EP4200156A1 - Verfahren, elektrifiziertes fahrzeug und kombinierte kühl- und ladevorrichtung - Google Patents

Verfahren, elektrifiziertes fahrzeug und kombinierte kühl- und ladevorrichtung

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EP4200156A1
EP4200156A1 EP21730884.0A EP21730884A EP4200156A1 EP 4200156 A1 EP4200156 A1 EP 4200156A1 EP 21730884 A EP21730884 A EP 21730884A EP 4200156 A1 EP4200156 A1 EP 4200156A1
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EP
European Patent Office
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cooling
control unit
charging device
parameters
cooling medium
Prior art date
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Pending
Application number
EP21730884.0A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Jan-Christoph ALBRECHT
Artur Semke
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Volkswagen AG
Original Assignee
Volkswagen AG
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Filing date
Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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Definitions

  • the invention relates to a method according to the preamble of claim 1, an electrified vehicle according to claim 9 and a combined cooling and charging device according to claim 10.
  • Electrified vehicles have a battery to provide electrical energy to propel the vehicle. In most cases, this battery can be electrically charged via an external interface. The battery heats up more during rapid charging in particular than during ferry operation. This results in a higher cooling requirement during the charging process than while driving. Provision is made in the prior art for this higher cooling requirement to be covered by additional cooling capacity being provided by the charging device during the charging process.
  • the document DE 11 2012 003 109 T5 discloses a method for charging an electric vehicle with an electric battery as the vehicle drive system.
  • charging includes supplying a coolant to the electric vehicle in order to cool the electric battery during the charging process.
  • the object of the present invention is to at least partially improve the known prior art.
  • the method according to the invention is a method for controlling a combined external cooling and charging process of an electrified vehicle on a combined cooling and charging device.
  • the loading process has at least the following steps: - exchanging a first set of parameters between a control unit assigned to the vehicle and a control unit assigned to the charging device before the start of the external cooling process,
  • the transmission of physical state parameters of the cooling medium during the cooling process and the information as to whether these state parameters have reached a limit value advantageously improve the control of the cooling or heating output delivered to the traction battery of the electrified vehicle.
  • a combined external cooling and charging process is characterized in that an electrified vehicle is at least temporarily supplied with cooling power by the charging device during the charging process.
  • a cooling medium is exchanged between a cooling system of the charging device and a cooling system of the vehicle.
  • This cooling medium is then used in the vehicle to cool the traction battery.
  • This can be done directly, so that the cooling medium from the charging device flows directly through the cooling devices in the traction battery, such as cooling ducts.
  • it can also be cooled indirectly, in that the cooling devices in the traction battery are thermally coupled to the cooling medium from the charging device via a further heat exchanger.
  • the cooling systems have devices for controlling and/or regulating the operating parameters. This includes in particular valves, heat exchangers and/or sensors, preferably temperature and/or pressure sensors.
  • the cooling medium is transferred by means of a fluid interface, which has at least one flow and one return.
  • the fluid flows from the charging device's cooling system into the vehicle's cooling system in the forward flow and in the return flow it flows back from the vehicle's cooling system into the charging device's cooling system.
  • the interface is preferably designed as a plug connection. In order to cover the distance between the loading device and the vehicle, a hose package is used in particular. It is possible for the plug connection to be provided on the vehicle side as well as on the charging device side, or on both sides.
  • Both the cooling system of the vehicle and the cooling system of the charging device preferably have a shut-off valve both in the flow and in the return.
  • the operating parameters to be set during the cooling process such as the coolant temperature in the flow, are set exclusively by means of devices in the cooling system of the charging device. This has the advantage of reducing the number of components required in the vehicle.
  • the exchange of other fluids that are only conditionally suitable for cooling is also provided.
  • gases preferably air. These can be used to flush the cooling system at the end of the cooling process and/or to carry out a pressure test before the start of a cooling process, which can be used, for example, to detect leaks.
  • a parameter set is one or more parameters which are transmitted from a first to a second control unit. Exchanging can be understood to mean both the unilateral transfer of the parameter set from one control unit to the other, and that each control unit transfers the parameter set to the other control unit. At least two parameters are preferably transmitted. If at least two parameters are transmitted, the parameters of a parameter set are preferably transmitted at the same time. At the same time, this is not to be understood strictly. Rather, it means that the parameters are transmitted within a time interval of 1 s, preferably 0.1 s, particularly preferably 0.01 s. Transmission is possible via any communication interface. In some embodiments, the parameter sets are transmitted via radio, for example via a cellular network and/or a wireless network.
  • the parameter sets can each be transmitted both from a control unit assigned to the vehicle to a control unit assigned to the charging device and vice versa.
  • control units are preferably control units which are spatially related to the vehicle or to the charging device, ie are arranged, for example, inside or directly on the vehicle or the charging device. In some embodiments, however, they can also be virtual control units, which are implemented as cloud services, for example.
  • Parameters that prepare the cooling process are preferably transmitted with the first set of parameters. These include, for example, properties of the devices in the charging device and in the vehicle that are required for the transfer of the cooling medium. For example, for reasons of component protection, this can be maximum permissible temperatures and/or pressures of the cooling medium, but also cooling capacities required for cooling during the charging process. In some embodiments, it is used for an initial determination of the manipulated variables set by the cooling systems, such as the flow temperature and/or the mass flow of the cooling medium. In particular, it is used to determine the start time of the cooling process, that is, for example, the time from which cooling medium flows from the cooling system of the charging device into the cooling system of the vehicle.
