SE535563C2 - Arrangemang för att kyla ett energilager i ett fordon - Google Patents

Abstract

Föreliggande uppfinning avser ett arrangemang för att kyla ett energilager (8) i ettfordon (1). Arrangemanget innefattar en ledningskrets (12), fläkt (13) som är anpassadatt cirkulera ett gasformigt medium i ledningskretsen (12), en kylare (14) där detgasformiga mediet är anpassat att kylas av omgivande lufi och ett kylområde (l2a) därdet gasformiga mediet är anpassat att kyla energilagret (8). Arrangemanget innefattarett reglerbait stryporgan (16) som är anordnat i en position som är belägen nedströmskylaren (14) och uppströms kylonirådet (l2a) med avseende på det gasformiga medietsavsedda strömningsriktning i ledningskretsen (12). Det reglerbara stryporganet (16) ärställbart i ett icke strypande läge och i åtminstone ett strypläge vid vilket detgasformiga mediet tillhandahåller ett tryckfall och därmed en motsvarandetemperatursänkning då det leds genom stryporganet (16). (rig. z)

Description

25 30 35 535 583 av omgivande lufi. Detta är fördelaktigt ur energisynpunkt. Under tillfällen då omgivande luft har en hög temperatur erhålls dock en mindre god kylning eller till och med en uppvärmning av energilagret.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Syftet med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla ett arrangemang i form av en relativt enkel och robust konstruktion som har kapacitet att kyla energilagret så att det kan upprätthålla en önskad driftstemperatur även under tillfällen då omgivande luft har en hög temperatur.

Detta syfte uppnås med arrangemanget av det inledningsvis nämnda slaget, vilket kännetecknas av de särdrag som anges i patentkravets 1 kännetecknande del. Enligt föreliggande uppfinning utnyttjas således en ledningskrets med ett gasformigt medium för att kyla energilagret. Ledningskretsen innefattar ett stryporgan som är anordnat i en position nedströms en kylare i ledningskretsen och uppströms energilagret. Då det gasformiga mediet cirkulerar i ledningskretsen kommer det att erhålla en kylning i ett första steg i kylaren där det kyls av luft med omgivningens temperatur. Det gasformiga mediet kan här kylas till en temperatur i närheten av omgivningens temperatur. Då det gasformiga mediet därefter når stryporganet kan det tillhandahålla en trycksänkning och en kylning i ett andra steg. Det gasformiga mediet kan i och med det erhålla en lägre temperatur än omgivande luft då det leds till energilagret. Det gasformiga mediet kan i och med det tillhandahålla en god kylning av energilagret även under tillfällen då omgivande luft har en hög temperatur. Under tillfällen som omgivande lufi inte har en hög temperatur räcker det i regel med att kyla det gasformiga mediet i kylaren i det första steget. Stryporganet äri detta fall i det icke strypande läget. Arrangemanget enligt ovan innefattar relativt enkla och robusta komponenter som har en tillförlitlig funktion. Det gasformiga mediet kan vara luft men det kan även vara en godtycklig gas eller gasblandning som har lämpliga egenskaper för den ovan beskrivna funktionen.

Enligt en utföringsform av föreliggande uppfinning är stryporganet steglöst ställbart i olika stryplägen. Därmed kan det gasformiga mediets tryckfall och temperaturfall regleras steglöst med hjälp av stryporganet. Kylningen av energilagret kan här kontrolleras med en mycket god precision. Alternativt kan stryporganet vara ställbart i ett eller flera fasta stryplägen. I detta fall kan stryporganet omväxlande ställas i ett fast strypläge då energilagret har en för hög temperatur och i det icke strypande läget då 10 15 20 25 30 35 535 583 energilagret har en acceptabel temperatur. Med en sådan reglering kan det gasformiga mediet kylas intermittent i ett eller två steg på ett sätt så att energilagret alltid har en temperatur inom ett önskat intervall.

