DE102018208330A1 - Verfahren zum Aufheizen eines Batteriemoduls - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufheizen eines Batteriemoduls (30) eines Kraftfahrzeugs. Das Batteriemodul (30) wird mittels einem von einem Inverter (20) erzeugten, hochfrequenten Wechselstrom aufgeheizt, wobei der Inverter (20) von einem vom Batteriemodul (30) verschiedenen elektrischen Energiespeicher (10) gespeist wird, der als Superkondensator oder hybrider Superkondensator ausgebildet ist. Hierbei ist der Inverter (20) ein dreiphasiger Inverter, dessen drei Phasen des Ausgangs mit einem dreiphasigen Verbraucher verbunden sind, wobei zwei Phasen des Ausgangs zum Aufheizen mit dem Batteriemodul (30) verbunden werden. Ferner betrifft die Erfindung eine Anordnung (100, 200) und ein Kraftfahrzeug, welche zur Durchführung eines Verfahrens zum Aufheizen eines Batteriemoduls (30) eingerichtet sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufheizen eines Batteriemoduls eines Kraftfahrzeugs. Das Batteriemodul wird mittels einem von einem Inverter, der auch als Wechselrichter bezeichnet wird und einen Eingang sowie einen Ausgang umfasst, erzeugten, hochfrequenten Wechselstrom aufgeheizt, wobei der Inverter von einem vom Batteriemodul verschiedenen elektrischen Energiespeicher gespeist wird, der als Superkondensator oder hybrider Superkondensator ausgebildet ist. Ferner betrifft die Erfindung eine Anordnung und ein Kraftfahrzeug, welche zur Durchführung eines Verfahrens zum Aufheizen eines Batteriemoduls eingerichtet sind.
  • Stand der Technik
  • Mit zunehmender Elektrifizierung von Kraftfahrzeugen, insbesondere von PKWs werden immer mehr Systeme verbaut, die einen elektrischen Energiespeicher benötigen wie z.B. Starterbatterie, Traktionsbatterie oder Backup-Batterie eines Backup-Systems. Diese elektrischen Energiespeicher müssen zumeist beim Start des Kraftfahrzeugs aufgeladen und verfügbar sein. Bisherige Systeme arbeiten für gewöhnlich in einem Temperaturbereich von ca. -40 °C bis +65 °C und müssen somit entweder im Passagierraum verbaut werden oder beim Einbau in Motornähe aktiv gekühlt werden.
  • Neuerdings gibt es auch elektrische Energiespeicherarten, die hohe Temperaturen (größer als +80 °C) benötigen, um ihre optimale Performance zu entfalten. Sei es, dass solche elektrische Energiespeicher konstruktionsbedingt aufgeheizt werden müssen (z.B. Feststoffbatterie), oder dass sie konstruktionsbedingt im Motorraum, wo hohe Temperaturen herrschen, verbaut werden.
  • Die letztgenannten elektrischen Energiespeicher müssen, um bei optimalem Wirkungsgrad zu funktionieren, aufgeheizt werden. Dies kann in den ersten Sekunden des Betriebs über Motorwärme, Phasenwechselspeicher oder elektrische Heizer usw. erfolgen.
  • Aus dem Dokument CN 107039708A ist eine Heizvorrichtung für ein Lithium-Ionen-Batteriemodul bekannt, die einen Inverter mit einer Selbstresonanz-Schaltung (LC-Schaltung) aufweist. Dabei werden eine Induktivität und ein Kondensator der Selbstresonanz-Schaltung in Reihe geschaltet.
  • Kraftfahrzeuge mit einem Verbrennungsmotor weisen eine Starterbatterie als elektrischen Energiespeicher zur Versorgung eines Anlassers auf. Kraftfahrzeuge mit Elektroantrieb, welche auch als Elektrofahrzeuge oder Electric Vehicle (EV) bezeichnet werden, weisen eine Traktionsbatterie als elektrischen Energiespeicher zur Versorgung eines Traktionsmotors auf. Dabei sind derzeit verschiedenartige Technologien für elektrische Energiespeicher in Kraftfahrzeugen bekannt.
