Die Erfindung betrifft Verfahren zum Erwärmen einer Batterie eines Hybridantriebsstrangs eines Fahrzeugs nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.The invention relates to a method for heating a battery of a hybrid drive train of a vehicle according to the features of the preamble of claim 1.
Aus dem Stand der Technik ist, wie in der DE 10 2010 032 088 A1 beschrieben, ein Verfahren zum Beheizen eines Batteriesystems mit wenigstens zwei Batterien oder Batterieabschnitten bekannt. Die Beheizung des Batteriesystems erfolgt durch das abwechselnde Laden und Entladen des Batteriesystems mit einem Wechselstrom. Die Beaufschlagung mit dem Wechselstrom ist für die eine Batterie oder den einen Batterieabschnitt phasenversetzt zur Beaufschlagung mit Wechselstrom der anderen Batterie oder des anderen Batterieabschnitts. Die Wechselströme sind so phasenversetzt, dass mit dem Batteriesystem auch während des Beheizens eine zumindest annähernd konstante Spannung bereitgestellt wird.From the prior art, as in the DE 10 2010 032 088 A1 described a method for heating a battery system with at least two batteries or battery sections. The heating of the battery system is carried out by alternately charging and discharging the battery system with an alternating current. The application of the alternating current for one of the battery or the one battery section is out of phase for the application of alternating current of the other battery or of the other battery section. The alternating currents are phase-shifted so that an at least approximately constant voltage is provided by the battery system even during heating.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zum Erwärmen einer Batterie eines Hybridantriebsstrangs eines Fahrzeugs anzugeben.The invention is based on the object to provide a comparison with the prior art improved method for heating a battery of a hybrid powertrain of a vehicle.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Erwärmen einer Batterie eines Hybridantriebsstrangs eines Fahrzeugs mit den Merkmalen des Anspruchs 1.The object is achieved by a method for heating a battery of a hybrid drive train of a vehicle having the features of claim 1.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.
In einem Verfahren zum Erwärmen einer Batterie eines Hybridantriebsstrangs eines Fahrzeugs, wobei der Hybridantriebsstrang einen Verbrennungsmotor, eine elektrische Maschine und einen mit der Batterie und der elektrischen Maschine elektrisch gekoppelten Inverter umfasst, wird erfindungsgemäß bei einer Batterietemperatur unterhalb eines ersten Grenzwertes der Inverter des Hybridantriebsstrangs in einen Dreiphasenkurzschluss geschaltet und die elektrische Maschine vom Verbrennungsmotor angetrieben, wobei eine dadurch im Inverter und/oder in der elektrischen Maschine erzeugte Wärme der Batterie zugeführt wird. Bei einer Batterietemperatur ab dem ersten Grenzwert wird die Batterie durch zyklisches Laden und Entladen erwärmt.In a method for heating a battery of a hybrid powertrain of a vehicle, wherein the hybrid powertrain comprises an internal combustion engine, an electric machine and an inverter electrically coupled to the battery and the electric machine, according to the invention at a battery temperature below a first limit, the inverter of the hybrid powertrain in a Switched three-phase short circuit and the electric machine driven by the internal combustion engine, whereby a heat generated thereby in the inverter and / or in the electric machine of the battery is supplied. At a battery temperature above the first threshold, the battery is heated by cycling and discharging.
Durch die erfindungsgemäße Lösung wird es ermöglicht, die Batterie schnell zu erwärmen, d. h. schnell einen optimalen Temperaturbereich der Batterie zu erreichen, wodurch eine Funktionsfähigkeit des Hybridantriebsstrangs sichergestellt und die Funktion des Hybridantriebsstrangs optimiert wird. Des Weiteren resultieren aus der erfindungsgemäßen Lösung im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten Beheizungsmöglichkeiten erhebliche Vorteile, da keine externe Stromquelle und keine weiteren Bauteile erforderlich sind und ein effizientes Erwärmen der Batterie auch bei sehr niedrigen Temperaturen ermöglicht wird.The inventive solution makes it possible to heat the battery quickly, d. H. quickly reach an optimal temperature range of the battery, thereby ensuring a functionality of the hybrid powertrain and the function of the hybrid powertrain is optimized. Furthermore, the solution according to the invention results in considerable advantages in comparison to heating possibilities known from the prior art, since no external power source and no further components are required and efficient heating of the battery is made possible even at very low temperatures.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.Embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to drawings.
