DE60030630T2 - Temperaturregler für eine Fahrzeugbatterie - Google Patents

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Description

  • 1. Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Batterietemperatursteuergerät zur Steuerung der Temperatur einer Fahrzeugbatterie.
  • 2. Beschreibung des Stands der Technik
  • Es gab in der letzten Zeit zunehmendes Verlangen nach Einführung eines schadstoffarmen Fahrzeugs und eines Fahrzeugs für alternative Energie, begleitet vom Verlangen nach Verbesserung der Luftumwelt- und Umweltprobleme. Ein starker Kandidat für das Fahrzeug für alternative Energie ist das Hybridfahrzeug, welches einen Elektromotor zusammen mit einer Maschine verwendet. Ein Hybridfahrzeug wird während schneller Fahrt durch eine Maschine angetrieben und wird während langsamer Fahrt durch einen Antriebsmotor mit einer Batterie als Stromquelle angetrieben. Die Batterie wird während Maschinenantrieb durch Antrieb eines Stromerzeugungsmotors geladen.
  • Als Batterie für das Hybridfahrzeug gibt es zum Beispiel die Blei-Säure-Batterie, die Alkali-Speicherbatterie, die Metall-Luft-Speicherbatterie und die Hochtemperaturbatterie. Von diesen arbeitet die Hochtemperaturbatterie in einem hohen Temperaturbereich (zum Beispiel 80 bis 90°C) stabil und arbeitet mit hohem Wirkungsgrad, wodurch der Fahrzeugkraftstoffverbrauch verbessert wird. Und zwar hat die Hochtemperaturbatterie eines Hybridfahrzeugs eine Temperatur für optimalen Wirkungsgrad (der Einfluss der Temperatur auf den Wirkungsgrad ist größer als für die konventionelle Blei-Säure-Batterie), die größer als Atmosphärentemperatur ist, und daher ist es in Anbetracht des Stromerzeugungs- und Speicherwirkungsgrades und des Fahrzeugkraftstoffverbrauchs erwünscht, die Temperatur auf ungefähr 80°C zu halten. Ein Beispiel für eine Hochtemperaturbatterie ist eine Batterie, welche ein Halid, zum Beispiel Kupfer, Nickel oder Silber, für die positive Elektrode und metallisches Lithium (alternativ ist auch ein aktiviertes Metall wie z.B. Kalzium, Magnesium möglich) für die negative Elektrode verwendet und einen organischen Stoff wie z.B. Propylencarbonat für den Elektrolyten verwendet.
  • Da man eine Wärmequelle zum Aufrechterhalten der Temperatur der Hochtemperaturbatterie am Fahrzeug installieren muss, gibt es das Problem einer Zunahme der Fahrzeugkosten und Batteriekosten und einer Zunahme der Fahrzeuggröße aufgrund des Raums zur Installation der Wärmequelle für die Batterie.
  • Und da keine Kühleinrichtung einzig und allein für die Wärmequelle vorgesehen ist, kann die Temperatur der Hochtemperaturbatterie nicht genau auf eine Temperatur für optimalen Wirkungsgrad geregelt werden. Daher gibt es Raum für Verbesserung des Wirkungsgrades für Stromerzeugung und für Stromspeicherung und beim Kraftstoffverbrauch des Fahrzeugs.
  • Das Dokument DE 197 30678 A offenbart einen Fahrzeugheiz-/-kühlkreis mit einer Verbrennungsmaschine, die dafür eingerichtet ist, durch einen externen Wärmetauscher gekühlt zu werden, und einer Hochtemperaturbatterie, die dafür eingerichtet ist, durch denselben externen Wärmetauscher in einer anderen Betriebsart gekühlt zu werden. In noch einer anderen Betriebsart wird die Maschine durch die von der Batterie zugeführte Wärme und/oder durch eine elektrische Heizeinrichtung vorgeheizt.
  • KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung befasst sich mit den obigen Problemen mit der konventionellen Technik, mit der Aufgabe, ein Temperatursteuergerät für eine Fahrzeugbatterie bereitzustellen, welches die Abwärme der Maschine verwendet, um die Hochtemperaturbatterie zu heizen, wodurch Verkleinerung des Fahrzeugs und Energieeinsparungen möglich werden.
  • Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Temperatursteuergerät für eine Fahrzeugbatterie bereitzustellen, welches die Temperatur der Hochtemperaturbatterie genau auf eine Temperatur für optimalen Wirkungsgrad regeln kann.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die obigen Aufgaben dank einer Fahrzeugbatterie wie in Anspruch 1 angegeben gelöst.
  • Bei dieser Erfindung wird die Abwärme der Maschine verwendet, um die Temperatur der Hochtemperaturbatterie aufrechtzuerhalten, und daher ist es nicht notwendig, eine neue Wärmequelle im Fahrzeug zu installieren. Folglich können Verkleinerung des Fahrzeugs und Energieeinsparung erzielt werden.
  • Bei der Erfindung sind während des Fahrzeugheizens zuerst die Heizschleife und die Kühlschleife offenen Zustand bzw. im geschlossenen Zustand, so dass heißes Kühlmittel, welches durch die Maschinenabwärme im Wärmetauscher erwärmt worden ist, in der Heizschleife umgewälzt wird und die Hochtemperaturbatterie erwärmt, um den Aufwärmzustand im Hochtemperaturbereich schnell zu erreichen. Danach wird in dem Fall, dass die Temperatur der Hochtemperaturbatterie über die Temperatur für optimalen Wirkungsgrad steigt, die Kühlschleife so eingestellt, dass sie sich nach und nach öffnet, so dass Kühlmittel mit niedriger Temperatur, welches im Kühler Wärme abgegeben hat, in der Kühlschleife umgewälzt und mit Kühlmittel in der Heizschleife gemischt wird, um eine Kühlmittelmischung mit hoher Temperatur zu ergeben. Der Hochtemperaturbatterie wird dann Kühlmittel mit einer festen Temperatur zugeführt. Auf diese Weise kann die Hochtemperaturbatterie an einem Punkt mit optimalem Wirkungsgrad betrieben werden.
