DE102021129477A1

DE102021129477A1 - Traktionsbatterie-wärmemanagement

Info

Publication number: DE102021129477A1
Application number: DE102021129477.0A
Authority: DE
Inventors: Lars Niklas PETTERSSON
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2020-11-16
Filing date: 2021-11-11
Publication date: 2022-05-19
Also published as: CN114506248A; US11870047B2; US20220158269A1; US20240154200A1

Abstract

Ein Fahrzeug beinhaltet eine Traktionsbatterie mit einer Vielzahl von Zellen, die in Arrays angeordnet und in eine Vielzahl von Kühlzonen gruppiert ist. Ein Wärmemanagementsystem beinhaltet eine Vielzahl von unterschiedlichen Kreisläufen, von der jeder einer der Zonen zugeordnet ist. Das Wärmemanagementsystem ist dazu konfiguriert, jedem der Kreisläufe individuelle Erwärmung oder Kühlung bereitzustellen, um die Temperaturen der Zonen unabhängig zu steuern. Eine Steuerung ist dazu programmiert, als Reaktion darauf, dass eine der Zonen eine erste Schwellentemperatur überschreitet und eine andere der Zonen unter einer zweiten Schwellentemperatur liegt, dem Wärmemanagementsystem zu befehlen, dem Kreislauf, der der einen der Zonen zugeordnet ist, Kühlung bereitzustellen, und dem Wärmemanagementsystem zu befehlen, dem Kreislauf, der der anderen der Zonen zugeordnet ist, Wärme bereitzustellen.

Description

GEBIET DER TECHNIK
Die vorliegende Offenbarung betrifft Traktionsbatteriebaugruppen für Kraftfahrzeuge und insbesondere Wärmemanagementsysteme, die in der Lage sind, unterschiedlichen Zonen der Batterie eine individuelle Erwärmung/Kühlung bereitzustellen.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Fahrzeuge, wie etwa batteriebetriebene Elektrofahrzeuge und Hybridelektrofahrzeuge, enthalten eine Antriebsbatteriebaugruppe, um als Energiequelle für das Fahrzeug zu fungieren. Die Traktionsbatterie kann Komponenten und Systeme zum unterstützenden Verwalten der Fahrzeugleistung sowie von Fahrzeugvorgängen aufweisen. Die Traktionsbatterie kann außerdem Hochspannungskomponenten beinhalten und kann ein Luft- oder Flüssigkeits-Wärmemanagementsystem beinhalten, um die Temperatur der Batterie zu steuern.
KURZDARSTELLUNG
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet ein Fahrzeug eine Traktionsbatterie mit einer Vielzahl von Zellen, die in Arrays angeordnet und in eine Vielzahl von Kühlzonen gruppiert ist. Ein Wärmemanagementsystem beinhaltet eine Vielzahl von unterschiedlichen Kreisläufen, von der jeder einer der Zonen zugeordnet sind. Das Wärmemanagementsystem ist dazu konfiguriert, jedem der Kreisläufe individuelle Erwärmung oder Kühlung bereitzustellen, um die Temperaturen der Zonen unabhängig zu steuern. Eine Steuerung ist dazu programmiert, als Reaktion darauf, dass eine der Zonen eine erste Schwellentemperatur überschreitet und eine andere der Zonen unter einer zweiten Schwellentemperatur liegt, dem Wärmemanagementsystem zu befehlen, dem Kreislauf, der der einen der Zonen zugeordnet ist, Kühlung bereitzustellen, und dem Wärmemanagementsystem zu befehlen, dem Kreislauf, der der anderen der Zonen zugeordnet ist, Wärme bereitzustellen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform beinhaltet ein Fahrzeug eine Traktionsbatterie mit einer Vielzahl von Zellen, die in eine Vielzahl von Kühlzonen gruppiert ist, und einer Vielzahl von Temperatursensoren, von der jeder einer der Zonen zugeordnet und dazu konfiguriert ist, ein Signal auszugeben, das eine Temperatur der zugeordneten Zone angibt. Ein Wärmemanagementsystem beinhaltet eine Vielzahl von unterschiedlichen Kreisläufen, von der jeder einer der Zonen zugeordnet ist und eine Leitung aufweist, die dazu konfiguriert ist, Kühlmittel durch diesen zirkulieren zu lassen, eine Pumpe und Ventile, die jeweils zwischen der Pumpe und einem entsprechenden einen der Kreisläufe verbunden sind, sodass Durchflussraten des Kühlmittels durch jeden der Kreisläufe individuell durch die Ventile gesteuert werden. Eine zugeordnete Steuerung ist dazu programmiert, die Zonen auf Grundlage der Signale von Temperatursensoren von der heißesten zu der kältesten einzustufen und als Reaktion darauf, dass eine Temperatur der kältesten Zone einen oberen Temperaturschwellenwert überschreitet, eine Öffnung des Ventils, das der kältesten Zone zugeordnet ist, zu reduzieren, um die Durchflussrate durch dieses zu reduzieren, und eine Öffnung des Ventils, das der heißesten Zone zugeordnet ist, zu vergrößern, um die Durchflussrate durch dieses zu erhöhen.
Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform beinhaltet eine Traktionsbatteriebaugruppe eine Traktionsbatterie, die eine Vielzahl von Zellen und ein Wärmemanagementsystem beinhaltet. Die Wärmemanagementsysteme beinhalten eine Vielzahl von unterschiedlichen Kreisläufen, von der jeder einem anderen Teilsatz der Zellen zugeordnet ist und eine Leitung aufweist, die dazu konfiguriert ist, Kühlmittel durch diesen zirkulieren zu lassen, und Ventile, die jeweils einen ersten Einlass, der mit einer Heizschleife verbunden ist, einen zweiten Einlass, der mit einer Kühlschleife verbunden ist, und einen Auslass, der mit einem entsprechenden einen der Kreisläufe verbunden ist, aufweisen, wobei jedes Ventil eine erste Position, in der der Auslass und der erste Einlass in Fluidverbindung stehen, um Erwärmung bereitzustellen, und eine zweite Position, in der der Auslass und der zweite Einlass in Fluidverbindung stehen, um Kühlung bereitzustellen, beinhaltet.
Figurenliste

1 ist eine schematische Darstellung eines beispielhaften Hybridfahrzeugs.
2 ist eine perspektivische Ansicht einer Traktionsbatterie gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen.
3 ist eine Draufsicht auf ein Zellenmodul der 2.
4 ist eine schematische Ansicht einer Traktionsbatteriebaugruppe, die eine Traktionsbatterie und ein zugehöriges Wärmemanagementsystem aufweist.
5 ist eine schematische Ansicht einer weiteren Traktionsbatterie mit mehreren vertikalen Schichten von Zonen.
