DE102019133181A1 - Temperaturmanagementsystem für ein Kraftfahrzeug sowie Verfahren zum Temperaturmanagement eines Kraftfahrzeugs - Google Patents

Temperaturmanagementsystem für ein Kraftfahrzeug sowie Verfahren zum Temperaturmanagement eines Kraftfahrzeugs Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Temperaturmanagementsystem für ein Kraftfahrzeug, mit zumindest einem Fahrzeugmedienkreislauf, und einer Steuereinheit, die angepasst ist, den Fahrzeugmedienkreislauf in Abhängigkeit von einer Temperaturprognose während einer verbrennungsmotorischen Fahrt und/oder während eines externen Ladevorgangs derart vorzukonditionieren, dass ein Überschuss an thermischer Energie in dem zumindest einen Fahrzeugmedienkreislauf gespeichert wird. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Temperaturmanagement eines Kraftfahrzeugs.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Temperaturmanagement für ein Kraftfahrzeug mit einem oder mehreren Medienkreisläufen zum Kühlen und/oder Heizen von verschiedenen Fahrzeugkomponenten eines Hybrid- oder Elektrofahrzeugs.
  • Es ist bekannt, bei elektrifizierten Fahrzeugen, d.h. Hybridfahrzeugen oder reinen Elektrofahrzeugen, ein sog. „intelligentes Energiemanagement“ einzusetzen. Dabei werden anhand von Navigationsdaten optimale Einsatzzeitpunkte des Elektroantriebs oder die für das Aufladen der Batterie am besten geeigneten Streckenabschnitte und Fahrsituationen im Voraus berechnet. Das spart bis zu zehn Prozent Energie ein, wodurch eine längere Strecke rein elektrisch gefahren werden kann. Im rein elektrischen Fahrbetrieb wird die Energie für die Heizung und/oder Klimatisierung aus dem Hochvoltspeicher entnommen. Dementsprechend wird in Abhängigkeit des Heiz- und/oder Kühlbedarfs die Reichweite für den elektrischen Fahrbetrieb reduziert, der Komfort eingeschränkt oder ein Verbrennungsmotor zugeschaltet (eigentlich ungewollt im Sinne des intelligenten Energiemanagements), da ansonsten der Hochvoltspeicher vorzeitig entladen wird.
  • Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung die vorstehend genannten Nachteile zumindest teilweise zu beseitigen. Diese Aufgabe wird durch ein Temperaturmanagementsystem gemäß Anspruch 1 sowie ein Verfahren gemäß Verfahren gemäß Anspruch 4 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Temperaturmanagementsystem für ein Kraftfahrzeug bereitgestellt, mit zumindest einem Fahrzeugmedienkreislauf, insbesondere zumindest einem Kühl- und/oder Heizkreislauf, und einer Steuereinheit, die angepasst ist, den zumindest einen Fahrzeugmedienkreislauf in Abhängigkeit von einer Temperaturprognose während einer verbrennungsmotorischen Fahrt und/oder während eines externen Ladevorgangs derart vorzukonditionieren, dass ein Überschuss an thermischer Energie in dem Fahrzeugmedienkreislauf gespeichert ist. Dieser Überschuss an gespeicherter thermischer Energie kann im rein elektrischen Fahrbetrieb zur Heizung oder Klimatisierung verwendet werden, wodurch eine ansonsten erforderliche elektrische Energie für diesen Heiz- oder Klimatisierungsbetrieb eingespart werden kann.
  • Unter einem „externen Ladevorgang“ ist dabei ein elektrisches Laden mittels einer fahrzeugexternen Stromquelle, wie beispielsweise einer Ladesäule, einer Wallbox oder dergleichen zu verstehen.
  • Unter einem „Überschuss an thermischer Energie“ ist dabei eine über das im aktuellen Betriebsmodus zur Heizung und/oder Kühlung von Fahrzeugkomponenten erforderliches Maß an thermischer Energie hinausgehende thermische Energie, d.h. ein Unterkühlen oder Überhitzen. Dabei wird gezielt im Falle eines später erwarteten Kältebedarfs der Fahrzeugmedienkreislauf zumindest teilweise (beispielsweise im Fahrzeugmedienkreislauf eingebundene Komponenten) auf ein Wesentlich kühleres Temperaturniveau konditioniert als es der aktuelle Betriebszustand erfordern würde. Ferner wird gezielt im Falle eines später erwarteten Wärmebedarfs der Fahrzeugmedienkreislauf zumindest teilweise (beispielsweise im Fahrzeugmedienkreislauf eingebundene Komponenten) auf ein Wesentlich wärmeres Temperaturniveau konditioniert als es der aktuelle Betriebszustand erfordern würde.
