WO2021122003A1 - Verfahren und steuervorrichtung zum temperieren einer traktionsbatterie eines elektrisch angetriebenen kraftfahrzeugs - Google Patents

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Sebastian Baudisch
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Definitions

  • the control device according to the invention for controlling the temperature of a traction battery of an electrically driven motor vehicle is set up to carry out the method according to the invention or possible embodiments of the method according to the invention.
  • Possible configurations of the method according to the invention are to be regarded as possible configurations of the control device and vice versa, the control device in particular having means for performing the method steps.
  • a heating requirement of a vehicle interior can be estimated. The estimated heating requirement can be taken into account - provided that the temperature of the vehicle interior influences the heating power available to control the temperature of the traction battery - in order to estimate how much the temperature of the traction battery can be controlled at all.
  • learned data or user profiles can be made available to the control device, for example, which characterize the usual heating settings at associated outside temperatures.
  • the temperature profile 6 characterizes the temperature development of the traction battery 2 along the route s until it reaches the fast charging station 5 if the traction battery 2 is not additionally tempered or heated. Knowing the target temperature Ti and the temperature T2, which would be established without additional temperature control, becomes a Temperature difference T3 is determined, i.e. the difference between the target temperature Ti and the temperature T2.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Temperieren einer Traktionsbatterie (2) eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs (1), umfassend die Schritte: Vorgeben einer Zieltemperatur (T1), welche die Traktionsbatterie (2) nach einer Fahrt beim Erreichen einer Schnellladestation (5) aufweisen soll; Prognostizieren einer Temperatur (T2), welche die Traktionsbatterie (2) ohne Temperierung nach der Fahrt beim Erreichen der Schnellladestation (5) aufweisen wird; Bestimmen einer Temperaturdifferenz (T3) zwischen der Zieltemperatur (T1) und der prognostizierten Temperatur (T2) der Traktionsbatterie (2); Vorgeben einer Temperierungsvorgabe zum Temperieren der Traktionsbatterie (2) während der Fahrt des Kraftfahrzeugs (1) zur Schnellladestation (5) in Abhängigkeit von der bestimmten Temperaturdifferenz (T3), sodass die Zieltemperatur (T1) beim Erreichen an der Schnellladestation (5) vorliegt; Temperieren der Traktionsbatterie (2) gemäß der vorgegebenen Temperierungsvorgabe während der Fahrt des Kraftfahrzeugs (1) zur Schnellladestation (5). Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Steuervorrichtung (4) zum Temperieren einer Traktionsbatterie (2) eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs (1) sowie ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug (1) mit einer derartigen Steuervorrichtung

Description

Verfahren und Steuervorrichtung zum Temperieren einer Traktionsbatterie eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Steuervorrichtung zum Temperieren einer Traktionsbatterie eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs. Des Weiteren betrifft die Erfindung noch ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug mit einer derartigen Steuervorrichtung.
Es ist an sich bekannt, dass Traktionsbatterien für elektrisch angetriebene Kraftfahrzeuge üblicherweise nur in einem bestimmten Temperaturbereich einen guten Wirkungsgrad aufweisen und die Traktionsbatterie nicht Gefahr läuft, geschädigt zu werden. Oftmals liegt dieser Temperaturbereich bei ca. 25 bis 50 Grad Celsius. So beschreibt beispielsweise die DE 102014017989 A1 unterschiedlichste Probleme, die auftreten können, wenn eine als Hochvoltbatterie ausgebildete Traktionsbatterie für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug außerhalb ihres Soll-Temperaturbereichs betrieben wird. Unter anderem wird beschrieben, dass prinzipbedingt Batteriezellen bei niedrigen Temperaturen eine geringere Kapazität und ein geringeres Leistungsvermögen als bei optimaler Betriebstemperatur aufweisen. Daher sei es üblich, eine Batterieheizung vorzusehen, mittels welcher bei Bedarf die Traktionsbatterie des betreffenden elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs auf eine möglichst optimale Betriebstemperatur temperiert werden kann.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung bereitzustellen, mittels weicher ein Schnellladevorgang bei einer Traktionsbatterie eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs besonders effektiv durchgeführt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren und durch eine Steuervorrichtung zum Temperieren einer Traktionsbatterie eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere mögliche Ausgestaltungen der Erfindung sind insbesondere in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Temperieren einer Traktionsbatterie eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs wird eine Zieltemperatur vorgegeben, welche die Traktionsbatterie nach einer Fahrt beim Erreichen einer Schnellladestation aufweisen soll. Die Zieltemperatur kann z.B. in Abhängigkeit von der Außentemperatur, einer voraussichtlich zu ladenden Energiemenge an der Schnellladestation und/oder einer voraussichtlich bei Erreichen der Ladesäule noch verbleibenden Reichweite vorgegeben werden. Hat ein Fahrer des elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs beispielsweise ein Navigationsziel eingegeben, so kann z. B. das Navigationssystem des Kraftfahrzeugs Schnellladestationen entlang der Strecke identifizieren, so dass bekannt ist, welche der Schnellladestationen beispielsweise zum Aufladen der Traktionsbatterie angefahren werden soll. Insbesondere bei Langstreckenfahrten ist es wünschenswert, wenn ein Fahrer des elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs bei Bedarf die Traktionsbatterie besonders schnell nachladen kann, so dass er seine geplante Fahrt zügig fortsetzen kann.
