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DE102023208028A1 - Method for operating an electric drive train - Google Patents

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DE102023208028A1
DE102023208028A1 DE102023208028.1A DE102023208028A DE102023208028A1 DE 102023208028 A1 DE102023208028 A1 DE 102023208028A1 DE 102023208028 A DE102023208028 A DE 102023208028A DE 102023208028 A1 DE102023208028 A1 DE 102023208028A1
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traction battery
electrical
operating
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motor vehicle
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DE102023208028.1A
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Johannes Stockhammer
Stefan Solterbeck
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Volkswagen AG
Original Assignee
Volkswagen AG
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Publication date
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Antriebsstrangs (1), der zumindest eine elektrische Maschine (2) zum Antrieb eines Kraftfahrzeuges (3) sowie weitere elektrische Komponenten (4, 5, 6) zur Regelung und zum Betrieb der elektrischen Maschine (2), eine Traktionsbatterie (7) und einen Kühlkreislauf (8) zur Temperierung der Traktionsbatterie (7), der elektrischen Maschine (2) und der elektrischen Komponenten (4, 5, 6) aufweist; wobei das Verfahren umfasst, dass der Antriebsstrang (1) in bestimmten Betriebszuständen so betrieben wird, dass in zumindest einer der elektrischen Komponenten (2, 4, 5, 6) gezielt elektrische Verluste erzeugt werden.

Figure DE102023208028A1_0000
The invention relates to a method for operating an electric drive train (1) which has at least one electric machine (2) for driving a motor vehicle (3) and further electrical components (4, 5, 6) for controlling and operating the electric machine (2), a traction battery (7) and a cooling circuit (8) for controlling the temperature of the traction battery (7), the electric machine (2) and the electrical components (4, 5, 6); wherein the method comprises operating the drive train (1) in certain operating states in such a way that electrical losses are deliberately generated in at least one of the electrical components (2, 4, 5, 6).
Figure DE102023208028A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Antriebsstrangs. Der Antriebsstrang umfasst zumindest eine elektrische Maschine zum Antrieb des Kraftfahrzeuges sowie weitere elektrische Komponenten zur Regelung und zum Betrieb der elektrischen Maschine, eine Traktionsbatterie und einen Kühlkreislauf zur Temperierung der Traktionsbatterie, der elektrischen Maschine und der elektrischen Komponenten.The invention relates to a method for operating an electric drive train. The drive train comprises at least one electric machine for driving the motor vehicle and further electrical components for controlling and operating the electric machine, a traction battery and a cooling circuit for controlling the temperature of the traction battery, the electric machine and the electrical components.

Kraftfahrzeuge weisen mindestens einen Kühlkreislauf auf, in dem ein Kühlfluid durch eine oder mehrere Pumpen (jeweils) durch den Kühlkreislauf gefördert wird. Dabei wird über das Kühlfluid Wärmeenergie von den, in dem jeweiligen Kühlkreislauf integrierten Komponenten, insbesondere einer elektrischen Maschine, einem Pulswechselgleichrichter, einem Ladegerät, einem Spannungswandler, einer Batterie, aufgenommen. Diese Wärmeenergie wird anschließend über einen Umgebungswärmetauscher (eine Kühlvorrichtung) an die Umgebung (-sluft) abgegeben.Motor vehicles have at least one cooling circuit in which a cooling fluid is pumped through the cooling circuit by one or more pumps (each). The cooling fluid absorbs heat energy from the components integrated in the respective cooling circuit, in particular an electric machine, a pulse-changing rectifier, a charger, a voltage converter, a battery. This heat energy is then released into the environment (air) via an ambient heat exchanger (a cooling device).

Die Erhöhung der Reichweite von z. B. BEV (ausschließlich elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugen) ist eine ständige Herausforderung. Vorliegend soll ein Verfahren vorgeschlagen werden, mit dem die Energie, die aufgrund der thermisch bedingten Rekuperationsgrenzen nicht in der Traktionsbatterie des Kraftfahrzeuges gespeichert werden kann, zur Erwärmung der Traktionsbatterie verwendet werden kann.Increasing the range of BEVs (exclusively electrically powered vehicles), for example, is a constant challenge. The aim of this paper is to propose a method with which the energy that cannot be stored in the vehicle's traction battery due to thermal recuperation limits can be used to heat the traction battery.

Bei geringen Temperaturen kann die Traktionsbatterie, aufgrund der Einschränkung durch chemische Vorgänge in der Traktionsbatterie, nur mit geringer Stromstärke geladen werden. Bei Bremsvorgängen kann daher nicht das gesamte Potenzial zur Rückgewinnung der Bremsenergie genutzt werden. Jene Bremsenergie, die nicht in der Traktionsbatterie gespeichert werden kann, muss dann z. B. über die Bremsanlage abgeführt werden. Je schneller die Temperatur der Traktionsbatterie erhöht wird, desto eher kann das volle Potenzial der Rekuperation genutzt werden. Bei höherer Temperatur der Traktionsbatterie kann mehr elektrische Energie zurückgewonnen werden und der Einsatz der Bremsanlage wird verringert. Es ist z. B. bekannt, die Temperatur der Traktionsbatterie mittels eines elektrischen Zuheizers oder einer Wärmepumpe zu erhöhen. Sowohl die Wärmepumpe als auch der elektrische Zuheizer benötigen allerdings wertvolle elektrische Energie aus der Traktionsbatterie mit nachteiligen Effekten auf die Reichweite des Fahrzeugs.At low temperatures, the traction battery can only be charged with a low current due to the limitations of chemical processes in the traction battery. During braking, the full potential for recovering braking energy cannot therefore be used. The braking energy that cannot be stored in the traction battery must then be dissipated via the braking system, for example. The faster the temperature of the traction battery is increased, the sooner the full potential of recuperation can be used. At a higher temperature of the traction battery, more electrical energy can be recovered and the use of the braking system is reduced. It is known, for example, to increase the temperature of the traction battery using an electrical auxiliary heater or a heat pump. However, both the heat pump and the electrical auxiliary heater require valuable electrical energy from the traction battery, which has a detrimental effect on the range of the vehicle.

Eine weitere Umweltbelastung ist die Emission von Feinstaub durch Bremsanlagen und Reifenabrieb. Die Entlastung der mechanischen Bremsanlage führt zu einer Senkung der Feinstaubbelastung durch verminderten Bremsenabrieb. Bei längeren Bergabfahrten und voll geladener Traktionsbatterie muss generatorisch gebremst werden, damit die Bremsanlage thermisch nicht überlastet wird. Rekuperieren im herkömmlichen Sinn ist jedoch nur dann möglich, wenn die dabei erzeugte elektrische Energie in der Traktionsbatterie gespeichert oder im Fahrzeug direkt verbraucht werden kann. Ist die Bremsanlage an der Belastungsgrenze und die Traktionsbatterie kann keine weitere elektrische Energie aufnehmen, muss die durch den generatorischen Bremsvorgang erzeugte elektrische Energie direkt verbraucht werden. Es ist bekannt, unter diesen Betriebsbedingungen leistungsstarke Verbraucher, vorrangig die Heizelemente der Innenraumklimatisierung, die Klimaanlage im AC-Betrieb, die Heizung der Traktionsbatterie, die Sitzheizung und andere zur Verfügung stehende Verbraucher zu aktivieren. Das führt zu massiven thermischen und akustischen Komfortbeeinträchtigungen und bei längerer Dauer auch zur Beeinträchtigung der Konzentrationsfähigkeit des Nutzers des Kraftfahrzeuges. Der Nutzer hat keine Möglichkeit, in diesen Vorgang einzugreifen oder diesen abzuschalten.Another environmental burden is the emission of fine dust from braking systems and tire wear. Reducing the load on the mechanical braking system leads to a reduction in fine dust pollution through reduced brake wear. On long downhill journeys with a fully charged traction battery, regenerative braking must be used to prevent the braking system from being thermally overloaded. However, recuperation in the traditional sense is only possible if the electrical energy generated can be stored in the traction battery or used directly in the vehicle. If the braking system is at its load limit and the traction battery cannot absorb any more electrical energy, the electrical energy generated by the regenerative braking process must be used directly. It is known that under these operating conditions, high-performance consumers, primarily the heating elements of the interior air conditioning, the air conditioning in AC mode, the heating of the traction battery, the seat heating and other available consumers, are activated. This leads to massive thermal and acoustic impairments in comfort and, over a longer period, also to an impairment of the vehicle user's ability to concentrate. The user has no possibility to intervene in this process or to switch it off.

