kraftübertragungseinheiten 18, 32 oder anderen Komponenten kommunizieren, um das elektrisierte Fahrzeug 12 zu überwachen und/oder zu steuern. Das Steuersystem 44 umfasst Elektronik und/oder Software zum Ausführen der notwendigen Steuerfunktionen zum Betreiben des elektrisierten Fahrzeugs 12. Bei einer Ausführungsform ist das Steuersystem 44 eine Kombination aus einer Fahrzeugsystemsteuereinheit (VSC – Vehicle System Controller) und einem Antriebsstrangsteuermodul (PCM – Powertrain Control Module). Obwohl das Steuersystem 44 als einzelnes Hardwaregerät dargestellt ist, kann es auch mehrere Controller in Form von mehreren Hardwaregeräten oder mehrere Softwarecontroller innerhalb eines oder mehrerer Hardwaregeräte umfassen.
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Ein Controller Area Network (CAN) 52 gestattet es dem Steuersystem 44, mit der Transaxle 42 zu kommunizieren. Beispielsweise kann das Steuersystem 44 von der Transaxle 42 Signale empfangen, die angeben, ob ein Übergang zwischen Schaltpositionen stattfindet. Das Steuersystem 44 kann auch mit einem elektronischen Batteriesteuerungsmodul (BECM – Battery Electronic Control Module) des Batteriesystems 50 oder anderen Steuermodulen kommunizieren.
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Zusätzlich dazu kann das elektrische Antriebssystem 25 einen oder mehrere Controller 54 umfassen, wie beispielsweise einen Wechselrichter-Systemcontroller (ISC – Inverter System Controller). Der Controller 54 ist zur Steuerung bestimmter Komponenten innerhalb der Transaxle 42 konfiguriert, z. B. des Generators 16 und/oder des Motors 36, wie beispielsweise zur Unterstützung des bidirektionalen Kraftflusses. Bei einer Ausführungsform ist der Controller 54 ein Wechselrichter-Systemcontroller (ISC), kombiniert mit einem regelbaren Spannungswandler (VVC – Variable Voltage Converter).
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2 stellt ein Wärmemanagementsystem 60 dar, das in ein elektrisiertes Fahrzeug integriert werden kann. Beispielsweise könnte das Wärmemanagementsystem 60 von dem elektrisierten Fahrzeug 12 aus 1 (oder einem beliebigen anderen elektrisierten Fahrzeug) für den Umgang mit den thermischen Lasten genutzt werden, die von verschiedenen Fahrzeugkomponenten generiert werden, wie beispielsweise der Kraftmaschine 14, dem Batteriesystem 50 und/oder den Controllern 54. Das Wärmemanagementsystem 60 kann selektiv Kühlmittel an diese Komponenten leiten, um die Komponenten in Abhängigkeit von den Umgebungsbedingungen und/oder anderen Bedingungen entweder zu kühlen oder zu heizen.
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Bei einer Ausführungsform umfasst das Wärmemanagementsystem 60 einen ersten Kühlkreislauf 62, einen zweiten Kühlkreislauf 64 und einen dritten Kühlkreislauf 66. Obwohl bei der vorliegenden Ausführungsform drei Kühlkreisläufe dargestellt sind, könnte das Wärmemanagementsystem 60 innerhalb des Umfangs der vorliegenden Offenbarung jedoch auch eine größere oder geringere Anzahl an Kühlkreisläufen umfassen.
