DE102020132862A1 - Kontrolle der kühlmitteltemperatur in einem energiespeichergehäuse - Google Patents

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Abstract

Ein Verfahren zur Steuerung der Temperatur eines Kühlmittels, das einem Batterie-Pack zugeführt wird, umfasst die Erfassung einer Anforderung zum Laden des Batterie-Packs und die Steuerung einer Laderate des Batterie-Packs über die elektronische Steuerung. Das Verfahren umfasst auch das Bestimmen des Taupunktes im Inneren des Batterie-Packs während des Ladevorgangs. Das Verfahren umfasst zusätzlich die Steuerung einer Kühlmittelzufuhr zum Batterie-Pack während des Ladevorgangs. Das Verfahren umfasst auch das Regeln einer Temperatur des Kühlmittels, um den Batterie-Pack während des Ladevorgangs über dem ermittelten Taupunkt zu halten. Das Verfahren kann ferner die Maximierung der Laderate bei der geregelten Temperatur des Kühlmittels umfassen. Ein Batteriesystem, das einen elektronischen Regler verwendet, der für die Durchführung eines solchen Verfahrens eingerichtet ist, und ein Kraftfahrzeug, das ein solches Batteriesystem verwendet, fallen ebenfalls in den Anwendungsbereich der vorliegenden Offenbarung.

Description

  • Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein System und ein Verfahren zur Kontrolle der Temperatur eines Kühlmittels in einem Energiespeichergehäuse.
  • Ein elektrisches Energiespeicher- oder Batteriesystem kann eine Vielzahl von Batteriezellen umfassen, die relativ nahe beieinander liegen und in einem Gehäuse untergebracht sind. Batterien können grob in Primär- und Sekundärbatterien eingeteilt werden. Primärbatterien, die auch als Einwegbatterien bezeichnet werden, sind dazu bestimmt, bis zur Erschöpfung verwendet zu werden; danach werden sie einfach durch neue Batterien ersetzt.
  • Sekundärbatterien, die häufiger als wiederaufladbare Batterien (Akkus) bezeichnet werden, verwenden spezielle chemische Verfahren, die es ermöglichen, solche Batterien wiederholt aufzuladen und wiederzuverwenden, und bieten daher im Vergleich zu Einwegbatterien wirtschaftliche, ökologische und benutzerfreundliche Vorteile.
  • Wiederaufladbare Batterien können zum Antrieb so unterschiedlicher Gegenstände wie Spielzeug, Unterhaltungselektronik und Kraftfahrzeuge verwendet werden. Bestimmte chemische Kenngrößen von wiederaufladbaren Batterien, wie z.B. Lithium-Ionen-Zellen, sowie externe Faktoren können interne Reaktionsraten verursachen, die beträchtliche Mengen an thermischer Energie erzeugen. Wenn sie nicht von einer wirksamen Kühlung begleitet werden, können solche chemischen Reaktionen dazu führen, dass von den Batterien mehr Wärme erzeugt als effektiv abgeführt wird, wodurch die Batterien beschädigt werden können. In Batterie-Arrays wird häufig eine Flüssigkeitskühlung eingesetzt, um die Ausbreitung von Wärmeenergie von einer Zelle mit erhöhter Temperatur auf benachbarte Zellen zu reduzieren.
  • BESCHREIBUNG
  • Ein Verfahren zur Steuerung der Temperatur eines Kühlmittels, das einem Batterie-Pack während des Ladevorgangs zugeführt wird, umfasst die Erfassung einer Anforderung zum Laden des Batterie-Packs über eine elektronische Steuerung. Das Verfahren umfasst auch die Steuerung einer Ladegeschwindigkeit des Batterie-Packs über die elektronische Steuerung. Das Verfahren umfasst zusätzlich das Bestimmen des Taupunktes im Inneren des Batterie-Packs während des Ladevorgangs über die elektronische Steuerung. Das Verfahren umfasst auch die Steuerung einer Kühlmittelzufuhr zum Batterie-Pack während des Ladens des Batterie-Packs über Die elektronische Steuerung. Das Verfahren umfasst zusätzlich das Regeln einer Temperatur des Kühlmittels über die elektronische Steuerung, um den Batterie-Pack während des Ladevorgangs über dem ermittelten Taupunkt zu halten. Das Verfahren kann auch die Maximierung der Laderate bei der geregelten Temperatur des Kühlmittels über die elektronische Steuerung umfassen.
  • Das Bestimmen des Taupunktes kann die Erfassung einer Kennlinie umfassen, die eine Temperatur im Inneren des Batterie-Packs über einen ersten Sensor in Verbindung mit der elektronischen Steuerung anzeigt. Darüber hinaus kann das Bestimmen des Taupunktes die Erfassung einer Kenngröße, die die Feuchtigkeit im Inneren des Batterie-Packs anzeigt, über einen zweiten Sensor in Verbindung mit dem elektronischen Steuerung umfassen. Darüber hinaus kann das Bestimmen des Taupunktes auch die Verwendung der jeweiligen von dem ersten und zweiten Sensor erfassten Kenngrößen in einer Nachschlagetabelle umfassen.
