DE102020202983A1 - Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs mit einem Kühlsystem zum Kühlen einer Traktionsbatterie - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs (2) mit einem Kühlsystem (4) zum Kühlen einer Traktionsbatterie (6), mit den Schritten:Einlesen von Reisedaten repräsentativ für eine geplante Fahrstrecke,Einlesen von Betriebsparametern der Traktionsbatterie (6),Auswerten der Reisedaten und der Betriebsparameter um einen Datensatz repräsentativ für einen prognostizierten Temperaturverlauf (T) der Batterietemperatur (T) zu bestimmen,Auswerten des Datensatzes für den prognostizierten Temperaturverlauf (T) der Batterietemperatur (T) um eine Phase (I) besonders hohen Kühlleistungsbedarfs während der Fahrstrecke zu bestimmen,Zwischenspeichern von Kälteenergie während eines Abfahrens der geplanten Fahrstrecke unter Ausnutzung von Wärmespeicherkapazitäten der Traktionsbatterie (6) vor der Phase (I) besonders hohen Kühlleistungsbedarfs zur Bereitstellung während der Phase (I) hoher Kühlleistung, wenn eine Phase I besonders hohen Kühlleistungsbedarfs während der Fahrstrecke bestimmt wurde, wobei eine erforderliche Batterietemperatur (Terf) bestimmt wird, auf die die Traktionsbatterie (6) vor der Phase (I) abgekühlt wird.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs mit einem Kühlsystem zum Kühlen einer Traktionsbatterie.
- Eine Traktionsbatterie (auch als Traktionsakku, Antriebsbatterie oder Zyklenbatterie bezeichnet) ist ein Energiespeicher, der zum Antrieb von Elektrofahrzeugen oder Hybridelektrofahrzeugen dient und aus mehreren zusammengeschalteten Elementen besteht. Sie besteht aus wenigen bis Tausenden parallel und seriell zusammengeschalteten Akkumulator-Zellen oder Zellenblöcken.
- Während des Ladens der Traktionsbatterie mit elektrischer Energie wird Wärmeenergie erzeugt. Auch bei einer Entnahme elektrischer Energie, z.B. während einer Fahrt, wird Wärmeenergie erzeugt. Daher weisen derartige Kraftfahrzeuge ein Kühlsystem zum Kühlen der Traktionsbatterie auf. Ein Energieaustausch erfolgt über Kühlmittel, Luft oder Kältemittel. Jedoch ist ein maximal möglicher Wärmeaustausch konstruktionsbedingt beschränkt. Derartige Kühlsysteme sind z.B. aus der
DE 10 2014 204 260 A1 , derDE 10 2012 204 410 A1 und derDE 10 2009 046 568 A1 bekannt. - Aus der
DE 10 2005 023 365 A1 ist ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Batteriegröße mittels eines mathematischen Batteriemodells bekannt, dass das thermische und/oder elektrische Verhalten einer Batterie beschreibt. Die Batterie kann besonders effektiv genutzt werden, wenn die zukünftige elektrische Belastung der Batterie geschätzt wird und das Batteriemodel die zukünftige Entwicklung der Batteriegröße auf Grundlage der geschätzten elektrischen Belastung berechnet. - Aus der
DE 10 2010 063 376 A1 ist ein Temperaturregelverfahren für einen elektrochemischen Energiespeicher in einem Fahrzeug bekannt, wobei der elektrochemische Energiespeicher zum Zweck seiner Kühlung über eine Kühleinrichtung verfügt, und wobei ein Temperatur-Istwert des elektrochemischen Energiespeichers mit einem Temperaturmessmittel bestimmt und ein Temperatur-Sollwert des elektrochemischen Energiespeichers durch eine Zwei-Punkt-Regeleinrichtung eingestellt wird, welche die Kühleinrichtung bei einer oberen Temperaturgrenze des elektrochemischen Energiespeichers aktiviert und welche die Kühleinrichtung bei einer unteren Temperaturgrenze des elektrochemischen Energiespeichers deaktiviert, bei dem die obere Temperaturgrenze der Zwei-Punkt-Regeleinrichtung und/oder die untere Temperaturgrenze der Zwei-Punkt-Regeleinrichtung während des Betriebs des elektrochemischen Energiespeichers oder während der Aktivierung der Kühleinrichtung zeitabhängig festgelegt wird und bei dem die obere Temperaturgrenze der Zwei-Punkt-Regeleinrichtung und/oder die untere Temperaturgrenze der Zwei-Punkt-Regeleinrichtung in Abhängigkeit von Energiespeicherdaten und/oder Fahrzeugbetriebsdaten festgelegt wird. - Aus der