  • the second set of parameters is transmitted during the external cooling process, ie in particular while a fluid is being exchanged between the cooling systems of the vehicle and the charging device. It is used in particular for redetermining and/or checking the manipulated variables set by the cooling systems, such as the flow temperature and/or the mass flow of the cooling medium.
  • a limit value of a status parameter preferably results from the technical properties of the cooling systems of the vehicle and charging device. However, it can also represent a target value, which was determined using an optimization algorithm as the optimal manipulated variable for cooling the traction battery during the charging process.
  • the second set of parameters is transferred several times during the external cooling process between a control unit assigned to the vehicle and a exchanged the charging device associated control unit. This enables the control variables of the cooling systems to be continuously adapted to changing boundary conditions such as changes in the outside temperature.
  • the first parameter set is exchanged once before the start of the external cooling process between a control unit assigned to the vehicle and a control unit assigned to the charging device. This advantageously reduces the data exchanged between the control units.
  • the method is characterized in that the following physical state parameters of the cooling medium are transmitted with the second set of parameters:
  • Information about the type of coolant is preferably additionally transmitted with the second set of parameters. This advantageously makes it possible to change the one that is used fluids during the cooling process.
  • a change from one cooling medium to another medium, for example a gas, preferably air, can also be indicated and/or initiated via this parameter.
  • the method is characterized by the additional step:
  • the cooling system of the vehicle is particularly preferably flushed. If air is used as the gas, it is preferably compressed from the ambient air by means of a compressor and introduced into the cooling system, with the compressor and the introduction preferably being provided on the charging device side.
  • the method is characterized in that at least the following parameters are transmitted with the first parameter set:
  • These parameters can either be integrated directly into a first parameter set or transmitted as a separate first parameter set.
  • the cooling systems of the vehicle and loading device are sealed so that no coolant escapes during the cooling process.
  • This can advantageously be ensured by carrying out a pressure test before the start of the cooling process.
  • the cooling systems are pressurized, preferably with air. Then the valves on Coolant inlet and outlet closed. If the pressure in the system then drops, it can be concluded that there is a leak.
  • the method comprises the additional step:
  • the automated production of a plug-in connection is carried out using a device suitable for this purpose, for example a robot arm.
  • Automated production of the plug connection has the advantage, for example, that a vehicle driver does not have to operate the often heavy coolant plug himself.
  • the invention also relates to an electrified vehicle comprising a control unit, the control unit being designed to carry out the method according to the invention.
  • the vehicle has all the components required for external cooling of the traction battery.
  • the invention also relates to a combined cooling and charging device comprising a control unit, the control unit being designed to carry out the method according to the invention.
  • a combined cooling and charging device is to be understood as meaning any electrical charging device which has the devices required for external cooling.
  • FIG. 1 shows an exemplary sequence of the method according to the invention
  • FIG. 2 shows an electrified vehicle and a combined cooling and charging device. Embodiments of the invention are illustrated with reference to the figures.
  • FIG. 1 shows an exemplary sequence of the method according to the invention.
  • step S10 a first set of parameters is initially exchanged. It contains two parameters:
  • step S20 another first set of parameters is exchanged. It contains the parameters:
  • the parameter set is initially transmitted from the control unit assigned to the charging device to the control unit assigned to the vehicle.
  • the parameters each specify the values that can be provided by the charging device.
  • step S30 a parameter set having the same parameters is transmitted as target parameters from the control unit assigned to the vehicle to the control unit assigned to the charging device.
  • step S40 the initial setpoint values for the cooling process are determined from the parameter set pair exchanged in steps S10 to S30. In the embodiment shown here, this relates in particular to a coolant temperature in the flow to be set later via the adjusting devices of the cooling system of the charging device.
  • step S50 the coolant plug 70 is plugged in by means of a robot arm 100. In this example, it is a combined charge and coolant plug 70. In order to ensure downward compatibility with electrified vehicles that are not set up for external cooling, the coolant connection of the coolant plug 70 can be retracted into the plug.
  • the coolant connection remains sunk in the connector housing until an electrical charging connection has been contacted and correct positioning of the coolant connection has been determined, for example via a camera sensor.
  • the coolant connection is then connected by moving it out of the connector housing in the following step S60 and locked by the charging device.
  • step S70 a parameter set is exchanged, which indicates that the coolant connection was successfully locked.
  • step S80 the control unit assigned to the vehicle exchanges the control unit assigned to the charging device for a first parameter set with the following parameters:
  • Air is then introduced into the vehicle's cooling system via the charging device's cooling system and the pressure is increased to the desired pressure value.
  • the control unit assigned to the vehicle then orders the valves in the coolant inlet and coolant outlet of the charging device to be closed.
  • the control unit assigned to the vehicle transmits the successful completion of the pressure test as the status of the pressure test in a renewed transmission of the parameter set to the control unit assigned to the charging device.
  • the charging device then starts the cooling process.
  • step S100 the following physical state parameters of the cooling medium are exchanged between the control units at regular time intervals using the second parameter set:
  • the method steps listed here do not necessarily have to take place in the order specified here. Furthermore, not all method steps actually have to be carried out in every case.
