AT525680B1 - Braking device for electric braking of an electric vehicle - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kontrollverfahren für eine Kontrolle eine Bremsvorgangs bei einem Elektrofahrzeug (100) mit einer Bremsvorrichtung (10) für ein elektrisches Bremsen eines Elektrofahrzeugs (100), aufweisend wenigstens einen elektrischen Bremswiderstand (20) mit elektrischen Bremsanschlüssen (22) zum elektrischen Anschluss an eine Rekuperationsvorrichtung (110) des Elektrofahrzeugs (100) für eine Umwandeln von elektrischer Rekuperationsleistung (RL) in Wärme (W), wobei einen Vorratsbehälter (30) für eine Bevorratung von flüssigem Kühlmittel (K) und einen Kühlverteiler (40) in fluidkommunizierender Verbindung mit dem Vorratsbehälter (30) zum Empfangen von flüssigem Kühlmittel (K), wobei der Kühlverteiler (40) wenigstens ein Verteilmittel (42) aufweist für ein flächiges Verteilen des empfangenen Kühlmittels (K) auf zumindest eine Kühlfläche (24) des wenigstens einen Bremswiderstandes (20) für eine Kühlung des Bremswiderstandes (20) durch Verdampfen des verteilten Kühlmittels (K), aufweisend die folgenden Schritte: Erkennen einer Bremsanforderung des Elektrofahrzeugs (100), Erzeugen elektrischer Rekuperationsleistung (RL) mit einer Rekuperationsvorrichtung (110) des Elektrofahrzeugs (100) für ein Verzögern des Elektrofahrzeugs (100), Elektrisches Leiten der elektrischen Rekuperationsleistung (RL) über den wenigstens einen Bremswiderstand (20), Verteilen von flüssigem Kühlmittel (K) auf der zumindest einen Kühlfläche (24) des wenigstens einen Bremswiderstandes (20) zum Kühlen des wenigstens einen Bremswiderstandes (20) durch Verdampfen des flüssigen Kühlmittels (K), wobei eine Erfassung von Routeninformationen für das Elektrofahrzeug (100) erfolgt auf deren Basis die Bevorratung von flüssigem Kühlmittel (K) im Vorratsbehälter (30) geregelt wird.The present invention relates to a control method for controlling a braking process in an electric vehicle (100) with a braking device (10) for electrical braking of an electric vehicle (100), comprising at least one electrical braking resistor (20) with electrical braking connections (22) for electrical connection to a recuperation device (110) of the electric vehicle (100) for converting electrical recuperation power (RL) into heat (W), wherein a storage container (30) for storing liquid coolant (K) and a cooling distributor (40) in fluid communication with the storage container (30) for receiving liquid coolant (K), wherein the cooling distributor (40) has at least one distribution means (42) for a surface distribution of the received coolant (K) on at least one cooling surface (24) of the at least one braking resistor (20) for cooling the braking resistor (20) by evaporation of the distributed coolant (K), comprising the following steps: recognizing a braking request of the electric vehicle (100), generating electrical recuperation power (RL) with a recuperation device (110) of the electric vehicle (100) for decelerating the electric vehicle (100), electrically conducting the electrical recuperation power (RL) via the at least one braking resistor (20), distributing liquid coolant (K) on the at least one cooling surface (24) of the at least one braking resistor (20) for cooling the at least one braking resistor (20) by evaporating the liquid coolant (K), wherein route information for the electric vehicle (100) is recorded on the basis of which the storage of liquid coolant (K) in the storage container (30) is regulated.
Description
KONTROLLVERFAHREN FÜR EINE KONTROLLE EINES BREMSVORGANGS BEI EINEM ELEKTROFAHRZEUG MIT EINER BREMSVORRICHTUNG FÜR EIN ELEKTRISCHES BREMSEN EINES ELEKTROFAHRZEUGS CONTROL METHOD FOR CONTROLLING A BRAKING PROCESS IN AN ELECTRIC VEHICLE WITH A BRAKING DEVICE FOR ELECTRIC BRAKING OF AN ELECTRIC VEHICLE
[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kontrollverfahren für eine Kontrolle eines Bremsvorgangs bei einem Elektrofahrzeug sowie ein Elektrofahrzeug welches mit einem solchen Kontrollverfahren kontrolliert wird. [0001] The present invention relates to a control method for controlling a braking process in an electric vehicle and to an electric vehicle which is controlled using such a control method.
[0002] Es ist bekannt, dass für die aktive Verzögerung von Fahrzeugen Bremsvorrichtungen eingesetzt werden. Neben mechanischen Bremsen, also Bremsen, welche durch Erzeugung von mechanischer Reibung, ein Fahrzeug verzögern können, ist es auch bekannt, sogenannte Rekuperationssysteme für ein elektrisches Bremsen zu verwenden. Sind Fahrzeuge mit einem Elektromotor oder einer separaten Rekuperationsvorrichtung ausgestattet, so kann ein magnetischer Widerstand auf die jeweilige Antriebsachse übertragen werden, welcher zu einem elektrischen Verzögern des Fahrzeugs führt. Der dabei entstehende elektrische Strom wird auch als Rekuperationsleistung bezeichnet und wird üblicherweise bei einem Elektrofahrzeug in die vorhandene Batterievorrichtung zurückgespeichert. [0002] It is known that braking devices are used for the active deceleration of vehicles. In addition to mechanical brakes, i.e. brakes that can decelerate a vehicle by generating mechanical friction, it is also known to use so-called recuperation systems for electrical braking. If vehicles are equipped with an electric motor or a separate recuperation device, a magnetic resistance can be transferred to the respective drive axle, which leads to an electrical deceleration of the vehicle. The electrical current generated in this way is also referred to as recuperation power and is usually stored back in the existing battery device in an electric vehicle.
[0003] Eine beispielhafte Bremsvorrichtung ist in der JP 2012196014 A offenbart. [0003] An exemplary braking device is disclosed in JP 2012196014 A.
[0004] Nachteilhaft bei bekannten Lösungen ist es jedoch, dass das elektrische Bremsen auf Situationen beschränkt ist, welche ein Rückspeichern der Rekuperationsleistung in die Batterievorrichtung überhaupt erlaubt. Sollte die Batterievorrichtung sich in einem hohen Ladezustand befinden, kann diese die erzeugte Rekuperationsleistung nicht mehr aufnehmen, sodass elektrisches Bremsen über diesen Weg nicht mehr möglich ist. Bekannte Vorrichtungen weisen daher sogenannte Bremswiderstände auf, um die Rekuperationsleistung, welche nun nicht mehr in eine volle Batterievorrichtung zurückgespeichert werden kann, über elektrische Widerstände zu führen und damit in Wärme umzuwandeln. Dabei können sehr hohe Wärmemengen entstehen, sodass es auch bekannt ist, solche Bremswiderstände kurzfristig zu kühlen. Für die Kühlung sind solche Bremswiderstände bei bekannten Lösungen in die Kühlkreisläufe der Batterievorrichtung und/oder vorhandener Brennstoffzellensysteme integriert. Dies hat jedoch den Nachteil, dass insbesondere bei hohen Bremsleistungen und den damit einhergehenden hohen Wärmemengen, eine entsprechend großzügige Dimensionierung der Kühlvorrichtungen notwendig ist, auch wenn nur in seltenen Fällen diese Kühlleistung bei hohen elektrischen Bremsleistungen benötigt wird. Ist dies nicht gewünscht, muss entsprechend die mechanische Bremsanlage eines solchen Fahrzeugs größer dimensioniert werden als für die meisten Situationen nötig. In beiden Fällen führt dies also zu erhöhter Komplexität, erhöhten Kosten und vor allem auch erhöhtem Gewicht des Fahrzeugs. Dies gilt insbesondere dann, wenn es sich bei dem Elektrofahrzeug um ein sogenanntes Schwerlastfahrzeug handelt, also ein Fahrzeug, welches als Lastkraftwagen oder Ähnliches für den Transport schwerer Lasten ausgebildet ist. [0004] However, a disadvantage of known solutions is that electric braking is limited to situations that actually allow the recuperation power to be stored back in the battery device. If the battery device is in a high state of charge, it can no longer absorb the recuperation power generated, so that electric braking is no longer possible in this way. Known devices therefore have so-called braking resistors in order to guide the recuperation power, which can no longer be stored back in a full battery device, through electrical resistors and thus convert it into heat. Very high amounts of heat can be generated in the process, so it is also known to cool such braking resistors for a short time. In known solutions, such braking resistors are integrated into the cooling circuits of the battery device and/or existing fuel cell systems for cooling. However, this has the disadvantage that, particularly with high braking power and the associated high amounts of heat, a correspondingly generous dimensioning of the cooling devices is necessary, even if this cooling power is only rarely required with high electrical braking power. If this is not desired, the mechanical braking system of such a vehicle must be larger than necessary for most situations. In both cases, this leads to increased complexity, increased costs and, above all, increased weight of the vehicle. This is especially true if the electric vehicle is a so-called heavy-duty vehicle, i.e. a vehicle that is designed as a truck or similar for the transport of heavy loads.