DE 10 2013 207 535 A1 ist ein Polverbindungsblech für eine Batterie bekannt. - Aus der
DE 10 2014 201 062 A1 ist ein Verfahren zum Steuern einer Geschwindigkeit eines elektrisch angetriebenen Fahrzeuges mit folgenden Schritten bekannt: a) Bereitstellen von Zustandsparametern einer Batterie des elektrisch angetriebenen Fahrzeuges, b) Ermitteln einer Verlustleistung des elektrisch angetriebenen Fahrzeuges für unterschiedliche Geschwindigkeiten; c) Ermitteln einer optimalen Geschwindigkeit, bei der die ermittelte Verlustleistung ein Minimum aufweist; und d) Steuern des elektrisch angetriebenen Fahrzeuges bei der ermittelten, optimalen Geschwindigkeit. - Die Effizienz der Energieentnahme aus der Traktionsbatterie hängt von mehreren Parametern ab, wie Ladezustand, Temperaturniveau oder entnommene elektrische Leistung. Im Allgemeinen liegt der Wirkungsgrad bei ca. 85% bis 95%, beim Schnellladen (der Branchentrend geht in Richtung Werte über 150kW) und bei Hochlastantriebsbedingungen (z.B. Bergauffahren von Schwerfahrzeugen, Höchstgeschwindigkeit, Rennstreckenfahrt) wird in der Traktionsbatterie besonders viel Wärmeenergie erzeugt. Dabei übersteigt die Wärmeenergiemenge die Leistungsfähigkeit des Kühlsystems.
- Die Leistungsfähigkeit des Kühlsystems wird begrenzt durch die Kapazität eines Wärmetauschers sowie durch eine Wärmeübertragungsfläche und einen -koeffizienten zwischen der Traktionsbatterie und einem Kühlsystem). Sobald die Batterietemperatur eine vorbestimmte Temperaturgrenze erreicht hat, reduziert ein Batteriemanagementsystem (BMS) entsprechend die zulässige Energieentnahme oder -zufuhr.
- Dies führt bereits nach kurzer Zeit zu einer reduzierten Laderate und verminderter Leistungsfähigkeit. Insbesondere bei schweren Fahrzeugen mit hohem Luftwiderstand (z.B. ein LKW mit einer Ladefläche großer Stirnfläche) und/oder hohem Gesamtgewicht, kann die Batteriebegrenzung bereits nach wenigen Minuten bei Bergauffahrten erreicht werden.
- Es besteht also Bedarf daran, Wege aufzuzeigen, wie der Betrieb eines Kraftfahrzeugs mit einem Kühlsystem zum Kühlen einer Traktionsbatterie verbessert werden kann.
- Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch ein Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs mit einem Kühlsystem zum Kühlen einer Traktionsbatterie, mit den Schritten:
- Einlesen von Reisedaten repräsentativ für eine geplante Fahrstrecke,
- Einlesen von Betriebsparametern der Traktionsbatterie,
- Auswerten der Reisedaten und der Betriebsparameter um einen Datensatz repräsentativ für einen prognostizierten Temperaturverlauf der Batterietemperatur zu bestimmen,
- Auswerten des Datensatzes für den prognostizierten Temperaturverlauf der Batterietemperatur um eine Phase besonders hohen Kühlleistungsbedarfs während der Fahrstrecke zu bestimmen, und
- Zwischenspeichern von Kälteenergie während eines Abfahrens der geplanten Fahrstrecke unter Ausnutzung von Wärmespeicherkapazitäten der Traktionsbatterie vor der Phase besonders hohen Kühlleistungsbedarfs zur Bereitstellung der benötigten Batterieleistung während der Phase hoher Lastanforderung, wenn eine Phase besonders hohen Kühlleistungsbedarfs während der Fahrstrecke bestimmt wurde, wobei eine erforderliche Batterietemperatur bestimmt, auf die die Traktionsbatterie vor der Phase besonderer Beanspruchung abgekühlt wird.
- Es wird also vor Beginn der eigentlichen Fahrt anhand eines prognostizierten Temperaturverlaufs bestimmt, ob die Gefahr eines Überschreitens eines vorbestimmten Temperaturlimits für die Batterietemperatur besteht. Wenn dies der Fall ist, wird eine Kühlstrategie zum Betrieb des Kühlsystems bestimmt, gemäß der während des Abfahrens der geplanten Fahrstrecke bereits vor der Phase besonders hoher Kühlleistung mit dem Kühlsystem Kälteenergiee bereitgestellt wird, die unter Ausnutzung von Wärmespeicherkapazitäten der Traktionsbatterie dort zwischengespeichert wird und dann während der Phase besonders hoher Kühlleistung zur Verfügung steht. So kann der Betrieb eines Kraftfahrzeugs mit einem Kühlsystem zum Kühlen einer Traktionsbatterie verbessert werden.
