DE102017101987A1

DE102017101987A1 - Wärmemanagementsystem für ein Elektrofahrzeug mit Schnellladebatterie

Info

Publication number: DE102017101987A1
Application number: DE102017101987.1A
Authority: DE
Inventors: Matthew Fleming; Raymond C. Siciak; Erik J. Christen
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2016-02-11
Filing date: 2017-02-01
Publication date: 2017-08-17
Also published as: CN107054120A; US20170232865A1

Abstract

Ein Wärmemanagementsystem für ein Elektrofahrzeug kann eine Traktionsbatterieanordnung, einen Kühlmittelkreislauf, einen Wärmetauscher, eine Ladeanschlussanordnung und ein Steuersystem umfassen. Die Traktionsbatterieanordnung kann eine thermische Platte umfassen. Der Kühlmittelkreislauf kann einen Kühler umfassen und kann mit der thermischen Platte angeordnet sein, um das Kühlmittel darauf zu verteilen. Der Wärmetauscher kann mit dem Kühlmittelkreislauf für eine thermische Verbindung, aber keine Fluidverbindung, zwischen diesen angeordnet sein. Die Ladeanschlussanordnung kann in Fluidverbindung mit dem Wärmetauscher stehen und kann dazu ausgelegt sein, Kühlmittel von einer externen Quelle aufzunehmen. Das Steuersystem kann eine Steuerleitung umfassen, die dazu ausgelegt ist, mit der externen Quelle zu kommunizieren, um Bedingungen der Traktionsbatterieanordnung, des Kühlers und der externen Quelle zu überwachen und den Betrieb der externen Quelle basierend auf den Bedingungen zu leiten.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Wärmemanagementsystem für ein elektrifiziertes Fahrzeug, wie etwa ein Batterieelektrofahrzeug (BEV – Battery Electric Vehicle).
HINTERGRUND
Die Technologie für elektrifizierte Fahrzeuge, wie etwa BEV oder Plug-in-Hybridfahrzeuge (PHEV) wird kontinuierlich verbessert, um die Gesamtfahrstrecke zu erhöhen. Erreichen dieser erhöhten Reichweiten erfordert allerdings oft Traktionsbatterien mit einer im Vergleich zu BEV und PHEV größeren Kapazität. Externe Ladestationen helfen beim Bereitstellen von Leistung zum Wiederaufladen von Traktionsbatterien. Traktionsbatterien mit großer Kapazität erfordern häufig lange Ladezeiten, und Schnellladeereignisse können thermische Batteriebedingungen außerhalb gewünschter Bereiche führen.
KURZDARSTELLUNG
Ein Wärmemanagementsystem für ein Elektrofahrzeug umfasst eine Traktionsbatterieanordnung, einen Kühlmittelkreislauf, einen Wärmetauscher, eine Ladeanschlussanordnung und ein Steuersystem. Die Traktionsbatterieanordnung hat eine thermische Platte. Der Kühlmittelkreislauf umfasst einen Kühler und ist mit der thermischen Platte angeordnet, um das Kühlmittel darauf zu verteilen. Der Wärmetauscher ist mit dem Kühlmittelkreislauf für eine thermische Verbindung, aber keine Fluidverbindung, zwischen diesen angeordnet. Die Ladeanschlussanordnung steht in Fluidverbindung mit dem Wärmetauscher und ist dazu ausgelegt, Kühlmittel von einer externen Quelle aufzunehmen. Das Steuersystem umfasst eine Steuerleitung, die dazu ausgelegt ist, mit der externen Quelle zu kommunizieren, um Bedingungen der Traktionsbatterieanordnung, des Kühlers und der externen Quelle zu überwachen und den Betrieb der externen Quelle basierend auf den Bedingungen zu leiten. Die Ladeanschlussanordnung kann einen Einlasskanal zum Zuführen von Kühlmittel von der externen Quelle zu einem Kühlmittelkreislauf des Wärmetauschers und einen Auslasskanal zum Zuführen von Kühlmittel zur externen Quelle definieren. Das Steuersystem kann ferner dazu ausgelegt sein, die externe Quelle anzuweisen, eine vorbestimmte Menge an Kühlmittel basierend auf einer gemessenen Temperatur der thermischen Platte zuzuführen. Der Wärmetauscher kann um einen Teil des Kühlmittelkreislaufs mit einem Abstand von diesem, der dimensioniert ist, um ein thermisch leitfähiges Material aufzunehmen, gewickelt sein. Der Kühlmittelkreislauf kann ferner ein Rohr umfassen, und der Wärmetauscher kann zumindest um einen Teil des Rohres angeordnet sein. Der Wärmetauscher und der Kühlmittelkreislauf können ferner miteinander so angeordnet sein, dass Kühlmittel, das von der externen Quelle strömt, sich nicht mit Kühlmittel mischt, das innerhalb des Kühlmittelkreislaufs strömt. Das System kann einen ersten Sensor zum Messen einer Temperatur des Kühlmittels vom Kühler, einen zweiten Sensor zum Messen der Temperatur des Kühlmittels von der externen Quelle und einen dritten Sensor zum Messen der Temperatur des Kühlmittels der thermischen Platte umfassen. Die Sensoren können in elektrischer Verbindung mit dem Steuersystem stehen, um Signale, einschließlich der gemessenen Temperaturen, zu senden. Das Steuersystem kann ferner dazu ausgelegt sein, die externe Quelle anzuweisen, basierend auf gemessenen Temperaturen eine vorbestimmte Menge an Kühlmittel bei einer vorbestimmten Temperatur dem Wärmetauscher zuzuführen.