[0005] Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, in kostengünstiger und einfacher Weise eine kompakte Bremsvorrichtung zur Verfügung zu stellen, welche auch bei vollständig geladener Batterievorrichtung eine hohe elektrische Bremsleistung zur Verfügung stellen kann. [0005] It is the object of the present invention to at least partially eliminate the disadvantages described above. In particular, it is the object of the present invention to provide a compact braking device in a cost-effective and simple manner which can provide a high electrical braking power even when the battery device is fully charged.
[0006] Die voranstehende Aufgabe wird gelöst, ein Kontrollverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Elektrofahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 7. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit der Bremsvorrichtung beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Kontrollverfahren sowie dem erfindungsgemäßen Elektrofahrzeug und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird beziehungsweise werden kann. [0006] The above object is achieved by a control method with the features of claim 1 and an electric vehicle with the features of claim 7. Further features and details of the invention emerge from the subclaims, the description and the drawings. Features and details that are described in connection with the braking device naturally also apply in connection with the control method according to the invention and the electric vehicle according to the invention and vice versa, so that with regard to the disclosure of the individual aspects of the invention, reference is or can always be made to each other.
[0007] Eine Bremsvorrichtung dient einem elektrischen Bremsen eines Elektrofahrzeugs, insbesondere in Form eines Schwerlastfahrzeugs. Hierfür weist die Bremsvorrichtung wenigstens einen elektrischen Bremswiderstand auf, mit elektrischen Bremsanschlüssen zum elektrischen Anschluss an eine Rekuperationsvorrichtung des Elektrofahrzeugs, für ein Umwandeln von elektrischer Rekuperationsleistung in Wärme. Eine Bremsvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass sie einen Vorratsbehälter aufweist, für eine Bevorratung von flüssigem Kühlmittel. Darüber hinaus ist ein Kühlverteiler vorgesehen in fluidkommunizierender Verbindung mit dem Vorratsbehälter zum Empfangen des bevorrateten flüssigen Kühlmittels, wobei dieser Kühlverteiler wenigstens ein Verteilmittel aufweist, für ein flächiges Verteilen des empfangenen Kühlmittels auf zumindest eine Kühlfläche des wenigstens einen Bremswiderstandes, für eine Kühlung des Bremswiderstandes durch Verdampfen des verteilten Kühlmittels. [0007] A braking device is used for electrically braking an electric vehicle, in particular in the form of a heavy-duty vehicle. For this purpose, the braking device has at least one electrical braking resistor with electrical brake connections for electrical connection to a recuperation device of the electric vehicle, for converting electrical recuperation power into heat. A braking device is characterized in that it has a storage container for storing liquid coolant. In addition, a cooling distributor is provided in fluid communication with the storage container for receiving the stored liquid coolant, wherein this cooling distributor has at least one distribution means for a flat distribution of the received coolant on at least one cooling surface of the at least one braking resistor, for cooling the braking resistor by evaporating the distributed coolant.
[0008] Während bei bekannten Lösungen ein vorhandener Kühlkreislauf einer Batterievorrichtung und/oder eines Brennstoffzellensystems erweitert worden ist, um zusätzliche Kühlfunktionalität für die elektrischen Bremssituationen an einer solchen Bremsvorrichtung zur Verfügung zu stellen, kann nun eine Bremsvorrichtung mit einem alternativen oder zusätzlichen Kühlsystem zur Verfügung gestellt werden. Dieses zusätzliche oder alternative Kühlsystem ist mit einer Verdampfungskühlung ausgestattet, sodass das Kühlmittel nicht nur Wärme aufnimmt und in flüssiger Form wie bei einem normalen Kühlkreislauf wieder abtransportiert wird, sondern aktiv durch die empfangene Wärme auf der Kühlfläche erwärmt und verdampft wird. Dadurch, dass beim Phasenübergang aus der flüssigen Phase in die dampfförmige Phase ein Enthalpiesprung entsteht, führt dies zu einer deutlich stärkeren Kühlleistung als dies mit einem klassischen, flüssigen Kühlkreislauf möglich ist. [0008] While in known solutions an existing cooling circuit of a battery device and/or a fuel cell system has been expanded to provide additional cooling functionality for the electrical braking situations on such a braking device, a braking device can now be provided with an alternative or additional cooling system. This additional or alternative cooling system is equipped with evaporative cooling, so that the coolant not only absorbs heat and is transported away again in liquid form as in a normal cooling circuit, but is actively heated and evaporated by the heat received on the cooling surface. Because an enthalpy jump occurs during the phase transition from the liquid phase to the vaporous phase, this leads to a significantly stronger cooling performance than is possible with a classic, liquid cooling circuit.
[0009] Es ist also vorgesehen, dass nun flüssiges Kühlmittel alternativ oder zusätzlich zu einer bestehenden Kühlkreislauflösung, auf eine Kühlfläche des wenigstens einen Bremswiderstandes aufgebracht wird, sodass es dort die entstehende Wärme beim Abbau der elektrischen Rekuperationsleistung aufnehmen kann, bis der Siedepunkt erreicht wird und das Kühlmittel verdampft. Die damit entstehende Konvektion des verdampften Kühlmittels führt darüber hinaus automatisch dazu, dass der heiße Dampf die Wärme nicht nur aufnehmen kann, sondern durch die Konvektion auch von der Kühlfläche wegtransportiert. [0009] It is therefore provided that liquid coolant is now applied to a cooling surface of at least one braking resistor as an alternative or in addition to an existing cooling circuit solution, so that it can absorb the heat generated there when the electrical recuperation power is reduced until the boiling point is reached and the coolant evaporates. The resulting convection of the evaporated coolant also automatically means that the hot steam can not only absorb the heat, but also transports it away from the cooling surface through convection.
[0010] Es kann also zusammengefasst werden, dass bei einer Bremsvorrichtung eine sehr einfache und vor allem sehr effektive Kühlmöglichkeit gegeben ist, da nicht nur eine flüssige Kühllösung zur Verfügung gestellt wird, sondern durch das Vorsehen einer Verdampfungsmöglichkeit und eines flächigen Auftrags des flüssigen Kühlmittels eine verstärkte Kühlmöglichkeit gegeben wird. [0010] It can therefore be summarized that a braking device provides a very simple and, above all, very effective cooling option, since not only is a liquid cooling solution provided, but an increased cooling option is provided by providing an evaporation option and a surface application of the liquid coolant.
[0011] Als flüssiges Kühlmittel kann eine Vielzahl unterschiedlicher Kühlmittel eingesetzt werden. Bevorzugt ist es jedoch, wenn das Kühlmittel wasserbasiert ist oder im Wesentlichen aus Wasser besteht. Dies führt zu einem definierten Siedepunkt, einer definierten Vorgabe und Berechenbarkeit der möglichen Wärmeaufnahme beim Verdampfen und vor allem einem einfachen und kostengünstigen Abführen des verdampften Wassers an die Umgebung, da keine Umweltbelastung durch Wasserdampf zu erwarten ist. [0011] A variety of different coolants can be used as liquid coolants. However, it is preferred if the coolant is water-based or consists essentially of water. This leads to a defined boiling point, a defined specification and calculability of the possible heat absorption during evaporation and, above all, a simple and cost-effective removal of the evaporated water to the environment, since no environmental pollution from water vapor is to be expected.
[0012] Insbesondere dann, wenn eine Bremsvorrichtung bei einem Schwerlastfahrzeug eingesetzt wird, führt dies zu entscheidenden Vorteilen. Dies wird nachfolgend am Beispiel eines Lastkraftwagens näher erläutert, welcher als Elektrofahrzeug beziehungsweise als Brennstoffzellenfahrzeug ausgebildet ist. [0012] This leads to decisive advantages, particularly when a braking device is used in a heavy-duty vehicle. This is explained in more detail below using the example of a truck that is designed as an electric vehicle or a fuel cell vehicle.