  • Der Batterie-Pack kann ein Batterie-Packgehäuse enthalten. Sowohl der erste als auch der zweite Sensor können innerhalb des Batterie-Packgehäuses angeordnet werden.
  • Das Verfahren kann auch beinhalten, dass über die elektronische Steuerung die Temperatur des Kühlmittels über eine erste Schwellentemperatur eingestellt wird, die so gewählt wird, dass die Lithiumplattierung im Inneren des Batterie-Packs minimiert wird. Die erste Schwellentemperatur ist eine Mindesttemperatur zur Unterstützung einer maximalen Laderate, die die Bildung einer Lithiumplattierung innerhalb des Batterie-Packs verhindert oder minimiert.
  • Das Verfahren kann auch beinhalten, dass über die elektronische Steuerung die Temperatur des Kühlmittels über eine zweite Schwellentemperatur eingestellt wird, die so gewählt wird, dass die Kondensation im Inneren des Batterie-Packs minimiert wird. Mit anderen Worten, die zweite Schwellentemperatur ist eine Mindesttemperatur zur Unterstützung einer maximalen Laderate, die die Kondensation im Inneren des Batterie-Packs verhindert oder minimiert.
  • Die Einstellung der Kühlmitteltemperatur kann die Erwärmung des Kühlmittels über die ermittelte Temperatur im Inneren des Batterie-Packs einschließen, um das Batterie-Pack während des Ladevorgangs über dem ermittelten Taupunkt zu halten.
  • Der Batterie-Pack kann in einem Kraftfahrzeug mit einer Fahrzeugkabine angeordnet werden. Der Batterie-Pack kann im Inneren des Kraftfahrzeugs angeordnet werden. Als Kenngröße für die Temperatur im Inneren des Batterie-Packs kann die Temperatur im Fahrzeuginnenraum und als Kenngröße für die Luftfeuchtigkeit im Inneren des Batterie-Packs kann die Luftfeuchtigkeit im Fahrzeuginnenraum angegeben werden. Der erste Sensor kann so eingerichtet werden, dass er die Temperatur direkt in der Fahrzeugkabine erfasst, während der zweite Sensor so eingerichtet werden kann, dass er die Luftfeuchtigkeit direkt in der Fahrzeugkabine erfasst. In einer solchen Ausführung kann das Bestimmen des Taupunktes die Rationalisierung des Taupunktes innerhalb des Batterie-Packs während des Ladevorgangs über die elektronische Steuerung in Erwiderung auf die ermittelte Temperatur innerhalb des Fahrzeuginnenraums und die ermittelte Feuchtigkeit innerhalb des Fahrzeuginnenraums umfassen.
  • Ein Batteriesystem, bei dem ein elektronisches Steuergerät eingesetzt wird, um das oben genannte Verfahren zur Steuerung der Kühlmitteltemperatur durchzuführen, und ein Kraftfahrzeug, das ein solches Batteriesystem verwendet, werden ebenfalls offengelegt.
  • Die oben genannten Merkmale und Vorteile sowie andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung ergeben sich ohne weiteres aus der folgenden detaillierten Beschreibung der Ausführungsform(en) und der besten Art(en) zur Durchführung der beschriebenen Offenbarung, wenn sie in Verbindung mit den beiliegenden Figuren und beigefügten Ansprüchen genommen werden.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine schematische Draufsicht einer Ausführungsform eines Kraftfahrzeugs, das einen Hybrid-Antriebsstrang mit mehreren Energiequellen und ein Batteriesystem mit einem Batterie-Pack verwendet, der so eingerichtet ist, dass er elektrische Energie zur Versorgung der Energiequellen mit elektrischer Energie erzeugt und speichert, entsprechend der Offenbarung.
    • 2 ist eine schematische Explosionsdarstellung eines in 1 gezeigten Batteriemoduls aus der Draufsicht, bei der das Batterie-Pack und eine Kühlplatte so eingerichtet sind, dass die Temperatur des Batterie-Packs über eine Kühlmittelzufuhr geregelt wird, wie in der Offenbarung angegeben.
    • 3 zeigt Ein Verfahren zur Kontrolle der Temperatur des Kühlmittels, das dem in 1-2 gezeigten Batterie-Pack während des Ladevorgangs zugeführt wird.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Unter Bezugnahme auf 1 ist ein Kraftfahrzeug 10 mit einem Antriebsstrang 12 dargestellt. Das Fahrzeug 10 kann unter anderem ein Nutzfahrzeug, Industriefahrzeug, Personenkraftwagen, Flugzeug, Wasserfahrzeug, Zug oder ähnliches sein. Es wird auch in Betracht gezogen, dass das Fahrzeug 10 eine mobile Plattform sein kann, wie z.B. ein Flugzeug, ein Geländefahrzeug (ATV), ein Boot, ein persönlicher Bewegungsapparat, ein Roboter und ähnliches, um die Zwecke dieser Offenbarung zu erfüllen. Der Antriebsstrang 12 umfasst eine Energiequelle 14, die so eingerichtet ist, dass sie ein Energiequellen-Drehmoment T (dargestellt in 1) für den Antrieb des Fahrzeugs 10 über die angetriebenen Räder 16 relativ zu einer Straßenoberfläche 18 erzeugt. Die Stromquelle 14 ist als Elektromotor-Generator dargestellt. Wie in 1 dargestellt, kann der Antriebsstrang 12 auch eine zusätzliche Energiequelle 20, wie z.B. einen Verbrennungsmotor, enthalten. Die Stromquellen 14 und 20 können zusammenwirken, um das Fahrzeug 10 anzutreiben.