  • Neben Lithium-Ionen-Batterien (LIB) spielen elektrochemische Kondensatoren, auch Superkondensatoren (SC) genannt, eine immer größer werdende Rolle. Bereits auf dem Markt erhältliche Superkondensatoren werden sowohl für automobile Anwendungen als auch für stationäre Systeme verwendet. Elektrochemische Energiespeicher lassen sich anhand ihrer Energie- und Leistungsdichte charakterisieren. Generell weisen Superkondensatoren eine höhere Leistungsdichte und eine geringere Energiedichte als Lithium-Ionen-Batterien auf. Somit werden Lithium-Ionen-Batterien für energieintensive Anwendungen und Superkondensatoren für leistungsintensive Anwendungen bevorzugt.
  • Generell unterteilen sich Superkondensatoren in „Electric Double Layer Capacitors“ (EDLC), „Pseudocapacitors“ und hybride Superkondensatoren (HSC). „Electric Double Layer Capacitors“ sowie „Pseudocapacitors“ weisen eine verhältnismäßig hohe Leistungsdichte, aber eine verhältnismäßig geringe Energiedichte auf. Hybride Superkondensatoren hingegen besitzen eine verhältnismäßig hohe Leistungsdichte und eine verhältnismäßig hohe Energiedichtedichte. Hybride Superkondensatoren weisen somit Eigenschaften von Lithium-Ionen-Batterien und von Superkondensatoren auf.
  • Aus dem Dokument WO 2011/092662 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aufheizen eines Batteriemoduls bekannt. Aufgrund des internen Widerstands wird das Batteriemodul durch einen von einem Kondensator ausgelieferten oder zurück zu dem Kondensator geführten Strom über ohmsche Effekte aufgeheizt, wobei der Kondensator ein Superkondensator sein kann und der Strom durch einen Stromrichter geregelt wird.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Es wird ein Verfahren zum Aufheizen eines Batteriemoduls vorgeschlagen. Dabei wird das Batteriemodul mittels einem von einem Inverter erzeugten, hochfrequenten Wechselstrom aufgeheizt. Der Inverter wird von einem vom Batteriemodul verschiedenen elektrischen Energiespeicher gespeist, der als Superkondensator oder als hybrider Superkondensator ausgebildet ist.
  • Erfindungsgemäß ist der Inverter ein dreiphasiger Inverter, dessen drei Phasen des Ausgangs mit einem dreiphasigen Verbraucher wie z.B. einem dreiphasigen Elektromotor verbunden sind. Dabei werden zwei Phasen des Ausgangs des Inverters zum Aufheizen mit dem Batteriemodul verbunden. Der dreiphasige Verbraucher ist verschieden von dem Batteriemodul.
  • Zum Aufheizen wird bevorzugt ein hochfrequenter Wechselstrom mit Frequenzen bevorzugt im Kilohertz-Bereich benutzt. Die Amplitude wird bevorzugt in Abhängigkeit von der Temperatur durch eine intelligente Steuerung des Inverters angepasst, wobei bei niedrigeren Temperaturen höhere Amplituden eingeprägt werden.
  • Ein Superkondensator oder ein hybrider Superkondensator weist zwei Elektroden auf, nämlich eine positive Elektrode und eine negative Elektrode. Die Elektroden umfassen jeweils einen Stromableiter und sind durch einen Separator voneinander getrennt.
  • Der Transport der elektrischen Ladungen zwischen den Elektroden wird in einem hybriden Superkondensator durch Elektrolyte oder Elektrolytzusammensetzungen gewährleistet. Die Elektroden umfassen als Aktivmaterial ein herkömmliches Superkondensatormaterial, das auch als statisch kapazitives Aktivmaterial bezeichnet wird, sowie ein Material, welches in der Lage ist eine Redox-Reaktion mit den Ladungsträgern des Elektrolyten einzugehen und eine Interkalationsverbindung davon zu bilden. Ein solches Material wird auch elektrochemisches Redoxaktivmaterial genannt. Das Energiespeicherprinzip des hybriden Superkondensators beruht somit auf der Ausbildung einer elektrochemischen Doppelschicht in Kombination mit der Bildung einer faradischen Lithium-Interkalationsverbindung. Der hybride Superkondensator umfasst beispielsweise einen viskosen Elektrolyt. Bei dem viskosen Elektrolyt handelt es sich beispielsweise um ein Carbonat, eine ionische Flüssigkeit oder einen Gel-Elektrolyt. Ein hybrider Superkondensator kann auch einen festen Elektrolyt umfassen. Bei dem festen Elektrolyt handelt es sich beispielsweise um einen Polymer-Elektrolyt. Der Separator des hybriden Superkondensators ist aus einem isolierenden Material mit einer porösen Struktur gebildet. Geeignete Materialien sind insbesondere Polymere, wie Cellulose, Polyolefine, Polyester und fluorierte Polymere. Besonders bevorzugte Polymere sind Cellulose, Polyethylen, Polypropylen, Polyethylenterephthalat, Polytetrafluorethen und Polyvinylidenfluorid. Ferner kann der Separator keramische Materialien umfassen.