[0013] Wird ein Lastkraftwagen in einem hügeligen Gebiet betrieben, so führt dies dazu, dass nach einer längeren Steigung mit hoher Belastung des Antriebssystems üblicherweise eine längere Abfahrt erfolgt. Beim Abfahren entlang einer Hangneigung kann ein elektrisch betriebenes Fahrzeug in Form des Lastkraftwagens einen Teil der dabei entstehenden Energie wieder in Rekuperationsleistung umwandeln, indem der oder die Elektromotor/-en an den Antriebsachsen des Lastkraftfahrzeugs als Generatoren betrieben werden. Diese sogenannte Rekuperation führt also im Generatorbetrieb der Antriebsmotoren dazu, dass elektrischer Strom erzeugt wird, welcher üblicherweise in die Batterievorrichtung zurückgespeist wird. Jedoch kann es sowohl bei reinen [0013] If a truck is operated in a hilly area, this usually results in a longer descent after a long climb with a high load on the drive system. When driving down a slope, an electrically operated vehicle in the form of a truck can convert part of the energy generated into recuperation power by operating the electric motor(s) on the drive axles of the truck as generators. This so-called recuperation therefore leads to the generation of electrical current in the generator mode of the drive motors, which is usually fed back into the battery device. However, both with pure
Elektrofahrzeugen mit Batterievorrichtungen, insbesondere aber auch bei Hybridlösungen, bei welchen die Batterievorrichtung durch ein Brennstoffzellensystem und/oder einen regulären Verbrennungsmotor ergänzt wird, um elektrische Antriebsleistung zur Verfügung zu stellen und/oder die Batterievorrichtung zu laden, dazu kommen, dass die Batterievorrichtung bereits vollständig geladen ist. Befindet sich der Lastwagen noch in der Bergabfahrt, wenn dieser vollständige Ladezustand der Batterievorrichtung erreicht wird, muss ein anderweitiges Abführen der entstehenden elektrischen Rekuperationsleistung gewährleistet werden. Bei der Bremsvorrichtung erfolgt dies nun über den wenigstens einen elektrischen Bremswiderstand, welcher die elektrische Rekuperationsleistung aufnimmt und in Wärme umwandelt. Dabei können sehr hohe elektrische Rekuperationsleistungen und entsprechend sehr hohe Wärmemengen entstehen. Fährt ein Lastkraftwagen bergab, können beispielweise über einen kurzen Zeitraum von 5 bis 15 Minuten bis zu 300 Kilowatt elektrischer Bremsleistung notwendig sein. Diese können über elektrische Bauteile in den Bremswiderständen in Wärme umgewandelt werden, sodass durch diese Umwandlung die 300 Kilowatt in eine entsprechend hohe Wärmemenge umgesetzt werden. Mit anderen Worten ist auch eine Kühlleistung notwendig, um für diese Abfahrt eine Wärmeentwicklung von 300 Kilowatt aufnehmen und kühlen zu können. Dies wird durch die Verdampfungsleistung des flüssigen Kühlmittels, beispielsweise durch Wasser, gewährleistet, sodass für eine Bergabfahrt von 5 bis 15 Minuten beispielsweise 20 bis 30 Liter Kühlwasser als flüssiges Kühlmittel für die beschriebene Verdampfungskühlung eingesetzt werden. Electric vehicles with battery devices, but especially also in hybrid solutions in which the battery device is supplemented by a fuel cell system and/or a regular combustion engine in order to provide electrical drive power and/or to charge the battery device, the battery device is already fully charged. If the truck is still driving downhill when this full charge level of the battery device is reached, it must be ensured that the resulting electrical recuperation power is dissipated in another way. In the braking device, this is done via at least one electrical braking resistor, which absorbs the electrical recuperation power and converts it into heat. This can result in very high electrical recuperation power and correspondingly very high amounts of heat. If a truck drives downhill, for example, up to 300 kilowatts of electrical braking power may be necessary over a short period of 5 to 15 minutes. This can be converted into heat via electrical components in the braking resistors, so that this conversion converts the 300 kilowatts into a correspondingly high amount of heat. In other words, cooling capacity is also necessary to be able to absorb and cool a heat development of 300 kilowatts for this descent. This is ensured by the evaporation capacity of the liquid coolant, for example water, so that for a downhill descent of 5 to 15 minutes, for example, 20 to 30 liters of cooling water are used as a liquid coolant for the evaporative cooling described.
[0014] Es ist noch darauf hinzuweisen, dass für die grundsätzliche Funktionalität dieser Zusatzkühlfunktion einer elektrischen Bremsvorrichtung unerheblich ist, wo dieses flüssige Kühlmittel herkommt. Bevorzugt ist es jedoch, wie bereits erläutert worden ist, wenn es sich dabei um Wasser oder ein wasserbasiertes Kühlmittel handelt, welches beispielsweise extern zugeführt wird oder aber insbesondere intern, innerhalb des Elektrofahrzeugs, aufgefangen und bevorratet wird. Hierzu findet sich, insbesondere noch zur Verwendung von Produktwasser bei Brennstoffzellensystemen, später noch eine nähere Erläuterung. [0014] It should also be noted that where this liquid coolant comes from is irrelevant for the basic functionality of this additional cooling function of an electric braking device. However, as already explained, it is preferred if it is water or a water-based coolant which is, for example, supplied externally or, in particular, collected and stored internally, within the electric vehicle. This will be explained in more detail later, particularly with regard to the use of product water in fuel cell systems.
[0015] Es ist noch darauf hinzuweisen, dass selbstverständlich das Elektrofahrzeug neben der elektrischen Bremsvorrichtung auch mit einer klassischen, mechanischen Bremsanlage ausgestattet sein kann, welche jedoch mit entsprechend höherem Verschleiß als eine elektrische Bremsvorrichtung arbeitet, allerdings eine zusätzliche Notbremsfunktion zur Verfügung stellen kann. [0015] It should also be noted that, of course, in addition to the electric braking device, the electric vehicle can also be equipped with a classic, mechanical braking system, which, however, operates with a correspondingly higher level of wear than an electric braking device, but can provide an additional emergency braking function.
[0016] Basierend auf der Ausgestaltung der Bremsvorrichtung ist nun kein Anschluss mehr an einen bestehenden Kühlkreislauf einer Batterievorrichtung und/oder eines Brennstoffzellensystems nötig. Ist ein solcher Anschluss trotzdem vorgesehen, muss dieser Kühlkreislauf nicht an die seltenen, aber hohen zusätzlichen Kühlleistungen der elektrischen Bremsvorrichtung angepasst sein, da eine separate Kühlfunktionalität durch den Vorratsbehälter gegeben ist. Zusätzlich ist die elektrische Bremsleistung so stark ausgebildet, dass auch beim Vorsehen einer mechanischen Bremsanlage diese nicht für die wenigen Bergabfahrsituationen mit vollgeladener Batterievorrichtung größer, und damit überdimensioniert, ausgelegt werden müsste. [0016] Based on the design of the braking device, a connection to an existing cooling circuit of a battery device and/or a fuel cell system is no longer necessary. If such a connection is nevertheless provided, this cooling circuit does not have to be adapted to the rare but high additional cooling output of the electric braking device, since a separate cooling function is provided by the reservoir. In addition, the electric braking power is so strong that even if a mechanical braking system is provided, it would not have to be designed larger and therefore oversized for the few downhill driving situations with a fully charged battery device.
[0017] Es kann Vorteile mit sich bringen, wenn bei einer Bremsvorrichtung der Vorratsbehälter für eine Bevorratung von flüssigem Kühlmittel ausgebildet ist und insbesondere einen Wasseranschluss aufweist an einen Wasserabscheider eines Brennstoffzellensystems des Elektrofahrzeugs für ein Bevorraten von abgeschiedenem Produktwasser als flüssiges Kühlmittel. Häufig werden Elektrofahrzeuge, insbesondere bei Schwerlastfahrzeugen, nicht als reine Batteriefahrzeuge ausgebildet. Diese Batterievorrichtung ist häufig mit einem Range Extender gekoppelt, sodass beispielsweise klassische Verbrennungsmotoren, insbesondere jedoch Brennstoffzellensysteme, eingesetzt werden, um entweder einen elektrischen Strom als Antriebsleistung für die Antriebsmotoren des Elektrofahrzeugs zur Verfügung stellen zu können und/oder die Batterievorrichtung zu laden. In einem solchen Fall wird das Brennstoffzellensystem üblicherweise mit einem Brenngas betrieben. Dabei kann es sich um ein methanbasiertes Brenngas, aber auch um wasserstoffbasiertes Brenngas handeln. Bei der Umsetzung innerhalb des Brennstoffzellensystems der verwendeten Gase, entsteht je nach Betriebssituation als eines der Abfallbrodukte Wasser. Dieses Wasser ist üblicherweise gasförmig als Wasserdampf oder tropfenförmig in den Abgas-[0017] It can be advantageous if the storage container in a braking device is designed to store liquid coolant and in particular has a water connection to a water separator of a fuel cell system of the electric vehicle for storing separated product water as liquid coolant. Electric vehicles, especially heavy-duty vehicles, are often not designed as pure battery vehicles. This battery device is often coupled to a range extender, so that, for example, classic combustion engines, but in particular fuel cell systems, are used to either provide electrical current as drive power for the drive motors of the electric vehicle and/or to charge the battery device. In such a case, the fuel cell system is usually operated with a fuel gas. This can be a methane-based fuel gas, but also a hydrogen-based fuel gas. When the gases used are converted within the fuel cell system, water is produced as one of the waste products, depending on the operating situation. This water is usually gaseous as water vapor or in the form of drops in the exhaust gas.
strömen enthalten und kann durch Wasserabscheider im Brennstoffzellensystem aus diesem Abgas abgeschieden werden. Wird ein Elektrofahrzeug nun mit einer solchen Bremsvorrichtung ausgestattet, so kann dieses abgeschiedene Wasser, auch Produktwasser genannt, verwendet werden, um den Füllstand innerhalb des Vorratsbehälters auf einem definierten Level zu halten, das Produktwasser also aufzufangen, um es für eine elektrische Bremssituation als flüssiges Kühlmittel zu verwenden. Selbstverständlich kann auch Kondensat oder flüssiges Wasser als Abfallprodukt aus anderen Bereichen des Fahrzeugs, beispielsweise das Kondensat einer Klimaanlage, für das Befüllen des Vorratsbehälters verwendet werden. Selbstverständlich sind auch externe Füllmöglichkeiten denkbar, um die maximale Flexibilität für das Befüllen des Vorratsbehälters mit flüssigem Kühlmittel zu gewährleisten. streams and can be separated from this exhaust gas by water separators in the fuel cell system. If an electric vehicle is equipped with such a braking device, this separated water, also called product water, can be used to keep the fill level within the reservoir at a defined level, i.e. to collect the product water in order to use it as a liquid coolant for an electric braking situation. Of course, condensate or liquid water as a waste product from other areas of the vehicle, for example the condensate from an air conditioning system, can also be used to fill the reservoir. Of course, external filling options are also conceivable in order to ensure maximum flexibility for filling the reservoir with liquid coolant.
