DE102017108778A1

DE102017108778A1 - Traktionsbatteriekühlsystem für ein elektrifiziertes Fahrzeug

Info

Publication number: DE102017108778A1
Application number: DE102017108778.8A
Authority: DE
Inventors: Angel Fernando Porras; Timothy Noah Blatchley; Mark G. Smith; Brett Allen Dunn
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2016-04-29
Filing date: 2017-04-25
Publication date: 2017-11-02
Also published as: CN107415718A; CN107415718B; US10293658B2; US20170313158A1

Abstract

Ein Kühlsystem für eine Traktionsbatterie eines elektrifizierten Kraftfahrzeugs wird bereitgestellt. Das Kühlsystem umfasst einen Kühlkreislauf, einen Kältemittelkreislauf, mehrere Durchflussregelventile und ein Steuersystem. Dieses Steuersystem umfasst eine Steuerung, die dazu ausgelegt ist, (a) einen Betrieb der mehreren Durchflussregelventile zu steuern, und (b) eine Innenraumkühlung gegenüber einer Traktionsbatteriekühlung zu priorisieren.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Dieses Dokument bezieht sich allgemein auf das technische Gebiet der Kraftfahrzeugausrüstung und insbesondere auf ein Traktionsbatteriekühlsystem für ein elektrifiziertes Kraftfahrzeug. Das Kühlsystem kann ein elektronisches Expansionsventil und eine Kältemittel-zu-Kühlmittel-Wärmetauscherkühlvorrichtung umfassen.
HINTERGRUND
Hybridelektrofahrzeuge und Elektrofahrzeuge nutzen für den Fahrzeugantrieb einen Elektromotor. Der Elektromotor wird durch eine Traktionsbatterie mit Energie versorgt. Die Traktionsbatterie ist dazu ausgelegt, eine elektrische Ladung zu speichern, und kann zudem verwendet werden, um andere Fahrzeugkomponenten mit Energie zu versorgen. Durch eine effiziente Nutzung der Traktionsbatterie kann die Reichweite des Kraftfahrzeugs deutlich erhöht werden. Da die Verfügbarkeit der Batterieenergie durch die Batterietemperatur beeinflusst wird, können Hybrid- und Elektrofahrzeuge im Allgemeinen ein Flüssigkeitskühlsystem für die Traktionsbatterie umfassen. Viele solcher Systeme nutzen eine Kältemittel-zu-Kühlmittel-Kühlvorrichtung, die mit dem Klimatisierungssystem (Heizungs-, Lüftungs- und Klimatisierungssystem, HLK-System) des Fahrzeuginnenraums gekoppelt ist. Somit kann eine Nutzung der Kühlvorrichtung zum Kühlen der Traktionsbatterie zu Temperaturschwankungen der in den Kraftfahrzeuginnenraum abgegebenen klimatisierten Luft führen. Derartige Temperaturschwankungen können für die Fahrzeuginsassen bemerkbar und daher unerwünscht sein.
Dieses Dokument bezieht sich auf ein neues und verbessertes Traktionsbatteriekühlsystem und Steuerungen für ein elektrifiziertes Kraftfahrzeug, das diese Temperaturschwankungen unter normalen Betriebsbedingungen begrenzt oder im Wesentlichen beseitigt, wodurch der Komfort und die Zufriedenheit der Fahrzeuginsassen erhöht werden.
KURZDARSTELLUNG
Gemäß den hier beschriebenen Zwecken und Vorteilen wird ein Traktionsbatteriekühlsystem für ein elektrifiziertes Kraftfahrzeug bereitgestellt. Das Kühlsystem umfasst einen Kühlmittelkreislauf, einen Kältemittelkreislauf, mehrere Durchflussregelventile und ein Steuersystem.
Der Kühlmittelkreislauf zirkuliert Kühlmittel zwischen der Traktionsbatterie und einem Batteriekühler und/oder einer Kühlvorrichtung. Der Kältemittelkreislauf zirkuliert Kältemittel zwischen einem Verdichter, einem Kondensator und einem ersten Kabinenverdampfer und/oder der Kühlvorrichtung. Die mehreren Durchflussregelventile sind in dem Kühlmittelkreislauf und in dem Kältemittelkreislauf bereitgestellt. Das Steuersystem umfasst eine Steuerung, die dazu ausgelegt ist, (a) einen Betrieb der mehreren Durchflussregelventile zu steuern, und (b) unter normalen Fahrzeugbetriebsbedingungen durch Priorisieren von Innenraumkühlung oder Batteriekühlung eine Klimatisierungskapazität zu verwalten. Vorteilhafterweise verzögert das Kühlsystem die Nutzung der Kühlvorrichtung zur Batteriekühlung, bis die HLK-Last für den Kraftfahrzeuginnenraum auf den Punkt abgesunken ist, an dem eine überschüssige Kältemittelverdampfungskapazität vorliegen kann, wodurch unerwünschte Schwankungen bei der klimatisierten Luft, die durch das HLK-System in den Kraftfahrzeuginnenraum abgegeben wird, verringert oder im Wesentlichen beseitigt werden.
In einigen Ausführungsformen umfassen die mehreren Durchflussregelventile ein elektronisches Expansionsventil, das in dem Kältemittelkreislauf zwischen dem Kondensator und der Kühlvorrichtung bereitgestellt ist.