6 ist ein Ablaufdiagramm eines Algorithmus zum Steuern eines Wärmemanagementsystems einer Batterie.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden in dieser Schrift beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich Beispiele sind und andere Ausführungsformen verschiedene und alternative Formen annehmen können. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstabsgetreu; einige Merkmale könnten vergrößert oder verkleinert dargestellt sein, um Details bestimmter Komponenten zu zeigen. Daher sind in der vorliegenden Schrift offenbarte konkrete strukturelle und funktionelle Details nicht als einschränkend auszulegen, sondern lediglich als repräsentative Grundlage, um den Fachmann den vielfältigen Einsatz der vorliegenden Erfindung zu lehren. Für den Durchschnittsfachmann versteht es sich, dass verschiedene Merkmale, die unter Bezugnahme auf eine beliebige der Figuren veranschaulicht und beschrieben sind, mit Merkmalen kombiniert werden können, die in einer oder mehreren anderen Figuren veranschaulicht sind, um Ausführungsformen zu erzeugen, die nicht ausdrücklich veranschaulicht oder beschrieben sind. Die veranschaulichten Kombinationen von Merkmalen stellen repräsentative Ausführungsformen für typische Anwendungen bereit. Verschiedene Kombinationen und Modifikationen der Merkmale, die mit den Lehren dieser Offenbarung übereinstimmen, können jedoch für bestimmte Anwendungen oder Umsetzungen wünschenswert sein.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines typischen Plugin-Hybrid-Elektrofahrzeugs (plug-in hybrid-electric vehicle - PHEV). Bestimmte Ausführungsformen können jedoch auch im Zusammenhang mit Nicht-Plugin-Hybridfahrzeugen und vollelektrischen Fahrzeugen umgesetzt werden. Das Fahrzeug 12 beinhaltet eine oder mehrere elektrische Maschinen 14, die mechanisch mit einem Hybridgetriebe 16 verbunden sind. Die elektrischen Maschinen 14 können dazu in der Lage sein, als Elektromotor oder Generator betrieben zu werden. Des Weiteren kann das Hybridgetriebe 16 mechanisch mit einem Motor 18 verbunden sein. Das Hybridgetriebe 16 kann zudem mechanisch mit einer Antriebswelle 20 verbunden sein, die mechanisch mit den Rädern 22 verbunden ist. Die elektrischen Maschinen 14 können Antriebs- und Abbremsfunktionen bereitstellen, wenn der Motor 18 ein- oder ausgeschaltet ist. Die elektrischen Maschinen 14 fungieren zudem als Generatoren und können Vorteile hinsichtlich der Kraftstoffeffizienz bereitstellen, indem sie durch Nutzbremsung Energie zurückgewinnen. Die elektrischen Maschinen 14 verringern Schadstoffemissionen und erhöhen die Kraftstoffeffizienz, indem sie die Arbeitslast des Motors 18 verringern.
Eine Traktionsbatterie oder ein Batteriepack 24 speichert Energie, die von den elektrischen Maschinen 14 verwendet werden kann. Die Traktionsbatterie 24 stellt in der Regel eine Hochspannungs-Gleichstrom(direct current - DC)-Ausgabe von einem oder mehreren Batteriezellenarrays, mitunter als Batteriezellenstapel bezeichnet, innerhalb der Traktionsbatterie 24 bereit. Die Batteriezellenarrays können eine oder mehrere Batteriezellen beinhalten.
Die Batteriezellen, wie etwa prismatische Zellen, Pouch-Zellen, zylindrische Zellen oder eine beliebige andere Zellenart, wandeln gespeicherte chemische Energie in elektrische Energie um. Die Zellen können ein Gehäuse, eine positive Elektrode (Kathode) und eine negative Elektrode (Anode) beinhalten. Ein Elektrolyt kann ermöglichen, dass sich Ionen während einer Entladung zwischen der Anode und der Kathode bewegen und dann während einer Wiederaufladung zurückfließen. Anschlussklemmen können ermöglichen, dass Strom zur Verwendung durch das Fahrzeug aus der Zelle fließt.
Es können verschiedene Batteriepackkonfigurationen verfügbar sein, um individuellen Fahrzeugvariablen, einschließlich Gehäuseeinschränkungen und Leistungsanforderungen, zu entsprechen. Die Batteriezellen können mithilfe eines Wärmemanagementsystem thermisch reguliert werden. Beispiele für Wärmemanagementsysteme beinhalten Luftkühlungssysteme, Flüssigkühlungssysteme und eine Kombination aus Luft- und Flüssigkühlungssystemen.
Die Traktionsbatterie 24 kann durch ein oder mehrere Schütze (nicht gezeigt) elektrisch mit einem oder mehreren Leistungselektronikmodulen 26 verbunden sein. Das eine oder die mehreren Schütze isolieren im geöffneten Zustand die Traktionsbatterie 24 von anderen Komponenten und verbinden im geschlossenen Zustand die Traktionsbatterie 24 mit anderen Komponenten. Das Leistungselektronikmodul 26 kann elektrisch mit den elektrischen Maschinen 14 verbunden sein und kann die Möglichkeit bereitstellen, elektrische Energie bidirektional zwischen der Traktionsbatterie 24 und den elektrischen Maschinen 14 zu übertragen. Beispielsweise kann eine übliche Traktionsbatterie 24 eine Gleichspannung bereitstellen, während die elektrischen Maschinen 14 unter Umständen eine Dreiphasenwechselstromspannung (AC-Spannung) (alternating current - AC) benötigen, um zu funktionieren. Das Leistungselektronikmodul 26 kann die Gleichspannung in eine Dreiphasenwechselspannung umwandeln, wie durch die elektrischen Maschinen 14 erfordert. In einem Regenerationsmodus kann das Leistungselektronikmodul 26 die Dreiphasenwechselspannung aus den elektrischen Maschinen 14, die als Generatoren fungieren, in die Gleichspannung umwandeln, die durch die Traktionsbatterie 24 erfordert wird. Die Beschreibung in dieser Schrift gilt gleichermaßen für ein vollelektrisches Fahrzeug. In einem vollelektrischen Fahrzeug kann es sich bei dem Hybridgetriebe 16 um einen Getriebekasten handeln, der mit einer elektrischen Maschine 14 verbunden ist, und in diesem ist der Verbrennungsmotor 18 nicht vorhanden.
Zusätzlich zum Bereitstellen von Vortriebsenergie kann die Traktionsbatterie 24 Energie für weitere elektrische Fahrzeugsysteme bereitstellen. Ein übliches System kann ein DC/DC-Wandlermodul 28 beinhalten, das die Hochspannungs-DC-Ausgabe der Traktionsbatterie 24 in eine Niederspannungs-DC-Versorgung umwandelt, die mit anderen Fahrzeugkomponenten kompatibel ist. Andere Hochspannungsverbraucher, wie etwa Verdichter und elektrische Heizgeräte, können ohne die Verwendung eines DC/DC-Wandlermoduls 28 direkt mit der Hochspannungsversorgung verbunden sein. In einem üblichen Fahrzeug sind die Niederspannungssysteme elektrisch mit einer Hilfsbatterie 30 (z. B. einer 12-Volt-Batterie) verbunden.
Ein Batterieenergiesteuermodul (battery energy control module - BECM) 33 kann mit der Traktionsbatterie 24 in Kommunikation stehen. Das BECM 33 kann als eine Steuerung für die Traktionsbatterie 24 fungieren und kann außerdem ein elektronisches Überwachungssystem beinhalten, das die Temperatur und den Ladezustand für jede der Batteriezellen verwaltet. Die Traktionsbatterie 24 kann Temperatursensoren aufweisen. Die Temperatursensoren können mit dem BECM 33 in Kommunikation stehen, um Temperaturdaten hinsichtlich der Traktionsbatterie 24 bereitzustellen.