Ist nun bekannt, wo entlang der zu fahrenden Strecke sich besagte Schnellladestation befindet, wo die Traktionsbatterie aufgeladen werden soll, wird eine Temperatur prognostiziert, welche die Traktionsbatterie ohne Temperierung nach der Fahrt beim Erreichen der Schnellladestation aufweisen wird. Zum Prognostizieren dieser Temperatur können verschiedenste Daten bereitgestellt werden, die es ermöglichen, die Temperatur zu ermitteln bzw. abzuschätzen, welche die Traktionsbatterie ohne Temperierung nach der Fahrt beim Erreichen der Schnellladestation aufweisen wird.
Nachdem diese Temperatur prognostiziert wurde, wird eine Temperaturdifferenz zwischen der vorgegebenen Zieltemperatur und der prognostizierten Temperatur der Traktionsbatterie bestimmt. Dann ist also bekannt, wie viel niedriger beispielsweise die ohne Temperierung erzielbare Temperatur der Traktionsbatterie im Vergleich zur Zieltemperatur sein wird, wenn die Schnellladestation ohne Temperierung der Traktionsbatterie angefahren wird. In Abhängigkeit von der bestimmten Temperaturdifferenz wird eine Temperierungsvorgabe zum Temperieren der Traktionsbatterie während der Fahrt des Kraftfahrzeugs zur Schnellladestation vorgegeben, und zwar so, dass die Zieltemperatur beim Erreichen einer Schnellladestation vorliegt. Während der Fahrt des Kraftfahrzeugs zur Schnellladestation wird dann die Traktionsbatterie gemäß der vorgegebenen Temperierungsvorgabe temperiert. Der Erfindung liegt insbesondere die Erkenntnis zugrunde, dass vor allem bei niedrigen Außentemperaturen eine Temperierung der Traktionsbatterie wünschenswert ist, wenn diese entlang einer zu befahrenden Strecke an einer Schnellladestation möglichst schnell aufgeladen werden soll. Bei niedrigen Temperaturen der Traktionsbatterie ist insbesondere ein Laden oftmals kritischer als ein Entladen der Traktionsbatterie. Insbesondere bei Langstreckenfahrten und geplanten Schnellladestops und niedrigen Außentemperaturen kann ein Fahrer des elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs von dem erfindungsgemäßen Verfahren profitieren, indem die Traktionsbatterie zuverlässig und rechtzeitig auf ihre Zieltemperatur erwärmt wird, so dass diese Zieltemperatur vorliegt, wenn die betreffende Schnellladestation erreicht wird. Wird also besagte Schnellladestation erreicht, kann die Traktionsbatterie besonders schnell und ohne Schädigung der Traktionsbatterie aufgeladen werden, da diese eine Temperatur aufweist, welche einen optimalen Ladevorgang ermöglicht.
Eine mögliche Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Traktionsbatterie ab Fahrtantritt zur Schnellladestation gemäß der T emperierungsvorgabe temperiert wird. So kann es beispielsweise vorgesehen sein, dass in einem ersten Drittel der Strecke bis zur Schnellladestation die Traktionsbatterie aufgeheizt wird, wonach sich die Traktionsbatterie aufgrund ihrer Energieabgabe noch weiter erwärmt, und zwar so weit, bis die Zieltemperatur genau dann erreicht ist, wenn die Schnellladestation erreicht wurde. Durch das frühzeitige Erwärmen der Traktionsbatterie bereits ab Fahrtantritt kann die Traktionsbatterie insbesondere schnell in einen optimalen Betriebszustand bzw. in eine optimale Betriebstemperatur versetzt werden. Das kann insbesondere bei niedrigen Außentemperaturen von Vorteil sein. So kann die Traktionsbatterie bald nach Fahrtantritt schon mit einem hohen Wirkungsgrad und ohne Schädigung der Traktionsbatterie betrieben werden, wobei gleichzeitigt sichergestellt werden kann, dass bei Erreichen der Schnellladestation die Traktionsbatterie ihre Zieltemperatur erreicht hat. Bei der Heizung ab Fahrtantritt muss man allerdings immer einen grundsätzlichen Kompromiss zwischen Energieaufwand und Fahrleistung finden, sofern keine Zieleingabe vorliegt.