  • FIG. 2 schematically shows an electrified vehicle 10 according to the invention with a traction battery 110 whose cooling channels are thermally coupled to the coolant connection 90 via a heat exchanger 120 .
  • the traction battery 110 can be charged externally via a charging connection.
  • the electrified vehicle 10 has a control unit 30 as an associated control unit.
  • the control device 30 is connected to a control device 40 of the combined cooling and charging device 20 via a communication interface 60 . Both the cooling and the electrical power are transmitted from the charging device 20 by means of a combined coolant hose and cable package 50 and finally via a combined coolant and charging plug 70, the plug 70 being able to be plugged in automatically by means of a charging robot.
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Abstract

Verfahren zur Steuerung eines kombinierten externen Kühl- und Ladevorgangs eines elektrifizierten Fahrzeugs (10) an einer kombinierten Kühl- und Ladevorrichtung (20), aufweisend wenigstens die folgenden Schritte: - austauschen eines ersten Parametersatzes zwischen einer dem Fahrzeug zugeordneten Steuereinheit (30) und einer der Ladevorrichtung zugeordneten Steuereinheit (40) vor Beginn des externen Kühlvorgangs (S100), - starten des externen Kühlvorgangs (S100), - austauschen eines zweiten Parametersatzes zwischen einer dem Fahrzeug zugeordneten Steuereinheit (30) und einer der Ladevorrichtung zugeordneten Steuereinheit (40) nach Start des externen Kühlvorgangs, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem zweiten Parametersatz zumindest die folgenden Parameter übertragen werden: - einen physikalischen Zustandsparameter des Kühlmediums - eine Information, ob der physikalische Zustandsparameter einen vorher festgelegten Grenzwert erreicht hat.

Description

Beschreibung
Verfahren, elektrifiziertes Fahrzeug und kombinierte Kühl- und Ladevorrichtung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 , ein elektrifiziertes Fahrzeug gemäß dem Anspruch 9 sowie eine kombinierte Kühl- und Ladevorrichtung gemäß dem Anspruch 10.
Elektrifizierte Fahrzeuge weisen eine Batterie zur Bereitstellung elektrischer Energie für den Antrieb des Fahrzeugs auf. In den meisten Fällen ist diese Batterie über eine externe Schnittstelle elektrisch aufladbar. Insbesondere bei Schnelladevorgängen tritt dabei eine stärkere Erwärmung der Batterie auf als im Fährbetrieb. Dadurch ergibt sich während des Ladevorgangs ein höherer Kühlbedarf als während der Fahrt. Im Stand der Technik ist vorgesehen, diesen höheren Kühlbedarf zu decken, indem durch die Ladevorrichtung während des Ladevorgangs zusätzlich Kühlleistung bereitgestellt wird.
In diesem Zusammenhang offenbart das Dokument DE 11 2012 003 109 T5 ein Verfahren zum Laden eines Elektrofahrzeugs mit einer Elektrobatterie als Fahrzeugantriebssystem. Das Laden umfasst dabei die Zuführung eines Kühlmittels zum Elektrofahrzeug, um die Elektrobatterie während des Ladevorgangs zu kühlen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den bekannten Stand der Technik zumindest teilweise zu verbessern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 , ein elektrifiziertes Fahrzeug gemäß Anspruch 9 sowie mit einer kombinierten Kühl- und Ladevorrichtung gemäß Anspruch 10 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen charakterisiert. Die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können durch erläuternde Sachverhalte aus der Beschreibung und/oder Details aus den Figuren ergänzt werden, wobei weitere Ausführungsvarianten der Erfindung aufgezeigt werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren handelt es sich um ein Verfahren zur Steuerung eines kombinierten externen Kühl- und Ladevorgangs eines elektrifizierten Fahrzeugs an einer kombinierten Kühl- und Ladevorrichtung. Das Ladeverfahren weist dabei wenigstens die folgenden Schritte auf: - austauschen eines ersten Parametersatzes zwischen einer dem Fahrzeug zugeordneten Steuereinheit und einer der Ladevorrichtung zugeordneten Steuereinheit vor Beginn des externen Kühlvorgangs,
- starten des externen Kühlvorgangs,
- austauschen eines zweiten Parametersatzes zwischen einer dem Fahrzeug zugeordneten Steuereinheit und einer der Ladevorrichtung zugeordneten Steuereinheit nach Start des externen Kühlvorgangs, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem zweiten Parametersatz zumindest die folgenden Parameter übertragen werden:
- einen physikalischen Zustandsparameter des Kühlmediums
- eine Information, ob der physikalische Zustandsparameter einen vorher festgelegten Grenzwert erreicht hat.
Die Übertragung von physikalischen Zustandsparametern des Kühlmediums während des Kühlvorganges und die Information, ob diese Zustandsparameter einen Grenzwert erreicht haben, verbessern vorteilhaft die Regelung der an die Traktionsbatterie des elektrifizierten Fahrzeugs abgegebene Kühl- oder Heizleistung.