  • Das Fahrzeug 10 enthält zusätzlich eine programmierbare elektronische Steuerung 22 und ein Batteriesystem 24, die so eingerichtet sind, dass sie elektrische Energie durch wärmeerzeugende elektrochemische Reaktionen erzeugen und speichern, um die elektrische Energie an die Stromquellen 14 und 20 zu liefern. Die elektronische Steuerung 22 kann so programmiert werden, dass es den Antriebsstrang 12 und das Batteriesystem 24 so steuert, dass ein vorgegebenes Drehmoment T der Stromquelle und verschiedene andere Fahrzeugsysteme erzeugt werden. Die elektronische Steuerung 22 kann eine Zentraleinheit (CPU) enthalten, die verschiedene Funktionen im Fahrzeug 10 regelt, oder als Antriebsstrang-Steuermodul (PCM) eingerichtet werden, das zur Steuerung des Antriebsstrangs 12 eingerichtet ist. In jeder der obigen Konfigurationen enthält die elektronische Steuerung 22 einen Prozessor und einen fühlbaren, nicht vorübergehenden Speicher, der Anweisungen für den Betrieb des Antriebsstrangs 12 und des Batteriesystems 24 enthält, die darin programmiert sind. Der Speicher kann ein geeignetes beschreibbares Medium sein, das an der Bereitstellung computerlesbarer Daten oder Prozessanweisungen beteiligt ist. Ein solches beschreibbares Medium kann viele Formen annehmen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf nichtflüchtige Medien und flüchtige Medien.
  • Nichtflüchtige Medien für die elektronische Steuerung 22 können z.B. optische oder magnetische Platten und andere persistente Speicher sein. Zu den flüchtigen Medien können z.B. dynamische Schreib-Lese-Speicher (DRAM) gehören, die einen Hauptspeicher darstellen können. Solche Befehle können über ein oder mehrere Übertragungsmedien übertragen werden, einschließlich Koaxialkabel, Kupferdraht und Glasfaseroptik, einschließlich der Drähte, die einen an einen Prozessor eines Computers gekoppelten Systembus umfassen, oder über eine drahtlose Verbindung. Der Speicher der elektronischen Steuerung22 kann auch eine flexible Platte, eine Festplatte, ein Magnetband, ein anderes magnetisches Medium, eine CD-ROM, eine DVD, ein anderes optisches Medium usw. umfassen. Die elektronische Steuerung 22 kann mit anderer erforderlicher Computer-Hardware eingerichtet oder ausgestattet sein, wie z.B. einem Hochgeschwindigkeitstaktgeber, den erforderlichen Analog-Digital- (A/D) und/oder Digital-Analog- (D/A) Schaltungen, Ein-/Ausgabeschaltungen und -geräten (E/A) sowie einer geeigneten Signalkonditionierung und/oder Pufferschaltung. Algorithmen, die von der elektronischen Steuerung 22 benötigt werden oder für diese zugänglich sind, können im Speicher gespeichert und automatisch ausgeführt werden, um die erforderliche Funktionalität des Antriebsstrangs 12 und des Batteriesystems 24 bereitzustellen.
  • Das Batteriesystem 24 kann über einen Hochspannungs-BUS (nicht abgebildet) an die Stromquellen 14 und 20, die elektronische Steuerung 22 sowie an andere Fahrzeugsysteme angeschlossen werden. Wie in 2 dargestellt, enthält das Batteriesystem 24 ein Batteriemodul 26 mit einer oder mehreren wiederaufladbaren Energiespeicherzellen, die einen Batterie-Pack 28 bilden. Der Batterie-Pack 28 ist so eingerichtet, dass er einen elektrischen Strom zum Antrieb des Elektromotor-Generators 14 liefert. Die Energiespeicherzelle(n) im Batterie-Pack 28 können vom Typ Lithium-Ionen sein. Bei den meisten Lithium-Ionen-Batterien besteht eine positive Elektrode aus einem Metalloxid, die negative Elektrode aus Kohlenstoff und der Elektrolyt aus einem Lithiumsalz in einem organischen Lösungsmittel. Wie gezeigt, kann der Batterie-Pack 28 ein Batterie-Packgehäuse oder ein Gehäuse 30 enthalten.
