DE102020123122A1 - Tempering system and tempering method for tempering a battery of a vehicle - Google Patents
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Abstract
Die vorgestellte Erfindung betrifft ein Temperierungssystem (100) zum Temperieren einer Batterie (109, 303) eines Fahrzeugs (300). Das Temperierungssystem (100) umfasst mindestens einen Lüfter (101) mit einem drehbar gelagerten Lüfterrad (103), ein Kontrollgerät (105) zum Kontrollieren einer Drehrichtung des Lüfterrads (103) und mindestens einen Temperatursensor (107) zum Ermitteln einer Batterietemperatur. Das Kontrollgerät (105) ist dazu konfiguriert, in einen Entwärmungsbetrieb zu schalten, in dem der Lüfter (101) derart angesteuert wird, dass sich das Lüfterrad (103) in eine erste Richtung dreht, wenn eine durch den Temperatursensor (107) ermittelte Batterietemperatur größer als ein vorgegebener Schwellenwert ist, wobei das Kontrollgerät (105) dazu konfiguriert ist, in einen Erwärmungsbetrieb zu schalten, in dem der Lüfter (101) derart angesteuert wird, dass sich das Lüfterrad (103) in eine zweite Richtung, die der ersten Richtung entgegengesetzt ist, dreht, wenn eine durch den Temperatursensor (107) ermittelte Batterietemperatur unterhalb oder gleich dem vorgegebenen Schwellenwert ist.The invention presented relates to a temperature control system (100) for temperature control of a battery (109, 303) of a vehicle (300). The temperature control system (100) comprises at least one fan (101) with a rotatably mounted fan wheel (103), a control device (105) for checking the direction of rotation of the fan wheel (103) and at least one temperature sensor (107) for determining a battery temperature. The control device (105) is configured to switch to a cooling mode in which the fan (101) is controlled in such a way that the fan wheel (103) rotates in a first direction when a battery temperature determined by the temperature sensor (107) is greater is a predetermined threshold value, the control device (105) being configured to switch to a heating mode in which the fan (101) is controlled in such a way that the fan wheel (103) moves in a second direction, which is opposite to the first direction is, rotates when a by the temperature sensor (107) determined battery temperature is below or equal to the predetermined threshold.
Description
Die vorgestellte Erfindung betrifft ein Temperierungssystem und ein Temperierungsverfahren zum Temperieren einer Batterie eines Fahrzeugs sowie ein Hybridfahrzeug.The presented invention relates to a temperature control system and a temperature control method for temperature control of a battery of a vehicle and a hybrid vehicle.
Batterien, insbesondere Lithium-Ionen-Akkus, zeigen bei niedrigen Temperaturen eine reduzierte Leistung, was sich in Elektro- und Hybridfahrzeugen nachteilig auf deren Antriebsfunktionen auswirkt.Batteries, especially lithium-ion batteries, show reduced performance at low temperatures, which has a negative effect on the drive functions in electric and hybrid vehicles.
Es hat sich gezeigt, dass eine Erwärmung um wenige Kelvin bereits zu einem signifikanten Anstieg der Leistung einer kalten Batterie führt.It has been shown that a warming of just a few Kelvin leads to a significant increase in the performance of a cold battery.
Die
Weiterhin ist es bekannt, elektrische Verbraucher zu aktivieren, um einer Batterie thermische Energie zuzuführen.It is also known to activate electrical loads in order to supply thermal energy to a battery.
Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorgestellten Erfindung, einen leistungsoptimierten Betrieb eines Fahrzeugs zu ermöglichen. Insbesondere ist es eine Aufgabe der vorgestellten Erfindung, eine Batterie eines Fahrzeugs bedarfsgerecht zu erwärmen.Against this background, it is an object of the invention presented to enable performance-optimized operation of a vehicle. In particular, it is an object of the presented invention to heat a battery of a vehicle as required.
Die voranstehende Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem Temperierungssystem, dem Temperierungsverfahren und dem Hybridfahrzeug beschrieben sind, selbstverständlich auch jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird beziehungsweise Bezug genommen werden kann.The above object is solved by the features of the independent claims. Further features and details of the invention result from the dependent claims, the description and the drawings. Features and details that are described in connection with the temperature control system, the temperature control method and the hybrid vehicle also apply vice versa, of course, so that the disclosure of the individual aspects of the invention is always mutually referred to or can be referred to.