Bei einigen möglichen Ausführungsformen ist die Steuerung dazu ausgelegt, einen ersten Dateneingang für Umgebungslufttemperatur zu umfassen. Ferner ist die Steuerung dazu ausgelegt, einen zweiten Dateneingang für eine HLK-Gebläsedrehzahl zu umfassen. Zusätzlich ist die Steuerung dazu ausgelegt, einen dritten Dateneingang für eine Verdampfertemperatur zu umfassen. Zusätzlich kann das Steuersystem ferner einen Umgebungstemperatursensor und einen Verdampfertemperatursensor umfassen, die mit dem ersten bzw. dritten Dateneingang verbunden sind.
In einigen möglichen Ausführungsformen ist die Steuerung auch dazu ausgelegt, einen vierten Dateneingang für eine Kältemitteltemperatur zwischen der Kühlvorrichtung und dem Verdichter und einen fünften Dateneingang für einen Kältemitteldruck zwischen der Kühlvorrichtung und dem Verdichter zu umfassen. Ferner kann das Steuersystem einen Kältemitteltemperatursensor und einen Kältemitteldrucksensor in dem Kältemittelkreislauf zwischen der Kühlvorrichtung und dem Verdichter umfassen. In noch anderen Ausführungsformen kann der Kältemittelkreislauf einen zweiten Verdampfer umfassen, der parallel zum ersten Verdampfer und zur Kühlvorrichtung bereitgestellt ist. Beispielsweise kann ein Minivan einen vorderen Verdampfer und einen hinteren Verdampfer umfassen.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Verfahren zum Steuern einer Traktionsbatteriekühlung bei gleichzeitigem Begrenzen von Temperaturschwankungen der in einen Innenraum eines elektrifizierten Kraftfahrzeugs abgegebenen klimatisierten Luft bereitgestellt. Dieses Verfahren umfasst die Schritte (a) des Überwachens, durch eine erste Vorrichtung, der Umgebungslufttemperatur, (b) des Überwachens, durch eine zweite Vorrichtung, der HLK-Gebläsedrehzahl, (c) des Überwachens, durch eine dritte Vorrichtung, der Verdampfertemperatur, und (d) des Priorisierens, durch eine Steuerung, von Kabinenkühlung gegenüber Traktionsbatteriekühlung auf der Grundlage von HLK-Last und Verdampferfehler.
Das Verfahren kann ferner den Schritt des Bestimmens, durch die Steuerung, einer HLK-Last, basierend auf einer angezeigten HLK-Gebläsedrehzahl und einer angezeigten Umgebungslufttemperatur, umfassen. Zusätzlich kann das Verfahren die Schritte (a) des Bestimmens, durch die Steuerung, eines Verdampferfehlers durch Vergleichen einer angezeigten Verdampfertemperatur mit einer Sollverdampfertemperatur, und (b) des Bestimmens, durch die Steuerung, einer Klimatisierungskapazität der Kühlvorrichtung als eine Funktion von Verdampferfehler und HLK-Last umfassen.
Ferner kann das Verfahren den Schritt des Überwachens, durch eine vierte Vorrichtung, einer Kältemitteltemperatur zwischen der Kühlvorrichtung und dem Verdichter umfassen. Ferner kann das Verfahren den Schritt des Überwachens, durch eine fünfte Vorrichtung, eines Kältemitteldrucks zwischen der Kühlvorrichtung und dem Verdichter umfassen.
Darüber hinaus kann das Verfahren auch andere Schritte wie das Zirkulieren von Kühlmittel zwischen der Traktionsbatterie und der Kühlvorrichtung und das Zirkulieren von Kältemittel zwischen einem Verdichter, einem Kondensator und dieser Kühlvorrichtung umfassen. Ferner kann das Verfahren den Schritt des Steuerns des Flusses des Kältemittels durch die Kühlvorrichtung mittels eines elektronischen Expansionsventils umfassen, das im Kältemittelkreislauf zwischen dem Kondensator und der Kühlvorrichtung bereitgestellt ist. Ferner kann das Verfahren den Schritt des Steuerns, durch die Steuerung, des Betriebs des elektrischen Expansionsventils umfassen, basierend auf (a) der verfügbaren Kühlvorrichtungskapazität, (b) der Kühlmitteltemperatur stromaufwärts der Traktionsbatterie, und (c) der Kältemitteltemperatur zwischen der Kühlvorrichtung und dem Verdichter.
Außerdem kann das Verfahren den Schritt des Bestimmens, durch die Steuerung, einer maximalen Öffnungsposition des elektronischen Expansionsventils als eine Funktion der Klimatisierungskapazität der Kühlvorrichtung und der Verdichterdrehzahl der Klimaanlage umfassen. Ferner kann das Verfahren das Bestimmen einer Position des elektronischen Expansionsventils durch Summieren einer Ausgabe einer Proportional-Integral-Steuerung (PI-Steuerung) einer Kühlmitteltemperatur und einer Ausgabe einer Überhitzungs-PI-Steuerung umfassen. Dann wird eine finale Position des elektronischen Expansionsventils als eine Funktion der maximalen Öffnungsposition des elektronischen Expansionsventils und der Sollöffnungsposition des elektronischen Expansionsventils bestimmt.