[0018] Ebenfalls Vorteile bringt es mit sich, wenn bei einer Bremsvorrichtung zwischen dem wenigstens einen elektrischen Bremswiderstand und der Umgebung des Elektrofahrzeugs wenigstens eine Auslassöffnung angeordnet ist, für einen Auslass von verdampftem Kühlmittel. Dabei kann es sich um die grundsätzliche Bauweise der Bremsvorrichtung handeln, welche eine entsprechende offene Konstruktion aufweist, sodass verdampftes Wasser als Wasserdampf die Bremsvorrichtung und das Fahrzeug an die Umgebung verlassen kann. Jedoch sind auch definierte Auslassöffnungen mit Auslassrichtungen möglich, um einen vorgegebenen Abfuhrweg für den entstandenen Wasserdampf zur Verfügung stellen zu können. Bevorzugt kann durch eine solche Auslassöffnung auch eine Zugänglichkeit zur Kühlfläche gegeben sein, um beispielsweise eine Wartungsfunktion und/oder eine Reinigungsfunktionalität für die Kühlfläche gewährleisten zu können. Neben rein passiven Auslässen sind selbstverständlich auch aktive Förderungen zur Abfuhr des Wasserdampfs und damit der Wärme von der Kühlfläche wegdenkbar, sodass beispielsweise Ventilatorvorrichtungen eingesetzt werden können. [0018] It also has advantages if, in a braking device, at least one outlet opening is arranged between the at least one electrical braking resistor and the surroundings of the electric vehicle, for the outlet of evaporated coolant. This can be the basic design of the braking device, which has a corresponding open construction, so that evaporated water can leave the braking device and the vehicle into the environment as water vapor. However, defined outlet openings with outlet directions are also possible in order to be able to provide a predetermined discharge path for the resulting water vapor. Preferably, such an outlet opening can also provide access to the cooling surface in order to be able to ensure, for example, a maintenance function and/or a cleaning function for the cooling surface. In addition to purely passive outlets, active conveying for the discharge of water vapor and thus the heat from the cooling surface is of course also conceivable, so that, for example, fan devices can be used.
[0019] Weitere Vorteile bringt es mit sich, wenn bei einer Bremsvorrichtung wenigstens zwei elektrisch parallel geschaltete Bremswiderstände vorgesehen sind. Das elektrische Parallelschalten erlaubt es, je nach aktuell angeforderter Bremsleistung, nur einen Teil der vorhandenen Bremswiderstände tatsächlich einzusetzen. Dies kann insbesondere dazu führen, dass eine definierte Temperaturkontrolle der aktivierten und für die aktuelle Bremssituation eingeschalteten Bremswiderstände erfolgt. Liegt beispielsweise nur eine Teilbremslast vor, sodass bei einer Auslegung der Bremsvorrichtung auf bis zu 300 Kilowatt elektrischer Bremsleistung beispielsweise nur 150 Kilowatt Bremsleistung gefordert werden, so kann dies dazu führen, dass beim Einsatz aller Bremswiderstände diese sich nur auf eine Temperatur unterhalb des Siedepunktes des flüssigen Kühlmittels erhitzen. Dies würde zwar grundsätzlich zur Kühlung durch das Aufbringen des flüssigen Kühlmittels führen, jedoch möglicherweise zu einer erschwerten Abfuhr und insbesondere zu einer reduzierten Wärmeaufnahme, da die Verdunstungsenthalpie ohne das Verdunsten des flüssigen Kühlmittels nicht zur Wärmeabfuhr zur Verfügung steht. Durch das definierte, reduzierte Zuschalten von weniger als den vorhandenen Bremswiderständen kann sichergestellt werden, dass ausschließlich die Bremswiderstände, welche aktuell für eine Bremsleistung notwendig sind, zugeschaltet werden, sodass diese sich auch auf ihre gewünschte Betriebstemperatur, insbesondere oberhalb der Siedetemperatur des flüssigen Kühlmittels, erhitzen und damit die maximale Kühlleistung vorhanden ist. Selbstverständlich ist vorzugsweise auch der Kühlverteiler bei einer solchen Ausgestaltung schaltbar, sodass nur die eingeschalteten und sich damit auch erhitzenden Bremswiderstände mit flüssigem Kühlmittel auf ihrer zugehörigen Kühlfläche beaufschlagt werden, während die ausgeschalteten Bremswiderstände nicht gekühlt werden. [0019] Further advantages are achieved if at least two braking resistors are provided in parallel in a braking device. The electrical parallel connection allows only a portion of the available braking resistors to actually be used, depending on the braking power currently required. This can lead in particular to a defined temperature control of the braking resistors that are activated and switched on for the current braking situation. For example, if there is only a partial braking load, so that when the braking device is designed for up to 300 kilowatts of electrical braking power, for example, only 150 kilowatts of braking power are required, this can lead to the fact that when all braking resistors are used, they only heat up to a temperature below the boiling point of the liquid coolant. Although this would in principle lead to cooling by applying the liquid coolant, it could make it more difficult to dissipate heat and in particular to reduced heat absorption, since the evaporation enthalpy is not available for heat dissipation without the evaporation of the liquid coolant. By means of the defined, reduced activation of fewer than the existing braking resistors, it can be ensured that only the braking resistors that are currently required for braking performance are activated, so that they heat up to their desired operating temperature, in particular above the boiling point of the liquid coolant, and thus the maximum cooling performance is available. Of course, the cooling distributor can also preferably be switched on in such a design, so that only the braking resistors that are switched on and are therefore heating up are exposed to liquid coolant on their associated cooling surface, while the braking resistors that are switched off are not cooled.
[0020] Weitere Vorteile kann es mit sich bringen, wenn bei einer Bremsvorrichtung der wenigstens eine Bremswiderstand einen Kühlkörper mit der zumindest einen Kühlfläche aufweist, für eine Wärmeübertragung der elektrischen Widerstandsbauteile auf die Kühlfläche. Ein solcher Kühlkörper kann insbesondere einer verbesserten flächigen Verteilung der entstehenden Wärme dienen, sodass vorzugsweise die Kühlfläche eine größere flächige Erstreckung aufweist als die einzelnen Widerstandsbauteile. Die elektrischen Widerstandsbauteile und die Kühlfläche stehen dabei vorzugsweise kontaktierend in flächigem UÜbertragungskontakt mit dem Kühlkörper, sodass dieser in der Lage ist, mit möglichst geringem Wärmeübertragungswiderstand die entstehende Wärme von dem elektrischen Widerstandsbauteilen auf die Kühlfläche zu verteilen, um dort die [0020] Further advantages can be achieved if, in a braking device, the at least one braking resistor has a heat sink with the at least one cooling surface for heat transfer from the electrical resistance components to the cooling surface. Such a heat sink can in particular serve to improve the surface distribution of the heat generated, so that the cooling surface preferably has a larger surface area than the individual resistance components. The electrical resistance components and the cooling surface are preferably in surface transfer contact with the heat sink, so that the latter is able to distribute the heat generated from the electrical resistance components to the cooling surface with the lowest possible heat transfer resistance in order to
Übergabe auf das aufgesprühte flüssige Kühlmittel zu ermöglichen. Darüber hinaus führt dies zu einer freieren Geometrie der Kühlfläche, da der Kühlkörper eine geometrische Schnittstelle zwischen einer definiert vorgegebenen Geometrie der elektrischen Widerstandsbauteile und einer damit frei gestaltbaren Geometrie der Kühlfläche bildet. Transfer to the sprayed liquid coolant. In addition, this leads to a freer geometry of the cooling surface, since the heat sink forms a geometric interface between a defined geometry of the electrical resistance components and a freely configurable geometry of the cooling surface.