In einem ersten Aspekt betrifft die vorgestellte Erfindung ein Temperierungssystem zum Temperieren einer Batterie eines Fahrzeugs. Das Temperierungssystem umfasst mindestens einen Lüfter mit einem drehbar gelagerten Lüfterrad, ein Kontrollgerät zum Kontrollieren einer Drehrichtung und Drehgeschwindigkeit des Lüfterrads und mindestens einen Temperatursensor zum Ermitteln einer Batterietemperatur. Das Kontrollgerät ist dazu konfiguriert, in einen Entwärmungsbetrieb zu schalten, in dem der Lüfter derart angesteuert wird, dass sich das Lüfterrad in eine erste Richtung dreht, wenn eine durch den Temperatursensor ermittelte Batterietemperatur größer als ein vorgegebener Schwellenwert ist. Das Kontrollgerät ist dazu konfiguriert, in einen Erwärmungsbetrieb zu schalten, in dem der Lüfter derart angesteuert wird, dass sich das Lüfterrad in eine zweite Richtung, die der ersten Richtung entgegengesetzt ist, dreht, wenn eine durch den Temperatursensor ermittelte Batterietemperatur unterhalb oder gleich dem vorgegebenen Schwellenwert ist.In a first aspect, the presented invention relates to a temperature control system for temperature control of a battery of a vehicle. The temperature control system comprises at least one fan with a rotatably mounted fan wheel, a control device for checking the direction and speed of rotation of the fan wheel, and at least one temperature sensor for determining a battery temperature. The control device is configured to switch to a cooling mode in which the fan is controlled in such a way that the fan wheel rotates in a first direction when a battery temperature determined by the temperature sensor is greater than a predefined threshold value. The control device is configured to switch to a heating mode, in which the fan is controlled in such a way that the fan wheel rotates in a second direction, which is opposite to the first direction, when a battery temperature determined by the temperature sensor is below or equal to the specified one threshold is.
Das vorgestellte Temperierungssystem basiert auf einem Lüfter mit einem in zwei gegenläufige Richtungen drehbaren Lüfterrad. Dazu kann der Lüfter einen in zwei Richtungen ansteuerbaren Antrieb, wie bspw. einen Elektromotor, umfassen. Alternativ kann der Lüfter zwei Antriebe umfassen, die zueinander gegenläufig angeordnet sind, um das Lüfterrad anzutreiben.The temperature control system presented is based on a fan with a fan wheel that can be rotated in two opposite directions. For this purpose, the fan can include a drive that can be controlled in two directions, such as an electric motor. Alternatively, the fan can include two drives which are arranged in opposite directions to one another in order to drive the fan wheel.
Durch einen Betrieb des erfindungsgemäß vorgesehenen Lüfters in einem Entwärmungsbetrieb, bei dem sich das Lüfterrad in die erste Richtung dreht, wird eine Kühlung bzw. Entwärmung der Batterie erreicht, indem ein Luftstrom erzeugt wird, der von der Batterie bzw. einem mit der Batterie thermisch gekoppelten Wärmetauscher in eine Umgebung strömt. Entsprechend führt der Luftstrom im ersten Betriebsmodus thermische Energie von der Batterie in eine Umgebung ab.By operating the fan provided according to the invention in a cooling mode, in which the fan wheel rotates in the first direction, cooling or cooling of the battery is achieved by generating an air flow that is thermally coupled to the battery or to the battery Heat exchanger flows into an environment. Accordingly, in the first mode of operation, the air flow dissipates thermal energy from the battery to an environment.
Durch einen Betrieb des erfindungsgemäß vorgesehenen Lüfters in einem Erwärmungsbetrieb, bei dem sich das Lüfterrad in die zweite Richtung dreht, wird eine Erwärmung der Batterie erreicht, indem ein Luftstrom erzeugt wird, der aus einer Umgebung über eine Wärmequelle zu der Batterie bzw. einem mit der Batterie thermisch gekoppelten Wärmetauscher strömt. Entsprechend führt der Luftstrom in dem Erwärmungsbetrieb thermische Energie von der Wärmequelle der Batterie zu.By operating the fan provided according to the invention in a heating mode, in which the fan wheel rotates in the second direction, the battery is heated by generating an air flow that is drawn from an environment via a heat source to the battery or one with the Battery thermally coupled heat exchanger flows. Accordingly, in the heating operation, the airflow supplies thermal energy from the heat source to the battery.