Ein Elektrofahrzeug umfasst eine Traktionsbatterie, einen Kühler, einen Ladeanschluss, einen Wärmetauscher, Sensoren und ein Batteriesteuermodul. Die Traktionsbatterieanordnung umfasst eine thermische Platte. Der Kühler befindet sich über einem Kühlmittelkreislaufkanal in Fluidverbindung mit der thermischen Platte. Die Ladeanschlussanordnung definiert zwei Kühlmittelkanäle, die jeweils für eine Fluidkommunikation mit einer externen Ladestation ausgelegt sind. Der Wärmetauscher ist mit dem Kühlmittelkreislaufkanal für eine thermische Verbindung zwischen beiden angeordnet. Die Sensoren messen eine Temperatur eines Kühlmittels des Kühlers, des Wärmetauschers und der thermischen Platte. Das Batteriesteuermodul empfängt die gemessenen Temperaturen und leitet den Betrieb der Ladestation basierend darauf, ob die gemessenen Temperaturen innerhalb der jeweiligen vorbestimmten Temperaturbereiche liegen. Der Wärmetauscher befindet sich nicht in Fluidverbindung mit der thermischen Platte. Die thermische Platte kann Kühlmittel nur über den Kühlmittelkreislaufkanal aufnehmen. Das Elektrofahrzeug kann ferner eine zwischen dem Wärmetauscher und dem Kühlmittelkreislaufkanal angeordnete thermisch leitfähige Schicht umfassen. Der Wärmetauscher kann einen Wärmetauscherkühlmittelkanal in Fluidverbindung mit der Ladeanschlussanordnung umfassen. Zumindest ein Teil des Wärmetauscherkühlmittelkanals kann von dem Kühlmittelkreislaufkanal beabstandet und um diesen gewickelt sein. Der Wärmetauscherkühlmittelkanal kann vom Kühlmittelkreislaufkanal einen Abstand haben, der dimensioniert ist, um ein thermisch leitfähiges Material aufzunehmen. Das Batteriesteuermodul kann dazu ausgelegt sein, Freisetzung von Kühlmittel der Ladestation in Reaktion auf Detektieren eines Ladeereignisses zu aktivieren.
Ein Wärmemanagementverfahren für ein Elektrofahrzeug gibt, über eine Steuerung, eine Steuerstrategie aus, um Betrieb einer Ladestation außerhalb des Fahrzeugs zu leiten, um gezielt Kühlmittel an einen Fahrzeugwärmetauscher auszugeben, ohne dass das Kühlmittel in eine thermische Platte einer Fahrzeugtraktionsbatterie eintritt, in Reaktion auf Empfangen einer vorbestimmten Kombination aus Temperaturwerten des Kühlmittels für einen Fahrzeugkühler, den Fahrzeugwärmetauscher und die thermische Platte. Das Verfahren kann ferner Austauschen von Wärme zwischen dem Wärmetauscher und dem Kühler über einen Teil eines Kühlmittelkreislaufs, der den Kühler umfasst und bei dem der Wärmetauscher und der Kühler über ein dazwischen angeordnetes thermisch leitfähiges Material miteinander in thermischer Verbindung stehen, ohne miteinander in Fluidverbindung zu stehen, umfassen. Das Verfahren kann ferner Ausgeben eines Deaktivierungssignals an eine Kühlmittelfreisetzungsanordnung der Ladestation zum Beenden von Kühlmittelausgabe durch die Ladestation umfassen. Das Verfahren kann ferner Ausgeben eines Aktivierungssignals an eine Kühlmittelfreisetzungsanordnung der Ladestation in Reaktion auf Detektieren eines Ladeereignisses umfassen. Das Verfahren kann ferner Ausgeben eines Aktivierungssignals an eine Kühlmittelfreisetzungsanordnung der Ladestation basierend auf einem vorbestimmten Temperaturwert des Kühlmittels der thermischen Platte umfassen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Darstellung eines beispielhaften elektrifizierten Fahrzeugs.
2 ist eine schematische Darstellung eines beispielhaften Teils eines Wärmemanagementsystems für ein Batterieelektrofahrzeug.
3A ist eine Vorderansicht eines Teils des Wärmemanagementsystems aus 2.
3B ist eine Seitenansicht des Teils des Wärmemanagementsystems aus 3A.
