DE102019200416A1 - Verfahren zum Kühlen einer Batterie eines elektrisch angetriebenen Fortbewegungsmittels - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Kühlen einer Batterie (30) eines elektrisch angetriebenen Fortbewegungsmittels (80). Das Verfahren umfasst die Schritte: Ermitteln einer Temperatur der Batterie (30) mittels einer Sensorik (35), Ermitteln eines Betriebsmodus der Batterie (30), Ermitteln einer in der Batterie (30) gespeicherten Energiemenge mittels der Sensorik (35), und Kühlen der Batterie (30) in Abhängigkeit der Temperatur, des Betriebsmodus und der in der Batterie (30) gespeicherten Energiemenge mittels der in der Batterie (30) gespeicherten Energie.

Description

  • Stand der Technik
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Kühlen eines elektrisch angetriebenen Fortbewegungsmittels und insbesondere eines elektrisch angetriebenen Kleinfahrzeugs mit einer Betriebsspannung von 48 V.
  • Aus dem Stand der Technik sind elektrisch angetriebene Fortbewegungsmittel bekannt, welche eine für den Antrieb der Fortbewegungsmittel erforderliche elektrische Energie aus einer oder mehreren Traktionsbatterien des jeweiligen Fortbewegungsmittels beziehen. In diesem Zusammenhang werden Traktionsbatterien auf Basis unterschiedlicher Technologien (z.B. Lithium-Ionen-Batterien, Post-Lithium-lonen Batterien usw.) und mit unterschiedlichen Betriebsspannungen (z.B. 48 V, 400 V, 600 V oder mehr) eingesetzt. Hierbei gilt es, entsprechende unterschiedliche Betriebstemperaturbereiche für jeweilige Traktionsbatterien einzuhalten, damit diese nicht bzw. nur in geringem Maße in ihrer erforderlichen Antriebsleistung und/oder Lebensdauer eingeschränkt werden. Für Lithium-Ionen-Batterien liegt eine einzuhaltende Temperaturobergrenze bei einem Entladevorgang der Batterie i.d.R. bei ca. 60 °C und bei einem Ladevorgang bei ca. 43 °C. Je nach Eigenerwärmung der Batterie in einem Betrieb und/oder einer aktuellen Umgebungstemperatur der Batterie kann es somit erforderlich sein, die Batterie vor einem Lade- bzw. Entladevorgang entsprechend zu kühlen.
  • DE 102016121283 A1 schlägt ein Fahrzeug vor, welches ein thermisches Konditionierungssystem zum Beeinflussen einer Temperatur einer Traktionsbatterie eines Fortbewegungsmittels umfasst. Mittels einer Steuerungseinheit, die programmiert ist, einen Ladevorgang der Batterie durchzuführen, wird das thermische Konditionierungssystem in Abhängigkeit der Temperatur der Traktionsbatterie aktiviert, um eine vorbestimmte Temperatur der Batterie zu Beginn des Ladevorgangs der Batterie zu erzielen. Ein Kühlungsabschnitt des thermischen Konditionierungssystems kann eine Anzahl von Gebläsen oder ein Kühlmittelflüssigkeitszirkulationssystem zur Ableitung von Wärme aus der Batterie umfassen. Darüber hinaus kann das Batteriekühlungssystem einen Batteriekühler umfassen, welcher ein dem Fahrzeuginnenraum-Klimaanlagen-Verdampfer ähnlicher Kühlmittel-Kältemittel-Wärmetauscher ist.
  • DE 102012223054 A1 schlägt ein Verfahren für das thermische Management eines Elektrofahrzeugs und ein Fahrzeug vor. Zu diesem Zweck ist ein Steuergerät eingerichtet, eine Temperatur einer Traktionsbatterie innerhalb eines Betriebstemperaturbereichs zu regeln, wenn das Fahrzeug in Betrieb ist. Die Temperatur der Batterie wird außerdem innerhalb eines Ladetemperaturbereichs geregelt, wenn die Batterie mit dem Ladegerät und der Stromquelle verbunden ist und sich die Außentemperatur außerhalb eines Umgebungstemperaturbereichs befindet. Die Batterie wird auf eine Batterie-Antriebstemperatur vorkonditioniert, wenn die Außentemperatur außerhalb des Umgebungstemperaturbereichs liegt und die Batterie mit dem Ladegerät und der Stromquelle verbunden ist.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Kühlen einer Batterie eines elektrisch angetriebenen Fortbewegungsmittels vorgeschlagen. Das Fortbewegungsmittel kann beispielsweise ein elektrisch und/oder hybridelektrisch angetriebenes Straßenfahrzeug (z.B. Zweirad, Dreirad, PKW, Transporter, LKW, Shuttle-Fahrzeug, Kleinfahrzeug) oder ein elektrisch angetriebenes Schienenfahrzeug oder ein elektrisch angetriebenes Luftfahrzeug/Flugzeug oder ein elektrisch angetriebenes Wasserfahrzeug sein. Die Batterie kann bevorzugt eine Traktionsbatterie eines Antriebsstrangs des Fortbewegungsmittels sein, welche eine Betriebsspannung im Bereich von 20 V bis 80 V, insbesondere im Bereich von 40 V bis 60 V und bevorzugt in Höhe von 48 V bereitstellt. Weiter bevorzugt kann die Batterie des Fortbewegungsmittels eine Batterie sein, deren Betriebstemperaturbereich eine Temperaturobergrenze von ca. 60 °C bei einem Entladevorgang der Batterie und eine Temperaturobergrenze von ca. 43 °C bei einem Ladevorgang der Batterie aufweist. Darüber hinaus kann das erfindungsgemäße Verfahren auch im Zusammenhang mit Batterien mit hiervon abweichenden Betriebstemperatur- und Betriebsspannungsbereichen eingesetzt werden und ist somit nicht auf die beispielhaft genannten Temperaturobergrenzen und Spannungsbereiche beschränkt.