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Bei einer nichteinschränkenden Ausführungsform ist der erste Kühlkreislauf 62 dazu konfiguriert, dem Batteriesystem 50 ein Kühlmittel C1 zuzuführen, ist der zweite Kühlkreislauf 64 dazu konfiguriert, an Fahrzeugkomponenten, wie verschiedenen Controllern, Wechselrichtern, Konvertern, Batterieauflademitteln usw. (kollektiv bei 70 gezeigt) ein Kühlmittel C2 zuzuführen, und der dritte Kühlkreislauf 66 kann der Kraftmaschine 14 ein Kühlmittel C3 zuführen. Wie dargestellt, kann das Kühlmittel C1 des ersten Kühlkreislaufs 62 dazu verwendet werden, einen Batteriesatz 68 des Batteriesystems 50 thermisch zu verwalten. Andere Fahrzeugkomponenten können von dem Wärmemanagementsystem 60 alternativ oder zusätzlich konditioniert werden. Mit anderen Worten können der erste Kühlkreislauf 62, der zweite Kühlkreislauf 64 und der dritte Kühlkreislauf 66 jeweils Kühlmittel an eine oder mehrere Komponenten zuführen.
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Bei den Kühlmitteln C1, C2 und C3 kann es sich um ein herkömmliches Kühlmittelgemisch handeln, wie beispielsweise eine Mischung aus Wasser und Ethylenglykol. Auch andere Kühlmittel können sich zur Verwendung durch das Wärmemanagementsystem 60 eignen.
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Das Wärmemanagementsystem 60 kann zusätzlich mehrere Kühler umfassen. Beispielsweise kann ein erster Kühler 74-1 in den ersten Kühlkreislauf 62 integriert werden, kann ein zweiter Kühler 74-2 in den zweiten Kühlkreislauf 64 integriert werden, und ein dritter Kühler 74-3 kann mit dem dritten Kühlkreislauf 66 in Fluidverbindung stehen. Die Kühler 74-1, 74-2 und 74-3 können zum Kühlen der Kühlmittel C1, C2 und C3 verwendet werden, die dem ersten Kühlkreislauf 62, dem zweiten Kühlkreislauf 64 bzw. dem dritten Kühlkreislauf 66 zugeführt werden. Bei einer Ausführungsform ist der erste Kühler 74-1 ein Niedrigtemperaturkühler, der zweite Kühler 74-2 ein Mitteltemperaturkühler und der dritte Kühler 74-3 ein Hochtemperaturkühler.
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Angrenzend an den Kühlern 74-1, 74-2 und 74-3 kann ein Kühlergebläse 78 positioniert sein. Bei einer Ausführungsform grenzt das Kühlergebläse 78 unmittelbar an den dritten Kühler 74-3 an. Andere Positionen werden jedoch auch in Betracht gezogen.
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Im gesamten Wärmemanagementsystem 60 können mehrere Pumpen angeordnet sein. Bei einer nichteinschränkenden Ausführungsform umfasst zum Beispiel der erste Kühlkreislauf 62 eine erste Pumpe 82-1, der zweite Kühlkreislauf 64 umfasst eine zweite Pumpe 82-2 und der dritte Kühlkreislauf 66 umfasst eine dritte Pumpe 82-3. Die Pumpen 82-1, 82-2 und 82-3 unterstützen die Zirkulation der Kühlmittel C1, C2 und C3.
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Das Wärmemanagementsystem 60 kann fakultativ einen oder mehrere Entgasungsüberflussbehälter 100 verwenden. Bei dieser Ausführungsform sind Entgasungsüberflussbehälter 100 in den ersten Kühlkreislauf 62, den zweiten Kühlkreislauf 64 sowie den dritten Kühlkreislauf 66 integriert. Die Entgasungsüberflussbehälter 100 könnten an beliebiger Stelle innerhalb eines beliebigen Kühlkreislauf angeordnet werden. Die Entgasungsüberflussbehälter 100 gestatten es, dass mitgeführte Luft und Gase in den Kühlmitteln C1, C2 und C3 von den Kühlmitteln getrennt werden können, während sie durch die Entgasungsüberflussbehälter 100 strömen.
