DE112014005303T5

DE112014005303T5 - Anordnung und Verfahren zum Regeln der Temperatur eines Stromspeichersystems in einem Fahrzeug

Info

Publication number: DE112014005303T5
Application number: DE112014005303.1T
Authority: DE
Inventors: Ola Hall; Artiom Lamadrid
Original assignee: Scania CV AB
Current assignee: Scania CV AB
Priority date: 2013-12-17
Filing date: 2014-12-15
Publication date: 2016-08-04
Anticipated expiration: 2034-12-16
Also published as: WO2015094097A1; SE537559C2; DE112014005303B4; SE1351512A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zum Steuern der Temperatur eines Stromspeichersystems (2) in einem Fahrzeug (1). Die Anordnung umfasst einen Leitungskreis (5), der ein Ventilelement (7, 7a, 16, 16a) und wenigstens zwei parallele Leitungen (5b, 5c, 5k), die in einer Position unmittelbar stromaufwärts vom Stromspeichersystem (2) angeordnet sind, umfasst. Eine der parallelen Leitungen (5b) umfasst eine Heizvorrichtung (8) und eine weitere der parallelen Leitungen (5c) umfasst eine Kühlvorrichtung (9). Das Ventilelement (7, 7a, 16, 16a) ist zum Leiten des Mediums durch die parallele Leitung (5b), welche die Heizvorrichtung (8) umfasst, zu Betriebszeiten, wenn das Stromspeichersystem (2) eine Temperatur unter einem unteren Schwellenwert (t1) aufweist, und zum Leiten durch die parallele Leitung (5c), welche die Kühlvorrichtung (9) umfasst, zu Betriebszeiten, wenn das Stromspeichersystem (2) eine Temperatur über einem oberen Schwellenwert (t2) aufweist, ausgebildet.

Description

Hintergrund der Erfindung und Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zum Steuern der Temperatur eines Stromspeichersystems in einem Fahrzeug gemäß den Oberbegriffen von Anspruch 1 und 17.
Mit Strom in Kombination mit einer anderen Form von Kraftstoff angetriebene Hybridfahrzeuge sind mit einem Stromspeichersystem zum Speichern von Strom und Steuerausrüstung zum Steuern des Fließens von Strom zwischen dem Stromspeichersystem und einer elektrischen Maschine, die abwechselnd als Kraftmaschine und Generator in Betrieb ist, ausgestattet. Das Stromspeichersystem und die Steuerausrüstung bewirken unvermeidbar im Betrieb eine gewisse Erwärmung. Um das Stromspeichersystem und die Steuerausrüstung auf eine geeignete Weise betreiben zu können, dürfen sie sich nicht auf eine zu hohe Temperatur erwärmen. Das Stromspeichersystem darf sich beispielsweise nicht über eine höchstzulässige Temperatur erwärmen, die bei einem bestimmten Typ von Stromspeichersystem im Bereich von 40°C liegen kann. Die Steuerausrüstung hingegen kann sich auf eine etwas höhere Temperatur erwärmen. Das Stromspeichersystem und die Steuerausrüstung müssen daher im Betrieb gekühlt werden.
Bei einigen Typen von Stromspeichersystem ist ein Entladen nicht möglich, wenn die Temperatur zu niedrig ist. Wenn ein Laden bei zu niedrigen Temperaturen erfolgt, kann dies ebenfalls zu bleibenden Schäden am Stromspeichersystem führen. Das Problem mit niedrigen Temperaturen im Stromspeichersystem tritt vor allem in Verbindung mit Kaltstarts auf und wenn mit dem Fahrzeug bei niedrigen Umgebungstemperaturen gefahren wird.
Entsprechend ist es ebenfalls von Bedeutung, dass die Temperatur des Stromspeichersystems im Betrieb nicht zu niedrig ist.
US 2010/0100266 zeigt eine Temperatursteuerung, die das Steuern der Temperatur eines Stromspeichersystems und einer Steuerausrüstung in einem Fahrzeug erleichtert. Die Steuerung umfasst in einigen der Ausführungsformen in der Patentschrift einen Leitungskreis mit einem zirkulierenden Kühlmittel, das zuerst in wärmeübertragenden Kontakt mit dem Stromspeichersystem und anschließend mit der Steuerausrüstung kommt. Ein Thermostat leitet kaltes Kühlmittel über einen Kühler oder ungekühlte Flüssigkeit über eine Bypass-Leitung zum Stromspeichersystem. Das Thermostat misst die Temperatur des Kühlmittels, bevor es zum Stromspeichersystem geleitet wird. Die Kühlung umfasst ebenfalls eine Heizvorrichtung und eine Kühlvorrichtung, die in einem Abstand zum Stromspeichersystem angeordnet sind. Diese Steuerung weist eine komplizierte Struktur auf und das Thermostat scheint Kühlmittel mit einer im Wesentlichen konstanten Temperatur zum Stromspeichersystem zu leiten.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht im Bereitstellen einer relativ einfachen Anordnung, welche die Temperatur eines Stromspeichersystems in einem Fahrzeug auf eine zuverlässige Weise steuert, so dass dieses im Wesentlichen immer eine passende Temperatur im Betrieb aufweist.