  • In einem ersten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Temperatur der Batterie mittels einer Sensorik der Batterie ermittelt. Die Sensorik kann beispielsweise eine aus dem Stand der Technik bekannte Sensorik zur Erfassung von Zustandsinformationen der Batterie sein, welche eingerichtet ist, neben einer aktuellen Temperatur einen Ladezustand (SoC) und/oder eine Spannung und/oder einen Entladestrom und/oder einen Ladestrom der Batterie zu erfassen. Vorzugsweise ist diese Sensorik informationstechnisch mit einem Batteriemanagementsystem der Batterie verbunden, welches durch die Sensorik bereitgestellte Messsignale empfangen und auswerten kann. Eine Auswerteeinheit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung kann informationstechnisch mit dem Batteriemanagementsystem der Batterie verbunden sein, so dass die durch das Batteriemanagementsystem ermittelte Informationen über eine aktuelle Temperatur der Batterie an die Auswerteeinheit der erfindungsgemäßen Vorrichtung übertragen werden kann. Mittels eines Dateneingangs der Auswerteeinheit kann die Auswerteeinheit eingerichtet sein, die Informationen über die aktuelle Temperatur der Batterie zu empfangen und diese in Form von Daten in einer internen und/oder extern an die Auswerteeinheit angebundenen Speichereinheit für eine nachgelagerte Verarbeitung abzulegen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann beispielsweise ein eigenständiges Steuergerät zur Durchführung der erfindungsgemäßen Verfahrensschritte, oder ein Bestandteil eines bestehenden Steuergerätes des Fortbewegungsmittels sein. In letzterem Fall können die erfindungsgemäßen Verfahrensschritte zum Beispiel durch ein Steuergerät zur zentralen Fahrzeugsteuerung (Vehicle Control Unit, VCU) ausgeführt werden. Die erfindungsgemäßen Verfahrensschritte können bevorzugt mittels eines Computerprogramms implementiert sein, welches durch die Auswerteeinheit ausgeführt wird. Alternativ oder zusätzlich zum Empfangen der Informationen über die aktuelle Temperatur der Batterie vom Batteriemanagementsystem, können diese auch direkt von der Sensorik der Batterie empfangen werden, sofern diese alternativ oder zusätzlich direkt mit der Auswerteeinheit verbunden ist.
  • In einem zweiten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Betriebsmodus der Batterie ermittelt. Die für das erfindungsgemäße Verfahren relevanten Betriebsmodi der Batterie können hier insbesondere einen Lademodus, einen Entlademodus und einen nicht aktiven Modus der Batterie umfassen. Unter dem Lademodus ist ein Zustand des Fortbewegungsmittels zu verstehen, in welchem sich dieses im Stillstand befindet und mittels eines Ladekabels mit einer externen Energiequelle elektrisch verbunden ist. Unter dem Entlademodus ist ein Zustand zu verstehen, in welchem aus der Batterie elektrische Energie bevorzugt für einen Fahrbetrieb des Fortbewegungsmittels entnommen wird. Unter dem nicht aktiven Modus der Batterie ist ein Zustand zu verstehen, in welchem sich das Fortbewegungsmittel im Stillstand befindet und die Batterie weder geladen, noch für einen Fahrbetrieb entladen wird. Ein Entladen der Batterie durch weitere Verbraucher im Fortbewegungsmittel (zum Beispiel für die VCU) im Stillstand ist in diesem Modus aber möglich. Die zusätzliche Entnahme elektrischer Energie aus der Batterie für eine Kühlung der Batterie selbst ist somit nicht als Entlademodus der Batterie zu verstehen. Stattdessen kann elektrische Energie für die Kühlung der Batterie sowohl im Lademodus, als auch im Entlademodus der Batterie entnommen werden. Eine Information über den aktuellen Betriebsmodus der Batterie kann die Auswerteeinheit wiederum vom Batteriemanagementsystem der Batterie empfangen und diese Informationen ebenfalls in der an die Auswerteeinheit angebundenen Speichereinheit ablegen.