Durch ein Ansteuerns des Lüfters derart, dass sich das Lüfterrad in eine erste Richtung dreht, oder derart, dass sich das Lüfterrad in eine zweite Richtung, die der ersten Richtung entgegengesetzt ist, dreht, also durch ein Umschalten zwischen dem Entwärmungsbetrieb und dem Erwärmungsbetrieb mittels des erfindungsgemäß vorgesehenen Kontrollgeräts, kann zwischen einer Wärmeabfuhr von der Batterie und einem Wärmeeintrag in die Batterie gewechselt werden.By controlling the fan in such a way that the fan wheel rotates in a first direction, or in such a way that the fan wheel rotates in a second direction, which is opposite to the first direction, i.e. by switching between cooling operation and heating operation using the control device provided according to the invention, it is possible to switch between heat dissipation from the battery and heat input into the battery.
Es ist vorgesehen, dass der Lüfter derart angesteuert wird, dass sich das Lüfterrad in die erste Richtung dreht und eine Entwärmung der Batterie erreicht wird, wenn eine durch den erfindungsgemäß vorgesehenen Temperatursensor ermittelte Batterietemperatur größer ist als ein vorgegebener Schwellenwert, was bspw. nach einer Aufwärmphase oder bei einem Betrieb mit hoher Last üblicherweise der Fall ist. Selbstverständlich kann der Lüfter durch weitere zu entwärmende Geräte, wie bspw. einen Verbrennungsmotor, jederzeit aktiviert werden, um eine Überhitzung der weiteren Geräte zu verhindern.It is provided that the fan is controlled in such a way that the fan wheel rotates in the first direction and the battery is cooled if a battery temperature determined by the temperature sensor provided according to the invention is greater than a predetermined threshold value, which occurs, for example, after a warm-up phase or is usually the case during high load operation. Of course, the fan can be activated at any time by other devices to be cooled, such as a combustion engine, in order to prevent the other devices from overheating.
Weiterhin ist vorgesehen, dass der Lüfter derart angesteuert wird, dass sich das Lüfterrad in die zweite Richtung dreht und eine Erwärmung der Batterie erreicht wird, wenn eine durch den erfindungsgemäß vorgesehenen Temperatursensor ermittelte Batterietemperatur kleiner oder gleich ist wie der vorgegebene Schwellenwert, was bspw. nach einem Start eines Fahrzeugs üblicherweise der Fall ist. Dabei wird bspw. Wärmeenergie aus bereits erwärmten Kühlkreisläufen von bspw. einem Verbrennungsmotor auf die Batterie übertragen, entsprechend kann vorgesehen sein, dass Lüfter nur dann in die zweite Richtung dreht, wenn eine Temperatur in entsprechend weiteren Kühlkreisläufen hoch genug ist, um mit einem von dem Lüfter erzeugten Luftstrom genug Wärme an die Batterie zu übertragen.Furthermore, it is provided that the fan is controlled in such a way that the fan wheel rotates in the second direction and the battery is heated if a battery temperature determined by the temperature sensor provided according to the invention is less than or equal to the specified threshold value, which, for example, starting a vehicle is usually the case. For example, thermal energy from already heated cooling circuits of a combustion engine, for example, is transferred to the battery. Accordingly, it can be provided that the fan only rotates in the second direction if a temperature in the corresponding further cooling circuits is high enough to work with one of the Fan generated airflow enough to transfer heat to the battery.
Es kann vorgesehen sein, dass das Temperierungssystem mindestens eine Luftleiteinrichtung umfasst, die derart angeordnet ist, dass von dem mindestens einen Lüfter beschleunigte Luft über mindestens eine Wärmequelle strömt, die wärmer ist als eine Umgebungstemperatur, wenn das Kontrollgerät in den Erwärmungsbetrieb geschaltet ist.It can be provided that the temperature control system comprises at least one air guiding device, which is arranged in such a way that air accelerated by the at least one fan flows over at least one heat source that is warmer than an ambient temperature when the control device is switched to heating mode.
Mittels einer Luftleiteinrichtung, wie bspw. einem Luftleitblech, kann ein von dem Lüfter erzeugter Luftstrom auf eine Wärmequelle, wie bspw. eine Brennkraftmaschine bzw. einen Wärmetauscher in einem Kühlkreislauf einer Brennkraftmaschine, geleitet werden. Entsprechend wird in dem Luftstrom strömende Luft erwärmt und speichert thermische Energie. Diese thermische Energie kann anschließend auf die Batterie übertragen werden. Dazu kann der Luftstrom direkt auf die Batterie oder auf einen mit der Batterie bspw. über einen Fluidkreislauf thermisch gekoppelten Wärmetauscher geleitet werden.An air flow generated by the fan can be directed to a heat source, such as an internal combustion engine or a heat exchanger in a cooling circuit of an internal combustion engine, by means of an air guiding device, such as an air baffle. Accordingly, air flowing in the air flow is heated and stores thermal energy. This thermal energy can then be transferred to the battery. For this purpose, the air flow can be routed directly to the battery or to a heat exchanger that is thermally coupled to the battery, for example via a fluid circuit.
Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass die mindestens eine Wärmequelle mindestens eine Wärmequelle der folgenden Liste an Wärmequellen umfasst: Brennkraftmaschine oder Kühlkreislauf zur Führung von einem Kühlmedium.Provision can furthermore be made for the at least one heat source to include at least one heat source from the following list of heat sources: internal combustion engine or cooling circuit for conducting a cooling medium.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die mindestens eine Wärmequelle zwei verschieden temperierte Wärmequellen, wie bspw. einen Kühlkreislauf einer Brennkraftmaschine und einen Heizkreislauf eines Heizelements umfasst. Durch Verwendung zweier unterschiedlicher Wärmequellen, insbesondere zweier Fluidkreisläufe als Wärmequelle, kann jeweilig in Strömungsrichtung ein zweiter Fluidkreislauf als Temperaturpuffer verwendet werden, der einen zu hohen Eintrag thermischer Energie in die Batterie abpuffert. Entsprechend kann der zweite Fluidkreislauf thermische Energie, die von dem ersten Fluidkreislauf bereitgestellt wird, teilweise aufnehmen und die Batterie entsprechend vor einer Übererwärmung, also eine Erwärmung über einen vorgegebenen Temperaturbereich hinaus, oder einer besonders schnellen Erwärmung schützen.In particular, it can be provided that the at least one heat source comprises two heat sources at different temperatures, such as a cooling circuit of an internal combustion engine and a heating circuit of a heating element. By using two different heat sources, in particular two fluid circuits as a heat source, a second fluid circuit can be used as a temperature buffer in the direction of flow, which buffers an excessive input of thermal energy into the battery. Correspondingly, the second fluid circuit can partially absorb thermal energy that is provided by the first fluid circuit and accordingly protect the battery from overheating, ie heating above a predetermined temperature range, or from particularly rapid heating.
Es kann vorgesehen sein, dass ein zweiter Fluidkreislauf bedarfsweise geregelt werden kann und bspw. nach einem Start, wenn ein besonders hoher Eintrag thermischer Energie in die Batterie benötigt wird, deaktiviert werden kann, so dass eine Pufferwirkung durch den zweiten Fluidkreislauf minimiert wird. Bei zunehmender Temperatur der Batterie kann der zweite Fluidkreislauf graduell bzw. in Abhängigkeit einer Temperatur der Batterie aktiviert bzw. gesteuert werden, um eine zunehmende Pufferwirkung bereitzustellen und die Batterie vor einer Übererwärmung oder einer besonders schnellen Erwärmung zu schützen.It can be provided that a second fluid circuit can be regulated as required and, for example, can be deactivated after a start when a particularly high input of thermal energy into the battery is required, so that a buffer effect through the second fluid circuit is minimized. As the temperature of the battery increases, the second fluid circuit can be activated or controlled gradually or as a function of a temperature of the battery in order to provide an increasing buffering effect and to protect the battery from overheating or from particularly rapid heating.
Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass das Temperierungssystem einen Flüssigkeitstemperierungskreislauf zum Temperieren der Batterie mit einem Luft-Flüssigkeitswärmetauscher umfasst, wobei der Luft-Flüssigkeitswärmetauscher in einem Pfad eines durch den Lüfter beschleunigten Luftstroms angeordnet ist.Provision can furthermore be made for the temperature control system to include a liquid temperature control circuit for temperature control of the battery with an air/liquid heat exchanger, the air/liquid heat exchanger being arranged in a path of an air flow accelerated by the fan.
Um eine freie bzw. eine von einer Position einer jeweiligen Wärmequelle bzw. von einem Strömungspfad des Luftstroms unabhängige Positionierung der Batterie zu ermöglichen, kann ein Luft-Flüssigkeitswärmetauscher vorgesehen sein, der von der Wärmequelle über den Luftstrom abgeführte thermische Energie aufnimmt und auf die Batterie überträgt.In order to enable the battery to be positioned freely or independently of a position of a respective heat source or of a flow path of the air flow, an air-liquid heat exchanger can be provided, which absorbs thermal energy removed from the heat source via the air flow and transfers it to the battery .