Aus der DE 10 2020 126 659 A1 ist ein System zur Steuerung einer regenerativen Bremsung für ein elektromotorbetriebenes Fahrzeug bekannt. Dabei wird ein elektrischer Widerstand zur Umwandlung von überschüssiger elektrischer Energie in Wärmeenergie vorgeschlagen.From the DE 10 2020 126 659 A1 A system for controlling regenerative braking for an electric motor-driven vehicle is known. An electrical resistor is proposed for converting excess electrical energy into thermal energy.

Die KR 101526430 B1 ist auf eine regenerative Bremsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug gerichtet.The KR 101526430 B1 is directed to a regenerative braking device for a motor vehicle.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die mit Bezug auf den Stand der Technik angeführten Probleme zumindest teilweise zu lösen. Insbesondere soll ein Verfahren angegeben werden, mit dem ein Antriebsstrang eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs und dabei insbesondere eine Traktionsbatterie energetisch günstig zu betreiben ist.The object of the present invention is to at least partially solve the problems mentioned with reference to the prior art. In particular, a method is to be specified with which a drive train of an electrically powered motor vehicle, and in particular a traction battery, can be operated in an energy-efficient manner.

Zur Lösung dieser Aufgaben trägt ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 bei. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche. Die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können durch erläuternde Sachverhalte aus der Beschreibung und/oder Details aus den Figuren ergänzt werden, wobei weitere Ausführungsvarianten der Erfindung aufgezeigt werden.A method with the features according to claim 1 contributes to the solution of these tasks. Advantageous further developments are the subject of the dependent claims. The features listed individually in the claims can be combined with one another in a technologically meaningful way and can be supplemented by explanatory facts from the description and/or details from the figures, whereby further embodiments of the invention are shown.

Es wird ein Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeuges vorgeschlagen. Der Antriebsstrang weist zumindest eine elektrische Maschine zum Antrieb des Kraftfahrzeuges sowie weitere elektrische Komponenten zur Regelung und zum Betrieb der elektrischen Maschine, eine Traktionsbatterie und einen Kühlkreislauf zur Temperierung der Traktionsbatterie, der elektrischen Maschine und der elektrischen Komponenten auf. Das Verfahren umfasst, dass der Antriebsstrang in bestimmten Betriebszuständen so betrieben wird, dass in zumindest einer der elektrischen Komponenten gezielt elektrische Verluste erzeugt werden.A method for operating an electric drive train of a motor vehicle is proposed. The drive train has at least one electric machine for driving the motor vehicle. vehicle and other electrical components for controlling and operating the electrical machine, a traction battery and a cooling circuit for controlling the temperature of the traction battery, the electrical machine and the electrical components. The method includes operating the drive train in certain operating states in such a way that electrical losses are deliberately generated in at least one of the electrical components.

Als elektrische Komponenten werden insbesondere eine (ggf. auch eine weitere) elektrische Maschine zum Antrieb des Kraftfahrzeugs, ein Ladegerät, ein Pulswechselrichter, ein Spannungswandler (insbesondere ein DC/DC-Wandler also Gleichspannungswandler) und ein Inverter angesehen. Diese elektrischen Komponenten sind im Hinblick auf ihre Funktionalität grundsätzlich bekannt.Electrical components are considered to be in particular an (possibly also another) electrical machine for driving the motor vehicle, a charger, a pulse inverter, a voltage converter (in particular a DC/DC converter, i.e. a direct current converter) and an inverter. These electrical components are generally known in terms of their functionality.

Mit dem Verfahren werden gezielt elektrische Verluste in ohnehin vorhandenen Komponenten des Antriebsstrangs erzeugt. Insbesondere werden die elektrischen Verluste ausschließlich in elektrischen Komponenten erzeugt, die zur Regelung oder zum Betrieb der mindestens einen elektrischen Maschine vorgesehen sind (außer der Traktionsbatterie). Ein gesondert vorzuhaltender Heizwiderstand ist davon insbesondere nicht umfasst.The method is used to specifically generate electrical losses in components of the drive train that are already present. In particular, the electrical losses are generated exclusively in electrical components that are intended for controlling or operating the at least one electrical machine (except for the traction battery). This does not include a heating resistor that has to be provided separately.

Insbesondere wird die gezielte Erzeugung von elektrischen Verlusten in zumindest einem der folgenden Betriebszustände des Antriebsstrangs bzw. des Kraftfahrzeugs durchgeführt:

  1. i. erster Betriebszustand, in dem die Traktionsbatterie eine Temperatur aufweist, die einen Ladestrom beim Rekuperieren auf einen Wert begrenzt, der unterhalb eines maximal möglichen Ladestroms liegt;
  2. ii. zweiter Betriebszustand, in dem die Traktionsbatterie keine weitere elektrische Energie aufnehmen kann; und
  3. iii. dritter Betriebszustand, in dem die Traktionsbatterie keine weitere elektrische Energie aufnehmen kann und auf eine höhere Temperatur erwärmbar ist (ohne dabei Schaden zu nehmen).
In particular, the targeted generation of electrical losses is carried out in at least one of the following operating states of the drive train or the motor vehicle:
  1. i. first operating state in which the traction battery has a temperature that limits a charging current during recuperation to a value that is below a maximum possible charging current;
  2. ii. second operating state in which the traction battery cannot absorb any further electrical energy; and
  3. iii. third operating state, in which the traction battery can no longer absorb any more electrical energy and can be heated to a higher temperature (without being damaged).

Insbesondere wird in dem ersten Betriebszustand die durch die elektrischen Verluste erzeugte thermische Energie zumindest zum Erwärmen der Traktionsbatterie verwendet (erste Betriebsart des Antriebsstrangs). Dabei wird insbesondere so wenig der thermischen Energie wie möglich z. B. an die Umgebung abgeführt, sondern insbesondere so viel thermische Energie wie möglich an die Traktionsbatterie weitergegeben. Eine Kühlvorrichtung des Kühlkreislaufs wird dabei insbesondere über einen geeigneten Bypass umgangen.In particular, in the first operating state, the thermal energy generated by the electrical losses is used at least to heat the traction battery (first operating mode of the drive train). In particular, as little of the thermal energy as possible is dissipated, e.g. to the environment, but rather as much thermal energy as possible is passed on to the traction battery. A cooling device of the cooling circuit is thereby bypassed, in particular, via a suitable bypass.

Insbesondere wird in dem zweiten Betriebszustand die durch die elektrischen Verluste erzeugte thermische Energie zumindest über eine Kühlvorrichtung des Kühlkreislaufs an eine Umgebung des Kraftfahrzeuges abgeführt (zweite Betriebsart des Antriebsstrangs).In particular, in the second operating state, the thermal energy generated by the electrical losses is dissipated to an environment of the motor vehicle at least via a cooling device of the cooling circuit (second operating mode of the drive train).

Es ist insbesondere möglich das Verfahren so durchzuführen, das die durch die elektrischen Verluste erzeugte thermische Energie zumindest zeitweise zum Erwärmen der Traktionsbatterie verwendet und (zeitlich parallel und/oder zeitlich zueinander versetzt) zeitweise über eine Kühlvorrichtung des Kühlkreislaufs an eine Umgebung des Kraftfahrzeuges abgeführt wird. Insbesondere kann das Verfahren zwischen diesen beiden Betriebsarten (erste und zweite Betriebsart im Wechsel) hin- und herwechseln (dritte Betriebsart des Antriebsstrangs).In particular, it is possible to carry out the method in such a way that the thermal energy generated by the electrical losses is used at least temporarily to heat the traction battery and is temporarily dissipated (in parallel and/or at different times) to the environment of the motor vehicle via a cooling device of the cooling circuit. In particular, the method can switch back and forth between these two operating modes (first and second operating modes alternating) (third operating mode of the drive train).

Insbesondere wird in dem dritten Betriebszustand die durch die elektrischen Verluste erzeugte thermische Energie zum weiteren Erwärmen der Traktionsbatterie verwendet (vierte Betriebsart des Antriebsstrangs). Dabei sollte die Traktionsbatterie nur insoweit weiter erwärmt werden, als das die Traktionsbatterie keinen Schaden nimmt. Dabei ist es insbesondere unerheblich, ob durch die weitere Erwärmung der Ladestrom beim Rekuperieren weiter erhöht werden kann oder sich infolge der Erwärmung verringert. Dabei kann das Kühlfluid ggf. auch über eine Kühlvorrichtung des Kühlkreislaufs geführt werden.In particular, in the third operating state, the thermal energy generated by the electrical losses is used to further heat the traction battery (fourth operating mode of the drive train). The traction battery should only be heated further to the extent that the traction battery is not damaged. It is particularly irrelevant whether the further heating can increase the charging current during recuperation or whether it is reduced as a result of the heating. The cooling fluid can also be passed through a cooling device in the cooling circuit if necessary.