Enligt en utföringsform av föreliggande uppfinning är ett flödesmedel anordnat i en position som är belägen nedströms kylområdet för energilagret och uppströms kylaren med avseende på det gasformiga mediets avsedda strömningsriktning i ledningslrretsen. Då stryporganet äri det icke strypande läget leds det gasformiga mediet med ett relativt litet strömningsmotstånd genom ledningskretsen. Nämnda flödesmedel behöver i detta fall endast upprätthålla en relativt liten tryckskillnad för att skapa ett erforderligt flöde av det gasformiga mediet genom ledningskretsen. Då stryporganet ställs i ett strypläge ökar strömningsmotståndet i ledningskretsen drastiskt. Nämnda flödesmedel måste här upprätthålla en betydligt större tryckskillnad for att skapa ett erforderligt medieflöde genom ledningskretsen. Då det gasformiga mediet erhåller denna tryckökning av nämnda tryckmedel erhåller det samtidigt en förhöjd temperatur innan det leds till kylaren. Därmed skapas en stor temperaturskillnad i kylaren mellan det gasformiga mediet och omgivande luft. Det gasformiga mediet kan därmed kylas på ett effektivt sätt i kylaren till en temperatur i närheten av omgivningens temperatur. Nämnda flödesmedel kan vara en elektriskt driven fläkt eller kompressor. En elektriskt driven fläkt eller kompressor kan ges ett varierbart varvtal. Ju högre varvtal som fläkten eller kompressorn drivs med desto högre tryck och temperatur kan det ge det gasformiga mediet. I det fall som nämnda flödesmedel är en fläkt måste den ha en konstruktion så att den klarar av att upprätthålla en relativt stor tryckskillnad mellan en trycksida och en sugsida i ledningskretsen. Fläkten måste således ha kapacitet att kunna arbeta som en kompressor.

Enligt en föredragen utföringsform av föreliggande uppfinning innefattar arrangemanget en styrenhet som är anpassad att mottaga information från en sensor som avkänner en parameter som är relaterad till energilagrets kylbehov och att ställa stryporganet i ett strypläge under tillfällen då den uppskattar att energilagret erfordrar en extra kylning. Styrenheten kan vara an datorenhet med en lämplig programvara för detta ändamål. Altemativt kan stryporganet aktiveras manuellt då exempelvis en förare av fordonet erhåller information om att energilagret behöver en extra kylning.

Styrenheten kan vara anpassad att mottaga information från en temperatursensor som avkänner temperaturen på omgivande luft och/eller en temperatursensor som avkänner 10 15 20 25 30 35 535 583 temperaturen i energilagret och att under tillfällen då åtminstone en av nämnda temperaturer är högre än en referenstemperatur ställa stryporganet i ett strypläge. Då den omgivande luften har en alltför hög temperatur kan den inte kyla det gasformiga mediet i kylaren till en önskat låg temperatur. I detta fall måste således stryporganet ställas i ett lämpligt strypläge. Då temperaturen i energilagret är över en högsta acceptabel temperatur behöver det under alla omständigheter tillhandahålla en extra kylning.

Enligt en föredragen utföringsform av föreliggande uppfinning innefattar arrangemanget en luftfläkt som är anpassad att forcera omgivande luft genom kylaren.

Därmed kan värmeöverföringen mellan det gasformiga mediet och den omgivande luften i kylaren effektiviseras. Styrenheten kan vara anpassad att styra lufrfläkten varvtal. Värmeöverföringen i kylaren är relaterad till den omgivande luftens flödeshastighet genom kylaren. I detta fall kan styrenheten ge lufiflälcten ett förhöjt varvtal under tillfällen då energilagret erfordrar en extra kylning.

