DE102010014752A1 - Cooling arrangement for e.g. hybrid electric vehicle, has two exhaust gas releasing devices connected in series or parallel to cooling circuit, and coupling elements for connecting electric energy storage to cooling circuit - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Kühlanordnung für ein Fahrzeug mit elektrischem oder zumindest teilelektrischem Antrieb. Die Kühlanordnung umfasst wenigstens einen elektrischen Energiespeicher, welcher in einen ersten Kühlkreislauf eingebunden ist. Wenigstens eine weitere beim Betreiben Abwärme freisetzende Einrichtung ist in einen zweiten Kühlkreislauf eingebunden. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs mit elektrischem Antrieb.The The invention relates to a cooling arrangement for a Vehicle with electric or at least partially electric drive. The cooling arrangement comprises at least one electrical energy storage, which in a first cooling circuit is involved. At least one more when releasing waste heat releasing Device is integrated in a second cooling circuit. Of Furthermore, the invention relates to a method for operating a Vehicle with electric drive.
Fahrzeuge mit elektrischem Antrieb weisen als elektrische Energiespeicher üblicherweise eine Hochvoltbatterie auf, welche je nach Antriebsvariante unterschiedliche Funktionen erfüllt. Bei einem als Mildhybrid (mild hybrid) bezeichneten Antriebstyp dient der elektromotorische Antrieb dem Unterstützen eines verbrennungsmotorischen Antriebs, insbesondere wenn kurzzeitig eine hohe Leistungsabgabe des Antriebs erwünscht ist. Dem elektromotorischen Antrieb kann die elektrische Energie über eine Brennstoffzelle zur Verfügung gestellt werden. Der Elektromotor dient dem Rückgewinnen von Bremsenergie und deren Umwandlung in elektrische Energie, welche in der Hochvoltbatterie gespeichert wird.vehicles with electric drive usually have as electrical energy storage a high-voltage battery, which depending on the drive variant different Functions fulfilled. In a mild hybrid hybrid drive type is used the electric motor drive supporting an internal combustion engine Drive, especially if briefly a high power output of Drive desired is. The electric motor drive, the electrical energy over a Fuel cell available be put. The electric motor is used to recover braking energy and their conversion into electrical energy, which in the high-voltage battery is stored.
Die Hochvoltbatterie dient darüber hinaus dem Versorgen von mit einer Hochvoltspannung betreibbaren Aggregaten wenn das Fahrzeug steht, beispielsweise, wenn im Leerlauf ein elektrischer Kältemittelverdichter einer Klimaanlage mit Hochvoltspannung versorgt werden soll, und wenn das Fahrzeug fährt. Darüber hinaus kann über die Hochvoltbatterie mittels eines Spannungswandlers elektrische Energie hoher Spannung in elektrische Energie niedrigerer Spannung umgewandelt und diese in das 12 Volt-Bordnetz des Fahrzeugs eingebracht werden.The High-voltage battery serves over it in addition to powering with a high voltage Aggregates when the vehicle is stationary, for example, when idling an electric refrigerant compressor an air conditioner is to be supplied with high voltage, and when the vehicle is driving. About that In addition, over the high-voltage battery by means of a voltage converter electrical High voltage energy into lower voltage electrical energy converted and these introduced into the 12 volt electrical system of the vehicle become.
Bei einem Vollhybridantrieb (full hybrid) ebenso wie bei einem Elektrofahrzeug oder einem Elektrofahrzeug, welches einen Reichweitenverlängerer (range extender) zum Erzeugen von elektrischer Energie mittels eines über einen Verbrennungsmotor angetriebenen Generators aufweist, kommt als weitere Funktion für die Hochvoltbatterie das Aufnehmen von elektrischer Energie beim Laden durch Anschließen an ein externes Stromnetz hinzu. Des Weiteren ermöglicht hier die Hochvoltbatterie ein Fahren mit rein elektrischem Antrieb.at a full hybrid drive as well as an electric vehicle or an electric vehicle, which has a range extender (range Extender) for generating electrical energy by means of a via a Internal combustion engine driven generator comes as another Function for the high-voltage battery absorbing electrical energy while Charging by connecting to an external power grid. Furthermore, allows here the high-voltage battery driving with purely electric drive.