  • Bei der Temperaturprognose kann es sich um eine von einer im Fahrzeug befindlichen Recheneinheit bestimmten Temperaturprognose oder einer von fahrzeugextern zum Fahrzeug übermittelten Temperaturprognose handeln.
  • Unter einem „rein elektrischen Fahrbetrieb“ ist ein Fahrbetrieb des Fahrzeugs zu verstehen, bei dem das Fahrzeug elektrisch angetrieben wird während ein eventuell vorhandener Verbrennungsmotor abgestellt ist.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird der Überschuss an thermischer Energie zumindest teilweise in einem Latentwärmespeicher, insbesondere in Form eines Kälte- und/oder Wärmespeichers, gespeichert.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird der Überschuss an thermischer Energie zumindest in einer Temperiereinrichtung gespeichert, wobei die Temperiereinrichtung angepasst ist einen elektrischen Traktionsenergiespeicher oder einen elektrischen Traktionsmotor zu kühlen und/oder zu heizen.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung stellt die Erfindung ein Verfahren zum Temperaturmanagement eines Kraftfahrzeugs bereit, mit den Schritten: Ermitteln und/oder Empfangen einer Temperaturprognose, und Vorkonditionieren des Fahrzeugmedienkreislaufs in Abhängigkeit der Temperaturprognose während einer verbrennungsmotorischen Fahrt und/oder während eines externen Ladevorgangs, so dass ein Überschuss an thermischer Energie in dem Fahrzeugmedienkreislauf gespeichert ist.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Verfahren des Weiteren den Schritt des zumindest teilweisen Speicherns von einem Überschuss an thermischer Energie in einem Latentwärmespeicher, insbesondere in Form eines Kälte- und/oder Wärmespeichers, auf.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Verfahren des Weiteren den Schritt des zumindest teilweisen Speicherns von einem Überschuss an thermischer Energie zumindest in einer Temperiereinrichtung zum Kühlen und/oder Heizen eines elektrischen Traktionsenergiespeichers oder einer Temperiereinrichtung zum Kühlen und/oder Heizen eines elektrischen Traktionsmotors, auf.
  • Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass durch eine oder mehrere technische Maßnahmen während des Ladevorgangs des Hochvoltspeichers an einer Ladestation Kälte für den späteren Betrieb der Klimaanlage erzeugt und gespeichert wird. Diese Kälte kann fahrzeugintern mittels der extern aufgenommenen elektrischen Energie erzeugt werden und/oder fahrzeugextern erzeugt werden und mittels Medienleitungen, z.B. Kühlmittelleitungen, ins Fahrzeug eingebracht werden. Der Kältebedarf wird aus den, der Fahrzeugelektronik bekannten Randbedingungen, insb. der Umgebungstemperatur prognostiziert. Diese gepufferte Kälte kann dann bei der rein elektrischen Fahrt genutzt werden, ohne dass der Hochvoltspeicher dadurch belastet wird. Grundsätzlich werden also alle möglichen (oder eine Teilmenge) der im Fahrzeug zur Verfügung stehenden Komponenten und/oder Medien auf eine minimal mögliche (oder situationsbedingt nur reduzierte) Temperatur während des elektrischen Ladevorgangs gekühlt, um im rein elektrischen Fahrbetrieb diese Kälte zur Kühlung des Fahrgastraums für eine Reichweiten- und bzw. oder Komfortoptimierung nutzen zu können.