  • Ein Inverter, der zur Umwandlung eines Gleichstroms in einen Wechselstrom verwendet wird, wird auch als Wechselrichter bezeichnet. Ein Inverter umfasst einen Eingang und einen Ausgang. Je nach dem mit dem Inverter verbundenen Verbraucher wird der Inverter ein- oder dreiphasig ausgestaltet. Dabei kann ein dreiphasiger Inverter auch für einen einphasigen Verbraucher verwendet werden.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann in einem Kraftfahrzeug durchgeführt werden.
  • Das Kraftfahrzeug kann mit einem Verbrennungsmotor ausgestattet sein und eine Starterbatterie zur Versorgung eines Anlassers aufweisen. Das Kraftfahrzeug kann auch mit einem Elektroantrieb ausgestattet sein und eine Traktionsbatterie zur Versorgung eines Traktionsmotors aufweisen. Das Kraftfahrzeug kann auch als ein Hybridfahrzeug ausgebildet sein.
  • Das Kraftfahrzeug kann verschiedene Fahrzeugsubsysteme umfassen wie z.B. ein elektromechanisches Bremssystem, ein Batterie-Management-System und ein Backup-System mit einer Backup-Batterie zur Notstromversorgung.
  • Das elektromechanische Bremssystem umfasst unter anderem eine Backup-Einheit, welche einen elektrischer Energiespeicher aufweist.
  • Das elektromechanische Bremssystem umfasst ferner einen elektromechanischen Bremskraftverstärker (z.B. Bosch iBooster), welcher eine elektronische Steuereinheit und einen Elektromotor aufweist.
  • Bevorzugt ist der Inverter Teil eines elektromechanischen Bremssystems, eines Batterie-Management-Systems, eines Backup-Systems oder einer Kombination mindestens zweier dieser Fahrzeugsubsysteme.
  • Die Fahrzeugsubsysteme können mit unterschiedlichen Spannungen versorgt werden wie z.B. ein erstes Fahrzeugsubsystem, das mit 12-Volt-Spannung versorgt wird und ein zweites Fahrzeugsubsystem, das mit 48-Volt-Spannung versorgt wird. Hierbei kann beispielsweise das Batteriemodul ein Teil des Fahrzeugsubsystems sein, das mit 12-Volt-Spannung versorgt wird, während der elektrische Energiespeicher Teil eines anderen Fahrzeugsubsystems sein kann, das mit 48-Volt-Spannung versorgt wird.
  • Das Kraftfahrzeug kann ein oder mehrere Batterie-Management-Systeme zur Überwachung, Regelung und zum Schutz von Batteriemodulen umfassen. Hierbei kann es sein, dass für jedes Batteriemodul ein eigenes Batterie-Management-System vorgesehen wird oder ein einziges Batterie-Management-System für alle Batteriemodule vorgesehen wird.
  • Bevorzugt wird das Batteriemodul bei Empfang eines Ansteuersignals aufgeheizt.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird das Ansteuersignal beim Entriegeln des Kraftfahrzeugs generiert.
  • Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird das Ansteuersignal beim Öffnen einer Tür des Kraftfahrzeugs generiert.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird das Ansteuersignal durch Betätigen eines Funksenders wie z.B. eines Funkschlüssels generiert. Der Funksender kann dabei mit verschiedenen Funktionen wie z.B. Funktion zum Auslösen eines Schließmechanismus des Kraftfahrzeugs usw., vorgesehen werden.