Die Leistungsaufnahme und Leistungsabgabe der Hochvoltbatterie nach dem Stand der Technik ist stark abhängig von einer Betriebstemperatur der Hochvoltbatterie. Aufgrund der im Inneren der Hochvoltbatterie ablaufenden chemischen Prozesse ist nämlich die Leistungsaufnahme und Leistungsabgabe sowohl bei hoher Batterietemperatur als auch bei niedriger Batterietemperatur eingeschränkt.The Power consumption and power output of the high-voltage battery after The prior art is highly dependent on an operating temperature the high-voltage battery. Due to the inside of the high-voltage battery This is because the chemical processes that occur are the power consumption and power output both at high battery temperature as well limited at low battery temperature.
Aus dem Stand der Technik ist es daher bekannt, die Hochvoltbatterie in einen Kühlkreislauf einzubinden, welcher bei hoher Batterietemperatur oder hoher Außentemperatur dafür sorgt, dass die Hochvoltbatterie in einem Temperaturbereich gehalten wird, welcher es ermöglicht, eine hohe Energiemenge aufzunehmen, etwa beim Laden und Rekuperieren von Bremsenergie, als auch eine hohe Energiemenge abzugeben, etwa beim Fahren, zum Versorgen von Aggregaten und zum Stützen des 12 Volt-Bordnetzes. Befindet sich die Hochvoltbatterie also im vorgesehen, günstigen Temperaturbereich, werden zudem Beschädigungen vermieden und es wird eine vergleichsweise lange Lebensdauer der Hochvoltbatterie erreicht.Out the prior art, it is therefore known, the high-voltage battery in a cooling circuit To integrate, which at high battery temperature or high outside temperature ensures that the high-voltage battery is kept in a temperature range, which makes it possible to absorb a high amount of energy, such as loading and recuperation of braking energy, as well as to give off a high amount of energy, such as while driving, to supply aggregates and to support the 12 volt electrical system. If the high-voltage battery is thus provided, Great Temperature range, also damage is avoided and it will achieved a comparatively long life of the high-voltage battery.
Bei besonders niedriger Außentemperatur ist es aus dem Stand der Technik bekannt, die Hochvoltbatterie zumindest bis zum unteren Wert des eine hohe Leistungsabgabe und Leistungsaufnahme ermöglichenden Temperaturbereichs zu erwärmen. Aufgrund der großen thermischen Masse der Hochvoltbatterie muss hierfür eine große Menge an Heizenergie aufgewendet werden. Während des Ladens der Hochvoltbatterie durch Anschließen an eine externe Stromquelle kommen hier bei aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren elektrische Heizelemente zum Einsatz, damit das Laden der Hochvoltbatterie besonders weitgehend und besonders effizient erfolgen kann.at especially low outside temperature It is known from the prior art, the high-voltage battery at least to the lower value of a high power output and power consumption enabling Temperature range to heat. by virtue of the big thermal mass of the high-voltage battery must be a large amount for this be spent on heating energy. While charging the high-voltage battery by connecting to an external power source come here in from the prior art known methods electrical heating elements used, so the charging of the high-voltage battery particularly large and special can be done efficiently.
Beim Start des eine vergleichsweise kalte Hochvoltbatterie aufweisenden Fahrzeugs und beim anschließenden Fahren bei vergleichsweise niedriger Außentemperatur kann ein Teil der Energie aus der Hochvoltbatterie über die elektrischen Heizelemente zum schnellen Erwärmen der Hochvoltbatterie eingesetzt werden. Dies hat allerdings den Nachteil, dass der Energiegehalt der Hochvoltbatterie und somit die Reichweite des Fahrzeugs reduziert wird.At the Start of a comparatively cold high-voltage battery having Vehicle and the subsequent Driving at a comparatively low outside temperature can be a part the energy from the high-voltage battery via the electrical heating elements for quick heating the high-voltage battery can be used. However, this has the disadvantage that the energy content of the high-voltage battery and thus the range of the vehicle is reduced.
