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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Temperieren, das heißt zum Kühlen und/oder Erwärmen eines elektrischen Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug.
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Der
AT 519890 B1 ist ein Verfahren zum Temperieren einer Batterie eines Fahrzeugs mittels einer Temperiereinrichtung zum Kühlen und/oder Erwärmen der Batterie als bekannt zu entnehmen, um eine Temperatur der Batterie in einen Bereich einer definierten Zieltemperatur zu bringen oder bei der definierten Zieltemperatur zu halten. Dabei erfolgt die Temperierung der Batterie auf Basis zumindest einer prädiktiven Information der Batterie oder des Fahrzeugs. Die
DE 10 2011 109 422 A1 offenbart ein Verfahren zum Aufladen einer Batterie eines Fahrzeugs. Außerdem ist der
US 10 953 726 B2 ein Verfahren zum Einstellen einer thermischen Energie einer Batterie in einem Fahrzeug als bekannt zu entnehmen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Temperieren, das heißt zum Kühlen und/oder Erwärmen eines elektrischen Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs sowie ein Kraftfahrzeug zu schaffen, sodass der Energiespeicher besonders vorteilhaft temperiert, das heißt gekühlt und/oder erwärmt werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Temperieren, das heißt zum Kühlen und/oder Erwärmen eines elektrischen Energiespeichers eines auch einfach als Fahrzeug bezeichneten und vorzugsweise als Kraftwagen, insbesondere Personenkraftwagen, ausgebildeten Kraftfahrzeugs. Dies bedeutet, dass das Kraftfahrzeug den elektrischen Energiespeicher aufweist. Vorzugsweise ist der elektrische Energiespeicher eine Hochvolt-Komponente, deren elektrische Spannung, insbesondere elektrische Betriebs- oder Nennspannung, vorzugsweise größer als 50 Volt, insbesondere größer als 60 Volt, ist und ganz vorzugsweise mehrere hundert Volt beträgt. Das Kraftfahrzeug weist beispielsweise wenigstens eine elektrische Maschine auf, mittels welcher das Kraftfahrzeug, insbesondere rein, elektrisch angetrieben werden kann. Somit ist das Kraftfahrzeug vorzugsweise ein Hybridfahrzeug oder aber ein Elektrofahrzeug, insbesondere ein batterieelektrisches Fahrzeug (BEV). Vorzugsweise ist die elektrische Maschine eine Hochvolt-Komponente, deren elektrische Spannung, insbesondere elektrische Betriebs- oder Nennspannung, vorzugsweise größer als 50 Volt, insbesondere größer als 60 Volt, ist und ganz vorzugsweise mehrere hundert Volt beträgt. Dabei ist es insbesondere vorgesehen, dass in dem Energiespeicher oder mittels des Energiespeichers elektrische Energie, insbesondere elektrochemisch, zu speichern oder gespeichert ist. Beispielsweise kann die elektrische Maschine mit der in dem elektrischen Energiespeicher gespeicherten, elektrischen Energie versorgt werden, wodurch die elektrische Maschine in einem Motorbetrieb und somit als Elektromotor betrieben werden kann. Mittels des Elektromotors kann das Kraftfahrzeug, insbesondere rein, elektrisch angetrieben werden.
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Bei dem Verfahren wird der beispielsweise als Batterie, insbesondere als Hochvolt-Batterie, ausgebildete elektrische Energiespeicher mittels einer Temperiereinrichtung des Kraftfahrzeugs während eines Ladevorgangs, insbesondere gezielt, temperiert, das heißt, insbesondere gezielt, gekühlt und/oder erwärmt, wobei während des Ladevorgangs der elektrische Energiespeicher mittels einer bezüglich des Kraftfahrzeugs externen und beispielsweise als Ladesäule ausgebildeten oder auch als Ladesäule bezeichneten Energiequelle geladen wird und das Kraftfahrzeug mit der Energiequelle, insbesondere elektrisch, verbunden ist. Unter dem Merkmal, dass der elektrische Energiespeicher mittels der Temperiereinrichtung gezielt temperiert wird, ist zu verstehen, dass die Temperiereinrichtung gezielt, das heißt gewünscht oder beabsichtigt, derart, beispielsweise mittels einer elektronischen Recheneinrichtung des Kraftfahrzeugs, betrieben wird, dass hierdurch der Energiespeicher temperiert wird. Wieder mit anderen Worten ausgedrückt ist unter dem Merkmal, dass mittels der Temperiereinrichtung der elektrische Energiespeicher gezielt temperiert wird, zu verstehen, dass die Temperierung des elektrischen Energiespeichers gezielt durchgeführt wird und nicht etwa zufällig geschieht oder auf zufälligen und/oder willkürlichen Ereignissen basiert. Unter dem Merkmal, dass der elektrische Energiespeicher während des Ladevorgangs geladen wird, ist zu verstehen, dass das Kraftfahrzeug, insbesondere der elektrische Energiespeicher, von der Energiequelle bereitgestellte, elektrische Energie empfängt, mittels welcher der elektrische Energiespeicher geladen wird. Insbesondere wird die von der Energiequelle bereitgestellte, elektrische Energie dem Energiespeicher zugeführt, insbesondere in den Energiespeicher eingespeist oder eingespeichert. Insbesondere ist unter dem Laden des elektrischen Energiespeichers mit elektrischer Energie, das heißt insbesondere mit der von der Energiequelle bereitgestellten, elektrischen Energie, zu verstehen, dass eine Menge von in dem elektrischen Energiespeicher gespeicherter, elektrischer Energie erhöht wird, sodass ein auch als SOC bezeichneter Ladezustand des Energiespeichers erhöht wird.
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Insbesondere kann es sich beispielsweise bei dem Ladevorgang um ein DC-Laden, das heißt um ein Gleichstrom-Laden handeln, sodass beispielsweise bei dem Ladevorgang der elektrische Energiespeicher mittels DC-Laden, das heißt mittels eines Gleichstrom-Ladens und somit mittels Gleichstrom geladen wird.
