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Die
vorliegende Erfindung betrifft Heizungsanlagen für brennstoffzellenbetriebene
Elektrofahrzeuge. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung
eine Vorrichtung zur selektiven Kühlmittelerwärmung, gemäß der ein Fahrer oder Insasse
eines Fahrzeugs eine Kühlmittelheizstrategie
selektiv aktivieren kann, um den Innenraum des Fahrzeugs zu beheizen
oder Energie zu sparen, wenn eine solche Beheizung des Fahrzeuginnenraums
nicht erforderlich ist.
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Die
Technologie der Brennstoffzelle ist als potentielle Alternative
zu dem herkömmlich
zum Antrieb von Kraftfahrzeugen verwendeten Verbrennungsmotor erkannt
worden. Es hat sich herausgestellt, dass Brennstoffzellen-Antriebsaggregate
imstande sind, Wirkungsgrade der Größe von 55 % zu erreichen, was
im Vergleich zu einem Wirkungsgrad von etwa 30 % für Verbrennungsmotoren
steht. Außerdem
stoßen
Brennstoffzellen-Antriebsaggregate anders als Verbrennungsmotoren
keine schädlichen Nebenprodukte
aus, welche andernfalls zur Umweltverschmutzung beitragen.
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Brennstoffzellen
weisen drei grundlegende Komponenten auf: Eine Kathode, eine Anode
und einen Elektrolyten, welcher zwischen der Kathode und der Anode
plaziert bzw. in Sandwichbauart dazwischen angeordnet ist. Sauerstoff
aus der Luft wird an der Kathode reduziert und in negativ geladene
Sauerstoff-Ionen umgewandelt. Diese Ionen wandern durch den Elektrolyten
zur Anode, wo sie mit einem Brennstoff wie Wasserstoff reagieren.
Der Brennstoff wird durch die Sauerstoff-Ionen oxidiert und gibt Elektronen an
einen externen Schaltkreis frei, wodurch elektrische Energie erzeugt
wird, die einen Elektromotor zum Antrieb des Kraftfahrzeuges betreibt.
Die Elektronen wandern dann zur Kathode, wo sie Sauerstoff aus der
Luft lösen,
wodurch der Energieerzeugungskreislauf fortgesetzt wird. Einzelne Brennstoffzellen
können
der Reihe nach stapelartig angeordnet sein, um zunehmend größere Energiemengen
zu erzeugen.
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Wenn
auch Brennstoffzellen eine viel versprechende Entwicklung in der
Automobiltechnologie darstellen, sind Brennstoffzellen durch eine
hohe Betriebstemperatur charakterisiert, was eine beträchtliche
Designherausforderung unter dem Gesichtspunkt der strukturellen
und funktionellen Integrität
der Brennstoffzellenstapelanordnung bzw. des Brennstoffzellenstapels
darstellt. Ein Halten des Brennstoffzellenstapels in Temperaturbereichen,
welche für
einen optimalen Brennstoffzellenbetrieb erforderlich sind, erfordert
ein zu diesem Zweck geeignetes hocheffizientes Kühlsystem.
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Bei
Kühlsystemen
sowohl für
Verbrennungsmotoren als auch für
Brennstoffzellensysteme werden typischerweise eine oder mehrere
Pumpen eingesetzt, um eine Kühlflüssigkeit
durch ein Leitungsnetz zirkulieren zu lassen, welches in hinreichender Nähe zu den
Systemkomponenten angeordnet ist, um einen Wärmeaustausch zwischen dem Leitungsnetz
und den Komponenten zu ermöglichen.
Im Brennstoffzellensystem wird das Kühlmittel über eine Fahrzeugheizungsanlage
verteilt, in welcher ein thermischer Austausch zwischen dem aufgeheizten Kühlmittel
von dem brennstoffzellenbetriebenen Motor und der Luft stattfindet,
welche in der Folgezeit durch Lüftungsöffnungen
in die Fahrzeugkabine oder den Innenraum einströmt.
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In
Elektrofahrzeugen sind Energieeinsparung und Kraftstoffersparnis
Schlüsselaspekte.