Dabei zeigen:Showing:
1 eine schematische Darstellung eines Hybridantriebsstrangs eines Fahrzeugs, und 1 a schematic representation of a hybrid powertrain of a vehicle, and
2 eine schematische Darstellung eines Ablaufs eines Verfahrens zum Erwärmen einer Batterie eines Hybridantriebsstrangs eines Fahrzeugs. 2 a schematic representation of a sequence of a method for heating a battery of a hybrid powertrain of a vehicle.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are provided in all figures with the same reference numerals.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Hybridantriebsstrangs 1 eines Fahrzeugs F. Der Hybridantriebsstrang 1 umfasst einen Verbrennungsmotor 2, beispielsweise einen Ottomotor oder einen Dieselmotor, eine elektrische Maschine 3, eine Batterie 4, d. h. einen elektrochemischen Energiespeicher, welcher insbesondere als eine Hochvoltbatterie ausgebildet ist, und einen mit der Batterie 4 und der elektrischen Maschine 3 elektrisch gekoppelten Inverter 5, auch als Wechselrichter bezeichnet. Die Batterie 4 dient der elektrischen Energieversorgung der elektrischen Maschine 3 zum Antrieb des Fahrzeugs F und wird daher auch als Traktionsbatterie bezeichnet. 1 shows a schematic representation of a hybrid powertrain 1 of a vehicle F. The hybrid powertrain 1 includes an internal combustion engine 2 , For example, a gasoline engine or a diesel engine, an electric machine 3 , a battery 4 , ie an electrochemical energy store, which is designed in particular as a high-voltage battery, and one with the battery 4 and the electric machine 3 electrically coupled inverter 5 , also referred to as inverter. The battery 4 serves the electrical power supply of the electric machine 3 for driving the vehicle F and is therefore also referred to as a traction battery.
Im hier dargestellten Beispiel ist der Verbrennungsmotor 2 mit der elektrischen Maschine 3 über eine Kupplung 6 mechanisch koppelbar und entkoppelbar. Des Weiteren sind im hier dargestellten Beispiel, je nachdem, ob die Kupplung 6 geöffnet oder geschlossen ist, die elektrische Maschine 3 allein oder der Verbrennungsmotor 2 und die elektrische Maschine 3 über ein Getriebe 7, beispielsweise ein automatisiertes Schaltgetriebe, mit einer Antriebsachse 8 und somit mit Antriebsrädern 9 des Fahrzeugs F mechanisch verbunden.In the example shown here is the internal combustion engine 2 with the electric machine 3 via a clutch 6 mechanically coupled and decoupled. Furthermore, in the example shown here, depending on whether the clutch 6 open or closed, the electric machine 3 alone or the internal combustion engine 2 and the electric machine 3 via a gearbox 7 , For example, an automated transmission, with a drive axle 8th and thus with drive wheels 9 the vehicle F mechanically connected.
In anderen Ausführungsbeispielen kann eine andere mechanische Kopplung des Verbrennungsmotors 2 und/oder der elektrischen Maschine 3 oder mehrerer elektrischer Maschinen 3 mit einer oder mehreren Antriebsachsen 8 und/oder einem oder mehreren Antriebsrädern 9 erfolgen. Des Weiteren können in anderen Ausführungsbeispielen an Stelle der Batterie 4 oder zusätzlich zur Batterie 4 ein oder mehrere andere Speichermedien zur Speicherung elektrischer Energie vorgesehen sein, beispielsweise Kondensatoren, insbesondere so genannte Superkondensatoren oder Ultrakondensatoren, auch als Supercaps oder Ultracaps bezeichnet.In other embodiments, another mechanical coupling of the internal combustion engine 2 and / or the electric machine 3 or more electrical machines 3 with one or more drive axles 8th and / or one or more drive wheels 9 respectively. Furthermore, in other embodiments, instead of the battery 4 or in addition to the battery 4 one or more other storage media for storing electrical energy may be provided, for example, capacitors, in particular so-called Supercapacitors or ultracapacitors, also referred to as supercaps or ultracaps.