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Um nun den elektrischen Energiespeicher besonders vorteilhaft temperieren, das heißt erwärmen und/oder kühlen zu können, ist es bei dem Verfahren erfindungsgemäß vorgesehen, dass der elektrische Energiespeicher, insbesondere auch, nach einem Ende des Ladevorgangs, das heißt nachdem der Ladevorgang beendet wurde und während das Kraftfahrzeug, insbesondere noch, mit der Energiequelle verbunden ist, mittels der Temperiereinrichtung, insbesondere gezielt, temperiert wird. Unter dem Ende des Ladevorgangs ist ein Ende des zuvor beschriebenen Einspeisens oder Einspeicherns von von der Energiequelle bereitgestellter, elektrischer Energie, insbesondere von der elektrischen Energie insgesamt, in den Energiespeicher zu verstehen. Mit anderen Worten ist unter dem Ende des Ladevorgangs ein Ende des mittels der von der Energiequelle bereitgestellten, elektrischen Energie bewirkten Erhöhens des Ladezustands des Energiespeichers, insbesondere ein Ende des Erhöhens des Ladezustands des Energiespeichers insgesamt, zu verstehen. Mit anderen Worten ist darunter, dass der Ladevorgang beendet wird oder beendet wurde, zu verstehen, dass das Erhöhen der Menge der in dem Energiespeicher gespeicherten, elektrischen Energie mittels der von der Energiequelle bereitgestellten, elektrischen Energie, insbesondere das Erhöhen der Menge der in dem elektrischen Energiespeicher gespeicherten, elektrischen Energie generell, beendet wird oder wurde. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren schließt sich somit an den Ladevorgang eine Zeitspanne, insbesondere direkt, an, sodass vorzugsweise die Zeitspanne mit dem Ende des Ladevorgangs beginnt. Während der Zeitspanne ist das Kraftfahrzeug, insbesondere noch, mit der Energiequelle verbunden, insbesondere derart, dass elektrische Energie von der Energiequelle an das Kraftfahrzeug übertragen werden könnte oder übertragen wird, jedoch unterbleibt während der Zeitspanne ein Laden des Energiespeichers mittels der von der Energiequelle bereitgestellten, elektrischen Energie. Insbesondere ist es vorgesehen, dass während der Zeitspanne grundsätzlich oder allgemein ein Laden des Energiespeichers unterbleibt. Ganz vorzugsweise ist es vorgesehen, dass ein Trennen des Kraftfahrzeugs von der Energiequelle zwischen der Zeitspanne und dem Ladevorgang unterbleibt, sodass vorzugsweise das Kraftfahrzeug während des Ladevorgangs und auch während der Zeitspanne durchgängig, das heißt unterbrechungsfrei, mit der Energiequelle verbunden ist. Der Ladevorgang und die Zeitspanne unterscheiden sich somit zumindest oder nur dadurch voneinander, dass während des Ladevorgangs das Kraftfahrzeug mit der Energiequelle verbunden ist und der Energiespeicher mittels der von der Energiequelle bereitgestellten, elektrischen Energie geladen wird, wobei während der Zeitspanne das Kraftfahrzeug, insbesondere noch, mit der Energiequelle verbunden ist, jedoch ein Laden des Energiespeichers unterbleibt. Außerdem ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass während der Zeitspanne, insbesondere obwohl der Ladevorgang beendet wurde und somit ein Laden des Energiespeichers während der Zeitspanne unterbleibt, der elektrische Energiespeicher mittels der Temperiereinrichtung des Kraftfahrzeugs, insbesondere gezielt, temperiert wird. Unter dem Merkmal, dass während der Zeitspanne der Energiespeicher nicht geladen wird, das heißt dass ein Laden des Energiespeichers während der Zeitspanne unterbleibt, ist insbesondere zu verstehen, dass während der Zeitspanne die Menge der in dem elektrischen Energiespeicher gespeicherten, elektrischen Energie, mithin der Ladezustand des Energiespeichers, nicht erhöht wird, wobei jedoch das Kraftfahrzeug während der Zeitspanne mit der Energiequelle verbunden ist. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht somit eine besonders vorteilhafte Temperierung des elektrischen Energiespeichers auch während der Zeitspanne, welche beispielsweise zwischen dem Ladevorgang und einem Fahrtbeginn oder einer Abfahrt liegt. In der Folge ist der Energiespeicher zu dem Fahrtbeginn, das heißt zu Beginn einer sich an die Zeitspanne anschließenden Fahrt des Kraftfahrzeugs, vorteilhaft temperiert, sodass ein effizienter Betrieb des Kraftfahrzeugs und/oder eine hohe, elektrische Reichweite des Kraftfahrzeugs realisiert werden kann. Insbesondere ist es vorgesehen, dass das Kraftfahrzeug während des Ladevorgangs und während der Zeitspanne stillsteht, wobei es insbesondere vorgesehen ist, dass ein Fahren des Kraftfahrzeugs zwischen dem Ladevorgang und der Zeitspanne unterbleibt. Insbesondere ermöglicht es die Erfindung, auch bei hohen Ladezuständen des elektrischen Energiespeichers und beispielsweise dann, wenn eine Ladeleistung der beispielsweise als Ladesäule ausgebildeten, externen Energiequelle über einer Ladeaufnahme des elektrischen Energiespeichers liegt, den Energiespeicher mit einer besonders hohen, insbesondere mit einer maximal möglichen, Temperierleistung, insbesondere Kühlleistung, der Temperiereinrichtung zu beaufschlagen, das heißt zu temperieren. Des Weiteren ermöglicht es das erfindungsgemäße Verfahren, auch bei einem Ladezustand des elektrischen Energiespeichers von 100 Prozent die Temperierung des Energiespeichers bis zur Abfahrt beziehungsweise bis zum Erreichen einer beispielsweise gewünschten und somit beispielsweise Soll-Temperatur ausgebildeten, auch als Batteriezieltemperatur bezeichneten Zieltemperatur des elektrischen Energiespeichers durchzuführen und hierfür beispielsweise von der Energiequelle bereitgestellte, elektrische Energie und nicht etwa Energie aus dem Energiespeicher zu nutzen. Dadurch kann zu Beginn der Abfahrt eine vorteilhaft hohe, elektrische Reichweite des Kraftfahrzeugs gewährleistet werden. Insbesondere ist es denkbar, dass das Kraftfahrzeug während der Zeitspanne von der Energiequelle bereitgestellte, elektrische Energie empfängt, die das Kraftfahrzeug nutzen kann, wobei jedoch während der Zeitspanne ein Laden des elektrischen Energiespeichers unterbleibt. Somit kann beispielsweise die elektrische Energie, die während der Zeitspanne von der Energiequelle bereitgestellt und durch das Kraftfahrzeug empfangen wird, für wenigstens eine oder mehrere, von dem Laden des Energiespeichers unterschiedliche, Funktionen genutzt werden, sodass einerseits der Energiespeicher zu Fahrtbeginn einen besonders hohen Ladezustand und andererseits der Energiespeicher zu Fahrtbeginn eine besonders vorteilhafte Temperatur aufweist.