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Bei einem nichteinschränkenden Betriebsmodus des Wärmemanagementsystems 60 wird das Kühlmittel C1 in den ersten Kühler 74-1 geleitet, das Kühlmittel K2 wird in den zweiten Kühler 74-2 geleitet und das Kühlmittel K3 wird in den dritten Kühler 74-3 geleitet. Das Kühlmittel C1 wird dem ersten Kühlkreislauf 62 zugeführt, das Kühlmittel C2 wird dem zweiten Kühlkreislauf 64 zugeführt und das Kühlmittel C3 wird dem dritten Kühlkreislauf 66 zugeführt.
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Das Kühlergebläse 78 zieht Luftströmung F durch den ersten Kühler 74-1, den zweiten Kühler 74-2 und den dritten Kühler 74-3, so dass es zu einem Wärmetransfer mit jedem der Kühlmittel C1, C2 und C3 kommt. Beispielsweise tauscht die Luftströmung F Wärme mit den Kühlmitteln C1, C2 und C3 aus, um sie zu kühlen. Dann wird Wärme davon an die Luftströmung F abgegeben, ehe die Kühlmittel C1, C2 und C3 an den ersten Kühlkreislauf 62, den zweiten Kühlkreislauf 64 bzw. den dritten Kühlkreislauf 66 geleitet werden, um den Batteriesatz 68, die verschiedenen Controller, Wechselrichter, Konverter, Batterieauflademittel usw. (bei 70 gezeigt) und die Kraftmaschine 14 zu kühlen.
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Bei einer nichteinschränkenden Ausführungsform verlässt das Kühlmittel C1 den ersten Kühler 74-1 in eine Leitung 88 des ersten Kühlkreislaufs 62 und wird zu einem Dreiwegeventil 80 geleitet. Das Dreiwegeventil 80 kann dem Batteriesatz 68 vorgelagert sein, um den Strom des Kühlmittels C1 durch den Batteriesatz 68 zu steuern. Zwischen dem Dreiwegeventil 80 und dem Batteriesatz 68 kann die Pumpe 82-1 positioniert sein, um das Kühlmittel C1 in den Batteriesatz 68 hinein und durch ihn hindurch zu zirkulieren.
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Der erste Kühlkreislauf 62 kann zusätzlich dazu einen Kältekreislauf 84 umfassen. Der Kältekreislauf 84 umfasst ein Kälteaggregat 86, das unter bestimmten Bedingungen das Kühlmittel C1 zusätzlich kühlt. Wenn beispielsweise eine Umgebungstemperatur einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet, kann das Dreiwegeventil 80 einen Einlass 71 schließen, der mit der Leitung 88 des ersten Kühlkreislaufs 62 verbunden ist, und einen Einlass 73 öffnen, der mit dem Kältekreislauf 84 verbunden ist, so dass dem Batteriesatz 68 ein gekühltes Kühlmittel C4 bereitgestellt wird. Unter anderen Bedingungen wird der Einlass 73 des Dreiwegeventils 80 geschlossen und der Einlass 71 geöffnet, so dass das Kühlmittel C1 von der Leitung 88 unbehindert in den Batteriesatz 68 geleitet wird.
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Dem Batteriesatz 68 kann eine Abzweigmuffe 90 nachgelagert positioniert sein. Die Abzweigmuffe 90 ist dazu ausgeführt, dass sie das Kühlmittel C1, das den Batteriesatz 68 verlässt, zwischen dem Kältekreislauf 84 und einer Leitung 92 teilt. Die Leitung 92 stellt die Verbindung zurück zum ersten Kühler 74-1 her, wodurch der erste Kühlkreislauf 62 geschlossen wird.
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In der Zwischenzeit kann das Kühlmittel C2 den zweiten Kühler 74-2 über eine Leitung 94 des zweiten Kühlkreislaufs 64 verlassen. Das Kühlmittel C2 kann so geleitet werden, dass es die verschiedenen Controller, Gleichrichter, Konverter, Batterieauflademittel usw., die in 2 bei 70 angegeben sind, kühlt. Das Kühlmittel C2 kann über eine Leitung 98 zum zweiten Kühler 74-2 zurückgeführt werden.