  • Operativ ist die elektronische Steuerung 22 Teil des Batteriesystems 24 und wird speziell eingerichtet, d.h. programmiert, um eine Anforderung 32 zum Laden des Batterie-Packs 28 zu erkennen. Die Anforderung 32 zum Laden des Batterie-Packs 28 kann das Ergebnis der Erkennung sein, dass der Ladezustand des Batterie-Packs (SOC) unter einen vorbestimmten SOC gefallen ist. Die elektronische Steuerung 22 würde dann eine bestimmte Laderate 34 des Batterie-Packs 28 befehlen, indem es in Erwiderung auf die erkannte Anforderung 32 einen Wert für den in das Batterie-Pack fließenden Ladestrom festlegt. Im Allgemeinen ist die Laderate eines Lithium-Ionen-Batterie-Packs 28 von der Umgebungstemperatur abhängig, z.B. kann eine Schnellladung im Bereich von 5 bis 45°C befohlen werden, und für optimale Ergebnisse kann sie im Bereich von 10 bis 30°C erfolgen.
  • Im Allgemeinen hängt die Lebensdauer von Lithium-Ionen-Batterien vom Zellmaterial, den Betriebsbedingungen und den Umgebungsbedingungen ab. In Fahrzeuganwendungen sind Batteriesysteme typischerweise schwankenden Umweltbedingungen ausgesetzt. Um den sicheren Betrieb des Batteriesystems 24 zu gewährleisten und seine Lebensdauer zu verlängern, ist das Batteriesystem mit einem Kühlsystem 36 ausgestattet. Das Kühlsystem 36 kann ein Flüssigkeits- oder ein Verdampfungs-Kühlsystem sein, das z.B. ein Kühlmittel 38A durch eine Kühlplatte 38 zirkulieren lässt, die als Teil des Batteriemoduls 26 angeordnet ist, wie in 2 dargestellt. Die Verwendung des Kühlsystems 36 kann jedoch zur Kondensation von Wasser im Gehäuse des Batterie-Packs 30 führen. Kondensation tritt auf, wenn z.B. die Temperatur der Kühlplatte 38 unter den Taupunkt fällt. Kondenswasser im Inneren des Batteriesystems 24 kann Systemkomponenten beschädigen, Korrosion verursachen, den Isolationswiderstand des Batteriesystems verringern und die Alterung der Batteriezellen beschleunigen. Diese Effekte können die Lebensdauer des Batteriesystems 30 verkürzen, insbesondere die der elektrischen Geräte und Metallteile des Systems.
  • Lithium-Ionen-Batterien sind auch anfällig für Lithiumplattierung, auch Abscheidung genannt, innerhalb der Batteriezellen. Im Allgemeinen ist die Lithiumplattierung die Bildung von metallischem Lithium um die Anode von Lithium-Ionen-Batterien während des Ladevorgangs. Die Lithiumplattierung kann mit der Zeit zu Fehlfunktionen dieser Batterien führen. Unter normalen Ladebedingungen in einem Lithium-Ionen-Akku, wie z.B. dem Batterie-Pack 28, pendeln Lithium-Ionen (Li+) von der Kathode zur Anode und interkalieren, d.h. sie werden schnell in das geschichtete aktive Material (typischerweise Graphit) der Anode eingebracht oder zwischengeschaltet, was keine Anoden-Lithium-Plattierung induziert. Die Lithiumplattierung findet während der Interkalation statt, da die Lithiumplattierung kinetisch günstig ist, da das Arbeitspotential von Graphit dem der metallischen Lithiumabscheidung sehr nahe kommt.
  • Die Hauptgründe für die Lithiumplattierung sind 1) hohe Batterieladerate und Überladung, d.h. hoher Ladestrom, der die Lithiumionen zwingt, sich mit einer schnelleren Reaktionsgeschwindigkeit zu bewegen und sich auf der Oberfläche der Anode zu akkumulieren, 2) niedrige Ladetemperatur, die eine Verlangsamung der Reaktionsgeschwindigkeit bewirkt und dadurch die Einlagerung von Lithiumionen beeinflusst, und 3) physikalische Aspekte des Batteriedesigns, wie z.B. ein niedriges Anoden/Kathoden-Verhältnis und Herstellungsfehler. Im Allgemeinen reagiert das so abgeschiedene Lithiummetall leicht mit dem Elektrolyten, der einerseits aktives Lithium und Elektrolyt verbraucht und andererseits den Verlust des elektrischen Kontakts eines Teils des abgeschiedenen Lithiums mit der Anode (als totes Lithium bezeichnet) verursacht, wodurch der Kapazitätsschwund beschleunigt wird. Darüber hinaus bildet die Reaktion zwischen Lithiummetall und Elektrolyt einen redundanten Grenzflächenfilm, der die Anodenpolarisation erhöht und wiederum eine weitere Anoden-Lithium-Plattierung fördert. Darüber hinaus kann das kontinuierliche Wachstum von dendritischem Lithium den Batterieseparator durchbohren und einen internen Kurzschluss induzieren, was zu einer thermischen Landebahn in der Batterie führen kann.