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Um den elektrischen Energiespeicher besonders vorteilhaft, insbesondere besonders bedarfsgerecht, temperieren zu können, ist es bei einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass, insbesondere mittels der elektronischen Recheneinrichtung, wenigstens oder genau eine, insbesondere aktuell, in einer Umgebung des Kraftfahrzeugs herrschende und auch als Umgebungstemperatur bezeichnete Außentemperatur ermittelt wird. Die Außentemperatur wird beispielsweise mittels wenigstens oder genau eines auch als Außentemperatursensor bezeichneten Temperatursensors des Kraftfahrzeugs erfasst. Der Außentemperatursensor stellt beispielsweise ein, insbesondere elektrisches, Signal bereit, welches beispielsweise die mittels des Außentemperatursensors erfasste Außentemperatur charakterisiert. Die elektronische Recheneinrichtung kann das Signal empfangen und dadurch die Außentemperatur ermitteln. Insbesondere herrscht beispielsweise die Außentemperatur während des Ladevorgangs und/oder während der Zeitspanne in der Umgebung. Dabei ist es vorzugsweise vorgesehen, dass der elektrische Energiespeicher, insbesondere auch, nach dem Ende des Ladevorgangs und während das Kraftfahrzeug, insbesondere noch, mit der Energiequelle verbunden ist, mittels der Temperiereinrichtung in Abhängigkeit von der ermittelten Außentemperatur, insbesondere gezielt, temperiert wird.
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Um eine besonders vorteilhafte und bedarfsgerechte Temperierung des elektrischen Energiespeichers realisieren zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass dann, wenn die Außentemperatur einen beispielsweise vorgebbaren oder vorgegebenen Schwellenwert unterschreitet, eine erste Temperatur des Energiespeichers durch das nach dem Ende des Ladevorgangs und somit während der Zeitspanne stattfindende Temperieren des Energiespeichers eingestellt wird. Alternativ oder zusätzlich wird dann, wenn die Außentemperatur den Schwellenwert unterschreitet, eine in einem oberen Bereich, welcher auch als oberer Korridor oder oberer Zielkorridor bezeichnet wird, liegende, obere Temperatur des elektrischen Energiespeichers durch das nach dem Ende des Ladevorgangs und somit während der Zeitspanne stattfindende Temperieren des Energiespeichers eingestellt wird. Alternativ oder zusätzlich ist es vorgesehen, dass dann, wenn die Außentemperatur den Schwellenwert unterschreitet, der elektrische Energiespeicher auf einer durch das während des Ladevorgangs stattfindende Temperieren des Energiespeichers eingestellten, hohen Temperatur durch das nach dem Ende des Ladevorgangs und somit während der Zeitspanne stattfindende Temperieren des elektrischen Energiespeichers gehalten wird.
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Wenn die Außentemperatur den Schwellenwert unterschreitet oder dem Schwellenwert entspricht, wird eine gegenüber der ersten Temperatur geringere, zweite Temperatur des elektrischen Energiespeichers durch das nach dem Ende des Ladevorgangs und somit während der Zeitspanne stattfindende Temperieren des Energiespeichers eingestellt. Alternativ oder zusätzlich wird dann, wenn die Außentemperatur den Schwellenwert unterschreitet oder dem Schwellenwert entspricht, eine in einem gegenüber dem oberen Bereich geringeren, zweiten Bereich liegende, gegenüber der oberen Temperatur geringere, untere Temperatur des elektrischen Energiespeichers durch das nach dem Ende des Ladevorgangs und somit während der Zeitspanne stattfindende Temperieren des Energiespeichers eingestellt. Der zweite Bereich wird auch als unterer Bereich bezeichnet, wobei es vorzugsweise vorgesehen ist, dass sich die Bereiche nicht gegenseitig überlappen. Es ist denkbar, dass die Bereiche direkt aneinander anschließen oder angrenzen, sodass beispielsweise der obere Bereich hin zu hohen oder höheren Temperaturen direkt an den unteren Bereich anschließt oder angrenzt. Ferner ist denkbar, dass die Bereiche voneinander beabstandet sind. Alternativ oder zusätzlich wird, wenn die Außentemperatur den Schwellenwert unterschreitet oder dem Schwellenwert entspricht, der Energiespeicher auf einer durch das während des Ladevorgangs stattfindende Temperieren des Energiespeichers eingestellten, gegenüber der hohen Temperatur geringeren, niedrigen Temperatur durch das nach dem Ende des Ladevorgangs und somit während der Zeitspanne stattfindende Temperieren des Energiespeichers gehalten. Es ist erkennbar, dass die hohe Temperatur beziehungsweise der Begriff „hohe Temperatur“ und somit die niedrige Temperatur beziehungsweise der Begriff „niedrige Temperatur“ nicht als Quantifizierung, sondern als sich aufeinander beziehende Relativangaben zu verstehen sind, derart, dass die hohe Temperatur größer oder höher als die niedrige Temperatur ist. Es ist denkbar, dass die erste Temperatur und die obere Temperatur und/oder die erste Temperatur und die hohe Temperatur und/oder die obere Temperatur und die hohe Temperatur gleich oder voneinander unterschiedlich sind. Demzufolge ist es denkbar, dass die zweite Temperatur und die untere Temperatur und/oder die zweite Temperatur und die niedrige Temperatur und/oder die untere Temperatur und die niedrige Temperatur gleich oder voneinander unterschiedlich sind.