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Letztlich kann das Kühlmittel C3 den Kühler 74-3 mittels der Leitung 102 des dritten Kühlkreislaufs 66 selektiv verlassen. Das Kühlmittel C3 wird so geleitet, dass es die Kraftmaschine 14 kühlt. Das Kühlmittel C3 kann mittels der Leitung 106 nach Kühlen der Kraftmaschine 14 zum dritten Kühler 74-3 zurückgeführt werden.
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Der dritte Kühlkreislauf 66 kann fakultativ ein Thermostat 108 umfassen. Bei einer Ausführungsform ist das Thermostat 108 ein zweistufiges, stetiges Regelventil, das dazu konfiguriert ist, eine Einlasstemperatur der Kraftmaschine 14 zu regulieren. Das Thermostat 108 kann die Leitung 102 des dritten Kühlkreislaufs 66 unter bestimmten Betriebsbedingungen schließen, wo die Kraftmaschine 14 keine Kühlung von dem dritten Kühler 74-3 benötigt. Mit anderen Worten kann das Thermostat 108 unter bestimmten Betriebsbedingungen die Leitung des Kühlmittels C3 zu der Kraftmaschine 14 verhindern.
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Wie oben beschrieben, kann das Batteriesystem 50 ein Teil des ersten Kühlkreislaufs 62 des Wärmemanagementsystems 60 sein. Auf diese Weise kann das Batteriesystem 50 dazu verwendet werden, die Strömung des Kühlmittels C1 des ersten Kühlkreislaufs 62 durch den Batteriesatz 68 zu überwachen. Beispielsweise kann das Batteriesystem 50 detektieren, ob innerhalb des Batteriesatzes 68 oder an einer Stelle außerhalb des Batteriesatzes 68 Kühlmittel verloren geht.
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Bei einer nichteinschränkenden Ausführungsform umfasst das Batteriesystem 50 den Batteriesatz 68, einen ersten Sensor 76, einen zweiten Sensor 96 und ein Steuermodul 99. Der erste Sensor 76 und der zweite Sensor 96 stehen mit dem Steuermodul 99 in elektrischer Verbindung. Der erste Sensor 76 kann an einem Einlass 79 des Batteriesatzes 68 positioniert sein, und der zweite Sensor 96 kann an einem Auslass 81 des Batteriesatzes 68 positioniert sein.
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Bei einer Ausführungsform sind sowohl der erste Sensor 76 als auch der zweite Sensor 96 integrierte Druck- und Temperatursensoren. Zusätzlich oder alternativ dazu können andere Sensoren von dem Batteriesystem 50 zur Überwachung der Kühlmittelströmung des Wärmemanagementsystems 60 verwendet werden.
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Obwohl das Steuermodul 99 in der dargestellten Ausführungsform schematisch als ein einziges Modul gezeigt wird, kann es Teil eines größeren Steuersystems sein und durch verschiedene andere Controller im gesamten elektrisierten Fahrzeug gesteuert werden, wie zum Beispiel einem Fahrzeugsystem-Controller (VSC), der eine Antriebsstrangsteuereinheit, eine Getriebesteuereinheit, eine Kraftmaschinensteuereinheit, ein BECM usw. umfasst. Es versteht sich somit, dass das Steuermodul 99 und ein oder mehrere andere Controller kollektiv als „Steuermodul“ bezeichnet werden können, das zum Beispiel durch mehrere integrierte Algorithmen verschiedene Aktoren als Reaktion auf Signale von verschiedenen Sensoren zur Steuerung von Funktionen, die mit einem Fahrzeug assoziiert sind, und in dem vorliegenden Fall mit dem Wärmemanagementsystem 60, steuert. Die verschiedenen Controller, die den VSC bilden, können mittels eines gemeinsamen Busprotokolls (zum Beispiel CAN) miteinander kommunizieren. Bei einer nichteinschränkenden Ausführungsform kann das Steuermodul 99 Teil eines BECMs des Batteriesystems 50 sein.
