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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung einer Kühlmittelverbindung zwischen einer Ladeinfrastruktur und einem Kraftfahrzeug. Die Ladeinfrastruktur ist insbesondere zur Übertragung einer elektrischen Leistung auf ein Kraftfahrzeug über ein Ladekabel geeignet ausgeführt. Über die Ladeinfrastruktur kann insbesondere eine Speichereinrichtung (für elektrische Energie, also eine Batterie) des Kraftfahrzeugs mit elektrischer Energie aufgeladen werden.
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Es ist bekannt, dass Kraftfahrzeuge mit elektrischem Antrieb ihre Energie aus Speichereinrichtungen abrufen. Das Aufladen der Speichereinrichtung erfolgt an einer (z. B. stationären) Ladestation, die eine Stromquelle aufweist. Über ein Ladekabel oder eine ähnliche Möglichkeit zur Energieübertragung (feste Kontakte, induktiv, etc.) wird der Speichereinrichtung Energie zum späteren Antreiben des Kraftfahrzeuges zugeführt. In der Vergangenheit waren langwierige Aufladezeiten erforderlich, um entnommene Energie wieder aufzuladen. Aus diesem Grund wurden Schnellladeverfahren entwickelt, bei denen in kurzer Zeit eine große Menge an Energie übertragen werden kann. Dabei entstehen aber regelmäßig hohe Verlustleistungen, die zu einer Erwärmung der beteiligten Komponenten, insbesondere der Speichereinrichtung führen können. Eine Begrenzung dieser Erwärmung ist wichtig, um eine Degradation der Speicherkomponenten der Speichereinrichtung zu verhindern.
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Bei mittleren Ladeleistungen von deutlich größer 150 kW [Kilowatt] ist also eine aktive (und externe) Kühlung des Kraftfahrzeuges bzw. der Speichereinrichtung erforderlich. Diese Kühlung wird ebenfalls von einer Ladeinfrastruktur bereitgestellt, wobei ein Kühlfluid dem Kraftfahrzeug zugeführt und wieder abgeführt wird. Über das Kühlfluid kann die durch die Verlustleistung erzeugte Abwärme abgeführt werden.
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Es ist erforderlich, eine Leckage-freie Übertragung des Kühlmittels zu gewährleisten. Ein Austreten des Kühlmittels an die Umwelt ist zu verhindern.
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Aus der
DE 10 2010 007 975 A1 ist eine Ladestation für einen elektrischen Energiespeicher eines Fahrzeugs bekannt. Die Ladestation weist eine Kühleinrichtung zum Zuführen eines Kühlmittels hin zu dem Energiespeicher auf. Eine Verbindungseinheit der Ladestation, umfassend eine Steckverbindung hin zum Fahrzeug, weist einen Kontaktsensor auf, der eine Überwachung der Kontaktierung der fahrzeugseitigen Verbindungseinheit mit der der Ladestation zugeordneten Verbindungseinheit ermöglicht.
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Aus der
DE 44 08 961 C1 ist ein Verfahren zur Temperierung einer Batterie bekannt, wobei ein Temperierfluid einer Ladestation über eine Verbindungsleitung der Batterie zugeführt wird.
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Aus der
US 4,415,847 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bereitstellung einer Kühlflüssigkeit für einen Wärmetauscher einer Batterie bekannt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die mit Bezug auf den Stand der Technik angeführten Probleme zumindest teilweise zu lösen. Insbesondere soll ein Verfahren zur Überwachung einer Kühlmittelverbindung vorgeschlagen werden, durch das eine Leckage verhindert oder zumindest frühzeitig erkannt und möglichst schnell eingestellt werden kann.
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Zur Lösung dieser Aufgaben trägt ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 bei. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche. Die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können durch erläuternde Sachverhalte aus der Beschreibung und/oder Details aus den Figuren ergänzt werden, wobei weitere Ausführungsvarianten der Erfindung aufgezeigt werden.
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Es wird ein Verfahren zur Überwachung einer Kühlmittelverbindung zwischen einer Ladeinfrastruktur, die zur Übertragung einer elektrischen Leistung auf ein Kraftfahrzeug über ein Ladekabel (oder ähnliches) geeignet ausgeführt ist, und einem Kraftfahrzeug vorgeschlagen. Die Kühlmittelverbindung umfasst eine Steckverbindung zwischen der Ladeinfrastruktur und dem Kraftfahrzeug, über die ein Kühlmittel ausgehend von der Ladeinfrastruktur dem Kraftfahrzeug zugeführt und wieder abgeführt wird. Das Verfahren umfasst zumindest folgenden Schritt:
- a) Prüfen eines Volumenstroms des Kühlmittels zumindest an der Ladeinfrastruktur oder an dem Kraftfahrzeug.