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Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass nach dem Ende des Ladevorgangs und während das Kraftfahrzeug mit der Energiequelle verbunden ist, mithin während der Zeitspanne die auch als Temperierungseinrichtung bezeichnete Temperiereinrichtung mittels von der Energiequelle bereitgestellter, elektrischer Energie betrieben wird, um den Energiespeicher nach dem Ende des Ladevorgangs und während das Kraftfahrzeug mit der Energiequelle verbunden ist, mithin während der Zeitspanne mittels der Temperiereinrichtung, insbesondere gezielt, zu temperieren. Dies bedeutet, dass es vorzugsweise vorgesehen ist, dass das Kraftfahrzeug während der Zeitspanne von der Energiequelle bereitgestellte, elektrische Energie empfängt und nutzt oder verwendet, um während der Zeitspanne die Temperiereinrichtung zu betreiben und somit mittels der Temperiereinrichtung während der Zeitspanne den Energiespeicher, insbesondere gezielt, zu temperieren. Jedoch unterbleibt dabei ein Laden des Energiespeichers, mithin eine Erhöhung der Menge der in dem elektrischen Energiespeicher gespeicherten, elektrischen Energie. Dadurch kann, insbesondere zu Fahrtbeginn, eine besonders vorteilhafte Temperatur des elektrischen Energiespeichers gewährleistet werden, sodass eine hohe Leistungsfähigkeit des Kraftfahrzeugs und eine hohe, elektrische Reichweite des Kraftfahrzeugs darstellbar sind. Gleichzeitig kann ein vorteilhaft hoher Ladezustand des Energiespeichers von beispielsweise 100 Prozent zu Fahrtbeginn gewährleistet werden, sodass eine besonders hohe elektrische Reichweite des Kraftfahrzeugs gewährleistet werden kann.
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Bei einer weiteren, vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass nach dem Ende des Ladevorgangs und während das Kraftfahrzeug mit der Energiequelle verbunden ist, mithin während der Zeitspanne die Temperiereinrichtung mittels in dem Energiespeicher gespeicherter und von dem Energiespeicher bereitgestellter, elektrischer Energie betrieben wird, um den Energiespeicher nach dem Ende des Ladevorgangs und während das Kraftfahrzeug mit der Energiequelle verbunden ist, mithin während der Zeitspanne mittels der Temperiereinrichtung, insbesondere gezielt, zu temperieren. Dadurch kann beispielsweise der Ladezustand des Energiespeichers während der Zeitspanne, das heißt zumindest während eines Teils der Zeitspanne, abnehmen, jedoch kann insbesondere zu Fahrtbeginn eine vorteilhafte Temperatur des Energiespeichers gewährleistet werden, sodass ein besonders effizienter Betrieb darstellbar ist.
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Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass der Energiespeicher nach dem Ende des Ladevorgangs und während das Kraftfahrzeug mit der Energiequelle verbunden ist, mithin während der Zeitspanne mittels der Temperiereinrichtung derart temperiert wird, dass mittels einer, insbesondere elektrisch betreibbaren, Pumpe der Temperiereinrichtung ein Temperiermittel durch einen Temperierkreislauf des Kraftfahrzeugs hindurchgefördert wird, insbesondere dadurch, dass die Pumpe, insbesondere elektrisch, betrieben wird. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Temperiermittel um eine Flüssigkeit, welche zumindest, insbesondere zumindest überwiegend, Wasser umfassen kann. In den Temperierkreislauf sind die Pumpe, der elektrische Energiespeicher, welcher mittels des Temperiermittels temperiert wird, und ein erster Wärmetauscher angeordnet, welcher auch in einem von einem Kältemittel durchströmbaren Kältemittelkreislauf der Temperiereinrichtung und somit des Kraftfahrzeugs angeordnet ist. Ganz insbesondere handelt es sich bei dem Kältemittel um ein von dem Temperiermittel unterschiedliches Fluid. Ganz insbesondere ist vorgesehen, dass der Kältemittelkreislauf und der Temperierkreislauf zumindest teilweise, insbesondere vollständig, fluidisch voneinander getrennt sind. Mittels des Temperiermittels wird der elektrische Energiespeicher beispielsweise dadurch gekühlt, dass das Temperiermittel eine geringere Temperatur als der elektrische Energiespeicher aufweist. In der Folge kann Wärme von dem elektrischen Energiespeicher an das Temperiermittel übergehen, wodurch der elektrische Energiespeicher gekühlt und das Temperiermittel erwärmt wird. Dadurch wird das Temperiermittel als Kühlmittel, insbesondere als Kühlwasser, verwendet. Mittels des Temperiermittels kann der Energiespeicher beispielsweise dadurch erwärmt werden, dass das Temperiermittel eine größere oder höhere Temperatur als der Energiespeicher aufweist. In der Folge kann Wärme von dem Temperiermittel an den Energiespeicher übergehen, wodurch der Energiespeicher erwärmt und das Temperiermittel gekühlt wird. Dadurch wird das Temperiermittel als Heizmittel, insbesondere als Heizfluid oder Heizmedium, verwendet. Es ist denkbar, dass der Energiespeicher wenigstens einen von dem Temperiermittel durchströmbaren Kanal aufweist, welcher beispielsweise während der Zeitspanne von dem Temperiermittel durchströmt wird, um dadurch den Energiespeicher zu temperieren.