Es kann vorgesehen sein, dass der Luft-Flüssigkeitswärmetauscher in Abhängigkeit eines aktuellen Betriebszustands des Kontrollgeräts durch ein Strömungselement mit erwärmter Luft angeströmt oder von dem bzw. einem anderen Strömungselement vor erwärmter Luft abgeschirmt wird. Entsprechend kann durch ein Strömungselement in Kombination mit einem Luft-Flüssigkeitswärmetauscher ein Wärmeintrag in die Batterie angepasst werden.Provision can be made for heated air to flow against the air-liquid heat exchanger, depending on a current operating state of the control device, or to be shielded from heated air by the or another flow element. Correspondingly, a flow element in combination with an air-liquid heat exchanger can be used to adjust heat input into the battery.
Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass das Kontrollgerät dazu konfiguriert ist, mindestens einen Betriebsparameter der folgenden Liste an Betriebsparametern mit einem vorgegebenen Zuordnungsschema abzugleichen und den mindestens einen Lüfter dem Zuordnungsschema entsprechend anzusteuern: Außentemperatur, Zieltemperatur für einen Innenraum des Fahrzeugs, Brennkraftmaschinenkühlkreislauftemperatur, Heizungskreislauftemperatur, Temperatur eines Flüssigkeitstemperierungskreislaufs zum Temperieren der Batterie und/oder einer Temperatur mindestens eines weiteren Flüssigkeitstemperierungskreislaufs.Provision can also be made for the control device to be configured to compare at least one operating parameter from the following list of operating parameters with a predetermined allocation scheme and to control the at least one fan according to the allocation scheme: outside temperature, target temperature for an interior of the vehicle, internal combustion engine cooling circuit temperature, heating circuit temperature, temperature a liquid temperature control circuit for temperature control of the battery and/or a temperature of at least one further liquid temperature control circuit.
Je nach aktuellen Umgebungsbedingungen und/oder aktuellen Betriebsbedingungen eines jeweiligen Fahrzeugs kann ein Erwärmungsbetrieb oder ein Entwärmungsbetrieb vorteilhaft sein. Entsprechend kann vorgesehen sein, dass eine Liste mit Zuordnungen von Betriebspunkten bzw. Betriebsbereichen zu dem Erwärmungsbetrieb oder dem Entwärmungsbetrieb verwendet wird, um das Kontrollgerät entsprechend einzustellen. Dazu kann das Kontrollgerät, das bspw. eine Recheneinheit, insbesondere ein Steuergerät eines Fahrzeugs sein kann, Messwerte von Sensoren, wie bspw. Temperatursensoren in einem Fahrzeug, auslesen und die ausgelesenen Messwerte mit einem Zuordnungsschema abgleichen.Depending on the current environmental conditions and/or current operating conditions of a particular vehicle, heating operation or cooling operation can be advantageous. Accordingly, it can be provided that a list with assignments of operating points or operating ranges to the heating mode or the cooling mode is used in order to set the control device accordingly. For this purpose, the control device, which can be a computing unit, in particular a control unit of a vehicle, can read out measured values from sensors, such as temperature sensors in a vehicle, and compare the read out measured values with an assignment scheme.
Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass das Temperierungssystem mindestens ein zwischen einer geöffneten Position und einer geschlossenen Position bewegbares Klappenelement und einen Aktuator zum Bewegen des mindestens einen Klappenelements zwischen der geöffneten Position und der geschlossenen Position umfasst, wobei das Kontrollgerät dazu konfiguriert ist, den Aktuator derart anzusteuern, dass sich das mindestens eine Klappenelement in der geschlossenen Position befindet, wenn das Kontrollgerät in den Erwärmungsbetrieb geschaltet ist, und den Aktuator derart anzusteuern, dass sich das mindestens eine Klappenelement in der geöffneten Position befindet, wenn das Kontrollgerät in den Entwärmungsbetrieb geschaltet ist.Provision can also be made for the temperature control system to comprise at least one flap element that can be moved between an open position and a closed position and an actuator for moving the at least one flap element between the open position and the closed position, with the control device being configured to control the actuator in such a way to control that the at least one flap element is in the closed position when the control device is switched to the heating mode, and to control the actuator in such a way that the at least one flap element is in the open position when the control device is switched to the cooling mode.