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Insbesondere ist die Ladeinfrastruktur geeignet, eine mittlere Ladeleistung von mehr als 150 Kilowatt zu übertragen. Insbesondere wird die elektrische Energie zwischen Ladeinfrastruktur und Kraftfahrzeug durch ein Ladekabel übertragen. Die elektrische Energie wird insbesondere einer Speichereinrichtung (einer Batterie) in dem Kraftfahrzeug zugeführt. Die Speichereinrichtung im Kraftfahrzeug weist mindestens eine Kapazität von mindestens 30 Kilowattstunden, bevorzugt von mindestens 50 Kilowattstunden, auf.
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Die Ladeinfrastruktur umfasst zumindest eine Energiequelle für elektrische Energie sowie eine Kühleinrichtung, über die einem Kraftfahrzeug ein Kühlmittel zur Temperierung der Speichereinrichtung zugeführt werden kann.
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Die Kühlmittelverbindung ist insbesondere eine Verbindung (also z. B. eine Leitung mit einer Steckverbindung oder ähnliches), über die ein Kühlmittel von der Ladeinfrastruktur hin zum Kraftfahrzeug (ein Vorlauf) bzw. zurück (also von dem Kraftfahrzeug hin zur Ladeinfrastruktur; ein Rücklauf) übertragen wird bzw. übertragbar ist. Insbesondere weist die Ladeinfrastruktur eine Kühleinrichtung auf, z. B. mit einem Kühlmittelreservoir für das Kühlmittel (z. B. eine Flüssigkeit) und einer Pumpe zur Förderung des Kühlmittels aus dem Kühlmittelreservoir, über die Kühlmittelverbindung hin zum Kraftfahrzeug, ausgehend von dem Kraftfahrzeug zurück zur Kühleinrichtung bzw. hin zum Kühlmittelreservoir.
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Die Kühlmittelverbindung bzw. Steckverbindung ist insbesondere zwischen der Ladeinfrastruktur und dem Kraftfahrzeug vorgesehen. Die Kühlmittelverbindung umfasst insbesondere einen Vorlauf und einen Rücklauf für das Kühlmittel.
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Das Kraftfahrzeug umfasst insbesondere die Speichereinrichtung für elektrische Energie sowie einen Wärmetauscher, der zur Temperierung der Speichereinrichtung vorgesehen ist. Der Wärmetauscher kann insbesondere mit dem Kühlfluid der Ladeinfrastruktur beaufschlagt werden. Damit kann insbesondere beim Laden der Speichereinrichtung auftretende Wärme, hervorgerufen durch die elektrische Verlustleistung der Speichereinrichtung, über das Kühlmittel abgeführt werden.
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Es wird vorgeschlagen, dass ein Volumenstrom des Kühlmittels geprüft wird. Die Prüfung kann zu fest vorgebbaren Zeitpunkten, intermittierend und/oder (zumindest zeitweise) kontinuierlich erfolgen. Die Prüfung kann an der Ladeinfrastruktur und/oder an dem Kraftfahrzeug durchgeführt werden.
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Insbesondere erfolgt das Prüfen des Volumenstroms mittels zumindest
- • einem Durchflusssensor, oder
- • einem Temperatursensor, oder
- • einem Widerstandssensor, oder
- • einem Drucksensor, oder
- • einem Steuergerät einer Pumpe für das Kühlmittel.
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Es kann ein einzelner Sensor oder eine Mehrzahl von gleichartigen oder unterschiedlichen Sensoren eingesetzt werden.
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Über den Durchflusssensor ist insbesondere ein Volumenstrom des Kühlmittels ermittelbar. Über den Temperatursensor kann eine Temperatur des Kühlmittels oder eine Temperatur des Stromspeichers oder einer beteiligten Komponente ermittelt werden. Über einen Widerstandssensor kann eine Veränderung eines elektrischen Widerstands bestimmt werden. Daraus kann eine Veränderung der Temperatur der betroffenen Komponente ermittelt werden. Über den Drucksensor kann ein aktueller Druck des Kühlmittels bestimmt werden. Über das Steuergerät einer Pumpe für das Kühlmittel kann z. B. eine von der Pumpe angeforderte Pumpenleistung überwacht werden.