4 zeigt ein Flussdiagramm, das einen beispielhaften Betrieb eines Steuersystems des Wärmemanagementsystems aus 2 darstellt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Hier werden Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich Beispiele sind und andere Ausführungsformen verschiedene und alternative Formen annehmen können. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstabsgetreu; einige Merkmale können übertrieben oder minimiert sein, um Details besonderer Komponenten zu zeigen. Deshalb sind spezifische strukturelle und funktionale Details, die hier offenbart werden, nicht als beschränkend zu interpretieren, sondern lediglich als repräsentative Grundlage, um einem Fachmann die verschiedenen Anwendungen der vorliegenden Offenbarung zu lehren. Für einen Durchschnittsfachmann liegt auf der Hand, dass verschiedene Merkmale, die unter Bezugnahme auf eine der Figuren dargestellt und beschrieben werden, mit Merkmalen kombiniert werden können, die in einer oder mehreren anderen Figuren dargestellt sind, um Ausführungsformen zu schaffen, die nicht explizit dargestellt oder beschrieben werden. Die Kombinationen von veranschaulichten Merkmalen stellen repräsentative Ausführungsformen für typische Anwendungen bereit. Verschiedene Kombinationen und Modifikationen der Merkmale, die mit den Lehren dieser Offenbarung übereinstimmen, könnten allerdings für bestimmte Anwendungen oder Umsetzungsformen erwünscht sein.
1 stellt schematisch ein Beispiel eines PHEV dar, hier als Fahrzeug 12 bezeichnet. Das Fahrzeug 12 kann eine oder mehrere elektrische Maschinen 14 umfassen, die mechanisch mit einem Hybridgetriebe 16 verbunden sind. Die elektrischen Maschinen 14 können als ein Motor oder als ein Generator betrieben werden. Zusätzlich kann das Hybridgetriebe 16 mit einer Kraftmaschine 18 mechanisch verbunden sein. Das Hybridgetriebe 16 kann auch mit einer Antriebswelle 20 mechanisch verbunden sein, die mit den Rädern 22 mechanisch verbunden ist. Die elektrischen Maschinen 14 können eine Antriebs- und Verlangsamungsleistung bereitstellen, wenn die Kraftmaschine 18 ein- oder ausgeschaltet ist. Die elektrischen Maschinen 14 können auch als Generatoren fungieren und können die Kraftstoffwirtschaftlichkeit erhöhen, indem sie Energie zurückgewinnen, die im Reibungsbremssystem normalerweise als Wärme verloren gehen würde. Die elektrischen Maschinen 14 können auch reduzierte Schadstoffemissionen bereitstellen, weil das Hybridelektrofahrzeug 12 unter gewissen Bedingungen im Elektromodus oder im Hybridmodus betrieben werden kann, um den Gesamtkraftstoffverbrauch des Fahrzeugs 12 zu verringern.
Eine Traktionsbatterie oder ein Batteriesatz 24 speichert und stellt Energie bereit, die von den elektrischen Maschinen 14 verwendet werden kann. Die Traktionsbatterie 24 kann eine Hochvoltgleichstromausgabe aus einem oder mehreren Batteriezellenarrays in der Traktionsbatterie 24 bereitstellen, die manchmal auch als Batteriezellenstapel bezeichnet werden. Die Batteriezellenarrays können eine oder mehrere Batteriezellen umfassen. Die Traktionsbatterie 24 kann mit einem oder mehreren Leistungselektronikmodulen 26 durch ein oder mehrere Schütze (nicht dargestellt) elektrisch verbunden sein. Das eine oder die mehreren Schütze isolieren im geöffneten Zustand die Traktionsbatterie 24 von anderen Komponenten und verbinden im geschlossenen Zustand die Traktionsbatterie 24 mit anderen Komponenten. Das Leistungselektronikmodul 26 ist ebenfalls mit den elektrischen Maschinen 14 elektrisch verbunden und stellt die Fähigkeit zur bidirektionalen Übertragung von elektrischer Energie zwischen der Traktionsbatterie 24 und den elektrischen Maschinen 14 bereit. Zum Beispiel kann die Traktionsbatterie 24 eine Gleichspannung bereitstellen, während die elektrischen Maschinen 14 zum Funktionieren möglicherweise eine Dreiphasenwechselspannung benötigen. Das Leistungselektronikmodul 26 kann die Gleichspannung in eine Dreiphasenwechselspannung umwandeln, wie er von den elektrischen Maschinen 14 benötigt wird. In einem Rekuperationsmodus kann das Leistungselektronikmodul 26 die Dreiphasenwechselspannung von den als Generatoren dienenden elektrischen Maschinen 14 in die von der Traktionsbatterie 24 benötigte Gleichspannung umwandeln. Teile der Beschreibung hierin sind gleichermaßen auf ein reines Elektrofahrzeug anwendbar. Bei einem reinen Elektrofahrzeug kann das Hybridgetriebe 16 ein Getriebe sein, das mit einer elektrischen Maschine 14 verbunden ist, und die Kraftmaschine 18 ist möglicherweise nicht vorhanden.
Zusätzlich zum Bereitstellen von Energie für den Antrieb kann die Traktionsbatterie 24 Energie für andere elektrische Fahrzeugsysteme bereitstellen. Ein Gleichspannungswandlermodul 28 kann den Hochvoltgleichstromausgang der Traktionsbatterie 24 in eine Niederspannungsgleichstromversorgung umwandeln, die kompatibel mit anderen Fahrzeuglasten ist. Andere Hochvoltlasten, wie etwa Verdichter und elektrische Heizungen, können direkt mit der hohen Spannung verbunden sein, ohne dass ein Gleichspannungswandlermodul 28 verwendet wird. Die Niederspannungssysteme können mit einer Hilfsbatterie 30 (z. B. einer 12-V-Batterie) elektrisch verbunden sein.