Mittels eines beweglichen Klappenelements kann ein von dem erfindungsgemäß vorgesehenen Lüfter erzeugter Luftstrom beeinflusst, insbesondere umgelenkt werden. Bspw. kann das Klappenelement an einem Übergang des Temperierungssystems zu einer Umgebung angeordnet sein. Der Aktuator kann dazu konfiguriert sein, das Klappenelement im Erwärmungsbetreib in eine geschlossene Position und im Entwärmungsbetrieb in eine geöffnete Position zu schwenken, so dass im Erwärmungsbetrieb eine Zufuhr von Frischluft minimiert und im Entwärmungsbetrieb eine Zufuhr von Frischluft maximiert wird.An air flow generated by the fan provided according to the invention can be influenced, in particular deflected, by means of a movable flap element. For example, the flap element can be arranged at a transition from the temperature control system to an environment. The actuator may be configured to pivot the damper member to a closed position in heating mode and to an open position in cooling mode, such that a supply of fresh air is minimized in heating mode and a supply of fresh air is maximized in cooling mode.
Insbesondere wird durch ein Schwenken des Klappenelements im Erwärmungsbetrieb in eine geschlossene Stellung eine zu der durch den Lüfter erzeugten Luftströmung gegenläufige Luftströmung, die aus einer Umgebung in das Temperierungssystem einströmt, vermieden und eine Rezirkulation von bereits erwärmter Luft in dem Temperierungssystem ermöglicht.In particular, pivoting the flap element into a closed position during heating operation avoids an air flow that runs in the opposite direction to the air flow generated by the fan and flows into the temperature control system from an environment, and recirculation of already heated air in the temperature control system is made possible.
Zum Schwenken des Klappenelements kann das Kontrollgerät mit dem Aktuator kommunikativ verbunden sein und den Aktuator, je nach Betriebsmodus, entsprechend ansteuern.To pivot the flap element, the control device can be communicatively connected to the actuator and can control the actuator accordingly, depending on the operating mode.
Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass das mindestens eine Klappenelement in Strömungsrichtung eines von dem mindestens einen Lüfter beschleunigten Luftstroms hinter einem Luft-Flüssigkeitswärmetauscher eines Flüssigkeitstemperierungskreislaufs zum Temperieren der Batterie angeordnet ist, wenn das Kontrollgerät in den Erwärmungsbetrieb geschaltet ist.Provision can also be made for the at least one flap element to be arranged downstream of an air/liquid heat exchanger of a liquid temperature control circuit for temperature control of the battery in the direction of flow of an air flow accelerated by the at least one fan when the control device is switched to heating mode.
Durch eine Anordnung des Klappenelements zwischen dem Lüfter und der Batterie wird im Erwärmungsbetrieb ein Erwärmen von die Batterie anströmender Luft noch vor Erreichen der Batterie ermöglicht und im Entwärmungsbetrieb ein Eintrag von thermischer Energie in die Batterie minimiert.By arranging the flap element between the fan and the battery, the air flowing against the battery can be heated before it reaches the battery in the heating mode, and the input of thermal energy into the battery is minimized in the cooling mode.
Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass der mindestens eine Lüfter ein Zentrallüfter eines Kühlkreislaufs einer Brennkraftmaschine eines Hybridfahrzeugs ist.It can also be provided that the at least one fan is a central fan of a cooling circuit of an internal combustion engine of a hybrid vehicle.
Da ein Zentrallüfter beim Betrieb eines Hybridfahrzeugs standardmäßig benötigt wird, um eine Brennkraftmaschine des Hybridfahrzeugs zu kühlen, wird durch Verwendung eines Zentrallüfters als Lüfter zum Erwärmen der Batterie keine zusätzliche, über einen standardmäßigen Betrieb hinausgehende Energie zum Erwärmen der Batterie benötigt. Vielmehr wird von einem Hybridfahrzeug bereits erzeugte Energie innerhalb des Hybridfahrzeugs umgeleitet und effizient verwertet.Since a central fan is required as standard when operating a hybrid vehicle in order to cool an internal combustion engine of the hybrid vehicle, no additional energy, going beyond standard operation, is required to heat the battery by using a central fan as a fan for heating the battery. Rather, energy already generated by a hybrid vehicle is diverted within the hybrid vehicle and utilized efficiently.
Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass Schaufelblätter des Lüfterrades des mindestens einen Lüfters zumindest im Erwärmungsbetrieb derart angeordnet sind, dass ein Eintrag von Frischluft zu der Batterie minimiert und eine Umwälzung von bereits erwärmter Luft in dem Temperierungssystem maximiert wird. Zum Minimieren eines Frischlufteintrags im Erwärmungsbetreib können die Schaufelblätter des Lüfterrades bspw. in der zweiten Drehrichtung besonders flach bzw. mit einem besonders geringen Anstellwinkel von bspw. kleiner 10°, insbesondere kleiner 5°, bevorzugt 1° angeordnet sein.Provision can also be made for blades of the fan wheel of the at least one fan to be arranged at least in the heating mode in such a way that the entry of fresh air to the battery is minimized and circulation of already heated air in the temperature control system is maximized. In order to minimize the introduction of fresh air during heating operation, the blades of the fan wheel can be arranged particularly flat, for example in the second direction of rotation, or with a particularly small setting angle of, for example, less than 10°, in particular less than 5°, preferably 1°.
Es kann vorgesehen sein, dass die Schaufelblätter mittels eines Aktuators im Entwärmungsbetrieb in einen anderen Anstellwinkel bewegt werden als im Erwärmungsbetrieb.Provision can be made for the blades to be moved to a different angle of attack in cooling mode than in heating mode by means of an actuator.
In einem zweiten Aspekt betrifft die vorgestellte Erfindung ein Temperierungsverfahren zum Temperieren einer Batterie eines Fahrzeugs mittels einer möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Temperierungssystems. Das Temperierungsverfahren umfasst einen Ermittlungsschritt zum Ermitteln einer Batterietemperatur der Batterie und einen Einstellungsschritt zum Einstellen einer Richtung, mit der das Lüfterrad des mindestens einen Lüfters gedreht wird, in Abhängigkeit der Batterietemperatur.In a second aspect, the presented invention relates to a temperature control method for temperature control of a battery of a vehicle by means of a possible embodiment of the presented temperature control system. The temperature control method includes a determination step for determining a battery temperature of the battery and a setting step for setting a direction in which the fan wheel of the at least one fan is rotated, depending on the battery temperature.
Das vorgestellte Temperierungsverfahren dient insbesondere zum Betrieb des vorgestellten Temperierungssystems.The temperature control method presented serves in particular to operate the temperature control system presented.
Es kann vorgesehen sein, dass der Einstellschritt einen Einstellvorgang zum Einstellen einer Drehzahl, mit der sich das Lüfterrad dreht, in Abhängigkeit der Batterietemperatur, umfasst.Provision can be made for the setting step to include a setting process for setting a speed at which the fan wheel rotates as a function of the battery temperature.
Durch Anpassen bzw. Einstellen einer Drehzahl, mit der sich das Lüfterrad dreht, kann eine Stärke eines Volumenstroms, der zum Temperieren der Batterie verwendet wird, eingestellt werden. Entsprechend kann eine Entwärmung bzw. eine Erwärmung der Batterie durch Anpassung der Drehzahl gesteuert bzw. geregelt werden.By adapting or setting a speed at which the fan wheel rotates, a strength of a volume flow that is used to temper the battery can be set. Correspondingly, cooling or heating of the battery can be controlled or regulated by adjusting the speed.
In einem dritten Aspekt betrifft die vorgestellte Erfindung ein Fahrzeug mit einer möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Temperierungssystems. Das Fahrzeug kann ein Hybridfahrzeug oder ein Elektrofahrzeug sein.In a third aspect, the presented invention relates to a vehicle with a possible embodiment of the presented temperature control system. The vehicle may be a hybrid vehicle or an electric vehicle.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder den Figuren hervorgehenden Merkmale, einschließlich konstruktiver Einzelheiten und räumlicher Anordnungen, können sowohl für sich als auch in den verschiedenen Kombinationen verwendet sein. Es zeigen schematisch:
-
1 eine mögliche Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Temperierungssystems, -
2 eine mögliche Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Temperierungsverfahrens, -
3 eine mögliche Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Hybridfahrzeugs.
-
1 a possible embodiment of the temperature control system according to the invention, -
2 a possible embodiment of the temperature control method according to the invention, -
3 a possible embodiment of the hybrid vehicle according to the invention.