Enligt en föredragen utföringsform av föreliggande uppfinning innefattar arrangemanget en behållare som är anpassad att innesluta energilagret. Ett energilager som är inneslutet i en behållare förhindras att komma i direkt kontakt med omgivande luft. Därmed kan behållaren med energilagret även placeras på platser i fordonet där den omgivande luften innehåller föroreningar och fukt. Nämnda flödesmedel och/eller stryporganet kan även vara anordnade inuti behållaren. Därmed erhåller dessa komponenter även en skyddad placering i fordonet. Med fördel anordnas väsentligen alla komponenter i ledningskretsen inuti behållaren förutom kylaren och lufifläkten.

Därmed kan ledningskretsen göras kompakt och det gasformiga mediet behöver endast transporteras i korta ledningar mellan de olika komponentema i ledningskretsen.

Enligt en annan utföringsform av föreliggande uppfinning innefattar nämnda ledningskrets ett ytterligare kylområde där det gasformiga mediet är anpassat att tillhandahålla kylning av reglerutrustning som är anpassad att reglera flödet av elektrisk energi till och från energilagret. Sådan reglerutrustning tillhandahåller även en uppvärmning under drift. Reglerutrustningen kan dock normalt tillåtas att värmas till en något högre maximal temperatur än energilagret. Det kan därför vara lämpligt att kyla reglerutrustningen i ett separat kylområde av ledningskretsen.

Reglerutrustningens kylområde kan vara parallellt anordnat i förhållande till det kylområde där det gasformiga mediet kyler energilagret. Därmed kan 10 15 20 25 30 35 535 583 reglerutrustningen och energilagret kylas av gasformigt medium med samma låga temperatur. Alternativt kan reglerutrustningens kyloniråde vara anordnat i serie i förhållande till energilagrets kylområde.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGEN I det följande beskrivs, såsom ett exempel, en föredragen utforingsform av uppfinningen med hänvisning till bifogade ritning, på vilken: Fig. 1 visar ett hybridfordon som är försett med ett energilager och Fig. 2 visar ett arrangemang för att kyla energilagret.

DETALJERAD BESKRIVNING AV EN FÖREDRAGEN UTFÖRINGSFORM AV UPPFINNTNGEN Fig. 1 visar ett lastfordon l som är försett med ett hyttutrymme 2 och ett lastutrymme 3. Lastfordonets 1 kaross innefattar längsgående bärande balkar 4. Lastfordonet 1 är ett hybridfordon och drivs av en schematiskt visad förbränningsmotor 5 och/eller av en schematiskt visad elektrisk maskin 6. Då den elektriska maskinen 6 arbetar som motor kan det själv driva fordonet 1 eller tillsammans med förbränningsmotorn 5. Den elektriska maskinen 6 arbetar som generator under tillfällen då fordonet 1 bromsas.

Den elektriska maskinen 6 kan själv bromsa fordonet upp till en viss bromsnivå. Vid högre bromsnivåer kompletteras bromsningsprocessen av fordonets ordinarie bromsar.

