DE102016117080A1 - Hybridfahrzeug mit kombinierter fahrgastraum- und batteriekühlung - Google Patents

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Timothy Noah Blatchley
Kenneth J. Jackson
Angel Fernando Porras
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Abstract

Die Kühlung eines Batteriesatzes eines elektrifizierten Fahrzeugs wird mit einem optimierten Energieverbrauch und mit minimaler Auswirkung auf die Kühlung des Fahrgastraums durchgeführt. Die Batterie wird durch Zirkulieren eines Kühlmittels von der Batterie zu einer Kühlvorrichtung eines Klimaanlagensystems aktiv gekühlt, wenn eine Batterietemperatur über einer vorbestimmten leistungsbeschränkenden Temperatur liegt. Die Batterie wird durch Zirkulieren eines Kühlmittels von der Batterie zu einem Kühler passiv gekühlt, wenn die Batterietemperatur zwischen einem ersten Schwellenwert und einem leistungsbeschränkenden Schwellenwert liegt und eine Differenz zwischen einer Batteriekühlmitteltemperatur und einer Umgebungslufttemperatur größer ist als eine vorbestimmte Differenz. Die Batterie wird unter Verwendung der Kühlvorrichtung aktiv gekühlt, wenn die Batterietemperatur zwischen dem ersten Schwellenwert und dem leistungsbeschränkenden Schwellenwert liegt und die Differenz zwischen der Batteriekühlmitteltemperatur und der Umgebungslufttemperatur kleiner ist als die vorbestimmte Differenz.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein die Batteriekühlung in elektrifizierten Fahrzeugen und insbesondere eine flüssigkeitsgekühlte Batterie mit aktivem und passivem Kühlmodus.
  • Wenn eine elektrische Speicherbatterie (z. B. ein Batteriesatz) verwendet wird, um einen Elektromotor zum Antrieb eines elektrifizierten Fahrzeugs (z. B. hybrid-elektrisch oder voll elektrisch) mit Strom zu versorgen, kann die Temperatur der Batterie steigen, wenn der Motor ein längere Zeit lang betrieben wird. Der Batteriesatz ist allgemein in einem relativ kleinen, umschlossenen Raum eingebaut, der dazu neigt, die erzeugte Wärme zurückzuhalten. Der Anstieg in der Batterietemperatur kann die Lade- oder Entladeeffizienz der Batterie verringern und die Batterieleistung behindern. Wenn die Batterie nicht gekühlt wird, können die Stromerzeugung, die Batterielebensdauer und die Kraftstoffwirtschaftlichkeit darunter leiden.
  • Personenkraftfahrzeuge weisen in der Regel ein Fahrgastraumklimaanlagensystem zur aktiven Kühlung des Fahrgastraums auf, einschließlich eines Verdichters, einer Kältemittelleitung und eines Wärmetauschers wie z. B. einen Verdampfer. Ein Weg, hohe Batterietemperaturen zu behandeln, lag darin, mindestens einen Teil des Fahrgastraumklimaanlagensystems zur Kühlung der Batterie zu nutzen. Da das Klimaanlagensystem zur Kühlung des Fahrgastraums verwendet wird, kann derselbe Verdichter genutzt werden, um mit einer zusätzlichen Kältemittelleitung und einem zusätzlichen Verdampfer die Batterie zu kühlen. U.S. Patent 7,658,083 offenbart ein gemeinsam genutztes Fahrgastraum/Batteriekühlsystem, wobei ein Verdampferkern vorgesehen ist, um die Batterie mit Luft zu kühlen, die durch einen Batterielüfter über den Verdampferkern und die Batterie zirkuliert wird.
  • Um die Batterie wirksamer zu kühlen, wurden Flüssigkeitskühlsysteme eingeführt, da Wasser eine höhere Wärmeleitfähigkeit (Wärme schneller transportieren kann) und eine höhere spezifische Wärmekapazität hat (mehr Wärme absorbieren kann) als Luft. Das flüssige Kühlmittel kann durch eine Kälteplatte zirkulieren, die mit den Batteriezellen in Kontakt ist, um die Wärme abzuführen. Das flüssige Kühlmittel kann die Wärme zu einer Batteriekühlvorrichtung befördern, die das Kältemittel des Fahrgastraumklimaanlagensystems gemeinsam nutzt.