Dies gilt insbesondere für
wasserstoffbetriebene Elektrofahrzeuge, da Wasserstoff in den meisten
Gebieten der Welt nicht ohne weiteres verfügbar ist. Da die meisten Elektrofahrzeuge
wesentlich niedrigere Betriebstemperaturen haben als Fahrzeuge mit
Verbrennungsmotoren, besteht eine wesentlich größere Schwierigkeit darin, ausreichend
Wärme in
der Fahrzeugkabine unter Verwendung herkömmlicher Kühlmittel-Luft-Wärmetauscher
für Kraftfahrzeuge
bereitzustellen. Da eine Beheizung der Fahrzeugkabine sowohl zum
Enteisen als auch für
den Fahrkomfort bei kaltem Wetter erforderlich ist, ist die Verwendung einer
zusätzlichen
Kühlmittelheizung
notwendig, um die Kühlmitteltemperatur
so zu erhöhen,
dass der Wärmetauscher
effektiv arbeiten kann.
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Die
zusätzliche
Kühlmittelheizung,
welche zur Erhöhung
der Temperatur des Kühlmittels
vor der Verteilung des Kühlmittels
durch den Wärmetauscher verwendet
wird, verbraucht große
Energiemengen und verringert die Reichweite und die Kraftstoff-Wirtschaftlichkeit
des Fahrzeugs. Daher ist es wünschenswert,
die Kühlmittelheizung
nur zu verwenden, wenn dies erforderlich ist.
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Im
Stand der Technik sind diverse Systeme bekannt, um eine Option zur
Beheizung eines Fahrzeuginnenraums für einen Fahrzeuginsassen zu schaffen.
Beispielsweise offenbart
US 45
91 691 eine elektrische Hilfs-Beheizungsanlage für Fahrzeuge, welche
von einem Verbrennungsmotor angetrieben werden. Das System weist
ein Kühlmittelsystem
auf, in welchem die herkömmliche
Motorkühlmittelpumpe erhitztes
Kühlmittel
von dem Motor zu einem Wärmestrahler
zirkulieren lässt,
um Wärme
von dem Kühlmittel
in den Fahrgastraum zu übertragen.
Ein thermostatisch geregeltes elektrisches Heizelement und eine
elektrische Pumpe sind in einem Leitungszweig angeordnet, welchem
Kühlmittel
von dem Wärmestrahler
zugeführt
wird. Das Heizelement und die elektrische Pumpe werden selektiv
von dem Fahrer mit Energie versorgt, um das Motorkühlmittel
zu beheizen und es durch ein Rückschlagventil
und anschließend
durch selektiv betätigte
elektrisch geregelte Ventile zirkulieren zu lassen, welche es durch den
Wärmestrahler
und/oder den Motor leiten, wenn der Motor nicht läuft. Allerdings
ist das in der
US 45 91 691 offenbarte
System nicht in der Lage, eine "maximale
Beheizung" bereitzustellen,
auf welche ein Fahrzeuginsasse selektiv zugreifen kann, wenn dies
während
des Fahrzeugbetriebs erforderlich ist, und welche zum Einsparen
von Energie der Brennstoffzelle deaktiviert werden kann, wenn sie
nicht benötigt
wird.
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Somit
besteht ein Bedarf für
einen Schalter für
eine "maximale Beheizung", welcher es einem Fahrzeuginsassen
ermöglicht,
die Kühlmittelheizung selektiv
zu aktivieren, wenn eine Beheizung der Fahrzeugkabine erforderlich
ist, und die Kühlmittelheizung
zu deaktivieren, wenn eine Beheizung der Fahrzeugkabine nicht erforderlich
ist. Dies ist ähnlich
zu einem bekannten "Maximale
AC"-Schalter (AC
= Air Conditioning), welcher in manchen Fahrzeugen vorhanden ist
und es einem Fahrzeuginsassen ermöglicht, die Gebläsedrehzahl
des Gebläses
zu maximieren, um Luft über
die Kühlschlangen
in das System mit einer maximalen Rate einzuführen und die Kühlung des
Fahrzeuginnenraums zu beschleunigen.