In der folgenden Beschreibung werden mehrere bevorzugte Ausführungsformen des Kühlsystems und des Verfahrens des Steuerns der Traktionsbatteriekühlung bei gleichzeitigem Begrenzen von Temperaturschwankungen der in den Innenraum eines elektrifizierten Kraftfahrzeugs abgegebenen klimatisierten Luft gezeigt und beschrieben. Wie zu erkennen sein sollte, sind andere, sich unterscheidende Ausführungsformen des Kühlsystems und -verfahrens möglich, und ihre mehreren Details sind in verschiedenen, offensichtlichen Aspekten modifizierbar, ohne von dem Kühlsystem und -verfahren, wie sie in den folgenden Ansprüchen dargelegt und beschrieben sind, abzuweichen. Dementsprechend sind die Zeichnungen und Beschreibungen als beispielhaft und nicht als einschränkend zu verstehen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGSFIGUREN
Die beigefügten und hier enthaltenen Zeichnungsfiguren, die einen Bestandteil der Beschreibung bilden, stellen diverse Aspekte des Kühlsystems und des zugehörigen Verfahrens dar und dienen zusammen mit der Beschreibung der Erläuterung bestimmter Prinzipien der Erfindung. In den Zeichnungsfiguren ist:
1 ein schematisches Blockdiagramm des Traktionsbatteriekühlsystems.
2 ein schematisches Blockdiagramm des Steuersystems für das in 1 dargestellte Kühlsystem.
3 ein Steuerlogikflussdiagramm, das einen Betrieb einer möglichen Ausführungsform des Kühlsystems darstellt.
3a eine Detailansicht von Kasten 92 des in 3 dargestellten Steuerlogikflussdiagramms.
4 eine Tabelle, die eine HLK-Last für eine mögliche Ausführungsform des Kühlsystems angibt.
5 eine Tabelle, die vier unterschiedliche Stufen eines Kühlvorrichtungsbetriebsmanagements für eine mögliche Ausführungsform des Kühlsystems basierend auf einer Last und einem Verdampferfehler darstellt.
Nun wird detailliert auf die vorliegenden bevorzugten Ausführungsformen des Traktionsbatteriekühlsystems Bezug genommen, zu dem in den beigefügten Zeichnungsfiguren Beispiele dargestellt sind.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Nun wird Bezug auf die 1 genommen, die das Traktionsbatteriekühlsystem 10 schematisch darstellt, das für ein elektrifiziertes Kraftfahrzeug wie z. B. ein Hybridelektrofahrzeug oder ein Elektrofahrzeug ausgeführt ist. Das Kühlsystem 10 umfasst einen Kühlkreislauf 12 zum Zirkulieren eines Kühlmittels zwischen einer Traktionsbatterie 14 und einem Batteriekühler 15 und/oder einer Kältemittel-zu-Kühlmittel-Kühlvorrichtung 16 für einen Wärmeaustausch (Kältemittel und Kühlmittel vermischen sich nicht). Das Kühlmittel kann ein herkömmliches Kühlmittelgemisch sein, wie etwa Wasser und Ethylenglykol.
Das Traktionsbatteriekühlsystem 10 umfasst ferner einen Kältemittelkreislauf, der allgemein mit dem Bezugszeichen 18 gekennzeichnet ist. Der Kältemittelkreislauf 18 zirkuliert ein Kältemittel zwischen einem Klimaanlagenverdichter 20, einem Kondensator 22 und einem oder beiden der zwei Verdampfer 24 ₁ oder 24 ₂ und/oder der Kühlvorrichtung 16. Das Kältemittel kann ein herkömmliches Kältemittel wie z. B. R134a oder R1234yf sein.
Wie ferner in 1 dargestellt, umfasst das Kühlsystem 10 zudem mehrere Durchflussregelventile in dem Kühlmittelkreislauf 12 und dem Kältemittelkreislauf 18. Insbesondere ist das Traktionsbatteriekühlmittelventil (TBKV) 26 in dem Kühlmittelkreislauf 12 stromabwärts der Traktionsbatterie 14 bereitgestellt, wo es dafür eingestellt ist, einen Kühlmitteldurchfluss durch eine erste Schleife 30 zwischen der Traktionsbatterie 14 und dem Traktionsbatteriekühler 15 oder eine zweite Schleife 34 zwischen der Traktionsbatterie und der Kühlvorrichtung 16 zu leiten. Eine Traktionsbatteriekühlmittelpumpe 36 zirkuliert das Kühlmittel durch eine oder beide Schleifen, abhängig von der Position des Traktionsbatteriekühlmittelventils 26. Ein Sensor 37 überwacht die Temperatur des Kühlmittels stromaufwärts der Traktionsbatterie 14.
Die mehreren Durchflussregelventile umfassen zudem das Absperrventil 38 für den vorderen Verdampfer zwischen dem Kondensator 22 und dem vorderen Verdampfer 24 ₁ und das Absperrventil 40 für den hinteren Verdampfer zwischen dem Kondensator und dem hinteren Verdampfer 24 ₂. Zusätzlich ist eine erste Expansionsvorrichtung 42 in dem Kältemittelkreislauf 18 zwischen dem Absperrventil 38 für den vorderen Verdampfer und dem vorderen Verdampfer 24 ₁ bereitgestellt. Auf ähnliche Weise ist eine zweite Expansionsvorrichtung 44 in dem Kältemittelkreislauf 18 zwischen dem Absperrventil 40 für den hinteren Verdampfer und dem hinteren Verdampfer 24 ₂ bereitgestellt. Es versteht sich hierbei, dass das Absperrventil 38 für den Verdampfer und die erste Ausdehnungsvorrichtung 42, falls gewünscht, in einer Vorrichtung kombiniert sein könnten, um mögliche Kühlmittelleckagepfade zu minimieren. Das Absperrventil 40 und die zweite Expansionsvorrichtung 44 könnten ähnlich kombiniert werden. Ferner ist ein elektronisches Expansionsventil (EXV) 46 in dem Kältemittelkreislauf 18 zwischen dem Kondensator 22 und der Kühlvorrichtung 16 bereitgestellt. Das elektronische Expansionsventil 46 hat einen vollen Bewegungsbereich von einem Nulldurchfluss bis zu einem offenen, vollen Durchfluss.