Eine weitere mögliche Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass zum Temperieren der Traktionsbatterie eine zum Antreiben des Kraftfahrzeugs dienende elektrische Antriebsmaschine in einem Wirkungsgradbereich betrieben wird, der schlechter als ein baubedingt maximal möglicher Wirkungsgrad der elektrischen Antriebsmaschine ist. Ein solches Vorgehen wird auch als „Vertrimmen“ der elektrischen Antriebsmaschine bezeichnet. Die elektrische Antriebsmaschine, welche zum Antreiben des Kraftfahrzeugs dient, wird also bewusst in einem nicht optimalen Wirkungsgradbereich betrieben, in Folge dessen eine höhere Wärmeabgabe bzw. Wärmeentwicklung bei der elektrischen Antriebsmaschine erfolgt. Diese zusätzlich freiwerdende Wärme kann dann ganz einfach genutzt werden, um die Traktionsbatterie zu temperieren. Alternativ oder zusätzlich zur Vertrimmung der elektrischen Antriebsmaschine kann es aber auch vorgesehen sein, die Traktionsbatterie mittels anderer Mittel zu erwärmen, beispielsweise über besagten Kühlmittelkreislauf oder andere Maßnahmen, wie beispielsweise eine separate Batterieheizung oder dergleichen.
In weiterer möglicher Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass eine Verlustleistung der Traktionsbatterie abgeschätzt wird, welche während der Fahrt des Kraftfahrzeugs zur Schnellladestation auftreten wird, wobei unter Berücksichtigung der Verlustleistung die Temperatur der Traktionsbatterie prognostiziert wird, welche die Traktionsbatterie ohne Temperierung beim Erreichen der Schnellladestation aufweisen wird. In Kenntnis der Verlustleistung der Traktionsbatterie ist es besonders einfach und zuverlässig möglich, abzuschätzen bzw. zu ermitteln, wie sich die Traktionsbatterie während der Fahrt mit dem Kraftfahrzeug zur Schnellladestation erwärmen würde, und zwar auch wenn die Traktionsbatterie nicht zusätzlich temperiert bzw. erwärmt wird. Unter Abschätzung der Verlustleistung der T raktionsbatterie ist es so auf relativ zuverlässige Weise möglich, die Temperatur der Traktionsbatterie abzuschätzen, die sie beim Erreichen der Schnellladestation aufweisen wird, wenn die Traktionsbatterie nicht zusätzlich temperiert, insbesondere aufgeheizt wird. Darüber hinaus ist es auch möglich, Verlustleistungen anderer Komponenten des Kraftfahrzeugs zu berücksichtigen, um abzuschätzen, welche Temperatur die Traktionsbatterie ohne zusätzliche Temperierung beim Erreichen der Schnellladestation aufweisen wird. So ist es beispielsweise möglich, eine thermodynamische Gesamtenergiebilanz zu berücksichtigen, um die Erwärmung der Traktionsbatterie besonders exakt abzuschätzen. Dafür können Messwerte und/oder schon durchgeführte Simulationen für bestimmte Fahrprofile genutzt werden. Unter Nutzung von einem thermodynamischen Gesamtmodell ist es so beispielsweise möglich, die Aufheizung der Traktionsbatterie zu bestimmen, und zwar die Aufheizung, die ohne zusätzliche Temperierung der Traktionsbatterie durch eine Batterieheizung oder dergleichen erfolgen würde. Zusätzlich oder alternativ zum aus der Verlustleistung resultierenden Wärmeeintrag in die Traktionsbatterie kann abschätzt werden, wie viel Wärme z.B. über Konvektionskühlung am Fahrzeugbodenbereich von der Traktionsbatterie an die Umgebung abgegeben wird. Diese Wärmeabgabe an die Umgebung kann dann berücksichtigt werden, um die Temperatur der Traktionsbatterie zu prognostizieren, welche die Traktionsbatterie ohne Temperierung nach der Fahrt beim Erreichen der Schnellladestation aufweisen wird. Eine weitere mögliche Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass ein Heizen der Traktionsbatterie unterbunden oder verzögert wird, wenn anhand zumindest eines Kriteriums ermittelt wird, dass ein Heizen der Traktionsbatterie nicht notwendig ist. Dies kann auch unabhängig davon erfolgen, ob und gegebenenfalls eine Schnellladestation angesteuert