  • Die elektronische Steuerung 22 ist speziell programmiert, um die Kühlung des Batterie-Packs 28 zu steuern, um einen optimierten Ladevorgang zu gewährleisten und gleichzeitig die Kondensation von Wasser im Batterie-Packgehäuse 30 zu kontrollieren und die Lithiumplattierung um die Akkuanode zu minimieren. Zu diesem Zweck ist die elektronische Steuerung 22 zusätzlich so eingerichtet, dass sie während des Ladevorgangs einen Taupunkt 39 im Inneren des Batterie-Packs 28 bestimmt. Die elektronische Steuerung 22 ist außerdem so eingerichtet, dass sie eine Kühlmittelzufuhr von 38A zum Batterie-Pack 28 steuert, während der Batterie-Pack geladen wird. Die elektronische Steuerung 22 ist zusätzlich so eingerichtet, dass sie eine Temperatur des Kühlmittels 38A regelt, um den Batterie-Pack 28 über dem ermittelten Taupunkt 39 zu halten, um die Kondensation im Inneren des Batterie-Packs während des Ladevorgangs zu minimieren. Die elektronische Steuerung 22 kann zusätzlich eingerichtet werden, um die Laderate 34 zu maximieren, z.B. durch Regeln des Wertes des Ladestroms, der dem Batterie-Pack 28 bei der geregelten Temperatur des Kühlmittels 38A zugeführt wird.
  • Das Batteriesystem 24 kann zusätzlich einen ersten Sensor 40 in Kommunikation mit der elektronische Steuerung 22 enthalten. Der erste Sensor 40 ist so eingerichtet, dass er eine Kennlinie erkennt, die die Temperatur im Inneren des Batterie-Packs 28 anzeigt. Das Batteriesystem 24 kann zusätzlich einen zweiten Sensor 42 in Kommunikation mit dem elektronischen Steuerung 22 enthalten. Der zweite Sensor 42 ist so eingerichtet, dass er eine Kenngröße erfasst, die die Feuchtigkeit im Inneren des Batterie-Packs anzeigt. In einer solchen Ausführung kann die Steuerung 22 mit einer mathematischen Beziehung 43 zum Bestimmen des psychrometrischen Verhältnisses programmiert werden, d.h. des Verhältnisses des Wärmeübergangskoeffizienten zum Produkt aus Massenübergangskoeffizient und feuchter Wärme an einer benetzten Oberfläche, das wie folgt aussieht r = h c k y c s
    Figure DE102020132862A1_0001
    wobei „r“ ein psychrometrisches Verhältnis (dimensionslos) darstellt; „hc“ einen Wärmeübergangskoeffizienten darstellt (in W m-2 K-1); „ky“ den konvektiven Massentransferkoeffizienten darstellt (in kg m-2 s-1); und „cs“ feuchte Wärme darstellt (in J kg-1 K-1). Im Allgemeinen bezieht das psychrometrische Verhältnis die absolute Feuchte und die Sättigungsfeuchte auf die Differenz zwischen der Trockentemperatur und der adiabatischen Sättigungstemperatur.
  • Die mathematische Beziehung 43 kann verwendet werden, um den Taupunkt 39 unter Verwendung der jeweiligen Kenngrößen zu bestimmen, die vom ersten und zweiten Sensor 40, 42 erfasst werden. Alternativ kann die mathematische Beziehung 43 verwendet werden, um experimentelle Daten auszuwerten und eine Nachschlagetabelle 44 auf der Grundlage eines psychrometrischen Diagramms zu erstellen. Im Allgemeinen ist ein psychrometrisches Diagramm ein Graph der thermodynamischen Parameter von feuchter Luft bei konstantem Druck, der oft mit einer Höhe relativ zum Meeresspiegel gleichgesetzt wird. Die sich daraus ergebende Nachschlagetabelle 44 kann dann in die Steuerung 22 programmiert werden, um den Taupunkt 39 auf der Grundlage der vom ersten und zweiten Sensor 40, 42 erfassten Kenngrößen zu bestimmen. In einer bestimmten, in 2 gezeigten Ausführung können sowohl der erste Sensor 40 als auch der zweite Sensor 42 innerhalb des Batteriegehäuses 30 angeordnet werden. Dementsprechend kann in einer solchen Ausführung die Kenngröße, die die Temperatur im Inneren des Batterie-Packs 28 anzeigt, die tatsächlich im Inneren des Batterie-Pack-Gehäuses 30 gemessene Temperatur sein. In ähnlicher Weise kann die Kennlinie, die die Feuchtigkeit im Inneren des Batterie-Packs 28 anzeigt, die tatsächlich im Inneren des Batterie-Pack-Gehäuses 30 gemessene Feuchtigkeit sein.
  • Die elektronische Steuerung 22 kann auch so eingerichtet werden, dass die Temperatur des Kühlmittels 38A über einer ersten Schwellentemperatur 46 eingestellt wird. Die erste Schwellentemperatur 46 kann gewählt werden, um die Lithiumplattierung innerhalb des Batterie-Packs 28 zu minimieren. Insbesondere ist die erste Schwellentemperatur 46 eine niedrige Temperaturgrenze, die so eingerichtet ist, dass sie die Laderate 34 maximiert und gleichzeitig die Bildung von Lithium-Plattierung im Inneren des Batterie-Packs 28 begrenzt. Die elektronische Steuerung 22 kann zusätzlich eingerichtet werden, um die Temperatur des Kühlmittels 38A über eine zweite Schwellentemperatur 48 einzustellen. Die zweite Schwellentemperatur 48 kann so gewählt werden, dass die Kondensation im Inneren des Batterie-Packs 28 minimiert wird. Im Besonderen ist die zweite Schwellentemperatur 48 eine untere Temperaturgrenze, die so eingerichtet ist, dass die Laderate 34 zusammen mit der Begrenzung der Kondensation im Inneren des Batterie-Packs 28 maximiert wird.
