WO2021083991A1 - Method and device for cooling a motor vehicle battery - Google Patents

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motor vehicle
coolant
temperature
vehicle battery
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Lothar Seybold
Ioannis Lazaridis
Gregor Gattnar
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Definitions

  • the present disclosure relates to a method and a device for cooling a motor vehicle battery, for example the battery of an electric vehicle or a hybrid vehicle.
  • the aim of the present further development is to provide an improved method for cooling a motor vehicle battery and a corresponding device for cooling a motor vehicle battery.
  • the method and the device should be as simple and inexpensive to implement as possible.
  • the device and the method should, if possible, make use of components already present in the motor vehicle, so that no additional hardware components are required.
  • the method and the device for cooling the motor vehicle battery should also go hand in hand with a possible minimization of the weight of the motor vehicle and enable the motor vehicle battery to be cooled as efficiently and energy-efficiently as possible.
  • a method for cooling a motor vehicle battery by means of a motor vehicle air conditioning system has a first coolant circuit.
  • the first coolant circuit comprises a compressor, a condenser, and an evaporator, possibly also an expansion element, for example in the form of an expansion valve. These are typically thermally coupled to one another via a coolant line and a coolant circulating therein.
  • the first coolant circuit is also by means of a Heat exchanger thermally coupled to a second coolant circuit.
  • the second coolant circuit is thermally coupled to the motor vehicle battery.
  • the second coolant circuit can belong to a separate battery cooling system, which is thermally coupled to the first coolant circuit.
  • the second coolant circuit can, however, also be designed as a component or part of the motor vehicle air conditioning system or integrated into the motor vehicle air conditioning system.
  • the method is characterized by the steps of ascertaining or measuring at least one operating parameter of the second coolant circuit and by setting or regulating the operation of the compressor of the first coolant circuit accordingly, namely as a function of the measured or ascertained operating parameter of the second coolant circuit.
  • the determined or specifically measured operating parameter of the second coolant circuit is typically a thermal operating parameter of the second coolant circuit, which characterizes a thermal operating state of the second coolant circuit.
  • the at least one operating parameter of the second coolant circuit directly characterizes the operating state or the thermal state of the second coolant circuit and / or the motor vehicle battery.
  • the at least one operating parameter of the second coolant circuit can be used as a control or manipulated variable for the operation of the first coolant circuit, in particular for the operation of the compressor of the first coolant circuit.
  • the cooling output of the compressor, and consequently the cooling output of the motor vehicle air conditioning system, or of the first coolant circuit can be adjusted as required and dynamically, i. H. continuously changed and / or adapted as a function of any operational changes in the operating parameters of the second coolant circuit.
  • a comparatively low cooling capacity can be set for the first coolant circuit, since the interior of the motor vehicle does not have to be actively cooled, but rather has to be heated.
  • a comparatively low or completely prevented coolant flow in the first coolant circuit also results in a comparatively low heat dissipation to the environment.
  • heat can develop in the area of the motor vehicle battery and / or the second coolant circuit.
  • That heat development can be recorded quantitatively as well as qualitatively as an operating parameter of the second coolant circuit.
  • a determination or measurement of the relevant operating parameter can then be used directly or indirectly to control and / or regulate the compressor of the motor vehicle air conditioning system.
  • the cooling performance of the air conditioning system can be increased by a corresponding activation of the compressor in order to be able to provide sufficient power loss, in particular for the second coolant circuit.
  • an existing motor vehicle air conditioning system can be expanded to include the function of activating the compressor as a function of one or more operating parameters of the second coolant circuit.
  • the at least one operating parameter of the second coolant circuit is a direct indicator of the operating state, in particular the thermal operating state of the motor vehicle battery to be cooled.
  • the operating parameter of the second coolant circuit is a temperature of the motor vehicle battery and / or a temperature of individual battery cells Motor vehicle battery is measured.
  • the temperature in the area of the motor vehicle battery can be measured by means of a temperature sensor for the entire motor vehicle battery.
  • a spatial distribution of the temperature level over the area or the volume of the battery can also be determined and ascertained by means of one or more sensors on individual battery cells of the motor vehicle battery.
  • both temperature information items or each temperature information item viewed individually can typically be used via an electronic control to control the compressor of the first coolant circuit.
  • a thermal power loss of the first coolant circuit originating from the compressor can be increased as required, at least until the temperature in the area of the motor vehicle battery no longer rises takes place. If, on the other hand, the temperature in the area of the motor vehicle battery or on individual cells should drop or fall, the thermal power loss of the first coolant circuit can be throttled or reduced accordingly by appropriate control of the compressor of the first coolant circuit, so that as much as possible in the area of the motor vehicle battery or the battery cells constant constant temperature level is maintained.
  • a temperature of a coolant circulating in the second coolant circuit is measured as the operating parameter of the second coolant circuit.
  • the coolant circulating in the second coolant circuit is typically a liquid coolant. It can, for example, have cooling water provided with an anti-freeze additive.
  • the sensor for measuring the temperature of the coolant in the second coolant circuit can either be integrated directly into the coolant circuit. However, it can also be sufficient to arrange a corresponding sensor on an outer wall of a coolant line of the second coolant circuit and to provide it only for sufficient or well-defined thermal coupling between the interior of the coolant line and the thermal sensor arranged on the outside of the coolant line.
  • the temperature of the coolant circulating in the second coolant circuit is measured upstream and / or downstream of the motor vehicle battery.
  • a downstream measurement of the temperature provides information about the amount of heat given off by the battery to the coolant.
  • An arrangement of a temperature sensor upstream of the motor vehicle battery provides information about the temperature at which the coolant of the second coolant circuit comes into thermal contact with the battery to be cooled.
  • both temperatures of the coolant namely upstream and downstream of the motor vehicle battery to be cooled, are measured or determined. In this way, at least one statement or estimate can be made about the thermal power loss in the area of the motor vehicle battery.
  • the temperature of a heat exchanger thermally coupled to the motor vehicle battery and through which the coolant of the second coolant circuit flows is measured as the operating parameter of the second coolant circuit.
  • Corresponding temperature sensors or temperature sensors can be arranged directly on that heat exchanger by means of which the first and second coolant circuits are thermally coupled to one another. This again enables a particularly flexible and variably adaptable implementation of a sensor for determining an operating parameter of the second coolant circuit. Due to the arrangement or coupling with the heat exchanger, the relevant sensor can also be arranged remotely from the motor vehicle battery.
  • an operating state of a coolant pump of the second coolant circuit is determined or measured as the operating parameter of the second coolant circuit.
  • the coolant pump of the second coolant circuit is designed to circulate the coolant in the second coolant circuit. It can be designed as a circulation pump for a liquid coolant.
  • the operating state of the coolant pump in particular its delivery volume or its speed, is a direct measure of the heat flow that flows through the second coolant circuit.
  • the heat flow through the second coolant circuit can be determined in this way.
  • a thermal power loss of that heat exchanger can be determined, ascertained or at least estimated which thermally couples the first and the second coolant circuit to one another.
  • the compressor of the first coolant circuit hence the compressor of the motor vehicle air conditioning system, is operated, set or regulated as a function of a measured or determined operating parameter of the first coolant circuit.
  • the compressor is not only controlled on the basis of at least one operating parameter of the second coolant circuit but also on the basis of at least one further or more operating parameters of the first coolant circuit. This enables demand-based regulation and control of the motor vehicle air conditioning system.
  • a temperature and / or a pressure of the coolant circulating in the first coolant circuit is measured as the operating parameter of the first coolant circuit.
  • a Temperature measured or determined at the evaporator as an operating parameter.
  • a pressure of the coolant in the first coolant circuit is typically measured downstream of the compressor or upstream of the evaporator of the first coolant circuit.
  • a pressure measurement typically takes place downstream of the compressor and upstream of the condenser, that is to say in a line section of the first refrigerant circuit between the compressor and the condenser.
  • an output of the compressor or a cooling output of the air conditioning system can be adjusted as required depending on the temperature at the evaporator and / or depending on the pressure of the coolant circulating in the first coolant circuit.
  • the output of the compressor is increased when the temperature of the motor vehicle battery, individual battery cells thereof and / or the temperature of the coolant in the second coolant circuit rises, typically above a predetermined upper threshold value. Provision can also be made to throttle or reduce the output of the compressor when the temperature of the motor vehicle battery, individual battery cells thereof and / or the temperature of the coolant in the second coolant circuit falls or falls, typically falls or falls below a predetermined lower threshold value.
  • the temperature level in the area of the motor vehicle battery can be kept constant in this way.
  • the present disclosure also relates to a device for cooling a motor vehicle battery.
  • the device comprises a motor vehicle air conditioning system.
  • the motor vehicle air conditioning system typically has a first coolant circuit, a compressor, a condenser and an evaporator.
  • the compressor, the condenser and the evaporator are thermally coupled to one another via the coolant circuit and consequently via a coolant circulating in the coolant circuit.
  • the device further comprises a second coolant circuit which is in thermal contact with the motor vehicle battery and which is connected to the motor vehicle battery by means of a heat exchanger first coolant circuit is thermally coupled.
  • the device further comprises an electronic controller which is coupled to at least one sensor for determining an operating parameter of the second coolant circuit and which electronic controller is also configured to control or regulate the compressor of the first coolant circuit as a function of a signal transmitted by the at least one sensor .
  • the device described here is used in particular for the technical implementation of the method described above for cooling a motor vehicle battery. In this respect, all of the features, advantages and possible applications explained in relation to the method described above also apply equally to the device for cooling the motor vehicle battery; and vice versa.
  • the at least one sensor can also belong to the device for cooling the motor vehicle battery.
  • the electronic control can be coupled with one but also with several sensors for signal transmission or data technology.
  • Sensors for characterizing or determining an operating parameter, in particular a thermal operating parameter of the second coolant circuit, can be present in the motor vehicle anyway in order to determine or determine thermal operating states of the motor vehicle battery for other functions of the motor vehicle.
  • the at least one sensor has a temperature sensor which is located in or on the motor vehicle battery is arranged and designed to measure a temperature of the motor vehicle battery or individual battery cells thereof.
  • the temperature sensor is typically data-technically coupled to the electronic controller in order to supply the controller with sensor signals, on the basis of which the electronic controller can draw conclusions about the temperature of the battery and / or individual battery cells.
  • the controller is designed to determine the temperature of the battery or individual battery cells as a function of the signals transmitted by the sensor and to regulate or control an operating state, in particular an output of the compressor of the first coolant circuit, as a function of this.
  • the at least one sensor has a temperature sensor which is designed to measure a temperature of the coolant circulating in the second coolant circuit and for this purpose is arranged in or on the second coolant circuit.
  • This temperature sensor can be provided in addition to and / or as an alternative to the temperature sensor already mentioned.
  • the circulating coolant of the second coolant circuit can flow around the temperature sensor directly.
  • the temperature sensor is arranged on the outside of a line or on a line section of the second coolant circuit and in this way is thermally coupled to the second coolant circuit, in particular to the coolant circulating in the relevant circuit.
  • the at least one sensor is arranged on or in the coolant pump of the second coolant circuit or it is integrated into it in order to measure or determine an operating state of the coolant pump and / or a coolant flow of the coolant circulating through the second coolant circuit .
  • This sensor can be designed, for example, as a flow sensor. However, it can also be integrated into the control electronics of the coolant pump or be formed by the latter. It is conceivable that the operating state of the coolant pump is already present in the motor vehicle, for example in a central control unit of the motor vehicle, and is accordingly known there. Furthermore, an electrical power consumption of the coolant pump measured or otherwise determined. This also allows conclusions to be drawn about the operating state of the coolant pump, in particular about the delivery volume emanating from the coolant pump.
  • the heat exchanger which thermally couples the first coolant circuit and the second coolant circuit, is designed as a liquid-liquid heat exchanger, in particular as a so-called chiller.
  • a heat exchanger enables an efficient exchange of thermal energy between the first and the second coolant circuit with a comparatively small installation space volume.