wird. Z.B. kann prognostiziert werden, wie lange eine Fahrt dauern wird und/oder welche Leistung voraussichtlich während der Fahrt mittels der Traktionsbatterie bereitgestellt werden muss. Dauert die Fahrt nicht lange genug, um eine vorgegebene Betriebstemperatur erreichen zu können, und/oder wird voraussichtlich nur wenig Leistung abverlangt, kann die Heizung der Traktionsbatterie unterbunden oder verzögert werden. Alternativ oder zusätzlich kann auch abgeschätzt werden, wann eine hohe Leistung bereitgestellt werden muss. Wird erkannt oder prognostiziert, dass eine hohe Leistungsbereitstellung durch die Traktionsbatterie erst notwendig ist, wenn sich die Traktionsbatterie selbst aufgeheizt hat, so kann ebenfalls die Heizung der Traktionsbatterie verzögert oder unterbunden werden. Zur Abschätzung ob und gegebenenfalls wann die Traktionsbatterie geheizt werden soll, kann auch z.B. ein gelerntes Fahrverhalten eines Fahrers berücksichtigt werden. Zum Beispiel kann ein Fahrprofil angelegt werden, das mit der Zeit immer mehr Informationen darüber enthält, wie der Fahrer das Fahrzeug bewegt, z.B. besonders dynamisch oder effizient. Mit der Zeit kann immer zuverlässiger prognostiziert werden, wie der Fahrer das Fahrzeug bewegen wird, somit auch, wie viel Leistung die Traktionsbatterie wann bereitstellen muss. Unter das zumindest eine Kriterium kann z.B. fallen, dass gar keine Schnellladestation angefahren wird. Zudem kann unter das zumindest eine Kriterium auch fallen, dass das Fahrverhalten des betreffenden Fahrers derart ist, dass keine so große Leistung mittels der Batterie bereitgestellt werden muss, die eine Aufheizung erfordern würde. Oder die Belastung der Batterie wird z.B. erst so spät erfolgen, dass die Batterie dann bereits ihre passende Betriebstemperatur aufweisen wird.
Eine weitere mögliche Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass Streckendaten für die Fahrt des Kraftfahrzeugs zur Schnellladestation bereitgestellt werden, wobei unter Berücksichtigung der Streckendaten die Temperatur der Traktionsbatterie prognostiziert wird, welche die Traktionsbatterie ohne Temperierung beim Erreichen der Schnellladestation aufweisen wird. Die Streckendaten können beispielsweise ein Höhenprofil der betreffenden Strecke umfassen. Zudem können die Streckendaten beispielsweise auch Geschwindigkeitsbegrenzungen enthalten, so dass anhand dieser Daten abgeschätzt werden kann, wie viel Leistung die Traktionsbatterie entlang jeweiliger Streckenabschnitte bereitstellen muss, um insbesondere das Kraftfahrzeug anzutreiben. Die Streckendaten können darüber hinaus beispielsweise auch Wetterdaten beinhalten, so dass in Kenntnis der Wetterdaten, insbesondere von Temperaturdaten, besonders exakt abgeschätzt werden kann, wie stark sich die Traktionsbatterie entlang der Strecke bis zur Schnellladestation erwärmen wird, und zwar wenn die Traktionsbatterie nicht zusätzlich temperiert wird.
Gemäß einerweiteren möglichen Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass ein Fahrverhalten eines Fahrers des Kraftfahrzeugs charakterisierende Fahrerdaten bereitgestellt werden, wobei unter Berücksichtigung der Fahrerdaten die Temperatur der Traktionsbatterie prognostiziert wird, welche die Traktionsbatterie ohne Temperierung beim Erreichen der Schnellladestation aufweisen wird. Beispielsweise ist es möglich, für einen oder auch mehrere Fahrer des Kraftfahrzeugs Fahrerprofile anzulegen, in denen abgespeichert wird, wie der jeweilige Fahrer das Kraftfahrzeug bewegt. Insbesondere das Fahrverhalten eines Fahrers hat einen relativ großen Einfluss darauf, wie viel Leistung von der Traktionsbatterie gefordert wird und wie stark sich diese während des Fährbetriebs erwärmt. In Kenntnis dieser Fahrerdaten ist es besonders zuverlässig möglich, die Erwärmung der Traktionsbatterie auf der Fahrt zur Schnellladestation zu ermitteln.