  • Ein anderer Trend in Fahrgastraumklimaanlagensystemen ist die Verwendung separat gekühlter Zonen (z. B. Vordersitz- und Rücksitzzonen) im Fahrgastraum. Jede Zone kann einen jeweiligen Verdampfer aufweisen, der zur bedarfsgerechten Kühlung der Luft in der jeweiligen Zone einzeln mit dem Kältemittelkreislauf gekoppelt ist. In einem elektrifizierten Fahrzeug mit mehreren Fahrgastraumkühlzonen kann die Anforderung an das gemeinsam genutzte Kältemittelversorgungssubsystem groß werden. Eine Vergrößerung der gemeinsam genutzten Kühlsubsystemkomponenten (z. B. Verdichter, Kondensator, Verdampfer) kann aufgrund der Verluste in der Effizienz und des Kostenanstiegs unerwünscht sein. Daher wäre es wünschenswert, die Leistung und Energieausnutzung der Kühlvorrichtung und der Verdampfer zu optimieren, um die Gesamtgröße der Klimaanlagenkomponenten zu reduzieren und gleichzeitig den Betrieb des Kühlsystems auszugleichen, um die Leistungsziele bestmöglich zu erfüllen, wenn separate Kühlabschnitte ihren Spitzenbedarf erreichen.
  • KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • In einem Aspekt der Erfindung umfasst ein elektrifiziertes Fahrzeug einen elektrischen Antrieb, der dazu ausgeführt ist, das Fahrzeug auswählbar zu bewegen, wobei ein Batteriesatz den elektrischen Antrieb mit elektrischer Energie versorgt. Der Batteriesatz umfasst eine Kühlleitung zum Befördern einer Kühlflüssigkeit. Ein Batteriesensor erfasst eine Batterietemperatur. Ein passiver Kühler ist einer Umgebungslufttemperatur ausgesetzt. Eine Flüssigkeitspumpe pumpt das Kühlmittel durch die Kühlleitung. Ein gemeinsam genutztes Kühlsubsystem umfasst einen Verdichter und einen Kondensator, in welchen ein Kältemittel zirkuliert. Ein Hauptverdampfer ist auswählbar mit dem gemeinsam genutzten Kühlsubsystem gekoppelt und dazu ausgeführt, Kältemittel zu verdampfen, um einen Fahrgastraum des Fahrzeugs zu kühlen. Eine Kühlvorrichtung ist auswählbar mit dem gemeinsam genutzten Kühlsubsystem gekoppelt und dazu ausgeführt, Kältemittel zu verdampfen, um das Kühlmittel zu kühlen. Ein Umlenkventil weist eine erste Auslegung auf, die den Kühler mit der Pumpe und der Kühlleitung verbindet, und eine zweiten Auslegung, die die Kühlvorrichtung mit der Pumpe und der Kühlleitung verbindet. Eine Steuerung stellt Befehle an das Ventil bereit, um eine der Auslegungen auszuwählen. Wenn die Batterietemperatur zwischen einer ersten Schwellentemperatur und einer vorbestimmten leistungsbeschränkenden Temperatur liegt, befiehlt die Steuerung die erste Auslegung, vorausgesetzt, dass eine Differenz zwischen der Batteriekühlmitteltemperatur und der Umgebungstemperatur größer ist als eine vorbestimmte Differenz. Andernfalls (d. h., wenn die Differenz kleiner ist als die vorbestimmten Differenz) befiehlt die Steuerung die zweite Auslegung. Wenn die Batterietemperatur größer ist als die leistungsbeschränkende Temperatur, befiehlt die Steuerung die zweite Auslegung.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist ein Blockdiagramm eines herkömmlichen elektrifizierten Fahrzeugs.
  • 2 ist ein Blockdiagramm eines Kühlsystems des Stands der Technik für einen Fahrgastraum und einen Batteriesatz eines elektrifizierten Fahrzeugs.
  • 3 ist eine Ausführungsform eines gemeinsam genutzten Fahrgastraum-/Batteriekühlsystems der vorliegenden Erfindung.
  • 4 ist ein Graph, der Betriebszustände zur aktiven und passiven Batteriekühlung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt.
  • 5 ist ein Flussdiagramm, das eine Ausführungsform eines Verfahrens der Erfindung zeigt.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Bezug nehmend auf 1, weist ein elektrifiziertes Fahrzeug 10 einen Fahrgastraum 11 auf. Ein elektrischer Antrieb 12 (z. B. ein wechselrichterbetriebener Fahrmotor) empfängt elektrische Leistung von einem Batteriesatz 13. Eine Steuerung 14 kann ein Batteriesteuermodul zum Überwachen der Batterieleistung (einschließlich der Batterietemperatur) und eine Systemsteuerung zum Betreiben des Wechselrichters umfassen. Ein Batteriekühlsystem 15 stellt dem Batteriesatz 13 unter der Steuerung der Steuerung 14 ein Kühlfluid (wie z. B. ein gekühltes flüssiges Kühlmittel oder einen gekühlten Luftstrom) bereit. Herkömmliche Systeme haben (entweder für luftgekühlte oder für flüssigkeitsgekühlte Batterien) eine unabhängige Quelle gekühlter Luft im Kühlsystem 15 benutzt und haben ein mit einem Fahrgastraumklimaanlagensystem 16 gemeinsam genutztes Kühlsystem verwendet.