Ein Batterieelektroniksteuermodul (BECM, Battery Electrical Control Module) 33 kann mit der Traktionsbatterie 24 in Verbindung stehen. Das BECM 33 kann als eine Steuerung für die Traktionsbatterie 24 dienen und kann zudem ein elektronisches Überwachungssystem umfassen, das die Temperatur und den Ladezustand jeder der Batteriezellen steuert. Die Traktionsbatterie 24 kann einen Temperatursensor 31 aufweisen, wie etwa einen Thermistor oder einen anderen Temperaturanzeiger. Der Temperatursensor 31 kann mit dem BECM 33 in Verbindung stehen, um Temperaturdaten bezüglich der Traktionsbatterie 24 bereitzustellen. Der Temperatursensor 31 kann sich auch an oder in der Nähe der Batteriezellen in der Traktionsbatterie 24 befinden. Es wird ebenfalls in Betracht gezogen, dass mehr als ein Temperatursensor 31 verwendet werden kann, um die Temperatur der Batteriezellen zu überwachen.
Das Fahrzeug 12 kann, beispielsweise, ein elektrifiziertes Fahrzeug sein, das Komponenten für ein PHEV, ein FHEV, ein MHEV oder ein BEV umfasst. Die Traktionsbatterie 24 kann durch eine externe Leistungsquelle 36 aufgeladen werden. Die externe Leistungsquelle 36 kann eine Verbindung zu einer elektrischen Steckdose sein. Die externe Leistungsquelle 36 kann mit der Elektrofahrzeugversorgungseinrichtung (EVSE) 38 elektrisch verbunden sein. Die EVSE 38 kann Schaltungen und Steuerungen zum Regeln und Steuern der Übertragung von elektrischer Energie zwischen der Leistungsquelle 36 und dem Fahrzeug 12 bereitstellen. Die externe Leistungsquelle 36 kann der EVSE 38 elektrische Gleichstrom- oder Wechselstromleistung bereitstellen. Die EVSE 38 kann ein Ladeverbindungselement 40 zum Einstecken in einen Ladeanschluss 34 des Fahrzeugs 12 aufweisen. Der Ladeanschluss 34 kann jeder Anschlusstyp sein, der dazu ausgelegt ist, Leistung von der EVSE 38 zum Fahrzeug 12 zu übertragen. Der Ladeanschluss 34 kann mit einem Ladegerät oder einem fahrzeuginternen Leistungswandlungsmodul 32 elektrisch verbunden sein. Das Leistungswandlungsmodul 32 kann die von der EVSE 38 gelieferte Leistung aufbereiten, um der Traktionsbatterie 24 die richtigen Spannungs- und Strompegel bereitzustellen. Das Leistungswandlungsmodul 32 kann mit der EVSE 38 verbunden sein, um die Lieferung von Leistung an das Fahrzeug 12 zu koordinieren. Das EVSE-Verbindungselement 40 kann Stifte aufweisen, die mit zugehörigen Vertiefungen des Ladeanschlusses 34 zusammenpassen.
Die verschiedenen besprochenen Komponenten können eine oder mehrere zugehörige Steuerungen aufweisen, um den Betrieb der Komponenten zu steuern und zu überwachen. Die Steuerungen können über einen seriellen Bus (z. B. CAN, Controller Area Network) oder über diskrete Leiter in Verbindung stehen.
2 zeigt ein Beispiel einer schematischen Darstellung für ein Wärmemanagementsystem für ein Fahrzeug und eine Ladestation, im Allgemeinen als ein Wärmemanagementsystem 100 bzw. eine Ladestation 110, bezeichnet. Die Ladestation 110 kann einen Behälter (nicht gezeigt) zum Speichern von Fluid, wie etwa Kühlmittel, zum Austauschen mit externen Vorrichtungen oder Systemen umfassen. Das Wärmemanagementsystem 100 kann beim Koordinieren von Bedingungen einer Traktionsbatterieanordnung 112 eines Elektrofahrzeugs, wie etwa eines PHEV, helfen. Die Bedingungen können, beispielsweise, eine Temperatur oder thermische Bedingung von einer oder mehreren Komponenten der Traktionsbatterieanordnung 112 umfassen. Die Traktionsbatterieanordnung 112 kann ein Array von Batteriezellen und eine thermische Platte, wie etwa eine Kälteplatte, umfassen. Die thermische Platte kann sich nahe der Batteriezellen befinden und ein Strömungsfeld umfassen, durch das Kühlmittel hindurch strömen kann. Kühlmittel, das durch das Strömungsfeld fließt, kann beim Koordinieren der Temperatur des Batteriezellenarrays in einer kühlenden oder wärmenden Funktion helfen.