Insbesondere kann jederzeit zwischen den unterschiedlichen Betriebsarten gewechselt werden.In particular, you can switch between the different operating modes at any time.

Insbesondere werden die elektrischen Verluste zumindest durch einen Eingriff in einer feldorientierte Regelung der elektrischen Maschine oder durch eine Änderung von Schaltzeitpunkten oder einer Schaltfrequenz einer als elektrische Komponente vorgesehene Leistungselektronik erzeugt. Diese Eingriffe sind insbesondere nicht auf einen sonst üblichen effizienten bzw. für den jeweiligen Betriebspunkt des Antriebsstrang als optimal angesehenen Betrieb der elektrischen Komponenten gerichtet, sondern im Gegenteil auf einen sonst als ineffizienten, energievernichtenden Betrieb des Antriebstrangs. Die elektrische Energie wird also gezielt nur zur Erzeugung von möglichst viel Wärme in den elektrischen Komponenten erzeugt, ohne dass sie - wie sonst üblich - im Hinblick auf eine Erfüllung von an den Antrieb des Kraftfahrzeuges gerichtete Anforderungen ausgerichtet ist.In particular, the electrical losses are generated at least by an intervention in a field-oriented control of the electrical machine or by a change in switching times or a switching frequency of a power electronics intended as an electrical component. In particular, these interventions are not aimed at an otherwise usual efficient operation of the electrical components or one that is considered optimal for the respective operating point of the drive train, but on the contrary at an otherwise inefficient, energy-wasting operation of the drive train. The electrical energy is therefore deliberately generated only to generate as much heat as possible in the electrical components, without it being aimed - as is otherwise usual - at meeting the requirements placed on the drive of the motor vehicle.

Mit dem vorgeschlagenen Verfahren kann insbesondere die Energie, die z. B. aufgrund der thermisch bedingten Rekuperationsgrenzen nicht in der Traktionsbatterie gespeichert werden kann (wenn z. B. die Traktionsbatterie zu kalt ist und daher der Ladestrom begrenzt werden muss), zur Erwärmung der Traktionsbatterie verwendet werden (z. B. in dem ersten Betriebszustand). Mit dem Verfahren werden durch gezielte Regeleingriffe in die Ansteuerung der elektrischen Komponenten zusätzliche thermische Verluste in diesen elektrischen Komponenten erzeugt, so dass mit überschüssiger potenzieller und kinetischer Energie die Traktionsbatterie über den Kühlkreislauf erwärmt werden kann (z. B. erste Betriebsart). Als Beispiel erfolgt dies durch Stelleingriffe in der feldorientierten Regelung der elektrischen Maschine und/oder durch Änderung der Schaltzeitpunkte bzw. der Schaltfrequenz der Leistungselektronik.The proposed method can be used to recover energy that cannot be stored in the traction battery due to thermal recuperation limits (e.g. if the traction battery is too cold and therefore the charging current must be limited) to heat the traction battery (e.g. in the first operating state). The method generates additional thermal losses in these electrical components through targeted control interventions in the control of the electrical components, so that the traction battery can be heated via the cooling circuit using excess potential and kinetic energy (e.g. first operating mode). For example, this is done by adjusting the field-oriented control of the electrical machine and/or by changing the switching times or the switching frequency of the power electronics.

Mit dem vorgeschlagenen Verfahren ist es insbesondere zumindest meistens nicht mehr erforderlich, in den genannten Betriebszuständen die genannten Verbraucher (leistungsstarke Verbraucher, vorrangig die Heizelemente der Innenraumklimatisierung, die Klimaanlage im AC-Betrieb, die Heizung der Traktionsbatterie, die Sitzheizung und andere zur Verfügung stehende Verbraucher) zuzuschalten. Die angeführten Nachteile können damit auch z. B. bei langen Bergabfahrten und dabei vollgeladener Traktionsbatterie vermindert werden. Die potenzielle Energie des Fahrzeuges wird dann im Rahmen des vorgeschlagenen Verfahrens in den elektrischen Komponenten in Wärme (thermische Energie) umgewandelt, insbesondere durch den Kühlkreislauf von den elektrischen Komponenten abgeführt und über eine Kühlvorrichtung des Kühlkreislaufs (z. B. einen grundsätzlich bekannten Niedertemperaturkühler) an eine Umgebung des Kraftfahrzeugs (also an die Umgebungsluft) abgegeben (zweiter Betriebszustand bzw. zweite Betriebsart). Generatorisches Bremsen und damit die Entlastung der Bremsanlage kann damit ohne Komforteinbuße für den Nutzer erfolgen. Die Feinstaubbelastung durch den sonst vorliegenden Bremsenabrieb sinkt.With the proposed method, it is no longer necessary, at least in most cases, to switch on the consumers mentioned (high-performance consumers, primarily the heating elements of the interior air conditioning, the air conditioning in AC mode, the heating of the traction battery, the seat heating and other available consumers) in the operating states mentioned. The disadvantages mentioned can thus also be reduced, for example, during long downhill journeys with a fully charged traction battery. The potential energy of the vehicle is then converted into heat (thermal energy) in the electrical components as part of the proposed method, in particular dissipated from the electrical components by the cooling circuit and released into the environment of the vehicle (i.e. into the ambient air) via a cooling device in the cooling circuit (e.g. a generally known low-temperature cooler) (second operating state or second operating mode). Regenerative braking and thus the relief of the braking system can thus take place without any loss of comfort for the user. The fine dust pollution caused by the brake wear that would otherwise be present is reduced.

Die Umwandlung der kinetischen Energie in thermische Energie kann dabei z. B. durch Stelleingriffe in der feldorientierten Regelung der elektrischen Maschine und/oder durch Änderung der Schaltzeitpunkte bzw. der Schaltfrequenz der Leistungselektronik (eine oder mehrere der folgenden Komponenten: Ladegerät, Pulswechselrichter, Spannungswandler, Inverter) erfolgen.The conversion of kinetic energy into thermal energy can be achieved, for example, by adjusting the field-oriented control of the electrical machine and/or by changing the switching times or the switching frequency of the power electronics (one or more of the following components: charger, pulse inverter, voltage converter, inverter).

Bei geringer Temperatur der Traktionsbatterie kann insbesondere in bestimmten Fahr- bzw. Betriebszuständen eine höhere Rekuperationsenergie zur Verfügung stehen, als in die Traktionsbatterie geladen werden kann. Um Schäden an der Zellchemie der Traktionsbatterie zu vermeiden, muss bei niedrigen Temperaturen der Ladestrom der Traktionsbatterie begrenzt werden.When the traction battery is at a low temperature, more recuperation energy may be available than can be charged into the traction battery, particularly in certain driving or operating conditions. To avoid damage to the cell chemistry of the traction battery, the charging current of the traction battery must be limited at low temperatures.

Es ist bekannt, die Rekuperation durch den jeweils maximalen zulässigen Ladestrom der Traktionsbatterie zu begrenzen. Bei Bremsvorgängen außerhalb der Rekuperationsgrenzen kommt die Bremsanlage zum Einsatz und die Energie wird nicht zum Temperieren der Traktionsbatterie verwendet. Eine Steigerung der Rekuperationsgrenzen durch Erhöhung der Temperatur der Traktionsbatterie erfolgt dann gerade nicht. Die Einsatzhäufigkeit der Bremsanlage wird ebenfalls nicht reduziert.It is known that recuperation can be limited by the maximum permissible charging current of the traction battery. When braking outside the recuperation limits, the braking system is used and the energy is not used to temper the traction battery. An increase in the recuperation limits by increasing the temperature of the traction battery does not then occur. The frequency of use of the braking system is also not reduced.

Mit dem vorgeschlagenen Verfahren erfolgt die Steuerung der Rekuperation insbesondere so, dass der maximal zulässige Ladestrom der Traktionsbatterie eingehalten wird. Die überschüssige Rekuperationsenergie wird durch gezielte zusätzlich erzeugte elektrische Verluste in den elektrischen Komponenten unter anderem in thermische Energie umgewandelt. Diese thermische Energie wird nun zum Temperieren der Traktionsbatterie verwendet.With the proposed method, recuperation is controlled in such a way that the maximum permissible charging current of the traction battery is adhered to. The excess recuperation energy is converted into thermal energy, among other things, by targeted additional electrical losses in the electrical components. This thermal energy is then used to control the temperature of the traction battery.