  • 2 zeigt ein gemeinsam genutztes Kühlsystem 20 des Stands der Technik, einschließlich eines Fahrgastraumklimaanlagensystems (A/C) 21, das in der Lage ist, einen Fahrgastraum 22 zu kühlen. Das Fahrgastraumklimaanlagensystem 21 umfasst einen Akkumulator 23, einen Verdichter 24, einen Kondensator 25, ein Absperrventil 26, eine Expansionsvorrichtung 27 (wie z. B. ein elektronisches Expansionsventil, ein Wärmeexpansionsventil oder ein Blendenrohr) und einen Verdampferkern 28. Diese Elemente sind dazu ausgelegt, den Fluss eines Kältemittels zwischen sich zu erlauben und auf eine im Fachgebiet bekannte Weise betrieben zu werden. Der Kältemittelfluss wird zum Teil durch das Absperrventil 26 bestimmt. Das Fahrgastraumklimaanlagensystem 21 umfasst auch ein Luftgebläse 29, das betreibbar ist, um den Luftstrom zwischen den zwischen dem Verdampferkern 28 und dem Fahrzeuginnenraum 22 zu erleichtern. Das Kühlsystem 20 umfasst auch ein Batterieklimaanlagensubsystem 30, das in der Lage ist, eine Batterie 31 zu kühlen. Das Batterieklimaanlagensubsystem 30 umfasst ein Absperrventil 32, ein Wärmeexpansionsventil 33 und einen Verdampferkern 34.
  • Das Batterieklimaanlagensubsystem 30 nutzt den Akkumulator 23, den Verdichter 24 und den Kondensator 25 gemeinsam mit dem Fahrgastraumklimaanlagensystem 21. Diese Elemente sind dazu ausgelegt, den Fluss eines Kältemittels zwischen sich zu erlauben und auf eine im Fachgebiet bekannte Weise betrieben zu werden. Der Fluss des Kältemittels zwischen dem Wärmeexpansionsventil 33 und dem Verdampferkern 34 wird durch das Absperrventil 32 bestimmt. Das Batterieklimaanlagensubsystem 30 umfasst auch einen Batterielüfter 35, der betreibbar ist, um den Luftstrom zwischen der Batterie 31 und dem Verdampferkern 34 zu erleichtern.
  • 3 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, wobei ein elektrifiziertes Fahrzeug einen Batteriesatz 40 aufweist, um einen elektrischen Antrieb mit elektrischer Energie zuzuführen. Die Batterie 40 umfasst eine Kühlmittelleitung 41 zum Befördern eines flüssigen Kühlmittels, das Wärme von der Batterie 40 absorbiert und diese dann in einem von entweder einem aktiven oder passiven Kühlmodus abgibt, wie weiter unten beschrieben. Die Leitung 41 kann zum Beispiel eine mit den Batteriezellen in Kontakt befindliche Kälteplatte durchlaufen.
  • Eine Kühlmittelpumpe 42 lässt das Kühlmittel durch einen Kühlmittelkreislauf zirkulieren, einschließlich mehrerer Kühlmittelleitungen, die die Leitung 41, einen passiven Batteriekühler 44, eine aktive Batteriekühlvorrichtung 46 und ein Dreiwegeumlenkventil 43 miteinander verbinden. Der passive Kühler 44 kann einen Batterielüfter 45 (oder einen gemeinsam genutzten Kraftmaschinenkühllüfter) umfassen, um die Wärmeabfuhr zu erhöhen, wenn das Kühlmittel den Batteriekühler 44 durchläuft. Im passiven Kühlmodus verbindet das Umlenkventil 43 in Reaktion auf ein Steuersignal von einer Steuerschaltung 50 den Kühler 44 auswählbar mit der Pumpe 42. Die Steuerung 50 kann zum Beispiel dedizierte Logikschaltungen, programmierbare Gate-Arrays oder einen programmierbaren Universalmikrocontroller umfassen. Für den passiven Kühlmodus legt die Steuerung 50 das Ventil 43 dazu aus, seinen Auslass 43a mit einem ersten Einlass 43b zu koppeln, und aktiviert die Pumpe 42, um das Kühlmittel durch die Leitung 41 und den Kühler 44 zirkulieren zu lassen. Die Steuerung 50 kann bei Bedarf auch den Lüfter 45 während des passiven Kühlmodus aktivieren.