  • In einem dritten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine in der Batterie gespeicherte Energiemenge mittels der Sensorik ermittelt. Die Information über die gespeicherte Energiemenge der Batterie kann wiederum bevorzugt durch das Batteriemanagementsystem in Verbindung mit der Sensorik ermittelt werden und anschließend durch das Batteriemanagementsystem an die Auswerteeinheit übertragen werden. Die Auswerteeinheit empfängt diese Information und legt diese ebenfalls in der an die Auswerteeinheit angebundenen Speichereinheit ab. Wie oben beschrieben kann die Auswerteeinheit diese Information alternativ oder zusätzlich auch direkt von der Sensorik der Batterie empfangen.
  • In einem vierten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Batterie in Abhängigkeit der Temperatur, des Betriebsmodus und der in der Batterie gespeicherten Energiemenge mittels der in der Batterie gespeicherten Energie gekühlt. Zu diesem Zweck kann die Batterie thermisch mit einer elektrisch betriebenen Kühlvorrichtung gekoppelt sein, welche ein Gehäuse der Batterie teilweise oder vollständig (zum Beispiel in Form einer Kühlbox) umgibt und/oder welche teilweise oder vollständig innerhalb des Gehäuses der Batterie angeordnet ist. Die elektrisch betriebene Kühlvorrichtung kann beispielsweise auf Basis einer elektrisch betriebenen Kältemaschine oder auf Basis eines Peltier-Elements umgesetzt sein. Durch eine informationstechnische Anbindung der Kühlvorrichtung bzw. einer innerhalb oder außerhalb der Kühlvorrichtung angeordneten Aktivierungseinheit (zum Beispiel ein Relais, ein elektronischer Schalter oder eine Steuereinheit) der Kühlvorrichtung an einen Datenausgang der Auswerteeinheit, ist die Auswerteeinheit in der Lage, die Kühlvorrichtung bedarfsorientiert zum Kühlen der Batterie zu aktivieren, indem diese für eine Leistungsentnahme durch die Aktivierungseinheit elektrisch mit der Batterie verbunden wird. Ein Zeitpunkt und/oder eine Dauer und/oder eine erforderliche Leistung für den Kühlvorgang der Batterie kann durch einen durch das Computerprogramm implementierten Algorithmus auf Basis aktueller Informationen über die Temperatur der Batterie, auf Basis des Betriebsmodus der Batterie und auf Basis der in der Batterie gespeicherten Energiemenge bestimmt werden.
  • In diesem Zusammenhang können durch den Algorithmus auch unterschiedliche Zielvorgaben und/oder Prioritäten berücksichtigt werden, um beispielsweise sicherzustellen, dass bei einem zu geringen Ladezustand der Batterie der Kühlvorgang für einen nachgelagerten Ladevorgang nicht durchgeführt wird, um die in der Batterie verfügbare Restenergie zum Beispiel zum Erreichen eines Routenziels verwenden zu können. Alternativ ist es denkbar, dass der Kühlvorgang bei einem niedrigen Ladezustand der Batterie nur teilweise durchgeführt wird. Auf diese Weise kann sowohl ein aktuelles Routenziel, als auch eine Teilkühlung der Batterie erreicht werden, so dass ein nachgelagerter Ladevorgang nach einer weiteren (passiven) Abkühlung der Batterie im Stillstand früher ausgeführt werden kann, als dies ohne eine zuvor erfolgte Teilkühlung möglich wäre. Auf diese Weise kann eine erforderliche Stillstandzeit zum Abkühlen der Batterie vor dem Ladevorgang entsprechend verkürzt werden. Des Weiteren kann der Algorithmus sicherstellen, dass sich die Temperatur der Batterie während eines aktiven Fahrbetriebs des Fortbewegungsmittels stets innerhalb des zulässigen Betriebstemperaturbereichs der Batterie befindet, auch wenn dies auf Kosten der Reichweite des Fortbewegungsmittels geht. Darüber hinaus sind zahlreiche weitere Zielvorgaben und/oder Prioritäten hinsichtlich der Ansteuerung der Kühlvorrichtung denkbar, die sowohl im Stillstand des Fortbewegungsmittels (zum Beispiel während eines Parkvorgangs), als auch während der Fahrt des Fortbewegungsmittels vorteilhaft angewendet werden können. Diese Zielvorgaben und/oder Prioritäten können in Form vordefinierter Daten in der an die Auswerteeinheit angebundenen Speichereinheit abgelegt sein und/oder durch einen Benutzer des Fortbewegungsmittels festgelegt und/oder verändert werden.
  • Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird die Batterie in Abhängigkeit des Betriebsmodus derart gekühlt, dass sie eine erste Zieltemperatur erreicht oder unterschreitet oder eine zweite Zieltemperatur erreicht oder unterschreitet, wobei die erste Zieltemperatur einer maximal zulässigen Temperatur für einen Entladevorgang und die zweite Zieltemperatur einer maximal zulässigen Temperatur für einen Ladevorgang der Batterie entspricht. Mit anderen Worten kann das durch die Auswerteeinheit ausgeführte Computerprogramm die aktuell gemessene Temperatur der Batterie in Abhängigkeit des Betriebsmodus mit einem vordefinierten Wert für die erste Zieltemperatur oder einem vordefinierten Wert für die zweite Zieltemperatur vergleichen, um eine aktuelle erforderliche Kühlung der Batterie zu ermitteln. Der erste und der zweite Schwellenwert können in der Speichereinheit der Auswerteeinheit abgelegt sein und durch das Computerprogramm ausgelesen und verwendet werden. Für den Fall, dass sich die Batterie beispielsweise aufgrund eines aktiven Fahrbetriebs des Fortbewegungsmittels in einem Entladezustand befindet, kann in Abhängigkeit dieses Betriebsmodus der vordefinierte Wert für die erste Zieltemperatur aus der Speichereinheit ausgelesen und mit einem Wert für die aktuelle Temperatur der Batterie verglichen werden. Im Fall einer verwendeten Lithium-Ionen-Batterie kann der vordefinierte Wert für die erste Zieltemperatur beispielsweise 60 °C betragen. Mittels des Computerprogramms kann sichergestellt werden, dass die Kühlung der Batterie derart erfolgt, dass die erste Zieltemperatur nicht oder nur kurzfristig überschritten wird, so dass die Zellen der Batterie während des Fahrbetriebs nicht beschädigt werden bzw. nicht vorzeitig altern. Analog kann während eines Ladevorgangs der Batterie verfahren werden, indem der vordefinierte Wert für die zweite Zieltemperatur aus der Speichereinheit ausgelesen und entsprechend angewendet wird. Im Falle einer Lithium-Ionen-Batterie kann der vordefinierte Wert für die zweite Zieltemperatur beispielsweise 43 °C betragen. Für den Fall, dass sich das Fortbewegungsmittels für den Ladevorgang im Stillstand befindet und mittels eines Ladekabels mit einer externen Energiequelle verbunden ist, kann der Ladevorgang aufgrund der aktiven Kühlung der Batterie auf die zweite Zieltemperatur unmittelbar nach Erreichen der zweiten Zieltemperatur oder nach einer vordefinierten Unterschreitung der zweiten Zieltemperatur begonnen werden. Eine solche vordefinierte Unterschreitung kann sowohl für die erste Zieltemperatur, als auch für die zweite Zieltemperatur vorgesehen sein, um sicherzustellen, dass sich die Temperatur der Batterie in Abhängigkeit des aktuellen Betriebsmodus nicht dauerhaft in unmittelbarer Nähe der jeweils maximal zulässigen Temperaturobergrenze befindet, um beispielsweise ein vorzeitiges Altern der Zellen der Batterie zu verhindern.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung erfolgt das Kühlen der Batterie in Abhängigkeit eines aktuellen Betriebsmodus und/oder eines zukünftigen Betriebsmodus der Batterie, wobei der zukünftige Betriebsmodus der Batterie mittels einer Benutzereingabe und/oder automatisch ermittelt wird. D.h., dass das Kühlen der Batterie in einem aktuellen Entlademodus der Batterie auch unter Berücksichtigung einer erforderlichen Energiemenge zum Kühlen der Batterie in einem zukünftigen Lademodus erfolgen kann. In einem konkreten Beispiel kann eine Kühlung der Batterie in einem Fahrbetrieb derart durchgeführt werden, dass nicht nur die erste Zieltemperatur (zum Beispiel 60 °C) für den Fahrbetrieb erreicht, sondern auch die zweite Zieltemperatur für den Ladebetrieb erreicht wird (zum Beispiel 43 °C), sofern eine entsprechende Information über einen geplanten Ladevorgang in zeitlicher Nähe zur Beendigung des Fahrbetriebs vorliegt. Eine solche Information kann beispielsweise aus einer in der Speichereinheit abgelegten Nutzungshistorie des Fortbewegungsmittels und/oder aus einem aktuellen Ladezustand der Batterie und/oder in Abhängigkeit eines Routenziels des Fortbewegungsmittels automatisch, oder auf Basis einer Benutzereingabe im Fortbewegungsmittel ermittelt werden.