Das Fahrzeug 12 kann über eine mit einer externen Leistungsquelle 36 verbundene Ladestation wiederaufgeladen werden. Die externe Leistungsquelle 36 kann elektrisch mit einer Stromversorgung für Elektrofahrzeuge (electric vehicle supply equipment - EVSE) 38 verbunden sein. Die externe Leistungsquelle 36 kann der EVSE 38 elektrische DC- oder AC-Leistung bereitstellen. Die EVSE 38 kann einen Ladestecker 40 zum Einstecken in einen Ladeanschluss 34 des Fahrzeugs 12 aufweisen. Bei dem Ladeanschluss 34 kann es sich um einen beliebigen Anschlusstyp handeln, der dazu konfiguriert ist, Leistung von der EVSE 38 an das Fahrzeug 12 zu übertragen. Der Ladeanschluss 34 kann elektrisch mit einem Ladegerät oder einem fahrzeugseitigen Leistungsumwandlungsmodul 32 verbunden sein. Das Leistungsumwandlungsmodul 32 kann die von der EVSE 38 zugeführte Leistung konditionieren, um der Traktionsbatterie 24 die richtigen Spannungs- und Strompegel bereitzustellen. Das Leistungsumwandlungsmodul 32 kann eine Schnittstelle mit der EVSE 38 bilden, um die Leistungsabgabe an das Fahrzeug 12 zu koordinieren. Der EVSE-Stecker 40 kann Stifte aufweisen, die mit entsprechenden Aussparungen des Ladeanschlusses 34 zusammenpassen.
Die verschiedenen erörterten Komponenten können eine oder mehrere Steuerungen zum Steuern und Überwachen des Betriebs der Komponenten aufweisen. Die Steuerungen, wie etwa das BECM 33 und andere, können über einen seriellen Bus (z. B. Controller Area Network (CAN)) oder über dedizierte elektrische Leitungen kommunizieren. Die Steuerung beinhaltet im Allgemeinen eine beliebige Anzahl an Mikroprozessoren, ASICs, ICs, Speicher (z. B. FLASH, ROM, RAM, EPROM und/oder EEPROM) und Softwarecode, um miteinander zusammenzuwirken, um eine Reihe von Vorgängen durchzuführen. Die Steuerung beinhaltet zudem vorher festgelegte Daten oder „Lookup-Tabellen“, die auf Berechnungen und Testdaten beruhen und in dem Speicher gespeichert sind. Die Steuerung kann über eine oder mehrere drahtgebundene oder drahtlose Fahrzeugverbindungen unter Verwendung herkömmlicher Busprotokolle (z. B. CAN und LIN) mit anderen Fahrzeugsystemen und Steuerungen kommunizieren. Im hierin verwendeten Sinne bezieht sich „eine Steuerung“ auf eine oder mehrere Steuerungen.
Die Traktionsbatterie 24 und andere Fahrzeugkomponenten werden mithilfe eines oder mehrerer Wärmemanagementsysteme thermisch reguliert. Beispielhafte Wärmemanagementsysteme für eine Traktionsbatterie sind in den Figuren gezeigt und nachstehend beschrieben.
2 veranschaulicht die Traktionsbatterie 24, wobei die Abdeckung und andere Komponenten zu Veranschaulichungszwecken entfernt sind. Die Traktionsbatterie 24 beinhaltet eine Vielzahl von Batteriezellen 42, wie etwa Lithiumionen oder andere Chemikalien. In der veranschaulichten Ausführungsform sind die Batteriezellen 42 in Arrays 44 angeordnet. Die Arrays 44 können ein linearer Stapel von Zellen 42 sein. Die Arrays sind angeordnet, um Zellenmodule 48 zu bilden. In der veranschaulichten Ausführungsform beinhaltet die Batterie 24 vier Module 48. Die Zellen 42 können als Arrays 44 und Module 48 durch eine oder mehrere Arten von Stützstrukturen, wie etwa eine Halterung 50, gesichert sein. Jedes der Module 28 kann zudem eine obere Abdeckung 52 beinhalten. (Die Abdeckung wurde zu Veranschaulichungszwecken bei zwei der Module weggelassen.)
Die Traktionsbatterie 24 beinhaltet eine Vielzahl von Sensoren, wie etwa Spannungssensoren und Temperatursensoren, die sich an verschiedenen Punkten der Batterie befinden. Die Spannungssensoren können sich an Zellenverbindungspunkten, wie etwa den Anschlussklemmen, befinden, und die Temperatursensoren können sich an den Zellenverbindungspunkten, an Zellenkörpern und in einem Kühlmediumströmungsweg, an einer Kälteplatte, an einer Kühlrippe und dergleichen befinden. Die Spannungssensoren sind dazu konfiguriert, ein Signal auszugeben, das eine erfasste Spannung angibt, und die Temperatursensoren sind dazu konfiguriert, ein Signal auszugeben, das eine erfasste Temperatur angibt. Die Signale können an die Steuerung gesendet werden, die Logik zum Interpretieren dieser Signale beinhaltet, um Temperaturen und Spannungen zu bestimmen. Dies wird nachfolgend ausführlicher beschrieben. Die Traktionsbatterie kann eine Vielzahl von Temperatursensoren beinhalten, die strategisch platziert ist, um ein ganzheitliches Bild der Wärmebedingung der Batterie bereitzustellen. In einer Ausführungsform beinhaltet jedes der Arrays 44 einen dedizierten Temperatursensor. Alternativ kann jedes der Module 48 einen dedizierten Temperatursensor beinhalten. Der Temperatursensor kann ein Thermistor, Thermoelement oder dergleichen sein.
3 veranschaulicht eine Draufsicht eines beispielhaften Moduls 48 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen. In diesem Beispiel beinhaltet jedes der Arrays 44 einen zugehörigen Temperatursensor 54. Der Temperatursensor 54 kann dazu konfiguriert sein, eine Temperatur einer der Zellen 42 abzulesen, wie gezeigt, oder kann dazu konfiguriert sein, eine Temperatur einer der Anschlussklemmen oder der Anschlussklemmenverbindungen oder des Kühlmittels abzulesen. Das Modul 48 kann zudem eine Vielzahl von Spannungssensoren 56 beinhalten, die sich an den Anschlussklemmenverbindungen befindet. In diesem Beispiel beinhaltet jedes der Arrays 44 zudem einen zugehörigen Spannungssensor 56. Somit ist das Modul 48 mit 16 Temperatursensoren 54 und 16 Spannungssensoren 56 gezeigt. Natürlich ist dies nur ein nicht einschränkendes Beispiel. In anderen Ausführungsformen können die Arrays eine größere Anzahl von Temperatursensoren beinhalten.
Unter Bezugnahme auf 4 beinhaltet die Traktionsbatteriebaugruppe 58 die Traktionsbatterie 24 und ein zugehöriges Wärmemanagementsystem, das dazu konfiguriert ist, die Traktionsbatterie zu erwärmen oder zu kühlen. Das Wärmemanagementsystem kann ein Flüssigkühlungssystem oder ein Luftkühlungssystem sein. In einigen Ausführungsformen ist das Flüssigkühlungssystem ein geschlossenes System, das eine Vielzahl von Leitungen und anderen Komponenten beinhaltet, die dazu konfiguriert sind, ein flüssiges Kühlmittel durch Kälteplatten, Rippen oder dergleichen zirkulieren zu lassen, um die Zellen ohne direkten Kontakt zwischen dem Kühlmittel und den Zellen thermisch zu regulieren. Hierbei kann das Kühlmittel ein Ethylen-Glykol-Gemisch sein. Alternativ kann das Flüssigkühlungssystem ein Arbeitsfluid aufweisen, das die Batteriezellen direkt berührt. Hierbei ist das Arbeitsfluid ein dielektrisches Kühlmittel, das in der Lage ist, die Batteriezellen direkt zu berühren, ohne Elektrizität zu leiten. Das dielektrische Kühlmittel kann ein dielektrisches Öl sein.