  • Es wird ferner eine Anordnung zum Aufheizen eines Batteriemoduls vorgeschlagen. Die Anordnung umfasst mindestens einen elektrischen Energiespeicher, mindestens einen Inverter und mindestens ein Batteriemodul. Hierbei sind sowohl der mindestens eine elektrische Energiespeicher als auch das mindestens eine Batteriemodul mit dem Eingang des mindestens einen Inverters verbindbar. Zwei Phasen des Ausgangs des mindestens einen Inverters sind mit dem mindestens einen Batteriemodul verbindbar und alle drei Phasen des Ausgangs des mindestens einen Inverters sind mit einem dreiphasigen Verbraucher verbunden.
  • Es wird auch ein Kraftfahrzeug, welches zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist und/oder das eine der oben beschriebenen Anordnungen zum Aufheizen eines Batteriemoduls enthält, vorgeschlagen.
  • Vorteile der Erfindung
  • Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann bereits vor dem Starten eines Kraftfahrzeugs ein Aufheizen eines oder mehrerer Batteriemodule stattfinden. Üblicherweise sind in einem Kraftfahrzeug bereits mehrere Systeme verbaut, die einen elektrischen Energiespeicher, der als Superkondensator oder als hybrider Superkondensator ausgebildet ist und/oder einen Inverter umfassen. Bei diesen Systemen handelt es sich beispielweise um ein Batterie-Management-System oder ein elektromechanisches Bremssystem. Diese Systeme sind bereits im Fahrzeug verbaut, so dass zum Vorheizen keine zusätzlicher Inverter oder Energiespeicher benötigt werden. Die Superkondensatoren und die hybriden Superkondensatoren liefern auch bei niedrigen Temperaturen ausreichende Leistung und können somit als Stromgeber für einen Inverter benutzt werden, welcher dann mittels einem Wechselstrom das Batteriemodul möglichst schnell auf die optimale Betriebstemperatur aufheizt. Der Aufheizvorgang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren benötigt daher keine zusätzlichen Bauteile, welche im Kraftfahrzeug verbaut werden müssen. Vorteilhaft ist insbesondere, dass das Bauraum bzw. das Gewicht und die Kosten des Kraftfahrzeugs, dessen Batteriemodule mit dem erfindungsgemäßen Verfahren aufgeheizt werden, gegenüber einem Kraftfahrzeug, dessen Batteriemodule mit eigenem Energiespeicher und Heizvorrichtung aufgeheizt werden, reduziert werden.
  • Figurenliste
  • Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
  • Es zeigen:
    • 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
    • 2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
    • 3 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform der Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und
    • 4 eine schematische Darstellung eines dreiphasigen Wechselrichters.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung werden gleiche oder ähnliche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente in Einzelfällen verzichtet wird. Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar.
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer Anordnung 100 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Anordnung 100 umfasst unter anderem ein Batteriemodul 30, welches beispielsweise eine Starterbatterie eines Kraftfahrzeugs mit Verbrennungsmotor, eine Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs mit Elektroantrieb oder eine Backup-Batterie eines Backup-Systems eines Kraftfahrzeugs sein kann.
  • Die Anordnung 100 umfasst ferner einen von dem Batteriemodul 30 verschiedenen elektrischen Energiespeicher 10, der als Superkondensator oder als hybrider Superkondensator ausgebildet ist.
  • Die Anordnung 100 umfasst weiterhin einen Inverter 20, welcher von dem elektrischen Energiespeicher 10 gespeist ist und zur Erzeugung eines hochfrequenten Wechselstroms dient.
  • Erfindungsgemäß ist der Inverter 20 ein dreiphasiger Inverter, dessen drei Phasen des Ausgangs mit einem dreiphasigen Verbraucher (nicht dargestellt) verbunden sind. Dabei werden zwei Phasen des Ausgangs des Inverters 20 zum Aufheizen mit dem Batteriemodul 30 verbunden.
  • Das Kraftfahrzeug kann verschiedene Fahrzeugsubsysteme umfassen wie z.B. ein elektromechanisches Bremssystem, ein Batterie-Management-System und ein Backup-System mit einer Backup-Batterie zur Notstromversorgung.
  • Bevorzugt ist der Inverter 20 und/oder der elektrische Energiespeicher 10 Teil eines elektromechanischen Bremssystems, eines Batterie-Management-Systems und eines Backup-Systems oder einer Kombination mindestens zweier dieser Fahrzeugsubsysteme.