[0021] Weiter von Vorteil ist es, wenn bei einer Bremsvorrichtung gemäß dem voranstehenden Absatz die Kühlfläche eine flächige Erstreckung aufweist, welche größer oder gleich der Erstreckung der elektrischen Widerstandsbauteile ist. Wie bereits im voranstehenden Absatz erläutert worden ist, kann durch den Kühlkörper eine Entkopplung der Geometrie der Kühlfläche von der Geometrie der elektrischen Widerstandsbauteile zur Verfügung gestellt werden. Insbesondere führt dies zur Möglichkeit, die entstehende Wärme auf eine größere Fläche der Kühlfläche zu verteilen und damit eine schnellere und effektivere Abführung von Wärme durch die Übertragung an das aufgebrachte flüssige Kühlmittel zu gewährleisten. Insbesondere in einer Spitzenlastsituation, wenn also die maximale elektrische Bremsleistung von der Bremsvorrichtung gefordert wird, bringt dies entscheidende Vorteile mit sich. [0021] It is also advantageous if, in a braking device according to the preceding paragraph, the cooling surface has a planar extension which is greater than or equal to the extension of the electrical resistance components. As already explained in the preceding paragraph, the heat sink can provide a decoupling of the geometry of the cooling surface from the geometry of the electrical resistance components. In particular, this makes it possible to distribute the heat generated over a larger area of the cooling surface and thus ensure faster and more effective dissipation of heat by transferring it to the applied liquid coolant. This brings decisive advantages, particularly in a peak load situation, when the maximum electrical braking power is required from the braking device.
[0022] Darüber hinaus von Vorteil kann es sein, wenn bei einer Bremsvorrichtung der Kühlverteiler und/oder der Vorratsbehälter einen Füllanschluss aufweist, für eine fluidkommunizierende Verbindung mit einem Kühlkreislauf des Elektrofahrzeugs. Ein solcher Füllanschluss führt dazu, dass nun zusätzlich zur alternativen Bremsleistung auch Kühlmittel aus einem Kühlkreislauf zum Befüllen des Vorratsbehälters verwendet werden kann. Dies kann zusätzlich oder alternativ zu einem externen Befüllen und/oder einem entsprechenden Anschluss an einen Wasserabscheider eines Brennstoffzellensystems zur Verfügung gestellt sein. Insbesondere dann, wenn als Kühlmittel in dem Kühlkreislauf des Brennstoffzellensystems die gleiche Flüssigkeit verwendet wird, wie das Kühlmittel für die Bremsvorrichtung, kann auf diese Weise eine noch höhere Flexibilität und Sicherheit zur Verfügung gestellt werden. [0022] It can also be advantageous if, in a braking device, the cooling distributor and/or the reservoir has a filling connection for a fluid-communicating connection to a cooling circuit of the electric vehicle. Such a filling connection means that, in addition to the alternative braking power, coolant from a cooling circuit can now also be used to fill the reservoir. This can be provided in addition to or as an alternative to external filling and/or a corresponding connection to a water separator of a fuel cell system. In particular, if the same liquid as the coolant for the braking device is used as the coolant in the cooling circuit of the fuel cell system, this can provide even greater flexibility and safety.
[0023] Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Kontrollverfahren für eine Kontrolle eines Bremsvorgangs bei einem Elektrofahrzeug mit oben beschriebenen Bremsvorrichtung, aufweisend die folgenden Schritte: [0023] The subject of the present invention is a control method for controlling a braking process in an electric vehicle with the braking device described above, comprising the following steps:
- Erkennen einer Bremsanforderung des Elektrofahrzeugs, - Detecting a braking request from the electric vehicle,
- Erzeugen elektrischer Rekuperationsleistung mit einer Rekuperationsvorrichtung des Elektrofahrzeugs für ein Verzögern des Elektrofahrzeugs, - generating electrical recuperation power with a recuperation device of the electric vehicle for decelerating the electric vehicle,
- Elektrisches Leiten der elektrischen Rekuperationsleistung über den wenigstens einen Bremswiderstand, - Electrical conduction of the electrical recuperation power via at least one braking resistor,
- Verteilen von flüssigem Kühlmittel auf der zumindest einen Kühlfläche des wenigstens einen Bremswiderstandes, zum Kühlen des wenigstens einen Bremswiderstandes durch Verdampfen des flüssigen Kühlmittels. - Distributing liquid coolant on the at least one cooling surface of the at least one braking resistor, for cooling the at least one braking resistor by evaporating the liquid coolant.
[0024] Ein erfindungsgemäßes Kontrollverfahren bringt durch den entsprechenden Betrieb einer oben beschriebenen Bremsvorrichtung die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf die oben beschriebene Bremsvorrichtung erläutert worden sind. Insbesondere wird hier die Bremsanforderung des Elektrofahrzeugs durch elektrische Rekuperation gewährleistet und sichergestellt, dass diese elektrische Rekuperationsleistung zumindest teilweise über den wenigstens einen Bremswiderstand elektrisch geleitet wird. Das Leiten der elektrischen Rekuperationsleistung durch den wenigstens einen Bremswiderstand führt zur bereits mehrfach erläuterten Umsetzung in Wärme, sodass nun durch das Verteilen des flüssigen Kühlmittels diese entstehende Wärme durch das Verdampfen des flüssigen Kühlmittels von den Bremswiderständen aufgenommen und wegtransportiert werden kann. [0024] A control method according to the invention brings with it the same advantages as have been explained in detail with reference to the braking device described above through the corresponding operation of a braking device described above. In particular, the braking requirement of the electric vehicle is ensured here by electrical recuperation and it is ensured that this electrical recuperation power is at least partially electrically conducted via the at least one braking resistor. Conducting the electrical recuperation power through the at least one braking resistor leads to the conversion into heat already explained several times, so that by distributing the liquid coolant, this heat generated by the evaporation of the liquid coolant can now be absorbed and transported away by the braking resistors.
[0025] Erfindungsgemäß von Vorteil ist es, wenn bei einem Kontrollverfahren, während des Leitens der Rekuperationsleistung über den wenigstens einen Bremswiderstand die Temperatur des wenigstens einen Bremswiderstands überwacht wird. Damit kann in zumindest in qualitativer, insbesondere in quantitativer Weise, eine Mengenkontrolle durchgeführt werden, sodass je nach Temperatursituation eine unterschiedlich große Menge an flüssigem Kühlmittel auf die Kühlfläche [0025] According to the invention, it is advantageous if, in a control process, the temperature of the at least one braking resistor is monitored while the recuperation power is being conducted via the at least one braking resistor. This allows a quantity control to be carried out at least qualitatively, in particular quantitatively, so that depending on the temperature situation, a different amount of liquid coolant is applied to the cooling surface.
aufgebracht wird. Damit wird sichergestellt, dass vorzugsweise immer die passende Menge an Kühlmittel aufgebracht wird, welche dann entsprechend verdampft und damit die maximale Wärmeaufnahme und Kühlfunktionalität zur Verfügung stellt. This ensures that the right amount of coolant is always applied, which then evaporates accordingly and thus provides maximum heat absorption and cooling functionality.
[0026] Weitere Vorteile bringt es mit sich, wenn bei einem erfindungsgemäßen Kontrollverfahren anhand der überwachten Temperatur des wenigstens einen Bremswiderstandes zumindest eine der folgenden Kontrolleingriffe durchgeführt wird: [0026] Further advantages are achieved if, in a control method according to the invention, at least one of the following control interventions is carried out based on the monitored temperature of the at least one braking resistor:
- Erhöhen der Menge an verteiltem flüssigem Kühlmittel, - Increasing the amount of liquid coolant distributed,
- Reduzieren der Menge an verteiltem flüssigem Kühlmittel, - Zuschalten weiterer Bremswiderstände, - Reducing the amount of liquid coolant distributed, - Connecting additional braking resistors,
- Abschalten weiterer Bremswiderstände. - Switching off additional braking resistors.
[0027] Bei der voranstehenden Aufzählung handelt es sich um eine nicht abschließende List. Durch die Kontrolle der Temperatur wird es also möglich, die Bremsleistung mit maximaler Effizienz und/oder maximaler Effektivität auszustatten. Somit wird es möglich, dass beim Erreichen der maximal möglichen und erlaubten Betriebstemperatur des jeweiligen Bremswiderstandes ein weiterer Bremswiderstand zugeschaltet wird, indem entsprechend eine höhere Rekuperationsleistung eine höhere elektrische Bremsleistung erfordert. Zusätzlich oder alternativ kann beim Ansteigen der Bremsleistung auch die Menge an verteiltem, flüssigem Kühlmittel erhöht werden, um die Wärmeabfuhr zu steigern. In umgekehrter Richtung wird entsprechend das flüssige Kühlmittel gespart und nur soweit aufgebracht, wie es auch tatsächlich zur Abfuhr der aktuellen Wärme auf Basis der aktuellen Temperatur des jeweiligen Bremswiderstandes benötigt wird. Selbstverständlich können auch in einfachen Bremszuständen Situationen auftreten, bei welchen überhaupt kein flüssiges Kühlmittel auf die Kühlfläche aufgebracht werden muss, da bei sehr geringer Rekuperationsleistung eine Luftkühlung bereits ausreichen kann. [0027] The above list is not exhaustive. By controlling the temperature, it is possible to equip the braking power with maximum efficiency and/or maximum effectiveness. This makes it possible for an additional braking resistor to be switched on when the maximum possible and permitted operating temperature of the respective braking resistor is reached, as a higher recuperation power requires a higher electrical braking power. Additionally or alternatively, when the braking power increases, the amount of distributed liquid coolant can also be increased in order to increase heat dissipation. In the opposite direction, the liquid coolant is saved accordingly and only applied to the extent that it is actually needed to dissipate the current heat based on the current temperature of the respective braking resistor. Of course, situations can also arise in simple braking conditions in which no liquid coolant needs to be applied to the cooling surface at all, since air cooling can already be sufficient with very low recuperation power.