Das Wärmemanagementsystem 100 kann einen Kühlmittelkreislauf 116 umfassen. Der Kühlmittelkreislauf 116 kann Kanäle oder Rohre, wie etwa Kanäle 118, umfassen, um Fluidverbindung zwischen Komponenten des Kühlmittelkreislaufs 116 bereitzustellen. Beispielsweise kann der Kühlmittelkreislauf 116 Fluid durch einen Kühler 120 und die thermische Platte der Traktionsbatterieanordnung 112 leiten. Der Kühler 120 kann ein Teil eines Klimaanlagensystems 124 sein, das auch einen Klimaanlagenkondensator 126 umfassen kann. Ein erstes Ventil 130 und ein zweiten Ventil 132 können beim Leiten von Kühlmittel durch den Kühlmittelkreislauf 116 und optional zu einem Kühler 136 helfen.
Das Wärmemanagementsystem 100 kann einen Wärmetauscherkreislauf 150 umfassen. Der Wärmetauscherkreislauf 150 kann Kühlmittelleitungen 152 und einen Wärmetauscher 154 umfassen. Der Wärmetauscher 154 kann um einen Teil des Kühlmittelkreislaufs 116 angeordnet und von diesem beabstandet sein. Beispielsweise kann sich ein thermisch leitfähiges Material (TIM, Thermal Interface Material) dazwischen befinden, um das Verbessern einer Wärmeübertragung zu unterstützen. Eine Ladeanschlussanordnung 160 kann sich an Bord des Fahrzeugs befinden und in Fluidverbindung mit dem Wärmetauscherkreislauf 150 stehen. Die Ladeanschlussanordnung 160 kann einen oder mehrere elektrische Ladeanschlüsse 162 und einen oder mehrere Fluidwechselanschlüsse 164 umfassen. Mehrere Sensoren können im gesamten Wärmemanagementsystem 100 angeordnet sein, um Überwachen der thermischen Bedingungen desselben zu unterstützen. Beispielsweise kann das Wärmemanagementsystem einen ersten Sensor 170, einen zweiten Sensor 172 und einen dritten Sensor 174 umfassen.
Der erste Sensor 170 kann thermische Bedingungen, wie etwa Temperatur, von Komponenten und Fluiden der Traktionsbatterieanordnung 112 überwachen. Beispielsweise kann eine Temperatur von Kühlmittel, das durch die thermische Platte der Traktionsbatterieanordnung 112 fließt, durch den ersten Sensor 170 an verschiedenen Positionen innerhalb der Traktionsbatterieanordnung 112 und in deren Nähe gemessen werden. Der zweite Sensor 172 kann thermische Bedingungen, wie etwa Temperatur, von Fluiden und Komponenten des Wärmetauscherkreislaufs 150 überwachen. Beispielsweise kann eine Temperatur von Kühlmittel, das durch den Wärmetauscher 154 fließt, durch den zweiten Sensor 172 an verschiedenen Positionen innerhalb des Wärmetauscherkreislaufs 150 und in dessen Nähe gemessen werden. Der dritte Sensor 174 kann thermische Bedingungen, wie etwa Temperatur, von Fluiden und Komponenten des Kühlmittelkreislaufs 116 überwachen. Beispielsweise kann eine Temperatur von Kühlmittel, das durch den Kühler 120 fließt, an verschiedenen Positionen innerhalb des Kühlers 120 und in dessen Nähe gemessen werden.
Die elektrischen Ladeanschlüsse 162 können beim Ermöglichen elektrischer Verbindung mit der Ladestation 110 helfen. Beispielsweise kann das Wärmemanagementsystem eine Steuerung, wie etwa ein Batteriesteuermodul 180, umfassen. Das Batteriesteuermodul 180 kann beim Leiten des Betriebs des Wärmemanagementsystems 100 helfen. Beispielsweise kann das Batteriesteuermodul 180 Sensoren des Wärmemanagementsystems 100 überwachen und Betrieb von anderen Komponenten darin leiten, um wünschenswerte thermische Bedingungen im gesamten Wärmemanagementsystem 100 bereitzustellen. Detektieren eines Ladeereignisses durch das Batteriesteuermodul 180 kann eine Reaktion hervorrufen, bei der das Batteriesteuermodul 180 Komponenten anweist, Kühlmittelströmung einzustellen, um wünschenswerte Bedingungen für die Traktionsbatterieanordnung 112 aufrechtzuerhalten. Das Batteriesteuermodul 180 kann auch elektrisch mit externen Vorrichtungen über die elektrischen Ladeanschlüsse 162 verbunden sein, um den Betrieb derselben, wie etwa der hier weiter beschriebenen Ladestation 110, zu leiten.