Anstatt die Batterie 24 thermisch als eine einzelne Einheit zu regulieren, kann das Wärmemanagementsystem dazu konfiguriert sein, einzelne Zonen 62 der Zellen individuell thermisch zu regulieren. In der veranschaulichten Ausführungsform beinhaltet die Traktionsbatterie 24 acht Zonen 62, aber dies ist nur ein Beispiel; abhängig von der Größe der Batterie, der thermischen Homogenität der Batterie und anderen Faktoren können mehr oder weniger Zonen verwendet werden. Das Wärmemanagementsystem ist dazu konfiguriert, die Durchflussrate und Temperatur des Kühlmittels, das durch jede der Zonen fließt, auf Grundlage von Messwerten von den Temperatursensoren 54 individuell zu steuern. Dies erhöht die Temperaturhomogenität der Batterie 24, um heiße und kalte Stellen zu reduzieren, was eine verbesserte Leistungsfähigkeit und eine längere Batterielebensdauer bereitstellen kann.
In der veranschaulichten Ausführungsform wird ein flüssigkeitsbasiertes Wärmemanagementsystem 60 verwendet, um die Batterie 24 thermisch zu regulieren. Das Wärmemanagementsystem 60 beinhaltet eine Pumpe 63, die druckbeaufschlagtes Kühlmittel in einen Verteiler 64 einspeist. Die veranschaulichte Position der Pumpe 63 ist nur ein Beispiel und die Pumpe könnte in anderen Bereichen platziert sein, wie etwa an einer Leitung 86. Der Verteiler 64 kann sich innerhalb oder außerhalb der Traktionsbatterie 24 befinden. Der Verteiler 64 kann eine Vielzahl von Ventilen 66 beinhalten, von der jedes einer der Zonen 62 zugeordnet ist. In der veranschaulichten Ausführungsform weisen die Zonen 62 und die Ventile 66 die gleiche Anzahl auf. Die Ventile 66 können Dreiwegeventile sein, die jeweils einen ersten Einlass 68, der mit der Pumpe 63 verbunden ist, einen zweiten Einlass 70 und einen Auslass 72 aufweisen. Die Ventile können durch die Steuerung elektronisch gesteuert werden. Die Ventile 66 sind zwischen mindestens einer ersten Position, in der der Einlass 68 in Fluidverbindung mit dem Auslass 72 verbunden ist, einer zweiten Position, in der der Einlass 70 in Fluidverbindung mit dem Auslass 72 verbunden ist, und einer geschlossenen Position, in der der Auslass 72 keinen Durchfluss aufweist, betätigbar. Die Größe der Öffnung in der ersten und zweiten Position kann moduliert werden, um die Durchflussrate an dem Auslass 72 zu erhöhen und zu verringern. Wie nachstehend ausführlicher beschrieben, ist die Steuerung 33 oder eine andere Steuerung dazu konfiguriert, die Ventile auf Grundlage von erfassten Bedingungen in die verschiedenen Positionen zu befehlen.
Jede der Zonen 62 weist einen dedizierten Kühlkreislauf 74 auf, der dazu konfiguriert ist, das Kühlmittel über die Zellen der Zone zirkulieren zu lassen, um Erwärmung oder Kühlung bereitzustellen. Der Kühlkreislauf 74 kann eine Leitung 76 beinhalten, die das Kühlmittel hindurch zirkulieren lässt. Die Leitung 76 kann als Teil einer Kälteplatte oder einer anderen Kühlstruktur verbaut sein. Wie vorstehend erörtert, können die Kühlkreisläufe 74 auch Direktkühlkreisläufe sein, in denen das Kühlmittel die Zellen direkt berührt. Hierbei kann der Kühlkreislauf durch verschiedene Durchgänge, Kanäle, Gehäuse oder eine andere Struktur definiert sein, die das Kühlmittel direkt durch die Zonen und über die Zellen hinweg führen. Die Kühlkreisläufe 74 beinhalten Einlässe 80, die mit den Auslässen 72 verbunden sind, und Auslässe 82, die mit einem Auslassverteiler 84 verbunden sind. Wenngleich nicht explizit erörtert, werden zusätzliche Leitungen, wie etwa Rohrleitungen, Schläuche, Rohre oder dergleichen, verwendet, um mit den Ventilen 66 und dem Auslassverteiler 84 mit dem Kühlkreislauf 74 verbunden zu sein.
Der Auslassverteiler 84 ist mit einer Rückführschleife 86 des Wärmemanagementsystems 60 verbunden. Die Rückführschleife 86 leitet das Kühlmittel zu einem Wärmetauscher 90. Der Wärmetauscher 90 ist dazu konfiguriert, Wärme von dem Kühlmittel an ein anderes Medium abzuführen. Der Wärmetauscher 90 kann ein Kühler sein, der dazu konfiguriert ist, Wärme von der Batterie an die Außenluft abzuführen. Alternativ kann der Wärmetauscher 90 eine Kältemaschine sein, d. h. ein Flüssigkeit-Kältemittel-Wärmetauscher oder ein Flüssigkeit-Flüssigkeit-Wärmetauscher. Das gekühlte Kühlmittel, das aus dem Wärmetauscher 90 austritt, wird zur Rückführung zurück zu der Pumpe 63 geleitet. Der Wärmetauscher 90, die Pumpe 63 und die Leitung, die die Pumpe mit dem Ventil 66 verbindet, können als Kühlschleife bezeichnet werden.
Das Wärmemanagementsystem 60 kann zudem eine Heizschleife 92 beinhalten, die eine Verbindung zwischen der Rückführschleife 86 und dem zweiten Einlass 70 der Ventile 66 herstellt. Die Heizschleife 92 kann eine Heizeinrichtung 94, wie etwa eine elektrische Heizeinrichtung, beinhalten. Die elektrische Heizeinrichtung 94 kann durch die Steuerung elektronisch gesteuert werden. Die Heizeinrichtung 94 ist dazu konfiguriert, erwärmtes Kühlmittel von der Rückführschleife 86 aufzunehmen und, wenn sie aktiviert ist, das den Ventilen 66 bereitgestellte Kühlmittel weiter zu erwärmen. Die Heizeinrichtung 94 kann deaktiviert werden, um einfach das warme Kühlmittel aus der Rückführschleife zurück durch die Batterie zurückzuführen, wodurch eine Umgehungsschleife für den Wärmetauscher 90 erzeugt wird.
Die Dreiwegeventile 66 ermöglichen in Kombination mit der Kühlschleife und der Heizschleife, dass die Zonen 62 unabhängig voneinander gleichzeitig erwärmt und gekühlt werden. Das heißt, einige der Zonen können erwärmt werden, während andere der Zonen gleichzeitig gekühlt werden. Dies kann erfolgen, um gleichzeitig heiße und kalte Stellen zu beseitigen und die Batterie 24 schneller auf eine einheitliche Temperatur zu bringen, als auf Widerstandsheizung von den Batteriezellen zurückzugreifen, um die kalten Stellen zu beseitigen.