- Mit anderen Worten, durch ein Vorkühlen der Batterie auf den Wert der erforderlichen Batterietemperatur vor der Phase besonderer Beanspruchung wird Kälteenergie in der Traktionsbatterie zwischengespeichert, was während der Phase besondere Belastungen einen Betrieb der Traktionsbatterie mit besonders hoher Wärmeentwicklung erlaubt. So kann das Kühlsystem besonders einfach betrieben und zugleich Leistungsreserven der Traktionsbatterie ausgenutzt werden.
- Gemäß einer Ausführungsform wird für die Phase besonders hohen Kühlleistungsbedarf eine erforderliche Batterietemperatur bestimmt, und unter Auswertung zumindest der erforderlichen Batterietemperatur wird ein Startzeitpunkt zum Aktivieren des Kühlsystems bestimmt. Die erforderliche Batterietemperatur bestimmt sich danach, ein Überschreiten eines vorbestimmten Temperaturlimits für die Batterietemperatur zuverlässig zu verhindern. Es wird dann der Zeitpunkt bestimmt, ab dem das Kühlsystem aktiviert wird. So kann besonders einfach das Kühlsystem betrieben werden.
- Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird das Kühlsystem vor Erreichen einer Schaltschwelle zum Aktivieren des Kühlsystems aktiviert. Die Schaltschwelle soll sicherstellen, dass im normalen Betrieb die Batterietemperatur nicht ein Temperaturlimit indikativ für eine maximale Betriebstemperatur überschreitet. Somit wird das Kühlsystem vorher, dass heißt bei Batterietemperaturen aktiviert, bei denen gemäß dem aktuellen Wert für die Batterietemperatur noch gar keine Notwendigkeit besteht, dass Kühlsystem zu aktivieren, um das Temperaturlimit nicht zu überschreiten.
- Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird Kälteenergie während eines Abfahrens der geplanten Fahrstrecke unter Ausnutzung von Wärmespeicherkapazitäten der Traktionsbatterie vor der Phase zwischengespeichert, wenn gemäß dem prognostizierten Temperaturverlauf ein Temperaturlimit indikativ für eine maximale Betriebstemperatur der Traktionsbatterie überschritten wird. So wird es möglich, Leistungsreserven durch Vorkühlen der Traktionsbatterie auszunutzen, die anderenfalls aufgrund der begrenzten Leistungsfähigkeit des Kühlsystems während der Phase besonderer Belastungen nicht ausgeschöpft werden können.
- Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird nach dem Startzeitpunkt mehr Kälteenergie mit dem Kühlsystem erzeugt als die Traktionsbatterie Wärmenergie erzeugt. Mit anderen Worten, während der Phase besonderer Belastungen erzeugt die Traktionsbatterie eine Wärmeenergiemenge, die die Leistungsfähigkeit des Kühlsystems übersteigt. Der Überschuss an Wärmeenergie wird dann durch die in der Wärmekapazität der Traktionsbatterie zwischengespeicherten Kälteenergie kompensiert. So kann ein Kühlsystem mit begrenzter, d.h. geringerer Leistungsfähigkeit verwendet werden.
- Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird während eines Abfahrens eines Teilabschnitts der geplanten Fahrstrecke durch Auswerten von Fahrzeugbetriebsparametern ein Fahrzeuggewicht bestimmt. So kann ein aktuelles Fahrzeuggewicht in Abhängigkeit einer Beladung des Kraftfahrzeugs berücksichtigt werden. So kann die Regelung des Kühlsystems eines Kraftfahrzeugs zum Kühlen einer Traktionsbatterie nochmals verbessert werden.
- Ferner gehören zur Erfindung ein Computerprogrammprodukt, ein Steuergerät und Kühlsystem für ein Kraftfahrzeug sowie ein Kraftfahrzeug mit einem derartigen Kühlsystem.