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Bei einer Ausführungsform können der erste Sensor 76 und der zweite Sensor 96 eine Fluidbedingung, die mit dem Kühlmittel C1 assoziiert ist, angeben (d.h. erfassen). Die Fluidbedingung kann den Druck und die Temperatur des Kühlmittels C1 umfassen. Die Druck- und Temperaturwerte, die von dem ersten Sensor 76 und dem zweiten Sensor 96 erfasst werden, können dem Steuermodul 99 zur Überwachung von Druck- und Temperaturdifferenzialen des Kühlmittels C1 zwischen dem Einlass 79 und dem Auslass 81 des Batteriesatzes 68 übermittelt werden. Auf der Basis dieser Druck- und Temperaturdifferenziale kann das Steuermodul 99 eine Kühlmittelströmungsrate des Kühlmittels C1 durch den Batteriesatz 68 ableiten.
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Zum Beispiel können sich die Druck- und Temperaturinformationen, die von dem ersten Sensor 76 und dem zweiten Sensor 96 erfasst werden, ändern, falls innerhalb des Wärmemanagementsystems 60 entweder von innerhalb des Batteriesatzes 68 oder außerhalb des Batteriesatzes 68 Leckagen und Blockierungen vorkommen. Jegliche Schwankungen oder Reduzierungen des Kühlmitteldrucks oder der Kühlmitteltemperatur zwischen dem Einlass 79 und dem Auslass 81 des Batteriesatzes 68 können Probleme im Wärmemanagementsystem 60 außerhalb oder innerhalb des Batteriesatzes 68 angeben. Erfasste Druckschwankungen können auf blockierte Rohrleitungen oder Leckagen im Wärmemanagementsystem 60 oder auf degradierte Leistung einer der Pumpen 82-1, 82-2, 83-3 zurückzuführen sein. Alternativ dazu kann ein Anstieg der Temperatur des Kühlmittels C1 zwischen dem Einlass 79 und dem Auslass 81 des Batteriesatzes 68 eine Fehlfunktion des Kälteaggregats 86, unrichtige Kühlmittelzirkulation, Mängel des Kühlergebläses 78 oder andere Probleme angeben.
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Das Steuermodul 99 überwacht jegliche Druck- oder Temperaturdifferenziale am Batteriesatz 68 zwischen dem Einlass 79 und dem Auslass 81. Bei einer Ausführungsform kann das Steuermodul 99, auf der Basis kalibrierter Schwellenwerte, die in einer Nachschlagetabelle im Speicher des Steuermoduls 99 gespeichert werden können, eine Strömungsrate des Kühlmittels C1, das durch den Batteriesatz 68 geleitet wird, ableiten und daraufhin notwendige Abhilfemaßnahmen nach gegebener Steuerstrategie ergreifen. Mit anderen Worten wird das Kühlmittel C1 für eine gegebene Temperatur und einen gegebenen Druck eine bekannte Strömungsrate aufweisen, die aus der Nachschlagetabelle bestimmt werden kann. Das Steuermodul 99 kann auf der Basis dieser Strömungsrateninformationen bestimmen, ob etwaige Abhilfemaßnahmen notwendig sind.
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Bei einer weiteren Ausführungsform kann das Steuermodul 99 auch eine Wärmeabgaberate des Kühlmittels C1 mittels Temperaturwerten, die von dem ersten Sensor 76 und/oder dem zweiten Sensor 96 erfasst werden, berechnen. Diese Temperaturwerte können zur Überwachung der Wärmeleistung des Batteriesatzes 68 für eine jeweilige Aufladungs-/Entladungsleistung verwendet werden. Diese Informationen können Einsicht in die Batteriezellenalterung bieten.