  • Ein Batterietemperatursensor 47 ist im Batteriesatz 40 integriert, und ein Umgebungslufttemperatursensor 48 ist an das Fahrzeug montiert, wo es der Außenluft ausgesetzt ist. Ein Sensor 49 misst eine Temperatur TC des aus der Batteriekaltplatte austretenden Kühlmittels. Sensoren 47, 48 und 49 sind mit der Steuerung 50 gekoppelt, um der Steuerung 50 jeweils die Batterietemperatur und die Umgebungslufttemperatur zuzuführen, die verwendet werden, um wie weiter unten beschrieben zu bestimmen, wann der passive oder aktive Kühlmodus zu aktivieren ist.
  • Zum Betreiben im aktiven Kühlmodus legt die Steuerung 50 das Umlenkventil 43 so aus, dass der Auslass 43a mit dem Einlass 43c gekoppelt ist, wodurch der Strom von der Pumpe 42 durch die Leitung 41 und eine Batteriekühlvorrichtung 46 geleitet wird. Die Batteriekühlvorrichtung 46 ist mit einem gemeinsam genutzten Kühlsubsystem 51 für den Fahrgastraum gekoppelt.
  • Im gemeinsam genutzten Kühlsubsystem 51 zirkuliert ein Kältemittel von einem Verdichter 52 zu einem äußeren Wärmetauscher (OHX – Outside Heat Exchanger) 53, der als Kondensator betrieben wird. Kältemittel wird durch jeweilige Ventile gezielt einem vorderen (Haupt)verdampfer 54, einem hinteren (Zonen)verdampfer 55 und der Batteriekühlvorrichtung 46 zugeführt. Der vordere Verdampfer 54 ist ein Hauptverdampfer, der eine Hauptzone bedient, wie z. B. den vorderen Fahrgastraum oder sogar den ganzen Fahrgastraum, wenn kein anderer Zonenverdampfer vorhanden ist. Die Batteriekühlvorrichtung 46 ist gezielt gekoppelt, um im gemeinsam genutzten Kühlsubsystem unter der Steuerung eines elektronischen Expansionsventils (EXV) 56, das verdrahtet ist, um ein Steuersignal von der Steuerung 50 zu empfangen, Kältemittel zu empfangen. Das EXV 56 kann ganz geschlossen werden, um jeden Verbrauch durch die Batteriekühlvorrichtung 46 zu verhindern, wenn sie nicht in Gebrauch ist. Ein Sensor 57 ist in der Batteriekühlvorrichtung 46 integriert und mit der Steuerung 50 gekoppelt, um eine Kältemitteltemperatur am Kühlvorrichtungsauslass und ein Kühlmitteldrucksignal bereitzustellen. Der Sensor wird nur bei Verwendung eines EXV benötigt. Wenn das EXV 56 durch ein TXV und ein Kältemittelabsperrventil ersetzt wird, wird der Sensor 57 nicht benötigt.
  • Zur gezielten Kopplung der Verdampfer zur Kühlung des Fahrgastraums mit dem gemeinsam genutzten Kühlsubsystem kann entweder ein EXV oder ein thermostatisches Expansionsventil (TXV) verwendet werden. Daher versorgen TXVs 60 und 61 jeweils Verdampfer 54 und 55 mit Kältemittel, wobei die Strömungsraten durch die TXVs 60 und 61 sich automatisch anpassen, um die Überhitzung der Verdampfer auf eine im Fachgebiet bekannte Weise zu steuern. Um den Kältemittelfluss in einem Abzweigkreislauf komplett abzusperren, wenn er nicht von den Verdampfern 54 oder 55 benötigt wird, sind mit den TXVs 60 und 61 absperrbare Versorgungsventile 62 und 63 in Reihe geschaltet, die durch geeignete Steuersignale von der Steuerung 50 gesteuert werden.