  • the present development finally relates to a motor vehicle with a motor vehicle battery and with a previously described device for cooling the motor vehicle battery.
  • the motor vehicle can be designed as a purely electrically operated motor vehicle, but also as a hybrid motor vehicle.
  • FIG. 1 shows a schematic side view of a motor vehicle
  • FIG. 2 shows a block diagram of a device for cooling a motor vehicle battery
  • FIG. 3 shows a flow diagram of the method for cooling a motor vehicle battery by means of a motor vehicle air conditioning system.
  • the motor vehicle 1 shown schematically in FIG. 1 has a Motor vehicle body 2 with an interior 3 functioning as a passenger compartment.
  • the motor vehicle 1 has a motor vehicle air conditioning system 10, which is indicated schematically in FIG. 1.
  • the motor vehicle 1 has a motor vehicle battery 40, which can be arranged, for example, in the floor area of the motor vehicle body 2.
  • the vehicle 1 also has a drive 4, which can be designed as an internal combustion engine and / or as an electric motor. Some of the electrical energy stored in the motor vehicle battery 40 can be used for propulsion purposes.
  • FIG. 2 shows a block diagram of an exemplary embodiment of a device 50 for cooling a motor vehicle battery 40, which comprises the motor vehicle air conditioning system 10 and at least one second cooling circuit 51 for a motor vehicle battery 40.
  • the motor vehicle air conditioning system 10 has a first coolant circuit 11. This has a closed line 12 which thermally couples a compressor 14 with a condenser 16 and with an evaporator 18 in the manner known per se by circulating a coolant not shown separately.
  • the first coolant circuit 11 has a first line branch 36 in which the evaporator 18 is arranged.
  • the first line branch 36 is connected to an outlet of the condenser 16 via a valve 20.
  • the valve for 20, and consequently that section of the conduit 36 in which the valve 20 is provided, is located on an inlet side of the evaporator 18.
  • the evaporator 18 is fluidically coupled to an inlet of the compressor 40.
  • An expansion valve 24 is also arranged between the valve 20 and the evaporator 18, by means of which the first coolant circuit 11 is divided into a high-pressure side and a low-pressure side.
  • the high pressure side is located at the outlet of the compressor 14 up to the inlet of the expansion valve 24.
  • the low pressure side is located downstream of the expansion valve 24 up to the inlet of the compressor 14.
  • the second line branch 38 On the inlet side, the second line branch 38 also has a valve 22 which is in flow connection with the outlet or outlet of the condenser 16.
  • the second line section 38 has a heat exchanger 30. Upstream of the heat exchanger 30, ie downstream of the valve 22 but upstream of the heat exchanger 30, a further expansion valve 26 is arranged.
  • the heat exchanger 30 is typically designed as a liquid-liquid heat exchanger 31 or as a gas-liquid heat exchanger.
  • the coolant circulating in the first coolant circuit is compressed by the compressor 14.
  • a thermal exchange with the environment takes place in the area of the capacitor 16.
  • the refrigerant or coolant which is heated as a result of the compression and which circulates through the first coolant circuit 11, emits thermal energy to the environment via the condenser 16.
  • a pressure reduction takes place downstream of the expansion valve 24 via the expansion valve 24, as a result of which the coolant cools so that thermal energy can be absorbed from the interior 3 of the motor vehicle 1 via the evaporator 18 through which the coolant flows. This leads to effective cooling of the interior 3 of the motor vehicle 1.
  • the device 50 for cooling the motor vehicle battery further comprises a second coolant circuit 51 which is thermally coupled on the one hand to the heat exchanger 30 and on the other hand to a battery 40 to be cooled.
  • the second coolant circuit 51 has at least one coolant pump 54, by means of which coolant which is typically in liquid form in the second coolant circuit 51 is circulated between the heat exchanger 30 and the motor vehicle battery 40 and can circulate accordingly.
  • a battery heat exchanger 56 is provided in the area of the motor vehicle battery 40. This can be designed in the form of a cooling plate 58 through which the coolant of the second coolant circuit 51 flows and can be in thermal contact with at least one outside of the motor vehicle battery 40 or directly with individual battery cells 42 of the motor vehicle battery.
  • the coolant pump 54 and the compressor 14 are by means of a Control module 84 or by means of several control modules of an electronic control 80 can be regulated and activated or deactivated as required. Furthermore, the valves 20, 22 and the expansion valves 24, 26 can also be controlled by the control module 84 as required and actively controlled or regulated by the control module 84 to bring about a largely constant cooling capacity in the area of the motor vehicle battery 40.
  • At least two sensors 32, 34 are provided, which are coupled to a measuring module 82 of the electronic control 80 in a signal-transmitting manner.
  • the measurement module 82 is data-technically coupled to the control module 84.
  • all sensor signals are collected or recorded, which are processed or forwarded unprocessed to the control module 84 in order to be used for regulating or controlling the valves 20, 22, 24, 26 and / or the compressor 14 or the coolant pump 54.
  • the sensor 32 which is thermally coupled to the evaporator 18, is used to detect or measure a temperature prevailing at the evaporator 18.
  • the sensor 34 is designed as a pressure sensor. It measures the coolant pressure prevailing there in the line 12 downstream of the compressor 14 and thus on the high pressure side of the first coolant circuit 11.
  • the electronic control 80 is furthermore coupled for data purposes with at least one further sensor 60, 62, 64, 66, 68, 70.
  • At least one operating parameter typically a thermal operating parameter of the second coolant circuit 51 can also be ascertained or determined independently of the operating state of the first coolant circuit 11 by means of this further sensor or by means of a plurality of further sensors 60, 62, 64, 66, 68, 70.
  • the sensor 60 is located in or on the motor vehicle battery 40. It can be designed as a temperature sensor. In this respect, the current temperature actually prevailing at the battery 40 can be measured by means of the sensor 60 and made available to the electronic control 80 for activating and / or regulating the compressor 14 and / or the coolant pump 54. Equally or alternatively, a further sensor 62 can be arranged on one or more battery cells 42 and accordingly be in thermal contact with them. The temperature of one or more battery cells 42 can be determined by means of the sensor 62, which can also be configured as a temperature sensor.
  • further temperature information relating to individual or several battery cells 62 can be made available to the electronic control 80 by means of the further temperature sensor 62.
  • a further temperature sensor 64 can be arranged on the battery heat exchanger 56 which is in thermal contact with the battery 40.
  • the sensor 64 can be used, for example, to measure the temperature of the heat exchanger 56 or the cooling plate 58, which is in thermal contact with the battery 40 or the battery housing on the one hand and with the second coolant circuit 51 on the other.
  • the temperature sensor 66 which is arranged in or on a line 52 of the second coolant circuit 51, can determine or measure the temperature of the coolant flowing through the second coolant circuit 51.
  • a further temperature sensor 68 can likewise be integrated into the line 52 of the coolant circuit 51 or arranged on it.
  • the temperature sensor 66 is typically arranged upstream of the heat exchanger 56.
  • the further temperature sensor 68 is arranged downstream of the heat exchanger 56, which is in thermal contact with the battery 40.
  • a sensor 70 can be arranged directly on the coolant pump 54.
  • the sensor 70 can be configured to have an operating state of the coolant pump 54 and / or to measure or determine a coolant flow of the coolant circulating through the second coolant circuit 51.
  • the measuring module 82 of the electronic control 80 can be recorded independently but also in combination with one another by the measuring module 82 of the electronic control 80 and used by the control module 84 for the needs-based activation and regulation of the compressor 14 and / or the coolant pump 54.
  • the presently illustrated division of the controller 80 into a measurement module 82 and a control module 84 is merely an example.
  • both the measurement module 82 and the control module 84 can be integrated in a common electronic circuit, in particular in an integrated electronic circuit.
  • the controller 80 can be integrated into a central electronic controller of the motor vehicle 1. But it can also be designed as a separate control unit.
  • the flowchart according to FIG. 3 provides, initially in a first step 100, at least one operating parameter of the second coolant circuit 51, typically a thermally relevant operating parameter of the second coolant circuit 51 by means of at least one sensor 60 coupled in, on or with the second coolant circuit 51, 62, 64, 66, 68, 70 and in a subsequent step 102 to control at least the compressor 14, possibly also the coolant pump 54, as required and to regulate their performance in such a way that the most efficient possible cooling of the battery 40 is achieved , the battery 40 should be kept as possible at a constant temperature level.

Abstract

The present invention relates to a method and to a device for cooling a motor vehicle battery (40) by means of a motor vehicle air-conditioning system (10), wherein the motor vehicle air-conditioning system (10) has a first coolant circuit (11) having a compressor (14), a condenser (16) and an evaporator (18), the first coolant circuit (11) being thermally coupled to a second coolant circuit (51) by means of a heat exchanger (30), and the second coolant circuit (51) being thermally coupled to the motor vehicle battery (40), characterized by the steps: - determining or measuring at least one operating parameter of the second coolant circuit (51) and - adjusting or controlling the operation of the compressor (14) according to the measured or determined operating parameter of the second coolant circuit (51).

Description

VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR KÜHLUNG EINER KRAFTFAHRZEUGBATTERIE METHOD AND DEVICE FOR COOLING A MOTOR VEHICLE BATTERY
Beschreibung description
Technisches Gebiet Technical area
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Kühlung einer Kraftfahrzeugbatterie, etwa der Batterie eines Elektrofahrzeugs oder eines Hybrid-Fahrzeugs. The present disclosure relates to a method and a device for cooling a motor vehicle battery, for example the battery of an electric vehicle or a hybrid vehicle.
Hintergrund background
Für eine hohe Lebensdauer und einen effizienten Betrieb von Kraftfahrzeugbatterien in einem Kraftfahrzeug ist es erforderlich, die Batterie in einem vorgegebenen Temperaturfenster zu betreiben. Bei niedrigen Temperaturen muss die Batterie beheizt oder erwärmt werden. Oftmals müssen derartige Kraftfahrzeugbatterien jedoch gekühlt werden. Es ist aus dem Stand der Technik, beispielsweise aus der EP 3 010750 B1 grundsätzlich bekannt, einen Hochvoltspeicher mittels einer im Kraftfahrzeug vorgesehenen Klimaanlage zu kühlen. For a long service life and efficient operation of motor vehicle batteries in a motor vehicle, it is necessary to operate the battery in a predetermined temperature window. At low temperatures, the battery must be heated or warmed up. Often, however, such motor vehicle batteries have to be cooled. It is known in principle from the prior art, for example from EP 3 010750 B1, to cool a high-voltage storage device by means of an air conditioning system provided in the motor vehicle.
Es kann hierbei aber das Problem auftreten, dass insbesondere bei kalten Außentemperaturen unterhalb des Gefrierpunkts nur ein sehr kleines Druckgefälle im Klimaanlagen-Kältekreislauf vorherrscht und dementsprechend nur ein sehr kleiner Massenstrom an Kühlmittel im Kühlmittelkreislauf der Kraftfahrzeug- Klimaanlage vorhanden ist, der unter Umständen für die Kühlung der Fahrzeugbatterie nicht ausreichend ist. Typischerweise werden gängige Kraftfahrzeuge-Klimaanlage auf Basis von Sensordaten gesteuert, die eine Temperatur am Verdampfer der Klimaanlage und/oder ein Druck des Kühlmittels im Kühlmittelkreislauf bereitstellen. Bekannte Steuerungsverfahren für gängige Kraftfahrzeug-Klimaanlagen sind daher nur bedingt für die konstante Kühlung einer Kraftfahrzeugbatterie geeignet, insbesondere wenn diese auch bei kalten Außentemperaturen betrieben werden soll. Der Betrieb der Batterie erfordert nämlich typischerweise eine konstante bzw. eine vergleichsweise hohe Kühlleistung selbst bei kalten oder geringen Außentemperaturen. However, the problem can arise here that, especially at cold outside temperatures below freezing point, there is only a very small pressure gradient in the air conditioning refrigeration circuit and, accordingly, only a very small mass flow of coolant is present in the coolant circuit of the motor vehicle air conditioning system, which may be used for cooling the vehicle battery is insufficient. Common motor vehicle air conditioning systems are typically controlled on the basis of sensor data which provide a temperature at the evaporator of the air conditioning system and / or a pressure of the coolant in the coolant circuit. Known control methods for conventional motor vehicle air conditioning systems are therefore only suitable to a limited extent for the constant cooling of a motor vehicle battery, in particular if it is also to be operated at cold outside temperatures. This is because the operation of the battery typically requires a constant or comparatively high cooling capacity even at cold or low outside temperatures.