  • Die Kälte kann beispielsweise in einem Latentwärmespeicher, der im Kältekreislauf integriert wird, gespeichert werden.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass durch eine oder mehrere technische Maßnahmen während des verbrennungsmotorischen Fahrbetriebs (z.B. bei einer Überlandfahrt) Kälte für den späteren Betrieb der Klimaanlage erzeugt und gespeichert wird. Dabei wird die Kälte fahrzeugintern erzeugt, beispielsweise mittels eines vom Verbrennungsmotor angetriebenen Klimakompressors. Der Kältebedarf wird aus den, der Fahrzeugelektronik bekannten Randbedingungen, insbesondere der Umgebungstemperatur prognostiziert. Diese gepufferte Kälte kann dann während der rein elektrischen Fahrt genutzt werden, ohne dass der Hochvoltspeicher dadurch belastet wird. Grundsätzlich werden also alle möglichen (oder eine Teilmenge) der im Fahrzeug zur Verfügung stehenden Komponenten und/oder Medien auf eine minimal mögliche (oder situationsbedingt nur reduzierte) Temperatur während des verbrennungsmotorischen Fahrbetriebs gekühlt, um während des rein elektrischen Fahrbetriebs diese Kälte zur Kühlung des Fahrgastraums für eine Reichweitenoptimierung und/oder Komfortoptimierung nutzen zu können. Die Kälte kann beispielsweise in einem Latentwärmespeicher, der im Kältekreislauf integriert wird, gespeichert werden.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass durch eine oder mehrere technische Maßnahmen während des verbrennungsmotorischen Fahrbetriebs (z.B. bei einer Überlandfahrt) Wärmeenergie für den späteren Betrieb der Heizung erzeugt und gespeichert wird. Diese Wärme ist beispielsweise eine Abwärme des Verbrennungsmotors. Der Wärmeenergiebedarf wird aus den, der Fahrzeugelektronik bekannten Randbedingungen, insbesondere der Umgebungstemperatur prognostiziert. Diese Wärmeenergie kann dann bei der rein elektrischen Fahrt genutzt werden, ohne dass der Hochvoltspeicher dadurch belastet wird. Grundsätzlich werden also alle möglichen (oder eine Teilmenge) der im Fahrzeug zur Verfügung stehenden Komponenten und/oder Medien auf eine maximal mögliche (oder situationsbedingt nur erhöhte) Temperatur während des verbrennungsmotorischen Fahrbetriebs aufgeheizt, um während des rein elektrischen Fahrbetriebs diese Wärmeenergie zum Heizen des Fahrgastraums für eine Reichweitenoptimierung und/oder Komfortoptimierung nutzen zu können. Die Wärmeenergie kann beispielsweise in einem Latentwärmespeicher, der im Heizkreislauf integriert wird, gespeichert werden.
  • Ebenso ist es möglich den Hochvoltspeicher während des verbrennungsmotorischen Fahrbetriebs auf eine höhere Temperatur, als den Randbedingungen entsprechend erforderlich, aufzuheizen, beispielsweise bis zu der maximal zulässigen Bauteiltemperatur. Diese zusätzliche Wärmeenergie kann dann mittels einer Wärmepumpe für die Fahrgastraumheizung im elektrischen Fahrbetrieb genutzt werden. Weiterhin könnte das Prinzip genutzt werden durch die heute bereits mögliche (und zu anderen Zwecken genutzte), zusätzliche Aufheizung von E-Maschine, Leistungselektronik und Kühlwasserkreislauf mittels E-Maschinenvertrimmung Zusatzwärme während des verbrennungsmotorischen Fahrbetriebs zu erzeugen und dann im rein elektrischen Fahrbetrieb als Speicherwärme zu nutzen. Eine weitere Variante kann erzeugt werden, indem während des verbrennungsmotorischen Fahrbetriebs das Motorkühlwasser auf bis zur maximal möglichen Temperatur aufgeheizt wird und während des rein elektrischen Fahrbetriebs als Speicherwärme genutzt wird.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass durch eine oder mehrere technische Maßnahmen während des Ladevorgangs des Hochvoltspeichers an einer Ladestation Wärmeenergie für den späteren Betrieb der Heizung erzeugt und gespeichert wird. Diese Wärme kann fahrzeugintern mittels der extern aufgenommenen elektrischen Energie erzeugt werden (beispielsweise mittels eines elektrischen Heizers).