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Die
vorliegende Erfindung ist allgemein auf eine Vorrichtung zur selektiven
Kühlmittelerwärmung für ein brennstoffbetriebenes
Elektrofahrzeug gerichtet. Die Vorrichtung erleichtert es, den Fahrzeuginnenraum
nur dann maximal zu beheizen, wenn dies von einem Fahrzeuginsassen
so bestimmt wird, so dass Energie eingespart wird, wenn eine solche
Beheizung nicht notwendig ist. Die Vorrichtung zur selektiven Kühlmittelerwärmung weist
einen Schalter für
eine "maximale Beheizung" ("maximum heat"-button) auf, welcher
typischerweise am Armaturenbrett oder an einem anderen Ort innerhalb
der Fahrzeugkabine vorgesehen ist und zum Aktivieren einer Kühlmittelheizung
verwendet wird, die das Kühlmittel
erwärmt,
wenn der Schalter für "maximale Beheizung" gedrückt wird.
Die Auswahl eines Klimaregelungs-Modus der Klimaregelungswählvorrichtung, welcher
ein Enteisen der Windschutzscheibe beinhaltet, wird ebenfalls zum
Aktivieren der Kühlmittelheizung
zum Erwärmen
des Kühlmittels
verwendet. Die Kühlmittelheizung
bleibt entweder in einem deaktivierten, nicht heizenden "Aus"-Modus oder einem Grund-Heizungsmodus, solange
sie nicht bzw. bis sie durch Drücken
entweder des Schalters für "maximale Beheizung" oder Auswahl eines
Enteisungs-Klimaregelungsmodus aktiviert wird, zu welchem Zeitpunkt
dann die Heizung in einen Heizmodus bzw. einen von mehreren sukzessiven
Heizmodi höherer Stufe
aktiviert wird. Nach der Aktivierung der Kühlmittelheizung kann der nicht
heizende "Aus"-Modus der Kühlmittelheizung
wieder aufgenommen werden, um Energie einzusparen und die Kraftstoff-Wirtschaftlichkeit
zu verbessern, indem der Schalter für "maximale Beheizung", der zuvor zur Aktivierung des Kühlmittelheizung
gedrückt
war, gedrückt
wird, oder indem ein Nicht-Enteisungs-Klimaregelungsmodus aktiviert
wird, wenn zuvor ein Enteisungs-Klimaregelungsmodus gewählt wurde.
Die Kühlmittelerwärmungsstrategie
kann mit einem Schema eines variablen Pumpens des Kühlmittels
kombiniert werden, um die Temperatur der Fahrzeugheizungsanlage
zu erhöhen
und um eine maximale Wärmemenge
in den Fahrzeugkabineninnenraum zu liefern.
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Die
Erfindung wird nachfolgend beispielhaft unter Bezugnahme auf die
beigefügten
Abbildungen erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer Kühlmittel-Verteileranlage
für ein
brennstoffzellenbetriebenes Elektrofahrzeug, wobei ein Schalter
für "maximale Beheizung" und ein Enteisungs-Schalter an
eine Kühlmittelheizung
in dem System gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung angeschlossen sind;
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2 eine
perspektivische Teilschnittansicht einer Klimaregelungs-Schaltergruppe, welche
in einer Fahrzeugkabine eines (nicht gezeigten) brennstoffzellenbetriebenen
Elektrofahrzeugs angeordnet ist und wobei ein Schalter für "maximale Beheizung" und ein Enteisungs-Schalter in der Klimaregelungs-Schaltergruppe
gemäß der vorliegenden
Erfindung vorgesehen sind;
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3 eine
schematische Darstellung einer Kühlmittel-Verteileranlage
für ein
brennstoffzellenbetriebenes Elektrofahrzeug, wobei ein Schalter
für "maximale Beheizung" und ein Enteisungs-Schalter an
eine Kühlmittelheizung
in dem System gemäß einer
anderen Ausführungsform
der Erfindung angeschlossen sind;
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4 eine
schematische Darstellung, in welcher mehrere Heizstufen der Kühlmittelheizung
von "Aus" bis zu einer maximalen
Heizstufe bei wiederholtem Drücken
des Schalters für "maximale Beheizung" gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung dargestellt sind;
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5 einen
Graphen, in welchem eine Kühlmittelzieltemperatur
in Abhängigkeit
von der Umgebungstemperatur aufgetragen ist, wobei die Kühlmittelzieltemperatur
in Abhängigkeit
von der Umgebungstemperatur gemäß der vorliegenden
Erfindung variiert; und
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6 eine
schematische Darstellung, in welcher mehrere Heizstufen der Kühlmittelheizung
von "Aus" bis zu einer maximalen
Heizstufe bei wiederholtem Drücken
des Schalters für "maximale Beheizung" gemäß einer
anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung dargestellt sind.