Der Inverter 5 weist im dargestellten Beispiel ein Motorsteuergerät 10 auf oder ist mit einem solchen gekoppelt. Die Batterie 4, welche beispielsweise als eine Lithium-Ionen-Batterie ausgebildet ist, weist im dargestellten Beispiel ein Batteriemanagementsystem 11 auf oder ist mit einem solchen gekoppelt. Ein solches Batteriemanagementsystem 11 überwacht und steuert und/oder regelt beispielsweise Lade- und Entladevorgänge der Batterie 4 und überwacht zweckmäßigerweise weitere Batterieparameter, beispielsweise eine Batterietemperatur T.The inverter 5 has an engine control unit in the example shown 10 on or is coupled with such. The battery 4 , which is designed for example as a lithium-ion battery, in the example shown has a battery management system 11 on or is coupled with such. Such a battery management system 11 monitors and controls and / or regulates, for example, charging and discharging the battery 4 and expediently monitors further battery parameters, for example a battery temperature T.
Um die Batterie 4 insbesondere zur elektrischen Energieversorgung der elektrischen Maschine 3 und somit zum Antrieb des Fahrzeugs F und zudem zur Rekuperation nutzen zu können, ist es erforderlich, die Batterie 4 in einem vorgegebenen Temperaturbereich zu betreiben. Kritisch sind insbesondere niedrige Außentemperaturen und daraus resultierende niedrige Batterietemperaturen T von beispielsweise kleiner als 0°C. Systembedingt kann die Batterie 4 bei solchen niedrigen Batterietemperaturen T keine elektrische Energie oder nur sehr wenig elektrische Energie zur Verfügung stellen oder aufnehmen. Damit die Batterie 4 in solchen Fällen möglichst schnell in einen betriebsfähigen Temperaturbereich gebracht werden kann, ist es sinnvoll, die Batterie 4 gezielt zu erwärmen.To the battery 4 in particular for the electrical power supply of the electrical machine 3 and thus to use to drive the vehicle F and also for recuperation, it is necessary to use the battery 4 to operate in a predetermined temperature range. In particular, low outside temperatures and resulting low battery temperatures T of, for example, less than 0 ° C. are critical. Due to the system, the battery 4 at such low battery temperatures T no electrical energy or very little electrical energy available or record. So the battery 4 In such cases, as quickly as possible can be brought into an operable temperature range, it makes sense the battery 4 to warm specifically.
Aus dem Stand der Technik sind hierfür insbesondere Konzepte bekannt, die aus entsprechenden Heizmethoden aus Anwendungen bei normalen PKW-Batterien oder LKW-Batterien abgeleitet wurden, d. h. die Erwärmung der Batterie 4 erfolgt im Stand der Technik durch elektrische Heizelemente oder durch Kopplung mit einem Kühlkreislauf des Verbrennungsmotors 2. Nachteilig beim Heizen mit elektrischen Heizelementen ist, dass eine elektrische Stromquelle notwendig ist. Da die Batterie 4 jedoch bei niedrigen Batterietemperaturen T nur bedingt einsetzbar ist, wie oben beschrieben, muss eine elektrische Energieversorgung derartiger elektrischer Heizelemente über einen fahrzeugexternen elektrischen Stromanschluss erfolgen, d. h. es ist eine entsprechende fahrzeugexterne Infrastruktur erforderlich. Des Weiteren ist es erforderlich, das elektrische Heizelement im Fahrzeug F zu verbauen. Die weitere Möglichkeit der Kopplung der Batterie 4 mit dem Kühlkreislauf des Verbrennungsmotors 2 erfordert ebenfalls einen erhöhten Aufwand, beispielsweise sind eine Verrohrung, eine Sensorik und eine Regelung erforderlich. Beide Konzepte führen somit zu erheblichen Nachteilen, wie beispielsweise Mehrkosten, Zusatzgewicht und Verringerung eines im Fahrzeug F zur Verfügung stehenden Bauraums.For this purpose, in particular concepts are known from the prior art, which were derived from appropriate heating methods from applications in normal car batteries or truck batteries, ie the heating of the battery 4 takes place in the prior art by electrical heating elements or by coupling with a cooling circuit of the internal combustion engine 2 , A disadvantage of heating with electrical heating elements is that an electrical power source is necessary. Because the battery 4 However, at low battery temperatures T is only conditionally applicable, as described above, an electrical energy supply of such electrical heating elements must be done via an external electric power connection, ie it is a corresponding off-vehicle infrastructure required. Furthermore, it is necessary to obstruct the electric heating element in the vehicle F. The further possibility of coupling the battery 4 with the cooling circuit of the internal combustion engine 2 also requires an increased effort, for example, a piping, sensors and control are required. Both concepts thus lead to considerable disadvantages, such as additional costs, additional weight and reduction of a space available in the vehicle F space.