Ein kombinierter externer Kühl- und Ladevorgang ist dadurch charakterisiert, dass ein elektrifiziertes Fahrzeug während des Ladevorgangs zumindest zeitweise von der Ladevorrichtung mit Kühlleistung versorgt wird. Dazu wird zwischen einem Kühlsystem der Ladevorrichtung und einem Kühlsystem des Fahrzeugs ein Kühlmedium ausgetauscht. Dieses Kühlmedium wird im Fahrzeug dann zur Kühlung der Traktionsbatterie genutzt. Dies kann direkt geschehen, sodass die Kühlvorrichtungen in der Traktionsbatterie, wie beispielsweise Kühlkanäle, direkt mit dem Kühlmedium aus der Ladevorrichtung durchströmt werden. Es kann jedoch auch indirekt gekühlt werden, indem die Kühlvorrichtungen in der Traktionsbatterie über einen weiteren Wärmetauscher thermisch mit dem Kühlmedium aus der Ladevorrichtung gekoppelt sind.
Die Kühlsysteme weisen Einrichtungen zur Steuerung und/oder Regelung der Betriebsparameter auf. Dies umfasst insbesondere Ventile, Wärmetauscher und/oder Sensoren, bevorzugt Temperatur- und/oder Drucksensoren. Das Kühlmedium wird mittels einer Fluidschnittstelle übertragen, welche wenigstens einen Vorlauf und einen Rücklauf aufweist. Im Vorlauf strömt das Fluid aus dem Kühlsystem der Ladevorrichtung in das Kühlsystem des Fahrzeugs ein, im Rücklauf strömt es aus dem Kühlsystem des Fahrzeugs in das Kühlsystem der Ladevorrichtung zurück. Die Schnittstelle ist bevorzugt als eine Steckverbindung ausgeführt. Um die Strecke zwischen Ladevorrichtung und Fahrzeug zu überwinden kommt insbesondere ein Schlauchpaket zum Einsatz. Es ist sowohl möglich, dass die Steckverbindung fahrzeug- als auch ladevorrichtungsseitig, als auch beidseitig vorgesehen ist. Bevorzugt weisen sowohl das Kühlsystem des Fahrzeugs als auch das Kühlsystem der Ladevorrichtung sowohl im Vorlauf als auch im Rücklauf ein Absperrventil auf. In einer Gruppe von Ausführungsformen wird die Einstellung der während des Kühlvorgangs einzustellenden Betriebsparameter, wie beispielsweise die Kühlmitteltemperatur im Vorlauf, ausschließlich mittels Einrichtungen im Kühlsystem der Ladevorrichtung vorgenommen. Dies hat den Vorteil, dass die Anzahl von im Fahrzeug erforderlichen Komponenten reduziert wird.
In einigen Ausführungsformen ist zusätzlich zum Austausch von Kühlmittel auch der Austausch anderer Fluide vorgesehen, die nur bedingt zur Kühlung geeignet sind. Dies umfasst insbesondere Gase, bevorzugt Luft. Diese können genutzt werden, um das Kühlsystem am Ende des Kühlvorganges zu spülen und/oder um vor dem Beginn eines Kühlvorganges einen Drucktest durchzuführen, welcher beispielsweise zur Detektion von Undichtigkeiten dienen kann.
Bei einem Parametersatz handelt es sich erfindungsgemäß um einen oder mehrere Parameter, welche von einer ersten zu einer zweiten Steuereinheit übertragen werden. Unter austauschen kann dabei sowohl die einseitige Übertragung des Parametersatzes von einer Steuereinheit auf die andere verstanden werden, als auch dass jede Steuereinheit dem jeweils anderen Steuergerät den Parametersatz überträgt. Bevorzugt werden wenigstens zwei Parameter übertragen. Werden wenigstens zwei Parameter übertragen, so werden die Parameter eines Parametersatzes bevorzugt zeitgleich übermittelt. Zeitgleich ist dabei nicht streng zu verstehen. Vielmehr bedeutet es, dass die Parameter innerhalb eines Zeitintervalls von 1 s, bevorzugt 0,1 s, besonders bevorzugt 0,01 s übertragen werden. Eine Übertragung ist über jede beliebige Kommunikationsschnittstelle möglich. In einigen Ausführungsformen werden die Parametersätze über Funk, beispielsweise über ein Mobilfunknetzwerk und/oder ein drahtloses Netzwerk übertragen. Bevorzugt werden sie per Kabelverbindung, welche besonders bevorzugt innerhalb des Ladekabel- und/oder Kühlschlauch- Pakets geführt werden und/oder innerhalb des Lade- und/oder Kühlmittelsteckers kontaktiert werden. Dies hat den Vorteil, dass eine besonders wenig störanfällige Verbindung aufgebaut werden kann und die Kommunikationsleitungen für den sonstigen zwischen Fahrzeug und Ladevorrichtung erforderlichen Datenaustausch ohnehin benötigt werden. Die Parametersätze können jeweils sowohl von einer dem Fahrzeug zugeordneten Steuereinheit an eine der Ladevorrichtung zugeordneten Steuereinheit als auch anders herum übertragen werden.
Neben den beiden hier ausdrücklich genannten Parametersätzen werden in einigen Ausführungsformen weitere erste und/oder zweite Parametersätze ausgetauscht.