Damit kann insbesondere die Einsatzhäufigkeit der Bremsanlage reduziert werden. Durch den Temperaturanstieg in der Traktionsbatterie kann als Folge mehr Bremsenergie als elektrische Energie von der Traktionsbatterie aufgenommen werden, weil der maximal mögliche Ladestrom weiter erhöht werden kann. Mit steigender Temperatur der Traktionsbatterie sinken gleichzeitig die inneren Verluste der Traktionsbatterie. Die bessere Rückgewinnung der Bremsenergie und der niedrigere Innenwiderstand der Traktionsbatterie steigern die energetische Effizienz des Kraftfahrzeugs.This means that the frequency of use of the braking system can be reduced. As a result of the increase in temperature in the traction battery, more braking energy can be absorbed by the traction battery than electrical energy, because the maximum possible charging current can be increased further. As the temperature of the traction battery increases, the internal losses of the traction battery also decrease. The better recovery of braking energy and the lower internal resistance of the traction battery increase the energy efficiency of the vehicle.

Bei einer vollständig geladenen Traktionsbatterie kann wenig Bremsenergie in der Traktionsbatterie gespeichert werden. Es ist in diesem Zusammenhang bekannt, z. B. bei längerer Bergabfahrt nur die Bremsanlage zu betätigen. Ist die Bremsanlage an der thermischen Belastungsgrenze, muss die Bremsanlage durch generatorischen Bremsbetrieb entlastet werden. Da die (vollständig geladene) Traktionsbatterie dabei aber keine weitere Energie aufnehmen kann, muss die überschüssige elektrische Energie durch Zuschalten von leistungsstarken elektrischen Verbrauchern abgeführt werden. Entsprechende Komforteinbußen im Innenraum des Kraftfahrzeuges sind die Folge.When a traction battery is fully charged, little braking energy can be stored in the traction battery. In this context, it is common practice to only operate the brake system, for example on a long downhill journey. If the brake system is at its thermal load limit, the brake system must be relieved by regenerative braking. However, since the (fully charged) traction battery cannot absorb any more energy, the excess electrical energy must be dissipated by connecting powerful electrical consumers. This results in a corresponding loss of comfort in the interior of the vehicle.

Mit dem vorgeschlagenen Verfahren werden beim generatorischen Bremsen gezielt zusätzliche thermische Verluste erzeugt und über den Kühlkreislauf an eine Kühlvorrichtung abgeführt. Die Bremsanlage wird somit entlastet und eine Beeinträchtigung des Fahrkomforts wird in weiten Bereichen des Betriebs des Kraftfahrzeugs vermieden. Durch den verminderten Einsatz der Bremsanlage verringert sich ebenfalls die Feinstaubbelastung durch Bremsenabrieb (z. B. in der zweiten, dritten oder vierten Betriebsart).With the proposed method, additional thermal losses are deliberately generated during regenerative braking and dissipated to a cooling device via the cooling circuit. The load on the braking system is thus reduced and impairment of driving comfort is avoided in many areas of vehicle operation. The reduced use of the braking system also reduces the particulate matter pollution caused by brake wear (e.g. in the second, third or fourth operating mode).

Sollte die Traktionsbatterie weiter erwärmt werden können (ohne infolgedessen Schaden zu nehmen) kann die überschüssige Rekuperationsenergie sowohl (ausschließlich) als thermische Energie in der Traktionsbatterie gespeichert als auch (ausschließlich oder zusätzlich) über eine Kühlvorrichtung an die Umgebung abgeführt werden.If the traction battery can be heated further (without being damaged as a result), the excess recuperation energy can be stored (exclusively) as thermal energy in the traction battery or (exclusively or additionally) dissipated to the environment via a cooling device.

Mit dem vorgeschlagenen Verfahren können insbesondere die folgenden Vorteile realisiert werden:

  • • Effizienzsteigerung des Betriebs des Antriebsstrangs und insbesondere des Betriebs der Traktionsbatterie durch gezielt erzeugte thermische Verluste;
  • • Reduzierung der Komforteinbußen bei hoher thermischer Belastung der Bremsanlage;
  • • geringere Umweltbelastung durch verminderten Bremsenabrieb;
  • • Erhöhung der Reichweite des Kraftfahrzeugs.
The proposed method can achieve the following advantages in particular:
  • • Increasing the efficiency of the operation of the drive train and in particular the operation of the traction battery through targeted thermal losses;
  • • Reduction of comfort losses when the braking system is subjected to high thermal loads;
  • • lower environmental impact due to reduced brake wear;
  • • Increasing the range of the vehicle.

Insbesondere können die unterschiedlichen Betriebsarten auch aus anderen Gründen (nicht nur aufgrund der vorliegenden Betriebszustände gezielt ausgewählt werden. Z. B. kann im Hinblick auf eine Steigerung der Reichweite und der Effizienz die erste Betriebsart bevorzugt eingesetzt werden. Im Hinblick auf Umweltbelastung durch Feinstaub und zukünftige Gesetzgebung in diesem Zusammenhang, sowie auf den Innenraumkomfort bei hoher Belastung der Bremsanlage sind z. B. die zweite, dritte und vierte Betriebsart zu bevorzugen.In particular, the different operating modes can also be specifically selected for other reasons (not only due to the current operating conditions). For example, the first operating mode can be preferred with a view to increasing the range and efficiency. With a view to environmental pollution caused by fine dust and future legislation in this context, as well as interior comfort when the braking system is under high load, the second, third and fourth operating modes are preferable.

Insbesondere weist der Kühlkreislauf zumindest einen ersten Bypass zur Umgehung der Traktionsbatterie auf. Mit dem ersten Bypass kann das den Kühlkreislauf durchströmende Kühlfluid insbesondere an der Traktionsbatterie vorbeigeführt werden, so dass insbesondere eine weitere Erwärmung der Traktionsbatterie durch die thermische Energie des Kühlfluids verhindert werden kann. Insbesondere sind mehrere erste Bypässe vorgesehen. In einem ersten Bypass kann das Kühlfluid z. B. über einen sogenannten Chiller geführt werden, durch den das Kühlfluid mit einem Kältemittelkreislauf einer Klimaanlage des Kraftfahrzeuges verbunden ist. Über den Chiller kann das Kühlfluid abgekühlt werden. In einem anderen ersten Bypass kann das Kühlfluid auch an dem Chiller vorbeigeführt werden. Der erste Bypass wird insbesondere in der zweiten, und dritten Betriebsart genutzt.In particular, the cooling circuit has at least one first bypass for bypassing the traction battery. With the first bypass, the cooling fluid flowing through the cooling circuit can be guided past the traction battery in particular, so that in particular further heating of the traction battery by the thermal energy of the cooling fluid can be prevented. In particular, several first bypasses are provided. In a first bypass, the cooling fluid can be guided, for example, via a so-called chiller, through which the cooling fluid is connected to a coolant circuit of an air conditioning system of the motor vehicle. The cooling fluid can be cooled via the chiller. In another first bypass, the cooling fluid can also be guided past the chiller. The first bypass is used in particular in the second and third operating modes.

Insbesondere weist der Kühlkreislauf (zusätzlich oder alternativ zum ersten Bypass) zumindest einen zweiten Bypass zur Umgehung einer Kühlvorrichtung auf, wobei über die Kühlvorrichtung Wärme an eine Umgebung des Kraftfahrzeuges abführbar ist. Dieser Bypass wird insbesondere in der ersten Betriebsart genutzt.In particular, the cooling circuit (in addition to or as an alternative to the first bypass) has at least one second bypass for bypassing a cooling device, wherein heat can be dissipated to the environment of the motor vehicle via the cooling device. This bypass is used in particular in the first operating mode.

Als Kühlvorrichtung ist insbesondere ein grundsätzlich bekannter Niedertemperaturkühler vorgesehen, bei dem das Kühlfluid an der Umgebungsluft abgekühlt werden kann.As a cooling device, in particular a basically known low-temperature cooler is provided, in which the cooling fluid can be cooled in the ambient air.

Insbesondere kann der Kühlkreislauf zusätzlich oder alternativ zu den Bypässen (oder den einzelnen Bypässen) eine Rückführung aufweisen, über das Kühlfluid unmittelbar stromabwärts der Traktionsbatterie zumindest teilweise wieder zu einer Anschlussstelle unmittelbar stromaufwärts der Traktionsbatterie zurückgeführt werden kann. Dabei kann in dieser Rückführung insbesondere ein Heizungswärmetauscher und/oder ein Hochvolt-Heizer vorgesehen sein.In particular, the cooling circuit can have a return line in addition to or as an alternative to the bypasses (or the individual bypasses), via which cooling fluid immediately downstream of the traction battery can be at least partially returned to a connection point immediately upstream of the traction battery. In this return line, a heating heat exchanger and/or a high-voltage heater can be provided in particular.