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Ferner ist es vorzugsweise vorgesehen, dass während der Zeitspanne der Energiespeicher mittels der Temperiereinrichtung derart, insbesondere gezielt, temperiert wird, dass mittels eines, insbesondere elektrisch betreibbaren, Kältemittelverdichters der Temperiereinrichtung das Kältemittel durch den Kältemittelkreislauf hindurchgefördert und verdichtet wird, insbesondere durch, insbesondere elektrisches, Betreiben des Kältemittelverdichters. In dem Kältemittelkreislauf sind der Kältemittelverdichter, der erste Wärmetauscher, über welchen ein Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittel und dem Temperiermittel durchgeführt wird, und wenigstens ein zweiter Wärmetauscher angeordnet. Somit ist der erste Wärmetauscher von dem Kältemittel und von dem Temperiermittel durchströmbar. In einem Kühlfall, das heißt beispielsweise dann, wenn der elektrische Energiespeicher mittels des Temperiermittels gekühlt wird, wird mittels des ersten Wärmetauschers beispielsweise derart Wärme zwischen dem Kältemittel und dem Temperiermittel ausgetauscht, dass Wärme von dem Temperiermittel über den ersten Wärmetauscher an das Kältemittel übergeht. Hierdurch wird das Temperiermittel gekühlt, sodass mittels des gekühlten Temperiermittels der Energiespeicher besonders vorteilhaft gekühlt werden kann. In einem Wärmefall, in welchem beispielsweise mittels des Temperiermittels der elektrische Energiespeicher erwärmt wird, erfolgt beispielsweise über den ersten Wärmetauscher ein solcher Wärmeaustausch zwischen dem Temperiermittel und dem Kältemittel, dass Wärme von dem Kältemittel über den ersten Wärmetauscher an das Temperiermittel übergeht. Hierdurch wird das Temperiermittel erwärmt, sodass in der Folge mittels des erwärmten Temperiermittels der Energiespeicher vorteilhaft erwärmt werden kann. Mittels des zweiten Wärmetauschers wird das Kältemittel temperiert, das heißt gekühlt oder erwärmt. In dem Kühlfall, das heißt beispielsweise dann, wenn der Energiespeicher mittels des Temperiermittels gekühlt wird, wird beispielsweise das Kältemittel mittels des zweiten Wärmetauschers gekühlt, sodass dann beispielsweise der zweite Wärmetauscher als eine Kühleinrichtung zum Kühlen des Kältemittels fungiert oder arbeitet. Insbesondere fungiert oder arbeitet der zweite Wärmetauscher dann beispielsweise als ein Gaskühler oder als ein Kondensator zum Kühlen, insbesondere Kondensieren, des Kältemittels. Beispielsweise in dem Wärmefall und somit beispielsweise dann, wenn der Energiespeicher mittels des Temperiermittels erwärmt wird, fungiert oder arbeitet beispielsweise der zweite Wärmetauscher als Heizwärmetauscher, mittels oder über welchen das Kältemittel erwärmt wird.
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In dem Kühlfall ist, fungiert oder arbeitet beispielsweise der erste Wärmetausche als ein Verdampfer, mittels welchem das Kältemittel verdampft wird. In der Folge kann das Kältemittel über den ersten Wärmetauscher Wärme besonders vorteilhaft von dem Temperiermittel aufnehmen, wodurch das Temperiermittel gekühlt wird. In dem Wärmefall ist, fungiert oder arbeitet beispielsweise der erste Wärmetauscher als ein Kühler, insbesondere als ein Kondensator, zum Kühlen, insbesondere zum Kondensieren, des Kältemittels, sodass über den ersten Wärmetauscher Wärme von dem Kältemittel an das Temperiermittel übergehen kann. In der Folge wird das Temperiermittel vorteilhaft erwärmt.
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Die vorigen und folgenden Ausführungen zu dem während der Zeitspanne stattfindenden Temperieren des elektrischen Energiespeichers können ohne Weiteres auch auf den Ladevorgang, das heißt auf das während des Ladevorgangs stattfindende Temperieren des elektrischen Energiespeichers übertragen werden und umgekehrt.
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Der erste Wärmetauscher wird auch als Chiller bezeichnet, sodass beispielsweise das unter Verwendung des Chillers durchgeführte Temperieren des Energiespeichers auch als Chillertemperieren, insbesondere als Chillerkühlen (CK), bezeichnet wird.
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Um den Energiespeicher nach dem Ende des Ladevorgangs und somit während der Zeitspanne besonders effektiv und effizient temperieren zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der Kältemittelverdichter und die Pumpe elektrisch betreibbar, mithin elektrisch betreibbare Komponenten sind und mittels von der Energiequelle bereitgestellter, elektrischer Energie und/oder mittels in dem Energiespeicher gespeicherter und von dem Energiespeicher bereitgestellter, elektrischer Energie elektrisch betrieben werden, um dadurch das Kältemittel zu fördern und zu verdichten und das Temperiermittel zu fördern, insbesondere während der Zeitspanne.
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Bei einer weiteren, besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es zur Realisierung einer besonders effektiven und effizienten Temperierung des Energiespeichers vorgesehen, dass die Temperiereinrichtung ein dem zweiten Wärmetauscher zugeordnetes und auch als Lüfter bezeichnetes Gebläse aufweist, mittels welchem zum Temperieren des Energiespeichers während der Zeitspanne, das heißt nach dem Ende des Ladevorgangs und während das Kraftfahrzeug mit der Energiequelle verbunden ist, als Umgebungsluft bezeichnete Luft aus der Umgebung des Kraftfahrzeugs gefördert wird, wodurch die Luft den zweiten Wärmetauscher umströmt, über welchen Wärme zwischen der Luft und dem Kältemittel ausgetauscht wird. Die mittels des Gebläses geförderte Luft umströmt den zweiten Wärmetauscher, das heißt dass über den zweiten Wärmetauscher ein Wärmeaustausch zwischen der den zweiten Wärmetauscher umströmenden Luft und dem den zweiten Wärmetauscher durchströmenden Kältemittel durchgeführt wird beziehungsweise erfolgt.