Es ist insoweit Zielsetzung der vorliegenden Weiterentwicklung, ein verbessertes Verfahren zur Kühlung einer Kraftfahrzeugbatterie sowie eine dementsprechende Vorrichtung zur Kühlung einer Kraftfahrzeugbatterie bereitzustellen. Das Verfahren und die Vorrichtung sollen möglichst einfach und kostengünstig zu implementieren sein. Insbesondere sollen die Vorrichtung und das Verfahren möglichst auf bereits im Kraftfahrzeug vorhandene Komponenten zurückgreifen, sodass keine zusätzlichen Hardwarekomponenten erforderlich werden. In this respect, the aim of the present further development is to provide an improved method for cooling a motor vehicle battery and a corresponding device for cooling a motor vehicle battery. The method and the device should be as simple and inexpensive to implement as possible. In particular, the device and the method should, if possible, make use of components already present in the motor vehicle, so that no additional hardware components are required.
Das Verfahren und die Vorrichtung zur Kühlung der Kraftfahrzeugbatterie sollen ferner mit einer möglichen Gewichtsminimierung des Kraftfahrzeugs einhergehen und eine möglichst effiziente und energieeinsparende Kühlung der Kraftfahrzeugbatterie ermöglichen. The method and the device for cooling the motor vehicle battery should also go hand in hand with a possible minimization of the weight of the motor vehicle and enable the motor vehicle battery to be cooled as efficiently and energy-efficiently as possible.
Vorteilhafte Ausgestaltungen Advantageous configurations
Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren und mit einer Vorrichtung sowie mit einem Kraftfahrzeug gemäß den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind dabei jeweils Gegenstand abhängiger Patentansprüche. This object is achieved with a method and with a device as well as with a motor vehicle according to the features of the independent patent claims. Advantageous configurations are each the subject of dependent claims.
Nach einem Aspekt ist ein Verfahren zur Kühlung einer Kraftfahrzeugbatterie mittels einer Kraftfahrzeugklimaanlage vorgesehen. Die Kraftfahrzeugklimaanlage weist einen ersten Kühlmittelkreislauf auf. Der erste Kühlmittelkreislauf umfasst einen Kompressor, einen Kondensator, und einen Verdampfer, ggf. auch ein Expansionsorgan, etwa in Form eines Expansionsventils. Diese sind typischerweise über eine Kühlmittelleitung und über ein darin zirkulierendes Kühlmittel thermisch miteinander gekoppelt. Der erste Kühlmittelkreislauf ist ferner mittels eines Wärmetauschers mit einem zweiten Kühlmittelkreislauf thermisch gekoppelt. Der zweite Kühlmittelkreislauf ist thermisch mit der Kraftfahrzeugbatterie gekoppelt. Der zweite Kühlmittelkreislauf kann zu einer gesonderten Batteriekühlung gehören, welche thermisch mit dem ersten Kühlmittelkreislauf gekoppelt ist. Der zweite Kühlmittelkreislauf kann aber auch als Komponente oder als Bestandteil der Kraftfahrzeugklimaanlage ausgebildet bzw. in die Kraftfahrzeugklimaanlage integriert sein. According to one aspect, a method for cooling a motor vehicle battery by means of a motor vehicle air conditioning system is provided. The motor vehicle air conditioning system has a first coolant circuit. The first coolant circuit comprises a compressor, a condenser, and an evaporator, possibly also an expansion element, for example in the form of an expansion valve. These are typically thermally coupled to one another via a coolant line and a coolant circulating therein. The first coolant circuit is also by means of a Heat exchanger thermally coupled to a second coolant circuit. The second coolant circuit is thermally coupled to the motor vehicle battery. The second coolant circuit can belong to a separate battery cooling system, which is thermally coupled to the first coolant circuit. The second coolant circuit can, however, also be designed as a component or part of the motor vehicle air conditioning system or integrated into the motor vehicle air conditioning system.
Das Verfahren ist gekennzeichnet durch die Schritte des Ermittelns oder des Messens zumindest eines Betriebsparameters des zweiten Kühlmittelkreislaufs und durch ein dementsprechendes Einstellen oder Regeln des Betriebs des Kompressors des ersten Kühlmittelkreislaufs, nämlich in Abhängigkeit des gemessenen oder ermittelten Betriebsparameters des zweiten Kühlmittelkreislaufs. The method is characterized by the steps of ascertaining or measuring at least one operating parameter of the second coolant circuit and by setting or regulating the operation of the compressor of the first coolant circuit accordingly, namely as a function of the measured or ascertained operating parameter of the second coolant circuit.
Der ermittelte oder konkret gemessener Betriebsparameter des zweiten Kühlmittelkreislaufs ist typischerweise ein thermischer Betriebsparameter des zweiten Kühlmittelkreislaufs, welcher einen thermischen Betriebszustand des zweiten Kühlmittelkreislaufs charakterisiert. Der zumindest eine Betriebsparameter des zweiten Kühlmittelkreislaufs charakterisiert unmittelbar den Betriebszustand oder den thermischen Zustand des zweiten Kühlmittelkreislaufs und/oder der Kraftf a h rze ug batte ri e . The determined or specifically measured operating parameter of the second coolant circuit is typically a thermal operating parameter of the second coolant circuit, which characterizes a thermal operating state of the second coolant circuit. The at least one operating parameter of the second coolant circuit directly characterizes the operating state or the thermal state of the second coolant circuit and / or the motor vehicle battery.
Der zumindest eine Betriebsparameter des zweiten Kühlmittelkreislaufs kann als Regel- oder Stellgröße für den Betrieb des ersten Kühlmittelkreislaufs, insbesondere für den Betrieb des Kompressors des ersten Kühlmittelkreislaufs verwendet werden. Anhand des den zweiten Kühlmittelkreislaufs charakterisierenden Betriebsparameters kann die Kühlleistung des Kompressors, mithin die Kühlleistung der Kraftfahrzeugklimaanlage, bzw. des ersten Kühlmittelkreislaufs bedarfsgerecht eingestellt und dynamisch, d. h. fortwährend in Abhängigkeit etwaiger betriebsbedingter Veränderungen des Betriebsparameters des zweiten Kühlmittelkreislaufs verändert und/oder angepasst werden. The at least one operating parameter of the second coolant circuit can be used as a control or manipulated variable for the operation of the first coolant circuit, in particular for the operation of the compressor of the first coolant circuit. On the basis of the operating parameter characterizing the second coolant circuit, the cooling output of the compressor, and consequently the cooling output of the motor vehicle air conditioning system, or of the first coolant circuit can be adjusted as required and dynamically, i. H. continuously changed and / or adapted as a function of any operational changes in the operating parameters of the second coolant circuit.
In solchen Betriebszuständen, in welchen das Kraftfahrzeug bzw. die Kraftfahrzeugklimaanlage bei vergleichsweise geringen oder kalten Außentemperaturen betrieben wird kann für den ersten Kühlmittelkreislauf eine vergleichsweise geringe Kühlleistung eingestellt sein, da der Innenraum des Kraftfahrzeugs nicht aktiv gekühlt, sondern vielleicht eher erwärmt werden muss.In those operating states in which the motor vehicle or the motor vehicle air conditioning system is comparatively low or cold Outside temperatures, a comparatively low cooling capacity can be set for the first coolant circuit, since the interior of the motor vehicle does not have to be actively cooled, but rather has to be heated.
Ein vergleichsweise geringer, bzw. gänzlich unterbundener Kühlmittelstrom im ersten Kühlmittelkreislauf hat jedoch auch eine vergleichsweise geringe Wärme- Verlustleistung an die Umgebung zur Folge. In einem solchen Betriebszustand der Klimaanlage bzw. des ersten Kühlmittelkreislaufs und bei einem Betrieb bzw. bei einer elektrischen Leistungsaufnahme von der Kraftfahrzeugbatterie kann es im Bereich der Kraftfahrzeugbatterie und/oder des zweiten Kühlmittelkreislaufs zu einer Wärmeentwicklung kommen. However, a comparatively low or completely prevented coolant flow in the first coolant circuit also results in a comparatively low heat dissipation to the environment. In such an operating state of the air conditioning system or the first coolant circuit and during operation or with an electrical power consumption from the motor vehicle battery, heat can develop in the area of the motor vehicle battery and / or the second coolant circuit.
Jene Wärmeentwicklung kann als Betriebsparameter des zweiten Kühlmittelkreislaufs quantitativ als auch qualitativ erfasst werden. Ein Ermitteln oder Messen des betreffenden Betriebsparameters kann alsdann unmittelbar, bzw. mittelbar zum Ansteuern und/oder zum Regeln des Kompressors der Kraftfahrzeugklimaanlage verwendet werden. Die Kühlleistung der Klimaanlage kann durch eine entsprechende Ansteuerung des Kompressors gesteigert werden, um insbesondere für den zweiten Kühlmittelkreislauf eine ausreichende Verlustleistung bereitstellen zu können. That heat development can be recorded quantitatively as well as qualitatively as an operating parameter of the second coolant circuit. A determination or measurement of the relevant operating parameter can then be used directly or indirectly to control and / or regulate the compressor of the motor vehicle air conditioning system. The cooling performance of the air conditioning system can be increased by a corresponding activation of the compressor in order to be able to provide sufficient power loss, in particular for the second coolant circuit.
Insoweit kann beispielsweise eine bestehende Kraftfahrzeugklimaanlage um die Funktion erweitert werden, eine Ansteuerung des Kompressors in Abhängigkeit von einem oder von mehreren Betriebsparametern des zweiten Kühlmittelkreislaufs vorzunehmen. Der zumindest eine Betriebsparameter des zweiten Kühlmittelkreislaufs ist ein unmittelbares Indiz für den Betriebszustand, insbesondere den thermischen Betriebszustand der zu kühlenden Kraftfahrzeugbatterie. Durch unmittelbare Verwendung des Betriebsparameters des zweiten Kühlmittelkreislaufs kann besonders zügig, effizient und dynamisch auf sich verändernde Umgebungsbedingungen oder Betriebsbedingungen der Kraftfahrzeugbatterie reagiert werden. In this respect, for example, an existing motor vehicle air conditioning system can be expanded to include the function of activating the compressor as a function of one or more operating parameters of the second coolant circuit. The at least one operating parameter of the second coolant circuit is a direct indicator of the operating state, in particular the thermal operating state of the motor vehicle battery to be cooled. By using the operating parameter of the second coolant circuit directly, it is possible to react particularly quickly, efficiently and dynamically to changing environmental conditions or operating conditions of the motor vehicle battery.
Nach einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass als Betriebsparameter des zweiten Kühlmittelkreislaufs eine Temperatur der Kraftfahrzeugbatterie und/oder eine Temperatur einzelner Batteriezellen der Kraftfahrzeugbatterie gemessen wird. Mittels eines Temperatursensors für die gesamte Kraftfahrzeugbatterie kann die Temperatur im Bereich der Kraftfahrzeugbatterie gemessen werden. Mittels eines oder mittels mehrerer Sensoren an einzelnen Batteriezellen der Kraftfahrzeugbatterie kann auch eine räumliche Verteilung des Temperaturniveaus über die Fläche oder das Volumen der Batterie bestimmt und ermittelt werden. So können beider Temperaturinformationen oder jede Temperaturinformation für sich betrachtet typischerweise über eine elektronische Steuerung zur Ansteuerung des Kompressors des ersten Kühlmittelkreislaufs verwendet werden. According to a further embodiment of the method, it is provided that the operating parameter of the second coolant circuit is a temperature of the motor vehicle battery and / or a temperature of individual battery cells Motor vehicle battery is measured. The temperature in the area of the motor vehicle battery can be measured by means of a temperature sensor for the entire motor vehicle battery. A spatial distribution of the temperature level over the area or the volume of the battery can also be determined and ascertained by means of one or more sensors on individual battery cells of the motor vehicle battery. Thus, both temperature information items or each temperature information item viewed individually can typically be used via an electronic control to control the compressor of the first coolant circuit.