  • Die Fahrzeugsubsysteme können mit unterschiedlichen Spannungen versorgt werden wie z.B. ein erstes Fahrzeugsubsystem, das mit 12-Volt-Spannung versorgt wird und ein zweites Fahrzeugsubsystem, das mit 48-Volt-Spannung versorgt wird. Hierbei kann beispielsweise das Batteriemodul 30 ein Teil des Fahrzeugsubsystems sein, das mit 12-Volt-Spannung versorgt wird, während der elektrische Energiespeicher 10 Teil eines anderen Fahrzeugsubsystems sein kann, das mit 48-Volt-Spannung versorgt wird.
  • Das Kraftfahrzeug kann ein oder mehrere Batterie-Management-Systeme zur Überwachung, Regelung und zum Schutz von Batteriemodulen 30 umfassen. Hierbei kann es sein, dass für jedes Batteriemodul 30 ein eigenes Batterie-Management-System vorgesehen ist oder ein einziges Batterie-Management-System für alle Batteriemodule 30 vorgesehen ist.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren wird bei Empfang eines Ansteuersignals durchgeführt. Das Batteriemodul 30 wird mit einem von dem Inverter 20 erzeugten, hochfrequenten Wechselstrom über ohmsche Effekte eines internen Widerstands des Batteriemoduls 30 aufgeheizt, wobei der elektrische Energiespeicher 10 als Stromgeber für den Inverter 20 verwendet wird.
  • 2 zeigt eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der Anordnung 200 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Hierbei zeigt 2 ein Energieversorgungssystem 202 eines Kraftfahrzeugs, welches ein Bordnetz 210, ein Batteriemodul 30 und einen ersten Schalter 212 sowie einen zusätzlichen Schalter 214, mittels welchen das Bordnetz 210 von dem Batteriemodul 30 elektrisch getrennt werden kann, umfasst, wobei das Bordnetz 210 weitere Verbraucher umfasst, die hier nicht dargestellt sind.
  • 2 zeigt ferner ein elektromechanisches Bremssystem 220, welches unter anderem eine Backup-Einheit 230 und einen elektromechanischen Bremskraftverstärker 240 (z.B. Bosch iBooster), der unter anderem eine elektronische Steuereinheit 250 und einen Elektromotor 270 aufweist, umfasst.
  • Das Bordnetz 210 ist über den ersten Schalter 212 und den zusätzlichen Schalter 214 mit dem Batteriemodul 30 und über einen zweiten Schalter 222 mit einem in der elektronischen Steuereinheit 250 integrierten dreiphasigen Wechselrichter 260 elektrisch verbunden.
  • Die Backup-Einheit 230 weist einen von dem Batteriemodul 30 verschiedenen elektrischen Energiespeicher 10 auf, der als Superkondensator oder als hybrider Superkondensator ausgebildet ist. Der elektrische Energiespeicher 10 ist über einen dritten Schalter 224 mit den dreiphasigen Wechselrichter 260 und über den zweiten Schalter 222 sowie den dritten Schalter 224 mit dem Bordnetz 210 und dem Batteriemodul 30 elektrisch verbunden. Hierbei ist das Batteriemodul 30 über einen vierten Schalter 226 und einen fünften Schalter 228 mit zwei Phasen des Ausgangs des dreiphasigen Wechselrichters 260 elektrisch verbunden.
  • Hierbei kann es auch sein, dass das Bordnetz 210 und das elektromechanische Bremssystem 220 mit unterschiedlichen Spannungen versorgt werden, wie z.B. das Bordnetz 210 mit einer 12-Volt-Spannung versorgt wird, während das elektromechanische Bremssystem 220 mit einer 48-Volt-Spannung versorgt wird.
  • Die Anordnung 200 umfasst hierbei den elektrischen Energiespeicher 10 der Backup-Einheit 230, den dreiphasigen Wechselrichter 260 der elektronischen Steuereinheit 250, das Batteriemodul 30 des Energieversorgungssystems 202, den dritten bis fünften Schalter 224, 226 und 228 sowie die zu den hierbei aufgeführten Komponenten der Anordnung 200 gehörige, aber nicht dargestellte Elektronik.