  • Für den Fall, dass das Fortbewegungsmittel ein Hybridelektrofahrzeug ist, kann ein Fahrbetrieb auf Basis des jeweils nicht elektrischen Antriebs des Fortbewegungsmittels als ein weiterer Betriebsmodus angesehen werden, welcher ebenfalls gemäß oben ausgeführter, erfindungsgemäßer Verfahrensschritte berücksichtigt werden kann. Konkret kann ein aktuell nicht elektrisch angetriebenes Hybridelektrofahrzeug vor einem Umschalten auf den Elektroantrieb des Fortbewegungsmittels die Batterie des Fortbewegungsmittels in Abhängigkeit des zukünftigen Betriebsmodus auf die erste oder die zweite Zieltemperatur kühlen.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung erfolgt das Kühlen der Batterie zusätzlich in Abhängigkeit einer Außentemperatur und/oder einer Uhrzeit und/oder eines Datums und/oder einer Wetterinformation und/oder einer Route des Fortbewegungsmittels und/oder einer Fahrweise eines Benutzers des Fortbewegungsmittels und/oder einer Art des Fortbewegungsmittels. Die Außentemperatur kann beispielsweise mittels eines Temperatursensors des Fortbewegungsmittels erfasst und durch die Auswerteeinheit berücksichtigt werden. Auf Basis einer Uhrzeit und/oder eines Datums können beispielsweise tageszeit- und/oder jahreszeitabhängige Durchschnittstemperaturen ermittelt werden, die alternativ oder zusätzlich zur gemessenen Außentemperatur berücksichtigt werden können. Die Wetterinformationen, die beispielsweise durch einen Radiodatendienst eines Radios und/oder durch eine Internetverbindung des Fortbewegungsmittels empfangen werden können, können insbesondere für eine Prognose einer zukünftigen Außentemperatur entlang einer aktuellen Route des Fortbewegungsmittels und/oder an einem Zielort vorteilhaft bei der Festlegung eines Kühlvorgangs für die Batterie berücksichtigt werden. Informationen über eine Route des Fortbewegungsmittels können zum Beispiel von einem informationstechnisch an die Auswerteeinheit angebundenen Navigationssystem des Fortbewegungsmittels empfangen werden. Diese Informationen können, wie oben beschrieben, in Verbindung mit den empfangenen Wetterinformationen zur Ermittlung voraussichtlicher Außentemperaturen entlang der Route des Fortbewegungsmittels verwendet werden, sie können darüber hinaus aber auch zur Abschätzung eines Verbrauchs der elektrischen Energie der Batterie entlang der Route und einer damit einhergehenden Eigenerwärmung der Batterie genutzt werden. Eine Route mit einer hohen Anzahl an Steigungen kann aufgrund einer damit verbundenen hohen Leistungsentnahme aus der Batterie eine entsprechend höhere Kühlleistung erfordern. Durch das Berücksichtigen der Fahrweise eines Benutzers des Fortbewegungsmittels kann eine die Batterie belastende Fahrweise und eine die Batterie weniger stark belastende Fahrweise unterschieden und bei der Kühlung der Batterie entsprechend berücksichtigt werden. Eine Information über eine Art des Fortbewegungsmittels erlaubt beispielsweise eine Unterscheidung zwischen einem rein elektrisch angetriebenen und einem Hybridelektrofahrzeug, wodurch durch die erfindungsgemäßen Verfahrensschritte entsprechend unterschiedliche Betriebsmodi und/oder Belastungen und/oder Reichweiten der jeweiligen Batterien vorteilhaft berücksichtigt werden können.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung erfolgt das Kühlen der Batterie zusätzlich mittels einer durch ein Ladegerät bereitgestellten elektrischen Energie. Das Ladegerät kann ein On-Board-Ladegerät oder ein externes Ladegerät, beispielsweise ein Ladegerät einer Schnellladesäule sein. Das zusätzliche Verwenden der Energie des Ladegerätes kann in unterschiedlichen Varianten eingesetzt werden. In einer ersten Variante kann das Ladegerät während eines Kühlvorgangs der Batterie zusätzlich zur Batterie selbst einen geringen Strom zum Kühlen der Kühlvorrichtung liefern, so dass die Batterie während dieses Zeitraums durch den Kühlvorgang weniger stark oder nicht entladen wird. Eine Steuerung oder Regelung dieser zusätzlichen Energieeinspeisung kann bevorzugt mittels der Auswerteeinheit durch eine entsprechende Ansteuerung des Batteriemanagementsystems und/oder des Ladegerätes erfolgen. Dies kann insbesondere in einem solchen Fall vorteilhaft angewendet werden, in dem ein Ladezustand der Batterie im Stillstand des Fortbewegungsmittels