- Es wird nun die Erfindung anhand einer Zeichnung erläutert. Es zeigen:
-
1 in schematischer Darstellung Komponenten eines Kühlsystems zum Kühlen einer Traktionsbatterie. -
2 in schematischer Darstellung ein Ablaufdiagramm eines Betriebs der in1 gezeigten Komponenten. -
3 in schematischer Darstellung verschiedene Temperaturwerte und -verläufe beim Betrieb der in1 gezeigten Komponenten. - Es wird zunächst auf
1 Bezug genommen. - Dargestellt sind Komponenten eines Kühlsystems
4 zum Kühlen einer Traktionsbatterie6 eines Kraftfahrzeugs2 . - Das Kraftfahrzeug
2 kann als Elektrofahrzeug oder Hybridelektrofahrzeug ausgebildet sein. Ferner kann das Kraftfahrzeug2 als PKW, wie z.B. als Lieferwagen, oder als LKW zum Transport von Gütern ausgebildet sein. - Von den Komponenten des Kühlsystems
4 sind ein Kühler8 , ein Wärmetauscher10 und eine Pumpe12 sowie die sie flüssigkeitsführend verbindenden Leitungen dargestellt. - Der Kühler
8 steht wärmeübertragend in Verbindung mit der Traktionsbatterie6 um sie bei Bedarf zu kühlen. Über eine Zuführleitung wird dem Kühler8 ein Kühlmittel zugeführt, das nach seiner Erwärmung in dem Kühler8 durch eine Abführleitung abgeführt wird. Die Zuführleitung und die Abführleitung enden jeweils an dem Wärmetauscher10 . - Mit anderen Worten, der Kühler
8 und der Wärmetauscher10 bilden mit der Zuführleitung und der Abführleitung einen Kühlmittelkreislauf. Eine Kühlmittelzirkulation kann mittels der Pumpe12 erzeugt werden, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel der Abführleitung zugeordnet ist. - Der Wärmetauscher
10 ist wiederum mit weiteren Zuführ- und Abführleitungen flüssigkeitsführend verbunden, um Wärmeenergie abzuführen. - Ein Steuergerät
14 eines Batteriemanagementsystems (BMS) aktiviert dabei im Betrieb das Kühlsystem4 umso sicherzustellen, dass es zu keiner Überhitzung der Traktionsbatterie6 durch Überschreiten einer Maximalbetriebstemperatur kommt. - Hierzu ist das Steuergerät
14 dazu ausgebildet Reisedaten repräsentativ für eine geplante Fahrstrecke, insbesondere repräsentativ für Abschnitte mit starker Steigung, des Kraftfahrzeugs2 und Betriebsparameter der Traktionsbatterie6 , insbesondere Parameter repräsentativ für deren Speicher- und Wärmekapazität einzulesen. - Das Steuergerät
14 ist ferner dazu ausgebildet, vor Beginn einer eigentlichen Abfahrt der Fahrstrecke die Reisedaten und die Betriebsparameter auszuwerten um einen Datensatz repräsentativ für einen prognostizierten TemperaturverlaufTvor der BatterietemperaturT zu bestimmen. - Des Weiteren ist das Steuergerät
14 dazu ausgebildet, den Datensatz des prognostizierten TemperaturverlaufsTvor der BatterietemperaturT auszuwerten um eine PhaseI während der Fahrstrecke zu bestimmen, wie z.B. eine Fahrt auf einem Abschnitt mit starker Steigung, auf dem es zu einer großen Entladung mit einhergehenden großem Kühlbedarf der Traktionsbatterie6 kommt. - Mit anderen Worten, das Steuergerät
14 bestimmt für die PhaseI eine erforderliche BatterietemperaturTerf und unter Auswertung relevanter Einflußgrößen schätzt das Steuergerät14 einen StartzeitpunktSZP zum Aktivieren des Kühlsystems4 ab. - Somit wird im Betrieb Kälteenergie während eines Abfahrens der geplanten Fahrstrecke unter Ausnutzung von Wärmespeicherkapazitäten der Traktionsbatterie
6 vor der PhaseI zur Bereitstellung zwischengespeichert und bewirkt dann während der PhaseI , dass ein Überschreiten der Maximalbetriebstemperatur unterbleibt. - Zusätzlich ist das Steuergerät