Sollte die Temperatur im Bereich der Kraftfahrzeugbatterie oder im Bereich einzelner Batteriezellen einer Veränderung, etwa einem Anstieg unterliegen, so kann nach dem hier vorgesehenen Verfahren eine vom Kompressor ausgehende thermische Verlustleistung des ersten Kühlmittelkreislaufs bedarfsgerecht gesteigert werden, zumindest solange bis im Bereich der Kraftfahrzeugbatterie kein Temperaturanstieg mehr stattfindet. Sollte hingegen die Temperatur im Bereich der Kraftfahrzeugbatterie oder an einzelnen Zellen absinken oder fallen, so kann durch eine entsprechende Ansteuerung des Kompressors des ersten Kühlmittelkreislaufs, die thermische Verlustleistung des ersten Kühlmittelkreislauf dementsprechend gedrosselt oder reduziert werden, sodass im Bereich der Kraftfahrzeugbatterie oder der Batteriezellen ein möglichst gleichbleibendes konstantes Temperaturniveau eingehalten wird. If the temperature in the area of the motor vehicle battery or in the area of individual battery cells is subject to a change, such as an increase, according to the method provided here, a thermal power loss of the first coolant circuit originating from the compressor can be increased as required, at least until the temperature in the area of the motor vehicle battery no longer rises takes place. If, on the other hand, the temperature in the area of the motor vehicle battery or on individual cells should drop or fall, the thermal power loss of the first coolant circuit can be throttled or reduced accordingly by appropriate control of the compressor of the first coolant circuit, so that as much as possible in the area of the motor vehicle battery or the battery cells constant constant temperature level is maintained.
Nach einer weiteren Ausgestaltung wird als Betriebs parameter des zweiten Kühlmittelkreislaufs eine Temperatur eines im zweiten Kühlmittelkreislauf zirkulierenden Kühlmittels gemessen. Das im zweiten Kühlmittelkreislauf zirkulierende Kühlmittel ist typischerweise ein flüssiges Kühlmittel. Es kann beispielsweise ein mit einem Frostschutzzusatz versehenes Kühlwasser aufweisen. Durch Messung der Temperatur des im zweiten Kühlmittelkreislauf zirkulierenden Kühlmittels können präzise Rückschlüsse auf die Temperatur der Kraftfahrzeugbatterie oder einzelner Batteriezellen hiervon gezogen werden. Die Messung der Temperatur des Kühlmittels im zweiten Kühlmittelkreislauf kam auf vielfältigste Art und Weise und an beliebiger Stelle im Kühlmittelkreislauf erfolgen. Prinzipiell spielt es keine Rolle, wo die Temperatur des Kühlmittels im zweiten Kühlmittelkreislauf gemessen wird. According to a further embodiment, a temperature of a coolant circulating in the second coolant circuit is measured as the operating parameter of the second coolant circuit. The coolant circulating in the second coolant circuit is typically a liquid coolant. It can, for example, have cooling water provided with an anti-freeze additive. By measuring the temperature of the coolant circulating in the second coolant circuit, precise conclusions can be drawn about the temperature of the motor vehicle battery or individual battery cells. The temperature of the coolant in the second coolant circuit was measured in the most varied of ways and at any point in the coolant circuit. In principle, it does not matter where the temperature of the coolant is in the second Coolant circuit is measured.
So kann in vorrichtungstechnischer Hinsicht eine besonders einfache, universell an unterschiedliche Bauraumbedingungen anpassbare Messung der Kühlmitteltemperatur im zweiten Kühlmittelkreislauf erfolgen. Der betreffendeIn terms of device technology, a particularly simple measurement of the coolant temperature, which can be universally adapted to different installation space conditions, can take place in the second coolant circuit. The one in question
Sensor zur Messung der Temperatur des Kühlmittels im zweiten Kühlmittelkreislauf kann entweder unmittelbar in den Kühlmittelkreislauf eingebunden sein. Es kann aber auch bereits ausreichend sein, einen entsprechenden Sensor an einer Außenwand einer Kühlmittelleitung des zweiten Kühlmittelkreislaufs anzuordnen und lediglich für eine ausreichende bzw. wohldefinierte thermische Kopplung zwischen dem Inneren der Kühlmittelleitung und dem außen an der Kühlmittelleitung angeordneten thermischen Sensor bereitzustellen. The sensor for measuring the temperature of the coolant in the second coolant circuit can either be integrated directly into the coolant circuit. However, it can also be sufficient to arrange a corresponding sensor on an outer wall of a coolant line of the second coolant circuit and to provide it only for sufficient or well-defined thermal coupling between the interior of the coolant line and the thermal sensor arranged on the outside of the coolant line.
Nach einerweiteren Ausgestaltung wird die Temperatur des im zweiten Kühlmittelkreislauf zirkulierenden Kühlmittels stromaufwärts und/oder stromabwärts der Kraftfahrzeugbatterie gemessen. Ein stromabwärtsseitiges Messen der Temperatur gibt unmittelbar über die von der Batterie an das Kühlmittel abgegebene Wärmemenge Aufschluss. Eine Anordnung eines Temperatursensor stromaufwärts der Kraftfahrzeugbatterie gibt unmittelbar darüber Aufschluss, bei welcher Temperatur das Kühlmittel des zweiten Kühlmittelkreislaufs mit der zu kühlenden Batterie in thermischem Kontakt gelangt. According to a further embodiment, the temperature of the coolant circulating in the second coolant circuit is measured upstream and / or downstream of the motor vehicle battery. A downstream measurement of the temperature provides information about the amount of heat given off by the battery to the coolant. An arrangement of a temperature sensor upstream of the motor vehicle battery provides information about the temperature at which the coolant of the second coolant circuit comes into thermal contact with the battery to be cooled.
Von besonderem Vorteil ist es, wenn beide Temperaturen des Kühlmittels, nämlich stromaufwärts und stromabwärts der zu kühlenden Kraftfahrzeugbatterie gemessen bzw. bestimmt werden. Auf diese Art und Weise kann zumindest eine Aussage bzw. Abschätzung über die thermische Verlustleistung im Bereich der Kraftfahrzeugbatterie getroffen werden. It is particularly advantageous if both temperatures of the coolant, namely upstream and downstream of the motor vehicle battery to be cooled, are measured or determined. In this way, at least one statement or estimate can be made about the thermal power loss in the area of the motor vehicle battery.
Nach einer weiteren Ausgestaltung wird als Betriebs parameter des zweiten Kühlmittelkreislaufs die Temperatur eines mit der Kraftfahrzeugbatterie thermisch gekoppelten und vom Kühlmittel des zweiten Kühlmittelkreislaufs durchströmten Wärmetauschers gemessen. Entsprechende Temperatursensor oder Temperaturfühler können hierbei unmittelbar an demjenigen Wärmetauscher angeordnet sein, mittels welchem der erste und der zweite Kühlmittelkreislauf thermisch miteinander gekoppelt sind. Dies ermöglicht abermals eine besonders flexible und variabel anpassbare Implementierung eines Sensors zur Ermittlung eines Betriebsparameters des zweiten Kühlmittelkreislauf. Durch die Anordnung oder Kopplung mit dem Wärmetauscher kann der betreffende Sensor auch von der Kraftfahrzeugbatterie entfernt angeordnet sein. According to a further embodiment, the temperature of a heat exchanger thermally coupled to the motor vehicle battery and through which the coolant of the second coolant circuit flows is measured as the operating parameter of the second coolant circuit. Corresponding temperature sensors or temperature sensors can be arranged directly on that heat exchanger by means of which the first and second coolant circuits are thermally coupled to one another. This again enables a particularly flexible and variably adaptable implementation of a sensor for determining an operating parameter of the second coolant circuit. Due to the arrangement or coupling with the heat exchanger, the relevant sensor can also be arranged remotely from the motor vehicle battery.
Nach einer weiteren Ausgestaltung wird als Betriebs parameter des zweiten Kühlmittelkreislaufs ein Betriebszustand einer Kühlmittelpumpe des zweiten Kühlmittelkreislaufs bestimmt oder gemessen. Die Kühlmittelpumpe des zweiten Kühlmittelkreislaufs ist dazu ausgebildet, das Kühlmittel im zweiten Kühlmittelkreislauf zu zirkulieren. Sie kann als Umwälzpumpe für ein flüssiges Kühlmittel ausgestaltet sein. Der Betriebszustand der Kühlmittelpumpe, insbesondere deren Fördervolumen oder deren Drehzahl ist ein unmittelbares Maß für den Wärmestrom, welcher durch den zweiten Kühlmittelkreislauf strömt. Insbesondere in Kombination mit einer Temperaturmessung, beispielsweise des Kühlmittels im zweiten Kühlmittelkreislauf, kann auf diese Art und Weise der Wärmestrom durch den zweiten Kühlmittelkreislauf bestimmt werden. Des Weiteren kann eine thermische Verlustleistung desjenigen Wärmetauschers bestimmt, ermittelt oder zumindest abgeschätzt werden, welcher den ersten und den zweiten Kühlmittelkreislauf thermisch miteinander koppelt. According to a further embodiment, an operating state of a coolant pump of the second coolant circuit is determined or measured as the operating parameter of the second coolant circuit. The coolant pump of the second coolant circuit is designed to circulate the coolant in the second coolant circuit. It can be designed as a circulation pump for a liquid coolant. The operating state of the coolant pump, in particular its delivery volume or its speed, is a direct measure of the heat flow that flows through the second coolant circuit. In particular in combination with a temperature measurement, for example of the coolant in the second coolant circuit, the heat flow through the second coolant circuit can be determined in this way. Furthermore, a thermal power loss of that heat exchanger can be determined, ascertained or at least estimated which thermally couples the first and the second coolant circuit to one another.
Nach einerweiteren Ausgestaltung wird der Kompressor des ersten Kühlmittelkreislaufs, mithin der Kompressor der Kraftfahrzeug-Klimaanlage in Abhängigkeit eines gemessenen oder ermittelten Betriebsparameters des ersten Kühlmittelkreislaufs betrieben, eingestellt oder geregelt. Insoweit erfolgt eine Ansteuerung des Kompressors nicht nur allein anhand zumindest eines Betriebsparameters des zweiten Kühlmittelkreislaufs sondern auch anhand zumindest eines weiteren oder mehrerer Betriebsparameter des ersten Kühlmittelkreislaufs. Dies ermöglicht eine bedarfsgerechte Regelung und Steuerung der Kraftfahrzeug-Klimaanlage. According to a further embodiment, the compressor of the first coolant circuit, hence the compressor of the motor vehicle air conditioning system, is operated, set or regulated as a function of a measured or determined operating parameter of the first coolant circuit. To this extent, the compressor is not only controlled on the basis of at least one operating parameter of the second coolant circuit but also on the basis of at least one further or more operating parameters of the first coolant circuit. This enables demand-based regulation and control of the motor vehicle air conditioning system.
Nach einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird als Betriebsparameter des ersten Kühlmittelkreislaufs eine Temperatur und/oder einen Druck des im ersten Kühlmittelkreislauf zirkulierenden Kühlmittels gemessen. Typischerweise wird eine Temperatur am Verdampfer als Betriebsparameter gemessen oder bestimmt. Ein Druck des Kühlmittels im ersten Kühlmittelkreislauf wird typischerweise stromabwärts des Kompressors bzw. stromaufwärts des Verdampfers des ersten Kühlmittelkreislaufs gemessen. Eine Druckmessung findet typischerweise stromabwärts des Kompressors und stromaufwärts des Kondensator, mithin in einem Leitungsstück des ersten Kühlmittelkreislaufs zwischen dem Kompressor und dem Kondensator statt. According to a further embodiment of the method, a temperature and / or a pressure of the coolant circulating in the first coolant circuit is measured as the operating parameter of the first coolant circuit. Typically a Temperature measured or determined at the evaporator as an operating parameter. A pressure of the coolant in the first coolant circuit is typically measured downstream of the compressor or upstream of the evaporator of the first coolant circuit. A pressure measurement typically takes place downstream of the compressor and upstream of the condenser, that is to say in a line section of the first refrigerant circuit between the compressor and the condenser.