zu gering ist, um die Batterie für einen nachfolgenden Ladevorgang vollständig mittels der Energie der Batterie auf die zweite Zieltemperatur herunterkühlen zu können. Ohne die zusätzliche Verwendung der elektrischen Energie des Ladegerätes besteht in einem solchen Fall ansonsten nur die Möglichkeit abzuwarten, bis die Batterie sich aufgrund einer entsprechend geringen Außentemperatur passiv auf die erforderliche zweite Zieltemperatur abkühlt. Durch das zusätzliche Einspeisen der elektrischen Energie durch das Ladegerät kann die Batterie gemäß der hier beschriebenen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung somit aktiv heruntergekühlt werden, bis die zweite Zieltemperatur erreicht ist, ohne die Batterie in dieser Phase zu laden. In einer zweiten Variante kann das Ladegerät nach Erreichen der ersten und/oder zweiten Zieltemperatur aktiviert werden, um sowohl die Batterie zu laden, als auch eine elektrische Energie für das Kühlen der Batterie bereitzustellen.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird an einen Benutzer des Fortbewegungsmittels in Abhängigkeit der Temperatur und/oder des Betriebsmodus und/oder der in der Batterie gespeicherten Energie und/oder weiterer vordefinierter Kriterien eine Information über einen geeigneten nächsten Ladezeitpunkt der Batterie und/oder eine aktuell verfügbare Energiemenge der Batterie und/oder eine erforderliche Standzeit des Fortbewegungsmittels bei einem nachfolgenden Ladevorgang ausgegeben. Auf diese Weise kann der Benutzer im Ansprechen darauf beispielsweise eine Fahrweise und/oder eine Route und/oder ein Routenziel anpassen, um eine für die Kühlung der Batterie erforderliche Energiemenge einsparen. Auf diese Weise kann beispielsweise ein der Fahrt nachgelagerter Ladevorgang schnellstmöglich begonnen werden.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zum Kühlen einer Batterie eines elektrisch angetriebenen Fortbewegungsmittels vorgeschlagen. Die Vorrichtung umfasst eine Auswerteeinheit mit einem Dateneingang und einem Datenausgang und kann Bestandteil eines bestehenden Steuergerätes (zum Beispiel einer VCU) oder ein eigenständiges Steuergerät des Fortbewegungsmittels sein. Des Weiteren kann die Auswerteeinheit beispielsweise als ASIC, FPGA, Prozessor, digitaler Signalprozessor, Mikrocontroller, o.ä., ausgestaltet und informationstechnisch an eine interne und/oder externe Speichereinheit angebunden sein, in welcher durch die Auswerteeinheit empfangene und/oder berechnete Daten für eine nachfolgende Verarbeitung abgelegt werden können. Ferner kann die Auswerteeinheit eingerichtet sein, oben beschriebene erfindungsgemäße Verfahrensschritte auf Basis eines die Verfahrensschritte implementierenden Computerprogramms auszuführen. Die Auswerteeinheit ist ferner eingerichtet, in Verbindung mit dem Dateneingang eine Temperatur der Batterie mittels einer Sensorik zu ermitteln. Zu diesem Zweck kann die Sensorik der Batterie informationstechnisch mit dem Dateneingang der Auswerteeinheit verbunden sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Sensorik auch indirekt über ein Batteriemanagementsystem der Batterie informationstechnisch mit dem Dateneingang der Auswerteeinheit verbunden sein. In Verbindung mit dem Dateneingang ist die Auswerteeinheit darüber hinaus eingerichtet, einen Betriebsmodus der Batterie und eine in der Batterie gespeicherte Energiemenge mittels der Sensorik zu ermitteln. Die Auswerteeinheit ist weiter eingerichtet, in Verbindung mit dem Datenausgang die Batterie in Abhängigkeit der Temperatur, des Betriebsmodus und der in der Batterie gespeicherten Energiemenge mittels der in der Batterie gespeicherten Energie zu kühlen. Zu diesem Zweck kann der Datenausgang der Auswerteeinheit informationstechnisch mit einer Aktivierungseinheit (zum Beispiel einem Relais, einem elektronischen Schalter oder einer Steuereinheit) einer Kühlvorrichtung verbunden sein, welche thermisch mit der Batterie gekoppelt ist.
  • Figurenliste
  • Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. Dabei zeigen:
    • 1 ein Flussdiagramm veranschaulichend Schritte eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens; und
    • 2 eine schematische Übersicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in Verbindung mit einem Fortbewegungsmittel.