Diese Aufgabe wird mit der Anordnung des zum Beginn spezifizierten Typs erfüllt, die durch die in den Kennzeichen von Patentanspruch 1 spezifizierten Merkmale gekennzeichnet ist. Die Anordnung umfasst somit eine Heizvorrichtung und Kühlvorrichtung, die jeweils in einer parallelen Leitung in einer Position unmittelbar stromaufwärts vom Stromspeichersystem angeordnet sind. Der Begriff „unmittelbar stromaufwärts vom Stromspeichersystem” bedeutet, dass das flüssige Medium nicht in Kontakt mit anderen wärmeübertragenden Komponenten kommt, wenn es von der Heizvorrichtung oder der Kühlvorrichtung zum Stromspeichersystem geleitet wird. Mit Hilfe des Ventilelements kann das durch eine der parallelen Leitungen geleitete flüssige Medium erwärmt werden, wenn das Stromspeichersystem eine niedrigere Temperatur als die untere Schwelle aufweist, und gekühlt werden, wenn das Stromspeichersystem eine höhere Temperatur als eine untere Schwelle aufweist. Das Stromspeichersystem kann somit eine Wärmeübertragung durch Kontakt mit dem zirkulierenden Mittel erzielen, wodurch es im Wesentlichen immer eine passende Temperatur im Betrieb hält. Die meisten Batterietypen weisen eine passende Betriebstemperatur in einem vorgegebenen Temperaturbereich auf. Bei einigen Batterietypen tritt bei Temperaturen über 40 bis 45°C verstärkt Alterung auf. Bestimmte Batterietypen sind nicht für Temperaturen unter 0°C ausgelegt. Der passende Temperaturbereich weist vorteilhafterweise einen ausreichenden Abstand zu solch einer Höchsttemperatur und einen ausreichenden Abstand zu solch einer Mindesttemperatur auf. Das Ventilelement leitet in diesem Fall die Flüssigkeit zur parallelen Leitung, welche die Kühlvorrichtung enthält, wenn das Stromspeichersystem eine höhere Temperatur aufweist als die obere Schwelle des Temperaturbereichs, und zur parallelen Leitung mit der Heizvorrichtung, wenn das Stromspeichersystem eine niedrigere Temperatur aufweist als die untere Schwelle des Temperaturbereichs. Die zuvor beschriebene Anordnung weist eine einfache Struktur sowie wenige Komponententeile auf und bietet eine zuverlässige Funktion.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Ventilelement zum Leiten des flüssigen Mediums durch eine spezifische parallele Leitung, in kein Wärmeaustausch erfolgt, zu Betriebszeiten, wenn das Stromspeichersystem eine höhere Temperatur als die untere Schwelle und eine niedrigere Temperatur als die obere Schwelle aufweist, ausgebildet. Wenn das Stromspeichersystem eine Temperatur im passenden Temperaturbereich aufweist, besteht im Allgemeinen kein Grund, für eine Heizwirkung vom flüssigen Medium zu sorgen. Die spezifische parallele Leitung kann aus einer der parallelen Leitungen bestehen, welche die Heizvorrichtung oder die Kühlvorrichtung umfassen, wobei die Heizvorrichtung oder die Kühlvorrichtung zum Ausschalten ausgebildet ist, wenn das flüssige Medium durch die Leitung zu Zeiten geleitet wird, wenn das Stromspeichersystem eine höhere Temperatur als die untere Schwelle und eine niedrigere Temperatur als die obere Schwelle aufweist. In diesem Fall wird somit eine der parallelen Leitungen verwendet, welche die Heizvorrichtung oder die Kühlvorrichtung umfasst, um das flüssige Medium zum Stromspeichersystem zu leiten. In diesem Fall sind nur zwei parallele Leitungen erforderlich und das Ventilelement kann aus einem Zweiwegeventil bestehen. Alternativ kann die parallele Leitung aus einer separaten parallelen Leitung bestehen. In diesem Fall sind drei parallele Leitungen erforderlich und das Ventilelement kann in diesem Fall aus einem Dreiwegeventil bestehen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Mittel in flüssiger Form ausgebildet, in wärmeübertragendem Kontakt mit wenigstens einer Komponente geleitet zu werden, die zum Steuern des Fließens von Strom zum und vom Stromspeichersystem ausgebildet ist, nachdem es sich in wärmeübertragendem Kontakt mit dem Stromspeichersystem befunden hat. Das Fahrzeug kann Steuerausrüstung in der Form von Komponenten wie Gleichstromumformer und Wechselrichter umfassen, um Strom zwischen dem Stromspeichersystem und einer elektrischen Maschine und anderen elektrisch angetriebenen Komponenten wie Wechselstromkompressoren, elektrische Servoeinheiten und elektrische Luftkompressoren zu leiten. Die Steuerausrüstung kann ebenfalls für das Laden einer Niederspannungsbatterie im Fahrzeug sorgen. Die Steuerausrüstung erfordert ein Kühlen im Betrieb. Die Steuerausrüstung kann aber eine höhere Temperatur als das Stromspeichersystem aufweisen. Geeigneterweise werden der Gleichstromumformer und der Wechselrichter nacheinander nach dem Stromspeichersystem in einer Reihenfolge gekühlt, so dass die Komponente, welche die niedrigste Temperatur erfordert, vor der Komponente gekühlt wird, die eine höhere Temperatur aufweisen kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Anordnung zum Schätzen der Temperatur des Stromspeichersystems mit Hilfe der Temperatur des flüssigen Mediums in einer Leitung, die das flüssige Medium aufnimmt, nachdem es das Stromspeichersystem verlassen hat, ausgebildet. Das flüssige Medium wird vorteilhafterweise in wärmeübertragendem Kontakt mit dem Stromspeichersystem geleitet, so dass die Temperatur des flüssigen Mediums im Wesentlichen der Temperatur des Stromspeichersystems entspricht, wenn dieses das Stromspeichersystem verlässt. Das