Auf diese Art und Weise kann in Abhängigkeit der Temperatur am Verdampfer und/oder in Abhängigkeit des Drucks des im ersten Kühlmittelkreislauf zirkulierenden Kühlmittels eine Leistung des Kompressors, bzw. eine Kühlleistung der Klimaanlage bedarfsgerecht eingestellt werden. In this way, depending on the temperature at the evaporator and / or depending on the pressure of the coolant circulating in the first coolant circuit, an output of the compressor or a cooling output of the air conditioning system can be adjusted as required.
Nach einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird eine Leistung des Kompressors dann gesteigert, wenn die Temperatur der Kraftfahrzeugbatterie, einzelner Batteriezellen hiervon und/oder die Temperatur des Kühlmittels im zweiten Kühlmittelkreislauf ansteigt, typischerweise über einen vorgegebenen oberen Schwellwert ansteigt. Weiterhin kann vorgesehen sein, eine Leistung des Kompressors zu drosseln oder zu reduzieren, wenn die Temperatur der Kraftfahrzeugbatterie, einzelner Batteriezellen hiervon und/oder die Temperatur des Kühlmittels im zweiten Kühlmittelkreislauf fällt oder sinkt, typischerweise unter einem vorgegebenen unteren Schwellwert fällt oder absinkt. Das Temperaturniveau im Bereich der Kraftfahrzeugbatterie kann auf diese Art und Weise konstant gehalten werden. According to a further embodiment of the method, the output of the compressor is increased when the temperature of the motor vehicle battery, individual battery cells thereof and / or the temperature of the coolant in the second coolant circuit rises, typically above a predetermined upper threshold value. Provision can also be made to throttle or reduce the output of the compressor when the temperature of the motor vehicle battery, individual battery cells thereof and / or the temperature of the coolant in the second coolant circuit falls or falls, typically falls or falls below a predetermined lower threshold value. The temperature level in the area of the motor vehicle battery can be kept constant in this way.
Nach einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Offenbarung ferner eine Vorrichtung zur Kühlung einer Kraftfahrzeugbatterie. Die Vorrichtung umfasst eine Kraftfahrzeugklimaanlage. Die Kraftfahrzeugklimaanlage weist typischerweise einen ersten Kühlmittelkreislauf, einen Kompressor, einen Kondensator und einen Verdampfer auf. Der Kompressor, der Kondensator und der Verdampfer sind über den Kühlmittelkreislauf und folglich über ein in dem Kühlmittelkreislauf zirkulierendes Kühlmittel thermisch miteinander gekoppelt. Die Vorrichtung umfasst ferner einen zweiten Kühlmittelkreislauf, welcher mit der Kraftfahrzeugbatterie in thermischem Kontakt steht und welcher mittels eines Wärmetauschers mit dem ersten Kühlmittelkreislauf thermisch gekoppelt ist. Die Vorrichtung umfasst ferner eine elektronische Steuerung, die mit zumindest einem Sensor zur Ermittlung eines Betriebsparameters des zweiten Kühlmittelkreislaufs gekoppelt ist und welche elektronische Steuerung ferner dazu ausgestaltet ist, den Kompressor des ersten Kühlmittelkreislaufs in Abhängigkeit eines vom zumindest einen Sensor übermittelten Signals zu steuern oder zu regeln. According to a further aspect, the present disclosure also relates to a device for cooling a motor vehicle battery. The device comprises a motor vehicle air conditioning system. The motor vehicle air conditioning system typically has a first coolant circuit, a compressor, a condenser and an evaporator. The compressor, the condenser and the evaporator are thermally coupled to one another via the coolant circuit and consequently via a coolant circulating in the coolant circuit. The device further comprises a second coolant circuit which is in thermal contact with the motor vehicle battery and which is connected to the motor vehicle battery by means of a heat exchanger first coolant circuit is thermally coupled. The device further comprises an electronic controller which is coupled to at least one sensor for determining an operating parameter of the second coolant circuit and which electronic controller is also configured to control or regulate the compressor of the first coolant circuit as a function of a signal transmitted by the at least one sensor .
Die hier beschriebene Vorrichtung dient insbesondere der technischen Umsetzung des zuvor beschriebenen Verfahrens zur Kühlung einer Kraftfahrzeugbatterie. Insoweit gelten sämtliche zum zuvor beschriebenen Verfahren erläuterten Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten gleichermaßen auch für die Vorrichtung zur Kühlung der Kraftfahrzeugbatterie; und umgekehrt. Der zumindest eine Sensor kann ebenfalls zur Vorrichtung zur Kühlung der Kraftfahrzeugbatterie gehören. Die elektronische Steuerung kann mit einem aber auch mit mehreren Sensoren signalübertragend oder datentechnisch gekoppelt sein. The device described here is used in particular for the technical implementation of the method described above for cooling a motor vehicle battery. In this respect, all of the features, advantages and possible applications explained in relation to the method described above also apply equally to the device for cooling the motor vehicle battery; and vice versa. The at least one sensor can also belong to the device for cooling the motor vehicle battery. The electronic control can be coupled with one but also with several sensors for signal transmission or data technology.
Sensoren zur Charakterisierung oder zur Bestimmung eines Betriebsparameters, insbesondere eines thermischen Betriebsparameters des zweiten Kühlmittelkreislaufs können ohnehin im Kraftfahrzeug vorhanden sein, um etwa thermische Betriebszustände der Kraftfahrzeugbatterie für anderweitige Funktionen des Kraftfahrzeugs zu bestimmen oder zu ermitteln. Sensors for characterizing or determining an operating parameter, in particular a thermal operating parameter of the second coolant circuit, can be present in the motor vehicle anyway in order to determine or determine thermal operating states of the motor vehicle battery for other functions of the motor vehicle.
Insoweit ist es denkbar, dass für die Implementierung der hier vorgesehenen Vorrichtung zur Kühlung einer Kraftfahrzeugbatterie keinerlei neue oder gesonderte Hardwarekomponenten nachgerüstet werden müssen sondern dass insbesondere für das Ermitteln oder Messen des zumindest einen Betriebsparameters des zweiten Kühlmittelkreislaufs, typischerweise eines thermischen Betriebsparameters, auf ohnehin im Kraftfahrzeug oder im zweiten Kühlmittelkreislauf vorhandene Sensorik zurückgegriffen werden kann. Die Vorrichtung und das Verfahren zur Kühlung der Kraftfahrzeugbatterie können insoweit ohne zusätzliche Hardwarekomponenten implementiert werden. In this respect, it is conceivable that no new or separate hardware components have to be retrofitted to implement the device provided here for cooling a motor vehicle battery, but rather that in particular for determining or measuring the at least one operating parameter of the second coolant circuit, typically a thermal operating parameter, in the motor vehicle anyway or existing sensors in the second coolant circuit can be used. The device and the method for cooling the motor vehicle battery can in this respect be implemented without additional hardware components.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung weist der zumindest eine Sensor einen Temperatursensor auf, welcher in oder an der Kraftfahrzeugbatterie angeordnet und zur Messung einer Temperatur der Kraftfahrzeugbatterie oder einzelner Batteriezellen hiervon ausgebildet ist. Der Temperatursensor ist typischerweise datentechnisch mit der elektronischen Steuerung gekoppelt, um die Steuerung mit Sensorsignalen zu versorgen, anhand derer die elektronische Steuerung Rückschlüsse auf die Temperatur der Batterie und/oder einzelner Batteriezellen treffen kann. Die Steuerung ist hierbei dazu ausgebildet, in Abhängigkeit der vom Sensor übermittelten Signale die Temperatur der Batterie oder einzelner Batteriezellen zu bestimmen und abhängig hiervon einen Betriebszustand, insbesondere eine Leistung des Kompressors des ersten Kühlmittelkreislaufs zu regeln oder zu steuern. According to a further embodiment of the device, the at least one sensor has a temperature sensor which is located in or on the motor vehicle battery is arranged and designed to measure a temperature of the motor vehicle battery or individual battery cells thereof. The temperature sensor is typically data-technically coupled to the electronic controller in order to supply the controller with sensor signals, on the basis of which the electronic controller can draw conclusions about the temperature of the battery and / or individual battery cells. The controller is designed to determine the temperature of the battery or individual battery cells as a function of the signals transmitted by the sensor and to regulate or control an operating state, in particular an output of the compressor of the first coolant circuit, as a function of this.
Nach einer weiteren Ausgestaltung weist der zumindest eine Sensor einen Temperatursensor auf, welcher zur Messung einer Temperatur des im zweiten Kühlmittelkreislauf zirkulierenden Kühlmittels ausgebildet und hierzu im oder am zweiten Kühlmittelkreislauf angeordnet ist. Dieser Temperatursensor kann ergänzend und/oder alternativ zum bereits erwähnten Temperatursensor vorgesehen sein. Bei einer Anordnung im zweiten Kühlmittelkreislauf kann der Temperatursensor unmittelbar vom zirkulierenden Kühlmittel des zweiten Kühlmittelkreislaufs umströmt werden. Es ist aber auch denkbar, dass der Temperatursensor außen an einer Leitung oder an einem Leitungsabschnitt des zweiten Kühlmittelkreislaufs angeordnet und auf diese Art und Weise mit dem zweiten Kühlmittelkreislauf, insbesondere mit dem im betreffenden Kreislauf zirkulierenden Kühlmittel thermisch gekoppelt ist. According to a further embodiment, the at least one sensor has a temperature sensor which is designed to measure a temperature of the coolant circulating in the second coolant circuit and for this purpose is arranged in or on the second coolant circuit. This temperature sensor can be provided in addition to and / or as an alternative to the temperature sensor already mentioned. In the case of an arrangement in the second coolant circuit, the circulating coolant of the second coolant circuit can flow around the temperature sensor directly. However, it is also conceivable that the temperature sensor is arranged on the outside of a line or on a line section of the second coolant circuit and in this way is thermally coupled to the second coolant circuit, in particular to the coolant circulating in the relevant circuit.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung ist der zumindest eine Sensor an oder in der Kühlmittelpumpe des zweiten Kühlmittelkreislaufs angeordnet oder er ist in diese integriert, um einen Betriebszustand der Kühlmittelpumpe und/oder um einen Kühlmittelstrom des durch den zweiten Kühlmittelkreislauf zirkulierenden Kühlmittels zu messen oder zu bestimmen. Dieser Sensor kann beispielsweise als Strömungssensor ausgestaltet sein. Er kann aber auch in die Steuerelektronik der Kühlmittelpumpe integriert sein oder von dieser gebildet werden. Es ist denkbar, dass der Betriebszustand der Kühlmittelpumpe ohnehin im Kraftfahrzeug, etwa in einem zentralen Steuergerät des Kraftfahrzeugs vorliegt und dort entsprechend bekannt ist. Ferner kann eine elektrische Leistungsaufnahme der Kühlmittelpumpe gemessen oder anderweitig bestimmt werden. Dies lässt gleichermaßen Rückschlüsse auf den Betriebszustand der Kühlmittelpumpe, insbesondere auf das von der Kühlmittelpumpe ausgehende Fördervolumen zu. According to a further embodiment of the device, the at least one sensor is arranged on or in the coolant pump of the second coolant circuit or it is integrated into it in order to measure or determine an operating state of the coolant pump and / or a coolant flow of the coolant circulating through the second coolant circuit . This sensor can be designed, for example, as a flow sensor. However, it can also be integrated into the control electronics of the coolant pump or be formed by the latter. It is conceivable that the operating state of the coolant pump is already present in the motor vehicle, for example in a central control unit of the motor vehicle, and is accordingly known there. Furthermore, an electrical power consumption of the coolant pump measured or otherwise determined. This also allows conclusions to be drawn about the operating state of the coolant pump, in particular about the delivery volume emanating from the coolant pump.