  • 1 zeigt ein Flussdiagramm veranschaulichend Schritte eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Kühlen einer Batterie eines elektrisch angetriebenen Fortbewegungsmittels, welches hier ein Kleinfahrzeug mit einer 48 V Traktionsbatterie ist, welche einen Elektromotor eines Antriebsstrangs des Fortbewegungsmittels versorgt. Im ersten Schritt 100 wird mittels einer erfindungsgemäßen Auswerteeinheit, die hier ein Mikrocontroller ist, eine Temperatur der Batterie mittels einer Sensorik der Batterie erfasst. Zu diesem Zweck ist die Sensorik der Batterie mit einem Batteriemanagementsystem der Batterie informationstechnisch verbunden. Das Batteriemanagementsystem der Batterie ist wiederum informationstechnisch mit der Auswerteeinheit verbunden, so dass ermittelte Temperaturwerte der Batterie vom Batteriemanagementsystem an die Auswerteeinheit übertragen werden können. Im Schritt 200 wird ein Betriebsmodus der Batterie mittels der Auswerteeinheit in Verbindung mit dem Batteriemanagementsystem ermittelt. In diesem Ausführungsbeispiel befindet sich das Fortbewegungsmittel in einem aktiven Fahrbetrieb, in welchem für die Batterie eine vordefinierte, obere Betriebstemperaturgrenze von 60 °C gilt. Aufgrund einer hohen Außentemperatur und einer hohen Leistungsentnahme aus der Batterie während einer Steigungsfahrt verfügt die Batterie über eine aktuelle Temperatur von 57 °C, welche damit im zulässigen Betriebstemperaturbereich für die Batterie während des aktuell vorliegenden Entladezustandes liegt. Im Schritt 300 wird mittels der Auswerteeinheit in Verbindung mit dem Batteriemanagementsystem der Batterie eine in der Batterie gespeicherte Energiemenge mittels der Sensorik ermittelt. Aufgrund einer relativ geringen verfügbaren Energiemenge der Batterie wird einem Benutzer des Fortbewegungsmittels im Schritt 350 über ein Display des Fortbewegungsmittels eine Information über einen erforderlichen nächsten Ladezeitpunkt der Batterie angezeigt. Im Schritt 400 wird die Batterie aufgrund des erforderlichen Ladevorgangs für die Batterie und der aktuellen Betriebstemperatur der Batterie in Höhe von 57 °C mittels der in der Batterie gespeicherten Energie unter die zulässige Höchsttemperatur für den nachfolgenden Ladevorgang in Höhe von 43 °C heruntergekühlt.
  • 2 zeigt eine schematische Übersicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in Verbindung mit einem Fortbewegungsmittel 80. Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst eine Auswerteeinheit 10, die ein Mikrocontroller ist, mit einem Dateneingang 12 und einem Datenausgang 14. Darüber hinaus ist die Auswerteeinheit 10 mit einer informationstechnisch an die Auswerteeinheit 10 angebundenen Speichereinheit 20 verbunden. Die erfindungsgemäße Auswerteeinheit 10 ist mittels eines Computerprogramms eingerichtet, oben beschriebene Verfahrensschritte auszuführen. Das Fortbewegungsmittel 80 umfasst des Weiteren eine (Lithium-Ionen-) Batterie 30 welche über ein (nicht dargestelltes) Batteriemanagementsystem verfügt, welches informationstechnisch mit dem Dateneingang 12 der Auswerteeinheit 10 verbunden ist. Die Batterie 30 verfügt über eine Sensorik 35, welche ebenfalls informationstechnisch mit dem Dateneingang 12 der Auswerteeinheit 10 verbunden ist. Ein Gehäuse der Batterie 30 ist vollständig durch eine Kühlvorrichtung 40 umschlossen, welche hier in Form einer Kühlbox ausgebildet ist. Eine (nicht dargestellte) Aktivierungseinheit zum Aktivieren der Kühlfunktion der Kühlvorrichtung 40 ist informationstechnisch mit dem Dateneingang 12 der Auswerteeinheit 10 verbunden. Des Weiteren verfügt das Fortbewegungsmittel 80 über einen Außentemperatursensor 60, welcher informationstechnisch mit dem Dateneingang 12 der Auswerteeinheit 10 verbunden ist. Mittels des Außentemperatursensors 60 ist die Auswerteeinheit 10 in der Lage, aktuelle Außentemperaturwerte mit aktuellen Temperaturwerten der Batterie 30 abzugleichen, um eine erforderliche aktive Kühlung der Batterie 30 zu ermitteln.