Bei den Steuereinheiten handelt es sich bevorzugt um Steuergeräte, welche in einer räumlichen Beziehung zu dem Fahrzeug beziehungsweise zu der Ladevorrichtung stehen, also beispielsweise innerhalb oder direkt an dem Fahrzeug beziehungsweise der Ladevorrichtung angeordnet sind. Es kann sich in einigen Ausführungsformen jedoch auch um virtuelle Steuereinheiten handeln, welche beispielsweise als Cloud-Dienste umgesetzt sind.
Mit dem ersten Parametersatz werden bevorzugt den Kühlvorgang vorbereitende Parameter übertragen. Diese umfassen beispielsweise Eigenschaften der für die Übertragung des Kühlmediums erforderlichen Einrichtungen in der Ladevorrichtung und im Fahrzeug. Dies können beispielsweise aus Bauteilschutzgründen maximal zulässige Temperaturen und/oder Drücke des Kühlmediums, aber auch für die Kühlung während des Ladevorgangs erforderliche Kühlleistungen sein. In einigen Ausführungsformen wird er für eine Erstbestimmung der von den Kühlsystemen eingestellten Stellgrößen wie die Vorlauftemperatur und/oder den Massenstrom des Kühlmediums genutzt. Insbesondere wird er genutzt, um den Startzeitpunkt des Kühlvorganges, also beispielsweise den Zeitpunkt, ab welchem Kühlmedium von dem Kühlsystem der Ladevorrichtung in das Kühlsystem des Fahrzeugs strömt, zu bestimmen.
Der zweite Parametersatz wird während des externen Kühlvorgangs, also insbesondere während ein Fluid zwischen den Kühlsystemen von Fahrzeug und Ladevorrichtung ausgetauscht wird, übertragen. Er wird insbesondere für eine Neubestimmung und/oder Kontrolle der von den Kühlsystemen eingestellten Stellgrößen wie die Vorlauftemperatur und/oder den Massenstrom des Kühlmediums genutzt.
Ein Grenzwert eines Zustandsparameters ergibt sich bevorzugt aus den technischen Eigenschaften der Kühlsysteme von Fahrzeug und Ladevorrichtung. Er kann jedoch auch einen Sollwert darstellen, welcher mittels eines Optimierungsalgorithmus als optimale Stellgröße für die Kühlung der Traktionsbatterie während des Ladevorgangs ermittelt wurde.
In einer bevorzugten Ausführung des Verfahrens wird der zweite Parametersatz mehrfach während des externen Kühlvorgangs zwischen einer dem Fahrzeug zugeordneten Steuereinheit und einer der Ladevorrichtung zugeordneten Steuereinheit ausgetauscht. Dies ermöglicht eine kontinuierliche Anpassung der Stellgrößen der Kühlsysteme auf sich ändernde Randbedingungen wie beispielsweise Änderungen in der Außentemperatur.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird der erste Parametersatz einmalig vor Beginn des externen Kühlvorgangs zwischen einer dem Fahrzeug zugeordneten Steuereinheit und einer der Ladevorrichtung zugeordneten Steuereinheit ausgetauscht. Dies Reduziert vorteilhaft die zwischen den Steuereinheiten ausgetauschten Daten.
In einer weiteren Gruppe von Ausführungsformen ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass mit dem zweiten Parametersatz die folgenden physikalischen Zustandsparameter des Kühlmediums übertragen werden:
- derzeitiger Fluiddruck des Kühlmediums am Kühlmitteleinlass,
- derzeitiger Fluiddruck des Kühlmediums am Kühlmittelauslass,
- derzeitige Temperatur des Kühlmediums am Kühlmitteleinlass,
- derzeitige Temperatur des Kühlmediums am Kühlmittelauslass,
- derzeitiger Massenstrom des Kühlmediums, und weiterhin als Informationen, ob der physikalische Zustandsparameter einen vorher festgelegten Grenzwert erreicht hat, die folgenden Parameter übertragen werden:
- Grenzwert des Fluiddrucks des Kühlmediums am Kühlmitteleinlass erreicht,
- Grenzwert des Fluiddrucks des Kühlmediums am Kühlmittelauslass erreicht,
- Grenzwert der Temperatur des Kühlmediums am Kühlmitteleinlass erreicht,
- Grenzwert der Temperatur des Kühlmediums am Kühlmittelauslass erreicht,
- Grenzwert des Massenstroms des Kühlmediums erreicht.
Diese Größen sind für die effiziente Kühlung der Traktionsbatterie besonders relevant. Aus diesem Grund ist diese Ausprägung des zweiten Parametersatzes besonders gut für eine Beeinflussung der Stellgrößen während des externen Kühlungsvorgangs geeignet.
Bevorzugt wird mit dem zweiten Parametersatz zusätzlich eine Information über den Typ des Kühlmittels übertragen. Dies ermöglicht vorteilhaft eine Änderung des zum Einsatz kommenden Fluides während des Kühlvorgangs. Über diesen Parameter kann auch ein Wechsel von einem Kühlmedium auf ein anderes Medium, beispielsweise ein Gas, bevorzugt Luft, angezeigt und/oder eingeleitet werden.
In einigen Ausführungsformen ist das Verfahren gekennzeichnet durch den zusätzlichen Schritt:
- wechseln des Kühlmediums.