14 dazu ausgebildet, während eines Abfahrens eines Teilabschnitts der geplanten Fahrstrecke, wie z.B. eines Teilabschnitts zu Beginn der Fahrt, durch Auswerten von Fahrzeugbetriebsparametern ein Fahrzeuggewicht des Kraftfahrzeugs2 zu bestimmen. - Für diese und die nachfolgend beschriebenen Aufgaben und/oder Funktionen kann das Steuergerät
14 Hard- und/oder Software-Komponenten aufweisen. - Es wird nun unter zusätzlicher Bezugnahme auf die
2 ein Verfahrensablauf erläutert. - Das Verfahren beginnt mit einem ersten Schritt
S100 . - In dem ersten Schritt
S100 gibt ein Fahrer über z.B. ein HMI, das datenübertragend mit einem Navigationssystem des Kraftfahrzeugs2 verbunden ist von Reisedaten repräsentativ für eine geplante Fahrstrecke ein. Die Reisedaten werden dann von dem Steuergerät14 eingelesen. - In einem weiteren Schritt
S200 liest das Steuergerät14 weitere Parameter ein, wie z.B. Werte für den Luftwiderstandsbeiwert, die Stirnfläche (Luftwiderstandskraft), die Reifengröße und den Rollwiderstand (Rollwiderstandskraft). Ferner können Effizienztabellen der Antriebskomponenten, der Traktionsbatterie6 und des Antriebsstranges sowie Werte für die Wärmekapazität der Traktionsbatterie6 und für andere, wichtige Subsysteme eingelesen werden wie auch modellbasierte Beschreibungen des Kühlsystems und der Stromkreise, Kalibrierstrategien für den Kühlereinsatz, die Lüftersteuerung usw. - In einem weiteren Schritt
S300 liest das Steuergerät14 Daten ein repräsentativ für eine Ist-Position des Kraftfahrzeugs2 , den Batterieladezustand und die Batterietemperatur der Traktionsbatterie6 , andere relevante Parameter wie Komponenten- und Fluidtemperaturen, Werte für den Reifendruck und das Fahrzeuggewicht, basierend auf dem Durchschnittsgewicht, das bei früheren, ähnlichen Fahrten bestimmt wurde. - In einem weiteren Schritt
S400 bestimmt das Steuergerät14 während eines Abfahrens eines Teilabschnitts der geplanten Fahrstrecke, im vorliegenden Ausführungsbeispiel während der ersten paar Kilometer, das Fahrzeuggewicht. Hierzu wird eine Antriebsleistungsgleichung bei Beschleunigungen auf ebener Straße oder bei konstanter Straßenneigung verwendet. Handelt es sich bei dem Kraftfahrzeug2 um einen Lieferwagen, ist eine neue Berechnung nach jedem „offiziellen“ Fahrstopp einer Auslieferungsfahrt sinnvoll, um festzustellen, ob sich das Fahrzeuggewicht geändert hat. - In einem weiteren Schritt
S500 liest das Steuergerät14 weitere Daten repräsentativ für die geplante Fahrstrecke, wie z.B. Straßendaten einschließlich Steigung bzw. Gefälle, Straßenzustand und -größe, Verkehrssituation, Straßenbaustellen sowie Wetterdaten einschließlich Temperatur, Regen- und Schneevorhersage, sowie Windrichtung und -stärke ein. - In einem weiteren Schritt
S600 wertet das Steuergerät14 die eingelesenen Daten aus und bestimmt einen prognostizierten TemperaturverlaufTvor der BatterietemperaturT . Ferner bestimmt im vorliegenden Ausführungsbeispiel das Steuergerät14 eine Fahrzeuggeschwindigkeit, einen Batterieladezustand und die BatterietemperaturT entlang der Fahrstrecke. - In einem weiteren Schritt
S700 prüft das Steuergerät14 , ob eine PhaseI während der Fahrstrecke vorliegt, indem Werte gemäß dem prognostizierten TemperaturverlaufTvor der BatterietemperaturT mit einem vorbestimmten TemperaturlimitTLimit verglichen werden. - Wenn die vorhergesagte Batterietemperatur gemäß dem prognostizierten Temperaturverlauf