[0028] Bei einem erfindungsgemäßen Kontrollverfahren erfolgt eine Erfassung von Routeninformationen für das Elektrofahrzeug auf deren Basis die Bevorratung von flüssigem Kühlmittel im Vorratsbehälter geregelt wird. Solche Routeninformationen dienen insbesondere der Erkennung von Bergauffahrten und Bergabfahrten. Bergabfahrten sind dabei insbesondere relevant für die zu erwartende Bremsleistung und können zum Beispiel in Korrelation mit einem später noch erläuterten Ladestand der Batterievorrichtung gesetzt werden. Wird beispielsweise eine lange Bergauffahrt aus der Route erkannt und aus der Route darüber hinaus eine erwartete längere Bergabfahrt erfasst, so kann während der Bergauffahrt mit erhöhter Betriebsleistung des Brennstoffzellensystems ein damit erhöhter Ausstoß an Produktwasser in einem Wasserabscheider nicht an die Umgebung abgeführt werden, sondern bewusst der Vorratsbehälter der Bremsvorrichtung möglichst vollständig gefüllt werden. Dies führt dazu, dass im Normalzustand, also beim Betrieb des Elektrofahrzeugs in der Ebene, der Vorratsbehälter weniger stark gefüllt werden muss und damit zum einen kleiner ausgebildet werden kann und zum anderen einen Gewichtsvorteil in normalen Betriebssituationen mit sich bringt. Erst dann, wenn tatsächlich eine Bergabfahrt mit zu erwartender hoher Bremsleistung ansteht, wird der Vorratsbehälter bedarfsgerecht gefüllt und kann insbesondere während einer Bergauffahrt durch das dabei entstehende Produktwasser gefüllt werden. [0028] In a control method according to the invention, route information for the electric vehicle is recorded on the basis of which the storage of liquid coolant in the storage tank is regulated. Such route information is used in particular to detect uphill and downhill journeys. Downhill journeys are particularly relevant for the expected braking performance and can, for example, be correlated with a charge level of the battery device, which will be explained later. If, for example, a long uphill journey is detected from the route and an expected longer downhill journey is also detected from the route, the increased output of product water in a water separator during the uphill journey with increased operating power of the fuel cell system cannot be discharged into the environment, but the storage tank of the braking device can be deliberately filled as completely as possible. This means that in the normal state, i.e. when the electric vehicle is operated on level ground, the storage tank does not have to be filled as much and can therefore be made smaller and also brings a weight advantage in normal operating situations. Only when a downhill ride with expected high braking power is actually imminent is the storage tank filled as required and can be filled with the product water produced during an uphill ride in particular.
[0029] Weitere Vorteile bringt es mit sich, wenn bei dem erfindungsgemäßen Kontrollverfahren der Füllstand des Vorratsbehälters ohne Bremsbetrieb oberhalb eines Mindestfüllstandes gehalten wird. Dies kann auch in Form einer Regelung als „immer bereit“ verstanden werden. Es wird also ein Mindestfüllstand gewährleistet, welcher zum Beispiel einer elektrischen Bremsleistung von 150 Kilowatt über 10 Minuten entspricht. Dies ist die elektrische Bremsleistung, die in jeder Situation zur Verfügung gestellt ist, da die entsprechende Wärmemenge durch das gespeicherte flüssige Kühlmittel im Vorratsbehälter aufgenommen und abgeführt werden kann. [0029] Further advantages are achieved if the filling level of the reservoir is kept above a minimum filling level without braking in the control method according to the invention. This can also be understood as "always ready" in the form of a control. A minimum filling level is therefore guaranteed, which corresponds, for example, to an electrical braking power of 150 kilowatts over 10 minutes. This is the electrical braking power that is available in every situation, since the corresponding amount of heat can be absorbed and dissipated by the liquid coolant stored in the reservoir.
[0030] Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, wenn bei einem erfindungsgemäßen Kontrollverfahren der Füllstand des Vorratsbehälters ohne Bremsbetrieb auf ein Minimum reduziert wird. Ein solches Minimum dient dazu, den Füllstand so gering wie möglich zu halten und das entspre-[0030] Alternatively or additionally, it is possible for the filling level of the reservoir to be reduced to a minimum without braking operation in a control method according to the invention. Such a minimum serves to keep the filling level as low as possible and to
chende Gewicht eines gefüllten Vorratsbehälters ohne Bremsbetrieb so weit wie möglich zu reduzieren. Damit kann insbesondere ein vollständiges oder im Wesentlichen vollständiges Ablassen gemeint sein, wenn zum Beispiel aus den Routeninformationen hervorgeht, dass keine elektrische Bremsleistung in näherer Zukunft zu erwarten ist. The aim is to reduce the weight of a full reservoir as far as possible without braking. This may in particular mean complete or essentially complete drainage if, for example, the route information indicates that no electrical braking power is to be expected in the near future.
[0031] Ebenfalls Vorteile bringt es mit sich, wenn bei einem erfindungsgemäßen Kontrollverfahren der Ladestand einer Batterievorrichtung bei der Regelung des Füllstandes des Vorratsbehälters berücksichtigt wird. Wie bereits mehrfach erläutert worden ist, wird die elektrische Bremsleistung insbesondere dann benötigt, wenn der Ladestand der Batterievorrichtung ein Einspeichern von entstehender Rekuperationsleistung nicht oder nur in sehr geringem Maße erlaubt. Ist also die Batterievorrichtung mit einem hohen Ladestand ausgestattet, so führt dies mit hoher Wahrscheinlichkeit zu der Notwendigkeit einer elektrischen Bremsleistung und dementsprechend zu der Notwendigkeit, den Füllstand im Vorratsbehälter hochzuhalten, um bereit für eine elektrische Bremsleistung zu sein. Wird dem entgegengesetzt der Ladestand der Batterievorrichtung gering sein, so führt dies zur erwarteten Möglichkeit, auch eine größere Menge an Rekuperationsleistung ohne Notwendigkeit einer elektrischen Bremsleistung für ein elektrisches Bremsen in die Batterievorrichtung zurückzuspeichern, sodass in einer solchen Situation ein reduzierter oder sogar ein vollständig abgelassener Füllstand in dem Vorratsbehälter möglich ist. [0031] It also has advantages if, in a control method according to the invention, the charge level of a battery device is taken into account when regulating the fill level of the storage container. As has already been explained several times, the electrical braking power is required in particular when the charge level of the battery device does not allow the storage of the resulting recuperation power or only allows it to a very small extent. If the battery device is therefore equipped with a high charge level, this will most likely lead to the need for electrical braking power and accordingly to the need to keep the fill level in the storage container high in order to be ready for electrical braking power. If, on the other hand, the charge level of the battery device is low, this leads to the expected possibility of storing a larger amount of recuperation power back into the battery device without the need for electrical braking power for electrical braking, so that in such a situation a reduced or even completely drained fill level in the storage container is possible.
[0032] Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Elektrofahrzeug mit einer Bremsvorrichtung für ein elektrisches Bremsen des Elektrofahrzeugs, aufweisend wenigstens einen elektrischen Bremswiderstand mit elektrischen Bremsanschlüssen zum elektrischen Anschluss an eine Rekuperationsvorrichtung des Elektrofahrzeugs für eine Umwandeln von elektrischer Rekuperationsleistung in Wärme, wobei einen Vorratsbehälter für eine Bevorratung von flüssigem Kühlmittel und einen Kühlverteiler in fluidkommunizierender Verbindung mit dem Vorratsbehälter zum Empfangen von flüssigem Kühlmittel, wobei der Kühlverteiler wenigstens ein Verteilmittel aufweist für ein flächiges Verteilen des empfangenen Kühlmittels auf zumindest eine Kühlfläche des wenigstens einen Bremswiderstandes für eine Kühlung des Bremswiderstandes durch Verdampfen des verteilten Kühlmittels, welches mit einem erfindungsgemäßen Kontrollverfahren kontrolliert wird. Ein solches Elektrofahrzeug bringt die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf ein erfindungsgemäßes Kontrollverfahren sowie mit Bezug auf eine Bremsvorrichtung erläutert worden sind. [0032] Another subject of the present invention is an electric vehicle with a braking device for electrical braking of the electric vehicle, comprising at least one electrical braking resistor with electrical braking connections for electrical connection to a recuperation device of the electric vehicle for converting electrical recuperation power into heat, wherein a storage container for storing liquid coolant and a cooling distributor in fluid communication with the storage container for receiving liquid coolant, wherein the cooling distributor has at least one distribution means for a surface distribution of the received coolant on at least one cooling surface of the at least one braking resistor for cooling the braking resistor by evaporation of the distributed coolant, which is controlled by a control method according to the invention. Such an electric vehicle brings with it the same advantages as have been explained in detail with reference to a control method according to the invention and with reference to a braking device.