Bei der im Folgenden beschriebenen und in 2 dargestellten Lösung wird, im Gegensatz zu diesen aus dem Stand der Technik bekannten Heizmöglichkeiten, zum Erwärmen der Batterie 4 vorteilhafterweise eine Kombination aus zwei verschiedenen Erwärmungsmethoden EM1, EM2 verwendet, die sich zu einem optimalen Gesamtkonzept ergänzen, um möglichst schnell eine optimale Betriebstemperatur der Batterie 4 zu erreichen. Bei sehr niedrigen Temperaturen, d. h. bei einer Batterietemperatur T unterhalb eines vorgegebenen ersten Grenzwertes x, wird die erste Erwärmungsmethode EM1 eingesetzt, bei welcher die Batterie 4 insbesondere über eine Verlustwärme des Inverters 5 erwärmt wird. Hierzu wird der Inverter 5 in einen Dreiphasenkurzschluss geschaltet. Des Weiteren ist eine thermische Kopplung des Inverters 5 mit der Batterie 4 erforderlich, um die Verlustwärme des Inverters 5 auf die Batterie 4 übertragen zu können. Alternativ oder vorteilhafterweise zusätzlich zur Nutzung der Verlustwärme des Inverters 5 ist bei dieser ersten Erwärmungsmethode EM1 und bei einer entsprechenden thermischen Kopplung von Batterie 4 und elektrischer Maschine 3 auch eine Nutzung einer Verlustwärme der elektrischen Maschine 3 zum Erwärmen der Batterie 4 möglich.In the below described and in 2 shown solution, in contrast to these known from the prior art heating options, for heating the battery 4 advantageously a combination of two different heating methods EM1, EM2 used, which complement each other to an optimal overall concept to as quickly as possible an optimal operating temperature of the battery 4 to reach. At very low temperatures, ie at a battery temperature T below a predetermined first limit value x, the first heating method EM1 is used, in which the battery 4 in particular via a heat loss of the inverter 5 is heated. For this purpose, the inverter 5 switched to a three-phase short circuit. Furthermore, a thermal coupling of the inverter 5 with the battery 4 required to reduce the heat loss of the inverter 5 on the battery 4 to be able to transfer. Alternatively or advantageously, in addition to the use of the heat loss of the inverter 5 is at this first heating method EM1 and at a corresponding thermal coupling of battery 4 and electric machine 3 also a use of a loss of heat of the electric machine 3 for heating the battery 4 possible.
Hat die Batterietemperatur T den vorgegebenen ersten Grenzwert x erreicht, ist die zweite Erwärmungsmethode EM2 effizienter. Bei dieser zweiten Erwärmungsmethode EM2 wird ein innerer elektrischer Widerstand der Batterie 4 genutzt, d. h. die Batterie 4 wird über ihren inneren elektrischen Widerstand durch aktiv angesteuertes zyklisches Laden und Entladen erwärmt.If the battery temperature T has reached the predetermined first limit value x, the second heating method EM2 is more efficient. In this second heating method EM2 becomes an internal electrical resistance of the battery 4 used, ie the battery 4 is heated by its internal electrical resistance through actively controlled cyclic charging and discharging.
Bei der ersten Erwärmungsmethode EM1, d. h. beim Erwärmen der Batterie 4 mittels Verlustwärme des Inverters 5 und/oder der elektrischen Maschine 3, werden drei untere Bipolartransistoren mit isolierter Gate-Elektrode (IGBT) dreier Halbbrücken des Inverters 5 eingeschaltet und damit die drei elektrischen Phasen der elektrischen Maschine 3 kurzgeschlossen. Dadurch wird es ermöglicht, im Inverter 5 vermehrt Wärme freizusetzen, ohne die Batterie 4 zu belasten. Die elektrische Maschine 3 wird nach dem Starten des Fahrzeugs F durch den Verbrennungsmotor 2 angetrieben, wodurch in Wicklungen der elektrischen Maschine 3 eine Spannung induziert wird, die durch den Kurzschluss einen elektrischen Stromfluss verursacht. Dieser Stromfluss führt, bedingt durch Durchlasswiderstände der Bipolartransistoren mit isolierter Gate-Elektrode im Inverter 5, zur Erwärmung des Inverters 5. Ebenso erwärmt sich die elektrische Maschine 3.In the first heating method EM1, ie when heating the battery 4 by means of heat loss of the inverter 5 and / or the electric machine 3 , three lower bipolar transistors with insulated gate electrode (IGBT) are three half bridges of the inverter 5 switched on and thus the three electrical phases of the electric machine 3 shorted. This makes it possible in the inverter 5 Increased release of heat without the battery 4 to charge. The electric machine 3 is after starting the vehicle F by the internal combustion engine 2 driven, resulting in windings of the electric machine 3 a voltage is induced which causes an electric current flow through the short circuit. This current flow is due to on-resistance of the insulated gate bipolar transistors in the inverter 5 , for heating the inverter 5 , Likewise, the electric machine heats up 3 ,