Wie in 2 dargestellt, umfasst das Kühlsystem 10 zudem ein Steuersystem, das allgemein mit dem Bezugszeichen 50 bezeichnet ist. Wie gezeigt, umfasst das Steuersystem 50 eine Steuerung 52. Die Steuerung 52 ist eine Datenverarbeitungsvorrichtung wie etwa ein spezieller Mikroprozessor oder eine elektronische Steuereinheit (ECU – Electronic Control Unit), die nach Anweisungen arbeitet, die von einer Steuersoftware bereitgestellt werden. Eine solche Steuerung 52 kann einen oder mehrere Prozessoren, einen oder mehrere Speicher und eine oder mehrere Netzwerkschnittstellen umfassen, die alle über einen Kommunikationsbus miteinander kommunizieren.
Die Steuerung 52 ist dazu ausgelegt, (a) einen Betrieb der mehreren Durchflussregelventile einschließlich unter anderem des Traktionsbatteriekühlventils 26 und des elektronischen Expansionsventils 46 zu steuern, und (b) während des normalen Kraftfahrzeugbetriebs eine Innenraumkühlung gegenüber einer Traktionsbatteriekühlung priorisieren zu können. Zu diesem Zweck ist die Steuerung 52 dazu ausgelegt, einen ersten Dateneingang 54 zu umfassen, der mit einem Sensor oder einer anderen Vorrichtung 56, wie z. B. einer anderen Steuerung, verbunden ist, der bzw. die Daten bezüglich der Umgebungslufttemperatur bereitstellt. Die Steuerung 52 ist zudem dazu ausgelegt, einen zweiten Dateneingang 58 zu umfassen, der mit einem Sensor oder einer anderen Vorrichtung 60, wie z. B. einer anderen Steuerung, verbunden ist, um einen Dateneingang für eine HLK-Gebläsedrehzahl bereitzustellen.
Wie ferner gezeigt, ist die Steuerung 52 zudem dazu ausgelegt, einen dritten Dateneingang 62 zu umfassen, der mit einem Sensor oder einer Vorrichtung 64, wie z. B. einer anderen Steuerung, verbunden ist, der bzw. die Daten bezüglich einer Temperatur der Verdampfer 24 ₁, 24 ₂ bereitstellt (ein Sensor bzw. eine Vorrichtung 64 pro Verdampfer). Die Steuerung 52 ist zudem dazu ausgelegt, einen vierten Dateneingang 66 zu umfassen, der mit einem Sensor oder einer Vorrichtung 68, wie z. B. einer anderen Steuerung, verbunden ist, um Daten bezüglich der Temperatur des Kältemittels bereitzustellen. Darüber hinaus ist die Steuerung 52 dazu ausgelegt, einen fünften Dateneingang 70 zu umfassen, der mit einem Sensor oder einer Vorrichtung 72, wie z. B. einer anderen Steuerung, verbunden ist, um Daten bezüglich des Drucks des Kältemittels im Kältemittelkreislauf 18 bereitzustellen. Die Sensoren 68 oder Vorrichtungen 72 befinden sich zwischen dem Auslass der Kühlvorrichtung 16 und dem Einlass des Verdichters 20.
Obwohl dies nicht in 2 dargestellt ist, versteht es sich, dass die Steuerung 52 zusätzliche Dateneingänge umfassen kann, die mit anderen Sensoren oder Vorrichtungen, einschließlich anderer Steuerungen, verbunden sind, die einen Dateneingang bezüglich anderer Systembetriebsparameter bereitstellen, einschließlich unter anderem einer Batterietemperatur, einer Batteriekühlmitteltemperatur (siehe Sensor 37 in 1), eines Kältemitteldrucks (siehe Sensor 21 in 1) und Innenraumkühlungsanforderungen von dem HLK-System des Kraftfahrzeugs. Die Steuerung 52 ist im Allgemeinen dazu ausgelegt, das für die Traktionsbatterie 14 erforderliche Kühlen bereitzustellen und gleichzeitig eine minimale Menge an Kraftfahrzeugenergie zu verbrauchen. Zu diesem Zweck ist die Steuerung 52 dazu ausgelegt, in drei verschiedenen Batteriekühlmodi zu arbeiten. Im ersten Modus, der die geringste Menge an Kraftfahrzeugenergie verbraucht, ist das Traktionsbatteriekühlmittelventil 26 so positioniert, dass es das Kühlmittel in dem Kühlmittelkreislauf 12 durch die erste Schleife 30 zwischen der Traktionsbatterie 14 und dem Batteriekühler 15 zirkuliert. Während einer Kraftfahrzeugbewegung durch den Kühler 15 gedrückte Umgebungsluft dient zum Kühlen des Kühlmittels, das anschließend durch die Pumpe 36 zurück durch die Batterie 14 zirkuliert wird, um eine gewünschte Betriebstemperatur der Traktionsbatterie aufrechtzuerhalten. Falls die Temperatur der Traktionsbatterie 14 auf eine bestimmte vorbestimmte Temperatur ansteigt, arbeitet die Steuerung 52 in einem zweiten Kühlmodus, in dem der Lüfter 74 aktiviert ist, um Kühlluft durch den Kühler zu drücken, wodurch dem Kühlmittel und der Traktionsbatterie 14, durch die das Kühlmittel zirkuliert wird, eine zusätzliche Kühlung bereitgestellt wird.