Schätzen der Temperatur des Stromspeichersystems mit Hilfe der Temperatur des flüssigen Mediums in einer Position unmittelbar stromabwärts vom Stromspeichersystem ist einfach, wobei es die Temperatur des Stromspeichersystems mit hoher Genauigkeit angibt. Gleichstromumformer und Wechselrichter erwärmen sich entsprechend der elektrischen Leistung. Da sich die Leistung in einem Fahrzeug bei verschiedenen Betriebsbedingungen häufig ändert, ist es schwierig vorherzusagen, wie viel Wärme diese Komponenten erzeugen. Daher kann der Kühlbedarf des Stromspeichersystems nicht mit der Temperatur des flüssigen Mediums an einer beliebigen Position im Leitungssystem und insbesondere an einer Position stromabwärts von den Steuerkomponenten in Beziehung gesetzt werden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das Ventilelement ein Thermostat. Thermostate sind kostengünstige Komponenten, die wenig Platz erfordern und eine zuverlässige Funktion bieten. Das Thermostat kann ein Wachselement umfassen, das den Aggregatzustand bei einer Steuertemperatur ändert, die dem oberen Schwellenwert oder dem unteren Schwellenwert entspricht. Entsprechend kann das Thermostat das flüssige Medium zu verschiedenen parallelen Leitungen leiten, je nachdem, ob das Stromspeichersystem eine Temperatur aufweist, die höher oder niedriger als die Schwellenwerte ist. In diesem Fall ist das Thermostat in einer Position in Verbindung mit den parallelen Leitungen angeordnet, die stromaufwärts vom Stromspeichersystem angeordnet sind. Dass das Thermostat die Temperatur des Kühlmittels in dieser Position misst, ist nicht zweckmäßig, da dies nicht repräsentativ für die Temperatur des Stromspeichersystems ist. Der Leitungskreis umfasst daher vorteilhafterweise eine Regelleitung, die einen Teil des flüssigen Mediums von der Leitung, die das flüssige Medium aufnimmt, nachdem dieses das Stromspeichersystem verlassen hat, zum Thermostat leitet. Durch Anordnen einer Regelleitung, die einen Teil des flüssigen Mediums zum Thermostat von einer Position unmittelbar stromabwärts vom Stromspeichersystem leitet, erhält das Thermostat einen zuverlässigen Hinweis auf die Temperatur des Stromspeichersystems und diesbezüglich, ob dieses geheizt oder gekühlt werden muss. Der Leitungskreis kann eine Leitung umfassen, die das flüssige Medium vom Thermostat zu einem Ausgleichbehälter leitet. Der Leitungskreis kann in einem separaten System enthalten sein oder einen Teil einer herkömmlichen Kühlung in einem Fahrzeug darstellen. Die Leitung, die das flüssige Medium vom Thermostat zu einem Ausgleichbehälter leitet, kann eine Entlüftungsleitung sein. Dementsprechend hat diese Leitung zwei Funktionen, was die Zahl von Leitungen im Leitungskreis verringert.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist das Ventilelement ein Magnetventil. Ein Magnetventil ist teurer als ein Thermostat, kann aber ebenfalls zum Ausführen der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Die Anordnung kann in diesem Fall einen Sensor, der zum direkten oder indirekten Messen der Temperatur des Stromspeichersystems ausgebildet ist, und eine Steuervorrichtung, die zum Empfangen von Informationen vom Sensor und zum Steuern des Magnetventils ausgebildet ist, so dass sie das flüssige Medium durch eine der parallelen Leitungen entsprechend der Temperatur des Stromspeichersystems leitet, umfassen. Das Magnetventil kann ein Zweiwegeventil oder ein Dreiwegeventil sein.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist die Heizvorrichtung ein elektrisches Heizelement. Ein elektrisches Heizelement kann auf eine relativ einfache Weise in einer der parallelen Leitungen angewendet werden. Es kann ebenfalls mit einem entsprechend angeordneten Stromschalter einfach ausgeschaltet werden. Alternativ kann die Heizvorrichtung aus einem Wärmetauscher bestehen, der ein warmes Medium aufnimmt, das warmes Kühlmittel, Ladeluft oder Abgas sein kann. In diesem Fall kann der Strom des warmen Mediums mit einem entsprechend angeordneten Ventil abgesperrt werden. Die Kühlvorrichtung kann einen Kühler umfassen, in dem das flüssige Medium durch Luft gekühlt wird. Luft mit Umgebungstemperatur ist ein wirksames Kühlmittel. Im Allgemeinen weist sie ebenfalls eine Temperatur auf, die niedriger ist als eine höchstzulässige Temperatur für das Stromspeichersystem. Alternativ kann ein Wärmetauscher mit einem kaltem Medium wie kaltes Kühlmittel oder Kältemittel im Verdampfer einer Klimaanlage oder einer anderen Verdichterkühlung im Fahrzeug verwendet werden.
Die in der Einleitung genannte Aufgabe wird ebenfalls mit dem Verfahren nach Anspruch 17 erfüllt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Es folgt eine Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung als Beispiele in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen.
1 zeigt eine Anordnung zum Steuern der Temperatur eines Stromspeichersystems gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung.
2 zeigt eine Anordnung zum Steuern der Temperatur eines Stromspeichersystems gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
3 zeigt eine Anordnung zum Steuern der Temperatur eines Stromspeichersystems gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung.
4 zeigt eine Anordnung zum Steuern der Temperatur eines Stromspeichersystems gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung.