Die im Inverter 5 und/oder in der elektrischen Maschine 3 auf diese Weise erzeugte Wärme kann dann über die thermische Kopplung mit der Batterie 4 der Batterie 4 zugeführt werden. Eine solche thermische Kopplung kann beispielsweise in Form eines gemeinsamen Temperierkreislaufs realisiert werden, wie er zum Beispiel in der DE 10 2013 010 331 A1 der Anmelderin, deren vollständiger Inhalt hiermit durch Referenz aufgenommen wird, beschrieben wird. Beispielsweise wird zur Abfuhr der im Betrieb des Hybridantriebsstrangs 1 an dessen Komponenten entstehenden Verlustwärme ohnehin eine Flüssigkeitskühlung eingesetzt. Bei einer entsprechenden thermischen Kopplung eines solchen Kühlkreislaufs oder mehrerer Kühlkreisläufe mit der Batterie 4 und mit dem Inverter 5 und/oder der elektrischen Maschine 3 kann über einen solchen Kühlkreislauf oder mehrere solcher Kühlkreisläufe ebenfalls der Wärmetransport vom Inverter 5 und/oder von der elektrischen Maschine 3 zur Batterie 4 realisiert werden, um die Batterie 4 dadurch auf die oben beschriebene Weise zu erwärmen.The in the inverter 5 and / or in the electric machine 3 Heat generated in this way can then be thermally coupled to the battery 4 the battery 4 be supplied. Such thermal coupling can be realized, for example in the form of a common tempering, as it is for example in the DE 10 2013 010 331 A1 of the assignee, the entire contents of which are hereby incorporated by reference. For example, for the removal of the operation of the hybrid powertrain 1 Any loss of heat generated at the components thereof is in any case used for liquid cooling. With a corresponding thermal coupling of such a cooling circuit or multiple cooling circuits with the battery 4 and with the inverter 5 and / or the electric machine 3 can also heat transport from the inverter via such a cooling circuit or more such cooling circuits 5 and / or from the electric machine 3 to the battery 4 be realized to the battery 4 thereby to heat in the manner described above.
Diese erste Erwärmungsmethode EM1, d. h. das Erwärmen der Batterie 4 durch Schalten des Inverters 5 in den Dreiphasenkurzschluss, Antreiben der elektrischen Maschine 3 mittels des Verbrennungsmotors 2 und Zuführen der im Inverter 5 und/oder in der elektrischen Maschine 3 erzeugten Wärme zur Batterie 4, weist zwar auch Nachteile auf. Beispielsweise erwärmt sich nicht nur der Inverter 5, sondern die elektrische Maschine 3 erwärmt sich durch den fließenden elektrischen Strom ebenfalls. Die Wärme vom Inverter 5 muss ferner in das Innere der Batterie 4 transportiert werden. Des Weiteren ist eine Heizleistung des Inverters 5 limitiert und zudem erzeugt die elektrische Maschine 3 ein negatives Moment, welches vom Verbrennungsmotor 2 aufgebracht werden muss. Die aus dieser ersten Erwärmungsmethode EM1 resultierenden Vorteile überwiegen diese Nachteile jedoch bei weitem. Der wesentliche Vorteil dieser ersten Erwärmungsmethode EM1 besteht darin, dass auch bei sehr niedrigen Batterietemperaturen T der Batterie 4 schnell und effizient und insbesondere ohne Zusatzaggregate Wärme zugeführt werden kann. Des Weiteren wird durch die Kombination der beiden Erwärmungsmethoden EM1, EM2 erreicht, dass deren jeweilige Vorteile besonders zum Tragen kommen und deren jeweilige Nachteile vernachlässigbar sind, insbesondere aufgrund dessen, dass die beiden Erwärmungsmethoden EM1, EM2 derart miteinander kombiniert werden, dass jede der Erwärmungsmethoden EM1, EM2 in einem Batterietemperaturbereich durchgeführt wird, in welchem die jeweils verwendete Erwärmungsmethode EM1, EM2 besonders effizient und gut funktioniert.This first heating method EM1, ie heating the battery 4 by switching the inverter 5 in the three-phase short, driving the electric machine 3 by means of the internal combustion engine 2 and feeding in the inverter 5 and / or in the electric machine 3 generated heat to the battery 4 Although it also has disadvantages. For example, not only does the inverter heat up 5 but the electric machine 3 also warms up due to the flowing electric current. The heat from the inverter 5 must also be in the interior of the battery 4 be transported. Furthermore, a heating power of the inverter 5 limited and also produces the electric machine 3 a negative moment, that of the combustion engine 2 must be applied. However, the advantages resulting from this first heating method EM1 far outweigh these disadvantages. The main advantage of this first heating method EM1 is that even at very low battery temperatures T of the battery 4 heat can be supplied quickly and efficiently and in particular without additional units. Furthermore, the combination of the two heating methods EM1, EM2 ensures that their respective advantages come into their own and their respective disadvantages are negligible, in particular due to the fact that the two heating methods EM1, EM2 are combined in such a way that each of the heating methods EM1 , EM2 is performed in a battery temperature range in which each heating method EM1, EM2 used works particularly efficiently and well.