Nach einer weiteren Ausgestaltung ist der Wärmetauscher, welcher den ersten Kühlmittelkreislauf und den zweiten Kühlmittelkreislauf thermisch miteinander koppelt als Flüssigkeit-Flüssigkeit-Wärmetauscher, insbesondere als ein sogenannter Chiller ausgestaltet. Ein derartiger Wärmetauscher ermöglicht bei einem vergleichsweise geringen Bauraumvolumen einen effizienten Austausch thermischer Energie zwischen dem ersten und dem zweiten Kühlmittelkreislauf. According to a further embodiment, the heat exchanger, which thermally couples the first coolant circuit and the second coolant circuit, is designed as a liquid-liquid heat exchanger, in particular as a so-called chiller. Such a heat exchanger enables an efficient exchange of thermal energy between the first and the second coolant circuit with a comparatively small installation space volume.
Nach einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Entwicklung schließlich ein Kraftfahrzeug mit einer Kraftfahrzeugbatterie und mit einer zuvor beschriebenen Vorrichtung zur Kühlung der Kraftfahrzeug Batterie. Das Kraftfahrzeug kann als rein elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug aber auch als Hybrid-Kraftfahrzeug ausgestaltet sein. According to a further aspect, the present development finally relates to a motor vehicle with a motor vehicle battery and with a previously described device for cooling the motor vehicle battery. The motor vehicle can be designed as a purely electrically operated motor vehicle, but also as a hybrid motor vehicle.
Kurzbeschreibung der Figuren Brief description of the figures
Weitere Ziele, Merkmale sowie vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Entwicklung werden in der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels erläutert. Hierbei zeigen: Further goals, features and advantageous configurations of the present development are explained in the following description of an exemplary embodiment. Here show:
Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines Kraftfahrzeugs, 1 shows a schematic side view of a motor vehicle,
Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Kühlung einer Kraftfahrzeugbatterie und 2 shows a block diagram of a device for cooling a motor vehicle battery and
Fig. 3 ein Flussdiagramm des Verfahrens zur Kühlung einer Kraftfahrzeugbatterie mittels einer Kraftfahrzeugklimaanlage. 3 shows a flow diagram of the method for cooling a motor vehicle battery by means of a motor vehicle air conditioning system.
Detaillierte Beschreibung Detailed description
Das in Fig. 1 schematisch dargestellte Kraftfahrzeug 1 weist eine Kraftfahrzeugkarosserie 2 mit einem als Fahrgastzelle fungierenden Innenraum 3 auf. Das Kraftfahrzeug 1 verfügt über eine Kraftfahrzeugklimaanlage 10, welche in Fig. 1 schematisch angedeutet ist. Des Weiteren verfügt das Kraftfahrzeug 1 über eine Kraftfahrzeugbatterie 40, die zum Beispiel im Bodenbereich der Kraftfahrzeugkarosserie 2 angeordnet sein kann. Natürlich verfügt das Fahrzeug 1 auch über einen Antrieb 4, welcher als Verbrennungsmotor und/oder als Elektromotor ausgestaltet sein kann. Ein Teil der in der Kraftfahrzeugbatterie 40 gespeicherte elektrischen Energie kann zu Antriebszwecke verwendet werden. The motor vehicle 1 shown schematically in FIG. 1 has a Motor vehicle body 2 with an interior 3 functioning as a passenger compartment. The motor vehicle 1 has a motor vehicle air conditioning system 10, which is indicated schematically in FIG. 1. Furthermore, the motor vehicle 1 has a motor vehicle battery 40, which can be arranged, for example, in the floor area of the motor vehicle body 2. Of course, the vehicle 1 also has a drive 4, which can be designed as an internal combustion engine and / or as an electric motor. Some of the electrical energy stored in the motor vehicle battery 40 can be used for propulsion purposes.
In Fig. 2 ist ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung 50 zur Kühlung einer Kraftfahrzeug Batterie 40 gezeigt, welches die Kraftfahrzeugklimaanlage 10 und zumindest einer zweiten Kühlkreislauf 51 für eine Kraftfahrzeugbatterie 40 umfasst. Die Kraftfahrzeugklimaanlage 10 weist einen ersten Kühlmittelkreislauf 11 auf. Dieser verfügt über eine geschlossene Leitung 12, welche einen Kompressor 14 mit einem Kondensator 16 und mit einem Verdampfer 18 in der an und für sich bekannten Art und Weise durch Zirkulieren eines nicht gesondert gezeigten Kühlmittels thermisch miteinander koppelt. 2 shows a block diagram of an exemplary embodiment of a device 50 for cooling a motor vehicle battery 40, which comprises the motor vehicle air conditioning system 10 and at least one second cooling circuit 51 for a motor vehicle battery 40. The motor vehicle air conditioning system 10 has a first coolant circuit 11. This has a closed line 12 which thermally couples a compressor 14 with a condenser 16 and with an evaporator 18 in the manner known per se by circulating a coolant not shown separately.
Der erste Kühlmittelkreislauf 11 weist einen ersten Leitungsstrang 36 auf, in welchem der Verdampfer 18 angeordnet ist. Der erste Leitungsstrang 36 ist über ein Ventil 20 mit einem Auslass des Kondensator 16 verbunden. Das Ventil zur 20, mithin derjenige Abschnitt des Leitungsstrang 36, in welchem das Ventil 20 vorgesehen ist, befindet sich an einer Eingangsseite des Verdampfers 18. Ausgangsseitig ist der Verdampfer 18 mit einem Einlass des Kompressors 40 strömungstechnisch gekoppelt. Zwischen dem Ventil 20 und dem Verdampfer 18 ist ferner ein Expansionsventil 24 angeordnet, mittels welchem der erste Kühlmittelkreislauf 11 in eine Hochdruckseite und in eine Niederdruckseite aufgeteilt ist. Die Hochdruckseite befindet sich Ausgangs des Kompressors 14 bis zum Eingang des Expansionsventil 24. Die Niederdruckseite befindet sich stromabwärts des Expansionsventil 24 bis zum Eingang des Kompressors 14. The first coolant circuit 11 has a first line branch 36 in which the evaporator 18 is arranged. The first line branch 36 is connected to an outlet of the condenser 16 via a valve 20. The valve for 20, and consequently that section of the conduit 36 in which the valve 20 is provided, is located on an inlet side of the evaporator 18. On the outlet side, the evaporator 18 is fluidically coupled to an inlet of the compressor 40. An expansion valve 24 is also arranged between the valve 20 and the evaporator 18, by means of which the first coolant circuit 11 is divided into a high-pressure side and a low-pressure side. The high pressure side is located at the outlet of the compressor 14 up to the inlet of the expansion valve 24. The low pressure side is located downstream of the expansion valve 24 up to the inlet of the compressor 14.
Parallel zum Leitungsstrang 36 ist ein weiterer Leitungsstrang 38 vorgesehen. In parallel to the wiring harness 36, a further wiring harness 38 is provided.
Dieser ist strömungstechnisch betrachtet parallel zum ersten Leitungsstrang angeordnet bzw. strömungstechnisch in den Kühlmittelkreislauf 11 integriert. Einlassseitig verfügt auch der zweite Leitungsstrang 38 über ein Ventil 22, welches mit dem Auslass oder Ausgang des Kondensator 16 in Strömungsverbindung steht. Der zweite Leitungsstrang 38 verfügt über einen Wärmetauscher 30. Dem Wärmetauscher 30 vorgeschaltet, d. h. stromabwärts des Ventils 22 aber stromaufwärts des Wärmetauschers 30 ist ein weiteres Expansionsventil 26 angeordnet. Der Wärmetauscher 30 ist typischerweise als Flüssigkeit-Flüssigkeit Wärmetauscher 31 oder als Gas-Flüssigkeit Wärmetauscher ausgestaltet. From a fluidic point of view, this is arranged parallel to the first line branch or fluidically integrated into the coolant circuit 11. On the inlet side, the second line branch 38 also has a valve 22 which is in flow connection with the outlet or outlet of the condenser 16. The second line section 38 has a heat exchanger 30. Upstream of the heat exchanger 30, ie downstream of the valve 22 but upstream of the heat exchanger 30, a further expansion valve 26 is arranged. The heat exchanger 30 is typically designed as a liquid-liquid heat exchanger 31 or as a gas-liquid heat exchanger.
Das im ersten Kühlmittelkreislauf zirkulierenden Kühlmittel wird vom Kompressor 14 verdichtet. Im Bereich des Kondensators 16 findet ein thermischer Austausch mit der Umgebung statt. Das infolge der Kompression erwärmte Kälte- oder Kühlmittel, welches durch den ersten Kühlmittelkreislauf 11 zirkuliert, gibt über den Kondensator 16 thermische Energie an die Umgebung ab. Über das Expansionsventil 24 findet eine Druckminderung stromabwärts des Expansionsventil 24 statt, derzufolge das Kühlmittel abkühlt, sodass über den vom abgekühlten und von Kühlmittel durchströmten Verdampfer 18 thermische Energie aus dem Innenraum 3 des Kraftfahrzeugs 1 aufgenommen werden kann. Dies führt zu einer effektiven Kühlung des Innenraums 3 des Kraftfahrzeugs 1. The coolant circulating in the first coolant circuit is compressed by the compressor 14. A thermal exchange with the environment takes place in the area of the capacitor 16. The refrigerant or coolant, which is heated as a result of the compression and which circulates through the first coolant circuit 11, emits thermal energy to the environment via the condenser 16. A pressure reduction takes place downstream of the expansion valve 24 via the expansion valve 24, as a result of which the coolant cools so that thermal energy can be absorbed from the interior 3 of the motor vehicle 1 via the evaporator 18 through which the coolant flows. This leads to effective cooling of the interior 3 of the motor vehicle 1.
Die Vorrichtung 50 zur Kühlung der Kraftfahrzeugbatterie umfasst ferner einen zweiten Kühlmittelkreislauf 51 , welcher einerseits thermisch mit dem Wärmetauscher 30, andererseits mit einer zu kühlenden Batterie 40 gekoppelt ist. Der zweite Kühlmittelkreislauf 51 weist zumindest eine Kühlmittelpumpe 54 auf, mittels welcher typischerweise in flüssiger Form im zweiten Kühlmittelkreislauf 51 zirkulierendes Kühlmittel zwischen dem Wärmetauscher 30 und der Kraftfahrzeugbatterie 40 umgewälzt wird und dementsprechend zirkulieren kann. The device 50 for cooling the motor vehicle battery further comprises a second coolant circuit 51 which is thermally coupled on the one hand to the heat exchanger 30 and on the other hand to a battery 40 to be cooled. The second coolant circuit 51 has at least one coolant pump 54, by means of which coolant which is typically in liquid form in the second coolant circuit 51 is circulated between the heat exchanger 30 and the motor vehicle battery 40 and can circulate accordingly.
Im Bereich der Kraftfahrzeugbatterie 40 ist ein Batterie-Wärmetauscher 56 vorgesehen. Dieser kann in Form einer vom Kühlmittel des zweiten Kühlmittelkreislaufs 51 durchströmten Kühlplatte 58 ausgebildet sein und zumindest mit einer Außenseite der Kraftfahrzeugbatterie 40 oder unmittelbar mit einzelnen Batteriezellen 42 der Kraftfahrzeugbatterie in thermischem Kontakt stehen. A battery heat exchanger 56 is provided in the area of the motor vehicle battery 40. This can be designed in the form of a cooling plate 58 through which the coolant of the second coolant circuit 51 flows and can be in thermal contact with at least one outside of the motor vehicle battery 40 or directly with individual battery cells 42 of the motor vehicle battery.