Ausführliche Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung
1 zeigt ein schematisches Fahrzeug 1, das ein mit Strom in Kombination mit einer anderen Form von Kraftstoff angetriebenes Hybridfahrzeug sein kann. Das Fahrzeug 1 kann auch ein rein elektrisch angetriebenes Fahrzeug sein. Das Fahrzeug 1 ist mit einem Stromspeichersystem 2 ausgestattet, das ein Akkumulator mit einer beliebigen Zahl von galvanischen Zellen sein kann. Das Stromspeichersystem 2 ist vorteilhafterweise eine Hochspannungsbatterie. Das Stromspeichersystem 2 ist mit einer nicht dargestellten elektrischen Maschine verbunden, die abwechselnd als eine Kraftmaschine und ein Generator betrieben werden kann. Die Steuerausrüstung in Form von Komponenten wie ein Gleichstromumformer 3 und ein Wechselrichter 4 ist zum Leiten des Stroms zwischen dem Stromspeichersystem 2 und der elektrischen Maschine im Betrieb des Fahrzeugs 1 erforderlich. Die Batterien 2 weisen einen Innenwiderstand auf und erwärmen sich entsprechend im Betrieb. Die meisten Batterietypen 2 weisen eine passende Betriebstemperatur in einem relativ schmalen Temperaturbereich auf, die beispielsweise zwischen 15 und 30°C liegt. Die Leistung eines Stromspeichersystems wird erheblich verringert, wenn es eine Temperatur aufweist, die zu hoch oder zu niedrig ist. Ein Stromspeichersystem 2 kann auch bleibenden Schäden und einer beschleunigten Alterung unterworfen sein, wenn es bei einer unpassenden Temperatur betrieben wird. Ein Stromspeichersystem 2 muss daher bei bestimmten Betriebsbedingungen gekühlt und bei anderen Betriebsbedingungen geheizt werden, um eine erwünschte Leistung zu erzielen. Der Gleichstromumformer 3 und der Wechselrichter 4 erwärmen sich im Betrieb, je nachdem, wie hart sie arbeiten. Sie dürfen keine Temperatur über einer oberen Schwelle aufweisen, um wie gewünscht zu funktionieren. Sie können sich aber auf eine höhere Temperatur als das Stromspeichersystem 2 erwärmen. Somit müssen der Gleichstromumformer 3 und der Wechselrichter 4 im Betrieb gekühlt werden.
1 zeigt eine Anordnung, die zum Halten einer passenden Betriebstemperatur des Stromspeichersystems 2 ausgebildet ist. Die Anordnung umfasst einen Leitungskreis 5 und eine Pumpe 6, die ein flüssiges Medium im Leitungskreis 3 im Betrieb des Fahrzeugs 1 umwälzen. Das flüssige Medium kann die gleiche Zusammensetzung wie das Kühlmittel in einer herkömmlichen Kühlung in einem Fahrzeug aufweisen. Die Pumpe 6 leitet das flüssige Medium über eine Anfangsleitung 5a zu einem Ventilelement in der Form eines Thermostats 7. Das Thermostat 7 ist zum Leiten des flüssigen Mediums zu einer ersten parallelen Leitung 5b, die eine Heizvorrichtung 8 enthält, oder zu einer zweiten parallelen Leitung 5c, die eine Kühlvorrichtung 9 enthält, ausgebildet. Die Heizvorrichtung 8 ist in diesem Fall ein elektrisches Heizaggregat. Alternativ kann die Heizvorrichtung 8 aus einem Wärmetauscher bestehen, durch den ein warmes Medium strömt, das beispielsweise warmes Kühlmittel, Ladeluft oder Abgas sein kann. Die Kühlvorrichtung 9 ist in diesem Fall ein Wärmetauscher in der Form eines Kühlers, durch den Luft, welche die Umgebungstemperatur aufweisen kann, strömt. Die Kühlvorrichtung 9 kann ebenfalls ein Wärmetauscher, durch den kaltes Kühlmittel strömt, oder ein Verdampfer in einer Verdichterkühlanlage sein.
Die parallelen Leitungen 5b, 5c münden in einer gemeinsamen Leitung 5d, die das flüssige Medium zum Stromspeichersystem 2 leiten. Das flüssige Medium wird durch passend geformte Kanäle in wärmeübertragendem Kontakt mit dem Stromspeichersystem 2 geleitet. Das flüssige Medium, welches das Stromspeichersystem 2 verlässt, weist somit eine Temperatur auf, die im Wesentlichen der Temperatur des Stromspeichersystems 2 entspricht. Das flüssige Medium, welches das Stromspeichersystem 2 verlässt, wird in einer Leitung 5e aufgenommen. Die Leitung 5e leitet das flüssige Medium zum Gleichstromumformer 3, wo es in wärmeübertragendem Kontakt mit dem Gleichstromumformer 3 geleitet wird. Das flüssige Medium wird anschließend über eine Leitung 5f zum Wechselrichter 4 geleitet, wo es in wärmeübertragendem Kontakt mit dem Wechselrichter 4 geleitet wird. Anschließend wird das flüssige Medium über eine Leitung 5g zurück zur Pumpe 6 geleitet. Die Anordnung umfasst einen Ausgleichbehälter 10, der über eine Leitung 5h, die eine so genannte statische Leitung ist, mit der Leitung 5g verbunden ist.
Das Thermostat 7 umfasst einen Sensorkörper, der ein Wachselement sein kann, das bei einer Steuertemperatur den Aggregatzustand von einem festen Zustand zu einem flüssigen Zustand ändert. Alternativ kann das Thermostat elektrisch gesteuert werden. Wenn sich das Wachselement in einem festen Zustand befindet, leitet das Thermostat 7 das flüssige Medium zur ersten parallelen Leitung 5b und Heizvorrichtung 8. Wenn sich das Wachselement in einem flüssigen Zustand befindet, leitet das Thermostat 7 das flüssige Medium zur anderen parallelen Leitung 5c und Kühlvorrichtung 9. Die Steuertemperatur des Thermostats 7 entspricht in dieser Ausführungsform einem oberen Schwellenwert t₂ der Temperatur des Stromspeichersystems, der beispielsweise 30°C sein kann. Der obere Schwellenwert ist vorteilhafterweise mit einem ausreichenden Abstand zu einer oberen Höchsttemperatur gewählt, bei der das Stromspeichersystems 2 einer beschleunigten Alterung unterworfen ist. Die Vorrichtung umfasst eine Regelleitung 5i, die einen kleinen Teil des flüssigen Mediums von der Leitung 5e zum Thermostat 7 leitet, wo das flüssige Medium wärmeübertragenden Kontakt mit dem Wachselement erhält. Da das flüssige Medium eine Temperatur in der Leistung 5e aufweist, die im Wesentlichen der Temperatur des Stromspeichersystems 2 entspricht, misst das Thermostat 7 über das flüssige Medium in der Regelleitung 5i eine Temperatur, die mit hoher Genauigkeit der Temperatur des Stromspeichersystems entspricht.
