DE102019132025A1 - Bordnetz mit temperierbarer Traktionsbatterie, Kraftfahrzeug sowie Verfahren zum Temperieren einer Traktionsbatterie - Google Patents

Bordnetz mit temperierbarer Traktionsbatterie, Kraftfahrzeug sowie Verfahren zum Temperieren einer Traktionsbatterie Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Bordnetz (2) für ein Kraftfahrzeug (1), aufweisend:
- eine Traktionsbatterie (3) zum Bereitstellen von Antriebsleistung für eine elektrische Antriebseinheit (4) des Kraftfahrzeugs, wobei die Traktionsbatterie (3) eine batterieinterne Batterieüberwachungseinrichtung (8) mit einer Sensoreinrichtung (99 zum Erfassen zumindest einer Messgröße, welche die Temperatur der Traktionsbatterie (3) beschreibt, aufweist,
- eine Temperiereinrichtung (11) zum Bereitstellen von Temperierleistung für die Traktionsbatterie (3), und
- eine batterieexterne Steuereinrichtung (7), welche dazu ausgelegt ist, die zumindest eine von der batterieinternen Sensoreinrichtung (9) erfasste Messgröße zu empfangen, anhand der Messgröße einen Temperierbedarf der Traktionsbatterie (3) zu erkennen und bei Erkennen des Temperierbedarfs die Temperiereinrichtung (11) zum Bereitstellen der Temperierleistung für die Traktionsbatterie (3) anzusteuern.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Kraftfahrzeug (1) sowie ein Verfahren zum Temperieren einer Traktionsbatterie (3).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Bordnetz für ein Kraftfahrzeug aufweisend eine Traktionsbatterie zum Bereitstellen von Antriebsleistung für eine elektrische Antriebseinheit des Kraftfahrzeugs, wobei die Traktionsbatterie eine batterieinterne Batterieüberwachungseinrichtung mit einer Sensoreinrichtung zum Erfassen zumindest einer Messgröße, welche die Temperatur der Traktionsbatterie beschreibt, aufweist. Außerdem weist das Bordnetz eine Temperiereinrichtung zum Bereitstellen von Temperierleistung für die Traktionsbatterie auf. Die Erfindung betrifft außerdem ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug sowie ein Verfahren zum Temperieren einer Traktionsbatterie.
  • Vorliegend richtet sich das Interesse auf Bordnetze elektrisch antreibbarer Kraftfahrzeuge, also Hybridfahrzeuge oder Elektrofahrzeuge. Solche Bordnetze weisen eine Traktionsbatterie auf, welche elektrische Antriebsenergie für eine elektrische Antriebseinheit des Kraftfahrzeugs bereitstellt. Für einen optimalen Betrieb des Kraftfahrzeugs ist die Temperierung der Traktionsbatterie, also das Heizen und Kühlen der Traktionsbatterie, von besonderer Bedeutung, da eine Ladeleistung und eine Entladeleistung der Traktionsbatterie von einer Temperatur der Traktionsbatterie abhängen. Um einen Temperierbedarf der Traktionsbatterie zu ermitteln, ist es aus dem Stand der Technik bekannt, die Traktionsbatterie mit einer Sensoreinrichtung, welche eine die Temperatur der Traktionsbatterie beschreibende Messgröße erfasst, sowie mit einem leistungsstarken Batteriesteuergerät auszustatten, welches die Messgröße empfängt, anhand der Messgröße einen Temperierbedarf der Traktionsbatterie erkennt und bei Erkennen des Temperierbedarfs eine batterieexterne Temperiereinrichtung zum Bereitstellen von Temperierleistung ansteuert. Ein solches leistungsstarkes Steuergerät weist jedoch hohe Kosten auf.
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine besonders kostengünstige Temperierung für eine Traktionsbatterie eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs bereitzustellen.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Bordnetz, ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug sowie ein Verfahren zum Temperieren einer Traktionsbatterie mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung sowie der Figur.
  • Ein erfindungsgemäßes Bordnetz für ein Kraftfahrzeug weist eine Traktionsbatterie zum Bereitstellen von Antriebsleistung für eine elektrische Antriebseinheit des Kraftfahrzeugs auf. Die Traktionsbatterie weist eine batterieinterne Batterieüberwachungseinrichtung mit einer Sensoreinrichtung zum Erfassen zumindest einer Messgröße, welche die Temperatur der Traktionsbatterie beschreibt, auf. Das Bordnetz weist außerdem eine Temperiereinrichtung zum Bereitstellen von Temperierleistung für die Traktionsbatterie auf. Darüber hinaus umfasst die Bordnetz eine batterieexterne Steuereinrichtung, welche dazu ausgelegt ist, die zumindest eine von der batterieinternen Sensoreinrichtung erfasste Messgröße zu empfangen, anhand der Messgröße einen Temperierbedarf der Traktionsbatterie zu erkennen und bei Erkennen des Temperierbedarfs die Temperiereinrichtung zum Bereitstellen der Temperierleistung für die Traktionsbatterie anzusteuern.
  • Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Temperieren einer Traktionsbatterie eines erfindungsgemäßen Bordnetzes. Bei dem Verfahren wird zumindest eine Messgröße, welche die Temperatur der Traktionsbatterie beschreibt, batterieintern erfasst und an eine batterieexterne Steuereinrichtung übermittelt. Dann wird batterieextern von der Steuereinrichtung anhand der Messgröße ein Temperierbedarf der Traktionsbatterie erkannt und eine Temperiereinrichtung zum Bereitstellen von Temperierleistung für die Traktionsbatterie angesteuert.
  • Die Traktionsbatterie ist insbesondere eine wiederaufladbare Hochvoltbatterie bzw. ein Hochvoltakkumulator mit einer Spannungslage von zumindest 100 V. Die Traktionsbatterie weist eine Vielzahl von miteinander verschalteten Batteriezellen auf, welche beispielsweise als prismatische Lithium-Ionen-Zellen ausgebildet sein können und in einem Gehäuseinnenraum eines Batteriegehäuses der Traktionsbatterie angeordnet sein können. In dem Gehäuseinnenraum ist außerdem die Batterieüberwachungseinrichtung mit der Sensoreinrichtung angeordnet. Die Sensoreinrichtung kann eine Vielzahl von Sensoren aufweisen, welche verteilt in dem Gehäuseinnenraum angeordnet sind und welche Messgrößen bzw. Messsignale erfassen können, die eine Temperatur der Traktionsbatterie beschreiben. Beispielsweise weist die batterieinterne Sensoreinrichtung zumindest einen Temperatursensor und/oder zumindest einen Spannungssensor und/oder zumindest einen Stromsensor auf. Die Sensoren können beispielsweise zellspezifische Messgrößen, beispielsweise eine Zelltemperatur, eine Zellspannung und/oder einen Zellstrom, erfassen, anhand welcher dann die Temperatur der Traktionsbatterie bestimmt werden kann.
  • Die Ist-Werte der Messgröße werden, insbesondere unverarbeitet, an die batterieexterne Steuereinrichtung übermittelt. Dazu kann vorgesehen sein, dass die batterieinterne Batterieüberwachungseinrichtung eine Empfangs- und Sendeeinheit aufweist, welche dazu ausgelegt ist, die zumindest eine Messgröße der batterieinternen Sensoreinrichtung zu empfangen und an die batterieexterne Steuereinrichtung weiterzuleiten. Die batterieexterne Steuereinrichtung überwacht die Messgröße. Dazu kann die batterieexterne Steuereinrichtung die Messgröße vor dem Überwachen verarbeiten, beispielsweise indem sie aus der Messgröße die Temperatur der Traktionsbatterie bestimmt. Die batterieexterne Steuereinrichtung kann die Messgröße aber auch unverarbeitet überwachen. Beispielsweise vergleicht die Steuereinrichtung die verarbeitete oder unverarbeitete Messgröße mit zumindest einem vorbestimmten Schwellwert. Falls anhand des Vergleichs zwischen der Messgröße und dem zumindest einem vorbestimmten Schwellwert der Temperierbedarf für die Traktionsbatterie erkannt wird, steuert die Steuereinrichtung die Temperiereinrichtung an. Das Triggersignal bzw. Aktivierungssignal für die Temperiereinrichtung wird also außerhalb der Traktionsbatterie von der batterieexternen Steuereinrichtung erzeugt.
  • Beispielsweise können ein erster Schwellwert, welcher eine untere Grenze des vorbestimmten Temperaturbereiches markiert, und ein zweiter Schwellwert, welcher eine obere Grenze des vorbestimmten Temperaturbereiches markiert, vorgegeben werden. Wenn die Messgröße den ersten Schwellwert unterschreitet, so weist die Traktionsbatterie einen Temperierbedarf in Form von einem Heizbedarf auf. Dann wird eine als Heizeinrichtung ausgestaltete Temperiereinrichtung des Bordnetzes zur Bereitstellung von Heizleistung für die Traktionsbatterie angesteuert. Wenn die bestimmte Kenngröße den zweiten Schwellwert überschreitet, so weist die Traktionsbatterie einen Temperierbedarf in Form von einem Kühlbedarf auf. Dann wird eine als Kühleinrichtung ausgestaltete Temperiereinrichtung des Bordnetzes zur Bereitstellung von Kühlleistung für die Traktionsbatterie angesteuert.