Wird die Hochvoltbatterie im Fahrbetrieb bei niedriger Außentemperatur jedoch nicht aktiv erwärmt, so ist die Leistungsaufnahme und die Leistungsabgabe der Hochvoltbatterie über einen vergleichsweise langen Zeitraum hinweg eingeschränkt. Je nach Fahrweise kann es aufgrund der hohen thermischen Masse der Hochvoltbatterie dazu kommen, dass sich diese im Fahrbetrieb nur sehr langsam erwärmt.Becomes the high-voltage battery while driving at low outside temperature but not actively heated, Thus, the power consumption and the power output of the high-voltage battery via a restricted for a relatively long period of time. Depending on the driving style can due to the high thermal mass of the high-voltage battery come that it warms up while driving very slowly.
Als nachteilig bei einer fehlenden Vorwärmung oder langsamen Erwärmung der Hochvoltbatterie im Fahrbetrieb ist der Umstand anzusehen, dass beim elektrischen Fahrbetrieb die Fahrleistung stark reduziert ist, und dass eine effiziente Rekuperation, also ein Aufnehmen von elektrischer Energie durch rückgewonnene Bremsenergie nicht möglich ist. Wenn Bremsenergie nicht durch Umwandeln in elektrische Energie rückgewonnen werden kann, muss wie bei herkömmlichen, nicht-elektrischen Fahrzeugen die Bremsenergie in Wärme umgewandelt werden. Dies reduziert bei dem Fahrzeug mit elektrischem Antrieb die Reichweite des Fahrzeugs gegenüber einer Betriebsweise des Fahrzeugs, in welcher die Rekuperation ermöglicht ist. Darüber hinaus wird die Bremsanlage des Fahrzeugs besonders stark belastet und sogar stärker als bei lediglich einen verbrennungsmotorischen Antrieb aufweisenden Fahrzeugen, da hier der Verbrennungsmotor ein vergleichsweise großes Bremsmoment bereitstellt.A disadvantage of a lack of preheating or slow heating of the high-voltage battery while driving is the fact that the driving performance is greatly reduced in electric driving, and that efficient recuperation, so recording electrical energy by recovered braking energy not possible is. If braking energy can not be recovered by converting it into electrical energy, then, as with conventional, non-electric vehicles, the braking energy must be converted to heat. This reduces in the vehicle with electric drive, the range of the vehicle over a mode of operation of the vehicle in which the recuperation is enabled. In addition, the brake system of the vehicle is particularly heavily loaded and even stronger than in only one internal combustion engine drive vehicles, since here the engine provides a comparatively large braking torque.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Kühlanordnung der eingangs genannten Art sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs mit elektrischem Antrieb zu schaffen, welche bzw. welches einen besonders effizienten Einsatz des wenigstens einen elektrischen Energiespeichers ermöglicht.task The present invention is therefore a cooling arrangement of the type mentioned and a method of operating a vehicle with electric Drive to create which or which is a particularly efficient Use of at least one electrical energy storage allows.
Diese Aufgabe wird durch eine Kühlanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.These Task is by a cooling arrangement with the features of claim 1 and by a method solved with the features of claim 10. Advantageous embodiments with appropriate training of the invention are in the dependent claims specified.
Bei der erfindungsgemäßen Kühlanordnung für ein Fahrzeug ist wenigstens ein elektrischer Energiespeicher in einen ersten Kühlkreislauf eingebunden. Wenigstens eine weitere beim Betreiben Wärme freisetzende Einrichtung ist in einen zweiten Kühlkreislauf eingebunden. Die Kühlanordnung umfasst wenigstens ein Kopplungselement, mittels welchem der wenigstens eine elektrische Energiespeicher in den zweiten Kühlkreislauf einbindbar ist. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die wenigstens eine beim Betreiben Abwärme freisetzende weitere Einrichtung üblicherweise ihre Abwärme über einen Kühler ungenutzt an die Umgebung abführt. Unter Abwärme ist vorliegend die beim Betreiben der Einrichtung freigesetzte Wärme zu verstehen, welche insbesondere zur Schonung der Einrichtung vor einer unerwünschten Wärmebelastung abgeführt wird.at the cooling arrangement according to the invention for a vehicle is at least an electrical energy storage in a first Cooling circuit involved. At least one more heat-releasing when operating Device is integrated in a second cooling circuit. The cooling arrangement comprises at least one coupling element, by means of which the at least an electrical energy storage in the second cooling circuit einbindbar is. The invention is based on the finding that the at least one when operating waste heat releasing another device usually their waste heat over a cooler unused to the environment dissipates. Under waste heat In the present case, the heat released during operation of the device is to be understood. which in particular to protect the device from unwanted heat stress is dissipated.