Dies kann bedeuten, dass von einem Kühlmittel, beispielsweise Glykol, auf ein anderes Kühlmittel, beispielsweise Wasser umgestellt wird. Das hat den Vorteil, dass die Eigenschaften des Kühlmittels besonders genau auf die Randbedingungen es aktuellen Kühlvorgangs abgestimmt werden können. Dies kann auch bedeuten, dass anstatt eines klassischen Kühlmittels ein anderes Fluid, insbesondere Gas, bevorzugt Luft, zwischen den Kühlsystemen ausgetauscht wird.
Hierdurch lassen sich vorteilhaft zusätzliche Funktionen wie ein Dichtigkeitstest oder das Spülen des Kühlsystems realisieren. Besonders bevorzugt wird dabei das Kühlsystem des Fahrzeugs gespült. Kommt als Gas Luft zum Einsatz, so wird diese bevorzugt mittels eines Kompressors aus der Umgebungsluft komprimiert und in das Kühlsystem eingeleitet, wobei der Kompressor und die Einleitung bevorzugt ladevorrichtungsseitig vorgesehen sind.
In weiteren Ausführungsformen ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass mit dem ersten Parametersatz wenigstens die folgenden Parameter übertragen werden:
- Anforderung eines Drucktests,
- Soll-Druckwert,
- Soll-Zustand eines Ventils am Kühlmitteleinlass,
- Soll-Zustand eines Ventils am Kühlmittelauslass,
- Status des Drucktests.
Diese Parameter können sowohl direkt in einen ersten Parametersatz integriert werden, als auch als eigener erster Parametersatz übertragen werden.
Aus Umweltschutz-, Sicherheits- und Bauteilschutzgründen muss vor Beginn des Kühlvorgangs sichergestellt werden, dass die Kühlsysteme von Fahrzeug und Ladevorrichtung Dicht sind, sodass während des Kühlvorgangs kein Kühlmittel austritt. Dies kann vorteilhaft dadurch sichergestellt werden, dass vor Beginn des Kühlvorgangs ein Drucktest durchgeführt wird. Dazu werden die Kühlsysteme, bevorzugt mit Luft, unter Druck gesetzt. Anschließend werden die Ventile am Kühlmittelein- und Auslass verschlossen. Sinkt der Druck im System anschließend ab, so kann auf eine Undichtigkeit geschlossen werden.
In einer weiteren Gruppe von Ausführungsformen umfasst das Verfahren den zusätzlichen Schritt:
- automatisiertes Herstellen einer Steckverbindung zwischen einem Kühlmittelstecker der Ladevorrichtung und dem Kühlsystem des elektrifizierten Fahrzeugs oder automatisiertes Herstellen einer Steckverbindung zwischen einem Kühlmittelstecker des elektrifizierten Fahrzeugs und dem Kühlsystem der Ladevorrichtung.
Die automatisierte Herstellung einer Steckverbindung wird mittels einer dafür geeigneten Einrichtung, beispielsweise eines Roboterarms durchgeführt. Ein automatisiertes Herstellen der Steckverbindung hat beispielsweise den Vorteil, dass ein Fahrzeugführer nicht selbst den oftmals schweren Kühlmittelstecker bedienen muss.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein elektrifiziertes Fahrzeug umfassend eine Steuereinheit, wobei die Steuereinheit zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist. Neben der Steuereinheit weist das Fahrzeug sämtliche für die externe Kühlung der Traktionsbatterie erforderlichen Komponenten auf.
Die Erfindung betrifft zudem eine kombinierte Kühl- und Ladevorrichtung umfassend eine Steuereinheit, wobei die Steuereinheit zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist. Unter einer kombinierten Kühl- und Ladevorrichtung ist vorliegend jede elektrische Ladevorrichtung zu verstehen, welche die für das externe Kühlen erforderlichen Einrichtungen aufweist.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren dargestellt. Es zeigt im Einzelnen:
Figur 1 einen beispielhaften Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens,
Figur 2 ein elektrifiziertes Fahrzeug und eine kombinierte Kühl- und Ladevorrichtung. Unter Bezugnahme auf die Figuren werden Ausführungsformen der Erfindung dargestellt.
Figur 1 zeigt einen beispielhaften Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens. Im Schritt S10 wird zunächst ein erster Parametersatz ausgetauscht. Er enthält zwei Parameter:
- Einrichtungen für die externe Kühlung 70, 90, 120 vorhanden
- Einrichtungen für die automatisierte Herstellung einer Steckverbindung zwischen einem Kühlmittelstecker der Ladevorrichtung und dem Kühlsystem des elektrifizierten Fahrzeugs 100 vorhanden
Diese Parameter geben wenigstens an, ob die entsprechenden Einrichtungen vorhanden sind. Sie ermöglichen es den Steuerungssystemen des Fahrzeugs und der Ladevorrichtungen festzustellen, ob eine externe Kühlung während des Ladevorgangs überhaupt technisch möglich ist.
Im Schritt S20 wird ein weiterer erster Parametersatz ausgetauscht. Er enthält die Parameter:
- maximale Kühlleistung, bevorzugt in den Stufen 20, 40 und 80 kW
- Kühlmedium
- Kühlmitteldruck
- Kühlmitteltemperatur
- Steckverbindungstyp
In diesem Fall findet zunächst eine Übertragung des Parametersatzes von der der Ladevorrichtung zugeordneten an die dem Fahrzeug zugeordneten Steuereinheit statt. Die Parameter geben jeweils die von der Ladevorrichtung bereitstellbaren Werte, an.