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Bei der Bestimmung eines Drucks kann z. B. eine Druckdifferenz zwischen einem Vorlauf (von der Kühleinrichtung hin zum Kraftfahrzeug) und einem Rücklauf (von dem Kraftfahrzeug zurück zur Kühleinrichtung) bestimmt werden. Eine zu große Druckdifferenz (größer als erwartet bzw. als für das Kraftfahrzeug bzw. die Ladeinfrastruktur definiert) könnte auf eine Leckage hinweisen.
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Eine fehlerhafte Kontaktierung der Kühlmittelleitungen bzw. ein Trennen der Kühlmittelleitungen könnte z. B. an der Ladeinfrastruktur festgestellt werden, da in diesem Fall ein Druck in der (Vorlauf-)Leitung (schnell) abfällt. Eine plötzliche Druckabnahme ist z. B. auch über eine dann reduzierte Pumpenleistung detektierbar.
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Eine Leckage ist z. B. über eine (dauerhafte) Massenstrom- (bzw. Volumenstrom-) Differenz detektierbar.
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Weiter würde bei einer Leckage ein Druckverlust über einen Wärmetauscher (im Kraftfahrzeug, zur Abfuhr von infolge Verlustleistung generierter Wärme über das Kühlmittel) größer sein als bei einem intakten System. Bei Kenntnis eines Druckverlustbeiwertes des Wärmetauschers kann eine Leckage über einen an anderer Stelle ermittelten Druckverlust ermittelbar
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Insbesondere kann der Druckverlust des Wärmetauschers über einen sog. Differenzdrucksensor ermittelt werden, wobei der Druckverlust des Kühlmittels vor und hinter einer Komponente verglichen wird. Alternativ kann diese Differenz per Auswertung oder Vergleich unterschiedlicher Sensoren im System erfolgen, z. B. durch einen Drucksensor stromabwärts der Pumpe in einer Ladesäule bzw. Ladeinfrastruktur und durch einen Drucksensor stromabwärts des Wärmetauschers im Kraftfahrzeug.
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Eine geknickte Leitung für das Kühlmittel kann z. B. über eine zu große Druckdifferenz im System (Kühleinrichtung, Verbindung, Kraftfahrzeug) oder einen zu geringen Volumenstrom (bzw. Massenstrom) detektiert werden.
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Insbesondere erfolgt das Prüfen des Volumenstroms durch zumindest einen Sensor, der an der Ladeinfrastruktur oder an dem Kraftfahrzeug angeordnet ist. Insbesondere ist zumindest ein Sensor an der Ladeinfrastruktur oder an dem Kraftfahrzeug angeordnet, bevorzugt mehrere, besonders bevorzugt alle der angeführten Sensoren.
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Insbesondere wird eine Störung der Kühlmittelverbindung
- • an die Ladeinfrastruktur und/oder
- • an eine Benutzerschnittstelle im Kraftfahrzeug übermittelt.
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Die Störung kann durch ein Steuergerät, z. B. das Steuergerät der Pumpe, erfasst und an die Ladeinfrastruktur und/oder die Benutzerschnittstelle übermittelt werden.
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Insbesondere wird bei Feststellen einer Störung der Kühlmittelverbindung
- • eine Förderung des Kühlmittels durch eine Pumpe der Ladeinfrastruktur abgebrochen; und/oder
- • eine Leitung zwischen der Kühlmittelverbindung und einem Wärmetauscher im Kraftfahrzeug unterbrochen.
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Insbesondere kann die übermittelte Störung zu einer Unterbrechung des Kühlmittelflusses führen. Insbesondere kann die Förderung des Kühlmittels durch die Pumpe eingestellt werden.
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Insbesondere kann z. B. ein kraftfahrzeugseitiges Verschlusssystem (also eine Leitung) verriegelt werden, so dass kein weiteres Kühlmittel hin zum Wärmetauscher im Kraftfahrzeug transportiert werden kann. Insbesondere kann so eine Verunreinigung des Wärmetauschers vermieden werden.
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Die Störung wird insbesondere so übermittelt, dass sie einem Benutzer des Kraftfahrzeuges (z. B. über die Benutzerschnittstelle, z. B. einem Monitor im Kraftfahrzeug) oder der Ladeinfrastruktur zugänglich ist, bzw. der Benutzer auf die Störung aufmerksam gemacht wird.
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Insbesondere wird Schritt a) eingeleitet, wenn ein Ladevorgang des Kraftfahrzeuges an der Ladeinfrastruktur oder an dem Kraftfahrzeug detektiert wird. Ein (unmittelbar) bevorstehender Ladevorgang kann z. B. anhand einer Bedienung der Ladeinfrastruktur identifiziert werden.