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Ferner ist es denkbar, dass der zweite Wärmetauscher sowohl in dem Kältemittelkreislauf als auch in dem Temperierkreislauf angeordnet ist, sodass beispielsweise der zweite Wärmetauscher sowohl von dem Kältemittel als auch von dem Temperiermittel durchströmbar ist. Somit kann über den zweiten Wärmetauscher Wärme zwischen dem Kältemittel und dem Temperiermittel ausgetauscht werden. Dabei wird beispielsweise der zweite Wärmetauscher auch als WCC bezeichnet.
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Ferner ist es denkbar, dass der zweite Wärmetauscher sowohl in dem Kältemittelkreislauf als auch in einem, insbesondere zusätzlich zu dem Temperierkreislauf vorgesehenen, weiteren Temperierkreislauf angeordnet ist, welcher beispielsweise von dem Temperiermittel oder einem anderen, weiteren Temperiermittel durchströmbar ist, sodass beispielsweise der zweite Wärmetauscher sowohl von dem Kältemittel als auch von dem Temperiermittel oder dem weiteren Temperiermittel durchströmbar ist. Somit kann über den zweiten Wärmetauscher Wärme zwischen dem Kältemittel und dem Temperiermittel oder dem weiteren Temperiermittel ausgetauscht werden. Beispielsweise ist in dem weiteren Temperierkreislauf wenigstens eine weitere Komponente angeordnet, welcher mittels des den weiteren Temperierkreislauf durchströmenden Temperiermittels oder weiteren Temperiermittels temperiert werden kann. Ferner kann beispielsweise in dem weiteren Temperierkreislauf ein weiterer Wärmetauscher wie beispielsweise eine Umgebungsluftwärmetauscher angeordnet sein, welcher von Luft aus der Umgebung des Kraftfahrzeugs umströmbar ist, sodass über den weiteren Wärmetauscher Wärme zwischen der den weiteren Wärmetauscher umströmenden Luft und dem Temperiermittel oder weiteren Temperiermittel ausgetauscht werden kann. Dabei kann beispielsweise das Gebläse alternativ oder zusätzlich dem weiteren Wärmetauscher zugeordnet sein, sodass die mittels des Gebläses geförderte Luft den weiteren Wärmetauscher umströmt.
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Insgesamt ist erkennbar, dass die Temperiereinrichtung beispielsweise zum Kühlen des Energiespeichers als Kompressionskältemaschine arbeitet, fungiert oder ausgebildet ist, sodass mittels des Chillers oder in dem Chiller das Kältemittel erwärmt wird, dadurch, dass über den Chiller Wärme von dem Temperiermittel an das Kältemittel übergeht. Hierzu wird beispielsweise das Kältemittel in dem Chiller oder mittels des Chillers verdampft, wodurch besonders vorteilhaft Wärme über den Chiller von dem Temperiermittel an das Kältemittel übergehen kann. Hierdurch wird das Temperiermittel vorteilhaft gekühlt. Dabei ist, fungiert oder arbeitet der zweite Wärmetauscher als ein Kühler zum Kühlen des Kältemittels, insbesondere derart, dass der zweite Wärmetauscher als ein Gaskühler zum Kühlen des Kältemittels oder als ein Kondensator zum Kondensieren und somit Kühlen des Kältemittels fungiert oder arbeitet. Über den zweiten Wärmetauscher kann das Kältemittel Wärme an die den zweiten Wärmetauscher umströmende Luft oder an das den zweiten Wärmetauscher durchströmende oder weitere Temperiermittel Temperiermittel abgeben. Insbesondere arbeitet oder fungiert dabei der erste Wärmetauscher als ein Verdampfer, mittels welchem das Kältemittel verdampft wird.
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Schließlich hat es sich zur Realisierung einer besonders effektiven und effizienten Temperierung des Energiespeichers als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn das Gebläse ein elektrisch betreibbares Gebläse ist und mittels von der Energiequelle bereitgestellter, elektrischer Energie und/oder mittels in dem Energiespeicher gespeicherter und von dem Energiespeicher bereitgestellter, elektrischer Energie, insbesondere während der Zeitspanne, elektrisch betrieben wird, um dadurch die Luft zu versorgen und somit insbesondere den zweiten Wärmetauscher mit der Luft zu versorgen.
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Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein einfach auch als Fahrzeug bezeichnetes und vorzugsweise als Kraftwagen, insbesondere Personenkraftwagen, ausgebildetes Kraftfahrzeug, welches zum Durchführen eines Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ausgebildet ist. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts der Erfindung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels mit den zugehörigen Zeichnungen. Dabei zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung einer Temperiereinrichtung zum Temperieren eines elektrischen Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs; und
- 2 ein Diagramm zum Veranschaulichen eines Verfahrens zum Temperieren des elektrischen Energiespeichers mittels der Temperiereinrichtung.
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In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Temperiereinrichtung 1 zum Temperieren eines elektrischen Energiespeichers 2 eines auch als Fahrzeug bezeichneten Kraftfahrzeugs. Der elektrische Energiespeicher 2 ist eine Hochvolt-Komponente, deren elektrische Spannung, insbesondere elektrische Betriebs- oder Nennspannung, vorzugsweise größer als 50 Volt, insbesondere größer als 60 Volt, ist und ganz vorzugsweise mehrere hundert Volt beträgt. Das die Temperiereinrichtung und den Energiespeicher 2 aufweisende Kraftfahrzeug weist auch wenigstens eine elektrische Maschine 3 auf, mittels welcher das Kraftfahrzeug, insbesondere rein, elektrisch angetrieben werden kann. Die elektrische Maschine 3 ist eine Hochvolt-Komponente, deren elektrische Spannung, insbesondere elektrische Betriebs- oder Nennspannung, vorzugsweise größer als 50 Volt, insbesondere größer als 60 Volt, ist und ganz vorzugsweise mehrere hundert Volt beträgt.