Im Schritt S30 wird ein die gleichen Parameter aufweisender Parametersatz von der dem Fahrzeug zugeordneten Steuereinheit an die der Ladevorrichtung zugewiesenen Steuereinheit als Soll- Parameter übermittelt.
Im Schritt S40 werden aus dem in den Schritten S10 bis S30 ausgetauschten Parametersatz-Paar die initialen Sollgrößen für den Kühlvorgang ermittelt. Dies betrifft in der hier gezeigten Ausführungsform insbesondere eine später über die Stelleinrichtungen des Kühlsystems der Ladevorrichtung einzustellende Kühlmitteltemperatur im Vorlauf. Im Schritt S50 wird schließlich der Kühlmittelstecker 70 mittels eines Roboterarms 100 gesteckt. In diesem Beispiel handelt es sich um einen kombinierten Lade- und Kühlmittelstecker 70. Um eine Abwärtskompatibilität zu nicht für das externe Kühlen eingerichteten elektrifizierten Fahrzeugen sicherzustellen, ist der Kühlmittelanschluss des Kühlmittelsteckers 70 im Stecker versenkbar. Im Steckvorgang bleibt der Kühlmittelanschluss so lange im Steckergehäuse versenkt, bis eine elektrische Ladeverbindung kontaktiert wurde und eine korrekte Positionierung des Kühlmittelanschlusses, beispielsweise über einen Kamerasensor, festgestellt wurde. Anschließend wird der Kühlmittelanschluss durch herausfahren aus dem Steckergehäuse im folgenden Schritt S60 verbunden und seitens der Ladevorrichtung verriegelt.
Im Schritt S70 wird ein Parametersatz ausgetauscht, welcher angibt, dass eine Verriegelung des Kühlmittelanschlusses erfolgreich durchgeführt wurde.
Im Schritt S80 tauschen die dem Fahrzeug zugeordnete Steuereinheit der der Ladevorrichtung zugeordneten Steuereinheit einen ersten Parametersatz mit den folgenden Parametern aus:
- Anforderung eines Drucktests,
- Soll-Druckwert,
- Soll-Zustand eines Ventils am Kühlmitteleinlass,
- Soll-Zustand eines Ventils am Kühlmittelauslass,
- Status des Drucktests.
Daraufhin wird über das Kühlsystem der Ladevorrichtung Luft in das Kühlsystem des Fahrzeugs eingeleitet und der Druck auf den Soll-Druckwert erhöht. Anschließend kommandiert die dem Fahrzeug zugeordnete Steuereinheit ein schließen der Ventile im Kühlmitteleinlass und Kühlmittelauslass der Ladevorrichtung. Den erfolgreichen Abschluss des Drucktests übermittelt die dem Fahrzeug zugeordnete Steuereinheit als Status des Drucktests in einer erneuten Übermittlung des Parametersatzes an die der Ladevorrichtung zugeordnete Steuereinheit. In einem Schritt S90 startet daraufhin die Ladevorrichtung den Kühlvorgang.
Im Schritt S100 werden in regelmäßigen Zeitintervallen mittels des zweiten Parametersatz die folgenden physikalischen Zustandsparameter des Kühlmediums zwischen den Steuereinheiten ausgetauscht:
- derzeitiger Fluiddruck des Kühlmediums am Kühlmitteleinlass, - derzeitiger Fluiddruck des Kühlmediums am Kühlmittelauslass,
- derzeitige Temperatur des Kühlmediums am Kühlmitteleinlass,
- derzeitige Temperatur des Kühlmediums am Kühlmittelauslass,
- derzeitiger Massenstrom des Kühlmediums, und weiterhin als Informationen, ob der physikalische Zustandsparameter einen vorher festgelegten Grenzwert erreicht hat, die folgenden Parameter ausgetauscht:
- Grenzwert des Fluiddrucks des Kühlmediums am Kühlmitteleinlass erreicht,
- Grenzwert des Fluiddrucks des Kühlmediums am Kühlmittelauslass erreicht,
- Grenzwert der Temperatur des Kühlmediums am Kühlmitteleinlass erreicht,
- Grenzwert der Temperatur des Kühlmediums am Kühlmittelauslass erreicht,
- Grenzwert des Massenstroms des Kühlmediums erreicht.
Dies ermöglicht ein kontinuierliches Abstimmen der Kühlanforderung des Fahrzeugs auf die von der Ladevorrichtung bereitgestellte Kühlleistung.
Die hier aufgeführten Verfahrensschritte müssen in anderen Ausführungsbeispielen nicht zwingend in der hier angegebenen Reihenfolge ablaufen. Weiterhin müssen nicht in jedem Fall sämtliche Verfahrensschritte tatsächlich ausgeführt werden.