  • Die elektronische Steuerung 22 kann speziell programmiert werden, um die Temperatur des Kühlmittels 38A über den höheren Wert der ersten Schwellentemperatur 46 und der zweiten Schwellentemperatur 48 einzustellen, um sowohl die Lithiumplattierung als auch die Kondensation im Inneren des Batterie-Packs 28 zu minimieren und gleichzeitig die Laderate 34 zu maximieren. Die elektronische Steuerung 22 kann zusätzlich so eingerichtet werden, dass sie die Erwärmung des Kühlmittels 38A steuert, um die Kühlmitteltemperatur einzustellen. Insbesondere kann das Kühlmittel 38A durch einen Wärmetauscher 50 (dargestellt in 1) geleitet oder umgewälzt werden und dadurch erwärmt werden, um die Temperatur im Inneren des Batterie-Packs 28 zu erhöhen oder aufrechtzuerhalten, um die Umgebung im Inneren des Batterie-Packs 30 während des Ladevorgangs über dem festgelegten Taupunkt 39 zu halten.
  • Unter erneuter Bezugnahme auf 1 darf das Kraftfahrzeug 10 eine Fahrzeugkabine 10A haben. Die Fahrzeugkabine 10A ist mit einem Paneel 10B mit variabler Position ausgestattet, wie z.B. einem Glasfenster, das so eingerichtet ist, dass es die Größe einer Öffnung zwischen der Fahrzeugkabine und der Umgebung kontrolliert. Wenn die Öffnung durch die Paneel 10B mit variabler Position freigelegt wird, kann die Umgebungsluft in die Kabine 10A eindringen. In einer solchen Ausführung kann die Kenngröße, die die Temperatur im Inneren des Batterie-Packs 28 anzeigt, die Temperatur in der Fahrzeugkabine 10A sein, und die Kenngröße, die die Feuchtigkeit im Inneren des Batterie-Packs anzeigt, die Feuchtigkeit in der Fahrzeugkabine (und im Allgemeinen die Feuchtigkeit der Umgebung).
  • Darüber hinaus kann der erste Sensor 40 innerhalb der Fahrzeugkabine 10A angeordnet und so eingerichtet werden, dass er die Temperatur darin direkt erfasst. Der zweite Sensor 42 kann in ähnlicher Weise innerhalb der Fahrzeugkabine 10A angeordnet und so eingerichtet werden, dass er die darin enthaltene Feuchtigkeit direkt erfasst. Die elektronische Steuerung 22 kann zusätzlich so eingerichtet werden, dass sie den Taupunkt 39 innerhalb des Batterie-Packs 28 in Erwiderung auf die erfasste Temperatur und die erfasste Feuchtigkeit innerhalb der Fahrzeugkabine 10A (eine Position des Paneels 10B) rationalisiert. Eine Korrelation zwischen dem Taupunkt im Inneren des Batterie-Packs 28 und der erfassten Temperatur und Luftfeuchtigkeit in der Fahrzeugkabine 10A kann empirisch entwickelt und in Die elektronische Steuerung 22 programmiert werden, z.B. als Nachschlagetabelle 52, auf die während des Ladens des Batterie-Packs 28 zugegriffen werden kann.
  • Ein Verfahren 100 zur Kontrolle des Taupunktes 39 im Batterie-Pack 28 während des Ladevorgangs ist in 3 dargestellt und wird nachstehend unter Bezugnahme auf die in 1-2 dargestellte Struktur beschrieben. Das Verfahren 100 beginnt in 102 mit der Erkennung einer Anforderung zum Laden des Batterie-Packs 28 durch die elektronische Steuerung 22. Nach Rahmen 102 geht das Verfahren zu Rahmen 104 über. In Rahmen 104 beinhaltet das Verfahren die Steuerung der Ladegeschwindigkeit 34 des Batterie-Packs 28 über die elektronische Steuerung 22. Nach Rahmen 104 geht das Verfahren zu Rahmen 106 über, wo das Verfahren das Bestimmen des Taupunktes 39 im Inneren des Batterie-Packs 28 während des Ladevorgangs über die elektronische Steuerung 22 umfasst.
  • Wie in Bezug auf 1-2 beschrieben, kann der erste Sensor 40 eine Kenngröße erkennen, die die Temperatur im Inneren des Batterie-Packs 28 anzeigt, indem er speziell die Temperatur im Inneren des Batterie-Pack-Gehäuses 30 misst. In ähnlicher Weise kann der zweite Sensor 42 eine Kenngröße erkennen, die auf die Feuchtigkeit im Inneren des Batterie-Packs 28 hinweist, indem er speziell die Feuchtigkeit im Inneren des Batterie-Pack-Gehäuses 30 misst. In einer getrennten Ausführung, wie zusätzlich in Bezug auf 1-2 beschrieben, kann die Kenngröße, die die Temperatur innerhalb des Batterie-Packs 28 anzeigt, die Temperatur innerhalb der Fahrzeugkabine 10A sein, während die Kenngröße, die die Feuchtigkeit innerhalb des Batterie-Packs 28 anzeigt, die Feuchtigkeit innerhalb der Fahrzeugkabine sein kann.