Gemäß einerweiteren möglichen Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass eine Starttemperatur der Traktionsbatterie vor Fahrtantritt zur Schnellladestation ermittelt wird, wobei unter Berücksichtigung der Starttemperatur die Temperatur der Traktionsbatterie prognostiziert wird, welche die Traktionsbatterie ohne Temperierung beim Erreichen der Schnellladestation aufweisen wird. Die Temperatur der Traktionsbatterie, welche vor Fahrtantritt vorliegt, also die Starttemperatur, ist ebenfalls ein wichtiger Faktor bei der Bestimmung der T emperatur der T raktionsbatterie, welche bei Erreichen der Schnellladestation ohne zusätzliche Temperierung vorliegen wird.
Eine weitere mögliche Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass eine Fahrdauer zur Schnellladestation abgeschätzt wird, wobei unter Berücksichtigung der Fahrdauer die Temperatur der Traktionsbatterie prognostiziert wird, welche die Traktionsbatterie ohne Temperierung beim Erreichen der Schnellladestation aufweisen wird. So können beispielsweise Navigationsdaten, Daten von digitalem Kartenmaterial, Schwarmdaten von anderen Fahrzeugen und dergleichen verwendet werden, um die Fahrdauer zur Schnellladestation besonders exakt abzuschätzen. In Kenntnis der Fahrdauer ist es besonders zuverlässig möglich, abzuschätzen bzw. zu bestimmen, wie stark sich die Traktionsbatterie bis zum Erreichen der Schnellladestation erhitzen wird, um so die Temperatur der Traktionsbatterie zu ermitteln, welche die Traktionsbatterie ohne Temperierung beim Erreichen der Schnellladestation aufweisen wird.
Die erfindungsgemäße Steuervorrichtung zum Temperieren einer Traktionsbatterie eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs ist dazu eingerichtet, das erfindungsgemäße Verfahren oder mögliche Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Mögliche Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind als mögliche Ausgestaltungen der Steuervorrichtung und umgekehrt anzusehen, wobei die Steuervorrichtung insbesondere Mittel zur Durchführung der Verfahrensschritte aufweist. Insbesondere ist es auch möglich, dass ein Heizbedarf eines Fahrzeuginnenraums abgeschätzt wird. Der abgeschätzte Heizbedarf kann - sofern eine Temperierung des Fahrzeuginnenraums eine zum Temperieren der Traktionsbatterie vorhandene Heizleistung beeinflusst - berücksichtigt werden, um abzuschätzen, wie stark man die Traktionsbatterie überhaupt temperieren kann. Der Steuervorrichtung können dafür z.B. gelernte Daten bzw. Nutzerprofile bereitgestellt werden, welche übliche Heizungseinstellungen bei zugehörigen Außentemperaturen charakterisieren.
Das erfindungsgemäße elektrisch angetriebene Kraftfahrzeug umfasst die erfindungsgemäße Steuervorrichtung und eine mögliche Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung.
Weitere Merkmale der Erfindung können sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung ergeben. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die Zeichnung zeigt in:
Fig. 1 eine stark schematisierte Darstellung eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs;
Fig. 2 ein Diagramm, in dem unterschiedliche Temperaturverläufe einer Traktionsbatterie des Kraftfahrzeugs bis zum Erreichen einer Schnellladestation dargestellt sind. In den Figuren sind gleiche und funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug 1 ist in einer stark schematisierten Darstellung in Fig. 1 gezeigt. Das Kraftfahrzeug 1 umfasst u.a. eine Traktionsbatterie 2, eine elektrische Antriebsmaschine 3 und eine Steuervorrichtung 4. In an sich bekannterWeise dient die Traktionsbatterie 2 u.a. dazu, die elektrische Antriebsmaschine 3 mit Energie zu versorgen, welche wiederum das Kraftfahrzeug 1 antreibt. Die Steuervorrichtung 4 ist dazu eingerichtet, eine nachfolgend noch näher erläuterte Temperierung der Traktionsbatterie 2 während der Fahrt mit dem Kraftfahrzeug 1 vorzunehmen.