  • Unter einem dritten Aspekt können hier für die Flusssteuereinrichtung Flusssteuerventile in der Heizschleife bzw. der Kühlschleife vorgesehen werden.
  • Und statt jeweils Flusssteuerventile in der Heizschleife und der Kühlschleife vorzusehen, kann ein Drei-Wege-Ventil am Verbindungsabschnitt der Heizschleife und der Kühlschleife vorgesehen werden, so dass die oben erwähnte Temperaturregelung durch Betrieb eines einzigen Drei-Wege-Ventils bewirkt werden kann.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine Skizze, die eine Anordnung eines Hybridfahrzeugs in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 2 ist eine Perspektivansicht eines HPVM, das in dem Hybridfahrzeug montiert ist.
  • 3 ist ein Blockdiagramm des Hybridfahrzeugs.
  • 4 ist eine Skizze, die einen Kältemittelweg einer Klimaanlage zeigt, die in dem Hybridfahrzeug montiert ist.
  • 5 ist eine Skizze, die den Fluss von Kühlmittel in dem Hybridfahrzeug zeigt.
  • 6 ist eine schematische Skizze einer Ausführungsform eines Temperatursteuergeräts für eine Fahrzeugbatterie der vorliegenden Erfindung.
  • 7 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen der Temperatur einer Hochtemperaturbatterie und dem Wirkungsgrad zeigt.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
  • Es folgt eine Beschreibung einer Ausführungsform eines Temperatursteuergeräts für eine Fahrzeugbatterie, wobei ein Hybridfahrzeug als Beispiel angegeben ist.
  • In 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 ein Hybridfahrzeug, das mit einer Antriebseinheit 2 (zu kühlende Vorrichtung) im vorderen Teil des Fahrzeugs mit einem darin untergebrachten Motor 2a zum Antrieb der Vorderräder und einer Maschine 3 (in diesem Beispiel eine Turboladermaschine, aber nicht darauf beschränkt) im hinteren Teil des Fahrzeugs zum Antrieb der Hinterräder ausgestattet ist. Das Hybridfahrzeug 1 läuft während langsamer Fahrt mittels des Antriebsmotors 2a als Antriebsquelle, während über einer bestimmten Geschwindigkeit die Antriebsquelle auf die Maschine 3 umgeschaltet wird. Da der Motor 2a im vorderen Teil des Fahrzeugs vorgesehen ist, ist die Maschine 3 im hinteren Teil des Fahrzeugs angeordnet, aus Gründen des Montageplatzes und unter Berücksichtigung des Luftwiderstands. Es gibt auch den Fall, dass die Maschine 3 und der Motor 2a gleichzeitig als Antriebsquelle aktiviert sind.
  • Das Bezugszeichen 5 bezeichnet eine Batterie (zu kühlende Vorrichtung), welche eine Stromquelle für den Motor 2a ist, und das Bezugszeichen 6 bezeichnet eine Motor-Generator-Einheit (zu kühlende Vorrichtung) zum Umwandeln der Antriebskraft der Maschine 3 in elektrischen Strom und Speichern des elektrischen Stroms in der Batterie 5. Ein Stromerzeugungsmotor (nicht gezeigt) ist in der Motor-Generator-Einheit 6 montiert, und der elektrische Strom wird erzeugt, indem die Antriebskraft der Maschine 3 auf den Stromerzeugungsmotor übertragen wird. Außerdem hat die Motor-Generator-Einheit 6 die Funktion, den in der Batterie 5 gespeicherten elektrischen Strom in die Antriebskraft umzuwandeln, indem der Stromerzeugungsmotor mit dem elektrischen Strom angetrieben wird. Die Batterie 5 dieses Beispiels ist hier eine Hochtemperaturbatterie vom flüssigkeitsgeheizten Typ, welche in einem hohen Temperaturbereich (zum Beispiel 80°C bis 90°C) mit hohem Wirkungsgrad stabil ist. Ein Beispiel für eine Hochtemperaturbatterie ist eine Batterie, welche ein Halid, zum Beispiel Kupfer, Nickel oder Silber, für die positive Elektrode und metallisches Lithium (alternativ ist auch ein aktiviertes Metall wie z.B. Kalzium, Magnesium möglich) für die negative Elektrode verwendet und einen organischen Stoff wie z.B. Propylencarbonat für den Elektrolyten verwendet.
  • Das Bezugszeichen 50 bezeichnet ein I/C(Zwischenkühler)-EGR-System (zu kühlende Vorrichtung). Dieses System 50 ist mit einer EGR(Abgasrückführungs)-Einheit 50a und einem Zwischenkühler 50b versehen. Das heißt, die Maschine 3 ist mit einer EGR(Abgasrückführungs)-Einheit 50a zum Wiedereinleiten eines Teils des Abgases zurück in die Maschine 3 versehen, um so das NOx im Abgas zu vermindern. Zusätzlich ist ein Zwischenkühler 50b zwischen einem Turbolader (in der Figur nicht gezeigt) und einem Einlassverteiler (in der Figur nicht gezeigt) zur Verminderung der Einlasstemperatur vorgesehen. Die EGR 50a und der Zwischenkühler 50b sind beide flüssigkeitsgekühlte Typen.