  • In der obigen Ausführung kann der erste Sensor 40 innerhalb der Fahrzeugkabine 10A angeordnet und so eingerichtet werden, dass er die Temperatur direkt darin erfasst. In ähnlicher Weise kann der zweite Sensor 42 in der Fahrzeugkabine 10A angeordnet und so eingerichtet werden, dass er die Feuchtigkeit direkt darin erfasst. Dementsprechend kann das Bestimmen des Taupunktes 39 eine Rationalisierung des Taupunktes 39 innerhalb des Batterie-Packs während des Ladevorgangs in Erwiderung auf die ermittelte Temperatur innerhalb der Fahrzeugkabine 10A und die ermittelte Feuchtigkeit innerhalb der Fahrzeugkabine umfassen. Nach diesem Verfahren kann die Steuerung 22 mit der mathematischen Beziehung 43 und/oder der Nachschlagetabelle 52 programmiert werden und die jeweiligen von dem ersten und zweiten Sensor 40, 42 erfassten Kenngrößen zum Bestimmen des Taupunktes im Inneren des Batterie-Packs 28 verwenden.
  • Nach Rahmen 106 kann das Verfahren zu Rahmen 108 übergehen. In Rahmen 108 umfasst das Verfahren die Steuerung der Kühlmittelzufuhr 38A zum Batterie-Pack 28 über die elektronische Steuerung 22, während das Batterie-Pack geladen wird. Nach Rahmen 108 geht das Verfahren zu Rahmen 110 über. In Rahmen 110 umfasst das Verfahren das Regeln der Temperatur des Kühlmittels 38A über die elektronische Steuerung 22, um den Batterie-Pack 28 über dem festgelegten Taupunkt 39 zu halten. Wie in Bezug auf 1-2 oben beschrieben, dient das Halten des Batterie-Packs 28 über dem festgelegten Taupunkt 39 insbesondere dazu, die Kondensation und Lithiumplattierung im Inneren des Batterie-Packs während des Ladevorgangs zu minimieren. In Rahmen 110 kann das Verfahren auch die Einstellung der Temperatur des Kühlmittels 38A über die erste Schwellentemperatur 46 umfassen, die gewählt wurde, um die Lithiumplattierung im Inneren des Batterie-Packs 28 zu minimieren. Zusätzlich kann das Verfahren in Rahmen 110 die Einstellung der Temperatur des Kühlmittels 38A über die zweite Schwellentemperatur 48 einschließen, die gewählt wurde, um die Kondensation im Inneren des Batterie-Packs 28 zu minimieren. Die Einstellung der Temperatur des Kühlmittels 38A kann insbesondere die Erwärmung des Kühlmittels 38A über die bestimmte Temperatur im Inneren des Batterie-Packs 28 umfassen.
  • Nach Rahmen 110 kann das Verfahren zu Rahmen 112 übergehen. In Rahmen 112 umfasst das Verfahren die Maximierung der Laderate 34 über den elektronischen Regler 22 bei der geregelten Temperatur des Kühlmittels 38A. Im Anschluss an Rahmen 110 oder 112 kann das Verfahren zu Rahmen 102 zurückschleifen, um einen weiteren Regelzyklus zur Erkennung einer Anforderung zum Laden des Batterie-Packs 28 und zur Kühlung des Batterie-Packs durchzuführen, während die Kondensation und Lithiumplattierung innerhalb des Batterie-Packs während des Ladevorgangs minimiert wird. Alternativ kann das Verfahren entweder nach Rahmen 110 oder 112 in Rahmen 114 enden.
  • Die detaillierte Beschreibung und die Figuren oder Abbildungen sind unterstützend und beschreibend für die Offenbarung, aber der Umfang der Offenbarung wird allein durch die Ansprüche definiert. Während einige der bevorzugten Ausführungsformen und andere Ausführungsformen zur Durchführung der beanspruchten Offenbarung ausführlich beschrieben wurden, gibt es verschiedene alternative Muster und Ausführungsformen zur Durchführung der in den beigefügten Ansprüchen definierten Offenbarung. Darüber hinaus sind die in den Figuren gezeigten Ausführungsformen oder die Kenngrößen der verschiedenen Ausführungsformen, die in der vorliegenden Beschreibung erwähnt werden, nicht unbedingt als voneinander unabhängige Ausführungsformen zu verstehen. Vielmehr ist es möglich, dass jedes der in einem der Ausführungsbeispiele beschriebenen Kenngrößen mit einer oder mehreren anderen gewünschten Kenngrößen aus anderen Ausführungsformen kombiniert wird, was zu anderen Ausführungsformen führt, die nicht in Worten oder durch Bezugnahme auf die Figuren beschrieben sind. Dementsprechend fallen solche anderen Ausführungsformen in den Rahmen des Geltungsbereichs der beigefügten Ansprüche.