  • In der gezeigten Ausführungsform wird jeder Verdampfer einzeln gesteuert, um in Gebrauch die geeignete Menge an Kältemittel zu verbrauchen, damit für den Verdampfer oder die Batteriekühlvorrichtung die gewünschte Überhitzung bereitgestellt wird. Da die Batteriekühlvorrichtung 46 ein EXV verwendet, wird von der Steuerung 50 ein Kältemitteltemperatur- und -drucksignal vom Kühlvorrichtungstemperatursensor 57 verwendet, um zur Steuerung der Überhitzung der Kühlvorrichtung eine geeignete Strömungsrate durch das Ventil 56 einzustellen. Temperatursensoren 58 und 59 können für die Verdampfer 54 und 55 vorgesehen sein, insbesondere, wenn die TXVs durch EXVs ersetzt werden. In der bevorzugten Ausführungsform wird mindestens für die Batteriekühlvorrichtung 46 ein EXV verwendet, um für die Batteriekühlvorrichtung 46 einen erforderlichen feinen Steuerungsgrad zu erreichen, sodass die tatsächlich für die Batterie genutzte Kühllast nicht unbeabsichtigt den erforderlichen Grad übersteigt, da jeder unnötige Verlust an Kühlkapazität eine negative Auswirkung auf die Fahrgastraumkühlung haben könnte.
  • In Betrieb verbraucht das Batteriekühlsystem in 3 ein Minimum an Energie, da es 1) wann immer möglich die passive Kühlung verwendet und 2) eine strenge Steuerung des von der Batteriekühlvorrichtung genutzten Kältemittels auferlegt, sobald die aktive Kühlung erforderlich wird. 4 stellt einige Temperaturbeziehungen zum Definieren der vom Kühlsystem verwendeten aktiven und passiven Kühlbetriebszustände dar. Die Wahl des aktiven oder passiven Kühlmodus kann anhand der gemessenen Batterietemperatur TBat und Umgebungstemperatur TAmb gemäß verschiedenen Temperaturschwellenwerten bestimmt werden. Eine weitere batteriebezogene Temperatur, die im Steueralgorithmus verwendet werden kann, ist eine gemessene Temperatur TC des aus der Batteriekaltplatte austretenden Kühlmittels. Ein erster Schwellenwert T1, der bei 65 gezeigt ist, definiert eine niedrigste Batterietemperatur, bei welcher eine Kühlung des Batteriesatzes gewünscht ist (z. B. etwa 10°C). Ein leistungsbeschränkender Schwellenwert TPL, der bei 66 gezeigt ist, ist eine Funktion einer niedrigsten Batterietemperatur, bei welcher die elektrische Abgabe vom Batteriesatz in einem Maße negativ beeinflusst wird, dass es sich lohnt, mehr Energie aufzuwenden, um die Batterietemperatur zu senken (z. B. etwa 40°C). Zum Beispiel kann der Schwellenwert TPL ein paar Grad niedriger eingestellt sein als die tatsächliche Temperatur, bei der die Batterieleistung beeinträchtigt wird. Wenn somit die Batterietemperatur TBat größer ist als die leistungsbeschränkende Temperatur TPL, tritt das Batteriekühlsystem in den aktiven Kühlmodus im Betriebszustand 70 ein (d. h., die Steuerung gibt Steuersignale aus, um das Umlenkventil 43 so zu positionieren, dass flüssiges Kühlmittel aus der Batteriekühlleitung durch die Batteriekühlvorrichtung zirkuliert und das Expansionsventil, das die Batteriekühlvorrichtung mit Kältemittel speist, geöffnet wird).
  • Wenn die Batterietemperatur TBat größer ist als der erste Schwellenwert T1 und kleiner ist als die leistungsbeschränkende Temperatur PPL, hängt die Wahl des Kühlmodus von einer Differenz zwischen der Batteriekühlmitteltemperatur TC und der Umgebungslufttemperatur TAmb ab. Diese Differenz ist eine Messung der Fähigkeit des passiven Kühlers, Wärme an die Umgebung zu übertragen. Ein Differenzschwellenwert TDiff, der bei 67 gezeigt wird, stellt die Temperaturdifferenz dar, die zur erfolgreichen Kühlung benötigt wird. Wenn die tatsächliche Differenz größer ist als TDiff, tritt das Batteriekühlsystem im passiven Betriebszustand 71 in den passiven Kühlmodus ein (d. h., die Steuerung gibt Steuersignale aus, um das Umlenkventil 43 so zu positionieren, dass flüssiges Kühlmittel aus der Batteriekühlleitung durch den Kühler zirkuliert, und das Expansionsventil, das die Batteriekühlvorrichtung mit Kältemittel speist, geschlossen wird). Zusätzlich kann die Steuerung den Batterielüfter (z. B. auf Basis eines anderen Temperaturschwellenwerts) aktivieren. Wenn die tatsächliche Differenz kleiner ist als TDiff, tritt das Batteriekühlsystem im aktiven Betriebszustand 72 in den aktiven Kühlmodus ein (d. h., die Steuerung gibt Steuersignale aus, um das Umlenkventil so zu positionieren, dass flüssiges Kühlmittel aus der Batteriekühlleitung durch die Batteriekühlvorrichtung zirkuliert und das Expansionsventil, das die Batteriekühlvorrichtung mit Kältemittel speist, geöffnet wird).