  • Wie in 1 gezeigt, bezeichnet das Bezugszeichen 8 einen ersten Kühler zum Kühlen der Maschine 3, und 9 bezeichnet einen zweiten Kühler, der zusammen mit dem ersten Kühler 8 vorgesehen ist. Der zweite Kühler 9 dient zum Kühlen der Hochtemperaturbatterie 5, des Antriebsmotors 2a, der Motor-Generator-Einheit 6 und des I/C-EGR-Systems 50. Der erste Kühler 8 und der zweite Kühler 9 sind so konstruiert, dass die Wärme durch ein Gebläse 10 für die kühlenden Kühler an die umgebende Luft abgegeben wird. Außerdem ist ein Batteriewärmetauscher 11 (kühlende Heizvorrichtung) zur Übertragung von Wärme von der Maschine 3 zur Hochtemperaturbatterie 5 vorgesehen.
  • Es folgt eine Beschreibung einer Fahrzeug-Klimaanlagenvorrichtung (nachfolgend als Klimaanlage bezeichnet), die im Hybridfahrzeug 1 montiert ist.
  • In 1 bezeichnet das Bezugszeichen 12 eine Kompressoreinheit zum Komprimieren eines Kältemittels, 13 bezeichnet einen Wärmetauscher, 14 bezeichnet ein Gebläse zum Blasen von Luft zum Wärmetauscher 13, und 15 bezeichnet ein Modul, das als HPVM (Wärmepumpen-Belüftungsmodul) bezeichnet wird. Der Wärmetauscher 13 ist auf der rechten Seite des Fahrzeugchassis vorgesehen, um Wärmeaustausch mit der Außenluft zu erleichtern, und die Wärme wird mittels des Gebläses 14 zwangsweise mit der Außenluft ausgetauscht. Das HPVM 15 ist in der Mitte des hinteren Teils des Fahrzeugchassis angeordnet und ist mit einem Kanal 16 verbunden, der entlang einer Mitte des unteren Teils des Fahrzeugchassis zur Vorderseite des Fahrzeugchassis verläuft. Wie in 3 gezeigt, ist der Kanal 16 rohrförmig ausgebildet und ist mit Luftauslassabschnitten 17 und 18 im mittleren Teil bzw. im vorderen Ende des Kanals 16 versehen.
  • Das HPVM 15 wird jetzt im Detail beschrieben.
  • 2 zeigt eine Perspektivansicht des HPVM 15, und 3 zeigt ein Blockdiagramm der Klimaanlage.
  • In 2 ist der HPVM 15 mit einem Gehäuse 15a, einem Innenlufteinlass 21, einem Außenlufteinlass 22, einer Auslassöffnung 23 und einem Verbindungsteil 24 zur Verbindung des HPVM 15 mit dem Kanal 16 versehen. Der Innenlufteinlass 21 steht mit der Fahrzeugkabine in Verbindung, und der Außenlufteinlass 22 und die Auslassöffnung 23 stehen mit der Außenseite der Fahrzeugkabine in Verbindung.
  • Wie in 3 gezeigt, ist das HPVM 15 außerdem mit einer Innenluft/Außenluft-Umschaltklappe 30, die bestimmt, ob Luft innerhalb der Fahrzeugkabine (Innenluft) oder Luft außerhalb der Fahrzeugkabine (Außenluft) einzusaugen ist, einem Lüfter 31 zum Einleiten von Luft über die Innenluft/Außenluft-Umschaltklappe 30, einem Wärmetauscher 33 zum Austausch von Wärme zwischen der eingeleiteten Luft und dem Kältemittel, einer Luftmischklappe 34 zum Abzweigen eines Teils der wärmegetauschten Luft und einem Heizkern 35 zum Erwärmen der abgezweigten Luft ausgestattet.
  • Durch Öffnen oder Schließen der Innenluft/Außenluft-Umschaltklappe 30 ist es möglich, entweder einen Innenluft-Umwälzbetrieb zum Einsaugen von Innenluft aus dem Innenlufteinlass 21 (siehe 2) und Schicken der Luft zum Kanal 16 oder einen Außenluft-Einleitungsbetrieb zum Einleiten von Außenluft aus dem Außenlufteinlass 22 (siehe 2) und Schicken der Luft zum Kanal 16 und außerdem Entlassen von Innenluft aus der Auslassöffnung 23 (siehe 2) auszuwählen.
  • Der Heizkern 35 ist ein Wärmetauscher, dem heißes Kühlmittel von der Maschine 3 zugeführt wird, wie unten beschrieben, und der einen Strom eingeleiteter Luft erwärmt. Dieser wird während des Heizbetriebs (Wärmepumpenbetriebs) der Klimaanlage ergänzend verwendet. Die Luftmischklappe 34 dient zum Einstellen der Menge der zum Heizkern 35 abgezweigten eingeleiteten Luftmenge entsprechend ihrem Öffnungsgrad. Die eingeleitete Luft wird dann aus den Luftauslassabschnitten 17 und 18 des Kanals 16 in die Fahrzeugkabine geblasen.
  • Der Kühlbetrieb oder Heizbetrieb wird durchgeführt, indem dem Wärmetauscher 33 und dem Wärmetauscher 13 durch die Kompressoreinheit 12 Kältemittel zugeführt wird. 4 zeigt die Kompressoreinheit 12.
  • Wie in 4 gezeigt, enthält die Kompressoreinheit 12 als Hauptbestandteile einen Kompressor 41, einen Drosselwiderstand 42, ein Vier-Wege-Ventil 43 und einen Akkumulator 44. Die oben beschriebenen Wärmetauscher 13 und 33 sind durch einen Kältemittelweg 45 zwischen diesen jeweiligen Einrichtungen verbunden, um einen Kältemittelkreis auszubilden.