Tvor entlang der Fahrstrecke unter einem vorbestimmten TemperaturlimitTLimit , im vorliegenden Ausführungsbeispiel 45°C, liegt, ist keine weitere Maßnahme erforderlich. Das Verfahren wird dann mit einem weiteren SchrittS800 fortgesetzt, indem die aktuelle BatterietemperaturT mit dem jeweiligen Temperaturwert gemäß dem prognostizierten TemperaturverlaufTvor an der jeweiligen Position des Fahrwegs verglichen wird. - Wenn hingegen die vorhergesagte Batterietemperatur gemäß dem prognostizierten Temperaturverlauf
Tvor entlang der Fahrstrecke oberhalb dem vorbestimmten TemperaturlimitTLimit liegt wird das Verfahren mit einem weiteren SchrittS900 fortgesetzt. - In dem weiteren Schritt
S900 wird für jeden Streckenabschnitt der Fahrstrecke, in dem der prognostizierte TemperaturverlaufTvor das vorbestimmte TemperaturlimitTLimit überschreitet, die jeweilige zu Beginn von PhaseI erforderliche BatterietemperaturTerf bestimmt, um die BatterietemperaturT unterhalb des vorbestimmten TemperaturlimitsTLimit zu halten. Unter Auswertung der BatterietemperaturTerf sowie weiterer, relevanter Parameter wird dann ein StartzeitpunktSZP für einen Start des Kühlsystems4 bestimmt. Durch Einbeziehung von Navigationsdaten kann dann die Position entlang des Streckverlaufs bestimmt werden, an dem das Kühlsystem aktiviert werden muss, um ein Überschreiten des Temperaturlimits der Batterie zu vermeiden. -
-
TLimit ist die maximal zulässige Batterietemperatur. Tmax ist die prognostizierte maximale Batterietemperatur.α ist der konvektive Wärmeübergangskoeffizient zwischen Batterie und Kühlsystem. A ist die wärmeübertragendende Fläche zwischen Batterie und Kühlsystem. i ist die Zeitdauer der PhaseI . cp ist die spezifische Wärmekapazität der Batterie, m ist die Masse der Batterie. - Mittels verschiedener Vereinfachungen kann der erforderliche Zeitpunkt zum Einschalten des Kühlsystem
SZP wie folgt bestimmt werden:USZP ist der ursprüngliche Einschaltzeitpunkt des Kühlsystems. Tsw ist die Grenztemperatur der Batterie, die bei Überschreitung im Normalbetrieb ein Einschalten des Batteriekühlsystems bewirkt.Qbatt ist der durchschnittliche Wärmestrom, den die Batterie in einem Zeitraum vor PhaseI generiert.Tcool ist die durchschnittliche Kühlmitteltemperatur, wenn das Kühlsystem aktiv ist. - In einem weiteren Schritt
S1000 wird die aktuelle BatterietemperaturT mit dem jeweiligen Temperaturwert gemäß dem prognostizierten TemperaturverlaufTvor verglichen. - Ist die aktuelle Batterietemperatur
T größer als der Temperaturwert gemäß dem prognostizierten TemperaturverlaufTvor wird das Verfahren mit dem SchrittS300 fortgesetzt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass ein Sicherheitsfaktor berücksichtigt wird von z.B. 3°C, d.h. das Verfahren wird dann mit dem SchrittS300 fortgesetzt, wenn die Differenz aus der aktuellen BatterietemperaturT und dem Temperaturwert gemäß dem prognostizierten TemperaturverlaufTvor größer als 3°C ist. Andernfalls wird das Verfahren mit einem SchrittS1100 fortgesetzt. - In einem weiteren Schritt
S1100 wartet das Steuergerät14 eine vorbestimmte Zeitdauer ab. Die Länge der vorbestimmten Zeitdauer kann aber auch von der Differenz aus der aktuelle TemperaturtemperaturT und dem Temperaturwert gemäß dem prognostizierten TemperaturverlaufT sowie dem vorbestimmten TemperaturlimitTLimit abhängig sein. - In einem weiteren Schritt
S1200 wird geprüft, ob die Fahrt innerhalb der vorbestimmten Zeitdauer beendet wurde oder nicht. Wenn die Fahrt nicht innerhalb der vorbestimmten Zeitdauer beendet wird, wird das Verfahren mit dem SchrittS800 fortgesetzt. Andernfalls wird das Verfahren mit einem weiteren SchrittS1300 fortgesetzt. In dem SchrittS1300 werden die bestimmten Werte und Parameter archiviert. - Es wird nun zusätzlich auf.