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Die Temperiereinrichtung 1 weist einen von einem Temperiermittel durchströmbaren Temperierkreislauf 4 auf, in welchem der elektrische Energiespeicher 2 und eine elektrisch betreibbare Pumpe 5 angeordnet sind. Außerdem ist in dem Temperierkreislauf 4 ein erster Wärmetauscher 6 angeordnet, welcher auch als Chiller bezeichnet wird. Die Pumpe 5 kann das Temperiermittel durch den Temperierkreislauf 4 und somit durch den elektrischen Energiespeicher 2 und durch den Wärmetauscher 6 hindurchfördern, wobei mittels des Temperiermittels der Energiespeicher 2 temperiert, das heißt gekühlt und/oder erwärmt werden kann.
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Die Temperiereinrichtung 1 weist auch einen in 1 besonders schematisch dargestellten und von einem Kältemittel durchströmbaren Kältemittelkreislauf 7 auf, in welchem ein elektrisch betreibbarer Kältemittelverdichter 8, ein zweiter Wärmetauscher 9 und der Chiller (erster Wärmetauscher 6) angeordnet sind. Der Kältemittelverdichter 8 kann das Kältemittel durch den Kältemittelkreislauf 7 und somit durch den Chiller und durch den Wärmetauscher 9 hindurch fördern. Außerdem kann der Kältemittelverdichter 8 das Kältemittel verdichten. Da der Chiller sowohl in dem Temperierkreislauf 4 als auch in dem Kältemittelkreislauf 7 angeordnet ist, kann über den Chiller Wärme zwischen dem Temperiermittel und dem Kältemittel ausgetauscht werden. Der von dem Kältemittel durchströmbare Wärmetauscher 9 kann beispielsweise von einem weiteren Fluid durchströmt werden oder von dem weiteren Fluid umströmt werden, sodass beispielsweise über den Wärmetauscher 9 Wärme zwischen dem Kältemittel und dem weiteren Fluid ausgetauscht werden kann. Insbesondere handelt es sich bei dem weiteren Fluid um aus einer Umgebung des Kraftfahrzeugs stammende und somit auch als Umgebungsluft bezeichnete Luft, welche den Wärmetauscher 9 umströmen kann. Somit kann über den Wärmetauscher 9 Wärme zwischen dem Kältemittel und der Umgebungsluft ausgetauscht werden. Die Temperiereinrichtung 1 kann ein in 1 besonders schematisch dargestelltes und vorzugsweise elektrisch betreibbares Gebläse 10 aufweisen, mittels welchem beispielsweise die Umgebungsluft gefördert und dadurch um den Wärmetauscher 9 herum gefördert werden kann. Mit anderen Worten kann mittels des Gebläses 10 die Umgebungsluft gefördert werden, wodurch der Wärmetauscher mit der mittels des Gebläses 10 geförderten Umgebungsluft versorgt, insbesondere umströmt, werden kann.
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In 1 ist besonders schematisch ein dritter Kreislauf 11 gezeigt, welcher von einem insbesondere als Fluid, ganz insbesondere als Flüssigkeit, ausgebildeten Medium durchströmbar ist. Bei dem Medium kann es sich beispielsweise um das Temperiermittel handeln. Der Kreislauf 11 ist beispielsweise zumindest teilweise fluidisch von dem Temperierkreislauf 4 getrennt. Es ist erkennbar, dass die elektrische Maschine 3 in dem Kreislauf 11 angeordnet ist, sodass beispielsweise die elektrische Maschine 3 mittels des Mediums temperiert, das heißt gekühlt und/oder erwärmt werden kann.
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Im Folgenden wird anhand von 1 und 2 ein Verfahren zum Temperieren, das heißt zum Kühlen und/oder Erwärmen des elektrischen Energiespeichers 2 beschrieben. Das Verfahren wird im Folgenden am Beispiel des auch als Kühlung bezeichneten Kühlens des elektrischen Energiespeichers 2 erläutert, sodass bei dem im Folgenden erläuterten Verfahren der Energiespeicher 2 gekühlt und dadurch temperiert wird, insbesondere mittels der auch als Temperierungseinrichtung bezeichneten Temperiereinrichtung 1.
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2 zeigt ein Diagramm, auf dessen Abszisse 12 die Zeit aufgetragen ist. Auf der Ordinate 13 des in 2 gezeigten Diagramms sind unterschiedliche Größen aufgetragen, sodass in 2 jeweilige Verläufe 14a-j zeitliche Verläufe dieser Größen sind oder veranschaulichen.
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Bei dem Verfahren wird der elektrische Energiespeicher 2 mittels der Temperiereinrichtung des Kraftfahrzeugs während eines Ladevorgangs temperiert, das heißt vorliegend gekühlt, wobei während des Ladevorgangs der elektrische Energiespeicher 2 mittels einer bezüglich des Kraftfahrzeugs externen Energiequelle geladen wird, und während des Ladevorgangs ist das Kraftfahrzeug mit der Energiequelle, insbesondere elektrisch, verbunden. Dies bedeutet, dass während des Ladevorgangs die bezüglich des Kraftfahrzeugs externe und beispielsweise als Ladesäule ausgebildete Energiequelle elektrische Energie bereitstellt, mittels welcher der Energiespeicher während des Ladevorgangs geladen wird. Der Ladevorgang ist in 2 mit L bezeichnet, wobei ein Ende des Ladevorgangs L mit E bezeichnet ist. Das Ende E ist somit ein Zeitpunkt, zu welchem der Ladevorgang L endet, mithin das Laden des Energiespeichers 2 beendet wird. Eine sich direkt an den Ladevorgang L und somit das Ende E anschließende und sozusagen mit dem Ende E beginnende Zeitspanne ist mit Z bezeichnet. Während der Zeitspanne Z unterbleibt ein Laden des elektrischen Energiespeichers, jedoch ist das Kraftfahrzeug während der Zeitspanne Z, insbesondere noch, mit der Energiequelle verbunden.