  • Eine Antriebskraft wird durch die Maschine 3 oder die Motor-Generator-Einheit 6 zum Kompressor 41 übertragen. Der Kompressor 41 hat die Funktion, das Kältemittel, welches Wärme absorbiert hat und in einem Verdampfer vergast worden ist, zu komprimieren und das Kältemittel als unter hoher Temperatur und hohem Druck stehendes gasförmiges Kältemittel zum Vier-Wege-Ventil 43 zu schicken. Durch Umschalten des Vier-Wege-Ventils 43 wird die Flussrichtung des vom Kompressor 41 entlassenen unter hoher Temperatur und hohem Druck stehenden gasförmigen Kältemittels geändert, was in einem Umschalten des Kühl- oder Heizbetriebs resultiert. Außerdem hat der Drosselwiderstand 42 die Funktion, das unter hoher Temperatur und hohem Druck stehende flüssige Kältemittel zu dekomprimieren und zu expandieren, um ein unter niedriger Temperatur und niedrigem Druck stehendes flüssiges Kältemittel abzugeben. Dieser benutzt ein Kapillarrohr oder ein Expansionsventil. Der Akkumulator 44 ist dazu vorgesehen, die im gasförmigen Kältemittel enthaltene flüssige Komponente zu entfernen, damit nicht ein Teil des flüssigen Kältemittels, welcher vom Verdampfer nicht vollständig verdampft worden ist, direkt in den Kompressor 41 gesaugt wird.
  • Bei dem oben beschriebenen Kältemittelkreis wird während des Heizbetriebs das unter niedriger Temperatur und niedrigem Druck stehende flüssiges Kältemittel durch Absorption von Wärme aus der Außenluft im Wärmetauscher 33 (welcher während des Kühlens als Kondensator arbeitet) verdampft und vergast, um ein unter niedriger Temperatur und niedrigem Druck stehendes gasförmiges Kältemittel zu werden, und wird dann zum Kompressor 41 geschickt und wird zu einem unter hoher Temperatur und hohem Druck stehenden gasförmigen Kältemittel komprimiert. Danach gibt das gasförmige Kältemittel im Wärmetauscher 13 (welcher während des Kühlens als Verdampfer arbeitet) Wärme ab, und die Luft zu erwärmen, und wird kondensiert und verflüssigt, wonach es entspannt wird, indem es durch den Drosselwiderstand 42 hindurchgeht, um ein unter niedriger Temperatur und niedrigem Druck stehendes flüssiges Kältemittel zu werden, und wird wieder zum Wärmetauscher 33 umgewälzt. In diesem Fall arbeitet der Wärmetauscher 33 als Verdampfer und kühlt das Heizmedium. Außerdem fungiert der Wärmetauscher 13 als Kondensator und heizt das Kältemittel.
  • Während des Kühlbetriebs wird das unter hoher Temperatur und hohem Druck stehende gasförmige Kältemittel dem Wärmetauscher 33 zugeführt und wird durch Wärmeabgabe an die Außenluft kondensiert und verflüssigt. Dieses wird dann durch den Drosselwiderstand 42 entspannt und zum Wärmetauscher 13 geschickt, um verdampft und vergast zu werden, und wird dann zum Kompressor 41 geschickt und wird wieder zum Wärmetauscher 33 umgewälzt. In diesem Fall fungiert der Wärmetauscher 33 als Kondensator und fungiert der Wärmetauscher 13 als Verdampfer. Das heißt, durch Umschalten des Vier-Wege-Ventils arbeitet einer der Wärmetauscher der in der Klimaanlage angeordneten Kühlvorrichtung als Verdampfer, um Kühlvermögen zu zeigen, und kann auch als Kondensator arbeiten, um als Heizvorrichtung zu fungieren. Wenn als Verdampfer betrieben, ist Kühlen, Entfeuchten und Temperatureinstellung möglich, während, wenn als Heizvorrichtung betrieben, diese anstelle des Heizkerns agieren kann. Selbst wenn daher die Maschinenkühlwassertemperatur so niedrig ist, dass es keine Heizwirkung gibt, kann Heizvermögen gezeigt werden. Außerdem hat dieser ergänzende Heizbetrieb unmittelbar nach dem Starten des Maschinenbetriebs natürlich ein ausreichendes Heizvermögen für den Fall, dass ohne Verwendung der Maschine unter elektrischem Strom angetrieben wird.
  • Bei der obigen Konstruktion ist es für sicheren Betrieb erforderlich, dass die Temperatur der oben beschriebenen Antriebseinheit 2 und der Motor-Generator-Einheit 6 nicht höher als 65°C ist. Außerdem ist die Temperatur der Hochtemperaturbatterie 5 aus Sicht des Speicherwirkungsgrades idealerweise 85 ± 5°C. Um diese Anforderung zu erfüllen, wird im Hybridfahrzeug 1 die Temperatur des Kühlmittels geregelt, wie unten beschrieben.
  • Wie in 5 gezeigt, sind vorbestimmte Flusswege ausgebildet, die ein Kühlmittel zwischen der Maschine 3, der Hochtemperaturbatterie 5, dem I/C-EGR-System 50, der Antriebseinheit 2, der Motor-Generator-Einheit 6, dem ersten Kühler 8, dem zweiten Kühler 9 und dem Batteriewärmetauscher 11 fließen lassen.
  • Die Maschine 3 wird durch den ersten Kühler 8 gekühlt, und die Hochtemperaturbatterie 5, das I/C-EGR-System 50, die Antriebseinheit 2 und die Motor-Generator-Einheit 6 werden durch den zweiten Kühler 9 gekühlt.
  • Es folgt eine detaillierte Beschreibung des Flussweges.