  • 5 zeigt ein bevorzugtes Verfahren der Erfindung, wobei in Schritt 80 die Batterietemperatur TBat mit dem ersten Schwellenwert T1 verglichen wird. Wenn die Batterietemperatur nicht größer ist als der erste Schwellenwert T1, ist keine Batteriekühlung erforderlich, so dass in Schritt 82 ein Nichtkühlmodus eingenommen wird und ein Zurückkehren zu Schritt 80 zur kontinuierlichen Überwachung der Batterietemperatur erfolgt. Wenn die Batterietemperatur größer als der erste Schwellenwert T1 ist, wird die Batterietemperatur in Schritt 83 mit dem leistungsbeschränkenden Schwellenwert TPL verglichen. Wenn die Batterietemperatur größer als TPL ist, wird in Schritt 84 der aktive Kühlmodus eingenommen, wobei das Umlenkventil so eingestellt wird, dass Batteriekühlmittel zur Batteriekühlvorrichtung zirkuliert, das EXV-Ventil geöffnet wird und der passive Kühlerlüfter ausgeschaltet wird. Dann wird ein Zurückkehren zu Schritt 80 durchgeführt, um die Batterietemperatur weiter zu überwachen.
  • Wenn die Batterietemperatur TBat in Schritt 83 nicht größer als TPL ist, wird in Schritt 85 eine Differenz zwischen der Batteriekühlmitteltemperatur TC und der Umgebungstemperatur TAmb mit dem Differenzschwellenwert TDiff verglichen. Wenn die tatsächliche Differenz nicht größer ist als der Differenzschwellenwert, wird in Schritt 84 der aktive Kühlmodus eingenommen. Anderenfalls kann in Schritt 86 der passive Kühlmodus angenommen werden, wobei das Umlenkventil so eingestellt wird, dass flüssiges Kühlmittel zum Batteriekühler zirkuliert, das EXV für die Batteriekühlvorrichtung geschlossen wird und der Gebläselüfter für den Batteriekühler eingeschaltet wird.
  • Ein typisches Klimaanlagensystem kann einen drehzahlveränderlichen Verdichter verwenden, wobei die Verdichterdrehzahl gemäß der Kühllast (die gewöhnlich durch eine am Verdampferausgang gemessene Temperatur bestimmt wird) eingestellt wird. In der vorliegenden Erfindung führt das Vorhandensein mehrfacher Verdampfer zusammen mit einer Batteriekühlvorrichtung, wobei diese Elemente gleichzeitig betrieben werden können oder nicht, zu einer Komplexität bei der Bestimmung einer Verdichterdrehzahl. Um eine akzeptable Fahrgastraumkühlleistung aufrechtzuerhalten, ohne das Steuersystem übermäßig komplex zu machen, wendet die vorliegende Erfindung zur Bestimmung der Verdichterdrehzahl eine Prioritätsschema bei der Wahl einer Verdampfertemperatur an und schaltet vorsteuernde Drehzahlschwellen auf, wenn die Kühlvorrichtung eingeschaltet wird. Daher stellt die Steuerung die Verdichterdrehzahl jederzeit gemäß einer Temperatur des Hauptverdampfers ein, wenn der Hauptverdampfer den Fahrgastraum kühlt (d. h., einen Anteil des Kältemittels aktiv verdampft). Wie hier verwendet, bezieht sich „Haupt”-Verdampfer auf einen vorderen Zonenverdampfer oder einen einzigen Verdampfer, wenn nur eine Zone vorhanden ist. Wenn die Batteriekühlvorrichtung das einzige Element ist, das aktiv verwendet wird, um Kältemittel zu verdampfen, wird die Verdichterdrehzahl von der Steuerung gemäß einer Temperatur am Ausgang der Batteriekühlvorrichtung (oder der Temperatur des Kühlmittels am Einlass zur Batteriekühlleitung) eingestellt. Wenn ein Zonenverdampfer wie z. B. der hintere Verdampfer vorhanden ist, um Kühlmittel zur Kühlung einer entsprechenden Zone im Fahrgastraum zu verdampfen, wird die Verdichterdrehzahl von der Steuerung gemäß einer Temperatur des Zonenverdampfers eingestellt, wann immer der Zonenverdampfer seine Zone kühlt und der Hauptverdampfer die Hauptzone des Fahrgastraums nicht kühlt. Darüber hinaus wird dem Zonenverdampfer eine höhere Priorität gegeben als der Batteriekühlvorrichtung, falls nur der Zonenverdampfer und die Batteriekühlvorrichtung aktiv Kältemittel verdampfen.