En behållare 7 är fast på en av de bärande balkarna 4. Ett energilager 8 som innefattar ett eller flera batterier för lagring av elektrisk energi och reglerutrustning 9 som reglerar flödet av elektrisk energi mellan energilagret 8 och den elektriska maskinen 6 är anordnade inuti behållaren 7. ^ Pig. 2 visar behållaren 7 mer i detalj. Behållaren 7 är sluten och innefattar ett invändigt utrymme 11. Energilagret 8 och nämnda reglerutrustning 9 är anordnade inuti det slutna utrymmet 11. Därmed är energilagret 8 och reglerutrustningen 9 helt skyddade från omgivande luft som kan vara firktig och förorenad. Behållaren 7 innesluter även större delen av en ledningskrets 12 med ett cirkulerande gasformigt medium. Det cirkulerande gasformiga mediet kan vara luft eller annan lämplig gas eller gasblandning. Det gasformiga mediet är anpassat att cirkuleras i ledningskretsen 12 så att det kommer i värmeöverförande kontakt med energilagret 8 i ett första kylområde 1D 15 20 25 30 35 535 553 12a och med reglerutrustningen 9 i ett andra kylområdel2b. En elektrisk driven fläkt 13 cirkulerar det gasformiga mediet genom ledningskretsen 12. Den elektriskt drivna fläkten 13 är även anordnad inuti behållaren 7. En kylare 14 är anordnad i ledningskretsen 12 på utsidan av behållaren 7 i kontakt med omgivande luft. En lufifläkt 15 är anordnad i anslutning till kylaren 14. Lufcfläkten 15 kan drivas av en elektrisk motor. Lufifläkten är anpassad att forcera luft genom kylaren 14 under drift av förbränningsmotom 5. Ledningskretsen 12 innefattar ett reglerbart stryporgan 16 i behållaren 7, Stryporganet 16 äri detta fall steglöst ställbart mellan ett icke strypande läge då det gasformiga mediet inte tillhandahåller någon trycksänkning då det leds genom stryporganet 16 och olika grader av stryplägen då det gasformiga mediet tillhandahåller en trycksänkning som är relaterad till den aktuella graden av strypning.

En styrenhet 17 är anpassad att mottaga information från en första temperatursensor 18 som avkänner den omgivande luñens temperatur och en andra temperatursensor 19 som avkänner temperaturen i energilagret 8.

Under drift av fordonet sker ofrånkomligt en uppvärmning av energilagret 8 och de elektriska komponenterna 9. För att energilagret 8 ska fungera på ett optimalt sätt bör det ha en temperatur inom ett specifikt intervall. För ett energilager med, exempelvis, Li-Ion batterier är ett lämpligt temperaturintervall 30 - 40°C. För andra typer av batterier kan ett lämpligt temperaturintervall vara 20 - 30°C. Energilagret får dock inte ha en temperatur över en maximalt acceptabel temperatur, som exempelvis kan vara av storleksordningen 45°C. Reglerutrustningen 9 bör heller inte ha en temperatur över en maximalt acceptabel temperatur. Reglerutrustningens 9 maximalt acceptabla temperatur kan dock normalt vara något högre än energilagrets 8 maximalt acceptabla temperatur. För att förhindra att energilagret 8 erhåller en temperatur över den maximalt acceptabla temperaturen cirkulerar fläkten 13 runt det gasformiga mediet i ledningskretsen 12. Det gasformiga mediet kyls i kylaren 14 av omgivande lufl som forceras genom kylaren 14 av lufrfläkten 15. Det gasformiga mediet leds sedan till det reglerbara stryporganet 16 där det eventuellt erhåller en trycksänkning. Det gasformiga mediet leds därefter till de två parallella kylområden 12a, l2b. Det gasformiga mediet kyler energilagret 8 i kylområdet 12a och reglerutrustningen 9 i kylområdet 12b. Det gasformiga mediet leds sedan av fläkten 13 till kylaren 14 for kylning.

För att styra kylningen av energilagret 8 mottar styrenheten 17 infonnation från temperatursensom 18 avseende den omgivande luftens temperatur och från temperatursensom 19 avseende energilagrets 8 temperatur. Så länge som styrenheten 10 15 20 25 30 35 535 583 17 mottar information som indikerar att energilagret 8 upprätthåller en acceptabel temperatur håller den strypventilen 16 i det icke strypande läget. Om styrenheten 17 mottar information från temperatursensorn 19 som indikerar att energilagret 8 har en temperatur över ett tröskelvärde som kan vara satt med en viss marginal till den maximalt acceptabla temperaturen, konstaterar styrenheten 17 att kylningen av energilagret måste intensiñeras. Styrenheten 17 mottar samtidigt information från temperatursensorn 18 avseende den omgivande luftens temperatur. Om styrenheten 17 bedömer att omgivande luft har en tillräckligt låg temperatur för att möjliggöra en V extra kylning kan styrenheten öka fläktens 13 varvtal så att det gasformiga mediet cirkuleras med en högre hastighet genom ledningskretsen 12. Alternativt eller i kombination så kan styrenheten 17 öka lufiflälctens 15 varvtal så att luftflödet genom kylaren 14 ökar. Dessa åtgärder effektivisera värmeutbytet i kylaren 14 mellan omgivande lufi och det gasformiga mediet som cirkulerar i ledningskretsen 12. Det gasformiga mediet kan här kylas i kylaren 14 till en temperatur som väsentligen motsvarar den omgivande luftens temperatur.