Über einen Hochvolt-Heizer kann das Kühlfluid schnell erwärmt werden, wobei dabei aber elektrische Energie der Traktionsbatterie verbraucht wird. Dieser Hochvolt-Heizer kann insbesondere in der ersten Betriebsart genutzt werden.The cooling fluid can be heated quickly using a high-voltage heater, although this consumes electrical energy from the traction battery. This high-voltage heater can be used in particular in the first operating mode.

Über den Heizungswärmetauscher kann Wärme zwischen dem Innenraum und dem Kühlkreislauf transferiert werden. Insbesondere können Heizungswärmetauscher und Hochvolt-Heizer in einer (ggf. auch in einem separat betreibbaren Teil einer) Rückführung angeordnet sein.Heat can be transferred between the interior and the cooling circuit via the heating heat exchanger. In particular, the heating heat exchanger and high-voltage heater can be arranged in a return system (or in a separately operable part of a system).

Insbesondere ist ein Ausgleichbehälter an den Kühlkreislauf angeschlossen. Der Ausgleichbehälter stellt sicher, dass ausreichend Kühlfluid in dem Kühlkreislauf vorhanden ist. Weiter kann über den Ausgleichbehälter eine Ausdehnung des Kühlfluids über eine Luftvorlage kompensiert werden.In particular, an expansion tank is connected to the cooling circuit. The expansion tank ensures that there is sufficient cooling fluid in the cooling circuit. Furthermore, the expansion tank can be used to compensate for any expansion of the cooling fluid via an air reservoir.

Es wird weiter ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, zumindest aufweisend einen elektrischen Antriebsstrang, der zumindest eine elektrische Maschine zum Antrieb des Kraftfahrzeuges sowie weitere elektrische Komponenten zur Regelung und zum Betrieb der elektrischen Maschine, eine Traktionsbatterie und einen Kühlkreislauf zur Temperierung der Traktionsbatterie, der elektrischen Maschine und der elektrischen Komponenten sowie ein Steuergerät. Das Steuergerät weist Mittel zur Ausführung des beschriebenen Verfahrens auf und/oder weist Mittel auf, die zur Ausführung des beschriebenen Verfahrens geeignet ausgestattet, konfiguriert oder programmiert sind bzw. die das Verfahren ausführen.A motor vehicle is also proposed, at least having an electric drive train, which has at least one electric machine for driving the motor vehicle and further electrical components for controlling and operating the electric machine, a traction battery and a cooling circuit for controlling the temperature of the traction battery, the electric machine and the electrical components, as well as a control unit. The control unit has means for carrying out the described method and/or has means that are suitably equipped, configured or programmed for carrying out the described method or that carry out the method.

Die Mittel umfassen z. B. einen Prozessor und einen Speicher, in dem durch den Prozessor auszuführende Befehle gespeichert sind, sowie Datenleitungen oder Übertragungseinrichtungen, die eine Übertragung von Befehlen, Messwerten, Daten oder ähnlichem zwischen den angeführten Elementen ermöglichen.The means include, for example, a processor and a memory in which instructions to be executed by the processor are stored, as well as data lines or transmission devices which enable the transmission of instructions, measured values, data or similar between the listed elements.

Die „Mittel“ können insbesondere eine oder mehrere folgender Komponenten umfassen: Steuerung(en), Mikrocontroller, Datenspeicher, Datenverbindung, Anzeigegeräte (wie z.B. ein Display), Zähler bzw. Zeitglied (Timer), mindestens ein weiterer Sensor, eine Energiequelle, etc.The “means” may in particular comprise one or more of the following components: controller(s), microcontroller, data storage, data connection, display devices (such as a display), counter or timer, at least one further sensor, an energy source, etc.

Es wird weiter ein Computerprogramm vorgeschlagen, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Computerprogramms durch einen Computer diesen veranlassen, das beschriebene Verfahren auszuführen.A computer program is further proposed, comprising instructions which, when the computer program is executed by a computer, cause the computer to carry out the described method.

Es wird weiter ein computerlesbares Speichermedium vorgeschlagen, umfassend Befehle, die bei der Ausführung durch einen Computer diesen veranlassen, das beschriebene Verfahren bzw. die Schritte des beschriebenen Verfahrens auszuführen.A computer-readable storage medium is also proposed, comprising instructions which, when executed by a computer, cause the computer to carry out the described method or the steps of the described method.

Die Ausführungen zu dem Verfahren sind insbesondere auf das Kraftfahrzeug und/oder das computerimplementierte Verfahren (also das Computerprogramm und das computerlesbare Speichermedium) übertragbar und umgekehrt.The statements on the method are particularly transferable to the motor vehicle and/or the computer-implemented method (i.e. the computer program and the computer-readable storage medium) and vice versa.

Die Verwendung unbestimmter Artikel („ein“, „eine“, „einer“ und „eines“), insbesondere in den Patentansprüchen und der diese wiedergebenden Beschreibung, ist als solche und nicht als Zahlwort zu verstehen. Entsprechend damit eingeführte Begriffe bzw. Komponenten sind somit so zu verstehen, dass diese mindestens einmal vorhanden sind und insbesondere aber auch mehrfach vorhanden sein können.The use of indefinite articles ("a", "an", "an" and "another"), particularly in the patent claims and the description reflecting them, is to be understood as such and not as a number. Terms or components introduced accordingly are therefore to be understood as being present at least once and, in particular, can also be present multiple times.

Vorsorglich sei auch angemerkt, dass die hier verwendeten Zahlwörter („erste“, „zweite“, ...) vorrangig (nur) zur Unterscheidung von mehreren gleichartigen Gegenständen, Größen oder Prozessen dienen, also insbesondere keine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge dieser Gegenstände, Größen oder Prozesse zueinander zwingend vorgeben. Sollte eine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge erforderlich sein, ist dies hier explizit angegeben oder es ergibt sich offensichtlich für den Fachmann beim Studium der konkret beschriebenen Ausgestaltung. Soweit ein Bauteil mehrfach vorkommen kann („mindestens ein“), kann die Beschreibung zu einem dieser Bauteile für alle oder ein Teil der Mehrzahl dieser Bauteile gleichermaßen gelten, dies ist aber nicht zwingend.As a precaution, it should also be noted that the numerals used here ("first", "second", ...) primarily serve (only) to distinguish between several similar objects, sizes or processes, and in particular do not necessarily specify a dependency and/or sequence of these objects, sizes or processes. If a dependency and/or sequence is required, this is explicitly stated here or it is obvious to the person skilled in the art when studying the specifically described design. If a component can occur multiple times ("at least one"), the description of one of these components can apply equally to all or part of the majority of these components, but this is not mandatory.

Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der beiliegenden Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die angeführten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkenntnissen aus der vorliegenden Beschreibung zu kombinieren. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Es zeigen:

  • 1: ein Kraftfahrzeug mit einem Antriebsstrang und einer ersten Ausführungsvariante eines Kühlkreislaufs, der in einer ersten Betriebsart betrieben wird;
  • 2: ein Kraftfahrzeug mit einem Antriebsstrang und einer zweiten Ausführungsvariante eines Kühlkreislaufs, der in einer ersten Betriebsart betrieben wird;
  • 3: das Kraftfahrzeug nach 1, wobei der Kühlkreislauf in einer zweiten Betriebsart betrieben wird;
  • 4: das Kraftfahrzeug nach 2, wobei der Kühlkreislauf in einer zweiten Betriebsart betrieben wird;
  • 5: das Kraftfahrzeug nach 1 und 3, wobei der Kühlkreislauf in einer vierten Betriebsart betrieben wird; und
  • 6: das Kraftfahrzeug nach 2 und 4, wobei der Kühlkreislauf in einer vierten Betriebsart betrieben wird.
The invention and the technical environment are explained in more detail below with reference to the accompanying figures. It should be noted that the invention is not intended to be limited by the exemplary embodiments given. In particular, unless explicitly stated otherwise, it is also possible to extract partial aspects of the facts explained in the figures and combine them with other components and findings from the present description. In particular, it should be noted that the figures and in particular the size relationships shown are only schematic. They show:
  • 1 : a motor vehicle with a drive train and a first embodiment of a cooling circuit which is operated in a first operating mode;
  • 2 : a motor vehicle with a drive train and a second embodiment of a cooling circuit operated in a first operating mode;
  • 3 : the motor vehicle after 1 , wherein the cooling circuit is operated in a second operating mode;
  • 4 : the motor vehicle after 2 , wherein the cooling circuit is operated in a second operating mode;
  • 5 : the motor vehicle after 1 and 3 , wherein the cooling circuit is operated in a fourth operating mode; and
  • 6 : the motor vehicle after 2 and 4 , whereby the cooling circuit is operated in a fourth operating mode.