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Die
vorliegende Erfindung zielt auf eine Option zur selektiven Kühlmittelerwärmung bzw.
-aufheizung ab, welche es einem Insassen eines brennstoffzellenbetriebenen
Elektrofahrzeugs ermöglicht,
selektiv Fahrzeugkraftstoff nur dann zu Beheizungszwecken einzusetzen,
wenn eine maximale Beheizung oder ein Enteisen der Windschutzscheibe
als erforderlich angesehen werden. Die Vorrichtung zur selektiven
Kühlmittelerwärmung beinhaltet
einen Schalter für "maximale Beheizung", welcher typischerweise
in der Klimaregelungs-Schaltergruppe am Armaturenbrett oder einer
anderen zugänglichen Position
innerhalb der Fahrzeugkabine angeordnet ist. Der Schalter für "maximale Beheizung" ist an ein elektronisches
Steuermodul angeschlossen, welches wiederum an eine Kühlmittelheizung
angeschlossen ist, die über
das elektronische Steuermodul zum Heizen des Kühlmittels bei Drücken des
Schalters für "maximale Beheizung" selektiv aktiviert
wird. Ferner ist eine Klimaregelungs-Wähleinrichtung typischerweise
an das elektronische Steuermodul und die Kühlmittelheizung angeschlossen,
um ihrerseits die Kühlmittelheizung
selektiv zu aktivieren, wenn ein Windschutzscheiben-Enteisungsmodus
gewählt wird.
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In
einer Ausführungsform
der Erfindung bleibt die Kühlmittelheizung
in einem deaktivierten, nicht heizenden "Aus"-Modus
oder einem Grund-Heizungsmodus, solange sie nicht bzw. bis sie durch Drücken entweder
des Schalters für "maximale Beheizung" oder Auswahl eines
Enteisungs-Klimaregelungsmodus aktiviert wird. Der nicht heizende "Aus"-Modus der Kühlmittelheizung
kann wieder aufgenommen werden, um Energie einzusparen und die Kraftstoff-Wirtschaftlichkeit
zu verbessern, indem der Schalter für "maximale Beheizung", der zuvor zur Aktivierung der Kühlmittelheizung
gedrückt
war, gedrückt
wird, oder indem ein Nicht-Enteisungs-Klimaregelungsmodus
aktiviert wird, wenn zuvor ein Enteisungs-Klimaregelungsmodus gewählt wurde.
In einer Ausführungsform
kann die Kühlmittelheizung
mittels wiederholten Drückens
des Schalters für "maximale Beheizung" zu sukzessive höheren Heizstufen
aktiviert werden. Ein Drücken
des Schalters für "maximale Beheizung" für eine vorbestimmte
Anzahl von Malen bringt die Kühlmittelheizung
zurück
in den deaktivierten, nicht heizenden "Aus"-Modus.
Die Auswahl eines Enteisungs-Modus erfolgt typischerweise, um die
Kühlmittelheizung
auf eine Heizstufe zu aktivieren, welche geeignet ist, die Windschutzscheiben-Enteisungsfunktion
zu erfüllen,
wobei die Auswahl eines Nicht-Enteisungsmodus die Kühlmittelheizung
zurück
in den "Aus"-Modus bringt.
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In
einer anderen Ausführungsform
der Erfindung wird die Kühlmittelheizung
normalerweise in einem Grund-Beheizungsmodus gehalten. Ein wiederholtes
Drücken
des Schalters für "maximale Beheizung" bewirkt eine Aktivierung
der Kühlmittelheizung zu
sukzessive höheren
Heizstufen oberhalb des Grund-Beheizungsmodus. Die Menge an Energie
der elektrischen Brennstoffzelle, welche durch die Kühlmittelheizung
in dem Grund-Beheizungsmodus und in höheren Heizstufen verbraucht
wird, kann von Parametern wie z.B. der Umgebungstemperatur und der
zur Implementierung der Kühlmittelheizfunktion verfügbaren Energiemenge
abhängen.
Ein Drücken des
Schalters für "maximale Beheizung" für eine vorbestimmte
Anzahl von Malen bringt die Kühlmittelheizung
zurück
in den Grund-Beheizungsmodus.