3 Bezug genommen. - Dargestellt ist ein beispielhafter Verlauf der Batterietemperatur
T gegenüber der Zeit t, und zwar der prognostizierte TemperaturverlaufTvor und der prognostizierte Temperaturverlauf nach RevisionTvor' . - Ferner ist das Temperaturlimit
TLimit und eine SchaltschwelleTsw zur Aktivierung des Kühlsystems4 eingezeichnet. - Zu erkennen ist, dass es gemäß dem prognostizierten Temperaturverlauf
Tvor zu einem Überschreiten des TemperaturlimitsTLimit kommt. Dies gilt auch dann, wenn bei Überschreiten der SchaltschwelleTsw das Kühlsystem4 aktiviert wird. Dieser Zeitpunkt ist in3 alsUSZP gekennzeichnet. - Mit anderen Worten, der Bereich, in dem es zu einem Überschreiten des Temperaturlimits
TLimit kommt, kann als eine PhaseI während der Fahrstrecke angesehen werden, während der es einer besonders hohen Kühlleistung bedarf, die das Kühlsystem4 nicht bereitzustellen vermag. - Gemäß dem Verfahren wird bereits zum Startzeitpunkt
SZP das Kühlsystem4 aktiviert. So wird die BatterietemperaturT auf den Wert der erforderlichen BatterietemperaturTerf abgekühlt und es stellt sich der prognostizierte Temperaturverlauf nach RevisionTvor' ein. - So wird Kälteenergie während des Abfahrens der geplanten Fahrstrecke unter Ausnutzung von Wärmespeicherkapazitäten der Traktionsbatterie
6 vor der PhaseI zwischengespeichert und stellt dann während der PhaseI sicher, dass es zu keinem Überschreiten des TemperaturlimitsTLimit kommt. - So kann der Betrieb des Kraftfahrzeugs
2 mit dem Kühlsystem4 zum Kühlen der Traktionsbatterie6 verbessert werden. - Bezugszeichenliste
-
- 2
- Kraftfahrzeug
- 4
- Kühlsystem
- 6
- Traktionsbatterie
- 8
- Kühler
- 10
- Wärmetauscher
- 12
- Pumpe
- 14
- Steuergerät
- I
- Phase
- i
- Zeitdauer
- cp*m
- thermische Masse der Batterie
- SZP
- Startzeitpunkt
- USZP
- ursprünglicher Startzeitpunkt
- T
- Batterietemperatur
- Terf
- erforderliche Batterietemperatur
- TLimit
- Temperaturlimit
- Tvor
- prognostizierter Temperaturverlauf
- Tvor'
- prognostizierter Temperaturverlauf nach Revision
- Tmax
- prognostizierte maximale Batterietemperatur
- Tsw
- Schaltschwelle
- TCool
- Kühlmitteltemperatur
- QBatt
- Wärmestrom
- α
- Wärmeübergangskoeffizient
- A
- Fläche
- QBatt
- Wärmestrom
- S100
- Schritt
- S200
- Schritt
- S300
- Schritt
- S400
- Schritt
- S500
- Schritt
- S600
- Schritt
- S700
- Schritt
- S800
- Schritt
- S900
- Schritt
- S1000
- Schritt
- S1100
- Schritt
- S1200
- Schritt
- S1300
- Schritt
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102014204260 A1 [0003]
- DE 102012204410 A1 [0003]
- DE 102009046568 A1 [0003]
- DE 102005023365 A1 [0004]
- DE 102010063376 A1 [0005]
- DE 102013207535 A1 [0006]
- DE 102014201062 A1 [0007]
Claims (15)
- Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs (2) mit einem Kühlsystem (4) zum Kühlen einer Traktionsbatterie (6), mit den Schritten: Einlesen von Reisedaten repräsentativ für eine geplante Fahrstrecke, Einlesen von Betriebsparametern der Traktionsbatterie (6), Auswerten der Reisedaten und der Betriebsparameter um einen Datensatz repräsentativ für einen prognostizierten Temperaturverlauf (Tvor) der Batterietemperatur (T) zu bestimmen, Auswerten des Datensatzes für den prognostizierten Temperaturverlauf (Tvor) der Batterietemperatur (T) um eine Phase (I) besonders hoher Kühlleistung während der Fahrstrecke zu bestimmen, Zwischenspeichern von Kälteenergie während eines Abfahrens der geplanten Fahrstrecke unter Ausnutzung von Wärmespeicherkapazitäten der Traktionsbatterie (6) vor der Phase (I) besonders hohen Kühlleistungsbedarf zur Bereitstellung während der Phase (I) hohen Kühlleistungsbedarf, wenn eine Phase (I) besonders hohen Kühlleistungsbedarf während der Fahrstrecke bestimmt wurde, wobei eine erforderliche Batterietemperatur (Terf) bestimmt wird, auf die die Traktionsbatterie (6) vor der Phase (I) abgekühlt wird.