Die Fluidwechselanschlüsse 164 können hin zu den Kühlmittelleitungen 152 offen sein, um Überleiten von Kühlmittel von einer externen Quelle, wie etwa der Ladestation 110, zu unterstützen. Beispielsweise kann die Ladestation 110 eine Ladestationauslassanordnung 200 umfassen. Die Auslassanordnung 200 kann Kühlmittelauslassanschlüsse 202 und elektrische Anschlüsse 204 umfassen. Die Kühlmittelauslassanschlüsse 202 und die Fluidwechselanschlüsse 164 können für eine betätigbare Verbindung dimensioniert sein, um das Ermöglichen von Fluidverbindung zwischen dem Wärmetauscherkreislauf 150 und dem Behälter der Ladestation 110 zu unterstützen. Ein Ladestationskabel 210 kann sich von der Ladestation 110 erstrecken, um das betätigbare Verbinden der Ladestation 110 mit externen Vorrichtungen, wie etwa dem Wärmemanagementsystem 100, zu unterstützen. Eine Steuerleitung 214 kann sich durch das Ladestationskabel 210 erstrecken und in elektrischer Verbindung mit einer Steuerung (nicht gezeigt) der Ladestation 110 stehen, um das Ermöglichen von Verbindung zwischen, in diesem Beispiel, dem Batteriesteuermodul 180 und der Ladestation 110 zu unterstützen. Unter gewissen Umständen, wie etwa bei einem Ladeereignis, kann das Batteriesteuermodul 180 den Betrieb des Wärmemanagementsystems 100 und der Ladestation 110 leiten.
3A und 3B zeigen ein Beispiel eines Teils eines Wärmemanagementsystems für ein Elektrofahrzeug, wie etwa das Wärmemanagementsystem 100. Der Wärmetauscher 154 kann mehrere geeignete Auslegungen und Ausrichtungen bezüglich des Kühlmittelkreislaufs 116 haben. Beispielsweise kann der Wärmetauscher 154 von dem Kanal 118 des Kühlmittelkreislaufs 116 strukturell getrennt und beabstandet sein. Der Abstand kann dimensioniert sein, um ein thermisch leitfähiges Material zum Unterstützen beim Verbessern der Wärmeübertragung aufzunehmen. Beispielsweise kann ein thermisch leitfähiges Material, wie etwa ein TIM 159, zwischen dem Kühlmittelkanal 118 und dem Wärmetauscher 154 angeordnet sein. Eine Kombination aus dem Wärmetauscher 154, dem Kühlmittelkreislauf 116 und dem TIM 159 kann zusammen als Schnellladekühler bezeichnet werden. Während des Betriebs kann der Schnellladekühler das Abführen von Wärme aus dem Kühlmittelkreislauf 116 unterstützen, wenn Kühlmittel von der Ladestation 110 fließt, ohne dass Kühlmittel der Ladestation 110 in die thermische Platte der Traktionsbatterieanordnung 112 eintritt.
4 zeigt ein Beispiel eines Verfahrens zum Betreiben eines Wärmemanagementsystems und einer externen Ladequelle zum Unterstützen beim Koordinieren von Bedingungen einer thermischen Platte einer Traktionsbatterieanordnung, hier im Allgemeinen als Betrieb 400 bezeichnet.
Beispielsweise kann eine Steuerung, wie etwa das oben beschriebene Batteriesteuermodul 180, ein Ladeereignis detektieren und betrieben werden, um thermische Bedingungen einer Traktionsbatterieanordnung, wie etwa der oben beschriebenen Traktionsbatterie 112, aufrechtzuerhalten. Im Betrieb 402 kann ein Wärmemanagementsystem eines Elektrofahrzeugs betätigbar mit einer externen Ladequelle für Fluidverbindung und elektrische Verbindung verbunden sein. Beispielsweise kann das Wärmemanagementsystem in Fluidverbindung und in elektrischer Verbindung mit einer Ladeanschlussanordnung an Bord des Fahrzeugs stehen. Die externe Ladequelle kann einen Behälter zum Speichern von Fluid, wie etwa einem Kühlmittel, umfassen. Die externe Ladequelle kann Komponenten haben zum Ermöglichen von Verteilung des Kühlmittels an das Wärmemanagementsystem des Fahrzeugs über die Ladeanschlussanordnung und zum Ermöglichen von Fluidverbindung dazwischen, sodass Kühlmittel zumindest einem Teil des Wärmemanagementsystems von der externen Ladequelle zugeführt werden kann, um das Koordinieren der thermischen Bedingungen davon zu unterstützen.
Beispielsweise kann das Kühlmittel einem Wärmetauscher zugeführt werden, der in thermischer Verbindung mit einem Kühlmittelkreislauf steht. In diesem Beispiel übergibt der Wärmetauscher kein Kühlmittel von der externen Ladequelle an den Kühlmittelkreislauf. Stattdessen befindet sich der Wärmetauscher nahe eines Teils des Kühlmittelkreislaufs zum Ermöglichen der thermischen Verbindung. Beispielsweise kann der Wärmetauscher um den Teil des Kühlmittelkreislaufs gewickelt sein und einen geeigneten Abstand von diesem haben. Der Teil des Kühlmittelkreislaufs, der in thermischer Verbindung mit der Wärmetauscher steht, kann in Fluidverbindung mit der thermischen Platte der Traktionsbatterieanordnung stehen, sodass das Kühlmittel von der externen Ladequelle Koordinieren der Bedingungen der Traktionsbatterie unterstützen kann.