Om omgivande lufi har en alltför hög temperatur är inte ovan nämnda åtgärder tillräckliga för att upprätthålla en önskad temperatur i energilagret 8. Under sådana omständigheter reglerar styrenheten 17 stryporganet 16 så att det ställs i ett strypläge vid vilket det tillhandahåller en strypning av det gasformiga mediet. Styrenheten 17 reglerar samtidigt fläktens 13 hastighet så att den klarar av att cirkulera ett lämpligt flöde av det gasformiga mediet genom ledningskretsen 12 mot verkan av den strypning som mediet erhåller i stryporganet 16. Fläkten 13 måste under sådana drifistillstånd arbeta tämligen hårt. I en första del av ledningskretsen 12 som är belägen nedströms fläkten 13 och uppströms stryporganet 16 tillhandahåller det gasformiga mediet ett högre tryck än i en andra del av ledningskretsen 12 som är belägen nedströms stryporganet 16 och uppströms fläkten 13 med avseende på det gasformiga mediets strömningsriktning i ledningskretsen 12.

Då fläkten 13 trycksätter det gasfonniga mediet tillhandahåller det även en temperaturhöjning i en motsvarande grad. Temperaturhöjningen av det gasformiga mediet skapar dänned en förhöjd temperaturskillnad i kylaren 14 mellan det gasformiga mediet och den omgivande luften. Det gasformiga mediet kyls i kylaren 14 till en temperatur i närheten av omgivningens temperatur. Det gasformiga mediets förhöjda tryck resulterar aven i ett något effektivare värmeutbyte i kylaren 14 mellan det gasformiga mediet och omgivande luft. Då det gasformiga mediet når stryporganet 10 15 20 25 535 583 16 tillhandahåller det ett tryckfall och en motsvarande temperatursänkning. Då det gasformiga mediet redan kylts till en temperatur som väsentligen motsvarar omgivningens temperatur i kylaren 14 tillhandahåller det i stryporganet 16 i de flesta fall en klart lägre temperatur än den omgivande luftens temperatur. Det kalla gasformiga mediet som passerat genom stryporganet kan därmed tillhandahålla en mycket god kylning av energilagret 8 då det leds genom det första kylområdet l2a och av reglerutrustningen 9 då det leds genom det andra kylområde l2b. Det gasformiga mediet trycksätts sedan åter då det når fläkten 13. Styrenheten 17 mottar väsentligen kontinuerligt information från temperatursensorn 19 avseende den aktuella temperaturen i energilagret 8. Så snart som temperaturen i energilagret sjunker under ett förbestämt värde reglerar styrenheten 17 stryporganet 16 så att strypningen upphör eller reduceras. Samtidigt reducerar styrenheten 17 fläktens 13 varvtal.

Då styrorganet 16 är i ett strypläge krävs att fläkten 13 arbetar med ett relativt högt effektuttag. Även om omgivande lufi har en relativt hög temperatur behöver styrenheten 17 normalt endast ställa stryporganet 16 i stryplägen under kortare tidsperioder. Därmed kan energiförbrukning för att kyla energilagret hållas på en acceptabel nivå även under tillfällen då omgivande luft har en relativt hög temperatur.

Arrangemanget innefattar tämligen enkla och robusta komponenter som möjliggör en tillförlitlig kylning av energilagret 8 väsentligen oberoende av den omgivande luftens temperatur.