Claims (10)

  1. Ein Verfahren zum Steuern der Temperatur eines Kühlmittels, das einem Batterie-Pack zugeführt wird, wobei das Verfahren umfasst: Erkennen, über eine elektronische Steuerung, einer Anforderung zum Laden des Batterie-Packs; Steuern, über die elektronische Steuerung, einer Ladegeschwindigkeit des Batterie-Packs; Bestimmen, über die elektronische Steuerung, eines Taupunktes im Inneren des Batterie-Packs während des Ladevorgangs; Befehlen, über die elektronische Steuerung, einer Kühlmittelzufuhr zum Batterie-Pack, während der Batterie-Pack geladen wird, und Regeln, über die elektronische Steuerung, einer Temperatur des Kühlmittels, um den Batterie-Pack während des Ladevorgangs über dem festgelegten Taupunkt zu halten.
  2. Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bestimmen des Taupunktes beinhaltet: Erfassen, über einen ersten Sensor, der mit der elektronischen Steuerung in Verbindung steht, einer Kenngröße, die die Temperatur im Inneren des Batterie-Packs anzeigt; Erkennen, über einen zweiten Sensor, der mit dem elektronischen Steuerung in Verbindung steht, einer Kenngröße, die die Feuchtigkeit im Inneren des Batterie-Packs anzeigt; und Verwenden der jeweiligen Kenngrößen, die vom ersten und zweiten Sensor in einer Nachschlagetabelle erfasst werden, um den Taupunkt im Inneren des Batterie-Packs zu bestimmen.
  3. Das Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Batterie-Pack ein Batterie-Packgehäuse aufweist und wobei der erste und der zweite Sensor innerhalb des Batterie-Packgehäuses angeordnet sind.
  4. Das Verfahren nach Anspruch 2, das ferner das Einstellen der Temperatur des Kühlmittels über die elektronische Steuerung über eine erste Schwellentemperatur umfasst, die so gewählt ist, dass die Lithiumplattierung im Inneren des Batterie-Packs minimiert wird.
  5. Das Verfahren nach Anspruch 2, ferner umfassend das Einstellen, über die elektronische Steuerung, der Temperatur des Kühlmittels über eine zweite Schwellentemperatur, die so gewählt ist, dass die Kondensation im Inneren des Batterie-Packs minimiert wird.
  6. Das Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Einstellen der Temperatur des Kühlmittels das Erwärmen des Kühlmittels einschließt, um den Batterie-Pack während des Ladens über dem festgelegten Taupunkt zu halten.
  7. Das Verfahren nach Anspruch 2, wobei: der Batterie-Pack in einem Kraftfahrzeug mit Fahrzeugkabine angeordnet ist; die Kenngröße, die die Temperatur im Inneren des Batterie-Packs angibt, die Temperatur in der Fahrzeugkabine ist, und die Kenngröße, die die Feuchtigkeit im Inneren des Batterie-Packs angibt, die Feuchtigkeit in der Fahrzeugkabine ist; der erste Sensor so eingerichtet ist, dass er die Temperatur direkt in der Fahrzeugkabine erfasst, und der zweite Sensor so eingerichtet ist, dass er die Feuchtigkeit direkt in der Fahrzeugkabine erfasst; und Bestimmen des Taupunktes umfasst das Rationalisieren, über die elektronische Steuerung, des Taupunktes im Inneren des Batterie-Packs während des Ladevorgangs in Erwiderung auf die festgestellte Temperatur in der Fahrzeugkabine und die festgestellte Feuchtigkeit in der Fahrzeugkabine.
  8. Ein Batteriesystem, umfassend: ein Batterie-Pack; und eine elektronische Steuerung, die eingerichtet ist um: eine Anforderung zum Laden des Batterie-Packs zu erkennen; eine Ladegeschwindigkeit des Batterie-Packs vorzugeben; einen Taupunkt im Inneren des Batterie-Packs während des Ladevorgangs zu bestimmen; eine Kühlmittelzufuhr zum Batterie-Pack zu befehlen, während der Batterie-Pack geladen wird; und eine Temperatur des Kühlmittels zu regulieren, um den Batterie-Pack während des Ladevorgangs über dem festgelegten Taupunkt zu halten.
  9. Das System des Anspruchs 8, ferner umfassend: einen ersten Sensor, der so eingerichtet ist, dass er eine Kenngröße erfasst, die die Temperatur im Inneren des Batterie-Packs anzeigt; und einen zweiten Sensor, der so eingerichtet ist, dass er eine Kenngröße erkennt, die auf die Feuchtigkeit im Inneren des Batterie-Packs hinweist; wobei die Steuereinheit so eingerichtet ist, dass sie die jeweiligen von dem ersten und zweiten Sensor erfassten Kenngrößen in einer Nachschlagetabelle verwendet, um den Taupunkt innerhalb des Batterie-Packs zu bestimmen.
  10. Das System nach Anspruch 9, wobei das Batterie-Pack ein Batterie-Packgehäuse umfasst und wobei der erste und der zweite Sensor innerhalb des Batterie-Packgehäuses angeordnet sind.
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