  • 3 zeigt eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform der Anordnung 200 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Die in 3 dargestellte Anordnung 200 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst die gleichen Komponenten wie die in 2 dargestellte Anordnung 200, nämlich den elektrischen Energiespeicher 10 der Backup-Einheit 230, den dreiphasigen Wechselrichter 260 der elektronischen Steuereinheit 250, das Batteriemodul 30 des Energieversorgungssystems 202, den dritten bis fünften Schalter 224, 226 und 228 sowie die zu den hierbei aufgeführten Komponenten der Anordnung 200 gehörige, aber nicht dargestellte Elektronik.
  • Bevorzugt sind in der in 3 dargestellten Ausführungsform zwei Phasen des Ausgangs des dreiphasigen Wechselrichters 260 über den vierten Schalter 226 und den fünften Schalter 228 mit zwei zusätzlichen Anschlüssen des Batteriemoduls 30 elektrisch verbunden. Dabei ist der zusätzliche Schalter 214 im Batteriemodul 30 integriert.
  • Vorteil dieser in 3 dargestellten Anordnung 200 besteht darin, dass eine Energieversorgung des Batteriemoduls 30 und ein Aufheizen des Batteriemoduls 30 gleichzeitig durchgeführt werden können.
  • 4 zeigt einen schematischen Aufbau des in 2 und 3 dargestellten dreiphasigen Wechselrichters 260, welcher sechs Schalter 261 bis 266 aufweist. Der dreiphasige Wechselrichter 260 umfasst ferner einen Eingang mit zwei Anschlüssen 271, 272 und einen Ausgang mit drei Phasen 274, 275, 276.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren wird hierbei bei Empfang eines Ansteuersignals durchgeführt. Der hierfür zum Aufheizen des Batteriemoduls 30 benötigte hochfrequente Wechselstrom wird mittels dem in der elektronischen Steuereinheit 250 des elektromechanischen Bremskraftverstärkers 240 eingebauten dreiphasigen Wechselrichters 260 generiert. Dabei werden die Schalter 261, 263, 264 und 266 des dreiphasigen Wechselrichters 260 als H-Brücke bzw. Vollbrücke verwendet, um eine einphasige Wechselspannung zu generieren. Zur Verwendung des dreiphasigen Wechselrichters 260 der elektronischen Steuereinheit 250 des elektromechanischen Bremskraftverstärkers 240 sind Anschlussleitungen vorgesehen, die über den vierten Schalter 226 und den fünften Schalter 228 mit dem Batteriemodul 30 verbindbar sind.
  • Beim stehenden Kraftfahrzeug wird das Batteriemodul 30 von dem Bordnetz 210 des Energieversorgungssystems 202 sowie dem elektromechanischen Bremskraftverstärker 240 des elektromechanischen Bremssystems 220 durch den ersten Schalter 212 und gegebenenfalls den zusätzlichen Schalter 214 getrennt.
  • Erst bei Empfang des Ansteuersignals werden der dritte bis fünfte Schalter 224, 226 sowie 228 zum Aufheizen des Batteriemoduls 30 zugeschaltet, während der erste Schalter 212 und der zusätzliche Schalter 214 abgeschaltet bleiben. Dabei wird der zweite Schalter 222 abgeschaltet. Der zur Generierung einer hochfrequenten Wechselspannung dienende dreiphasige Wechselrichter 260 wird hierbei so gesteuert, dass die Schalter 261, 263, 264 sowie 266 in Abhängigkeit von z.B. einem PWM-Signal ab- und zugeschaltet werden, während die Schalter 262 sowie 265 immer abgeschaltet werden. Dabei wird der elektrische Energiespeicher 10 als Stromgeber für den dreiphasigen Wechselrichter 260 verwendet.
  • Erst ab Starten des Kraftfahrzeugs werden der erste Schalter 212 und der zusätzliche Schalter 214 sowie der zweite Schalter 222 zugeschaltet, während der dritte bis fünfte Schalter 224, 226 sowie 228 abgeschaltet werden.
  • Bei normalem Bremsen eines fahrenden Kraftfahrzeugs werden die sechs Schalter 261 bis 266 des dreiphasigen Wechselrichters 260 von einem PWM-Signal gesteuert, während der erste Schalter 212 und der zusätzliche Schalter 214 sowie der zweite Schalter 222 zugeschaltet bleiben und der dritte bis fünfte Schalter 224, 226 sowie 228 abgeschaltet bleiben.