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Eine derartige Überwachung des Drucks und der Temperatur des Batteriesatzes 68 kann, wo übermäßige Temperaturanstiege innerhalb des Batteriesatzes 68 zwischen dem Einlass 79 und dem Auslass 81 beobachtet werden, außerdem jeglichen Verdacht auf ein fehlerhaftes Wärmemanagementsystem 60 eliminieren. Falls zum Beispiel die Druck- und Temperaturwerte des Kühlmittels C1 nicht innerhalb eines vordefinierten Bereichs liegen (bei Vergleich mit der Nachschlagetabelle), dann kann ein Temperaturanstieg auf ein internes Problem des Batteriesatzes 68 zurückgeführt werden.
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Bei einer weiteren Ausführungsform kann das Steuermodul 99 bestimmen, ob der Einlass 71 oder der Einlass 73 des Dreiwegeventils 80 als Reaktion auf Druck- und Temperaturinformationen von dem ersten Sensor 76 und/oder dem zweiten Sensor 96 zu öffnen ist. Beispielsweise können Temperaturmessungen des ersten Sensors 76 dazu verwendet werden, zwischen einem Leiten des Kühlmittels C1 von dem ersten Kühler 74-1 und einem Leiten des Kühlmittels C4 von dem Kältekreislauf 84 zu schalten.
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3 zeigt ausgewählte Abschnitte eines weiteren beispielhaften Wärmemanagementsystems 160. In der vorliegenden Offenbarung bezeichnen, wo dies geeignet ist, gleiche Bezugszahlen die gleichen Elemente, und Bezugszeichen mit der Addition von 100 oder Mehrfachen davon bezeichnen modifizierte Elemente, die die gleichen Merkmale und Vorteile der entsprechenden ursprünglichen Elemente umfassen.
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Bei der vorliegenden Ausführungsform umfasst das Wärmemanagementsystem 160 einen Kühlkreislauf 162. Natürlich könnte das Wärmemanagementsystem 160 zusätzliche Kühlkreisläufe umfassen (siehe zum Beispiel die mehreren Kühlkreisläufe des Wärmemanagementsystems 60 von 2).
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Der Kühlkreislauf 162 ähnelt dem ersten Kühlkreislauf 62 in 2. Bei der vorliegenden Ausführungsform umfasst ein Kältekreislauf 184 des Kühlkreislaufs 162 jedoch ein Heizgerät 109. Das Heizgerät 109 kann dazu verwendet werden, den Batteriesatz 68 vorzukonditionieren, wie zum Beispiel für Anwendungen im kalten Klima.
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Bei einer Ausführungsform ist das Heizgerät 109 ein Positivtemperaturkoeffizientheizgerät. Bei einer weiteren Ausführungsform ist das Heizgerät 109 ein Glühkerzenheizgerät. Außerdem sind andere Heizgeräte zur Verwendung im Wärmemanagementsystem 160 vorgesehen.
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Bei einer nichteinschränkenden Ausführungsform weist das Heizgerät 109 ein Kühlmittel C1 auf, das durch den Kühlkreislauf 162 zirkuliert, um die Temperatur des Batteriesatzes 68 zu regeln. Wenn ein Heizen erwünscht wird, kann der Einlass 71 des Dreiwegeventils 80 geschlossen und der Einlass 73 geöffnet werden, um ein erwärmtes Kühlmittel C5 zum Batteriesatz 68 zu leiten.
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Der erste Sensor 76 und der zweite Sensor 96 des Batteriesystems 50 können dazu verwendet werden, anzugeben, ob ein Kühlmittel eine vorkonditionierte Temperatur erreicht hat. Das Heizgerät 109 kann „aus“-geschaltet werden, falls das Steuermodul 99 bestimmt, dass zwischen dem Kühlmittel C1 und dem Batteriesatz 68 kein Wärmetransfer stattgefunden hat (d.h. die Temperatur des Kühlmittels C1 am Einlass 79 des Batteriesatzes 68 gleich der Temperatur des Kühlmittels C1 am Auslass 81 ist).