Die Kühlmittelpumpe 54 als auch der Kompressor 14 sind mittels eines Steuermoduls 84 oder mittels mehrerer Steuermodule einer elektronischen Steuerung 80 regelbar und bedarfsgerecht aktivierbar bzw. deaktivierbar. Des Weiteren können auch die Ventile 20, 22 als auch die Expansionsventile 24, 26 bedarfsgerecht von dem Steuermoduls 84 angesteuert und etwa zur Herbeiführung einer weitreichend konstanten Kühlleistung im Bereich der Kraftfahrzeugbatterie 40 vom Steuermoduls 84 aktiv angesteuert oder geregelt werden. The coolant pump 54 and the compressor 14 are by means of a Control module 84 or by means of several control modules of an electronic control 80 can be regulated and activated or deactivated as required. Furthermore, the valves 20, 22 and the expansion valves 24, 26 can also be controlled by the control module 84 as required and actively controlled or regulated by the control module 84 to bring about a largely constant cooling capacity in the area of the motor vehicle battery 40.
Im Bereich des ersten Kühlmittelkreislaufs 11 sind zumindest zwei Sensoren 32, 34 vorgesehen, welche signalübertragend mit einem Messmodul 82 der elektronischen Steuerung 80 gekoppelt sind. Das Messmodul 82 ist datentechnisch mit dem Steuermodul 84 gekoppelt. Im Messmodul 82 werden sämtliche Sensorsignale gesammelt oder aufgenommen, welche verarbeitet oder unverarbeitet an das Steuermoduls 84 weitergeleitet werden, um zur Regelung oder Steuerung der Ventile 20, 22, 24, 26 und/oder des Kompressors 14 bzw. der Kühlmittelpumpe 54 genutzt zu werden. In the area of the first coolant circuit 11, at least two sensors 32, 34 are provided, which are coupled to a measuring module 82 of the electronic control 80 in a signal-transmitting manner. The measurement module 82 is data-technically coupled to the control module 84. In the measurement module 82, all sensor signals are collected or recorded, which are processed or forwarded unprocessed to the control module 84 in order to be used for regulating or controlling the valves 20, 22, 24, 26 and / or the compressor 14 or the coolant pump 54.
Der Sensor 32, welcher thermisch mit dem Verdampfer 18 gekoppelt ist, dient der Erfassung oder Messung einer am Verdampfer 18 vorherrschenden Temperatur. Der Sensor 34 ist als Drucksensor ausgebildet. Er misst stromabwärts des Kompressors 14 und damit auf der Hochdruckseite des ersten Kühlmittelkreislaufs 11 den dort vorherrschenden Kühlmitteldruck in der Leitung 12. The sensor 32, which is thermally coupled to the evaporator 18, is used to detect or measure a temperature prevailing at the evaporator 18. The sensor 34 is designed as a pressure sensor. It measures the coolant pressure prevailing there in the line 12 downstream of the compressor 14 and thus on the high pressure side of the first coolant circuit 11.
Die elektronische Steuerung 80 ist ferner mit zumindest einem weiteren Sensor 60, 62, 64, 66, 68, 70 datentechnisch gekoppelt. Mittels dieses weiteren Sensors oder mittels einer Vielzahl weiterer Sensoren 60, 62, 64, 66, 68, 70 kann zumindest ein Betriebsparameter, typischerweise ein thermischer Betriebsparameter des zweiten Kühlmittelkreislaufs 51 auch unabhängig vom Betriebszustand des ersten Kühlmittelkreislaufs 11 ermittelt bzw. bestimmt werden. The electronic control 80 is furthermore coupled for data purposes with at least one further sensor 60, 62, 64, 66, 68, 70. At least one operating parameter, typically a thermal operating parameter of the second coolant circuit 51 can also be ascertained or determined independently of the operating state of the first coolant circuit 11 by means of this further sensor or by means of a plurality of further sensors 60, 62, 64, 66, 68, 70.
Der Sensor 60 befindet sich in oder an der Kraftfahrzeugbatterie 40. Er kann als Temperatursensor ausgestaltet sein. Mittels des Sensors 60 kann insoweit die an der Batterie 40 tatsächlich vorherrschende aktuelle Temperatur gemessen und der elektronischen Steuerung 80 für die Ansteuerung und/oder Regelung des Kompressors 14 und/oder der Kühlmittelpumpe 54 zur Verfügung gestellt werden. Gleichermaßen oder alternativ kann ein weiterer Sensor 62 an einer oder an mehreren Batteriezellen 42 angeordnet sein und mit diesen dementsprechend in thermischem Kontakt stehen. Mittels des Sensors 62, welcher gleichermaßen als Temperatursensor ausgestaltet sein kann, ist die Temperatur einer oder mehrerer Batteriezellen 42 ermittelbar. The sensor 60 is located in or on the motor vehicle battery 40. It can be designed as a temperature sensor. In this respect, the current temperature actually prevailing at the battery 40 can be measured by means of the sensor 60 and made available to the electronic control 80 for activating and / or regulating the compressor 14 and / or the coolant pump 54. Equally or alternatively, a further sensor 62 can be arranged on one or more battery cells 42 and accordingly be in thermal contact with them. The temperature of one or more battery cells 42 can be determined by means of the sensor 62, which can also be configured as a temperature sensor.
Zusätzlich zur Gesamt-Temperatur der Batterie, welche über den Sensor 60 erhältlich ist, können mittels des weiteren Temperatursensors 62 weitere Temperaturinformation bezüglich einzelner oder mehrerer Batteriezellen 62 der elektronischen Steuerung 80 zur Verfügung gestellt werden. In addition to the total temperature of the battery, which is obtainable via the sensor 60, further temperature information relating to individual or several battery cells 62 can be made available to the electronic control 80 by means of the further temperature sensor 62.
Ein weiterer Temperatursensor 64 kann an dem mit der Batterie 40 in thermischem Kontakt stehenden Batterie-Wärmetauscher 56 angeordnet sein. Mittels des Sensors 64 kann zum Beispiel die Temperatur des Wärmetauschers 56 bzw. der Kühlplatte 58 gemessen werden, welcher, bzw. welche einerseits mit der Batterie 40 bzw. dem Batteriegehäuse und andererseits mit dem zweiten Kühlmittelkreislauf 51 in thermischem Kontakt steht. A further temperature sensor 64 can be arranged on the battery heat exchanger 56 which is in thermal contact with the battery 40. The sensor 64 can be used, for example, to measure the temperature of the heat exchanger 56 or the cooling plate 58, which is in thermal contact with the battery 40 or the battery housing on the one hand and with the second coolant circuit 51 on the other.
Der Temperatursensor 66, welcher in oder an einer Leitung 52 des zweiten Kühlmittelkreislaufs 51 angeordnet ist, kann die Temperatur des durch den zweiten Kühlmittelkreislaufs 51 strömenden Kühlmittels bestimmen, bzw. messen. The temperature sensor 66, which is arranged in or on a line 52 of the second coolant circuit 51, can determine or measure the temperature of the coolant flowing through the second coolant circuit 51.
Ein weiterer Temperatursensor 68 kann ebenfalls in die Leitung 52 des Kühlmittelkreislaufs 51 eingebunden oder hieran angeordnet sein. Der Temperatursensor 66 ist typischerweise stromaufwärts des Wärmetauschers 56 angeordnet. Der weitere Temperatursensor 68 ist stromabwärts des Wärmetauschers 56 angeordnet, welcher mit der Batterie 40 in thermischem Kontakt steht. Durch einen Vergleich der von den Sensoren 66, 68 gemessenen Temperaturen können unmittelbare Rückschlüsse über die Kühlung bzw. über den thermischen Zustand der Batterie 40 getroffen werden. A further temperature sensor 68 can likewise be integrated into the line 52 of the coolant circuit 51 or arranged on it. The temperature sensor 66 is typically arranged upstream of the heat exchanger 56. The further temperature sensor 68 is arranged downstream of the heat exchanger 56, which is in thermal contact with the battery 40. By comparing the temperatures measured by the sensors 66, 68, direct conclusions can be drawn about the cooling or the thermal state of the battery 40.
Des Weiteren kann ein Sensor 70 unmittelbar an der Kühlmittelpumpe 54 angeordnet sein. Der Sensor 70 kann dazu ausgestaltet sein, einen Betriebszustand der Kühlmittelpumpe 54 und/oder einen Kühlmittelstrom des durch den zweiten Kühlmittelkreislauf 51 zirkulierenden Kühlmittels zu messen oder zu bestimmen. Furthermore, a sensor 70 can be arranged directly on the coolant pump 54. The sensor 70 can be configured to have an operating state of the coolant pump 54 and / or to measure or determine a coolant flow of the coolant circulating through the second coolant circuit 51.
Die Signale oder Daten aller oder nur einiger der Sensoren 32, 34, 60, 62, 64, 66,The signals or data of all or only some of the sensors 32, 34, 60, 62, 64, 66,
68, 70 können unabhängig aber auch in Kombination miteinander vom Messmodul 82 der elektronischen Steuerung 80 erfasst und vom Steuermodul 84 zur bedarfsgerechten Ansteuerung und Regelung des Kompressors 14 und/oder der Kühlmittelpumpe 54 verwendet werden. 68, 70 can be recorded independently but also in combination with one another by the measuring module 82 of the electronic control 80 and used by the control module 84 for the needs-based activation and regulation of the compressor 14 and / or the coolant pump 54.
Die vorliegend dargestellte Aufteilung der Steuerung 80 in ein Messmodul 82 und ein Steuermodul 84 ist lediglich beispielhaft. Hardwareseitig können beide, das Messmodul 82 und das Steuermodul 84 in einem gemeinsamen elektronischen Schaltkreis, insbesondere in einem integrierten elektronischen Schaltkreis integriert sein. Die Steuerung 80 kann in eine zentrale elektronische Steuerung des Kraftfahrzeugs 1 integriert sein. Sie kann aber auch als separate Steuereinheit ausgebildet sein. The presently illustrated division of the controller 80 into a measurement module 82 and a control module 84 is merely an example. On the hardware side, both the measurement module 82 and the control module 84 can be integrated in a common electronic circuit, in particular in an integrated electronic circuit. The controller 80 can be integrated into a central electronic controller of the motor vehicle 1. But it can also be designed as a separate control unit.
Insoweit ist nach dem Flussdiagramm gemäß Fig. 3 vorgesehen, zunächst in einem ersten Schritt 100 zumindest einen Betriebsparameter des zweiten Kühlmittelkreislaufs 51, typischerweise einen thermisch relevanten Betriebsparameter des zweiten Kühlmittelkreislaufs 51 mittels zumindest eines im, am oder mit dem zweiten Kühlmittelkreislauf 51 gekoppelten Sensor 60, 62, 64, 66, 68, 70 zu ermitteln oder zu messen und in einem nachfolgenden Schritt 102 zumindest den Kompressor 14, gegebenenfalls auch die Kühlmittelpumpe 54 bedarfsgerecht anzusteuern und hinsichtlich ihrer Leistung derart zu regeln, dass eine möglichst effiziente Kühlung der Batterie 40 erreicht wird, wobei die Batterie 40 möglichst auf einem konstanten Temperaturniveau gehalten werden soll. In this respect, the flowchart according to FIG. 3 provides, initially in a first step 100, at least one operating parameter of the second coolant circuit 51, typically a thermally relevant operating parameter of the second coolant circuit 51 by means of at least one sensor 60 coupled in, on or with the second coolant circuit 51, 62, 64, 66, 68, 70 and in a subsequent step 102 to control at least the compressor 14, possibly also the coolant pump 54, as required and to regulate their performance in such a way that the most efficient possible cooling of the battery 40 is achieved , the battery 40 should be kept as possible at a constant temperature level.