Während 4 als ein Flüssigkühlungssystem beschrieben ist, können ihre Lehren auf ein Luftkühlungssystem erweitert werden. Zum Beispiel kann der Wärmetauscher 90 weggelassen werden oder zu einem Verdampfer werden, um der Batterie die gekühlte Luft bereitzustellen. Die Pumpe 63 kann modifiziert sein, um ein Gebläse zu sein, das dazu konfiguriert ist, Luft durch den Verteiler und in die Kreisläufe zu drängen. In einem luftgekühlten System können der Verteiler oder die Ventile ein Gehäuse mit einer Reihe von Mischklappen und Durchgängen sein, die dazu konfiguriert sind, Luft zwischen der erwärmten Zufuhr und der gekühlten Zufuhr zu leiten.
5 veranschaulicht eine weitere Traktionsbatterie 100, die drei vertikale Schichten 102, 104, 106 von Zonen beinhaltet. Jede der Schichten beinhaltet eine Vielzahl von Zonen 108. Jede der Schichten kann ihren eigenen Einlass- und Auslassverteiler beinhalten, wie etwa die vorstehend beschriebenen. Die Schichten können durch eine einzelne Pumpe mit Leistung versorgt werden oder können jeweils ihre eigene dedizierte Pumpe aufweisen. Diese vertikale Schichtanordnung kann in Traktionsbatterien verwendet werden, die mehrere vertikale Schichten von Zellenarrays beinhalten, sodass jedes der Zellenarrays weiterhin eine dedizierte Zone zum Kühlen aufweisen kann.
Die Steuerlogik oder -funktionen, die von der Steuerung durchgeführt werden, können in einer oder mehreren Figuren durch Ablaufdiagramme oder ähnliche Darstellungen wiedergegeben sein. Diese Figuren stellen repräsentative Steuerstrategien und/oder eine repräsentative Steuerlogik bereit, die unter Verwendung einer oder mehrerer Verarbeitungsstrategien, wie etwa ereignisgesteuert, unterbrechungsgesteuert, Multi-Tasking, Multi-Threading und dergleichen, umgesetzt werden können/kann. Demnach können verschiedene veranschaulichte Schritte oder Funktionen in der veranschaulichten Sequenz parallel durchgeführt oder in einigen Fällen weggelassen werden. Obwohl dies nicht immer ausdrücklich veranschaulicht ist, wird der Durchschnittsfachmann erkennen, dass eine(r) oder mehrere der veranschaulichten Schritte oder Funktionen wiederholt durchgeführt werden kann/können, abhängig von der konkret verwendeten Verarbeitungsstrategie. Gleichermaßen ist die Verarbeitungsreihenfolge nicht zwingend erforderlich, um die in dieser Schrift beschriebenen Merkmale und Vorteile zu erzielen, sondern soll vielmehr die Veranschaulichung und Beschreibung erleichtern. Die Steuerlogik kann hauptsächlich als Software umgesetzt sein, die durch eine mikroprozessorbasierte Fahrzeug-, Motor- und/oder Antriebsstrangsteuerung, wie etwa die Steuerung, ausgeführt wird. Selbstverständlich kann die Steuerlogik in Abhängigkeit von der konkreten Anwendung in Software, Hardware oder einer Kombination aus Software und Hardware in einer oder mehreren Steuerungen umgesetzt sein. Bei einer Umsetzung als Software kann die Steuerlogik in einer/einem oder mehreren computerlesbaren Speichervorrichtungen oder -medien bereitgestellt sein, auf denen Daten gespeichert sind, welche einen Code oder Anweisungen darstellen, der/die durch einen Computer zum Steuern des Fahrzeugs oder von dessen Teilsystemen ausgeführt wird/werden. Die computerlesbaren Speichervorrichtungen oder -medien können eine oder mehrere einer Reihe bekannter physischer Vorrichtungen beinhalten, die einen elektrischen, magnetischen und/oder optischen Datenspeicher nutzen, um ausführbare Anweisungen und zugeordnete Kalibrierungsinformationen, Betriebsvariablen und dergleichen zu speichern.
6 ist ein Ablaufdiagramm 200 eines Algorithmus zum Steuern eines Wärmemanagementsystems einer Traktionsbatteriebaugruppe eines Fahrzeugs. Der Ablauf beginnt bei Vorgang 202, bei dem die Steuerung Temperatursignale von den verschiedenen Temperatursensoren empfängt. Wie vorstehend erörtert, kann die Batterie einen Temperatursensor für jede Zone beinhalten, der es der Steuerung ermöglicht, genaue Kenntnis der Temperatur jeder Zone zu haben. Bei Vorgang 204 bestimmt die Steuerung die Mindesttemperatur, die Höchsttemperatur und die Durchschnittstemperatur für jede der Zonen. Während jede Zone nur einen einzelnen Temperatursensor beinhalten kann, können die Messwerte von Temperatursensoren benachbarter Zonen sowie Tests und Berechnungen verwendet werden, um die Mindest-, Höchst- und Durchschnittstemperatur für jede der Zonen zu bestimmen.
Bei Vorgang 206 stuft die Steuerung die Zonen gemäß der Temperatur ein, z. B. von der heißesten zur kältesten oder von der kältesten zur heißesten. Die Einstufung kann auf der Durchschnittstemperatur der Zone, der Höchsttemperatur der Zone oder der Mindesttemperatur der Zone basieren. Bei Vorgang 208 bestimmt die Steuerung, ob alle Zonen über einem oberen Temperaturschwellenwert liegen. Der obere Temperaturschwellenwert gibt an, wann eine Kühlung erforderlich ist. Falls ja, geht die Steuerung zu Vorgang 210 über und werden die Ventile in die Kühlposition betätigt, in der die Einlässe 68 in Fluidverbindung mit den Auslässen 72 verbunden sind.
Die Steuerung betätigt die Ventilöffnungen, um die Durchflussrate durch die Zonen auf Grundlage der Temperaturmesswerte bei Vorgang 212 zu modulieren. Zum Beispiel reduziert die Steuerung eine Öffnung des Ventils, das der kältesten Zone zugeordnet ist, um die Durchflussrate durch dieses zu reduzieren, und vergrößert eine Öffnung des Ventils, das der heißesten Zone zugeordnet ist, um die Durchflussrate durch dieses zu erhöhen, um den Temperaturunterschied zwischen diesen Zonen zu reduzieren. Die Steuerung kann in ähnlicher Weise die Öffnungen der anderen Ventile modulieren, um die Temperaturgleichmäßigkeit zu fördern. Die Steuerung kann eine Rückkopplungssteuerung für die Ventile beinhalten, wie etwa eine Proportional-Integral (PI)-Steuerung. Die Steuerung kann eine Solltemperatur für die Zonen festlegen und die Durchflussraten des Kreislaufs individuell mit den Ventilen steuern, um einen Fehler zwischen einer gemessenen Zonentemperatur und der Soll-Zonentemperatur zu reduzieren. Die Steuerung kann die Pumpe 63 auch auf Grundlage der Temperatur modulieren. In einigen Ausführungsformen kann der Wärmetauscher 90 steuerbar sein, um die Temperatur des ausgegebenen Kühlmittels, das die Pumpe speist, zu erhöhen oder zu verringern. Hierbei kann die Steuerung den Wärmetauscher auf Grundlage des Temperaturfehlers steuern.