  • Das I/C-EGR-System 50, die Antriebseinheit 2 und die Motor-Generator-Einheit 6 werden durch vom zweiten Kühler 9 zugeführtes Kühlmittel gekühlt.
  • Zuerst wird das Kühlmittel von der Auslassseite des zweiten Kühlers 9 dem Flussweg 51 zugeführt. Das Kühlmittel wird an einem Verzweigungspunkt p1 zur Seite des I/C-EGR-Systems 50 und zur Seite der Antriebseinheit 2 und der Motor-Generator-Einheit 6 verzweigt.
  • Das zur Seite des I/C-EGR-System 50 verzweigte Kühlmittel wird über eine Zwischenkühler-Kühlmittelpumpe 53 (Umwälzmengen-Steuereinrichtung), die in einen Flussweg b1 eingefügt ist, dem I/C-EGR-System 50 zugeführt. Nach Kühlung des Vorrichtungssystems im I/C-EGR-System 50 wird das Kühlmittel über einen Flussweg 52 wieder zum zweiten Kühler 9 umgewälzt. In diesem Zeitpunkt wird dem Kühlmittel von der Zwischenkühler-Kühlmittelpumpe 53 eine Fließgeschwindigkeit gegeben, die das Kühlmittel im Flussweg b1 fließen lässt.
  • Andererseits wird das zur Seite der Antriebseinheit 2 und der Motor-Generator-Einheit 6 verzweigte Kühlmittel an einem Verzweigungspunkt p2 weiter verzweigt, wonach ein Teil des Kühlmittels über eine Traktions-Kühlmittelpumpe 54 (Umwälzmengen-Steuereinrichtung) weiter verzweigt wird. Ein Teil wird zu einem Flussweg b2 auf der Seite der Antriebseinheit 2 verzweigt, und der andere wird zu einem Flussweg b3 auf der Seite der Motor-Generator-Einheit 6 verzweigt. Das Kühlmittel nach dem Verzweigen wird der Antriebseinheit 2 bzw. der Motor-Generator-Einheit 6 zugeführt, ähnlich dem dem I/C-EGR-System 50 zugeführten Kühlmittel, um das Vorrichtungssystem zu kühlen, und wird dann über den Flussweg 52 wieder zum zweiten Generator 9 umgewälzt. In diesem Zeitpunkt wird dem Kühlmittel von der Traktions-Kühlmittelpumpe 54 eine Fließgeschwindigkeit gegeben, die das Kühlmittel in den Flusswegen b2 und b3 fließen lässt.
  • Die Antriebseinheit 2 ist hier im vorderen Teil des Fahrzeugchassis angeordnet, wie in 1 gezeigt. Andererseits sind die Motor-Generator-Einheit 6 und der zweite Kühler 9 im hinteren Teil des Fahrzeugchassis angeordnet. Das heißt, der Flussweg b2 ist länger als der Flussweg b3 und hat einen größeren Kühlmittel-Flusswiderstand. Ist es erforderlich, das Kühlmittel sowohl zur Antriebseinheit 2 als auch zur Motor-Generator-Einheit 6 fließen zu lassen, so wird daher die Durchflussmenge auf der Seite der Motor-Generator-Einheit 6 höher als auf der Seite der Antriebseinheit 2, was in einem Ungleichgewicht resultiert. Um dieses Problem zu lösen, ist ein Flusssteuerventil 55 in den Flussweg b3 eingefügt, um das Durchflussmengengleichgewicht mit dem Flussweg b2 aufrechtzuerhalten.
  • Das andere am Verzweigungspunkt p2 verzweigte Kühlmittel fließt zur Seite der Hochtemperaturbatterie 5 in einem Flussweg b4, in den eine Batterie-Kühlmittelpumpe 57 (Umwälzmengen-Steuereinrichtung) eingefügt ist.
  • An einem Vereinigungspunkt p4 vor der Batterie-Kühlmittelpumpe 57 mischt sich dieses mit durch die Wärme der Maschine 3 erwärmtem heißen Kühlmittel. Das heiße Kühlmittel wird später beschrieben. Die Durchflussmenge wird im Voraus so eingestellt, dass das Kühlmittel nach dem Mischen eine vorbestimmte Temperatur (85 ± 5°C) erlangt.
  • Danach wird das Kühlmittel der Hochtemperaturbatterie 5 zugeführt und zum Auslass-Flussweg b5 entlassen, während die Hochtemperaturbatterie 5 innerhalb der oben beschriebenen vorbestimmten Temperatur gehalten wird. Das Kühlmittel wird an einem Verzweigungspunkt p3 zu Flusswegen b6 und b7 verzweigt. Die Konstruktion ist derart, dass der Flussweg b6 durch den Batteriewärmetauscher 11 hindurchgeht und sich am Vereinigungspunkt p4 mit dem Flussweg b4 vereinigt, und der Flussweg b7 vereinigt sich mit dem Flussweg 52 und wird dann wieder zum zweiten Kühler 9 umgewälzt. Ein erstes Flusssteuerventil 60 ist in den Flussweg b6 eingefügt, und ein zweites Flusssteuerventil 61 ist in den Flussweg b7 eingefügt. Die Flusssteuerventile 60 und 61 werden später beschrieben.
  • Das im Flussweg b6 fließende Kühlmittel wird durch die Wärme der Maschine 3 im Batteriewärmetauscher 11 erwärmt. Insbesondere wird im Batteriewärmetauscher 11 Wärme zwischen dem Flussweg b6 und dem Flussweg b10 ausgetauscht, welcher das Kühlmittel zwischen der Maschine 3 und dem Batteriewärmetauscher 11 umwälzt. Da die Temperatur des durch die Maschine 3 erwärmten Kühlmittels im Flussweg b10 höher ist als jene des Kühlmittels im Flussweg b6 (85 ± 5°C), wird das Kühlmittel im Flussweg b6 erwärmt, so dass es ein heißes Kühlmittel wird, und mischt sich am Vereinigungspunkt p4 mit dem Kühlmittel mit niedriger Temperatur im Flussweg b4.