Falls die Temperatur der Traktionsbatterie 14 bei Betreiben in dem zweiten Kühlmodus eine vorbestimmte höhere Temperatur erreicht, initiiert die Steuerung 52 einen dritten Kühlmodus durch Verstellen des Traktionsbatteriekühlmittelventils 26, um das Kühlmittel teilweise oder vollständig durch die zweite Schleife 34 zu leiten, sodass der ausgewählte Teil des Kühlmittelflusses von der Pumpe 36 gedrückt wird, um zwischen der Batterie 14 und der Kühlvorrichtung 16 zu zirkulieren. In diesem Modus ist die Steuerung 52 dazu ausgelegt, während eines normalen Kraftfahrzeugbetriebs die Innenraumkühlung gegenüber der Traktionsbatteriekühlung zu priorisieren.
Zu diesem Zweck ist ein Verfahren zum Steuern einer Traktionsbatteriekühlung bei gleichzeitigem Begrenzen von Temperaturschwankungen der in den Innenraum eines elektrifizierten Kraftfahrzeugs abgegebenen klimatisierten Luft bereitgestellt. Dieses Verfahren umfasst die folgenden Schritte: (a) Überwachen, durch eine erste Vorrichtung 56, der Umgebungslufttemperatur, (b) Überwachen, durch eine zweite Vorrichtung 60, der HLK-Gebläsedrehzahl, (c) Überwachen, durch eine dritte Vorrichtung 64, der Verdampfertemperatur, und (d) Priorisieren, durch die Steuerung 52, von Kabinenkühlung gegenüber Traktionsbatteriekühlung auf der Grundlage von HLK-Last und Verdampferfehler.
Insbesondere wird, wie in 3 dargestellt, bei Initiieren des dritten Kühlmodus (siehe Kasten 76) eine Kühlvorrichtungsanfrage 78 generiert. In Reaktion darauf bestimmt/berechnet die Steuerung 52 den Verdampferfehler 80 und die HLK-Last 82. Wie in 4 dargestellt, ist die HLK-Last eine Funktion der Umgebungslufttemperatur und HLK-Gebläsedrehzahl und wird daher durch die Steuerung 52 basierend auf durch die Sensoren 56 oder Vorrichtungen 60 an den entsprechenden Dateneingängen 54, 58 bereitgestellten Daten bestimmt. In der in 4 dargestellten Ausführungsform des Systems 10 ergeben eine Umgebungstemperatur von 25 Grad Celsius und ein Gebläsedrehzahlprozentsatz von 60 % eine HLK-Last von 50.
Ein Verdampferfehler wird durch Vergleichen der durch den Sensor oder die Vorrichtung 64 an dem dritten Dateneingang 62 angezeigten Istverdampfertemperatur mit einer in der Steuerung 52 gespeicherten Sollverdampfertemperatur bestimmt.
Wie in 3 dargestellt, bestimmt die Steuerung 52 dann die Klimatisierungskapazität der Kühlvorrichtung, die für die Traktionsbatteriekühlung verfügbar ist (siehe Kasten 84) als eine Funktion des bestimmten Verdampferfehlers und der HLK-Last. 5 stellt eine Funktionstabelle für eine bestimmte Ausführungsform des Kühlsystems 10 dar. In dieser Ausführungsform zeigt ein Verdampferfehler von 3, 4 oder 5 an, dass die Kühlvorrichtung 16 für keine Stufe von Traktionsbatteriekühlung verfügbar ist (Kühlvorrichtungskapazitätszustand 0). Im Gegensatz dazu zeigen ein Verdampferfehler von 2 und eine Last von 30 an, dass die Kühlvorrichtung 16 bei einer minimalen Öffnung für eine Batteriekühlung verfügbar ist (Kühlvorrichtungskapazitätszustand 1). Ferner zeigen ein Verdampferfehler von 0,5 und eine Last von 60 an, dass die Kühlvorrichtung für eine reduzierte Kühlvorrichtungskühlung der Traktionsbatterie 14 verfügbar ist (Kühlvorrichtungskapazitätszustand 2). Schließlich zeigen ein Verdampferfehler von 0 und eine Last von 50 an, dass eine volle Stufe der Kühlvorrichtung 16 für eine Traktionsbatteriekühlung verfügbar ist (Kühlvorrichtungskapazitätszustand 3).
Wie in 3 dargestellt, kehrt der Betriebsalgorithmus zum Anfang zurück, wenn die Klimatisierungskapazität der Kühlvorrichtung nicht für ein Kühlen verfügbar ist (Kühlvorrichtungskapazitätszustand 0). In dieser Situation fährt das Batterietemperatursystem mit dem Kühlen über den Batteriekühler 15 fort (mit oder ohne Betrieb des Lüfters 74) und fordert die Kühlvorrichtung 16 weiterhin an. Sobald eine Kühlvorrichtungskapazität verfügbar wird, geht das Batterietemperatursystem zu der Kühlvorrichtung 16 über. Mit anderen Worten, es gibt Zeiten, in denen der Batteriekühlmodus die Kühlvorrichtung 16 anfordern kann, jedoch weiterhin in der Batteriekühlerschleife 30 läuft. Der aktuelle Algorithmus zum Bestimmen der Kühlvorrichtungsverfügbarkeit kann ein geschlossener Algorithmus sein, der das elektronische Expansionsventil 46 auf der Grundlage der verfügbaren Kapazität öffnet. Die gezeigten Schritte sind lediglich exemplarisch dafür, wie sich das Ventil 46 im Verhältnis zur verfügbaren Kühlvorrichtungskapazität öffnet.