  • Ferner ist die Auswerteeinheit 10 informationstechnisch mit einem On-Board-Ladegerät 50 verbunden, welches eingerichtet ist, elektrische Energie einer externen Energiequelle über ein Ladekabel 55 entgegenzunehmen und diese bedarfsorientiert zum Laden der Batterie 30 an die Batterie 30 weiterzuleiten. Auf diese Weise ist die erfindungsgemäße Vorrichtung eingerichtet, sämtliche für das erfindungsgemäße Verfahren erforderlichen Informationen über den Dateneingang 12 der Auswerteeinheit 10 entgegenzunehmen und die Kühlvorrichtung 40 der Batterie 30 in Übereinstimmung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren in geeigneter Weise anzusteuern.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102016121283 A1 [0003]
    • DE 102012223054 A1 [0004]

Claims (10)

  1. Verfahren zum Kühlen einer Batterie (30) eines elektrisch angetriebenen Fortbewegungsmittels (80) umfassend die Schritte: • Ermitteln (100) einer Temperatur der Batterie (30) mittels einer Sensorik (35), • Ermitteln (200) eines Betriebsmodus der Batterie (30), • Ermitteln (300) einer in der Batterie (30) gespeicherten Energiemenge mittels der Sensorik (35), und • Kühlen (400) der Batterie (30) in Abhängigkeit der Temperatur, des Betriebsmodus und der in der Batterie (30) gespeicherten Energiemenge mittels der in der Batterie (30) gespeicherten Energie.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei • die Batterie (30) in Abhängigkeit des Betriebsmodus derart gekühlt wird, dass sie eine erste Zieltemperatur erreicht oder unterschreitet oder eine zweite Zieltemperatur erreicht oder unterschreitet, und • die erste Zieltemperatur einer maximal zulässigen Temperatur für einen Entladevorgang und die zweite Zieltemperatur einer maximal zulässigen Temperatur für einen Ladevorgang der Batterie (30) entspricht.
  3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Kühlen der Batterie (30) in Abhängigkeit eines aktuell aktiven Betriebsmodus und/oder eines zukünftigen Betriebsmodus der Batterie (30) erfolgt, wobei der zukünftige Betriebsmodus der Batterie (30) mittels einer Benutzereingabe und/oder automatisch ermittelt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Kühlen der Batterie (30) mittels einer im Umfeld der Batterie (30) angeordneten Kühlvorrichtung (40), insbesondere mittels einer elektrisch betriebenen Kältemaschine und bevorzugt mittels eines Peltier-Elements, durchgeführt wird.
  5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Kühlen der Batterie (30) zusätzlich in Abhängigkeit • einer Außentemperatur, und/oder • einer Uhrzeit, und/oder • eines Datums, und/oder • einer Wetterinformation, und/oder • einer Route des Fortbewegungsmittels (80), und/oder • einer Fahrweise eines Benutzers des Fortbewegungsmittels (80), und/oder • einer Art des Fortbewegungsmittels (80) erfolgt.
  6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Kühlen der Batterie (30) zusätzlich mittels einer durch ein Ladegerät (50) bereitgestellten elektrischen Energie erfolgt.
  7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche weiter umfassend Ausgeben (350) einer Information an einen Benutzer des Fortbewegungsmittels (80) über • einen geeigneten nächsten Ladezeitpunkt der Batterie (30), und/oder • eine aktuell verfügbare Energiemenge der Batterie (30), und/oder • eine erforderliche Standzeit des Fortbewegungsmittels (80) bei einem nachfolgenden Ladevorgang in Abhängigkeit der Temperatur und/oder des Betriebsmodus und/oder der in der Batterie (30) gespeicherten Energie und/oder weiterer vordefinierter Kriterien.
  8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Batterie (30) eine Traktionsbatterie eines Antriebsstrangs des Fortbewegungsmittels (80) ist, welche eine Betriebsspannung im Bereich von 20 V bis 80 V, insbesondere im Bereich von 40 V bis 60 V und bevorzugt in Höhe von 48 V bereitstellt.
  9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das elektrisch angetriebene Fortbewegungsmittel (80) ein Hybridelektrofahrzeug, insbesondere ein elektrisch angetriebenes Zweirad oder Dreirad und bevorzugt ein elektrisch angetriebenes Kleinfahrzeug ist.
  10. Vorrichtung zum Kühlen einer Batterie (30) eines elektrisch angetriebenen Fortbewegungsmittels (80) umfassend: • eine Auswerteeinheit (10), • einen Dateneingang (12), und • einen Datenausgang (14), wobei die Auswerteeinheit (10) eingerichtet ist, • in Verbindung mit dem Dateneingang (12) o eine Temperatur der Batterie (30) mittels einer Sensorik (35) zu ermitteln, o einen Betriebsmodus der Batterie (30) zu ermitteln, o eine in der Batterie (30) gespeicherte Energiemenge mittels der Sensorik (35) zu ermitteln, und • in Verbindung mit dem Datenausgang (14) die Batterie (30) in Abhängigkeit der Temperatur, des Betriebsmodus und der in der Batterie (30) gespeicherten Energiemenge mittels der in der Batterie (30) gespeicherten Energie zu kühlen.
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