  • Auf diese Weise mischen sich das heiße Kühlmittel und das Kühlmittel mit niedriger Temperatur am Vereinigungspunkt p4, wodurch das oben beschriebene Kühlmittel der Hochtemperaturbatterie 5 mit einer vorbestimmten Temperatur zugeführt wird. Durch Einstellen der Menge des heißen Kühlmittels mittels der oben beschriebenen Flusssteuerventile 60 und 61 wird die Temperatur des der Hochtemperaturbatterie 5 zugeführten Kühlmittels auf die Temperatur K (85°C) für optimalen Wirkungsgrad geregelt, wie in 7 gezeigt.
  • Es wird nun eine Beschreibung der kennzeichnenden Teile der Ausführungsform gegeben.
  • Wie in 5 und 6 gezeigt, sind die Hochtemperaturbatterie 5, der Wärmetauscher 11 und die Umwälzpumpe 57 in einer Heizschleife K (Kühlmittelumwälzweg) vorgesehen, die die Flusswege b5 und b6 aufweist. Das erste Flusssteuerventil 60 ist in der Heizschleife K vorgesehen. Entgegengesetzte Enden einer Kühlschleife R (Kühlmittelumwälzweg), die die Flusswege 51, 52, b4 und b7 aufweist, sind parallel mit der Heizschleife K verbunden, um einen gemeinsamen Weg C zu haben. Das zweite Flusssteuerventil 61 ist in der Kühlschleife R vorgesehen. Die Flusssteuervorrichtung umfasst das erste Flusssteuerventil 60 und das zweite Flusssteuerventil 61.
  • Während des Fahrzeugheizens sind das erste Flusssteuerventil 60 und das zweite Flusssteuerventil 61 im offenen Zustand bzw. im geschlossenen Zustand, so dass heißes Kühlmittel, welches durch die Abwärme von der Maschine 3 im Wärmetauscher 11 erwärmt worden ist, in der Heizschleife K umgewälzt wird und die Hochtemperaturbatterie 5 erwärmt, um den Aufwärmzustand im Hochtemperaturbereich schnell zu erreichen. Danach wird in dem Fall, dass die Temperatur der Hochtemperaturbatterie 5 über die Temperatur K (in dieser Ausführungsform 85°C, wie in 7 gezeigt) für optimalen Wirkungsgrad steigt, das zweite Flusssteuerventil 61 so eingestellt, dass es sich nach und nach öffnet, so dass das Kühlmittel mit niedriger Temperatur, welches im zweiten Kühler 9 Wärme abgegeben hat, in der Kühlschleife R umgewälzt und mit Kühlmittel in der Heizschleife K gemischt wird, um eine Kühlmittelmischung mit hoher Temperatur zu ergeben. Der Hochtemperaturbatterie wird dann Kühlmittel mit einer festen Temperatur zugeführt. Auf diese Weise kann die Hochtemperaturbatterie an einem Punkt mit optimalem Wirkungsgrad betrieben werden.
  • Der Wärmetauscher 11 ist ein Flüssigkeitswärmetauscher vom Plattentyp, welcher eine Flüssigkeit mit hohem spezifischen Heizvermögen verwendet. Dieser kann kleiner sein als die konventionellen gewöhnlich verwendeten Heiz- und Kühleinheiten, die Luft verwenden.
  • Statt die Flusssteuerventile 60 und 61 in der Heizschleife K und der Kühlschleife R vorzusehen, kann ein Drei-Wege-Ventil (siehe gestrichelte Linien 60a in 6) am Verbindungsabschnitt p3 der Heizschleife K und der Kühlschleife R vorgesehen werden, so dass die oben erwähnte Temperaturregelung durch Betrieb eines einzigen Drei-Wege-Ventils 60a bewirkt werden kann. Daher wird der Ventilbetrieb vereinfacht.
  • Ein weiterer Flussweg b11 zur Maschine 3 ist unabhängig von dem oben beschriebenen Flussweg b10 vorgesehen, um das Kühlmittel zwischen dem ersten Kühler 8 und der Maschine 3 umzuwälzen. Außerdem ist ein Flussweg b12 vorgesehen, um das Kühlmittel zwischen dem Heizkern 35 und der Maschine 3 umzuwälzen.
  • Das von der Maschine 3 entlassene Kühlmittel wird an einem Verzweigungspunkt p5 auf die Flusswege b10, b11 und b12 verzweigt und geht durch den Batteriewärmetauscher 11, den ersten Kühler 8 bzw. den Heizkern 35 hindurch, wonach es sich am Vereinigungspunkt p6 mischt und dann wieder zur Maschine 3 umgewälzt wird.
  • Eine Maschinen-Kühlmittelpumpe 69 ist im Flussweg auf der Einlassseite der Maschine 3 vorgesehen, um das Kühlmittel in den Flusswegen b10 bis b12 fließen zu lassen. Außerdem sind in den Flusswegen b10 und b12 Flusssteuerventile 71 bzw. 73 vorgesehen, und im Flussweg b11 ist ein Thermostat 72 vorgesehen.
  • Der erste Kühler 8 und der oben beschriebene zweite Kühler 9 sind parallel vorgesehen, und da das durch den ersten Kühler 8 fließende Kühlmittel eine höhere Temperatur hat, ist ein Zug(Saug)-Kühler-Kühlmittelgebläse 10 auf der stromabwärtigen Seite des ersten Kühlers 8 angeordnet, so dass durch den zweiten Kühler 9 hindurchgehende Luft durch den ersten Kühler 8 hindurchgeht.