So hat die zweite Erwärmungsmethode EM2, die Batterie 4 über deren inneren elektrischen Widerstand zu erwärmen, den theoretischen Nachteil, dass sie erst ab einer bestimmten Batterietemperatur T, zweckmäßigerweise ab dem vorgegebenen ersten Grenzwert x, effizient eingesetzt werden kann. Dieser Nachteil tritt bei der beschriebenen Kombination der beiden Erwärmungsmethoden EM1, EM2 jedoch nicht ein, da bis zum Erreichen des vorgegebenen ersten Grenzwertes x der Batterietemperatur T nicht die zweite Erwärmungsmethode EM2, sondern die erste Erwärmungsmethode EM1 verwendet wird. Erst bei einer Batterietemperatur T ab dem vorgegebenen ersten Grenzwert x wird die Batterie 4 mittels der zweiten Erwärmungsmethode EM2, d. h. über ihren inneren elektrischen Widerstand, erwärmt, wobei dies durch zyklisches Laden und Entladen erfolgt.So has the second heating method EM2, the battery 4 to heat over the internal electrical resistance, the theoretical disadvantage that it can be used efficiently only from a certain battery temperature T, expediently from the predetermined first limit value x. However, this disadvantage does not occur in the described combination of the two heating methods EM1, EM2, since until reaching the predetermined first limit value x of the battery temperature T, not the second heating method EM2 but the first heating method EM1 is used. Only at a battery temperature T from the predetermined first limit value x is the battery 4 by means of the second heating method EM2, ie, via its internal electrical resistance, heated, this being done by cyclic charging and discharging.
Dieses zyklische Laden und Entladen der Batterie 4 wird zweckmäßigerweise durch eine zyklische Lastpunktverschiebung des Verbrennungsmotors 2 erreicht, d. h. die Batterie 4 wird über die elektrische Maschine 3, welche, im dargestellten Beispiel mittels der geschlossenen Kupplung 6, mit dem Verbrennungsmotor 2 mechanisch gekoppelt ist, durch abwechselnde Lastpunktanhebung und Lastpunktabsenkung des Verbrennungsmotors 2 pulsartig, in kurzen Zyklen, geladen und entladen. Dadurch wird im Inneren der Batterie 4, bedingt durch den inneren elektrischen Widerstand der Batterie 4, genauer gesagt durch den inneren elektrischen Widerstand von Einzelzellen der Batterie 4, Wärme freigesetzt.This cyclic charging and discharging the battery 4 is expediently by a cyclic load point shift of the internal combustion engine 2 reached, ie the battery 4 is about the electric machine 3 , which, in the example shown by means of the closed coupling 6 , with the internal combustion engine 2 is mechanically coupled, by alternating load point increase and load point reduction of the internal combustion engine 2 pulsed, in short cycles, charged and discharged. This will be inside the battery 4 due to the internal electrical resistance of the battery 4 More specifically, by the internal electrical resistance of single cells of the battery 4 , Heat released.