Wenn also die Abwärme auf den wenigstens einen elektrischen Energiespeicher übertragen wird, so kann dieser besonders rasch ausgehend von einer vergleichsweise niedrigen Ausgangstemperatur auf eine Betriebstemperatur gebracht werden, welche mit einer verbesserten Leistungsaufnahme und Leistungsabgabe des Energiespeichers einhergeht. Dies verbessert die elektrische Fahrleistung sowohl bei einem Mildhybrid- als auch bei einem Vollhybrid-Fahrzeug oder bei einem Elektrofahrzeug. Des Weiteren ist der energieeffiziente Rekuperationsbetrieb, bei welchem Bremsenergie in elektrische Energie gewandelt wird, besonders rasch möglich und die Reichweite des Fahrzeugs besonders groß.If So the waste heat transferred to the at least one electrical energy storage is, this can be particularly quickly starting from a comparatively low outlet temperature brought to an operating temperature which are with improved power consumption and power output the energy storage is accompanied. This improves the electrical Performance in both a mild hybrid and a full hybrid vehicle or in an electric vehicle. Furthermore, the energy efficient Recuperation operation, in which braking energy into electrical energy is converted, particularly quickly possible and the range of the Vehicle especially big.
Wird zum Erhöhen der Temperatur des wenigstens einen elektrischen Energiespeichers zusätzlich eine elektrische Heizeinrichtung eingesetzt, so ist ein lediglich geringer elektrischer Energiebedarf dieser Heizeinrichtung gegeben, da die Abwärme der wenigstens einen weiteren Einrichtung zum Erwärmen des elektrischen Energiespeichers genutzt wird. Da der elektrische Energiespeicher dann besonders rasch besonders viel Energie abgeben kann, ist selbst bei kalter Außentemperatur eine besonders gute Fahrleistung des Fahrzeugs, insbesondere eine gute Beschleunigung und eine hohe maximale Geschwindigkeit erreichbar.Becomes to increase the temperature of the at least one electrical energy store additionally used an electric heater, so is a merely given low electrical energy demand of this heater, because the waste heat the at least one further device for heating the electrical energy storage is used. As the electrical energy storage then you can release extra energy especially quickly in cold outside temperature a particularly good driving performance of the vehicle, in particular a good acceleration and a high maximum speed achievable.
Der effiziente Einsatz des wenigstens einen elektrischen Energiespeichers zeigt sich auch darin, dass beim Bremsen Energie rückgewonnen werden kann, so dass zusätzlich die Bremsanlage des Fahrzeugs geschont wird. Auch die Lebensdauer des wenigstens einen elektrischen Energiespeichers kann so verlängert werden, da besonders rasch eine für den Betrieb des wenigstens einen elektrischen Energiespeichers günstige Temperatur erreicht wird. Unabhängig davon, ob es sich bei dem Fahrzeug um ein rein elektrisch angetriebenes Fahrzeug oder ein Fahrzeug handelt, welches den elektrischen Antrieb lediglich unterstützend nutzt, ist bei niedriger Außentemperatur, also im Winter, eine besonders große Reichweite des Fahrzeugs erreichbar.Of the efficient use of the at least one electrical energy store is also reflected in the fact that recovered energy when braking can be, so in addition the brake system of the vehicle is spared. Also the life span of the at least one electrical energy store can be extended so because especially fast one for the Operation of the at least one electrical energy store favorable temperature is reached. Independently of whether the vehicle is a purely electric powered Vehicle or a vehicle, which is the electric drive only supportive uses, is at low outside temperature, so in winter, a particularly long range of the vehicle reachable.