- Verfahren nach
Anspruch 1 , wobei für die Phase (I) besonders hohen Kühlleistungsbedarf eine erforderliche Batterietemperatur (Terf) bestimmt wird, und unter Auswertung zumindest der erforderlichen Batterietemperatur (Terf) ein Startzeitpunkt (SZP) zum Aktivieren des Kühlsystems (4) bestimmt wird. - Verfahren nach
Anspruch 1 oder2 , wobei das Kühlsystem (4) vor Erreichen einer Schaltschwelle (Tsw) zum Aktivieren des Kühlsystems (4) aktiviert wird. - Verfahren nach
Anspruch 1 ,2 oder3 , wobei Kälteenergie während eines Abfahrens der geplanten Fahrstrecke unter Ausnutzung von Wärmespeicherkapazitäten der Traktionsbatterie (6) vor der Phase (I) zwischengespeichert wird, wenn gemäß dem prognostizierten Temperaturverlauf (Tvor) ein Temperaturlimit (TLimit) indikativ für eine maximale Betriebstemperatur der Traktionsbatterie (6) überschritten wird. - Verfahren nach einem der
Ansprüche 2 bis4 , wobei nach dem Startzeitpunkt (SZP) mehr Kälteenergie mit dem Kühlsystem (4) erzeugt als die Traktionsbatterie (6) Wärmeenergie erzeugt. - Verfahren nach einem der
Ansprüche 1 bis5 , wobei während eines Abfahrens eines Teilabschnitts der geplanten Fahrstrecke durch Auswerten von Fahrzeugbetriebsparametern ein Fahrzeuggewicht bestimmt wird. - Computerprogrammprodukt, ausgebildet zum Ausführen eines Verfahrens nach einem der
Ansprüche 1 bis6 . - Steuergerät (14) zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs (2) mit einem Kühlsystem (4) zum Kühlen einer Traktionsbatterie (6), wobei das Steuergerät (14) dazu ausgebildet ist, Reisedaten repräsentativ für eine geplante Fahrstrecke einzulesen, Betriebsparameter der Traktionsbatterie (6) einzulesen, die Reisedaten und die Betriebsparameter auszuwerten um einen Datensatz repräsentativ für einen prognostizierten Temperaturverlauf (Tvor) der Batterietemperatur (T) zu bestimmen, und zum Auswerten des Datensatzes für den prognostizierten Temperaturverlaufs (Tvor) der Batterietemperatur (T) um eine Phase (I) besonders hohen Kühlleistungsbedarf während der Fahrstrecke zu bestimmen, und eine erforderliche Batterietemperatur (Terf) zu bestimmen, auf die die Traktionsbatterie vor der Phase abgekühlt wird..
- Steuergerät (14) nach
Anspruch 8 , wobei das Steuergerät (14) dazu ausgebildet ist, für die Phase (I) besonders hohen Kühlleistungsbedarf eine erforderliche Batterietemperatur Terf zu bestimmen, und unter Auswertung zumindest der erforderlichen Batterietemperatur (Terf) ein Startzeitpunkt (SZP) zum Aktivieren des Kühlsystems (4) zu bestimmen. - Steuergerät (14) nach
Anspruch 8 oder9 , wobei das Steuergerät (14) dazu ausgebildet ist, das Kühlsystem (4) vor Erreichen einer Schaltschwelle (TSW) zum Aktivieren des Kühlsystems (4) zu aktivierten. - Steuergerät (14) nach
Anspruch 8 ,9 oder10 , wobei das Steuergerät (14) dazu ausgebildet ist, ein Zwischenspeichern von Kälteenergie während eines Abfahrens der geplanten Fahrstrecke unter Ausnutzung von Wärmespeicherkapazitäten der Traktionsbatterie (6) vor der Phase (I) zu bewirken, wenn gemäß dem prognostizierten Temperaturverlauf (Tvor) ein Temperaturlimit (TLimit) indikativ für eine maximale Betriebstemperatur der Traktionsbatterie (6) überschritten wird. - Steuergerät (14) nach einem der
Ansprüche 8 bis11 , wobei das Steuergerät (14) dazu ausgebildet ist zu bewirken, dass nach dem Startzeitpunkt (SZP) mehr Kälteenergie mit dem Kühlsystem (4) erzeugt wird als die Traktionsbatterie (6) Wärmeenergie. - Steuergerät (14) nach einem der
Ansprüche 8 bis11 , wobei das Steuergerät (14) dazu ausgebildet ist, während eines Abfahrens eines Teilabschnitts der geplanten Fahrstrecke durch Auswerten von Fahrzeugbetriebsparametern ein Fahrzeuggewicht zu bestimmen. - Kühlsystem (4) zum Kühlen einer Traktionsbatterie (6) eines Kraftfahrzeugs (2) mit einem Steuergerät (14) nach einem der
Ansprüche 8 bis13 . - Kraftfahrzeug (2) mit einem Kühlsystem (4) nach
Anspruch 14 .
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-
2020
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