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In
einer anderen Ausführungsform
der Erfindung werden der Schalter für "maximale Beheizung" und die Auswahl eines Enteisungs-Modus
verwendet, um über
eine Schnittstelle mit einem elektronischen Steuermodul die Kühlmittelheizung
und eine Kühlmittelpumpe
zu steuern, welche das Kühlmittel durch
das System pumpt.
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Beim
Drücken
des Schalters für "maximale Beheizung" oder bei Auswahl
eines Enteisungs-Modus wird die Kühlmittelheizung entweder von
einem "Aus"-Modus oder einem
Grund-Beheizungsmodus in eine Heizstufe oder eine ausgewählte Heizstufe von
einer Mehrzahl sukzessiver Heizstufen (durch wiederholtes Drücken des
Schalters für "maximale Beheizung") aktiviert. Gleichzeitig
wird die Arbeitsdrehzahl der Kühlmittelpumpe
von einer Grund-Pumpdrehzahl zu einer höheren Pumpdrehzahl aktiviert,
um die Strömungsrate
des erhitzten Kühlmittels
durch die Fahrzeugheizungsanlage zu erhöhen. Ein anschließendes Drücken des
Schalters für "maximale Beheizung" oder die Auswahl
eines Nicht-Enteisungs-Modus bringen jeweils die Kühlmittelheizung
zurück
in den "Aus"- oder Grund-Beheizungsmodus
und verlangsamen den Betrieb der Kühlmittelpumpe zurück auf die
Grund-Pumpdrehzahl.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung kann auch ein Timer (bzw. eine Zeitsteuerung) durch
den Schalter für "maximale Beheizung" implementiert werden,
um die Kühlmittelheizung,
oder sowohl die Kühlmittelheizung
als auch die Kühlmittelpumpe,
auf der aktivierten Kühlmittelheizstufe
oder an der jeweiligen ausgewählten
Kühlmittelheizstufe zu
halten. Dementsprechend wird durch ein- oder mehrmaliges Drücken des Schalter für "maximale Beheizung" die Kühlmittelheizung,
oder sowohl die Kühlmittelheizung
als auch die Kühlmittelpumpe,
aus dem "Aus"-Modus oder dem Grund-Beheizungsmodus
in die ausgewählte
Kühlmittelheizstufe
aktiviert. Die Zeitsteuerung hält
dann die Kühlmittelheizung, oder
sowohl die Kühlmittelheizung
als auch die Kühlmittelpumpe,
für eine
vorbestimmte Zeitdauer auf der aktivierten Kühlmittelheizstufe. Nachdem
die Aktivierungszeit verstrichen ist, beendet die Zeitsteuerung den
Betrieb der Kühlmittelheizung,
oder sowohl der Kühlmittelheizung
als auch der Kühlmittelpumpe, welche
in den "Aus"-Modus oder den Grund-Beheizungsmodus
zurückkehren.
Die Zeitsteuerung ist typischerweise innerhalb des elektronischen
Steuermoduls angeordnet, mit welchem der Schalter für "maximale Beheizung" eine Schnittstelle
bildet.
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Unter
Bezugnahme zunächst
auf 1 und 2 ist dort eine schematische
Darstellung einer Kühlmittelverteileranlage 10 bei
Implementierung der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die Kühlmittelverteileranlage 10 weist
eine Kühlmittelverteilerleitung 14 auf,
welche ein Kühlmittel 16 durch
ein Fahrzeugkühlsystem 24,
das Wärme
von dem Kühlmittel 16 abführt, und
dann durch den Elektrofahrzeugmotor bzw. Antriebsstrang 12 verteilt,
um den Antriebsstrang 12 zu kühlen. Die Kühlmittelverteilerleitung 14 verteilt
ferner das Kühlmittel 16 durch
eine Kühlmittelheizung 18,
welche das Kühlmittel 16 auf
eine Heizstufe oder eine von mehreren sukzessive höhere Heizstufen
wie nachfolgend beschrieben erwärmt. Eine
Kühlmittelpumpe 20 pumpt
das erhitzte Kühlmittel 16 durch
eine Fahrzeugheizungsanlage 22, welche einen (nicht gezeigten)
Wärmetauscher
aufweist, in dem ein thermischer Austausch zwischen dem erhitzten
Kühlmittel 16 und
einströmender
Luft erfolgt, um die Luft vor der Verteilung der Luft in einer (nicht gezeigten)
Fahrzeugkabine zu erhitzen.