Insbesondere auf längeren Strecken kann es Vorkommen, dass die Traktionsbatterie 2 nachgeladen werden muss. Üblicherweise ist es dabei wünschenswert, dass die Traktionsbatterie 2 besonders schnell aufgeladen werden kann, so dass ein Fahrer die Fahrt mit dem Kraftfahrzeug 1 besonders schnell fortsetzen kann. Die mögliche Leistungsaufnahme der Traktionsbatterie 2 beim Schnellladevorgang wird u.a. stark von der Temperatur der Traktionsbatterie 2 beeinflusst. Üblicherweise soll die Traktionsbatterie 2 in einem Temperaturbereich zwischen 15 Grad Celsius und 35 Grad Celsius liegen, so dass die Traktionsbatterie 2 schadlos und besonders schnell aufgeladen werden kann. Insbesondere bei niedrigen Umgebungstemperaturen kann es aber Vorkommen, dass die Traktionsbatterie 2 unterhalb dieses Temperaturfensters liegt.
Anhand von Fig. 2 wird nachfolgend ein Verfahren zum Temperieren der Traktionsbatterie 2 näher erläutert. In dem Diagramm sind verschiedene Temperaturverläufe 6, 7, 8 der Traktionsbatterie 2 entlang einer Strecke s bis zum Erreichen einer Schnellladestation 5 schematisch aufgetragen. Noch bevor der Fahrer mit dem Kraftfahrzeug 1 losfährt, kann eine Zieltemperatur Ti vorgegeben werden, welche die Traktionsbatterie 2 nach einer Fahrt beim Erreichen der Schnellladestation 5 aufweisen soll. Die Zieltemperatur Ti ist so gewählt, dass die Traktionsbatterie 2 schadlos und besonders schnell mittels der Schnellladestation 5 aufgeladen werden kann. Zudem wird eine Temperatur T2 prognostiziert, welche die Traktionsbatterie 2 ohne Temperierung nach der Fahrt beim Erreichen der Schnellladestation 5 aufweisen wird bzw. würde. Der Temperaturverlauf 6 kennzeichnet die Temperaturentwicklung der Traktionsbatterie 2 entlang der Strecke s bis zum Erreichen der Schnellladestation 5, wenn die Traktionsbatterie 2 nicht zusätzlich temperiert bzw. erhitzt wird. In Kenntnis der Zieltemperatur Ti und der Temperatur T2, welche sich ohne zusätzliche Temperierung einstellen würde, wird eine Temperaturdifferenz T3 ermittelt, also die Differenz zwischen der Zieltemperatur Ti und der Temperatur T2.
In Kenntnis der Temperaturdifferenz T3 wird eine Temperierungsvorgabe zum Temperieren der Traktionsbatterie 2 für die Fahrt zur Schnellladestation 5 vorgegeben, und zwar so, dass die Zieltemperatur Ti beim Erreichen der Schnellladestation 5 vorliegt. Nach dem Fahrtantritt zur Schnellladestation 5 wird dann die Traktionsbatterie 2 gemäß der vorgegebenen Temperierungsvorgabe entsprechend temperiert, so dass die Zieltemperatur Ti beim Erreichen der Schnellladestation 5 auch vorliegt. Die erläuterten Verfahrensschritte kann die Steuervorrichtung 4 vornehmen. Die Steuervorrichtung 4 ist also dazu ausgelegt und eingerichtet, die zuvor beschriebenen Verfahrensschritte durchzuführen.
Gemäß dem in Fig. 2 gezeigten Diagramm wird die Traktionsbatterie 2 bereits direkt ab Fahrtantritt zur Schnellladestation 5 gemäß der Temperierungsvorgabe temperiert. Dies ist an dem Temperaturverlauf 7 zu erkennen, der eine wesentlich größere Steigung aufweist als der Temperaturverlauf 6. Je nach Länge der Strecke s und weiteren Randbedingungen kann es also vorgesehen sein, die Traktionsbatterie 2 direkt nach dem Losfahren schon zu erhitzen. So kann die Traktionsbatterie 2 schon unmittelbar nach dem Losfahren besonders schnell auf eine möglichst optimale Betriebstemperatur erwärmt werden. So kann die Traktionsbatterie 2 in einem besonders guten Wirkungsgradbereich betrieben werden und weist eine gute Leistungsabgabe auf, ohne dass die Traktionsbatterie 2 Schaden nimmt.
Der Temperaturverlauf 8 kennzeichnet dann denjenigen Bereich der befahrenen Strecke s zur Schnellladestation 5, in dem die T raktionsbatterie 2 nicht mehr weiter zusätzlich temperiert bzw. erhitzt wird. Vorliegend sind die Temperaturverläufe 6, 8 mit gleicher Steigung eingezeichnet, dies muss aber nicht zwingend der Fall sein.