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Das Steuermodul 99 kann außerdem Rückkopplung von dem ersten Sensor 76 und dem zweiten Sensor 96 überwachen, um eine Strömungsrate des Kühlmittels C1 zu bestimmen. Anders gesagt kann das Steuermodul 99 die Strömung des Kühlmittels C1 bestätigen, wenn das Heizgerät 109 „ein“-geschaltet ist, um eine Überhitzung des Kühlmittels C1 zu vermeiden.
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4 zeigt ein noch weiteres beispielhaftes Wärmemanagementsystem 260. Bei dieser Ausführungsform umfasst das Wärmemanagementsystem 260 einen ersten Sensor 201, einen zweiten Sensor 203 und einen dritten Sensor 205 zur Überwachung eines Batteriesystems 50, das einen Batteriesatz 68 umfasst. Bei einer Ausführungsform ist der erste Sensor 201 ein Differenzialdrucksensor und der zweite Sensor 202 und der dritte Sensor 205 sind Temperatursensoren.
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Der erste Sensor 201 kann eine erste Führung 207, die nahe einem Einlass 79 des Batteriesatzes 68 positioniert ist, und eine zweite Führung 209, die nahe einem Auslass 81 des Batteriesatzes 68 positioniert ist, umfassen. Bei einer Ausführungsform ist der zweite Sensor 203 am Einlass 79 positioniert, und der dritte Sensor 205 ist am Auslass 81 positioniert.
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Der erste Sensor 201, der zweite Sensor 203 und der dritte Sensor 205 stehen mit einem Steuermodul 99 in elektrischer Verbindung. Vom ersten Sensor 201 erfasste Druckwerte und vom zweiten und dritten Sensor 203, 205 erfasste Temperaturwerte können dem Steuermodul 99 zur Überwachung jeglicher Druck- und Temperaturdifferenziale eines Kühlmittels C1 zwischen dem Einlass 79 und dem Auslass 81 des Batteriesatzes 68 mitgeteilt werden. Auf der Basis dieser Druck- und Temperaturdifferenziale kann das Steuermodul 99 eine Kühlmittelströmungsrate des Kühlmittels C1 durch den Batteriesatz 68 ableiten.
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Das Wärmemanagementsystem 260 kann zusätzlich einen Kältekreislauf 284 umfassen, der ein Kälteaggregat 286 und ein Heizgerät 209 zur entweder selektiven Kühlung oder Erwärmung des Kühlmittels C1 während bestimmter Bedingungen umfasst. Mit anderen Worten kann das Wärmemanagementsystem 260 zur Verwendung entweder in heißen oder kalten Umgebungen ausgelegt sein.
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Obwohl die unterschiedlichen nichteinschränkenden Ausführungsformen mit spezifischen Komponenten oder Schritten dargestellt werden, sind die Ausführungsformen dieser Offenbarung nicht auf diese bestimmten Kombinationen beschränkt. Einige Komponenten oder Merkmale jeder der nichteinschränkenden Ausführungsformen können in Verbindung mit Merkmalen oder Komponenten aus jeder der anderen nichteinschränkenden Ausführungsformen verwendet werden.
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Es sei darauf verwiesen, dass in den verschiedenen Zeichnungen gleiche Referenznummern durchweg entsprechende oder ähnliche Elemente kennzeichnen. Auch sei darauf verwiesen, dass, obgleich in diesen beispielhaften Ausführungsformen eine bestimmte Komponentenanordnung offenbart und dargestellt wird, auch andere Anordnungen von den Lehren dieser Offenbarung Nutzen ziehen können.
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Die vorstehende Beschreibung soll als veranschaulichend und nicht als in irgendeiner Weise einschränkend aufgefasst werden. Ein durchschnittlicher Fachmann wird verstehen, dass bestimmte Modifikationen in den Schutzbereich dieser Offenbarung fallen könnten. Aus diesen Gründen sollten die folgenden Ansprüche eingehend betrachtet werden, um den wahren Schutzbereich und Inhalt dieser Offenbarung zu bestimmen.