Im Gegensatz dazu gilt: Wenn für die Traktionsbatterie 14 Verdampferkühlung verfügbar ist, wird das Niveau von Kühlung oder der Sollöffnungsposition des elektronischen Expansionsventils 46 als eine Funktion des Kühlvorrichtungskapazitätszustands und der Verdichterdrehzahl bestimmt, wie im Kasten 90 gezeigt. Folglich wird beispielsweise das elektronische Expansionsventil 46 für einen Kühlvorrichtungskapazitätszustand von 1 und eine Verdichterdrehzahl von 3000 U/min um 20 % geöffnet. Für einen Kühlvorrichtungskapazitätszustand von 2 und eine Verdichterdrehzahl von 6000 U/min wird das elektronische Expansionsventil 46 um 30 % geöffnet. Die Sollposition wird dann an die Steuerung des elektronischen Expansionsventils weitergeleitet, die sicherstellen würde, dass sich das elektronische Expansionsventil 46 zu dem gewünschten Öffnungsbetrag bewegt.
Sobald die Steuerung 52 feststellt, dass die Kühlvorrichtungskapazität vollständig verfügbar ist (Kühlvorrichtungskapazitätszustand 3), wird die Position des elektronischen Expansionsventils 46 durch den Kasten 92 bestimmt (siehe 3 und 3a). Folglich führt die Steuerung 52 parallel eine Temperatur- und Überhitzungssteuerung aus. Überhitzung ist die Temperatur eines Stoffes über der Sättigungstemperatur bei einem konstanten Druck. Die Steuerung 52 implementiert eine PI-Steuerung, die Kühlmitteltemperatur in die Batterie auf der Grundlage einer kalibrierbaren Sollkühlmitteltemperatur zu steuern. Das elektronische Expansionsventil 46 nimmt Positionsanpassungen auf der Grundlage des Fehlers in diesen beiden Temperaturen vor. Wenn die aktuelle Kältemittelüberhitzung zwischen der Kühlvorrichtung 16 und dem Klimaanlagenverdichter 20 unter einen minimalen Überhitzungswert absinkt, dann aktiviert die Steuerung 52 eine Überhitzungs-PI-Steuerung, zusammen mit der Temperatur-PI-Steuerung (siehe Kasten 92 in 3a). Die Kältemittelüberhitzungssteuerung nimmt auf der Grundlage der aktuellen Überhitzung und einer kalibrierbaren Sollüberhitzung Positionsanpassungen des elektronischen Expansionsventils 46 vor. Diese Steuerungen werden in der Steuerung 52 kontinuierlich ausgeführt, bei den Kühlvorrichtungszuständen 1 und 2 wird jedoch die maximale Begrenzung der Position des elektronischen Expansionsventils 46 basierend auf der Verdichterdrehzahl angewendet, siehe Kasten 90, wodurch die Öffnungsposition des elektronischen Expansionsventils 46 begrenzt wird. Die Steuerung 52 stellt darüber hinaus die Drehzahl des Klimaanlagenverdichters 20 so ein, wie dies erforderlich ist, um die gewünschte Kühlungsfunktion für den Kraftfahrzeuginnenraum und die Traktionsbatterie 14 (siehe Kasten 94) bereitzustellen.
Zusammenfassend werden durch das Traktionsbatteriekühlsystem 10 zahlreiche Vorteile und Nutzen bereitgestellt. Die Steuerung 52 betätigt das elektronische Expansionsventil 46 so, dass es den Fluss des Kältemittels zur Kühlvorrichtung 16 direkt drosselt. Um diese Aufgabe auszuführen, steuert die Steuerung 52 aktiv das elektronische Expansionsventil 46 auf der Grundlage der Kältemitteltemperatur und des Kältemitteldrucks, wie durch die Sensoren 68 oder Vorrichtungen 72 an den entsprechenden Dateneingängen 66, 70 der Steuerung angegeben. Wie in 1 gezeigt, sind diese Sensoren 68 oder Vorrichtungen 72 in dem Kältemittelkreislauf 18 am Kühlvorrichtungsauslass bereitgestellt, um sicherzustellen, dass das Kältemittel durch die Kühlvorrichtung ordnungsgemäß verdampft. Dies wird getan, um die Möglichkeit zu vermeiden, dass flüssiges Kältemittel an den Klimaanlagenverdichter 20 gesendet wird, da dies zu einem Verdichterdefekt führen könnte.
Wie ferner aus der vorstehenden Beschreibung zu verstehen sein sollte, überwacht die Steuerung 52 die Umgebungsbedingungen des Kraftfahrzeuginnenraums, um zu bestimmen, wann die Kühlvorrichtung 16 gestartet und wie danach die gesamte Klimaanlagenkapazität verwaltet werden soll. Folglich ist die Verfügbarkeit von Kühlvorrichtungskapazität für die Traktionsbatteriekühlung eine Funktion der Klimaanlagenlast. Wenn der Innenraum nicht kühl oder die Kapazität am Limit zum Kühlen des Innenraums ist, wird der Start der Traktionsbatteriekühlung über die Kühlvorrichtung 16 verzögert Insbesondere kann die Zirkulation von Kältemittel zur Kühlvorrichtung 16 von der Steuerung 52 verzögert werden, bis sich die Klimaanlagenlast für den Innenraum stabilisiert hat und unter der Gesamtklimaanlagenkapazität liegt. In der Zwischenzeit wird die Traktionsbatterie 14 vom Batteriekühler 32 im ersten oder zweiten Modus gekühlt.