  • Durch das Auslagern der Bestimmung des Triggersignals aus der Traktionsbatterie kann die Überwachungseinrichtung, insbesondere die Sende- und Empfangseinrichtung, weniger leistungsstark und damit kostengünstiger ausgebildet werden.
  • Besonders bevorzugt ist die batterieexterne Steuereinrichtung ein Wärmemanagementsteuergerät, welches mit einer Vielzahl von Temperiereinrichtungen des Bordnetzes vernetzt ist und dazu ausgelegt ist, bei Erkennen des Temperierbedarfs der Traktionsbatterie zumindest eine der Temperiereinrichtungen zum Bereitstellen der Temperierleistung anzusteuern. Ein solches batterieexternes Wärmemanagementsteuergerät kann also mit einer Vielzahl von Temperiereinrichtungen des Kraftfahrzeugs kommunizieren und somit in Abhängigkeit von der Art des Temperierbedarfs sowie der benötigten Temperierleistung die entsprechende(n) Temperiereinrichtung(en) auswählen und ansteuern. Die Überwachungseinrichtung der Traktionsbatterie muss also nicht auf aufwändige Weise mit sämtlichen Temperiereinrichtungen des Kraftfahrzeugs, sondern nur mit dem Wärmemanagementsteuergerät, kommunizieren bzw. vernetzt sein.
  • In einer Ausführungsform ist die elektrische Antriebseinheit als Temperiereinrichtung zum Bereitstellen von Temperierleistung in Form von Heizleistung ausgebildet. Die elektrische Antriebseinheit kann mehrere Komponenten, beispielsweise zumindest eine elektrische Antriebsmaschine und eine Leistungselektronik bzw. ein Motorsteuergerät zum Ansteuern der Antriebsmaschine aufweisen. Die Komponenten der Antriebseinheit „produzieren“ im Betrieb eine Verlustleistung in Form von Abwärme, welche der Traktionsbatterie zum Heizen zugeführt werden kann. Die Verwendung der Komponenten der Antriebseinheit zum Temperieren der Traktionsbatterie ist besonders vorteilhaft, da die Komponenten ohnehin im Bordnetz bereits vorhanden sind.
  • Auch kann vorgesehen sein, dass die batterieexterne Steuereinrichtung bei Erkennung eines Temperierbedarfs in Form von einem Heizbedarf der Traktionsbatterie dazu ausgelegt ist, zumindest eine der Komponenten der Antriebseinheit in einem verlustleistungserhöhenden Betriebsmodus zu betreiben. Die Verlustleistung wird also bewusst erhöht, indem zumindest eine Komponente der Antriebseinheit, beispielsweise die Antriebsmaschine, in einem ineffizienten Betriebsmodus betrieben wird.
  • Zur Erfindung gehört außerdem ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Bordnetz. Das Kraftfahrzeug ist insbesondere ein Personenkraftwagen.
  • Die mit Bezug auf das erfindungsgemäße Bordnetz vorgestellten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug sowie für das erfindungsgemäße Verfahren.
  • Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der Figur und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar.
  • Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
  • Es zeigt die einzige Figur 1 ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug 1 mit einem Bordnetz 2. Das Bordnetz 2 weist eine Traktionsbatterie 3 zum Bereitstellen von elektrischer Energie für eine elektrische Antriebseinheit 4 des Kraftfahrzeugs 1 auf. Die Antriebseinheit 4 weist eine elektrische Antriebsmaschine 5 sowie eine Leistungselektronik 6 auf. Außerdem weist das Bordnetz 2 eine batterieexterne Steuereinrichtung 7 auf, welche mit einer batterieinternen, in oder an einem Batteriegehäuse der Traktionsbatterie 3 angeordneten Batterieüberwachungseinrichtung 8 kommuniziert. Die Batterieüberwachungseinrichtung 8 weist eine Sensoreinrichtung 9 auf, welche dazu ausgelegt ist, Messgrößen zu erfassen, welche eine Temperatur der Traktionsbatterie 3 beschreiben. Die Sensoreinrichtung 9 kann dazu beispielsweise Temperatursensoren, Spannungssensoren und Stromsensoren aufweisen.