  • Die obige Erfindung hat den Vorteil, dass alle drei kühlenden Wärmetauscher direkten Zugang zum Kältemittel haben, sodass keine durch Zwischenwärmetauscher bedingte Verluste auftreten. Des Weiteren kann der Kältemittelverbrauch zwischen den drei kühlenden Wärmetauschern ausgeglichen werden, um die benötigte Kapazität auszugleichen, wodurch ein vorteilhaftes Energiemanagement ermöglicht wird.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • US 7658083 [0003]

Claims (13)

  1. Elektrifiziertes Fahrzeug, das Folgendes umfasst: einen elektrischen Antrieb, der dazu ausgeführt ist, das Fahrzeug auswählbar zu bewegen; einen Batteriesatz, der den elektrischen Antrieb mit elektrischer Energie versorgt, wobei der Batteriesatz eine Kühlleitung zum Befördern eines flüssigen Kühlmittels umfasst; Batteriesensoren, die eine Batterietemperatur und eine Batteriekühlmitteltemperatur messen; einen passiven Kühler, der einer Umgebungslufttemperatur ausgesetzt ist; eine Flüssigkeitspumpe zum Pumpen des Kühlmittels durch die Kühlleitung; ein gemeinsam genutztes Kühlsubsystem einschließlich eines Verdichters und eines Kondensators, in welchen ein Kältemittel zirkuliert; einen Hauptverdampfer, der auswählbar mit dem gemeinsam genutzten Kühlsubsystem gekoppelt ist und dazu ausgeführt ist, Kältemittel zu verdampfen, um einen Fahrgastraum des Fahrzeugs zu kühlen; eine Kühlvorrichtung, die auswählbar mit dem gemeinsam genutzten Kühlsubsystem gekoppelt und dazu ausgeführt ist, Kältemittel zu verdampfen, um das Kühlmittel zu kühlen; ein Umlenkventil mit einer ersten Auslegung, die den Kühler mit der Pumpe und der Kühlleitung verbindet, und einer zweiten Auslegung, die die Kühlvorrichtung mit der Pumpe und der Kühlleitung verbindet; und eine Steuerung, die Befehle an das Ventil bereitstellt, um eine der Auslegungen auszuwählen, wobei, wenn die Batterietemperatur zwischen einer ersten Schwellentemperatur und einer vorbestimmten leistungsbeschränkenden Temperatur liegt, die erste Auslegung befohlen wird, vorausgesetzt, dass eine Differenz zwischen der Batteriekühlmitteltemperatur und der Umgebungstemperatur größer ist als eine vorbestimmte Differenz, und andernfalls die zweite Auslegung befohlen wird, und wobei, wenn die Batterietemperatur größer ist als die leistungsbeschränkende Temperatur, die zweite Auslegung befohlen wird.
  2. Fahrzeug nach Anspruch 1, das ferner ein Versorgungsventil umfasst, das auf die Steuerung reagiert, um die Kühlvorrichtung auswählbar mit dem gemeinsam genutzten Kühlsubsystem zu koppeln.
  3. Fahrzeug nach Anspruch 2, wobei das Versorgungsventil ein elektronisches Expansionsventil umfasst, und wobei die Steuerung einen Fluss des Kältemittels durch das elektronische Expansionsventil in Reaktion auf eine Überhitzung der Kühlvorrichtung variiert.
  4. Fahrzeug nach Anspruch 1, das ferner einen elektrischen Lüfter umfasst, der von der Steuerung auswählbar aktiviert wird, um Luft über den Kühler zu blasen, wenn die erste Auslegung befohlen wird.
  5. Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei der Verdichter ein drehzahlveränderlicher Verdichter ist, wobei die Steuerung eine Drehzahl des Verdichters gemäß einer Temperatur des Hauptverdampfers einstellt, wann immer der Hauptverdampfer den Fahrgastraum kühlt, und wobei die Steuerung eine Drehzahl des Verdichters gemäß einer Temperatur der Kühlvorrichtung einstellt, während das Kältemittel nur durch die Kühlvorrichtung verdampft wird.