Um die Traktionsbatterie 2 zu temperieren bzw. zu erhitzen, kann es beispielsweise vorgesehen sein, die elektrische Antriebsmaschine 3 in einem Wirkungsgradbereich zu betreiben, der schlechter als ein bauartbedingt maximal möglicher Wirkungsgrad der elektrischen Antriebsmaschine 3 ist. Durch die sogenannte Vertrimmung der elektrischen Antriebsmaschine 3, beispielsweise direkt nach Fahrtantritt, ist es möglich, überschüssige Wärme zu generieren, die wiederum dazu genutzt werden kann, die Traktionsbatterie 2 zu erhitzen. Alternativ oder zusätzlich ist es beispielsweise auch möglich, einen Kühlmittelkreislauf zu nutzen, um die Traktionsbatterie 2 zu temperieren. Andere Möglichkeiten zum Aufheizen der Traktionsbatterie 2 sind zusätzlich oder alternativ ebenfalls möglich.
Um den Temperaturverlauf 6 und somit die Temperatur T2 abzuschätzen, ist es beispielsweise möglich, eine Verlustleistung der Traktionsbatterie 2 abzuschätzen, welche während der Fahrt des Kraftfahrzeugs 1 zur Schnellladestation 5 auftreten wird. Unter Berücksichtigung dieser abgeschätzten Verlustleistung ist es möglich, die Temperatur T2 relativ exakt zu ermitteln, welche die Traktionsbatterie 2 ohne Temperierung beim Erreichen der Schnellladestation 5 aufweisen wird. Es können auch Verlustleistungen anderer Komponenten des Kraftfahrzeugs 1 Berücksichtigung finden, welche beispielsweise durch Wärmeübertragung die Traktionsbatterie 2 aufheizen können. Insbesondere ist es auch möglich, eine Art Gesamtenergiebilanz zu ziehen, welche auf Messungen und/oder Simulationen beruhen kann, um abzuschätzen bzw. zu ermitteln, wie der Temperaturverlauf 6 sein wird, letztlich auch um dann die Temperatur T2 zu ermitteln, welche die Traktionsbatterie 2 bei Erreichen der Schnellladestation 5 aufweisen wird, wenn die Traktionsbatterie 2 nicht zusätzlich geheizt wird.
Auch können der Steuervorrichtung 4 Streckendaten für die Strecke s bereitgestellt werden, beispielsweise Daten über ein Höhenprofil, Wetterdaten, Geschwindigkeitsbegrenzungen und dergleichen. In Kenntnis der Streckendaten ist es möglich, die Temperatur T2 der Traktionsbatterie 2 besonders exakt zu bestimmen.
Darüber hinaus ist es auch möglich, ein Fahrverhalten des Fahrers des Kraftfahrzeugs 1 charakterisierende Daten bereitzustellen. So kann beispielsweise fortlaufend ein Fahrerprofil angelegt und gepflegt werden, welches beschreibt bzw. charakterisiert, wie der betreffende Fahrer das Kraftfahrzeug 1 fortbewegt. In Kenntnis des üblichen Fahrverhaltens des Fahrers ist es besonders exakt möglich, den Temperaturverlauf 6 abzuschätzen bzw. zu ermitteln, so dass die Temperatur T2 ebenfalls besonders exakt prognostiziert werden kann.
Darüber hinaus kann auch eine Starttemperatur der Traktionsbatterie 2 berücksichtigt werden, welche vor Fahrtantritt bzw. bei Fahrtantritt zur Schnellladestation 5 vorliegt. Unter Berücksichtigung der Starttemperatur der Traktionsbatterie 2 ist es ebenfalls möglich, den Temperaturverlauf 6 und somit auch die Temperatur T2 zu bestimmen.
Darüber hinaus ist es auch möglich, dass eine Fahrdauer zur Schnellladestation 5 abgeschätzt wird. In Kenntnis der Fahrdauer und weiterer Parameter, wie beispielsweise der Außentemperatur und dergleichen, ist es besonders exakt möglich, den Temperaturverlauf 6 der Traktionsbatterie 2 und somit die Temperatur T2 zu bestimmen.
Mittels des erläuterten Verfahrens zum Temperieren der Traktionsbatterie 2 auf dem Weg zu der Schnellladestation 5 ist es möglich, die Traktionsbatterie 2 rechtzeitig soweit aufzuheizen, dass sie ihre Zieltemperatur Ti aufweist. So kann beim Erreichen der Schnellladestation 5 sichergestellt werden, dass die Traktionsbatterie 2 besonders schnell und ohne Schädigung aufgeladen werden kann.