Bei Antwort Nein bei Vorgang 208 geht der Ablauf zu Vorgang 214 über und die Steuerung bestimmt, ob beliebige der Zonen eine Temperatur über dem oberen Schwellenwert aufweisen. Ein Ja bei Vorgang 214 gibt an, dass einige der Zellen gekühlt werden müssen, während es bei anderen Zellen nicht erforderlich ist. Somit befiehlt die Steuerung bei Vorgang 216 einige der Ventile in die Heizposition und andere die Ventile in die Kühlposition. Insbesondere werden die Ventile, die Zonen mit einer Temperatur über dem oberen Schwellenwert zugeordnet sind, in die Kühlposition befohlen (z. B. werden die Ventile betätigt, um den Einlass 68 mit dem Auslass 72 zu verbinden), und werden die Ventile, die Zonen mit einer Temperatur unter dem oberen Schwellenwert zugeordnet sind, in die Heizposition befohlen (z. B. werden die Ventile betätigt, um den Einlass 70 mit dem Auslass 72 zu verbinden). Bei Vorgang 218 betätigt die Steuerung die Ventile, um die Durchflussraten zu den Zonen auf Grundlage von Temperaturmesswerten zu steuern, wie zuvor beschrieben. Bei Vorgang 220, der gleichzeitig mit Vorgang 218 erfolgen kann, bestimmt die Steuerung, ob beliebige der Zonen unter der unteren Schwellenwerttemperatur liegen. Der untere Schwellenwert ist eine Temperatur, die aktives Heizen erfordert, wie etwa mit der Heizeinrichtung 94. Wenn aktives Heizen erforderlich ist, geht der Ablauf zu Vorgang 222 über und die Heizeinrichtung wird eingeschaltet. Falls nicht, wird die Heizeinrichtung bei Vorgang 224 ausgeschaltet oder bleibt ausgeschaltet.
Wenn keine der Zonen bei Vorgang 214 über dem oberen Schwellenwert liegt, werden bei Vorgang 226 alle Ventile in die Heizposition betätigt. Der Ablauf geht dann zurück zu Vorgang 218, wie vorstehend erörtert.
Zusätzlich zum Steuern der Ventile können die Temperatursensoren verwendet werden, um fehlerhafte Temperatursensoren zu identifizieren. Zum Beispiel kann ein Ausreissertemperaturmesswert, wenn er dauerhaft empfangen wird, einen fehlerhaften Temperatursensor, eine fehlerhafte Sensorverbindung oder eine hochohmige Zellenverbindung angeben, z. B. für die Verbindung mit der Anschlussklemme. Die Steuerung kann dazu konfiguriert sein, einen derartigen Sensor zu kennzeichnen und diesen Sensor während der Steuerung des Wärmemanagementsystems nicht zu verwenden. Die Steuerung kann auch dazu konfiguriert sein, einen Code oder ein Flag auszugeben, der bzw. das den fehlerhaften Temperatursensor angibt.
Die Spannungssensoren können verwendet werden, um den Innenwiderstand der Zellen und Verbindungen zu bestimmen. Zum Beispiel können Spannungsunterschiede in einem Batteriepack gemessen und verglichen werden. Die Steuerung kann einen Spannungsmesswert für eine Zelle und einen Spannungsmesswert sowohl für die unmittelbar vorhergehende als auch für die unmittelbar vorhergehenden Zelle empfangen. Wenn der Spannungsunterschied zwischen diesen Messpunkten um mehr als einen Schwellenwert abweicht, wird mit der Diagnose begonnen. Die Diagnose kann das Messen der Temperatur dieser drei Zellen und das Vergleichen beinhalten. Wenn die Zelle eine Temperatur aufweist, die um einen Schwellenwert über den vorhergehenden und vorhergehenden Zellen liegt, gibt dies an, dass die Zelle möglicherweise einen erhöhten Widerstand erfahren hat, und die Steuerung kann ein Flag ausgeben. Wenn der Temperaturunterschied größer als der Schwellenwert ist, kann dies angeben, dass die Zelle einen erhöhten Innenwiderstand oder eine übermäßige Alterung erfährt, und ein Flag kann ausgegeben werden. Dies kann auch eine lose Zellenverbindung zwischen den drei Zellen angeben, die ebenfalls ein Flag auslösen kann.
Wie vorstehend beschrieben, kann das zonenweise Wärmemanagement in Verbindung mit der Vielzahl von Temperatursensoren und/oder Spannungssensoren verwendet werden, um die Gleichförmigkeit der Temperatur innerhalb der Traktionsbatterie zu erhöhen sowie Diagnosen zum Bestimmen von fehlerhaften Bedingungen der Batterie bereitzustellen.
Wenngleich vorstehend beispielhafte Ausführungsformen beschrieben sind, sollen diese Ausführungsformen nicht alle möglichen Formen beschreiben, die durch die Patentansprüche eingeschlossen sind. Die in der Beschreibung verwendeten Ausdrücke sind vielmehr beschreibende Ausdrücke als einschränkende Ausdrücke und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Wesen und Umfang der Offenbarung abzuweichen. Wie vorstehend beschrieben, können die Merkmale verschiedener Ausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden, die unter Umständen nicht ausdrücklich beschrieben oder veranschaulicht sind. Wenngleich verschiedene Ausführungsformen gegenüber anderen Ausführungsformen oder Umsetzungen nach dem Stand der Technik hinsichtlich einer oder mehrerer gewünschter Eigenschaften als vorteilhaft oder bevorzugt beschrieben worden sein könnten, erkennt der Durchschnittsfachmann, dass bei einem/einer oder mehreren Merkmalen oder Eigenschaften Kompromisse eingegangen werden können, um die gewünschten Gesamtattribute des Systems zu erzielen, die von der konkreten Anwendung und Umsetzung abhängen. Diese Attribute können unter anderem Folgendes beinhalten: Kosten, Festigkeit, Lebensdauer, Lebenszykluskosten, Marktfähigkeit, Erscheinungsbild, Verpackung, Größe, Wartungsfähigkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, Einfachheit der Montage usw. Somit liegen Ausführungsformen, die in Bezug auf eine oder mehrere Eigenschaften als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen oder Umsetzungen nach dem Stand der Technik beschrieben sind, nicht außerhalb des Umfangs der Offenbarung und können für bestimmte Anwendungen wünschenswert sein.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Fahrzeug bereitgestellt, das Folgendes aufweist: eine Traktionsbatterie, die eine Vielzahl von Zellen beinhaltet, die in Arrays angeordnet und in eine Vielzahl von Kühlzonen gruppiert ist; und ein Wärmemanagementsystem, das eine Vielzahl von unterschiedlichen Kreisläufen beinhaltet, von der jeder einer der Zonen zugeordnet sind, wobei das Wärmemanagementsystem dazu konfiguriert ist, jedem der Kreisläufe individuelle Erwärmung oder Kühlung bereitzustellen, um die Temperaturen der Zonen unabhängig zu steuern; und eine Steuerung, die dazu programmiert ist, als Reaktion darauf, dass eine der Zonen eine erste Schwellentemperatur überschreitet und eine andere der Zonen unter einer zweiten Schwellentemperatur liegt, (i) dem Wärmemanagementsystem zu befehlen, dem Kreislauf, der der einen der Zonen zugeordnet ist, Kühlung bereitzustellen, und (ii) dem Wärmemanagementsystem zu befehlen, dem Kreislauf, der der anderen der Zonen zugeordnet ist, Erwärmung bereitzustellen.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner durch eine Vielzahl von Temperatursensoren gekennzeichnet, von der jeder einer der Zonen zugeordnet und dazu konfiguriert ist, ein Signal auszugeben, das eine Temperatur der zugeordneten Zone angibt.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet das Wärmemanagementsystem ferner Folgendes: eine Heizschleife, eine Kühlschleife und eine Vielzahl von Ventilen, von der jedes einem der Kreisläufe zugeordnet ist und jeweils einen ersten Einlass, der mit der Heizschleife verbunden ist, einen zweiten Einlass, der mit der Kühlschleife verbunden ist, und einen Auslass, der mit dem zugeordneten Kreislauf verbunden ist, aufweist.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet die Kühlschleife einen Wärmetauscher und beinhaltet die Heizschleife eine elektrische Heizeinrichtung.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuerung ferner dazu programmiert, Durchflussraten durch die Auslässe auf Grundlage von relativen Temperaturen zwischen den Zonen individuell zu steuern.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet jeder der Kreisläufe ein Ventil, und wobei die Steuerung ferner dazu programmiert ist, als Reaktion darauf, dass alle Zonen den ersten Schwellenwert überschreiten, (i) die Zonen auf Grundlage der Temperatur von der heißesten zu der kältesten einzustufen und (ii) den Ventilen zu befehlen, dass eine Durchflussrate von Kühlmittel durch den Kreislauf, der der heißesten Zone zugeordnet ist, am höchsten ist, und dass eine Durchflussrate von Kühlmittel durch den Kreislauf, der der kältesten Zone zugeordnet ist, am niedrigsten ist.