  • Zusätzlich oder alternativ kann diese Wärme fahrzeugextern erzeugt werden und mittels Medienleitungen ins Fahrzeug eingebracht werden. Der Wärmeenergiebedarf wird aus den, der Fahrzeugelektronik bekannten Randbedingungen, insb. der Umgebungstemperatur prognostiziert. Diese Wärmeenergie kann dann während der rein elektrischen Fahrt genutzt werden, ohne dass der Hochvoltspeicher dadurch belastet wird. Grundsätzlich werden also alle möglichen (oder eine Teilmenge) der im Fahrzeug zur Verfügung stehenden Komponenten und / oder Medien auf eine maximal mögliche (oder situationsbedingt nur erhöhte) Temperatur während des elektrischen Ladevorgangs aufgeheizt, um während des rein elektrischen Fahrbetriebs diese Wärmeenergie zum Heizen des Fahrgastraums für eine Reichweiten- und bzw. oder Komfortoptimierung nutzen zu können. Die Wärmeenergie kann beispielsweise in einem elektrisch beheizten Latentwärmespeicher, der im Heizkreislauf integriert wird, gespeichert werden.
  • Ebenso ist es möglich den Hochvoltspeicher oder den Kühlkreislauf während des stationären elektrischen Ladevorgangs auf eine höhere Temperatur, als den Randbedingungen entsprechend erforderlich, aufzuheizen, beispielsweise bis zu der maximal zulässigen Bauteiltemperatur. Diese zusätzliche Wärmeenergie kann dann mittels einer Wärmepumpe für die Fahrgastraumheizung im elektrischen Fahrbetrieb genutzt werden. Eine weitere Variante kann erzeugt werden, indem während des stationären elektrischen Ladevorgangs das Motorkühlwasser auf bis zur maximal möglichen Temperatur aufgeheizt wird und während des rein elektrischen Fahrbetriebs als Speicherwärme genutzt wird.
  • Während die Erfindung in der vorangehenden Beschreibung beschrieben wurde, ist diese Beschreibung als beispielhaft und nicht als beschränkend zu verstehen und es ist nicht beabsichtigt die Erfindung auf das offenbarte Ausführungsbeispiel zu beschränken. Die bloße Tatsache, dass bestimmte Merkmale in verschiedenen abhängigen Ansprüchen genannt sind, soll nicht andeuten, dass eine Kombination dieser Merkmale nicht auch vorteilhaft genutzt werden könnte.

Claims (6)

  1. Temperaturmanagementsystem für ein Kraftfahrzeug, mit zumindest einem Fahrzeugmedienkreislauf, und einer Steuereinheit, die angepasst ist, den zumindest einen Fahrzeugmedienkreislauf in Abhängigkeit von einer Temperaturprognose während einer verbrennungsmotorischen Fahrt und/oder während eines externen Ladevorgangs derart vorzukonditionieren, dass ein Überschuss an thermischer Energie in dem Fahrzeugmedienkreislauf gespeichert wird.
  2. Temperaturmanagementsystem gemäß Anspruch 1, wobei der Überschuss an thermischer Energie zumindest teilweise in einem Latentwärmespeicher gespeichert wird.
  3. Temperaturmanagementsystem gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Überschuss an thermischer Energie zumindest in einer Temperiereinrichtung gespeichert wird, wobei die Temperiereinrichtung angepasst ist einen elektrischen Traktionsenergiespeicher oder einen elektrischen Traktionsmotor zu kühlen und/oder zu heizen.
  4. Verfahren zum Temperaturmanagement eines Kraftfahrzeugs, mit den Schritten: Ermitteln und/oder Empfangen einer Temperaturprognose, und Vorkonditionieren zumindest einen Fahrzeugmedienkreislaufs in Abhängigkeit der Temperaturprognose während einer verbrennungsmotorischen Fahrt und/oder während eines externen Ladevorgangs, so dass ein Überschuss an thermischer Energie in dem Fahrzeugmedienkreislauf gespeichert ist.
  5. Verfahren gemäß Anspruch 4, des Weiteren mit dem Schritt: Zumindest teilweises Speichern von einem Überschuss an thermischer Energie in einem Latentwärmespeicher.
  6. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 4 oder 5, des Weiteren mit dem Schritt: Zumindest teilweises Speichern von einem Überschuss an thermischer Energie zumindest in einer Temperiereinrichtung zum Kühlen und/oder Heizen eines elektrischen Traktionsenergiespeichers oder einer Temperiereinrichtung zum Kühlen und/oder Heizen eines elektrischen Traktionsmotors.
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