  • Es folgt eine Beschreibung des Betriebs der oben beschriebenen Klimaanlage.
  • Wie oben beschrieben, fährt das Hybridfahrzeug 1 während langsamer Fahrt mittels des Antriebsmotors 2a als Antriebsquelle und fährt während schneller Fahrt über einer bestimmten Geschwindigkeit, indem die Antriebsquelle auf die Maschine 3 umgeschaltet wird. Daher ist auch die Antriebsquelle der Klimaanlage von jener der konventionellen Fahrzeugklimaanlage verschieden.
  • Zuerst, wenn das Hybridfahrzeug 1 mittels der Maschine 3 fährt, wird die Kompressoreinheit 12 während Klimatisierung durch die Antriebskraft von der Maschine 3 angetrieben, um das Kältemittel zwischen den Wärmetauschern 13 und 33 umzuwälzen. Die Maschine 3 überträgt auch eine Antriebskraft auf die Motor-Generator-Einheit 6, und die Motor-Generator-Einheit 6 erzeugt mittels eines Motors (nicht gezeigt) elektrischen Strom und speichert den elektrischen Strom in der Hochtemperaturbatterie 5.
  • Bei dem HPVM 15 leitet das Gebläse 31 Innenluft oder Außenluft über die Innenluft/Außenluft-Umschaltklappe 30 ein, um Luft zum Wärmetauscher 33 zu blasen. Die Wärme der eingeleiteten Luft wird mit dem Kältemittel im Wärmetauscher 33 ausgetauscht, wodurch sie erwärmt (während des Heizbetriebs) oder gekühlt (während des Kühlbetriebs) wird.
  • Nach dem Erwärmen wird die Luft mittels der Luftmischklappe 34 zum Kanal 16 oder zum Heizkern 35 geleitet, und die zum Heizkern 35 geschickte eingeleitete Luft wird durch die Abwärme der Maschine 3 weiter erwärmt und dann zum Kanal 16 geschickt.
  • Andererseits, wenn der Motor 2a antreibt und die Maschine 3 gestoppt ist, ist der Betrieb wie folgt. Und zwar treibt die Motor-Generator-Einheit 6 den darin untergebrachten Stromerzeugungsmotor mittels des in der Hochtemperaturbatterie 5 gespeicherten elektrischen Stroms an. Die Antriebskraft wird zur Kompressoreinheit 12 übertragen, wodurch das Kältemittel zwischen den Wärmetauschern 13 und 33 umgewälzt wird. Der übrige Betrieb ist demjenigen ähnlich, wenn die Maschine 3 antreibt.
  • Das Nächste ist eine Beschreibung der Kühlmittelumwälzung. Wie in 6 gezeigt, wird das vom zweiten Kühler 9 entlassene Kühlmittel über den Flussweg 51 auf die verschiedenen Vorrichtungen verteilt, verzweigend an den Verzweigungspunkten p1 und p2. Und zwar wird die Menge des zur Batterie 5 umgewälzten Kühlmittels durch die Batterie-Kühlmittelpumpe 57 bestimmt, und die Menge des zum I/C-EGR-System 50 umgewälzten Kühlmittels wird durch die Zwischenkühler-Kühlmittelpumpe 53 bestimmt, und die Menge des zur Antriebseinheit 2 und zur Motor-Generator-Einheit 6 umgewälzten Kühlmittels wird durch die Traktions-Kühlmittelpumpe 54 bestimmt.
  • Das Nächste ist eine separate Beschreibung der Kühlmittelumwälzung für den Fall, dass die Maschine 3 antreibt, und für den Fall, dass der Motor 2a antreibt.
  • Beim Fahren mittels der Maschine 3 wird wie bei dem konventionellen Maschinenfahrzeug das Kühlmittel mittels der Maschinen-Kühlmittelpumpe 69 zwischen der Maschine 3 und dem ersten Kühler 8 umgewälzt, wodurch die Maschine 3 gekühlt wird. Außerdem wird das Kühlmittel mittels der Zwischenkühler-Kühlmittelpumpe 53 auch im I/C-EGR-System 50 umgewälzt.
  • Wenn bei der Motor-Generator-Einheit 6 der darin untergebrachte Stromerzeugungsmotor angetrieben wird, wird das Kühlmittel umgewälzt. Das heißt, im Falle der Stromspeicherung mittels der Antriebsleistung der Maschine 3 und im Falle des Betriebs der Klimaanlage, wenn die Maschine 3 gestoppt ist, wird das Kühlmittel mittels der Traktions-Kühlmittelpumpe 54 zur Motor-Generator-Einheit 6 umgewälzt, wodurch Kühlung erzeugt wird.
  • Andererseits, wenn mittels des Motors 2a gefahren wird, wird das Kühlmittel mittels der Traktions-Kühlmittelpumpe 54 zur Antriebseinheit 2 umgewälzt, wodurch die Antriebs einheit 2 gekühlt wird.
  • Es ist hier nicht notwendig, das I/C-EGR-System 50 zu kühlen, wenn der Motor 3 gestoppt ist. Folglich ist es nicht notwendig, die Zwischenkühler-Kühlmittelpumpe 53 zu betreiben. Daher gibt es den Fall, dass, wenn diese Pumpe vollständig gestoppt ist, das Kühlmittel durch den Antrieb einer anderen Pumpe zurückfließen gelassen wird. Zum Beispiel im Falle, dass die Zwischenkühler-Kühlmittelpumpe 53 gestoppt ist und die Traktions-Kühlmittelpumpe 54 arbeitet, erlaubt die Zwischenkühler-Kühlmittelpumpe 53 einen Rückfluss, so dass das von der Antriebseinheit 2 oder der Motor-Generator-Einheit 6 entlassene Kühlmittel nicht zum zweiten Kühler 9 fließt, sondern zum I/C-EGR-System 50 fließt. Es gibt daher den Fall, dass eine Route verfolgt wird, die über den Verzweigungspunkt p1 wieder zur Traktions-Kühlmittelpumpe 54 kreist.