Im Betrieb 410 können Sensoren thermische Bedingungen von Komponenten des Wärmemanagementsystems messen. Beispielsweise können Sensoren innerhalb des Wärmemanagementsystems positioniert sein, um Temperaturen von Kühlmittel innerhalb eines Kühlers des Kühlmittelkreislaufs und von Kühlmittel innerhalb der thermischen Platte der Traktionsbatterieanordnung zu messen. Ein Sensor kann im Wärmemanagementsystem enthalten sein, um eine Temperatur von bei dem oder nahe des Wärmetauschers fließendem Kühlmittel zu messen. Die gemessenen Temperaturen können an eine Steuerung des Wärmemanagementsystems gesendet werden. Beispielsweise können die Sensoren in elektrischer Verbindung mit der Steuerung stehen, sodass die gemessenen Temperaturen, beispielsweise, als digitale Signale gesendet werden können.
Die Steuerung kann auch über die Ladeanschlussanordnung in elektrischer Verbindung mit der externen Ladequelle stehen, und zwar so, dass die Steuerung den Betrieb der externen Ladequelle leiten kann. Im Betrieb 416 kann die Steuerung beispielsweise Anweisungen an die externe Ladequelle in Reaktion auf Empfang der Signale, die die gemessenen Temperaturen umfassen, senden. Die Anweisungen können die externe Ladestation leiten, eine vorbestimmte Menge an Kühlmittel basierend auf den gemessenen Temperaturen auszugeben. Ein Ladeereignis ist ein Beispiel eines Szenarios, bei dem thermische Bedingungen der Traktionsbatterie außerhalb eines vorbestimmten Bereichs für geeignete Fahrzeugbetriebsbedingungen auftreten. Die Steuerung kann so die Ladestation anweisen, Kühlmittel auszugeben, um Koordinieren von thermischen Bedingungen der Traktionsbatterieanordnung zu unterstützen, ohne dass Kühlmittel von der Ladestation in die thermische Platte der Traktionsbatterieanordnung eintritt.
Die in der Beschreibung verwendeten Ausdrücke sind beschreibende und nicht einschränkende Ausdrücke, und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen durchgeführt werden können, ohne von dem Gedanken und Schutzbereich der Erfindung abzuweichen. Wie zuvor beschrieben, können die Merkmale verschiedener Ausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden, die möglicherweise nicht explizit beschrieben oder dargestellt sind. Verschiedene Ausführungsformen könnten zwar als Vorteile bietend oder bevorzugt gegenüber anderen Ausführungsformen oder Umsetzungen des Stands der Technik hinsichtlich einer oder mehrerer gewünschter Eigenschaften beschrieben worden sein, jedoch können, wie für den Durchschnittsfachmann offensichtlich ist, zwischen einem oder mehreren Merkmalen oder einer oder mehreren Eigenschaften Kompromisse geschlossen werden, um die gewünschten Gesamtsystemmerkmale zu erreichen, die von der besonderen Anwendung und Umsetzung abhängig sind. Diese Eigenschaften können Kosten, Festigkeit, Langlebigkeit, Lebenszykluskosten, Marktfähigkeit, Erscheinungsbild, Packaging, Größe, Wartungsfreundlichkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, Leichtigkeit der Montage usw. umfassen, sind aber nicht darauf beschränkt. Ausführungsformen, die bezüglich einer oder mehrerer Eigenschaften als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen oder Umsetzungen des Stands der Technik beschrieben werden, liegen somit nicht außerhalb des Schutzumfangs der Offenbarung und können für bestimmte Anwendungen wünschenswert sein.

Claims

Elektrofahrzeugwärmemanagementsystem, das Folgendes umfasst: eine Traktionsbatterieanordnung mit einer thermischen Platte; einen Kühlmittelkreislauf, der einen Kühler umfasst und mit der thermischen Platte angeordnet ist, um das Kühlmittel darauf zu verteilen; einen Wärmetauscher, der mit dem Kühlmittelkreislauf für eine thermische Verbindung, aber keine Fluidverbindung, zwischen diesen angeordnet ist; eine Ladeanschlussanordnung, die in Fluidverbindung mit dem Wärmetauscher steht und dazu ausgelegt ist, Kühlmittel von einer externen Quelle aufzunehmen; und ein Steuersystem, das eine Steuerleitung umfasst, die dazu ausgelegt ist, mit der externen Quelle zu kommunizieren, um Bedingungen der Traktionsbatterieanordnung, des Kühlers und der externen Quelle zu überwachen und den Betrieb der externen Quelle basierend auf den Bedingungen zu leiten.
System nach Anspruch 1, wobei die Ladeanschlussanordnung einen Einlasskanal zum Zuführen von Kühlmittel von der externen Quelle zu einem Kühlmittelkreislauf des Wärmetauschers und einen Auslasskanal zum Zuführen von Kühlmittel zur externen Quelle definiert.
System nach Anspruch 2, wobei das Steuersystem ferner dazu ausgelegt sein kann, die externe Quelle anzuweisen, eine vorbestimmte Menge an Kühlmittel basierend auf einer gemessenen Temperatur der thermischen Platte zuzuführen.
System nach Anspruch 1, wobei der Wärmetauscher um einen Teil des Kühlmittelkreislaufs mit einem Abstand von diesem, der dimensioniert ist, um ein thermisch leitfähiges Material aufzunehmen, gewickelt sein kann.
System nach Anspruch 1, wobei der Kühlmittelkreislauf ferner ein Rohr umfasst, und wobei der Wärmetauscher um zumindest einen Teil des Rohres angeordnet ist.