Gemäß einer Ausführungsform beinhalten die Kreisläufe eine Leitung, die dazu konfiguriert ist, ein flüssiges Kühlmittel durch diese zirkulieren zu lassen.
Gemäß einer Ausführungsform erstrecken sich die Kreisläufe durch die Traktionsbatterie.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Fahrzeug bereitgestellt, das Folgendes aufweist: eine Traktionsbatterie, die eine Vielzahl von Zellen beinhaltet, die in eine Vielzahl von Kühlzonen gruppiert ist; eine Vielzahl von Temperatursensoren, von der jeder einer der Zonen zugeordnet und dazu konfiguriert ist, ein Signal auszugeben, das eine Temperatur der zugeordneten Zone angibt; ein Wärmemanagementsystem, das Folgendes beinhaltet: eine Vielzahl von unterschiedlichen Kreisläufen, von der jeder einer der Zonen zugeordnet ist und eine Leitung aufweist, die dazu konfiguriert ist, Kühlmittel durch diese zirkulieren zu lassen, eine Pumpe und Ventile, die jeweils zwischen der Pumpe und einem entsprechenden einen der Kreisläufe verbunden sind, sodass Durchflussraten des Kühlmittels durch jeden der Kreisläufe durch die Ventile individuell gesteuert werden; und eine Steuerung, die zu Folgendem programmiert ist: Einstufen der Zonen auf Grundlage der Signale von Temperatursensoren von am der heißesten zu der kältesten und als Reaktion darauf, dass eine Temperatur der kältesten Zone einen oberen Temperaturschwellenwert überschreitet, eine Öffnung des Ventils, das der kältesten Zone zugeordnet ist, zu reduzieren, um die Durchflussrate durch dieses zu reduzieren, und eine Öffnung des Ventils, das der heißesten Zone zugeordnet ist, zu vergrößern, um die Durchflussrate durch dieses zu erhöhen.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuerung ferner dazu programmiert, als Reaktion darauf, dass die heißeste Zone die obere Schwellentemperatur überschreitet und die kälteste Zone unter einer unteren Schwellentemperatur liegt, (i) dem Wärmemanagementsystem zu befehlen, dem Kreislauf, der der heißesten Zone zugeordnet ist, Kühlung bereitzustellen, und (ii) dem Wärmemanagementsystem gleichzeitig zu befehlen, dem Kreislauf, der der kältesten Zone zugeordnet ist, Erwärmung bereitzustellen.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet das Wärmemanagementsystem eine Heizschleife und eine Kühlschleife, und wobei jedes der Ventile einen ersten Einlass, der mit der Heizschleife verbunden ist, einen zweiten Einlass, der mit der Kühlschleife verbunden ist, und einen Auslass, der mit dem entsprechenden Kreislauf verbunden ist, aufweist, wobei jedes Ventil eine erste Position, in der der Auslass und der erste Einlass in Fluidverbindung stehen, um Erwärmung bereitzustellen, und eine zweite Position, in der der Auslass und der zweite Einlass in Fluidverbindung stehen, um Kühlung bereitzustellen, beinhaltet.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuerung ferner dazu programmiert, als Reaktion darauf, dass die heißeste Zone die obere Schwellentemperatur überschreitet und die kältesten Zonen unter einer unteren Schwellentemperatur liegen, (i) das Ventil, das der heißesten Zone zugeordnet ist, in die zweite Position zu befehlen und (ii) das Ventil, das der kältesten Zone zugeordnet ist, in die erste Position zu befehlen, um die Traktionsbatterie gleichzeitig zu erwärmen und zu kühlen.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet die Kühlschleife einen Wärmetauscher und beinhaltet die Heizschleife eine elektrische Heizeinrichtung.
Gemäß einer Ausführungsform ist jedes Ventil nur einer der Zonen zugeordnet. Gemäß einer Ausführungsform ist das Kühlmittel eine Flüssigkeit.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Traktionsbatteriebaugruppe bereitgestellt, die Folgendes aufweist: eine Traktionsbatterie, die eine Vielzahl von Zellen beinhaltet; und ein Wärmemanagementsysteme, das Folgendes beinhaltet: eine Vielzahl von unterschiedlichen Kreisläufen, von der jeder einem anderen Teilsatz der Zellen zugeordnet ist und eine Leitung aufweist, die dazu konfiguriert ist, Kühlmittel durch diesen zirkulieren zu lassen, und Ventile, die jeweils einen ersten Einlass, der mit einer Heizschleife verbunden ist, einen zweiten Einlass, der mit einer Kühlschleife verbunden ist, und einen Auslass, der mit einem entsprechenden einen der Kreisläufe verbunden ist, aufweisen, wobei jedes Ventil eine erste Position, in der der Auslass und der erste Einlass in Fluidverbindung stehen, um Erwärmung bereitzustellen, und eine zweite Position, in der der Auslass und der zweite Einlass in Fluidverbindung stehen, um Kühlung bereitzustellen, beinhaltet.
Gemäß einer Ausführungsform erstrecken sich die Leitungen durch die Traktionsbatterie.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet die Heizschleife eine elektrische Heizeinrichtung und beinhaltet die Kühlschleife einen Wärmetauscher.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet jeder der Kreisläufe einen Einlass, der mit dem Auslass eines zugehörigen Ventils verbunden ist, und einen Auslass, der mit einer Rückführschleife des Wärmemanagementsystems verbunden ist, wobei die Kühlschleife eine Pumpe beinhaltet und die Heizschleife die Rückführschleife mit den zweiten Einlässen verbindet.