Vorteilhafterweise kann die Steuerung 52 den Durchfluss an Kältemittel zu der Kühlvorrichtung 16 jederzeit regeln. Hierdurch kann die Traktionsbatteriekühlung über die Kühlvorrichtung 16 reibungslos gestartet und mit minimalen Auswirkungen auf den Innenraum kontinuierlich ausgeführt werden. Infolgedessen werden nachteilige Schwankungen bei der Temperatur der klimatisierten Luft, die die Verdampfer 24 ₁, 24 ₂ passiert und später in den Innenraum abgegeben wird, minimiert. Das System 10 und das zugehörige Verfahren priorisieren eine Innenraumkühlung durch Verzögern des Kühlvorrichtungsstarts und stellen zudem ein Verfahren zum Betreiben bei reduzierter Kühlkapazität zum Aufrechterhalten des Innenraumkomforts unter wechselnden Klimatisierungskapazitätsbedingungen bereit. Nur unter extremen Betriebsbedingungen, bei denen die Traktionsbatterietemperaturen auf vorbestimmte kritische Ausmaße ansteigen, priorisiert die Steuerung 52 eine Batteriekühlung gegenüber einer Innenraumkühlung, indem sie der Kühlvorrichtung 16 zuerst die volle Klimatisierungskapazität für die Traktionsbatteriekühlung und die restliche Klimatisierungskapazität für den Innenraum bereitstellt.

Das Vorstehende dient Veranschaulichungs- und Beschreibungszwecken. Es soll nicht erschöpfend sein oder die Ausführungsformen auf die präzise offenbarte Form einschränken. Im Licht der obigen Lehren sind offenkundige Modifikationen und Variationen möglich. Beispielsweise könnte die Innenraumtemperatur eine Systemeingabe sein, die beim Steuern des Kühlsystems 10 zu überwachen und nutzen ist. Alle derartigen Modifikationen und Varianten liegen innerhalb des Schutzumfangs der angehängten Ansprüche, wenn diese mit der Breite, zu der sie in fairer, rechtlicher und gerechter Weise berechtigt sind, interpretiert werden. Zeichenerklärung Fig. 3

76	Start
78	Kühlvorrichtungsanforderung wahr?
80	Verdampferfehler berechnen
82	Last berechnen
84	Verfügbare Klimatisierungskapazität der Kühlvorrichtung = Funkt. (Last, Verdampferfehler)
86	Verfügbarer Klimatisierungskapazitätszustand der Kühlvorrichtung > 0
88	Übersetzen der verfügbaren Klimatisierungskapazität der Kühlvorrichtung in EXV-Steuerung
92	Positionssteuerungslogik EXV
94	Festgelegte Verdichterdrehzahl

Fig. 3a

SH: Super Heat Min_SH_Value: Minimum Super Heat value at which AC refrigerant is approaching saturation temperature. Decreasing or running the AC system below this value could lead to liquid returning to the AC compressor.	ÜH: Überhitzung Min_ÜH_Wert: Minimaler Überhitzungswert, bei dem sich HLK-Kältemittel der Sättigungstemperatur annähert. Ein Absenken oder Betreiben des HLK-Systems unterhalb dieses Wertes könnte zu einem Rückfließen von Flüssigkeit in den HLK-Verdichter führen.
Box	Kasten
If Actual SH below Min_SH_Value	Wenn aktuelle ÜH unter Min_ÜH_Wert
Yes	Ja
No	Nein
Pressure and temperature	Druck und Temperatur
Actual SH	Aktuelle ÜH
Calibratable Target SH	Kalibrierbare Soll-ÜH
Error	Fehler
Error = Actual-Target	Fehler = Ist-Soll
Pl controller based on Super Heat	PI-Steuerung, basierend auf Überhitzung
EXV Adjustment	Einstellung EXV
Sum	Sum
EXV position Max Clip	Max. Begrenzung der Position des EXV
EXV position	Position des EXV
Temperature Controller	Temperatursteuerung
Battery Coolant Temperature	Batteriekühlmitteltemperatur
Target Battery Coolant Temperature	Sollbatteriekühlmitteltemperatur
Pl controller based on Battery Coolant Temperature	PI-Steuerung basierend auf Batteriekühlmitteltemperatur

Claims

Kühlsystem für ein elektrifiziertes Kraftfahrzeug, das Folgendes umfasst: einen Kühlmittelkreislauf, der Kühlmittel zwischen einer Traktionsbatterie und einem Batteriekühler oder einer Kühlvorrichtung zirkuliert; einen Kältemittelkreislauf, der Kältemittel zwischen einem Verdichter, einem Kondensator und einem ersten Verdampfer oder der Kühlvorrichtung zirkuliert; mehrere Durchflussregelventile in dem Kühlmittelkreislauf und dem Kältemittelkreislauf; und ein Steuersystem, das eine Steuerung umfasst, die dazu ausgelegt ist, (a) einen Betrieb der mehreren Durchflussregelventile zu steuern, und (b) eine Innenraumkühlung gegenüber einer Traktionsbatteriekühlung zu priorisieren.