[0033] Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Es zeigen schematisch: [0033] Further advantages, features and details of the invention emerge from the following description, in which embodiments of the invention are described in detail with reference to the drawings. They show schematically:
[0034] Fig. 1 eine Ausführungsform eines Elektrofahrzeugs, [0034] Fig. 1 shows an embodiment of an electric vehicle,
[0035] Fig. 2 das Elektrofahrzeug der Figur 1 in einer ersten Betriebssituation, [0035] Fig. 2 shows the electric vehicle of Figure 1 in a first operating situation,
[0036] Fig. 3 das Elektrofahrzeug der Figuren 1 und 2 in einer zweiten Betriebssituation, [0037] Fig. 4 eine erste Ausführungsform einer Bremsvorrichtung, [0036] Fig. 3 shows the electric vehicle of Figures 1 and 2 in a second operating situation, [0037] Fig. 4 shows a first embodiment of a braking device,
[0038] Fig. 5 eine zweite Ausführungsform einer Bremsvorrichtung, [0038] Fig. 5 shows a second embodiment of a braking device,
[0039] Fig. 6 eine dritte Ausführungsform einer Bremsvorrichtung, [0039] Fig. 6 shows a third embodiment of a braking device,
[0040] Fig. 7 eine vierte Ausführungsform einer Bremsvorrichtung. [0040] Fig. 7 shows a fourth embodiment of a braking device.
[0041] Die Figur 1 zeigt schematisch ein Elektrofahrzeug 100 in einer Draufsicht. Dieses ist insbesondere als Schwerlastfahrzeug, beispielsweise als Lastkraftwagen, ausgebildet. Für den Antrieb ist hier schematisch nur eine einzige angetriebene Achse dargestellt, wobei selbstverständlich ist, dass insbesondere bei Lastkraftfahrzeugen in identischer Weise auch zwei oder mehr Achsen angetrieben sein können. Für den Antrieb ist hier ein Elektromotor als Antriebsvorrichtung 140 direkt an die Achse angeschlossen. Um diese Antriebsvorrichtung 140 mit elektrischer Antriebsenergie zu versorgen, ist bei diesem Elektrofahrzeug 100 eine Kombination aus einer Batterievorrichtung 130 und einem Brennstoffzellensystem 150 vorgesehen. Die elektrische Antriebsleistung kann also bei dieser Möglichkeit kombinatorisch aus dem Brennstoffzellensystem 150 und der Batterievorrichtung 130 oder jeweils alleine aus der Batterievorrichtung 130 oder [0041] Figure 1 shows a schematic plan view of an electric vehicle 100. This is designed in particular as a heavy-duty vehicle, for example as a truck. For the drive, only a single driven axle is shown schematically here, although it is self-evident that, in the case of trucks in particular, two or more axles can also be driven in an identical manner. For the drive, an electric motor is connected directly to the axle as a drive device 140. In order to supply this drive device 140 with electrical drive energy, a combination of a battery device 130 and a fuel cell system 150 is provided in this electric vehicle 100. The electrical drive power can therefore be provided in this option in combination from the fuel cell system 150 and the battery device 130 or from the battery device 130 or
dem Brennstoffzellensystem 150 zur Verfügung gestellt werden. Für den Betrieb des Brennstoffzellensystems 150 und vorzugsweise auch den Betrieb der Batterievorrichtung 130 ist hier ein Kühlkreislauf 160 vorgesehen, welcher das Brennstoffzellensystem 150 und/oder die Batterievorrichtung 130 in den gewünschten Temperaturfenstern hält. made available to the fuel cell system 150. For the operation of the fuel cell system 150 and preferably also the operation of the battery device 130, a cooling circuit 160 is provided here, which keeps the fuel cell system 150 and/or the battery device 130 in the desired temperature windows.
[0042] Beim Betrieb des Brennstoffzellensystems 150 entsteht beispielsweise bei der Verwendung von Wasserstoff als Brenngas Produktwasser im Abgas. Dies kann in dampfförmiger und/oder in tropfenförmiger Weise entstehen. Mithilfe eines Wasserabscheiders 120 wird es möglich, zumindest einen Teil dieses entstehenden Produktwassers aufzufangen und in flüssiger Form an eine Bremsvorrichtung 10 weiterzugeben, wie dies insbesondere später mit Bezug auf die Figuren 4 bis 7 noch näher erläutert wird. [0042] When the fuel cell system 150 is operated, for example when hydrogen is used as fuel gas, product water is produced in the exhaust gas. This can be produced in vapor form and/or in droplet form. With the aid of a water separator 120, it is possible to collect at least part of this product water and pass it on in liquid form to a braking device 10, as will be explained in more detail later with reference to Figures 4 to 7.
[0043] Um eine Bremssituation zu ermöglichen, kann neben einem mechanischen Bremsen für dieses Elektrofahrzeug 100 ein elektrisches Bremsen zur Verfügung gestellt werden. Hierfür sind verschiedene Möglichkeiten gegeben und insbesondere die Bremsvorrichtung 10 vorgesehen. Die zwei wesentlichen unterschiedlichen Betriebssituationen werden nachfolgend mit Bezug auf die Figuren 2 und 3 näher erläutert. [0043] In order to enable a braking situation, in addition to mechanical braking, electrical braking can be provided for this electric vehicle 100. Various options are available for this and in particular the braking device 10 is provided. The two essentially different operating situations are explained in more detail below with reference to Figures 2 and 3.
[0044] Die Figur 2 zeigt eine Situation, bei welcher die Batterievorrichtung 130 circa zur Hälfte geladen ist, was die Ladestandanzeige LS zeigt. In einer solchen Situation soll das Elektrofahrzeug 100 elektrisch gebremst werden. Dafür wird die Antriebsvorrichtung 140 als Generator betrieben und dient damit als Rekuperationsvorrichtung 110. Der entstehende magnetische Widerstand dient dem Verzögern des Elektrofahrzeugs 100 über die angeschlossene Achse und gewährleistet damit ein elektrisches Bremsen. Durch den Generatorbetrieb bringt die Rekuperationsvorrichtung 110 eine elektrische Rekuperationsleistung RL hervor, die bei der Betriebssituation der Figur 2 nun in die Batterievorrichtung 130 zurückgespeichert wird. Dies wirkt sich dahingehend aus, dass der Ladestand LS über diese Rekuperationsdauer ansteigt. In einem solchen Fall ist nur eine sehr geringe oder gar keine elektrische Bremsleistung der Bremsvorrichtung 10 benötigt. [0044] Figure 2 shows a situation in which the battery device 130 is approximately half charged, which is shown by the charge level indicator LS. In such a situation, the electric vehicle 100 is to be braked electrically. For this purpose, the drive device 140 is operated as a generator and thus serves as a recuperation device 110. The resulting magnetic resistance serves to decelerate the electric vehicle 100 via the connected axle and thus ensures electrical braking. Through the generator operation, the recuperation device 110 produces an electrical recuperation power RL, which is then stored back in the battery device 130 in the operating situation of Figure 2. This has the effect that the charge level LS increases over this recuperation period. In such a case, only a very small or no electrical braking power of the braking device 10 is required.
[0045] Die Figur 3 zeigt nun eine Situation, bei welcher die Batterievorrichtung 130 im Wesentlichen vollständig geladen ist, wie der Ladestand LS der Figur 3 zeigt. Hier ist es nun nicht mehr möglich, in einer Bremssituation die entstehende Rekuperationsleistung RL von der Rekuperationsvorrichtung 110 in die Batterievorrichtung 130 zurückzuspeichern, da diese bereits vollständig geladen ist. Um trotzdem ein elektrisches Bremsen zu gewährleisten, wird die Rekuperationsleistung RL bei dieser Situation nun in die Bremsvorrichtung 10 geleitet und dort, wie dies später noch näher erläutert wird, über die Bremswiederstände 20 in Wärme W umgewandelt. Es muss nun sichergestellt werden, dass die entstehende Wärme W von den Bremswiderständen 20 abgeführt und an die Umgebung abtransportiert wird, um die Funktionalität der Bremswiderstände 20 beizubehalten und entsprechend die Bremsleistung über die gewünschte Bremsdauer zur Verfügung zu stellen. [0045] Figure 3 now shows a situation in which the battery device 130 is essentially fully charged, as shown by the charge level LS in Figure 3. In this case, it is no longer possible to store the resulting recuperation power RL from the recuperation device 110 back into the battery device 130 in a braking situation, since the latter is already fully charged. In order to ensure electrical braking despite this, the recuperation power RL in this situation is now fed into the braking device 10 and there, as will be explained in more detail later, converted into heat W via the braking resistors 20. It must now be ensured that the resulting heat W is dissipated by the braking resistors 20 and transported away to the environment in order to maintain the functionality of the braking resistors 20 and to provide the braking power for the desired braking duration.