Uppfinningen är på intet sätt begränsad till den på ritningen beskrivna utföringsforrnen utan kan varieras fritt inom patentkravens ramar. Behållaren 7 med energilagret 8 och reglerutrustningen 9 är i detta fall fäst vid en längsgående balk 4. Den kan dock fästas på ett väsentligen godtyckligt ställe i ett fordon. Om fordonet är en buss kan behållaren 7 med energilagret 8 och reglerutrustningen 9 fästas på bussens tak.

Claims (10)

10 15 20 25 30 35 535 553 Patentkrav

1. I. Arrangemang for att kyla ett energilager (8) i ett fordon (I ), varvid arrangemanget innefattar en ledningskrets (12), flödesmedel (13) som är anpassat att cirkulera ett gasformigt medium i ledningskretsen (12), en kylare (14) där det gasformiga mediet är anpassat att kylas av omgivande luft och ett kylområde (1 2a) där det gasformiga mediet är anpassat att kyla energilagret (8), kännetecknat av att arrangemanget innefattar ett reglerbart stryporgan (16) som är anordnat i en position som är belägen nedströms kylaren (14) och uppströms kylområdet(12a) med avseende på det gasformiga mediets avsedda strömningsriktning i ledningskretsen (12), varvid det reglerbara stryporganet (16) är ställbart i ett icke strypande läge vid vilket det gasformiga mediet väsentligen inte tillhandahåller något tryckfall då det leds genom stryporganet (16) och i åtminstone ett strypläge vid vilket det gasformiga mediet tillhandahåller ett tryckfall och därmed en motsvarande temperatursänkning då det leds genom stryporganet ( 16).

2. Arrangemang enligt krav 1, kånnetecknat av att stryporganet (16) är steglöst ställbart i olika stryplägen.

3. Arrangemang enligt något av föregående krav, kännetecknat av att nämnda flödesmedel är anordnat i en position som är belägen nedströms kylområdet (l2a) fór energilagret (12) och uppströms kylaren (14) med avseende på det gasformiga mediets avsedda strömningsriktning i ledningskretsen (12).

4. Arrangemang enligt krav 3, kännetecknat av att nämnda flödesmedel är en elektriskt driven fläkt (13) eller kompressor.

5. Arrangemang enligt något av föregående krav, kännetecknat av att arrangemanget innefattar en styrenhet (17) som är anpassad att mottaga information från en sensor (18) som avkänner en parameter som är relaterad till energilagrets kylbehov och att ställa stryporganet (16) i ett strypläge under tillfällen då den uppskattar att energilagret (8) erfordrar en extra kylning.

6. Arrangemang enligt något av föregående krav, kännetecknat av att arrangemanget innefattar en styrenhet (17) som är anpassad att mottaga information från en temperatursensor (18) som avkänner temperaturen på omgivande luft och/eller en 10 15 20 535 563 10 temperatursensor som avkänner temperaturen i energilagret (8) och att under tillfällen då åtminstone en av nämnda temperaturer är högre än en referenstemperatur ställa stryporganet (16) i ett strypläge.

7. Arrangemang enligt något av föregående krav, kännetecknat av att det innefattar en fläkt (15) som är anpassad att forcera omgivande luft genom kylaren (14).

8. Arrangemang enligt något av föregående krav, kännetecknat av att det innefattar en behållare (7) som är anpassad att innesluta energilagret (8).

9. Arrangemang enligt krav 8, kännetecknat av att nämnda flödcsmedel (13) och/eller stryporganet (16) även är anordnade inuti behållaren (7).

10. Arrangemang enligt något av föregående krav, kännetecknat av att nämnda ledningskrets (12) innefattar ett ytterligare kylområde (1 2b) där det gasformiga mediet är anpassat att tillhandahålla kylning av reglerutmstning (9) som är anpassad att reglera flödet av elektrisk energi till och från energilagret (8).