  • Um dies zu verhindern, wird die Zwischenkühler-Kühlmittelpumpe 53 betrieben, obwohl keine Kühlung des I/C-EGR-Systems 50 erforderlich ist, in dem Maße, dass der oben erwähnte Rückfluss nicht auftritt.
  • Das heißt, obwohl die Maschine gestoppt ist, stoppt die elektrische Pumpe nicht, sondern läuft eine feste Zeitspanne lang weiter. Als Folge werden unmittelbar nach dem Stoppen der Zwischenkühler und die EGR, welche konventionell auf hoher Temperatur sind, aufgrund dieses Betriebs schnell gekühlt, so dass die hohe Temperatur nicht auftritt, wodurch die Lebensdauer verbessert wird.
  • Ähnlich wird die Traktions-Kühlmittelpumpe 54 auch in dem Fall betrieben, in dem keine Kühlung für die Antriebseinheit 2 und die Motor-Generator-Einheit 6 erforderlich ist, in dem Maße, dass Rückfluss von Kühlmittel nicht auftritt.
  • Außerdem wird die Hochtemperaturbatterie 5 unabhängig davon, ob die Maschine 3 antreibt oder der Motor 2a antreibt, immer auf einer vorbestimmten Temperatur gehalten. Die Batterie-Kühlmittelpumpe 57 wird entsprechend einer Temperaturänderung der Hochtemperaturbatterie 5 betrieben, so dass heißes Kühlmittel, dessen Flussmenge durch die Flusssteuerventile 60 und 61 eingestellt worden ist, und Kühlmittel mit niedriger Temperatur am Vereinigungspunkt p4 gemischt werden, wodurch die Temperatur des zur Batterie 5 umgewälzten Kühlmittels kontinuierlich auf einer vorbestimmten Temperatur gehalten wird.
  • Mit der oben erwähnten Ausführungsform wird ein Beispiel für ein Hybridfahrzeug gegeben. Das Fahrzeug ist aber nicht darauf beschränkt und kann ein Standardfahrzeug sein.
  • Da dieses bei der vorliegenden Erfindung wie oben beschrieben konstruiert ist, kann durch Verwendung des heißen Kühlmittels, welches zum Aufwärmen auf den Temperaturbereich (80 bis 90°C) für die Hochtemperaturbatterie des Fahrzeugs durch die Motorabwärme als Wärmequelle erwärmt worden ist, Temperaturregelung der Hochtemperaturbatterie durchgeführt werden, ohne eine spezielle Heizvorrichtung oder eine Stromquelle vorzusehen.
  • Und durch Regelung der Temperatur des Kühlmittels unter Verwendung der Heizschleife und der Kühlschleife kann die Hochtemperaturbatterie genau auf die optimale Temperatur geregelt werden. Folglich können Verkleinerung des Fahrzeugs und Energieeinsparungen erzielt werden.
  • Weiterhin, indem ein Flüssigkeitswärmetauscher vom Plattentyp verwendet wird, welcher eine Flüssigkeit mit hohem spezifischen Heizvermögen verwendet, kann dieser kleiner sein als die konventionellen gewöhnlich verwendeten Heiz- und Kühleinheiten, die Luft verwenden.

Claims (4)

  1. Temperatursteuergerät für eine Hochtemperaturbatterie (5) eines Fahrzeugs, welches Steuergerät umfasst: – einen Wärmetauscher (11) zum Entfernen von Abwärme von einer Fahrzeugmaschine (3); – einen Kühler (9) zum Kühlen der Hochtemperaturbatterie (5); – eine Heizschleife (K), die ein Kühlmittelumwälzweg ist, zum Befördern von Wärme von dem Wärmetauscher (11) zu der Hochtemperaturbatterie (5); – eine Kühlschleife (R), die ein Kühlmittelumwälzweg ist, zum Befördern von Wärme von der Hochtemperaturbatterie (5) zu dem Kühler (9), welche Kühlschleife (5) parallel mit der Heizschleife verbunden ist, um einen gemeinsamen Weg mit der Heizschleife zu haben; und Flusssteuermittel (60, 61; 60a) zur Steuerung einer Temperatur des der Hochtemperaturbatterie (5) durch die Heizschleife (K) zugeführten Kühlmittels auf einen konstanten Pegel durch Mischen eines relativ kühlen Kühlmittels der Kühlschleife (R) mit dem Kühlmittel der Heizschleife (K).
  2. Temperatursteuergerät für eine Fahrzeugbatterie, gemäß Anspruch 1, wobei die Flusssteuermittel Flusssteuerventile (60, 61) umfassen, die jeweils in der Heizschleife (K) und der Kühlschleife (R) vorgesehen sind.
  3. Temperatursteuergerät für eine Fahrzeugbatterie, gemäß Anspruch 1, wobei die Flusssteuermittel ein Drei-Wege-Ventil (60a) umfassen, das an einem Verbindungsabschnitt der Heizschleife und der Kühlschleife vorgesehen ist.
  4. Temperatursteuergerät für eine Fahrzeugbatterie, gemäß Anspruch 1 bis Anspruch 3, wobei der Wärmetauscher (11) ein Flüssigkeitswärmetauscher vom Plattentyp ist.
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