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Die
Vorrichtung zur selektiven Kühlmittelerwärmung 8 gemäß der vorliegenden
Erfindung weist einen Schalter für "maximale Beheizung" 26 auf,
welcher an ein elektronisches Steuermodul 49 angeschlossen
ist, typischerweise über
eine Signalübertragungsverdrahtung 28,
das wiederum an die Kühlmittelheizung 18 angeschlossen
ist, typischerweise über
eine Heizungsaktivierungsverdrahtung 51, um die selektive
Aktivierung in einen Kühlmittelheizmodus
oder eine ausgewählte
von sukzessive höheren Kühlmittelheizstufen
zu aktivieren. Ein Klimaregelungswählschalter 52 ist
typischerweise außerdem an
das elektronische Steuermodul 49 angeschlossen, typischerweise über eine
Signalübertragungsverdrahtung 47,
welches wiederum an die Kühlmittelheizung 18 angeschlossen
ist, typischerweise über die
Heizungsaktivierungsverdrahtung 51, um die selektive Aktivierung
der Kühlmittelheizung
in einen Windschutzscheiben-Enteisungsmodus zu erleichtern. Eine
Heizungsanzeigelampe 34 ist typischerweise an den Schalter
für "maximale Beheizung" 26 über eine
Lampenverdrahtung 36 angeschlossen.
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Ein
Kühlmitteltemperatursensor 38 kann
in die Kühlmittelverteilerleitung 14 unmittelbar
stromabwärts
von der Kühlmittelheizung 18 integriert
sein, um die Tempera tur des Kühlmittels 16 am
Ausgang der Kühlmittelheizung 18 zu
ermitteln. Der Kühlmitteltemperatursensor 38 ist
ferner an das elektronische Steuermodul 49 über eine
Sensorverdrahtung 40 angeschlossen. In einer Ausführungsform
der Erfindung wird der Kühlmitteltemperatursensor 38 von dem
elektronischen Steuermodul 49 verwendet, um den Betrieb
der Kühlmittelheizung 18 so
zu steuern, dass die Temperatur des Kühlmittels 16, wie
sie von dem Kühlmitteltemperatursensor 38 übermittelt
wurde, als Zieltemperatur aufrechterhalten wird, wie unten weiter
beschrieben wird. Ein Timer 30, welcher typischerweise
innerhalb des elektronischen Steuermoduls 49 implementiert
ist, kann ebenfalls durch den Schalter für "maximale Beheizung" 26 über die Signalübertragungsverdrahtung 28 aktiviert
werden, um einen weiteren Betrieb der Kühlmittelheizung 18 auf
einer bestimmten Heizstufe nach Verstreichen einer vorgegebenen
Zeitdauer zu beenden, wie unten weiter beschrieben wird.
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Wie
in 2 gezeigt ist, können der Schalter für "maximale Beheizung" 26 und
der Klimaregelungswählschalter 52 gemeinsam
an einer Klimaregelungs-Schaltergruppe 50 vorgesehen
sein, welche innerhalb des (nicht gezeigten) brennstoffzellenbetriebenen
Elektrofahrzeugs, beispielsweise an der Mittelkonsole des Fahrzeugs,
angeordnet ist. Die Klimaregelungs-Schaltergruppe 50 weist
typischerweise einen (nicht gezeigten) Wählschalter zur Regelung der
Klimaregelungs-Gebläseventilatorgeschwindigkeit,
einen Temperaturregelungs-Wählschalter 54,
eine Kabinenluft-Wiederumlauftaste 56, eine Klimaanlagen-Aktivierungstaste 58,
eine Heckscheibenenteisungs-Aktivierungstaste 44 und eine Heckscheibenenteisungs-Anzeigelampe 46 auf.
Die Heizungsanzeigelampe 34 und die Heckscheibenenteisungs-Anzeigelampe 46 sind
typischerweise an dem Schalter für "maximale Beheizung" 26 bzw.
an der Heckscheibenenteisungs-Aktivierungstaste 44 vorgesehen
bzw. integral mit diesen ausgebildet. In heutigen Fahrzeugen existieren
viele Variationen in der Ausführung
dieser Regelungen, und in einigen Anordnungen können viele dieser Klimaregelungsfunktionen
automatisch gesteuert werden.