Die 1 zeigt ein Kraftfahrzeug 3 mit einem Antriebsstrang 1 und einer ersten Ausführungsvariante eines Kühlkreislaufs 8, der in einer ersten Betriebsart betrieben wird. Das Kraftfahrzeug 3 weist einen elektrischen Antriebsstrang 1, der zwei elektrische Maschinen 2 zum Antrieb des Kraftfahrzeuges 3 sowie weitere elektrische Komponenten 4, 5 zur Regelung und zum Betrieb der elektrischen Maschinen 2, eine Traktionsbatterie 7 und einen Kühlkreislauf 8 zur Temperierung der Traktionsbatterie 7, der elektrischen Maschinen 2 und der elektrischen Komponenten 4, 5 sowie ein Steuergerät 13 aufweist.The 1 shows a motor vehicle 3 with a drive train 1 and a first embodiment of a cooling circuit 8, which is operated in a first operating mode. The motor vehicle 3 has an electric drive train 1, which has two electric machines 2 for driving the motor vehicle 3 and further electric components 4, 5 for controlling and operating the electric machines 2, a traction battery 7 and a cooling circuit 8 for controlling the temperature of the traction battery 7, the electric machines 2 and the electric components 4, 5 as well as a control unit 13.

Als elektrische Komponenten 4, 5, 6 werden eine elektrische Maschine 2 zum Antrieb des Kraftfahrzeugs 3 als dritte elektrische Komponente 6, ein Ladegerät bzw. Spannungswandler als erste elektrische Komponente 4 sowie ein Pulswechselrichter als zweite elektrische Komponente 5 angesehen. Diese elektrischen Komponenten sind im Hinblick auf ihre Funktionalität grundsätzlich bekannt und dienen der Regelung und dem Betrieb der elektrischen Maschinen 2.The electrical components 4, 5, 6 are an electrical machine 2 for driving the motor vehicle 3 as the third electrical component 6, a charger or voltage converter as the first electrical component 4 and a pulse inverter as the second electrical component 5. These electrical components are basically known in terms of their functionality and are used to control and operate the electrical machines 2.

Die elektrischen Maschinen 2 können zum Antrieb einzelner Räder oder einzelner Achsen des Kraftfahrzeuges vorgesehen sein. Insbesondere ist zumindest eine elektrische Maschine 2 permanent als Traktionsantrieb vorgesehen, wobei die andere elektrische Maschine 2 nur zugeschaltet wird (z. B. zur Bereitstellung einer höheren Antriebsleistung oder zum Antrieb einer anderen Achse).The electric machines 2 can be designed to drive individual wheels or individual axles of the motor vehicle. In particular, at least one electric machine 2 is permanently provided as a traction drive, wherein the other electric machine 2 is only switched on (e.g. to provide a higher drive power or to drive another axle).

Der Kühlkreislauf 8 wird von einem Kühlfluid 15 durchströmt. In dem Kühlkreislauf 8 sind zwei Pumpen 14 vorgesehen, durch die ein Volumenstrom des Kühlfluids 15 regelbar ist. Weiter sind Regelventile 16 vorgesehen, über die eine Durchströmung bestimmter Abschnitte des Kühlkreislaufs 8 (insbesondere auch hinsichtlich des jeweiligen Volumenstroms) regelbar ist.A cooling fluid 15 flows through the cooling circuit 8. Two pumps 14 are provided in the cooling circuit 8, by means of which a volume flow of the cooling fluid 15 can be regulated. Control valves 16 are also provided, via which a flow through certain sections of the cooling circuit 8 (in particular also with regard to the respective volume flow) can be regulated.

Ein Ausgleichbehälter 17 ist an den Kühlkreislauf 8 angeschlossen. Der Ausgleichbehälter 8 stellt sicher, dass ausreichend Kühlfluid 15 in dem Kühlkreislauf 8 vorhanden ist. Weiter kann über den Ausgleichbehälter 17 eine Ausdehnung des Kühlfluids 15 über eine Luftvorlage kompensiert werden.An expansion tank 17 is connected to the cooling circuit 8. The expansion tank 8 ensures that there is sufficient cooling fluid 15 in the cooling circuit 8. Furthermore, an expansion of the cooling fluid 15 can be compensated via an air reservoir via the expansion tank 17.

Der Kühlkreislauf 8 weist einen ersten Bypass 11 zur Umgehung der Traktionsbatterie 7 auf. Mit dem ersten Bypass 11 kann das den Kühlkreislauf 8 durchströmende Kühlfluid 15 wahlweise an der Traktionsbatterie 7 vorbeigeführt werden, so dass eine weitere Erwärmung der Traktionsbatterie 7 durch die thermische Energie des Kühlfluids 15 verhindert werden kann. Vorliegend sind zwei erste Bypässe 11 vorgesehen. In einem (unteren) ersten Bypass 11 kann das Kühlfluid 15 über einen sogenannten Chiller 19 geführt werden, durch den das Kühlfluid 15 mit einem Kältemittelkreislauf einer Klimaanlage des Kraftfahrzeuges 3 verbunden ist. Über den Chiller 19 kann das Kühlfluid 15 abgekühlt werden. In einem anderen (oberen) ersten Bypass 11 kann das Kühlfluid 15 auch an dem Chiller 19 vorbeigeführt werden.The cooling circuit 8 has a first bypass 11 for bypassing the traction battery 7. With the first bypass 11, the cooling fluid 15 flowing through the cooling circuit 8 can optionally be guided past the traction battery 7, so that further heating of the traction battery 7 by the thermal energy of the cooling fluid 15 can be prevented. In the present case, two first bypasses 11 are provided. In a (lower) first bypass 11, the cooling fluid 15 can be guided via a so-called chiller 19, through which the cooling fluid 15 is connected to a coolant circuit of an air conditioning system of the motor vehicle 3. The cooling fluid 15 can be cooled via the chiller 19. In another (upper) first bypass 11, the cooling fluid 15 can also be guided past the chiller 19.

Der Kühlkreislauf 8 weist zusätzlich zum ersten Bypass 11 einen zweiten Bypass 12 zur Umgehung einer Kühlvorrichtung 9 auf, wobei über die Kühlvorrichtung 9 Wärme an eine Umgebung 10 des Kraftfahrzeuges 3 abführbar ist. Die Kühlvorrichtung 9 ist als ein grundsätzlich bekannter Niedertemperaturkühler ausgeführt, bei dem das Kühlfluid 15 an der Umgebungsluft abgekühlt werden kann.In addition to the first bypass 11, the cooling circuit 8 has a second bypass 12 for bypassing a cooling device 9, wherein heat can be dissipated to an environment 10 of the motor vehicle 3 via the cooling device 9. The cooling device 9 is designed as a basically known low-temperature cooler in which the cooling fluid 15 can be cooled in the ambient air.

Der Kühlkreislauf 8 weist zusätzlich zu den Bypässen 11, 12 eine Rückführung 22 auf, über die das Kühlfluid 15 unmittelbar stromabwärts der Traktionsbatterie 7 zumindest teilweise wieder zu einer Anschlussstelle unmittelbar stromaufwärts der Traktionsbatterie 7 zurückgeführt werden kann. In dieser Rückführung 22 ist ein Hochvolt-Heizer 20 vorgesehen, über den das Kühlfluid 15 schnell erwärmt werden kann, wobei dabei aber elektrische Energie der Traktionsbatterie 7 verbraucht wird.In addition to the bypasses 11, 12, the cooling circuit 8 has a return line 22, via which the cooling fluid 15 immediately downstream of the traction battery 7 can be at least partially returned to a connection point immediately upstream of the traction battery 7. A high-voltage heater 20 is provided in this return line 22, via which the cooling fluid 15 can be quickly heated, although electrical energy from the traction battery 7 is consumed in the process.

In dem Kühlkreislauf 8 sind einige Sensoren 18 zur Bestimmung der Temperatur des Kühlfluids 15 vorgesehen.In the cooling circuit 8, several sensors 18 are provided for determining the temperature of the cooling fluid 15.

Vorliegend wird der Antriebsstrang 1 in einer ersten Betriebsart betrieben. Dabei wird die durch die elektrischen Verluste erzeugte thermische Energie zumindest zum Erwärmen der Traktionsbatterie 7 verwendet. Dabei liegt z. B. ein erster Betriebszustand des Antriebsstrangs 1 bzw. des Kraftfahrzeuges 3 vor, in dem die Traktionsbatterie 7 eine Temperatur aufweist, die einen Ladestrom beim Rekuperieren auf einen Wert begrenzt, der unterhalb eines maximal möglichen Ladestroms liegt.In the present case, the drive train 1 is operated in a first operating mode. The thermal energy generated by the electrical losses is used at least to heat the traction battery 7. For example, a first operating state of the drive train 1 or the motor vehicle 3 exists in which the traction battery 7 has a temperature that limits a charging current during recuperation to a value that is below a maximum possible charging current.