Diese zweite Erwärmungsmethode EM2 ist ab einer bestimmten Batterietemperatur T, d. h. ab dem vorgegebenen ersten Grenzwert x der Batterietemperatur T, aus verschiedenen Gründen effizienter als die oben beschriebene erste Erwärmungsmethode EM1. Insbesondere wird die Wärme direkt im Inneren der Batterie 4 erzeugt und muss somit nicht über eine thermische Kopplung zur Batterie 4 transportiert werden. Des Weiteren kann wesentlich mehr Verlustleistung als bei der oben beschriebenen ersten Erwärmungsmethode EM1 erzeugt und somit die Batterie 4 schneller erwärmt werden. Zudem wird die zuvor beim Laden der Batterie 4 gespeicherte elektrische Energie beim Entladen der Batterie 4 wieder dem Hybridantriebsstrang 1 des Fahrzeugs F zugeführt und vorteilhafterweise zum Antrieb des Fahrzeugs F genutzt, wodurch diese zweite Erwärmungsmethode EM2 energetisch günstiger ist.This second heating method EM2 is more efficient than the first heating method EM1 described above for a variety of reasons, starting at a specific battery temperature T, ie, from the predetermined first limit value x of the battery temperature T. In particular, the heat is directly inside the battery 4 thus does not have a thermal coupling to the battery 4 be transported. Furthermore, significantly more power dissipation can be generated than in the first heating method EM1 described above, and thus the battery 4 be heated faster. In addition, the previously when charging the battery 4 stored electrical energy when discharging the battery 4 again the hybrid powertrain 1 the vehicle F and advantageously used to drive the vehicle F, whereby this second heating method EM2 is energetically favorable.
Der größte Nachteil dieser zweiten Erwärmungsmethode EM2 ist, dass die Einzelzellen der Batterie 4 bei sehr niedrigen Batterietemperaturen T nur sehr wenig Strom aufnehmen können und somit nur wenig Energie in Wärme umgesetzt werden kann. Wie bereits erwähnt, tritt durch die beschriebene Kombination der beiden Erwärmungsmethoden EM1, EM2, wobei die erste Erwärmungsmethode EM1 unterhalb des vorgegebenen ersten Grenzwertes x der Batterietemperatur T durchgeführt wird und die zweite Erwärmungsmethode EM2 erst ab Erreichen des vorgegebenen ersten Grenzwertes x der Batterietemperatur T durchgeführt wird, dieser Nachteil jedoch nicht ein. Die zweite Erwärmungsmethode EM2 wird somit erst dann durchgeführt, wenn sie effizient genutzt werden kann, nämlich ab Erreichen des vorgegebenen ersten Grenzwertes x der Batterietemperatur T.The biggest disadvantage of this second heating method EM2 is that the single cells of the battery 4 At very low battery temperatures T can absorb only very little power and thus only little energy can be converted into heat. As already mentioned, by the described combination of the two heating methods EM1, EM2, the first heating method EM1 is carried out below the predetermined first limit value x of the battery temperature T and the second heating method EM2 is only performed after reaching the predetermined first limit value x of the battery temperature T. However, this disadvantage is not a. The second heating method EM2 is thus performed only when efficient can be used, namely from reaching the predetermined first limit value x of the battery temperature T.
Durch den Vergleich der Vorteile und Nachteile der beiden Erwärmungsmethoden EM1, EM2 ist zu erkennen, dass sich beide zu einem sehr vorteilhaften Gesamtkonzept zum Erwärmen der Batterie 4 ergänzen. Mit diesem Gesamtkonzept ist es möglich, ohne die Verwendung weiterer Komponenten, wie beispielsweise elektrische Heizelemente, einen Betrieb der Batterie 4 auch bei sehr geringen Außentemperaturen sicherzustellen und den Betrieb der Batterie 4 durch schnelle Erwärmung auf einen optimalen Betriebstemperaturbereich zu optimieren.By comparing the advantages and disadvantages of the two heating methods EM1, EM2 it can be seen that both become a very advantageous overall concept for heating the battery 4 complete. With this overall concept, it is possible, without the use of other components, such as electrical heating elements, operation of the battery 4 to ensure even at very low outdoor temperatures and the operation of the battery 4 through rapid heating to an optimal operating temperature range.