Figur 2 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes elektrifiziertes Fahrzeug 10 mit einer T raktionsbatterie 110, deren Kühlkanäle über einen Wärmetauscher 120 mit dem Kühlmittelanschluss 90 thermisch gekoppelt sind. Über einen Ladeanschluss ist die Traktionsbatterie 110 extern ladbar. Weiterhin weist das elektrifizierte Fahrzeug 10 ein Steuergerät 30 als zugeordnete Steuereinheit auf. Das Steuergerät 30 ist mit einem Steuergerät 40 der kombinierten Kühl- und Ladevorrichtung 20 über eine Kommunikationsschnittstelle 60 verbunden. Sowohl die Kühl- als auch die elektrische Leistung wird von der Ladevorrichtung 20 aus mittels eines kombinierten Kühlmittelschlauch- und Kabel-Paket 50 und schließlich über einen kombinierten Kühlmittel- und Ladestecker 70 übertragen, wobei der Stecker 70 mittels eines Lade- Roboters automatisiert steckbar ist. Bezugszeichenliste
S10 - S100 Verfahrensschritte 1-10
10 elektrifiziertes Fahrzeug
20 kombinierte Kühl- und Ladevorrichtung
30 dem elektrifizierten Fahrzeug zugeordnete Steuereinheit
40 der kombinierten Kühl- und Ladevorrichtung zugeordnete Steuereinheit
50 Kühlmittelschlauch- und Kabel-Paket
60 Kommunikationsschnittstelle
70 kombinierter Kühlmittel- und Lade-Stecker
80 Ladeanschluss
90 Kühlmittelanschluss
100 Lade-Roboter
110 Traktionsbatterie
120 Wärmetauscher

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Steuerung eines kombinierten externen Kühl- und Ladevorgangs eines elektrifizierten Fahrzeugs (10) an einer kombinierten Kühl- und Ladevorrichtung (20), aufweisend wenigstens die folgenden Schritte:
- austauschen eines ersten Parametersatzes zwischen einer dem Fahrzeug zugeordneten Steuereinheit (30) und einer der Ladevorrichtung zugeordneten Steuereinheit (40) vor Beginn des externen Kühlvorgangs (S100),
- starten des externen Kühlvorgangs (S100),
- austauschen eines zweiten Parametersatzes zwischen einer dem Fahrzeug zugeordneten Steuereinheit (30) und einer der Ladevorrichtung zugeordneten Steuereinheit (40) nach Start des externen Kühlvorgangs, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem zweiten Parametersatz zumindest die folgenden Parameter übertragen werden:
- einen physikalischen Zustandsparameter des Kühlmediums
- eine Information, ob der physikalische Zustandsparameter einen vorher festgelegten Grenzwert erreicht hat.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Parametersatz mehrfach während des externen Kühlvorgangs zwischen einer dem Fahrzeug zugeordneten Steuereinheit (30) und einer der Ladevorrichtung zugeordneten Steuereinheit (40) ausgetauscht wird.
3. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Parametersatz einmalig vor Beginn des externen Kühlvorgangs zwischen einer dem Fahrzeug zugeordneten Steuereinheit (30) und einer der Ladevorrichtung zugeordneten Steuereinheit (40) ausgetauscht wird.
4. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem zweiten Parametersatz die folgenden physikalischen Zustandsparameter des Kühlmediums übertragen werden:
- derzeitiger Fluiddruck des Kühlmediums am Kühlmitteleinlass, - derzeitiger Fluiddruck des Kühlmediums am Kühlmittelauslass,
- derzeitige Temperatur des Kühlmediums am Kühlmitteleinlass,
- derzeitige Temperatur des Kühlmediums am Kühlmittelauslass,
- derzeitiger Massenstrom des Kühlmediums, und weiterhin als Informationen, ob der physikalische Zustandsparameter einen vorher festgelegten Grenzwert erreicht hat, die folgenden Parameter übertragen werden:
- Grenzwert des Fluiddrucks des Kühlmediums am Kühlmitteleinlass erreicht,
- Grenzwert des Fluiddrucks des Kühlmediums am Kühlmittelauslass erreicht,
- Grenzwert der Temperatur des Kühlmediums am Kühlmitteleinlass erreicht,
- Grenzwert der Temperatur des Kühlmediums am Kühlmittelauslass erreicht,
- Grenzwert des Massenstroms des Kühlmediums erreicht.
5. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem zweiten Parametersatz zusätzlich eine Information über den Typ des Kühlmittels übertragen wird.
6. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch den zusätzlichen Schritt:
- wechseln des Kühlmediums.
7. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem ersten Parametersatz wenigstens die folgenden Parameter übertragen werden:
- Anforderung eines Drucktests,
- Soll-Druckwert,
- Soll-Zustand eines Ventils am Kühlmitteleinlass,
- Soll-Zustand eines Ventils am Kühlmittelauslass,
- Status des Drucktests. - 14 -
8. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch den zusätzlichen Schritt:
- automatisiertes Herstellen einer Steckverbindung zwischen einem Kühlmittelstecker der Ladevorrichtung (70) und dem Kühlsystem des elektrifizierten Fahrzeugs oder automatisiertes Herstellen einer Steckverbindung zwischen einem Kühlmittelstecker des elektrifizierten Fahrzeugs und dem Kühlsystem der Ladevorrichtung.
9. Elektrifiziertes Fahrzeug (10) umfassend eine Steuereinheit (30), wobei die Steuereinheit zum Ausführen des Verfahrens gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.
10. Kombinierte Kühl- und Ladevorrichtung (20) umfassend eine Steuereinheit (40), wobei die Steuereinheit zum Ausführen des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 ausgebildet ist.
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