  • Außerdem weist die Batterieüberwachungseinrichtung 8 eine Empfangs- und Sendeeinheit 10 bzw. einen Transceiver auf. Die Empfangs- und Sendeeinheit 10 kommuniziert mit der Sensoreinrichtung 9 und empfängt die erfassten Messgrößen. Die Empfangs- und Sendeeinheit 10 sendet die Messgrößen an die batterieexterne Steuereinrichtung 7, welche die Messgrößen überwacht und anhand der Messgrößen erkennt, ob die Traktionsbatterie 3 einen Temperierbedarf, also einen Heizbedarf oder einen Kühlbedarf, aufweist. Falls die Steuereinrichtung 7 erkennt, dass die Traktionsbatterie 3 einen Temperierbedarf aufweist, so steuert sie eine der Temperiereinrichtungen 11, mit welchen sie vernetzt ist, zum Bereitstellen von Temperierleistung an. Hier kann die Antriebseinheit 4 als Temperiereinrichtung 11 in Form von einer Heizeinrichtung fungieren, indem die Verlustwärme der Antriebseinheit 4 der Traktionsbatterie 3 zum Heizen zugeführt wird. Die Verlustwärme kann bewusst erhöht werden, indem die Antriebsmaschine 5 und/oder die Leistungselektronik 6 in einem ineffizienten Betriebsmodus, einem sogenannten Vertrimmungsmodus, betrieben wird.

Claims (8)

  1. Bordnetz (2) für ein Kraftfahrzeug (1), aufweisend: - eine Traktionsbatterie (3) zum Bereitstellen von Antriebsleistung für eine elektrische Antriebseinheit (4) des Kraftfahrzeugs, wobei die Traktionsbatterie (3) eine batterieinterne Batterieüberwachungseinrichtung (8) mit einer Sensoreinrichtung (99 zum Erfassen zumindest einer Messgröße, welche die Temperatur der Traktionsbatterie (3) beschreibt, aufweist, - eine Temperiereinrichtung (11) zum Bereitstellen von Temperierleistung für die Traktionsbatterie (3), gekennzeichnet durch - eine batterieexterne Steuereinrichtung (7), welche dazu ausgelegt ist, die zumindest eine von der batterieinternen Sensoreinrichtung (9) erfasste Messgröße zu empfangen, anhand der Messgröße einen Temperierbedarf der Traktionsbatterie (3) zu erkennen und bei Erkennen des Temperierbedarfs die Temperiereinrichtung (11) zum Bereitstellen der Temperierleistung für die Traktionsbatterie (3) anzusteuern.
  2. Bordnetz (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die batterieinterne Batterieüberwachungseinrichtung (8) eine Empfangs- und Sendeeinheit (10) aufweist, welche dazu ausgelegt ist, die zumindest eine Messgröße der batterieinternen Sensoreinrichtung (9) zu empfangen und an die batterieexterne Steuereinrichtung (7) weiterzuleiten.
  3. Bordnetz (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Antriebseinheit (4) als eine Temperiereinrichtung (11) zum Bereitstellen von Temperierleistung in Form von Heizleistung ausgebildet ist.
  4. Bordnetz (2) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die batterieexterne Steuereinrichtung (7) bei Erkennung eines Temperierbedarfs in Form von einem Heizbedarf der Traktionsbatterie (3) dazu ausgelegt ist, zumindest eine Komponente der elektrischen Antriebseinheit (4) in einem verlustleistungserhöhenden Betriebsmodus zu betreiben.
  5. Bordnetz (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die batterieexterne Steuereinrichtung (7) ein Wärmemanagementsteuergerät ist, welches mit einer Vielzahl von Temperiereinrichtungen (11) des Bordnetzes (2) vernetzt ist und dazu ausgelegt ist, bei Erkennen des Temperierbedarfs der Traktionsbatterie (3) zumindest eine der Temperiereinrichtungen (11) zum Bereitstellen der Temperierleistung anzusteuern.
  6. Bordnetz (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die batterieinterne Sensoreinrichtung (9) zumindest einen Temperatursensor und/oder zumindest einen Spannungssensor und/oder zumindest einen Stromsensor aufweist.
  7. Kraftfahrzeug (1) mit einem Bordnetz (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
  8. Verfahren zum Temperieren einer Traktionsbatterie (3) eines Bordnetzes (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei bei dem Verfahren - zumindest eine Messgröße, welche die Temperatur der Traktionsbatterie (3) beschreibt, batterieintern erfasst wird und an eine batterieexterne Steuereinrichtung (7) übermittelt wird, - die Steuereinrichtung (7) batterieextern anhand der Messgröße einen Temperierbedarf der Traktionsbatterie (7) erkennt und eine Temperiereinrichtung (11) zum Bereitstellen von Temperierleistung für die Traktionsbatterie (3) ansteuert.
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DE102010038599A1 (de) * 2009-12-03 2011-06-09 Hyundai Motor Co. Klimaanlage für ein Elektrofahrzeug und Verfahren zum Steuern derselben
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