  • Im Falle eines Ausfalls der Stromversorgung bei einem Bremsen eines fahrenden Kraftfahrzeugs, welcher dem Abschalten des zweiten Schalters 222 entspricht, wird der dritte Schalter 224 zugeschaltet und dadurch wird der elektromechanische Bremskraftverstärker 240 mit der Backup-Einheit 230 elektrisch verbunden. Dabei werden die sechs Schalter des dreiphasigen Wechselrichters 260 weiter von dem PWM-Signal gesteuert, während der erste Schalter 212 und der zusätzliche Schalter 214 zugeschaltet bleiben und der vierte und fünfte Schalter 226, 228 abgeschaltet bleiben.
  • Die in 2 und 3 dargestellten, ersten bis fünften Schalter 212, 222, 224, 226, 228 und der zusätzlicher Schalter 214 sowie die in 4 dargestellten Schalter 261 bis 266 des dreiphasigen Wechselrichters 260 sind steuerbare Leistungsschalter, die bevorzugt jeweils ein MOSFET (Englisch: Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) sind.
  • Das besagte Ansteuersignal wird beispielsweise beim Entriegeln des Kraftfahrzeugs generiert. Das Ansteuersignal kann beispielsweise auch beim Öffnen einer Tür des Kraftfahrzeugs generiert werden. Ebenso kann das Ansteuersignal durch Betätigen eines Funksenders generiert werden. Somit werden das Batteriemodul 30 oder die Batteriemodule 30 des Kraftfahrzeugs aufgeheizt bevor das Kraftfahrzeug gestartet wird.
  • Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • CN 107039708 A [0005]
    • WO 2011/092662 [0009]

Claims (10)

  1. Verfahren zum Aufheizen eines Batteriemoduls (30) eines Kraftfahrzeugs, wobei das Batteriemodul (30) mittels einem von einem Inverter (20) erzeugten, hochfrequenten Wechselstrom aufgeheizt wird, und wobei der Inverter (20) von einem vom Batteriemodul (30) verschiedenen elektrischen Energiespeicher (10) gespeist wird, der als Superkondensator oder hybrider Superkondensator ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Inverter (20) ein dreiphasiger Inverter ist, dessen drei Phasen mit einem dreiphasigen Verbraucher verbunden sind, wobei zwei Phasen zum Aufheizen mit dem Batteriemodul (30) verbunden werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Inverter (20) Teil eines elektromechanischen Bremssystems, eines Batterie-Management-Systems, eines Backup-Systems oder einer Kombination mindestens zweier dieser Fahrzeugsubsysteme ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriemodul (30) eine Starterbatterie, eine Traktionsbatterie oder eine Backup-Batterie ist.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Energiespeicher (10) Teil eines Fahrzeugsubsystems ist das mit 48-Volt-Spannung oder mit 12-Volt-Spannung versorgt wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei Empfang eines Ansteuersignals das Batteriemodul (30) aufgeheizt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Ansteuersignal beim Entriegeln des Kraftfahrzeugs generiert wird.
  7. Verfahren nach einem Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Ansteuersignal beim Öffnen einer Tür des Kraftfahrzeugs generiert wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Ansteuersignal durch Betätigen eines Funksenders generiert wird.
  9. Anordnung (100, 200) zum Aufheizen eines Batteriemoduls (30), umfassend mindestens einen elektrischer Energiespeicher (10), mindestens einen Inverter (20) und mindestens ein Batteriemodul (30), dadurch gekennzeichnet, dass sowohl der mindestens eine elektrischer Energiespeicher (10) als auch das mindestens eine Batteriemodul (30) mit dem Eingang des mindestens einen Inverters (20) verbindbar sind, und zwei Phasen des Ausgangs des mindestens einen Inverters (20) mit dem mindestens einen Batteriemodul (30) und alle drei Phasen des Ausgangs des mindestens einen Inverters (20) mit einem dreiphasigen Verbraucher verbindbar sind.
  10. Kraftfahrzeug, welches zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 eingerichtet ist und/oder das eine Anordnung nach Anspruch 9 enthält.
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