Claims

Fahrzeug, das Folgendes umfasst: eine Traktionsbatterie, die eine Vielzahl von Zellen beinhaltet, die in Arrays angeordnet und in eine Vielzahl von Kühlzonen gruppiert ist; und ein Wärmemanagementsystem, das eine Vielzahl von unterschiedlichen Kreisläufen beinhaltet, von der jeder einer der Zonen zugeordnet ist, wobei das Wärmemanagementsystem dazu konfiguriert ist, jedem der Kreisläufe individuelles Erwärmen oder Kühlen bereitzustellen, um die Temperaturen der Zonen unabhängig zu steuern; und eine Steuerung, die dazu programmiert ist, als Reaktion darauf, dass eine der Zonen eine erste Schwellentemperatur überschreitet und eine andere der Zonen unter einer zweiten Schwellentemperatur liegt, (i) dem Wärmemanagementsystem zu befehlen, dem Kreislauf, der der einen der Zonen zugeordnet ist, Kühlung bereitzustellen, und (ii) dem Wärmemanagementsystem zu befehlen, dem Kreislauf, der der anderen der Zonen zugeordnet ist, Erwärmung bereitzustellen.
Fahrzeug nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Vielzahl von Temperatursensoren, von der jeder einer der Zonen zugeordnet und dazu konfiguriert ist, ein Signal auszugeben, das eine Temperatur der zugeordneten Zone angibt.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei das Wärmemanagementsystem ferner Folgendes beinhaltet: eine Heizschleife, eine Kühlschleife und eine Vielzahl von Ventilen, von der jedes einem der Kreisläufe zugeordnet ist und jeweils einen ersten Einlass, der mit der Heizschleife verbunden ist, einen zweiten Einlass, der mit der Kühlschleife verbunden ist, und einen Auslass, der mit dem zugeordneten Kreislauf verbunden ist, aufweist.
Fahrzeug nach Anspruch 3, wobei die Kühlschleife einen Wärmetauscher beinhaltet und die Heizschleife eine elektrische Heizeinrichtung beinhaltet.
Fahrzeug nach Anspruch 3, wobei die Steuerung ferner dazu programmiert ist, Durchflussraten durch die Auslässe auf Grundlage von relativen Temperaturen zwischen den Zonen individuell zu steuern.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei jeder der Kreisläufe ein Ventil beinhaltet und wobei die Steuerung ferner dazu programmiert ist, als Reaktion darauf, dass alle Zonen den ersten Schwellenwert überschreiten, (i) die Zonen auf Grundlage der Temperatur von der heißesten zu der kältesten einzustufen und (ii) den Ventilen zu befehlen, dass eine Durchflussrate von Kühlmittel durch den Kreislauf, der der heißesten Zone zugeordnet ist, am höchsten ist, und dass eine Durchflussrate von Kühlmittel durch den Kreislauf, der der kältesten Zone zugeordnet ist, am niedrigsten ist.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Kreisläufe eine Leitung beinhalten, die dazu konfiguriert ist, ein flüssiges Kühlmittel durch diese zirkulieren zu lassen.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei sich die Kreisläufe durch die Traktionsbatterie erstrecken.
Fahrzeug, das Folgendes umfasst: eine Traktionsbatterie, die eine Vielzahl von Zellen beinhaltet, die in eine Vielzahl von Kühlzonen gruppiert ist; eine Vielzahl von Temperatursensoren, von der jeder einer der Zonen zugeordnet und dazu konfiguriert ist, ein Signal auszugeben, das eine Temperatur der zugeordneten Zone angibt; ein Wärmemanagementsystem, das Folgendes beinhaltet: eine Vielzahl von unterschiedlichen Kreisläufen, von der jeder einer der Zonen zugeordnet ist und eine Leitung aufweist, die dazu konfiguriert ist, Kühlmittel durch diese zirkulieren zu lassen, eine Pumpe und Ventile, die jeweils zwischen der Pumpe und einem entsprechenden einen der Kreisläufe verbunden sind, sodass Durchflussraten des Kühlmittels durch jeden der Kreisläufe durch die Ventile individuell gesteuert werden; und eine Steuerung, die zu Folgendem programmiert ist: Einstufen der Zonen auf Grundlage der Signale von Temperatursensoren von der heißesten bis zur kältesten und als Reaktion darauf, dass eine Temperatur der kältesten Zone einen oberen Temperaturschwellenwert überschreitet, eine Öffnung des Ventils, das der kältesten Zone zugeordnet ist, zu reduzieren, um die Durchflussrate durch dieses zu reduzieren, und eine Öffnung des Ventils, das der heißesten Zone zugeordnet ist, zu vergrößern, um die Durchflussrate durch dieses zu erhöhen.
Fahrzeug nach Anspruch 9, wobei die Steuerung ferner dazu programmiert ist, als Reaktion darauf, dass die heißeste Zone die obere Schwellentemperatur überschreitet und die kälteste Zone unter einer unteren Schwellentemperatur liegt, (i) dem Wärmemanagementsystem zu befehlen, dem Kreislauf, der der heißesten Zone zugeordnet ist, Kühlung bereitzustellen, und (ii) dem Wärmemanagementsystem gleichzeitig zu befehlen, dem Kreislauf, der der kältesten Zone zugeordnet ist, Erwärmung bereitzustellen.
Fahrzeug nach Anspruch 9, wobei das Wärmemanagementsystem eine Heizschleife und eine Kühlschleife beinhaltet und wobei jedes der Ventile einen ersten Einlass, der mit der Heizschleife verbunden ist, einen zweiten Einlass, der mit der Kühlschleife verbunden ist, und einen Auslass, der mit dem entsprechenden Kreislauf verbunden ist, aufweist, wobei jedes Ventil eine erste Position, in der der Auslass und der erste Einlass in Fluidverbindung stehen, um Erwärmung bereitzustellen, und eine zweite Position, in der der Auslass und der zweite Einlass in Fluidverbindung stehen, um Kühlung bereitzustellen, beinhaltet.
Fahrzeug nach Anspruch 11, wobei die Steuerung ferner dazu programmiert ist, als Reaktion darauf, dass die heißeste Zone die obere Schwellentemperatur überschreitet und die kältesten Zonen unter einer unteren Schwellentemperatur liegen, (i) das Ventil, das der heißesten Zone zugeordnet ist, in die zweite Position zu befehlen und (ii) das Ventil, das der kältesten Zone zugeordnet ist, in die erste Position zu befehlen, um die Traktionsbatterie gleichzeitig zu erwärmen und zu kühlen.
Fahrzeug nach Anspruch 11, wobei die Kühlschleife einen Wärmetauscher beinhaltet und die Heizschleife eine elektrische Heizeinrichtung beinhaltet.
Fahrzeug nach Anspruch 9, wobei jedes Ventil nur einer der Zonen zugeordnet ist.
Traktionsbatteriebaugruppe, die Folgendes umfasst: eine Traktionsbatterie, die eine Vielzahl von Zellen umfasst; und ein Wärmemanagementsystem, das Folgendes beinhaltet: eine Vielzahl von unterschiedlichen Kreisläufen, von der jeder einer anderen Teilmenge von Zellen zugeordnet ist und eine Leitung aufweist, die dazu konfiguriert ist, Kühlmittel durch diese zirkulieren zu lassen, und Ventile, die jeweils einen ersten Einlass, der mit einer Heizschleife verbunden ist, einen zweiten Einlass, der mit einer Kühlschleife verbunden ist, und einen Auslass, der mit einem entsprechenden einen der Kreisläufe verbunden ist, aufweisen, wobei jedes Ventil eine erste Position, in der der Auslass und der erste Einlass in Fluidverbindung stehen, um Erwärmung bereitzustellen, und eine zweite Position, in der der Auslass und der zweite Einlass in Fluidverbindung stehen, um Kühlung bereitzustellen, beinhaltet.