Mit den gezielt erzeugten elektrischen Verlusten soll also thermische Energie erzeugt werden, die dann über das Kühlfluid 15 zum möglichst schnellen Erwärmen der Traktionsbatterie 7 eingesetzt werden soll. Das Kühlfluid 15 wird in der ersten Betriebsart gezielt über den zweiten Bypass (und damit vorbei an der Kühlvorrichtung 9) und ausschließlich über die Traktionsbatterie 7 (und nicht über einen der ersten Bypässe 11 oder die Rückführung 22) und wieder zurück zu den elektrischen Komponenten 2, 4, 5, 6 geführt.The purposely generated electrical losses are intended to generate thermal energy, which is then used via the cooling fluid 15 to heat the traction battery 7 as quickly as possible. In the first operating mode, the cooling fluid 15 is specifically guided via the second bypass (and thus past the cooling device 9) and exclusively via the traction battery 7 (and not via one of the first bypasses 11 or the return 22) and back to the electrical components 2, 4, 5, 6.

Die 2 zeigt ein Kraftfahrzeug 3 mit einem Antriebsstrang 1 und einer zweiten Ausführungsvariante eines Kühlkreislaufs 8, der in einer ersten Betriebsart betrieben wird. Auf die Ausführungen zu 1 wird Bezug genommen.The 2 shows a motor vehicle 3 with a drive train 1 and a second embodiment of a cooling circuit 8, which is operated in a first operating mode. The explanations for 1 reference is made.

Bei der zweiten Ausführungsvariante des Kühlkreislaufs 8 ist nur eine elektrische Maschine 2 vorgesehen. Zudem sind die Kühlvorrichtung 9 und der zweite Bypass hier stromabwärts der Traktionsbatterie 7 und damit zwischen der Traktionsbatterie 7 und den elektrischen Komponenten 2, 4, 5 angeordnet.In the second embodiment of the cooling circuit 8, only one electric machine 2 is provided. In addition, the cooling device 9 and the second bypass are arranged downstream of the traction battery 7 and thus between the traction battery 7 and the electrical components 2, 4, 5.

Zudem weist der Kühlkreislauf 8 eine Rückführung 22 auf, über das Kühlfluid 15 unmittelbar stromabwärts der Traktionsbatterie 7 zumindest teilweise wieder zu einer Anschlussstelle unmittelbar stromaufwärts der Traktionsbatterie 7 zurückgeführt werden kann, wobei in dieser Rückführung 22 ein Heizungswärmetauscher 21 und ein Hochvolt-Heizer 20 vorgesehen sind.In addition, the cooling circuit 8 has a return line 22, via which the cooling fluid 15 immediately downstream of the traction battery 7 can be at least partially returned to a connection point immediately upstream of the traction battery 7, wherein a heating heat exchanger 21 and a high-voltage heater 20 are provided in this return line 22.

Über den Heizungswärmetauscher 21 kann Wärme zwischen dem Innenraum des Kraftfahrzeuges 3 und dem Kühlkreislauf 8 transferiert werden. Der Heizungswärmetauscher 21 und der Hochvolt-Heizer 20 sind in einem separat betreibbaren Teil der Rückführung 22 angeordnet. Dabei ist in diesem Teil der Rückführung 22 eine separate Pumpe 14 angeordnet, so dass das Kühlfluid 15 in diesem nach außen geschlossenen Teil der Rückführung 22 gefördert werden kann.Heat can be transferred between the interior of the motor vehicle 3 and the cooling circuit 8 via the heating heat exchanger 21. The heating heat exchanger 21 and the high-voltage heater 20 are arranged in a separately operable part of the return line 22. A separate pump 14 is arranged in this part of the return line 22 so that the cooling fluid 15 can be conveyed in this part of the return line 22 which is closed to the outside.

Das Kühlfluid 15 wird in der ersten Betriebsart gezielt über den zweiten Bypass 12 (und damit vorbei an der Kühlvorrichtung 9) und ausschließlich über die Traktionsbatterie 7 (und nicht über einen der ersten Bypässe 11 oder die Rückführung 22) und wieder zurück zu den elektrischen Komponenten 2, 4, 5 geführt.In the first operating mode, the cooling fluid 15 is directed specifically via the second bypass 12 (and thus past the cooling device 9) and exclusively via the traction battery 7 (and not via one of the first bypasses 11 or the return line 22) and back to the electrical components 2, 4, 5.

3 zeigt das Kraftfahrzeug nach 1, wobei der Kühlkreislauf 8 in einer zweiten Betriebsart betrieben wird. 4 zeigt das Kraftfahrzeug 3 nach 2, wobei der Kühlkreislauf 8 in einer zweiten Betriebsart betrieben wird. Auf die Ausführungen zu den 1 und 2 wird Bezug genommen. Die 3 und 4 werden im Folgenden gemeinsam beschrieben. 3 the vehicle shows 1 , wherein the cooling circuit 8 is operated in a second operating mode. 4 the motor vehicle 3 points to 2 , whereby the cooling circuit 8 is operated in a second operating mode. The explanations on the 1 and 2 Reference is made to the 3 and 4 are described together below.

Vorliegend wird der Antriebsstrang 1 in einer zweiten Betriebsart betrieben. Dabei wird die durch die elektrischen Verluste erzeugte thermische Energie zumindest über die Kühlvorrichtung 9 des Kühlkreislaufs 8 an eine Umgebung 10 des Kraftfahrzeuges 3 abgeführt. Dabei liegt z. B. ein zweiter Betriebszustand des Antriebsstrangs 1 bzw. des Kraftfahrzeuges 3 vor, in dem die Traktionsbatterie 7 keine weitere elektrische Energie (und ggf. keine thermische Energie) aufnehmen kann.In the present case, the drive train 1 is operated in a second operating mode. The thermal energy generated by the electrical losses is dissipated to an environment 10 of the motor vehicle 3 at least via the cooling device 9 of the cooling circuit 8. In this case, there is, for example, a second operating state of the drive train 1 or of the motor vehicle 3 in which the traction battery 7 cannot absorb any further electrical energy (and possibly no thermal energy).

Damit kann z. B. bei langen Bergabfahrten und dabei vollgeladener Traktionsbatterie 7 die potenzielle Energie des Kraftfahrzeuges 3 im Rahmen des vorgeschlagenen Verfahrens in den elektrischen Komponenten 2, 4, 5, 6 in Wärme (thermische Energie) umgewandelt, durch den Kühlkreislauf 8 von den elektrischen Komponenten 2, 4, 5, 6 abgeführt und über die Kühlvorrichtung 9 des Kühlkreislaufs 8 an eine Umgebung 10 des Kraftfahrzeugs 3 (also an die Umgebungsluft) abgegeben werden. Generatorisches Bremsen und damit die Entlastung der Bremsanlage kann damit ohne Komforteinbuße für den Nutzer erfolgen. Die Feinstaubbelastung durch den sonst vorliegenden Bremsenabrieb sinkt.This means that, for example, during long downhill journeys with a fully charged traction battery 7, the potential energy of the motor vehicle 3 can be converted into heat (thermal energy) in the electrical components 2, 4, 5, 6 within the framework of the proposed method, dissipated from the electrical components 2, 4, 5, 6 through the cooling circuit 8 and released into the environment 10 of the motor vehicle 3 (i.e. into the ambient air) via the cooling device 9 of the cooling circuit 8. Regenerative braking and thus the relief of the brake system can thus take place without any loss of comfort for the user. The fine dust pollution caused by the brake wear that would otherwise be present is reduced.

5 zeigt das Kraftfahrzeug 3 nach 1 und 3, wobei der Kühlkreislauf 8 in einer vierten Betriebsart betrieben wird. 6 zeigt das Kraftfahrzeug 3 nach 2 und 4, wobei der Kühlkreislauf 8 in einer vierten Betriebsart betrieben wird. Auf die Ausführungen zu den 1 bis 4 wird Bezug genommen. Die 5 und 6 werden im Folgenden gemeinsam beschrieben. 5 the motor vehicle 3 points to 1 and 3 , wherein the cooling circuit 8 is operated in a fourth operating mode. 6 the motor vehicle 3 points to 2 and 4 , whereby the cooling circuit 8 is operated in a fourth operating mode. The explanations on the 1 to 4 Reference is made to the 5 and 6 are described together below.