2 zeigt die Abfolge der Erwärmungsmethoden EM1, EM2 in Abhängigkeit von der Batterietemperatur T. Wie bereits beschrieben, wird bei sehr niedrigen Batterietemperaturen T, d. h. bei Batterietemperaturen T unterhalb des vorgegebenen ersten Grenzwertes x, die Batterie 4 mit der ersten Erwärmungsmethode EM1 erwärmt. Ist der vorgegebene erste Grenzwert x erreicht, wird die erste Erwärmungsmethode EM1 beendet, d. h. der Dreiphasenkurzschluss des Inverters 5 wird abgeschaltet, und die Batterie 4 wird weiter mittels der zweiten Erwärmungsmethode EM2, d. h. über deren inneren Widerstand, erwärmt. Dies erfolgt zweckmäßigerweise, bis ein vorgegebener zweiter Grenzwert z der Batterietemperatur T erreicht ist. Ab Erreichen dieses vorgegebenen zweiten Grenzwertes z geht die Batterie 4 zweckmäßigerweise in einen normalen Betriebsmodus nBm über, in welchem sie nicht mehr gezielt erwärmt wird. 2 shows the sequence of the heating methods EM1, EM2 as a function of the battery temperature T. As already described, at very low battery temperatures T, ie at battery temperatures T below the predetermined first limit value x, the battery 4 heated with the first heating method EM1. When the predetermined first limit value x is reached, the first heating method EM1 is ended, ie the three-phase short-circuit of the inverter 5 is turned off, and the battery 4 is further heated by means of the second heating method EM2, ie via its internal resistance. This is expediently carried out until a predetermined second limit value z of the battery temperature T is reached. From reaching this predetermined second limit z, the battery goes 4 expediently in a normal operating mode nBm over, in which it is no longer specifically heated.
Sollte eine der Erwärmungsmethoden EM1, EM2 oder sollten beide Erwärmungsmethoden EM1, EM2 nicht innerhalb einer angemessenen Zeit zu einer vorgegebenen Erhöhung der Batterietemperatur T führen, wird die jeweils angewandte Erwärmungsmethode EM1, EM2 zweckmäßigerweise abgeschaltet, sobald diese jeweilige Erwärmungsmethode EM1, EM2 länger als eine vorgegebene Zeit verwendet wurde. D. h. das oben beschriebene gezielte Erwärmen der Batterie 4 mit der ersten Erwärmungsmethode EM1 und/oder mit der zweiten Erwärmungsmethode EM2 wird zweckmäßigerweise nach einem vorgegebenen Zeitraum abgebrochen, wenn innerhalb dieses vorgegebenen Zeitraums eine vorgegebene Temperaturerhöhung der Batterietemperatur T nicht erreicht wird.Should any of the heating methods EM1, EM2 or both of the heating methods EM1, EM2 fail to result in a predetermined increase in the battery temperature T within a reasonable time, the respective heating method EM1, EM2 applied will be deactivated as soon as this respective heating method EM1, EM2 is longer than a predetermined one Time was used. Ie. the targeted heating of the battery as described above 4 with the first heating method EM1 and / or with the second heating method EM2 is expediently terminated after a predetermined period, if within this predetermined period, a predetermined temperature increase of the battery temperature T is not reached.
Der vorgegebene erste Grenzwerte x zum Umschalten von der ersten Erwärmungsmethode EM1 auf die zweite Erwärmungsmethode EM2 und/oder der vorgegebene zweite Grenzwert z zum Beenden der gezielten Erwärmung der Batterie 4 werden zweckmäßigerweise in Abhängigkeit von Batteriedaten der jeweils verwendeten Batterie 4 vorgegeben.The predetermined first limit values x for switching from the first heating method EM1 to the second heating method EM2 and / or the predetermined second limit value z for ending the targeted heating of the battery 4 Expediently, depending on battery data of the battery used 4 specified.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
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11
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HybridantriebsstrangHybrid powertrain
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22
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Verbrennungsmotorinternal combustion engine
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33
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elektrische Maschineelectric machine
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44
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Batteriebattery
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55
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Inverterinverter
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66
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Kupplungclutch
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77
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Getriebetransmission
-
88th
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Antriebsachsedrive axle
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99
-
Antriebsräderdrive wheels
-
1010
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MotorsteuergerätEngine control unit
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1111
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BatteriemanagementsystemBattery Management System
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EM1EM1
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erste Erwärmungsmethodefirst heating method
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EM2EM2
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zweite Erwärmungsmethodesecond heating method
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FF
-
Fahrzeugvehicle
-
nBmn B
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normaler Betriebsmodusnormal operating mode
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TT
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Batterietemperaturbattery temperature
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xx
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erster Grenzwertfirst limit
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zz
-
zweiter Grenzwertsecond limit
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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DE 102010032088 A1 [0002] DE 102010032088 A1 [0002]
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DE 102013010331 A1 [0022] DE 102013010331 A1 [0022]