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Es wird weiter eine Ladeinfrastruktur für ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, zumindest umfassend ein Ladekabel zur Übertragung einer elektrischen Leistung auf ein Kraftfahrzeug sowie eine Kühleinrichtung zur Übertragung eines Kühlmittels auf das Kraftfahrzeug. Die Kühleinrichtung ist zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens geeignet ausgeführt.
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Insbesondere erfolgt das Prüfen eines Volumenstroms des Kühlmittels durch zumindest einen Sensor oder ein Steuergerät einer Pumpe für das Kühlmittel, wobei zumindest der Sensor oder das Steuergerät in der Ladeinfrastruktur angeordnet ist.
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Es wird weiter ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, zumindest umfassend eine Speichereinrichtung für elektrische Energie, einen ersten Anschluss für ein Ladekabel einer Ladeinfrastruktur und einen zweiten Anschluss zur Ausbildung einer Steckverbindung mit einer Kühleinrichtung der Ladeinfrastruktur, wobei das Kraftfahrzeug zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens geeignet ausgeführt bzw. eingerichtet ist.
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Der zweite Anschluss umfasst insbesondere Anschlüsse für einen Vorlauf und einen Rücklauf.
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Insbesondere erfolgt das Prüfen eines Volumenstroms des Kühlmittels durch zumindest einen Sensor, wobei der zumindest eine Sensor im Kraftfahrzeug angeordnet ist.
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Die Ausführungen zum Verfahren sind insbesondere auf die Ladeinfrastruktur bzw. auf das Kraftfahrzeug übertragbar und jeweils umgekehrt.
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Das Steuergerät der Pumpe bzw. die Ladeinfrastruktur bzw. das Kraftfahrzeug ist insbesondere zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens ausgestattet, konfiguriert oder programmiert.
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Weiter kann das Verfahren auch von einem Computer bzw. mit einem Prozessor einer Steuereinheit ausgeführt werden.
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Es wird demnach auch ein System zur Datenverarbeitung vorgeschlagen, das einen Prozessor umfasst, der so angepasst/konfiguriert ist, dass er das Verfahren bzw. einen Teil der Schritte des vorgeschlagenen Verfahrens durchführt.
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Es kann ein computerlesbares Speichermedium vorgesehen sein, das Befehle umfasst, die bei der Ausführung durch einen Computer/Prozessor diesen veranlassen, das Verfahren bzw. mindestens einen Teil der Schritte des vorgeschlagenen Verfahrens auszuführen.
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Die Ausführungen zu dem Verfahren sind insbesondere auf das computerimplementierte Verfahren (also den Computer bzw. den Prozessor, das System zur Datenverarbeitung, das computerlesbare Speichermedium) übertragbar und umgekehrt.
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Vorsorglich sei angemerkt, dass die hier verwendeten Zahlwörter („erste“, „zweite“, ...) vorrangig (nur) zur Unterscheidung von mehreren gleichartigen Gegenständen, Größen oder Prozessen dienen, also insbesondere keine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge dieser Gegenstände, Größen oder Prozesse zueinander zwingend vorgeben. Sollte eine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge erforderlich sein, ist dies hier explizit angegeben oder es ergibt sich offensichtlich für den Fachmann beim Studium der konkret beschriebenen Ausgestaltung. Soweit ein Bauteil mehrfach vorkommen kann („mindestens ein“), kann die Beschreibung zu einem dieser Bauteile für alle oder ein Teil der Mehrzahl dieser Bauteile gleichermaßen gelten, dies ist aber nicht zwingend.
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Die Verwendung unbestimmter Artikel („ein“, „eine“, „einer“ und „eines“), insbesondere in den Patentansprüchen und der diese wiedergebenden Beschreibung, ist als solche und nicht als Zahlwort zu verstehen. Entsprechend damit eingeführte Begriffe bzw. Komponenten sind somit so zu verstehen, dass diese mindestens einmal vorhanden sind und insbesondere aber auch mehrfach vorhanden sein können.
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Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der beiliegenden Figur näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch das angeführte Ausführungsbeispiel nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in der Figur erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkenntnissen aus der vorliegenden Beschreibung zu kombinieren. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figur und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. 1 zeigt eine Ladeinfrastruktur und ein damit verbundenes Kraftfahrzeug.
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1 zeigt eine Ladeinfrastruktur 2 und ein damit verbundenes Kraftfahrzeug 3. Die Ladeinfrastruktur 2 umfasst zumindest eine Energiequelle für elektrische Energie sowie eine Kühleinrichtung 12, über die dem Kraftfahrzeug 3 ein Kühlmittel zur Temperierung der Speichereinrichtung 13 zugeführt werden kann.