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die wenigstens eine weitere beim Betreiben Abwärme freisetzende Einrichtung einen Elektromotor und/oder eine Verbrennungskraftmaschine und/oder ein Getriebe und/oder ein Ladegerät zum Laden des elektrischen Energiespeichers und/oder einen Spannungswandler und/oder eine Stromverteilungseinrichtung und/oder einen Brennstoffzellenstapel und/oder einen Generator und/oder eine Abgasanlage und/oder einen Ladelufttrakt. Statt die Abwärme einer oder mehrerer solcher Einrichtungen ausschließlich an die Umgebung abzuführen, nutzt die vorliegende Kühleranordnung deren Abwärme gezielt, um den wenigstens einen elektrischen Energiespeicher mit dieser zu beaufschlagen. Der wenigstens eine elektrische Energiespeicher stellt also in dem Kühlkreislauf, in den die wenigstens eine beim Betreiben Abwärme freisetzende Einrichtung eingebunden ist, eine Wärmesenke dar. Die Wärmesenke verbessert den Betrieb der Einrichtung, da deren Überhitzung vermieden wird. Gleichzeitig nutzt die Wärmesenke die Abwärme, um eine Betriebstemperatur zu erreichen, welche eine hohe Leistungsaufnahme und Leistungsabgabe mit sich bringt.In an advantageous embodiment of the invention comprises at least another when operating waste heat releasing device an electric motor and / or an internal combustion engine and / or a transmission and / or a charger for charging the electrical Energy storage and / or a voltage converter and / or a power distribution device and / or a fuel cell stack and / or a generator and / or a Exhaust system and / or a charge air tract. Instead of the waste heat of a or more of such facilities exclusively dissipate to the environment uses the present radiator assembly their waste heat targeted, with the at least one electrical energy storage to impose this. The at least one electrical energy store So in the cooling circuit, into which the at least one device releasing waste heat when operating is, a heat sink dar. The heat sink improves the operation of the device, as its overheating is avoided. At the same time, the heat sink uses the waste heat to reach an operating temperature, which is a high power consumption and power delivery.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs mit elektrischem Antrieb wird wenigstens ein elektrischer Energiespeicher des Fahrzeugs erwärmt, wobei zum Erwärmen des wenigstens einen elektrischen Energiespeichers ein den wenigstens einen elektrischen Energiespeicher umfassender erster Kühlkreislauf mit einem zweiten Kühlkreislauf gekoppelt wird, in welchen Abwärme eingebracht wird, welche durch ein Betreiben wenigstens einer weiteren Einrichtung erzeugt wird.In the inventive method for Operating a vehicle with electric drive, at least one electrical energy storage of the vehicle is heated, wherein for heating the at least one electrical energy storage a comprehensive at least one electrical energy storage first cooling circuit is coupled to a second cooling circuit, in which waste heat is introduced, which by operating at least a further device is generated.
Die für die erfindungsgemäße Kühlanordnung beschriebenen Vorteile und bevorzugten Ausführungsformen gelten auch für das erfindungsgemäße Verfahren.The for the Cooling arrangement according to the invention described advantages and preferred embodiments also apply to the inventive method.
Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten 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.The features and feature combinations mentioned above in the description as well as the below mentioned in the figure description and / or in the figures alone shown features and feature combinations are not only in the specified combination, but also usable in other combinations or in isolation, without to leave the scope of the invention.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen, in welchen gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen sind. Dabei zeigen:Further Advantages, features and details of the invention will become apparent the claims, the following description of preferred embodiments and with reference to the Drawings in which identical or functionally identical elements with identical Reference numerals are provided. Showing:
Eine
Hochvoltbatterie
In
analoger Weise sorgt ein zweiter Kühlkreislauf
Hat
die Hochvoltbatterie
Ein
stromabwärts
der Hochvoltbatterie
Diese
Betriebsweise der Kühlanordnung
Dieselbe
Pumpe
Die
Pumpe
Bei
der Wärmequelle
Bei
der in
Bei
der in
Bei
der in
Die
in
Im
Gegensatz zu der in
Die
in
Bei
der in
Bei
der in
Bei
der in
Bei
der in
Die
für die
kühlmittelgekühlten Hochvoltbatterien
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