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Um nun den elektrischen Energiespeicher 2 besonders effektiv und effizient temperieren, vorliegend kühlen, zu können, ist es bei dem Verfahren vorgesehen, dass der elektrische Energiespeicher 2 auch nach dem Ende E des Ladevorgangs L und während das Kraftfahrzeug noch mit der Energiequelle verbunden ist, mittels der Temperiereinrichtung 1 gekühlt, vorliegend gekühlt wird. Mit anderen Worten ist es bei dem Verfahren vorgesehen, dass der elektrische Energiespeicher auch während der Zeitspanne Z gekühlt wird. Das bei dem in den Fig. gezeigten Ausführungsbeispiel als Kühlen des Energiespeichers 2 ausgebildete Temperieren des Energiespeichers 2 wird auch als Konditionieren oder Konditionierung des Energiespeichers 2 bezeichnet. Der Verlauf 14a ist oder veranschaulicht einen Ladestatus. Anhand des Verlaufs 14a ist erkennbar, dass während der Zeitspanne Z der Energiespeicher 2 nicht geladen wird, jedoch das Kraftfahrzeug noch mit der Energiequelle verbunden ist. Der Verlauf 14d veranschaulicht einen Ladezustand des Energiespeichers 2. Mit anderen Worten veranschaulicht der Verlauf 14d eine Menge von in dem Energiespeicher 2 gespeicherter, elektrischer Energie. Es ist erkennbar, dass während des Ladevorgangs L die Menge der in dem elektrischen Energiespeicher 2 gespeicherten, elektrischen Energie erhöht wird, dadurch, dass der Energiespeicher 2 während des Ladevorgangs L geladen wird. Während der Zeitspanne Z erhöht sich der Ladezustand nicht, der Ladezustand nimmt während der Zeitspanne Z auch nicht ab, sondern bleibt zumindest im Wesentlichen konstant, beispielsweise bei 100 Prozent. Der Verlauf 14c veranschaulicht das auch als Chillerkühlen bezeichnete Kühlen des Energiespeichers 2, welcher insbesondere dann während des Ladevorgangs L und während der Zeitspanne Z gekühlt wird, wenn eine in der Umgebung des Kraftfahrzeugs herrschende und auch als Umgebungstemperatur bezeichnete Außentemperatur hoch ist, insbesondere einen Schwellenwert überschreitet und/oder wenn eine auch als Speichertemperatur bezeichnete Temperatur des Energiespeichers 2 hoch ist beziehungsweise einen Grenzwert überschreitet. Der Verlauf 14b veranschaulicht das mittels der Temperiereinrichtung 1 durchgeführte Kühlen des Energiespeichers 2, dessen auch als Speichertemperatur bezeichnete Temperatur durch das Kühlen verringert oder gering gehalten wird. Der Verlauf 14c veranschaulicht ein oder das zuvor genannte, mittels der Temperiereinrichtung 1 durchführbare Erwärmen des Energiespeichers 2, dessen Temperatur durch das oder bei dem Erwärmen erhöht oder hoch gehalten wird, sodass unter dem Erwärmen des Energiespeichers 2 sowohl ein Erhöhen der Speichertemperatur als auch ein Warmhalten des Energiespeichers 2 zu verstehen ist. Der Verlauf 14e veranschaulicht die Speichertemperatur bei dem Erwärmen beziehungsweise Warmhalten des Energiespeichers 2, und der Verlauf 14f veranschaulicht die Speichertemperatur bei dem Kühlen beziehungsweise Kühlhalten des Energiespeichers 2. Demzufolge veranschaulicht der Verlauf 14g eine Kühlleistung beim Kühlen des Energiespeichers 2, und der Verlauf 14h veranschaulicht die Kühlleistung beim Erwärmen oder Warmhalten des Energiespeichers 2. Der Verlauf 14i veranschaulicht die Außentemperatur, wenn die Außentemperatur einen hohen Verlauf aufweist, und der Verlauf 14j veranschaulicht die Außentemperatur, wenn die Außentemperatur ein gegenüber dem hohen Wert geringeren, kleinen Wert aufweist. Insbesondere ist aus 2 erkennbar, dass die Außentemperatur ermittelt wird, wobei der elektrische Energiespeicher 2 während der Zeitspanne Z in Abhängigkeit von der Außentemperatur gezielt temperiert und dabei beispielsweise gekühlt wird. Eine sich insbesondere direkt an die Zeitspanne Z anschließende, zweite Zeitspanne ist in 2 mit Z2 bezeichnet und beginnt zu einem Zeitpunkt t2, zu welchem die Zeitspanne Z endet. Der Zeitpunkt t2 ist beispielsweise eine Abfahrt, mithin ein Fahrtbeginn, sodass zu dem Zeitpunkt t2, zu welchem die Zeitspanne Z endet, eine Fahrt des Kraftfahrzeugs beginnt. Somit fährt beispielsweise das Kraftfahrzeug während der zweiten Zeitspanne Z2. Während des Ladevorgangs L und während der Zeitspanne Z steht das Kraftfahrzeug, insbesondere durchgängig, still, wobei das Kraftfahrzeug, dessen Fahrt zu dem Zeitpunkt t2 beginnt, während der Zeitspanne Z2 fährt, mithin gefahren wird. Daher nimmt, wie anhand des Verlaufs 14d erkennbar ist, während der Zeitspanne Z2 der Ladezustand des Energiespeichers 2 ab.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Temperiereinrichtung
- 2
- elektrischer Energiespeicher
- 3
- elektrische Maschine
- 4
- Temperierkreislauf
- 5
- Pumpe
- 6
- erster Wärmetauscher
- 7
- Kältemittelkreislauf
- 8
- Kältemittelverdichter
- 9
- zweiter Wärmetauscher
- 10
- Gebläse
- 11
- Kreislauf
- 12
- Abszisse
- 13
- Ordinate
- 14a-j
- Verlauf
- E
- Ende
- L
- Ladevorgang
- t2
- Zeitpunkt
- Z
- Zeitspanne
- Z2
- zweite Zeitspanne
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- AT 519890 B1 [0002]
- DE 102011109422 A1 [0002]
- US 10953726 B2 [0002]