Bezugszeichenliste
1 elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug 2 T raktionsbatterie
3 elektrische Antriebsmaschine
4 Steuervorrichtung
5 Schnellladestation
6 Temperaturverlauf 7 Temperaturverlauf
8 Temperaturverlauf s Strecke
Ti Zieltemperatur
T2 Temperatur, welche die Traktionsbatterie ohne Temperierung beim Erreichen der Schnellladestation aufweisen wird
T3 Temperaturdifferenz zwischen der Zieltemperatur und der Temperatur, welche die Traktionsbatterie ohne Temperierung beim Erreichen der Schnellladestation 5 aufweisen wird

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Temperieren einer Traktionsbatterie (2) eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs (1), umfassend die Schritte:
- Vorgeben einer Zieltemperatur (Ti), welche die Traktionsbatterie (2) nach einer Fahrt beim Erreichen einer Schnellladestation (5) aufweisen soll;
- Prognostizieren einer Temperatur (T2), welche die Traktionsbatterie (2) ohne Temperierung nach der Fahrt beim Erreichen der Schnellladestation (5) aufweisen wird;
- Bestimmen einer Temperaturdifferenz (T3) zwischen der Zieltemperatur (Ti) und der prognostizierten Temperatur (T2) der Traktionsbatterie (2);
- Vorgeben einer T emperierungsvorgabe zum T emperieren der T raktionsbatterie (2) während der Fahrt des Kraftfahrzeugs (1) zur Schnellladestation (5) in Abhängigkeit von der bestimmten Temperaturdifferenz (T3), sodass die Zieltemperatur (Ti) beim Erreichen an der Schnellladestation (5) vorliegt;
- Temperieren der Traktionsbatterie (2) gemäß der vorgegebenen Temperierungsvorgabe während der Fahrt des Kraftfahrzeugs (1) zur Schnellladestation (5).
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Traktionsbatterie (2) ab Fahrtantritt zur Schnellladestation (5) gemäß der Temperierungsvorgabe temperiert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Heizen der Traktionsbatterie (2) unterbleibt oder verzögert wird, wenn anhand zumindest eines Kriteriums ermittelt wird, dass ein Heizen der Traktionsbatterie (2) nicht notwendig ist.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verlustleistung der Traktionsbatterie (2) abgeschätzt wird, welche während der Fahrt des Kraftfahrzeugs (1) zur Schnellladestation (5) auftreten wird, wobei unter Berücksichtigung der Verlustleistung die Temperatur (T2) der Traktionsbatterie (2) prognostiziert wird, welche die Traktionsbatterie (2) ohne Temperierung beim Erreichen der Schnellladestation (5) aufweisen wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
Streckendaten für die Fahrt des Kraftfahrzeugs (1) zur Schnellladestation (5) bereitgestellt werden, wobei unter Berücksichtigung der Streckendaten die Temperatur (T2) der Traktionsbatterie (2) prognostiziert wird, welche die Traktionsbatterie (2) ohne Temperierung beim Erreichen der Schnellladestation (5) aufweisen wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Fahrverhaltens eines Fahrers des Kraftfahrzeugs (1) charakterisierende Fahrerdaten bereitgestellt werden, wobei unter Berücksichtigung der Fahrerdaten die Temperatur (T2) der Traktionsbatterie (2) prognostiziert wird, welche die Traktionsbatterie (2) ohne Temperierung beim Erreichen der Schnellladestation (5) aufweisen wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Starttemperatur der Traktionsbatterie (2) vor Fahrtantritt zur Schnellladestation (5) ermittelt wird, wobei unter Berücksichtigung der Starttemperatur die Temperatur (T2) der Traktionsbatterie (2) prognostiziert wird, welche die Traktionsbatterie (2) ohne Temperierung beim Erreichen der Schnellladestation (5) aufweisen wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Fahrdauer zur Schnellladestation (5) abgeschätzt wird, wobei unter Berücksichtigung der Fahrdauer die Temperatur (T2) der Traktionsbatterie (2) prognostiziert wird, welche die Traktionsbatterie (2) ohne Temperierung beim Erreichen der Schnellladestation (5) aufweisen wird.
9. Steuervorrichtung (4) zum Temperieren einer Traktionsbatterie (2) eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs (1), die dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen.
10. Elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug (1) mit einer Steuervorrichtung nach Anspruch 9.
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