Nachdem das flüssige Medium das Thermostat 7 passiert hat, wird es über eine Entlüftungsleitung 5j zum Ausgleichbehälter 10 geleitet. In dieser Ausführungsform ist ein zusätzliches Thermostat 11 in der Regelleitung 5i angeordnet. Das zusätzliche Thermostat 11 ist zum Steuern der Aktivierung der Heizvorrichtung 8 entsprechend der Temperatur des Stromspeichersystems 2 ausgebildet. Die Heizvorrichtung 8 ist in diesem Fall somit eine elektrische Heizvorrichtung, die mit Hilfe eines Stromschalters oder einer ähnlichen Vorrichtung einfach ausgeschaltet werden kann. Die Aufgabe des Thermostats 11 besteht im Ausschalten der Heizvorrichtung 8, wenn das Stromspeichersystem 2 eine höhere Temperatur aufweist als die Steuertemperatur des Thermostats 11, und im Aktivieren der Heizvorrichtung 8, wenn das Stromspeichersystem eine niedrigere Temperatur aufweist als die Steuertemperatur des Thermostats 11. Die Steuertemperatur des Thermostats 11 entspricht in dieser Ausführungsform einem unteren Schwellenwert t1 der Temperatur des Stromspeichersystems 2, der beispielsweise 15°C sein kann.
Der untere Schwellenwert ist vorteilhafterweise mit einem ausreichenden Abstand zu einer Mindesttemperatur gewählt, bei dem das Stromspeichersystem 2 die Funktion einstellt.
Im Betrieb des Fahrzeugs wälzt die Pumpe 6 Kühlmittel im Leitungskreis 5 um. Das Thermostat 7 misst mit Hilfe des flüssigen Mediums in der Regelleitung 5i die Temperatur des Stromspeichersystems 2. Zu Betriebszeiten, in denen das Stromspeichersystem 2 eine zu niedrige Temperatur aufweist, die in diesem Fall unter 15°C liegt, leitet das Thermostat 7 das flüssige Medium zur ersten parallelen Leitung 5b und Heizvorrichtung 8. Das zusätzliche Thermostat 11, das entsprechend ebenfalls die Temperatur des Stromspeichersystems 2 mit Hilfe des flüssigen Mediums in der Regelleitung 5i misst, versetzt die Heizvorrichtung 8 in einen aktiven Zustand. Die Heizvorrichtung führt entsprechend dem flüssigen Medium in der ersten parallelen Leitung 5b Heizenergie zu. Das flüssige Medium wird daher auf eine Temperatur geheizt, die erheblicher höher als die Temperatur des Stromspeichersystems 2 ist. Das flüssige Medium sorgt somit für ein effizientes und schnelles Erwärmen des Stromspeichersystems 2. Das flüssige Medium wird abgekühlt, wenn es das Stromspeichersystem 2 heizt, so dass es im Wesentlichen die gleiche Temperatur aufweist wie das Stromspeichersystem 2, wenn es die Leitung 5e erreicht. Das flüssige Medium kühlt anschließend den Gleichstromumformer 3 und den Wechselrichter 4, bevor es wieder zurück zur Pumpe 6 geleitet wird. Das aktive Heizen führt dazu, dass das Stromspeichersystem 2 schnell eine Temperatur oberhalb des unteren Schwellenwerts t₁ erreicht und somit eine Temperatur innerhalb des Temperaturbereichs, die für den Betrieb des Stromspeichersystems 2 geeignet ist.
Zu Betriebszeiten, in denen das Stromspeichersystem eine Temperatur innerhalb des passenden Intervalls aufweist, das heißt in diesem Fall zwischen 15 und 30°C, leitet das Thermostat 7 das flüssige Medium zur ersten parallelen Leitung 5b und Heizvorrichtung 8. Das zusätzliche Thermostat 11 misst jetzt, dass das Stromspeichersystem 2 eine Temperatur über dem unteren Schwellenwert aufweist. Das zusätzliche Thermostat 11 versetzt daher die Heizvorrichtung 8 in den ausgeschalteten Zustand. Das flüssige Medium wird entsprechend durch die erste parallele Leitung 5b geleitet, ohne von der Heizvorrichtung 8 erwärmt zu werden. Nachdem das flüssige Medium in wärmeübertragendem Kontakt mit dem Stromspeichersystem 2 gewesen ist, kühlt es den Gleichstromumformer 3 und den Wechselrichter 4, der in der Regel eine höhere Temperatur als das Stromspeichersystem 2 aufweist.
Zu Betriebszeiten, in denen das Stromspeichersystem eine zu hohe Temperatur aufweist, das heißt in diesem Fall über 30°C, leitet das Thermostat 7 das flüssige Medium zur zweiten parallelen Leitung 5c und Heizvorrichtung 9. Das flüssige Medium bewirkt somit eine Abkühlung der Kühlvorrichtung 9 auf eine niedrigere Temperatur als die Temperatur des Stromspeichersystems 2. Das flüssige Medium bewirkt entsprechend eine effiziente Kühlung des Stromspeichersystems 2. Das flüssige Medium kühlt anschließend den Gleichstromumformer 3 und den Wechselrichter 4, bevor es wieder zurück zur Pumpe 6 geleitet wird. Das aktive Kühlen führt dazu, dass das Stromspeichersystem 2 schnell eine niedrigere Temperatur als der obere Schwellenwert t₂ erreicht und somit eine Temperatur innerhalb des Temperaturbereichs, die für den Betrieb des Stromspeichersystems 2 geeignet ist.