[0046] Die Figur 4 zeigt schematisch eine Möglichkeit einer solchen Bremsvorrichtung 10. Hier ist ein Vorratsbehälter 30 angeordnet, welcher Kühlmittel K in flüssiger Form aufweist. Dabei handelt es sich zum Beispiel um Wasser oder um ein wasserhaltiges Kühlmittel K. Während einer elektrischen Bremssituation, wie dies zum Beispiel die Figur 3 gezeigt hat, wird nun elektrische Rekuperationsleistung RL über die Bremsanschlüsse 22 hier an vier einzelne Widerstandsbauteile 21 des Bremswiderstandes 20 geleitet. Der Stromfluss durch die einzelnen Widerstandsbauteile 21 führ zu einem sehr starken Erhitzen dieser Widerstandsbauteile 21. Dieses starke Erhitzen erfordert ein Aufnehmen und Abtragen der entstehenden Wärme W. Hierfür sind die einzelnen Widerstandsbauteile 21 mit einer Kühlfläche 24 versehen. Mithilfe eines Kühlverteilers 40 können nun mithilfe von einzelnen Kühlverteilmitteln 42, beispielsweise in Düsenform, das aus dem Vorratsbehälter 30 empfangene Kühlmittel K auf die Kühlfläche 24 verteilt werden, sodass dort ein Erhitzen und Verdampfen der Kühlflüssigkeit K stattfindet. Durch die Aufnahme der Wärme W während des Verdampfens entsteht ein Kühleffekt auf die Kühlfläche 24 und damit auf den darunter angeordneten Bremswiderstand 20. Eine Ausbildung der Kühlverteilmittel 42 ermöglichen mit Wasser durch Verdunstung auch Temperaturen unter 100 °C. Bevorzugt können [0046] Figure 4 shows a schematic representation of one possible embodiment of such a braking device 10. A reservoir 30 is arranged here, which contains coolant K in liquid form. This is, for example, water or a water-containing coolant K. During an electrical braking situation, as shown in Figure 3, for example, electrical recuperation power RL is now conducted via the brake connections 22 to four individual resistance components 21 of the braking resistor 20. The current flow through the individual resistance components 21 leads to a very strong heating of these resistance components 21. This strong heating requires the heat W generated to be absorbed and removed. For this purpose, the individual resistance components 21 are provided with a cooling surface 24. With the help of a cooling distributor 40, the coolant K received from the storage container 30 can now be distributed to the cooling surface 24 using individual cooling distribution means 42, for example in the form of nozzles, so that the cooling liquid K is heated and evaporated there. The absorption of heat W during evaporation creates a cooling effect on the cooling surface 24 and thus on the braking resistor 20 arranged underneath. The design of the cooling distribution means 42 also enables temperatures below 100 °C to be achieved with water through evaporation. Preferably,
aber die Widerstandsbauteile 21 direkt mit Produktwasser umspült werden. but the resistance components 21 are directly flushed with product water.
[0047] Die Figur 5 zeigt eine Weiterbildung der Ausführungsform der Figur 4. Hier ist der Vorratsbehälter 30 mit einem Wasseranschluss 32 ausgestattet, welcher Wasser von einem Wasserabscheider 120 des Brennstoffzellensystems 150 gemäß der Figuren 1 bis 3 erhalten kann. Mit anderen Worten wird es nun möglich, ohne externes Befüllen des Vorratsbehälters 30 dessen Füllstand auf Basis der Zufuhr von während dem Betrieb des Elektrofahrzeugs 100 entstehendem Produktwasser aus dem Abgas zu regeln. Insbesondere kann ein aktives und in das Elektrofahrzeug 110 integriertes Nachfüllen des Vorratsbehälters 30 mit den bereits mehrfach erläuterten Kontrollfunktionalitäten gewährleistet werden. [0047] Figure 5 shows a further development of the embodiment of Figure 4. Here, the storage container 30 is equipped with a water connection 32, which can receive water from a water separator 120 of the fuel cell system 150 according to Figures 1 to 3. In other words, it is now possible to regulate the fill level of the storage container 30 without externally filling it on the basis of the supply of product water from the exhaust gas that is generated during operation of the electric vehicle 100. In particular, active refilling of the storage container 30 integrated into the electric vehicle 110 can be ensured with the control functionalities already explained several times.
[0048] Die Figur 6 zeigt eine Ausführungsform mit einer zusätzlichen Funktionalität hinsichtlich der Abfuhr der aufgenommenen Wärme. Hier ist die Bremsvorrichtung 10 mit einer Auslassöffnung 50 ausgestattet, durch welche das verdampfte Kühlmittel K die Bremsvorrichtung 10 an die Umgebung verlassen kann. Damit wird nicht nur die Aufnahme der Wärme W vom Kühlmittel K durch das Verdampfen, sondern auch durch Konvektion des verdampften Kühlmittels K an die Umgebung, die Abfuhr der aufgenommenen Wärme W mit höherer Funktionalität sichergestellt. [0048] Figure 6 shows an embodiment with an additional functionality with regard to the dissipation of the absorbed heat. Here, the braking device 10 is equipped with an outlet opening 50 through which the evaporated coolant K can leave the braking device 10 into the environment. This ensures not only the absorption of the heat W from the coolant K through evaporation, but also the dissipation of the absorbed heat W with greater functionality through convection of the evaporated coolant K into the environment.
[0049] Auch die Figur 7 zeigt eine alternative Ausführungsform einer solchen Bremsvorrichtung 10. Hier ist für ein Nachfüllen des Vorratsbehälters 30 ein Füllanschluss 60 vorgesehen, welcher entweder ein externes Nachfüllen mit entsprechendem Kühlmittel K gewährleistet oder aber an einen Kühlkreislauf 160 des Brennstoffzellensystems 150 und/oder der Batterievorrichtung 130 angeschlossen ist. Damit wird ebenfalls ein Auffüllen und eine Kontrolle des Füllstandes an Kühlmittel K im Vorratsbehälter 30 möglich. [0049] Figure 7 also shows an alternative embodiment of such a braking device 10. Here, a filling connection 60 is provided for refilling the storage container 30, which either ensures external refilling with the corresponding coolant K or is connected to a cooling circuit 160 of the fuel cell system 150 and/or the battery device 130. This also makes it possible to refill and check the level of coolant K in the storage container 30.
[0050] Die voranstehende Erläuterung der Ausführungsformen beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. [0050] The above explanation of the embodiments describes the present invention exclusively by way of examples.
BEZUGSZEICHENLISTE LIST OF REFERENCE SYMBOLS
10 Bremsvorrichtung 20 Bremswiderstand 21 Widerstandsbauteil 22 Bremsanschlüsse 24 Kühlfläche 10 Braking device 20 Braking resistor 21 Resistance component 22 Brake connections 24 Cooling surface
26 Kühlkörper 26 Heatsink
30 Vorratsbehälter 32 Wasseranschluss 40 Kühlverteiler 30 Storage tank 32 Water connection 40 Cooling distributor
42 Verteilmittel 42 Distribution media
50 Auslassöffnung 50 Outlet opening
60 Füllanschluss 60 Filling connection
100 Elektrofahrzeug 100 electric vehicles
110 _ Rekuperationsvorrichtung 120 Wasserabscheider 110 _ Recuperation device 120 Water separator
130 Batterievorrichtung 130 Battery device
140 Antriebsvorrichtung 140 Drive device
150 Brennstoffzellensystem 160 Kühlkreislauf 150 Fuel cell system 160 Cooling circuit
RL Rekuperationsleistung LS Ladestand RL Recuperation power LS Charge level
W Wärme W Heat
K Kühlmittel K Coolant
Claims (7)
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|---|---|---|---|
| ATA50909/2021A AT525680B1 (en) | 2021-11-15 | 2021-11-15 | Braking device for electric braking of an electric vehicle |
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| ATA50909/2021A AT525680B1 (en) | 2021-11-15 | 2021-11-15 | Braking device for electric braking of an electric vehicle |
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| AT525680A1 AT525680A1 (en) | 2023-06-15 |
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ID=86721612
Family Applications (1)
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20200276901A1 (en) * | 2017-09-27 | 2020-09-03 | Vitesco Technologies GmbH | Method for Determining the Temperature of an Active Layer of a Heating Resistor |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012196014A (en) * | 2011-03-15 | 2012-10-11 | Toyota Motor Corp | Cooling system, and vehicle including the same |
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Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2012196014A (en) * | 2011-03-15 | 2012-10-11 | Toyota Motor Corp | Cooling system, and vehicle including the same |
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| US20200276901A1 (en) * | 2017-09-27 | 2020-09-03 | Vitesco Technologies GmbH | Method for Determining the Temperature of an Active Layer of a Heating Resistor |
| US12071042B2 (en) * | 2017-09-27 | 2024-08-27 | Vitesco Technologies GmbH | Method for determining the temperature of an active layer of a heating resistor |
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| Publication number | Publication date |
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| AT525680A1 (en) | 2023-06-15 |
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