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Die elektrische Energie zwischen Ladeinfrastruktur 2 und Kraftfahrzeug 3 wird durch ein Ladekabel 4 übertragen.
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Die Kühlmittelverbindung 1 ist eine Leitung 10 mit einer Steckverbindung 5, über die ein Kühlmittel von der Ladeinfrastruktur 2 hin zum Kraftfahrzeug 3 (über einen Vorlauf 16) bzw. zurück (also von dem Kraftfahrzeug 3 hin zur Ladeinfrastruktur 2; über einen Rücklauf 17) übertragen wird bzw. übertragbar ist.
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Die Ladeinfrastruktur 2 weist eine Kühleinrichtung 12 auf, mit einem Kühlmittelreservoirfür das Kühlmittel und einer Pumpe 8. Die Pumpe 8 wird über ein Steuergerät 7 gesteuert. Die Pumpe 8 ist zur Förderung des Kühlmittels aus dem Kühlmittelreservoir, über die Kühlmittelverbindung 1 hin zum Kraftfahrzeug 3 und ausgehend von dem Kraftfahrzeug 3 zurück zur Kühleinrichtung 12 bzw. hin zum Kühlmittelreservoir vorgesehen.
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Die Kühlmittelverbindung 1 bzw. Steckverbindung 5 ist zwischen der Ladeinfrastruktur 2 und dem Kraftfahrzeug 3 vorgesehen. Die Kühlmittelverbindung 1 umfasst einen Vorlauf 16 und einen Rücklauf 17 für das Kühlmittel.
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Das Kraftfahrzeug 3 umfasst die Speichereinrichtung 13 für elektrische Energie sowie einen Wärmetauscher 11, der zur Temperierung der Speichereinrichtung 13 vorgesehen ist. Der Wärmetauscher 11 kann mit dem Kühlfluid der Ladeinfrastruktur 2 beaufschlagt werden. Damit kann beim Laden der Speichereinrichtung 13 auftretende Wärme, hervorgerufen durch die elektrische Verlustleistung der Speichereinrichtung 13, über das Kühlmittel abgeführt werden. Weiter umfasst das Kraftfahrzeug 3 einen ersten Anschluss 14 für das Ladekabel 4 der Ladeinfrastruktur 2 und einen zweiten Anschluss 15 zur Ausbildung einer Steckverbindung 5 mit der Kühleinrichtung 12 der Ladeinfrastruktur 2.
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Der zweite Anschluss 15 umfasst Anschlüsse für einen Vorlauf 16 und einen Rücklauf 17 für das Kühlmittel.
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Bei dem Verfahren zur Überwachung einer Kühlmittelverbindung 1 zwischen einer Ladeinfrastruktur 2, die zur Übertragung einer elektrischen Leistung auf ein Kraftfahrzeug 3 über ein Ladekabel 4 geeignet ausgeführt ist, und einem Kraftfahrzeug 3 wird ein Volumenstrom des Kühlmittels zumindest an der Ladeinfrastruktur 2 oder an dem Kraftfahrzeug 3 geprüft.
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Das Prüfen des Volumenstroms erfolgt mit zwei Sensoren 6, hier z. B. Durchflusssensoren 6, die an dem Vorlauf 16 und an dem Rücklauf 17 angeordnet sind. Die Sensoren 6 sind der Verbindungsleitung 1 und damit der Ladeinfrastruktur 2 zugeordnet.
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Eine Störung der Kühlmittelverbindung 1 wird an eine Benutzerschnittstelle 9 im Kraftfahrzeug 3 und an die Ladeinfrastruktur 2 übermittelt. Bei Feststellen einer Störung der Kühlmittelverbindung 1 wird zumindest eine Förderung des Kühlmittels durch die Pumpe 8 der Ladeinfrastruktur 2 abgebrochen. Weiter wird eine Leitung 10 zwischen der Kühlmittelverbindung 1 und einem Wärmetauscher 11 im Kraftfahrzeug 3 unterbrochen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kühlmittelverbindung
- 2
- Ladeinfrastruktur
- 3
- Kraftfahrzeug
- 4
- Ladekabel
- 5
- Steckverbindung
- 6
- Sensor
- 7
- Steuergerät
- 8
- Pumpe
- 9
- Benutzerschnittstelle
- 10
- Leitung
- 11
- Wärmetauscher
- 12
- Kühleinrichtung
- 13
- Speichereinrichtung
- 14
- erster Anschluss
- 15
- zweiter Anschluss
- 16
- Vorlauf
- 17
- Rücklauf
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010007975 A1 [0005]
- DE 4408961 C1 [0006]
- US 4415847 [0007]