2 zeigt eine alternative Ausführungsform. In diesem Fall wird ein Ventilelement in der Form eines Dreiwegethermostats 16 verwendet. Das Dreiwegethermostat 16 kann das flüssige Medium durch drei alternative Leitungen 5b, 5c, 5k leiten. Die erste parallele Leitung umfasst eine Heizvorrichtung 8, die zweite parallele Leitung umfasst eine Kühlvorrichtung 9 und die dritte parallele Leitung 5k umfasst keine Wärmeübertragungsvorrichtung. Wenn das Thermostat 16 erkennt, dass das Stromspeichersystem 2 eine Temperatur aufweist, die niedriger ist als der untere Schwellenwert t₁, leitet das Thermostat 16 das flüssige Medium durch die erste parallele Leitung 5b und die Heizvorrichtung 8. Die Heizvorrichtung 8 bewirkt ein Erwärmen des flüssigen Mediums, bevor es zum Stromspeichersystem 2 geleitet wird. Das Stromspeichersystem 2 erfährt somit eine effiziente und schnelle Erwärmung auf eine Temperatur innerhalb des passenden Temperaturbereichs. Wenn das Thermostat 16 erkennt, dass das Stromspeichersystem 2 eine Temperatur aufweist, die höher ist als ein oberer Schwellenwert t₂, leitet das Thermostat 16 das flüssige Medium durch die zweite parallele Leitung 5c und die Kühlvorrichtung 9. Die Kühlvorrichtung 9 bewirkt ein Kühlen des flüssigen Mediums, bevor es zum Stromspeichersystem 2 geleitet wird. Das Stromspeichersystem 2 erfährt somit eine effiziente und schnelle Abkühlung auf eine Temperatur innerhalb des passenden Temperaturbereichs. Wenn das Thermostat 16 erkennt, dass das Stromspeichersystem 2 eine Temperatur innerhalb des passenden Bereichs aufweist, der durch den unteren Schwellenwert t₁ und den oberen Schwellenwert t₂ definiert ist, leitet das Thermostat 16 das flüssige Medium durch die dritte parallele Leitung 5k, in der keine Wärmeübertragung erfolgt. Das flüssige Medium wird in diesem Fall mit unveränderter Temperatur in wärmeübertragendem Kontakt mit dem Stromspeichersystem geleitet.
3 zeigt eine weitere alternative Ausführungsform der Anordnung. Die Anordnung umfasst zu einem Großteil die gleichen Komponenten wie in der Ausführungsform in 1 und 2. Daher sind die gemeinsamen Komponenten nicht erneut beschrieben. In diesem Fall wird jedoch ein Ventilelement in der Form eines Magnetventils 12 verwendet. Das Magnetventil 12 ist zum Leiten des flüssigen Mediums zur ersten parallelen Leitung 5b, die eine Heizvorrichtung 8 enthält, oder zur zweiten parallelen Leitung 5c, die eine Kühlvorrichtung 9 enthält, ausgebildet. Das Magnetventil 12 wird von einer Steuervorrichtung 13 gesteuert. Ein Temperatursensor 14 misst die Temperatur des Stromspeichersystems 2. Alternativ kann der Temperatursensor 14 die Temperatur des Kühlmittels in der Leitung 5e messen, die im Wesentlichen der Temperatur des Stromspeichersystems 2 entspricht.
Im Betrieb des Fahrzeugs wälzt die Pumpe 6 Kühlmittel im Leitungskreis 5 um. Die Steuervorrichtung 13 empfängt im Wesentlichen kontinuierliche Informationen vom Temperatursensor 14 zur Temperatur des Stromspeichersystems. Zu Betriebszeiten, in denen das Stromspeichersystem 2 eine zu niedrige Temperatur aufweist, die in diesem Fall unter 15°C liegt, versetzt die Steuervorrichtung 13 das Magnetventil in einen Zustand, in dem das flüssige Medium zur ersten parallelen Leitung 5b und Heizvorrichtung 8 geleitet wird. Da das Stromspeichersystem 2 eine zu niedrige Temperatur aufweist, aktiviert die Steuervorrichtung 13 die Heizvorrichtung 8. Die Heizvorrichtung 8 führt somit entsprechend dem flüssigen Medium in der ersten parallelen Leitung 5b Heizenergie zu. Das flüssige Medium wird daher auf eine Temperatur erwärmt, die wesentlich höher ist als die Temperatur des Stromspeichersystems 2. Das flüssige Medium bewirkt entsprechend eine effiziente Erwärmung des Stromspeichersystems 2. Die Temperatur des flüssigen Mediums sinkt, wenn dieses das Stromspeichersystem 2 heizt, auf einen solchen Wert, dass es im Wesentlichen die gleiche Temperatur aufweist wie das Stromspeichersystem 2, wenn es die Leitung 5e erreicht. Das flüssige Medium kühlt anschließend den Gleichstromumformer 3 und den Wechselrichter 4, bevor es wieder zurück zur Pumpe 6 geleitet wird. Das aktive Heizen führt dazu, dass das Stromspeichersystem 2 schnell eine höhere Temperatur als der untere Schwellenwert erreicht und somit eine Temperatur innerhalb des Temperaturbereichs, die für den Betrieb des Stromspeichersystems 2 geeignet ist.