Die dargestellten Ausführungsformen zeigen lediglich mögliche Ausgestaltungen der Entwicklung, zu welcher im Rahmen der Entwicklung weitere zahlreiche Varianten denkbar sind. Die exemplarisch gezeigten Ausführungsbeispiele sind in keiner Weise hinsichtlich des Umfangs, der Anwendbarkeit oder der Konfigurationsmöglichkeiten der Entwicklung als einschränkend auszulegen. Die vorliegende Beschreibung zeigt dem Fachmann lediglich eine oder einige mögliche Implementierung(en) eines Ausführungsbeispiels auf. So können an der Funktion und Anordnung von beschriebenen Elementen vielfältigste Modifikationen vorgenommen werden, ohne hierbei den durch die nachfolgenden Ansprüche definierten Schutzbereich oder dessen Äquivalente zu verlassen. The illustrated embodiments only show possible configurations of the development, for which numerous further variants are conceivable in the course of the development. The exemplary embodiments shown are in no way to be interpreted as restrictive with regard to the scope, the applicability or the configuration options of the development. The present description shows only one or a few possible ones to the person skilled in the art Implementation (s) of an exemplary embodiment. A wide variety of modifications can be made to the function and arrangement of the elements described without departing from the scope of protection defined by the following claims or its equivalents.
Bezugszeichenliste List of reference symbols
1 Kraftfahrzeug 1 motor vehicle
2 Kraftfahrzeugkarosserie 3 Innenraum 2 motor vehicle body 3 interior
4 Antrieb 4 drive
10 Klimaanlage 10 air conditioning
11 Kühlmittelkreislauf 11 Coolant circuit
12 Leitung 14 Kompressor 12 line 14 compressor
16 Kondensator 16 capacitor
18 Verdampfer 18 evaporator
20 Ventil 20 valve
22 Ventil 24 Expansionsventil 22 valve 24 expansion valve
26 Expansionsventil 26 expansion valve
30 Wärmetauscher 30 heat exchangers
32 Temperatursensor 32 temperature sensor
31 Flüssigkeit-Flüssigkeit-Wärmetauscher 34 Drucksensor 31 Liquid-to-liquid heat exchanger 34 Pressure sensor
36 Leitungsstrang 36 wiring harness
38 Leitungsstrang 38 wiring harness
40 Kraftfahrzeugbatterie 40 car battery
42 Batteriezelle 50 Batteriekühlung 42 battery cell 50 battery cooling
51 Kühlmittelkreislauf 51 Coolant circuit
52 Leitung 52 Leadership
54 Kühlmittelpumpe 54 coolant pump
56 Wärmetauscher 58 Kühlplatte 56 heat exchanger 58 cooling plate
60 Temperatursensor 60 temperature sensor
62 Temperatursensor 62 temperature sensor
64 Temperatursensor 64 temperature sensor
66 Temperatursensor 68 Temperatursensor 70 Sensor 66 temperature sensor 68 temperature sensor 70 sensor
80 elektronische Steuerung80 electronic control
82 Messmodul 84 Steuermodul 82 measurement module 84 control module

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e Patent claims
1. Verfahren zur Kühlung einer Kraftfahrzeugbatterie (40) mittels einer Kraftfahrzeugklimaanlage (10), wobei die Kraftfahrzeugklimaanlage (10) einen ersten Kühlmittelkreislauf (11) mit einem Kompressor (14), einem Kondensator (16) und einem Verdampfer (18) aufweist, wobei der erste Kühlmittelkreislauf (11) mittels eines Wärmetauschers (30) mit einem zweiten Kühlmittelkreislauf (51) thermisch gekoppelt ist und wobei der zweite Kühlmittelkreislauf (51) thermisch mit der Kraftfahrzeugbatterie (40) gekoppelt ist, gekennzeichnet durch die Schritte: 1. A method for cooling a motor vehicle battery (40) by means of a motor vehicle air conditioning system (10), wherein the motor vehicle air conditioning system (10) has a first coolant circuit (11) with a compressor (14), a condenser (16) and an evaporator (18), wherein the first coolant circuit (11) is thermally coupled to a second coolant circuit (51) by means of a heat exchanger (30) and the second coolant circuit (51) is thermally coupled to the motor vehicle battery (40), characterized by the steps:
Ermitteln oder Messen zumindest eines Betriebsparameters des zweiten Kühlmittelkreislaufs (51) und Determining or measuring at least one operating parameter of the second coolant circuit (51) and
Einstellen oder Regeln des Betriebs des Kompressors (14) in Abhängigkeit des gemessenen oder ermittelten Betriebsparameters des zweiten Kühlmittelkreislaufs (51). Setting or regulating the operation of the compressor (14) as a function of the measured or determined operating parameter of the second coolant circuit (51).
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei als Betriebsparameter des zweiten Kühlmittelkreislaufs (51) eine Temperatur der Kraftfahrzeugbatterie (40) und/oder eine Temperatur einzelner Batteriezellen (42) der Kraftfahrzeugbatterie (40) gemessen wird. 2. The method according to claim 1, wherein a temperature of the motor vehicle battery (40) and / or a temperature of individual battery cells (42) of the motor vehicle battery (40) is measured as the operating parameter of the second coolant circuit (51).
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei als Betriebsparameter des zweiten Kühlmittelkreislaufs (51) eine Temperatur eines im zweiten Kühlmittelkreislauf (51) zirkulierenden Kühlmittels gemessen wird. 3. The method according to claim 1 or 2, wherein a temperature of a coolant circulating in the second coolant circuit (51) is measured as the operating parameter of the second coolant circuit (51).
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Temperatur des im zweiten Kühlmittelkreislauf (51) zirkulierenden Kühlmittels stromaufwärts und/oder stromabwärts der Kraftfahrzeugbatterie (40) gemessen wird. 4. The method according to claim 3, wherein the temperature of the coolant circulating in the second coolant circuit (51) is measured upstream and / or downstream of the motor vehicle battery (40).
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei als Betriebsparameter des zweiten Kühlmittelkreislaufs (51) eine Temperatur einer mit der Kraftfahrzeugbatterie (40) thermisch gekoppelten und vom Kühlmittel des zweiten Kühlmittelkreislaufs (51) durchströmten Wärmetauschers (56) gemessen wird. 5. The method according to any one of the preceding claims, wherein the operating parameter of the second coolant circuit (51) is a temperature of a with the motor vehicle battery (40) thermally coupled and from the coolant of the second coolant circuit (51) flowed through heat exchanger (56) is measured.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei als Betriebsparameter des zweiten Kühlmittelkreislaufs (51) ein Betriebszustand einer Kühlmittelpumpe (54) des zweiten Kühlmittelkreislaufs (51) bestimmt oder gemessen wird, die dazu ausgebildet ist, das Kühlmittel im zweiten Kühlmittelkreislauf (51) zu zirkulieren. 6. The method according to any one of the preceding claims, wherein as the operating parameter of the second coolant circuit (51) an operating state of a coolant pump (54) of the second coolant circuit (51) is determined or measured, which is designed to supply the coolant in the second coolant circuit (51) circulate.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kompressor (14) in Abhängigkeit eines gemessenen oder ermittelten Betriebsparameters des ersten Kühlmittelkreislaufs (11) betrieben, eingestellt oder geregelt wird. 7. The method according to any one of the preceding claims, wherein the compressor (14) is operated, adjusted or regulated as a function of a measured or determined operating parameter of the first coolant circuit (11).
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei als Betriebsparameter des ersten Kühlmittelkreislaufs (11) eine Temperatur und/oder ein Druck des im ersten Kühlmittelkreislauf (11) zirkulierenden Kühlmittels gemessen wird. 8. The method according to claim 7, wherein a temperature and / or a pressure of the coolant circulating in the first coolant circuit (11) is measured as the operating parameter of the first coolant circuit (11).
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Leistung des Kompressors (14) gesteigert wird, wenn die Temperatur der Kraftfahrzeugbatterie (40), einzelner Batteriezellen (42) hiervon und/oder die Temperatur des Kühlmittels im zweiten Kühlmittelkreislauf (51) ansteigt. 9. The method according to any one of the preceding claims, wherein an output of the compressor (14) is increased when the temperature of the motor vehicle battery (40), individual battery cells (42) thereof and / or the temperature of the coolant in the second coolant circuit (51) increases.
10. Vorrichtung (50) zur Kühlung einer Kraftfahrzeugbatterie (40), umfassend: eine Kraftfahrzeugklimaanlage (10) mit einem ersten Kühlmittelkreislauf (11), welcher einen Kompressor (14), einen Kondensator (16) und einen Verdampfer (18) aufweist, einen zweiten Kühlmittelkreislauf (51), welcher mit der Kraftfahrzeugbatterie (40) in thermischem Kontakt steht und welcher mittels eines Wärmetauschers (30) mit dem ersten Kühlmittelkreislauf (11) thermisch gekoppelt ist, eine elektronische Steuerung (80), die mit zumindest einem Sensor (60, 62, 64, 66, 68) zur Ermittlung eines Betriebsparameters des zweiten Kühlmittelkreislaufs (51) gekoppelt ist und welche dazu ausgestaltet ist, den Kompressor (14) in Abhängigkeit eines vom zumindest einen Sensor (60, 62, 64, 66, 68) übermittelten Signals zu steuern oder zu regeln. 10. Device (50) for cooling a motor vehicle battery (40), comprising: a motor vehicle air conditioning system (10) with a first coolant circuit (11) which has a compressor (14), a condenser (16) and an evaporator (18), a second coolant circuit (51) which is in thermal contact with the motor vehicle battery (40) and which is thermally coupled to the first coolant circuit (11) by means of a heat exchanger (30), an electronic controller (80) which is coupled to at least one sensor (60, 62, 64, 66, 68) for determining an operating parameter of the second coolant circuit (51) and which is configured to operate the compressor (14) as a function of one of the to control or regulate at least one sensor (60, 62, 64, 66, 68) transmitted signal.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei der zumindest eine Sensor (60, 62,11. The device according to claim 10, wherein the at least one sensor (60, 62,
64) einen Temperatursensor aufweist, welcher in oder an der Kraftfahrzeugbatterie angeordnet und zur Messung einer Temperatur der Kraftfahrzeugbatterie oder einzelner Batteriezellen (42) hiervon ausgebildet ist. 64) has a temperature sensor which is arranged in or on the motor vehicle battery and is designed to measure a temperature of the motor vehicle battery or individual battery cells (42) thereof.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, wobei der zumindest eine Sensor (66, 68) einen Temperatursensor aufweist, welcher zur Messung einer Temperatur des im zweiten Kühlmittelkreislauf (51) zirkulierenden Kühlmittels ausgebildet und im oder am zweiten Kühlmittelkreislauf (51) angeordnet ist. 12. The device according to claim 10 or 11, wherein the at least one sensor (66, 68) has a temperature sensor which is designed to measure a temperature of the coolant circulating in the second coolant circuit (51) and is arranged in or on the second coolant circuit (51).
13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10 bis 12, wobei der zumindest eine Sensor (70) an oder in der Kühlmittelpumpe (54) des zweiten Kühlmittelkreislaufs (51) angeordnet oder in diese integriert ist, um einen Betriebszustand der Kühlmittelpumpe (54) und/oder einen Kühlmittelstrom des durch den zweiten Kühlmittelkreislauf (51) zirkulierenden Kühlmittels zu messen oder zu bestimmen. 13. Device according to one of the preceding claims 10 to 12, wherein the at least one sensor (70) is arranged on or in the coolant pump (54) of the second coolant circuit (51) or is integrated into it in order to determine an operating state of the coolant pump (54) and / or measure or determine a coolant flow of the coolant circulating through the second coolant circuit (51).
14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Wärmetauscher (30) als Flüssigkeit-Flüssigkeit-Wärmetauscher (31) oder als Gas- Flüssigkeit-Wärmetauscher ausgestaltet ist. 14. Device according to one of the preceding claims, wherein the heat exchanger (30) is designed as a liquid-liquid heat exchanger (31) or as a gas-liquid heat exchanger.
15. Kraftfahrzeug mit einer Kraftfahrzeugbatterie und mit einer Vorrichtung (50) zur Kühlung der Kraftfahrzeugbatterie (40) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10 bis 14. 15. Motor vehicle with a motor vehicle battery and with a device (50) for cooling the motor vehicle battery (40) according to one of the preceding claims 10 to 14.
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