Kühlsystem nach Anspruch 1, wobei die mehreren Durchflussregelventile ein elektronisches Expansionsventil in dem Kältemittelkreislauf zwischen dem Kondensator und der Kühlvorrichtung umfassen.
Kühlsystem nach Anspruch 2, wobei die Steuerung dazu ausgelegt ist, einen ersten Dateneingang für eine Umgebungslufttemperatur zu umfassen.
Kühlsystem nach Anspruch 3, wobei die Steuerung dazu ausgelegt ist, einen zweiten Dateneingang für eine HLK-Gebläsedrehzahl zu umfassen.
Kühlsystem nach Anspruch 4, wobei die Steuerung dazu ausgelegt ist, einen dritten Dateneingang für eine Verdampfertemperatur zu umfassen.
Kühlsystem nach Anspruch 5, wobei das Steuersystem ferner einen Umgebungstemperatursensor und einen Verdampfertemperatursensor umfasst.
Kühlsystem nach Anspruch 6, wobei die Steuerung dazu ausgelegt ist, einen vierten Dateneingang für Kältemitteltemperatur zu umfassen, die in dem Kältemittelkreislauf zwischen der Kühlvorrichtung und dem Verdichter überwacht wird.
Kühlsystem nach Anspruch 7, wobei die Steuerung ferner dazu ausgelegt ist, einen fünften Dateneingang für Kältemitteldruck zu umfassen, der in dem Kältemittelkreislauf zwischen der Kühlvorrichtung und dem Verdichter überwacht wird.
Kühlsystem nach Anspruch 8, wobei das Steuersystem ferner einen Kältemitteltemperatursensor und einen Kältemitteldrucksensor in dem Kältemittelkreislauf zwischen der Kühlvorrichtung und dem Verdichter umfasst.
Kühlsystem nach Anspruch 9, wobei der Kältemittelkreislauf einen zweiten Verdampfer parallel zum ersten Verdampfer umfasst.
Verfahren zum Steuern einer Traktionsbatteriekühlung bei gleichzeitigem Begrenzen von Temperaturschwankungen von in einen Innenraum eines elektrifizierten Kraftfahrzeugs abgegebener klimatisierter Luft, das Folgendes umfasst: Überwachen, durch eine erste Vorrichtung, einer Umgebungslufttemperatur; Überwachen, durch eine zweite Vorrichtung, einer HLK-Gebläsedrehzahl; Überwachen, durch eine dritte Vorrichtung, einer Verdampfertemperatur; und Priorisieren, durch eine Steuerung, einer Innenraumkühlung gegenüber einer Traktionsbatteriekühlung basierend auf einer HLK-Last und einem Verdampferfehler.
Verfahren nach Anspruch 11, das ferner ein Bestimmen, durch die Steuerung, einer HLK-Last umfasst, basierend auf einer angezeigten HLK-Gebläsedrehzahl und einer angezeigten Umgebungslufttemperatur.
Verfahren nach Anspruch 12, das ferner Folgendes umfasst: (a) ein Bestimmen, durch die Steuerung, eines Verdampferfehlers durch Vergleichen einer angezeigten Verdampfertemperatur mit einer Sollverdampfertemperatur und (b) ein Bestimmen, durch die Steuerung, eines Klimatisierungskapazitätszustands der Kühlvorrichtung als eine Funktion von Verdampferfehler und HLK-Last.
Verfahren nach Anspruch 13, das ferner ein Überwachen, durch eine vierte Vorrichtung, einer Kältemitteltemperatur umfasst.
Verfahren nach Anspruch 14, das ferner ein Überwachen, durch eine fünfte Vorrichtung, eines Kältemitteldrucks umfasst.
Verfahren nach Anspruch 15, das Zirkulieren von Kühlmittel zwischen der Traktionsbatterie und einer Kühlvorrichtung und Zirkulieren von Kältemittel zwischen einem Verdichter, einem Kondensator und der Kühlvorrichtung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 16, das das Steuern des Flusses des Kältemittels durch die Kühlvorrichtung mittels eines elektronischen Expansionsventils in einem Kältemittelkreislauf zwischen dem Kondensator und der Kühlvorrichtung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 17, das das Steuern, durch die Steuerung, des Betriebs des elektronischen Expansionsventils umfasst, basierend auf (a) der verfügbaren Kühlvorrichtungskapazität, (b) der Kühlmitteltemperatur stromaufwärts der Traktionsbatterie, und (c) der Kältemittelüberhitzungstemperatur zwischen der Kühlvorrichtung und dem Verdichter.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 18, das das Bestimmen, durch die Steuerung, einer maximalen Öffnungsposition des elektronischen Expansionsventils als eine Funktion des Klimatisierungskapazitätszustands der Kühlvorrichtung und der Verdichterdrehzahl der Klimaanlage umfassen.
Verfahren nach Anspruch 19, das das Bestimmen, durch die Steuerung, einer Sollöffnungsposition des elektronischen Expansionsventils durch Summieren einer Ausgabe einer Kühlmitteltemperatur-PI-Steuerung und einer Ausgabe einer Überhitzungs-PI-Steuerung umfasst, wobei eine endgültige Öffnungsposition des elektronischen Expansionsventils als eine Funktion der maximalen Öffnungsposition des elektronischen Expansionsventils und der Sollöffnungsposition des elektronischen Expansionsventils bestimmt ist.