Zu Betriebszeiten, in denen die Steuervorrichtung 13 Informationen vom Temperatursensor 14 empfängt, die darauf hinweisen, dass das Stromspeichersystem 2 eine Temperatur innerhalb des passenden Intervalls aufweist, das heißt in diesem Fall eine Temperatur zwischen und 15 und 30°C, leitet das Magnetventil 12 das flüssige Medium zur Leitung 5b und Heizvorrichtung 8. Die Steuervorrichtung 13 versetzt die Heizvorrichtung 8 in einen ausgeschalteten Zustand. Das flüssige Medium wird somit durch die erste parallele Leitung 5b geleitet, ohne von der Heizvorrichtung 8 erwärmt zu werden. Nachdem das flüssige Medium in wärmeübertragendem Kontakt mit dem Stromspeichersystem 2 gewesen ist, kühlt es den Gleichstromumformer 3 und den Wechselrichter 4, der in der Regel eine höhere Temperatur als das Stromspeichersystem 2 aufweist.
Zu Betriebszeiten, in denen die Steuervorrichtung 13 Informationen vom Temperatursensor 14 empfängt, die darauf hinweisen, dass das Stromspeichersystem 2 eine zu hohe Temperatur aufweist, das heißt in diesem Fall eine Temperatur über 30°C, leitet das Magnetventil 12 das flüssige Medium zur zweiten parallelen Leitung 5c und Kühlvorrichtung 8. Das flüssige Medium bewirkt somit eine Abkühlung der Kühlvorrichtung 8 auf eine niedrigere Temperatur als die Temperatur des Stromspeichersystems 2. Das flüssige Medium bewirkt anschließend eine Kühlung des Stromspeichersystems 2. Das flüssige Medium kühlt anschließend den Gleichstromumformer 3 und den Wechselrichter 4, bevor es wieder zurück zur Pumpe 6 geleitet wird. Das aktive Kühlen führt dazu, dass das Stromspeichersystem 2 schnell eine niedrigere Temperatur als der obere Schwellenwert erreicht und somit eine Temperatur innerhalb des Temperaturbereichs, die für den Betrieb des Stromspeichersystems 2 geeignet ist.
4 zeigt eine weitere alternative Ausführungsform. In diesem Fall wird ein Ventilelement in der Form eines Magnetventils 16a verwendet. Das Magnetventil 16a kann das flüssige Medium durch drei alternative Leitungen 5b, 5c, 5k leiten. Die erste parallele Leitung umfasst eine Heizvorrichtung 8, die zweite parallele Leitung umfasst eine Kühlvorrichtung 9 und die dritte parallele Leitung 5k umfasst keine Wärmeübertragungsvorrichtung. Wenn die Steuervorrichtung 13 Informationen vom Temperatursensor 14 empfängt, die darauf hinweisen, dass das Stromspeichersystem 2 eine niedrigere Temperatur als der untere Schwellenwert t₁ aufweist, leitet das Magnetventil 16a das flüssige Medium durch die erste parallele Leitung 5b und die Heizvorrichtung 8. Die Heizvorrichtung 8 bewirkt ein Erwärmen des flüssigen Mediums, bevor es zum Stromspeichersystem 2 geleitet wird. Das Stromspeichersystem 2 erfährt somit eine effiziente und schnelle Erwärmung auf eine Temperatur innerhalb des passenden Temperaturbereichs. Wenn die Steuervorrichtung 13 Informationen vom Temperatursensor 14 empfängt, die darauf hinweisen, dass das Stromspeichersystem 2 eine Temperatur aufweist, die höher ist als ein oberer Schwellenwert t₂, leitet das Magnetventil 16a das flüssige Medium durch die zweite parallele Leitung 5c und die Kühlvorrichtung 9. Die Kühlvorrichtung 9 bewirkt ein Kühlen des flüssigen Mediums, bevor es zum Stromspeichersystem 2 geleitet wird. Das Stromspeichersystem 2 erfährt somit eine effiziente und schnelle Abkühlung auf eine Temperatur innerhalb des passenden Temperaturbereichs. Wenn die Steuervorrichtung 13 Informationen vom Temperatursensor 14 empfängt, die darauf hinweisen, dass das Stromspeichersystem 2 eine Temperatur innerhalb des passenden Bereichs aufweist, der durch den unteren Schwellenwert t₁ und den oberen Schwellenwert t₂ definiert ist, leitet das Magnetventil 16a das flüssige Medium durch die dritte parallele Leitung 5k, in der keine Wärmeübertragung erfolgt. Das flüssige Medium wird in diesem Fall mit unveränderter Temperatur in wärmeübertragendem Kontakt mit dem Stromspeichersystem geleitet.
Die Erfindung ist in keiner Weise auf die in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen beschränkt, sondern kann frei innerhalb des Umfangs der Patentansprüche variiert werden.

Claims

Anordnung zum Steuern der Temperatur in einem Stromspeichersystem (2) in einem Fahrzeug (1), wobei die Anordnung einen Leitungskreis (5), eine Pumpe (6), die zum Umwälzen eines flüssigen Mediums im Leitungskreis (5) ausgebildet ist, so dass das flüssige Medium einen wärmeübertragenden Kontakt mit dem Stromspeichersystem (2) erhält, eine Heizvorrichtung (8), die zum Erwärmen des flüssigen Mediums ausgebildet ist, und eine Kühlvorrichtung (9), die zum Kühlen des flüssigen Mediums ausgebildet ist, umfasst, wobei der Leitungskreis (5) Ventilelemente (7, 7a, 16, 16a) und wenigstens zwei parallele Leitungen (5b, 5c, 5k) umfasst, die in einer Position unmittelbar stromaufwärts vom Stromspeichersystem (2) angeordnet sind, wobei eine der parallelen Leitungen (5b) die Heizvorrichtung (8) und eine weitere der parallelen Leitungen (5c) die Kühlvorrichtung (9) umfasst, wobei das Ventilelement (7, 7a, 16, 16a) zum Leiten des Mediums durch die parallele Leitung (5b), welche die Heizvorrichtung (8) umfasst, zu Betriebszeiten, wenn das Stromspeichersystem (2) eine Temperatur unter einem unteren Schwellenwert (t₁) aufweist, und zum Leiten des Mediums durch die parallele Leitung (5c), welche die Kühlvorrichtung (9) umfasst, zu Betriebszeiten, wenn das Stromspeichersystem (2) eine Temperatur über einem oberen Schwellenwert (t₂) aufweist, ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement (7, 16) zum Leiten des flüssigen Mediums durch eine spezifische parallele Leitung (5b, 5c, 5k), in der keine Wärmeübertragung erfolgt, zu Betriebszeiten, wenn das Stromspeichersystem (2) eine höhere Temperatur als der untere Schwellenwert (t₁) und eine niedrigere Temperatur als der obere Schwellenwert (t₂) aufweist, ausgebildet ist.
Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die spezifische parallele Leitung aus einer der parallelen Leitungen (5b, 5c) besteht, welche die Heizvorrichtung (8) oder die Kühlvorrichtung (9) umfasst, wobei die Heizvorrichtung (8) oder die Kühlvorrichtung (9) dazu ausgebildet ist, ausgeschaltet zu werden, wenn das Stromspeichersystem (2) eine höhere Temperatur als der untere Schwellenwert (t₁) und eine niedrigere Temperatur als der obere Schwellenwert (t₂) aufweist.
Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die spezifische parallele Leitung aus einer separaten parallelen Leitung (5k) besteht.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das flüssige Medium dazu ausgebildet ist, in wärmeübertragendem Kontakt mit wenigstens einer Komponente (3, 4), die das Fließen von Strom zum und vom Stromspeichersystem (2) steuert, geleitet zu werden, nachdem es sich in wärmeübertragendem Kontakt mit dem Stromspeichersystem (2) befunden hat.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung zum Schätzen der Temperatur des Stromspeichersystems (2) mit Hilfe der Temperatur des flüssigen Mediums in einer Leitung (5e), die das flüssige Medium aufnimmt, nachdem es das Stromspeichersystem (2) verlassen hat, ausgebildet ist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement ein Thermostat (7, 7a) ist.
Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Thermostat (7, 7a) ein Wachselement umfasst, das den Aggregatzustand bei einer Steuertemperatur ändert, die dem oberen Schwellenwert (t²) oder dem unteren Schwellenwert (t₁) entspricht.
Anordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Leitungskreis (5) eine Regelleitung (5i) umfasst, die einen Teil des flüssigen Mediums von der Leitung (5e), die das flüssige Medium aufnimmt, nachdem dieses das Stromspeichersystem (2) verlassen hat, zum Thermostat (7, 7a) leitet.
Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Leitungskreis (5) eine Leitung (5j) umfasst, die das flüssige Medium vom Thermostat (7, 7a) zu einem Ausgleichbehälter (10) leitet.
Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitung (5j), die das flüssige Medium vom Thermostat (7, 7a) zu einem Ausgleichbehälter (10) leitet, eine Entlüftungsleitung ist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement ein Magnetventil (16, 16a) ist.
Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung einen Sensor (14), der zum direkten oder indirekten Messen der Temperatur des Stromspeichersystems (2) ausgebildet ist, und eine Steuervorrichtung (13), die zum Empfangen von Informationen vom Sensor (14) und zum Steuern des Magnetventils (16, 16a) ausgebildet ist, so dass sie das flüssige Medium durch eine der parallelen Leitungen entsprechend der Temperatur des Stromspeichersystems (2) leitet, umfasst.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizvorrichtung (8) ein elektrisches Heizelement ist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlvorrichtung (9) ein Kühler ist, bei dem das flüssige Medium durch Luft gekühlt wird.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlvorrichtung ein Verdampfer in einer Klimaanlage ist.
Verfahren zum Steuern der Temperatur in einem Stromspeichersystem (2) in einem Fahrzeug (1), wobei das Fahrzeug einen Leitungskreis (5), eine Pumpe (6), die zum Umwälzen eines flüssigen Mediums im Leitungskreis (5) ausgebildet ist, so dass das flüssige Medium einen wärmeübertragenden Kontakt mit dem Stromspeichersystem (2) erhält, eine Heizvorrichtung (8), die zum Erwärmen des flüssigen Mediums ausgebildet ist, und eine Kühlvorrichtung (9), die zum Kühlen des flüssigen Mediums ausgebildet ist, umfasst, wobei der Leitungskreis (5) wenigstens zwei parallele Leitungen (5b, 5c, 5k) umfasst, die in einer Position unmittelbar stromaufwärts vom Stromspeichersystem (2) angeordnet sind, und wobei eine der parallelen Leitungen (5b) die Heizvorrichtung (8) und eine weitere der parallelen Leitungen (5c) die Kühlvorrichtung (9) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte zum Leiten des Mediums durch die parallele Leitung (5b), welche die Heizvorrichtung (8) umfasst, zu Betriebszeiten, wenn das Stromspeichersystem (2) eine Temperatur unter einem unteren Schwellenwert (t₁) aufweist, und zum Leiten des Mediums durch die parallele Leitung (5c), welche die Kühlvorrichtung (9) umfasst, zu Betriebszeiten, wenn das Stromspeichersystem (2) eine Temperatur über einem oberen Schwellenwert (t₂) aufweist, ausgebildet ist, und zum Leiten des flüssigen Mediums durch eine spezifische parallele Leitung (5b, 5c, 5k), in der keine Wärmeübertragung erfolgt, zu Betriebszeiten, wenn das Stromspeichersystem (2) eine höhere Temperatur als der untere Schwellenwert (t₁) und eine niedrigere Temperatur als der obere Schwellenwert (t₂) aufweist.