  6. Fahrzeug nach Anspruch 1, das ferner Folgendes umfasst: einen Zonenverdampfer, der dazu ausgeführt ist, Kältemittel zu verdampfen, um eine entsprechende Zone innerhalb des Fahrgastraums zu kühlen; und ein Versorgungsventil, das auf die Steuerung reagiert, um den Zonenverdampfer auswählbar mit dem gemeinsam genutzten Kühlsubsystem zu koppeln; wobei der Verdichter ein drehzahlveränderlicher Verdichter ist, und wobei die Steuerung eine Drehzahl des Verdichters gemäß einer Temperatur des Hauptverdampfers einstellt, wann immer der Hauptverdampfer den Fahrgastraum kühlt.
  7. Fahrzeug nach Anspruch 6, wobei die Steuerung eine Drehzahl des Verdichters gemäß einer Temperatur des Zonenverdampfers einstellt, wenn der Zonenverdampfer die Zone kühlt und der Hauptverdampfer den Fahrgastraum nicht kühlt.
  8. Fahrzeug nach Anspruch 7, wobei die Steuerung eine Drehzahl des Verdichters gemäß einer Temperatur der Kühlvorrichtung einstellt, während das Kältemittel nur durch die Kühlvorrichtung verdampft wird.
  9. Fahrzeug nach Anspruch 6, wobei das Versorgungsventil ein thermostatisches Expansionsventil (TXV) und ein Absperrventil umfasst.
  10. Verfahren zur Kühlung einer Batterie in einem elektrifizierten Fahrzeug, das Folgendes umfasst: passives Kühlen der Batterie durch Zirkulieren eines Kühlmittels von der Batterie zu einem Kühler, wenn eine Batterietemperatur zwischen einem ersten Schwellenwert und einem Leistungsschwellenwert liegt und eine Differenz zwischen einer Batteriekühlmitteltemperatur und einer Lufttemperatur größer ist als eine vorbestimmte Differenz; und andernfalls, aktives Kühlen der Batterie durch Zirkulieren des Kühlmittels von der Batterie zu einer Kühlvorrichtung eines Klimaanlagensystems.
  11. Verfahren zur Kühlung einer Batterie in einem elektrifizierten Fahrzeug, das Folgendes umfasst: aktives Kühlen der Batterie durch Zirkulieren eines Kühlmittels von der Batterie zu einer Kühlvorrichtung eines Klimaanlagensystems, wenn eine Batterietemperatur über einer vorbestimmten leistungsbeschränkenden Temperatur liegt; passives Kühlen der Batterie durch Zirkulieren eines Kühlmittels von der Batterie zu einem Kühler, wenn die Batterietemperatur zwischen einem ersten Schwellenwert und einem leistungsbeschränkenden Schwellenwert liegt und eine Differenz zwischen einer Batteriekühlmitteltemperatur und einer Umgebungslufttemperatur größer ist als eine vorbestimmte Differenz; und aktives Kühlen der Batterie durch Zirkulieren eines Kühlmittels von der Batterie zur Kühlvorrichtung, wenn die Batterietemperatur zwischen dem ersten Schwellenwert und dem leistungsbeschränkenden Schwellenwert liegt und die Differenz zwischen der Batteriekühlmitteltemperatur und der Umgebungslufttemperatur kleiner ist als eine vorbestimmte Differenz.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Klimaanlagensystem vordere und hintere Verdampfer zur auswählbaren Kühlung der vorderen und hinteren Bereiche in einem Fahrgastraum umfasst, wobei das Klimaanlagensystem einen gemeinsam genutzten drehzahlveränderlichen Verdichter und einen Kondensator umfasst, welche die Kühlvorrichtung und den vorderen und hinteren Verdampfer mit Kältemittel versorgen, und wobei das Verfahren ferner Folgendes umfasst: Einstellen einer Drehzahl des Verdichters gemäß einer Temperatur des vorderen Verdampfers, wann immer der vordere Verdampfer den vorderen Bereich kühlt; Einstellen einer Drehzahl des Verdichters gemäß einer Temperatur der Kühlvorrichtung, wann immer Kältemittel aus dem gemeinsam genutzten Verdichter und Kondensator nur der Kühlvorrichtung zugeführt wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, das ferner Folgendes umfasst: Einstellen einer Drehzahl des Verdichters gemäß einer Temperatur des hinteren Verdampfers, wann immer der hintere Verdampfer den hinteren Bereich kühlt und der vordere Verdampfer den vorderen Bereich nicht kühlt.
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