System nach Anspruch 1, wobei der Wärmetauscher und der Kühlmittelkreislauf ferner so miteinander angeordnet sind, dass Kühlmittel, das von der externen Quelle strömt, sich nicht mit Kühlmittel mischt, das innerhalb des Kühlmittelkreislaufs strömt.
System nach Anspruch 1, das ferner einen ersten Sensor zum Messen einer Temperatur von Kühlmittel vom Kühler, einen zweiten Sensor zum Messen von Temperatur von Kühlmittel von der externen Quelle und einen dritten Sensor zum Messen von Temperatur von Kühlmittel der thermischen Platte umfasst, wobei die Sensoren in elektrischer Verbindung mit dem Steuersystem stehen, um Signale, einschließlich der gemessenen Temperaturen, dahin zu senden.
System nach Anspruch 7, wobei das Steuersystem ferner dazu ausgelegt ist, die externe Quelle anzuweisen, basierend auf gemessenen Temperaturen eine vorbestimmte Menge an Kühlmittel bei einer vorbestimmten Temperatur dem Wärmetauscher zuzuführen.
Elektrofahrzeug, das Folgendes umfasst: eine Traktionsbatterieanordnung, die eine thermische Platte umfasst; einen Kühler, der sich über einen Kühlmittelkreislaufkanal in Fluidverbindung mit der thermischen Platte befindet; eine Ladeanschlussanordnung, die zwei Kühlmittelkanäle, die jeweils für eine Fluidkommunikation mit einer externen Ladestation ausgelegt sind, definiert; einen Wärmetauscher, der mit dem Kühlmittelkreislaufkanal für eine thermische Verbindung zwischen beiden angeordnet ist; Sensoren zum Messen einer Temperatur eines Kühlmittels des Kühlers, des Wärmetauschers und der thermischen Platte; und ein Batteriesteuermodul zum Empfangen der gemessenen Temperaturen und Leiten des Betriebs der Ladestation basierend darauf, ob die gemessenen Temperaturen innerhalb der jeweiligen vorbestimmten Temperaturbereiche liegen.
Fahrzeug nach Anspruch 9, wobei der Wärmetauscher nicht in Fluidverbindung mit der thermischen Platte steht.
Fahrzeug nach Anspruch 9, wobei die thermische Platte nur Kühlmittel über den Kühlmittelkreislaufkanal empfängt.
Fahrzeug nach Anspruch 9, das ferner eine zwischen dem Wärmetauscher und dem Kühlmittelkreislaufkanal angeordnete thermisch leitfähige Schicht umfasst.
Fahrzeug nach Anspruch 9, wobei der Wärmetauscher einen Wärmetauscherkühlmittelkanal in Fluidverbindung mit der Ladeanschlussanordnung umfasst, und wobei zumindest ein Teil des Wärmetauscherkühlmittelkanals vom Kühlmittelkreislaufkanal beabstandet und um diesen gewickelt ist.
Fahrzeug nach Anspruch 13, wobei der Wärmetauscherkühlmittelkanal einen Abstand vom Kühlmittelkreislaufkanal hat, der dimensioniert ist, um ein thermisch leitfähiges Material aufzunehmen.
Fahrzeug nach Anspruch 9, wobei das Batteriesteuermodul dazu ausgelegt ist, Freisetzung von Kühlmittel der Ladestation in Reaktion auf Detektieren eines Ladeereignisses zu aktivieren.
Wärmemanagementverfahren für ein Elektrofahrzeug, das Folgendes umfasst: in Reaktion auf Empfangen einer vorbestimmten Kombination aus Temperaturwerten von Kühlmittel für einen Fahrzeugkühler, einen Fahrzeugwärmetauscher und eine thermische Platte einer Traktionsbatterieanordnung Ausgeben, über eine Steuerung, einer Steuerstrategie zum Leiten des Betriebs einer fahrzeugexternen Ladestation zum gezielten Ausgeben von Kühlmittel an den Fahrzeugwärmetauscher, ohne dass das Kühlmittel in die thermische Platte eintritt.
Verfahren nach Anspruch 16, das ferner das Austauschen von Wärme zwischen dem Wärmetauscher und dem Kühler über einen Teil eines Kühlmittelkreislaufs, der den Kühler umfasst und bei dem der Wärmetauscher und der Kühler über ein dazwischen angeordnetes thermisch leitfähiges Material miteinander in thermischer Verbindung stehen, ohne miteinander in Fluidverbindung zu stehen.
Verfahren nach Anspruch 16, das ferner das Ausgeben eines Deaktivierungssignals an eine Kühlmittelfreisetzungsanordnung der Ladestation zum Beenden von Kühlmittelausgabe durch die Ladestation umfasst.
Verfahren nach Anspruch 16, das ferner das Ausgeben eines Aktivierungssignals an eine Kühlmittelfreisetzungsanordnung der Ladestation in Reaktion auf Detektieren eines Ladeereignisses umfasst.
Verfahren nach Anspruch 16, das ferner das Ausgeben eines Aktivierungssignals an eine Kühlmittelfreisetzungsanordnung basierend auf einem vorbestimmten Temperaturwert des Kühlmittels der thermischen Platte umfasst.