In
Wenn eine durch den Temperatursensor 107 ermittelte Batterietemperatur unterhalb oder gleich einem vorgegebenen Schwellenwert ist, bspw. bei einem Startvorgang des Fahrzeugs, schaltet das Kontrollgerät 105 in einen Erwärmungsbetrieb, in dem die Batterie 109 erwärmt wird, also der Batterie 109 thermische Energie zugeführt wird.If a battery temperature determined by
Zum Zuführen von thermischer Energie zu der Batterie 109 wird der Lüfter 101 von dem Kontrollgerät 105 im Erwärmungsbetrieb derart angesteuert, dass sich das Lüfterrad 103 in eine zweite Richtung dreht und einen Luftstrom erzeugt, der über mindestens eine Wärmequelle, hier exemplarisch einen Wärmetauscher 111 eines Kühlkreislaufs einer Brennkraftmaschine des Fahrzeugs und einen Wärmetauscher 113 eines Heizkreislaufs des Fahrzeugs zu einem mit der Batterie 109 thermisch gekoppelten Wärmetauscher 115 strömt.In order to supply thermal energy to the
Zum Abführen von thermischer Energie aus der Batterie 109 wird der Lüfter 101 von dem Kontrollgerät 105 im Entwärmungsbetrieb derart gesteuert, dass sich das Lüfterrad 103 in eine der zweiten Richtung entgegengesetzte erste Richtung dreht und einen Luftstrom erzeugt, der von dem mit der Batterie 109 thermisch gekoppelten Wärmetauscher 115 zu dem Wärmetauscher 111 des Kühlkreislaufs der Brennkraftmaschine des Fahrzeugs und dem Wärmetauscher 113 des Heizkreislaufs des Fahrzeugs und schließlich in eine Umgebung strömt.In order to dissipate thermal energy from the
Um einen Eintrag von thermischer Energie in die Batterie 109 im Erwärmungsbetrieb zu maximieren, kann ein Klappenelement 117 geschlossen werden, sodass von dem Lüfter 101 in Richtung des mit der Batterie 109 thermisch gekoppelten Wärmetauschers 115 strömende Luft, wie durch Pfeile 119 angedeutet, in dem Temperierungssystem 100 rezirkuliert und ein Eintrag von Frischluft aus einer Umgebung, wie durch Pfeile 121 angedeutet, minimiert wird.In order to maximize an input of thermal energy into the
In
Das Temperierungsverfahren basiert auf dem vorgestellten Temperierungssystem 100, wie es beispielhaft in
Weiterhin umfasst das Temperierungsverfahren 200 einen Einstellungsschritt 203 zum Einstellen einer Richtung, in die das Lüfterrad 103 des Lüfters 101 gedreht wird, in Abhängigkeit der ermittelten Batterietemperatur.Furthermore, the
Entsprechend sieht das Temperierungsverfahren 200 vor, dass das Kontrollgerät 105 in Abhängigkeit einer aktuell gemessenen Temperatur in den Entwärmungsbetrieb oder den Erwärmungsbetrieb schaltet.Correspondingly, the
In
Zum Erwärmen der Traktionsbatterie 303 wird das Kontrollgerät 105 des Temperierungssystems 100 in den Erwärmungsbetrieb und zum Entwärmen der Traktionsbatterie 303 in den Entwärmungsbetrieb geschaltet.To heat up the
Im Erwärmungsbetrieb wird insbesondere thermische Energie von der Brennkraftmaschine 301 auf die Traktionsbatterie 303 übertragen, in dem ein Luftstrom erzeugt wird, der über die Brennkraftmaschine 301 oder einen mit der Brennkraftmaschine 301 thermisch gekoppelten Wärmetauscher und schließlich auf die Traktionsbatterie 303 oder einen mit der Traktionsbatterie 303 thermisch gekoppelten Wärmetauscher strömt.In heating mode, thermal energy in particular is transferred from
BezugszeichenlisteReference List
- 100100
- Temperierungssystemtempering system
- 101101
- LüfterFan
- 103103
- Lüfterradfan wheel
- 105105
- Kontrollgerätcontrol device
- 107107
- Temperatursensortemperature sensor
- 109109
- Batteriebattery
- 111111
- Wärmetauscherheat exchanger
- 113113
- Wärmetauscherheat exchanger
- 115115
- Wärmetauscherheat exchanger
- 117117
- Klappenelementflap element
- 119119
- Pfeilarrow
- 121121
- Pfeilarrow
- 200200
- Temperierungsverfahrentempering process
- 201201
- Ermittlungsschrittdiscovery step
- 203203
- Einstellungsschrittadjustment step
- 300300
- Hybridfahrzeughybrid vehicle
- 301301
- Brennkraftmaschineinternal combustion engine
- 303303
- Traktionsbatterietraction battery
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- DE 102009059982 A1 [0004]DE 102009059982 A1 [0004]
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-
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