Vorliegend wird der Antriebsstrang 1 in einer vierten Betriebsart betrieben. Dabei wird die durch die elektrischen Verluste erzeugte thermische Energie einerseits über die Kühlvorrichtung 9 des Kühlkreislaufs 8 an eine Umgebung 10 des Kraftfahrzeuges 3 abgeführt und andererseits zum weiteren Erwärmen der Traktionsbatterie 7 verwendet. Dabei liegt z. B. ein dritter Betriebszustand des Antriebsstrangs 1 bzw. des Kraftfahrzeuges 3 vor, in dem die Traktionsbatterie 7 keine weitere elektrische Energie aufnehmen, aber weiter erwärmt werden kann. Dabei sollte die Traktionsbatterie 7 nur insoweit weiter erwärmt werden, als das die Traktionsbatterie 7 keinen Schaden nimmt. Dabei ist es aber insbesondere unerheblich, ob durch die weitere Erwärmung der Ladestrom beim Rekuperieren weiter erhöht werden kann oder sich infolge der Erwärmung verringert.In the present case, the drive train 1 is operated in a fourth operating mode. The thermal energy generated by the electrical losses is dissipated to an environment 10 of the motor vehicle 3 via the cooling device 9 of the cooling circuit 8 and is used to further heat the traction battery 7. For example, there is a third operating state of the drive train 1 or the motor vehicle 3 in which the traction battery 7 cannot absorb any further electrical energy but can be further heated. The traction battery 7 should only be further heated to the extent that the traction battery 7 is not damaged. In this case, it is particularly irrelevant whether the further heating can further increase the charging current during recuperation or whether it is reduced as a result of the heating.

Bezugszeichenlistelist of reference symbols

11
Antriebsstrangdrivetrain
22
elektrische Maschineelectric machine
33
Kraftfahrzeugmotor vehicle
44
erste elektrische Komponentefirst electrical component
55
zweite elektrische Komponentesecond electrical component
66
dritte elektrische Komponentethird electrical component
77
Traktionsbatterietraction battery
88
Kühlkreislaufcooling circuit
99
Kühlvorrichtungcooling device
1010
UmgebungVicinity
1111
erster Bypassfirst bypass
1212
zweiter Bypasssecond bypass
1313
Steuergerätcontrol unit
1414
Pumpepump
1515
Kühlfluidcooling fluid
1616
Regelventilcontrol valve
1717
Ausgleichbehälterexpansion tank
1818
Sensorsensor
1919
Chillerchiller
2020
Hochvolt-Heizerhigh-voltage heater
2121
Heizungswärmetauscherheating heat exchanger
2222
Rückführungrepatriation

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 10 2020 126 659 A1 [0006]DE 10 2020 126 659 A1 [0006]
  • KR 101526430 B1 [0007]KR 101526430 B1 [0007]

Claims (8)

Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Antriebsstrangs (1), der zumindest eine elektrische Maschine (2) zum Antrieb eines Kraftfahrzeuges (3) sowie weitere elektrische Komponenten (4, 5, 6) zur Regelung und zum Betrieb der elektrischen Maschine (2), eine Traktionsbatterie (7) und einen Kühlkreislauf (8) zur Temperierung der Traktionsbatterie (7), der elektrischen Maschine (2) und der elektrischen Komponenten (4, 5, 6) aufweist; wobei das Verfahren umfasst, dass der Antriebsstrang (1) in bestimmten Betriebszuständen so betrieben wird, dass in zumindest einer der elektrischen Komponenten (2, 4, 5, 6) gezielt elektrische Verluste erzeugt werden.Method for operating an electric drive train (1) which has at least one electric machine (2) for driving a motor vehicle (3) and further electrical components (4, 5, 6) for controlling and operating the electric machine (2), a traction battery (7) and a cooling circuit (8) for controlling the temperature of the traction battery (7), the electric machine (2) and the electrical components (4, 5, 6); wherein the method comprises operating the drive train (1) in certain operating states such that electrical losses are deliberately generated in at least one of the electrical components (2, 4, 5, 6). Verfahren nach Patentanspruch 1, wobei die gezielte Erzeugung von elektrischen Verlusten in zumindest einem der folgenden Betriebszustände des Antriebsstrangs (1) durchgeführt wird: i. erster Betriebszustand, in dem die Traktionsbatterie (7) eine Temperatur aufweist, die einen Ladestrom beim Rekuperieren auf einen Wert begrenzt, der unterhalb eines maximal möglichen Ladestroms liegt; ii. zweiter Betriebszustand, in dem die Traktionsbatterie (7) keine weitere elektrische Energie aufnehmen kann; und iii. dritter Betriebszustand, in dem die Traktionsbatterie (7) keine weitere elektrische Energie aufnehmen kann und auf eine höhere Temperatur erwärmbar ist.procedure according to patent claim 1 , wherein the targeted generation of electrical losses is carried out in at least one of the following operating states of the drive train (1): i. first operating state, in which the traction battery (7) has a temperature that limits a charging current during recuperation to a value that is below a maximum possible charging current; ii. second operating state, in which the traction battery (7) cannot absorb any further electrical energy; and iii. third operating state, in which the traction battery (7) cannot absorb any further electrical energy and can be heated to a higher temperature. Verfahren nach Patentanspruch 2, wobei in dem ersten Betriebszustand die durch die elektrischen Verluste erzeugte thermische Energie zumindest zum Erwärmen der Traktionsbatterie (7) verwendet wird.procedure according to patent claim 2 , wherein in the first operating state the thermal energy generated by the electrical losses is used at least for heating the traction battery (7). Verfahren nach Patentanspruch 2, wobei in dem zweiten Betriebszustand die durch die elektrischen Verluste erzeugte thermische Energie zumindest über eine Kühlvorrichtung (9) des Kühlkreislaufs (8) an eine Umgebung (10) des Kraftfahrzeuges (3) abgeführt wird.procedure according to patent claim 2 , wherein in the second operating state the thermal energy generated by the electrical losses is dissipated to an environment (10) of the motor vehicle (3) at least via a cooling device (9) of the cooling circuit (8). Verfahren nach einem der vorherigen Patentansprüche, wobei die elektrischen Verluste zumindest durch einen Eingriff in einer feldorientierten Regelung der elektrischen Maschine (2) oder durch eine Änderung von Schaltzeitpunkten oder einer Schaltfrequenz einer als elektrische Komponente (4, 5, 6) vorgesehenen Leistungselektronik erzeugt werden.Method according to one of the preceding claims, wherein the electrical losses are generated at least by an intervention in a field-oriented control of the electrical machine (2) or by a change in switching times or a switching frequency of a power electronics provided as an electrical component (4, 5, 6). Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei der Kühlkreislauf (8) zumindest einen ersten Bypass (11) zur Umgehung der Traktionsbatterie (7) aufweist.Method according to one of the preceding claims, wherein the cooling circuit (8) has at least a first bypass (11) for bypassing the traction battery (7). Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei der Kühlkreislauf (8) zumindest einen zweiten Bypass (12) zur Umgehung einer in dem Kühlkreislauf (8) angeordneten Kühlvorrichtung (9) aufweist, wobei über die Kühlvorrichtung (9) Wärme an eine Umgebung (10) des Kraftfahrzeuges (3) abführbar ist.Method according to one of the preceding claims, wherein the cooling circuit (8) has at least one second bypass (12) for bypassing a cooling device (9) arranged in the cooling circuit (8), wherein heat can be dissipated to an environment (10) of the motor vehicle (3) via the cooling device (9). Kraftfahrzeug (3), zumindest aufweisend einen elektrischen Antriebsstrang (1), der zumindest eine elektrische Maschine (2) zum Antrieb des Kraftfahrzeuges (3) sowie weitere elektrische Komponenten (4, 5, 6) zur Regelung und zum Betrieb der elektrischen Maschine (2), eine Traktionsbatterie (7) und einen Kühlkreislauf (8) zur Temperierung der Traktionsbatterie (7), der elektrischen Maschine (2) und der elektrischen Komponenten (4, 5, 6) sowie ein Steuergerät (13) aufweist, das Mittel zur Ausführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Patentansprüche aufweist.Motor vehicle (3), at least having an electric drive train (1) which has at least one electric machine (2) for driving the motor vehicle (3) and further electrical components (4, 5, 6) for controlling and operating the electric machine (2), a traction battery (7) and a cooling circuit (8) for controlling the temperature of the traction battery (7), the electric machine (2) and the electrical components (4, 5, 6) and a control unit (13) which has means for carrying out the method according to one of the preceding claims.
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