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Im
Betrieb der Vorrichtung zur selektiven Kühlmittelerwärmung Vorrichtung zur selektiven Kühlmittelerwärmung 8 wird
das Kühlmittel 16 mittels der
Kühlmittelver teilerleitung 14 über das
Fahrzeugkühlsystem 24 verteilt.
In dem Fahrzeugkühlsystem 24 wird
Wärme von
dem Kühlmittel 16 abgegeben, um
die Verteilung des Kühlmittels 16 durch
den Antriebsstrang 12 des Elektrofahrzeugs über die
Kühlmittelverteilerleitung 14 vorzubereiten.
Während
das Kühlmittel 16 durch
den Motor bzw. Antriebsstrang 12 des Elektrofahrzeugs geleitet
wird, absorbiert das Kühlmittel 16 Wärmeenergie,
um den Antriebsstrang 12 zu kühlen.
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Die
Kühlmittelverteilerleitung 14 verteilt
das erhitzte Kühlmittel 16 von
dem Antriebsstrang 12 des Elektrofahrzeugs zu der Kühlmittelheizung 18.
In einer Ausführungsform
der Vorrichtung zur selektiven Kühlmittelerwärmung 8 wird
die Kühlmittelheizung 18 normalerweise
in einem "Aus"-Zustand gehalten,
in dem das Kühlmittel 16 nicht
geheizt wird, wenn es durch die Kühlmittelheizung geleitet wird,
solange nicht der Schalter für "maximale Beheizung" 26 gedrückt oder
ein Enteisungs-Modus mittels des Klimaregelungswählschalters 52 gewählt wird.
Daher wird das Kühlmittel 16,
welches zuvor von dem Antriebsstrang 12 des Elektrofahrzeugs
aufgeheizt wurde, normalerweise mittels der Kühlmittelpumpe 20,
ohne Aufheizung durch die Kühlmittelheizung 18,
durch die Fahrzeugheizungsanlage 22 gepumpt. In dem Falle, dass
die Heizungsaktivierungstaste 56 aktiviert und der Temperaturregelungs-Wählschalter 54 auf
Heizungsmodus gestellt wird, wird Wärmeenergie von dem Kühlmittel 16 in
der Fahrzeugheizungsanlage 22 an die strömende Luft übertragen,
welche in den Kabineninnenraum des (nicht gezeigten) Elektrofahrzeugs
verteilt wird, um den Fahrzeuginnenraum zu beheizen.
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In
dem Falle, dass der Klimaregelungswählschalter 52 auf
einen Enteisungs-Modus
eingestellt wird, wird die Kühlmittelheizung
aus dem "Aus"-Modus in einen Kühlmittel-Beheizungsmodus
aktiviert, in welchem die Kühlmittelheizung 18 das
Kühlmittel 16 auf
eine Temperatur aufheizt, welche ausreicht, um die durch die Fahrzeugheizungsanlage 22 strömende Luft
zu erwärmen,
um die Windschutzscheibe effektiv zu enteisen. Bei einer nachfolgenden
Auswahl eines Nicht-Enteisungsmodus
mittels des Klimaregelungswählschalters 52 kehrt
die Kühlmittelheizung 18 zurück in den "Aus"-Modus, und das Beheizen
des hindurchströmenden
Kühlmittels 16 wird beendet.
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In
dem Falle, dass der Schalter für "maximale Beheizung" 26 gedrückt wird,
wird die Kühlmittelheizung 18 von
dem "Aus"-Modus in einen Kühlmittel-Beheizungsmodus
aktiviert, in welchem die Kühlmittelheizung 18 das
Kühlmittel 16 auf
eine Zieltemperatur aufheizt, welche ausreicht, um die durch die Fahrzeugheizungsanlage 22 strömende Luft
zu erwärmen,
so dass der Fahrzeugkabinenraum maximal beheizt wird. Die Heizungsanzeigelampe 34 an
dem Schalter für "maximale Beheizung" 26 wird
typischerweise beleuchtet, um visuell die Aktivierung des Kühlmittelbeheizungsmodus
der Kühlmittelheizung 18 anzuzeigen.
Nachdem das Kühlmittel 16 eine
voreingestellte Zieltemperatur erreicht hat, kann der Kühlmitteltemperatursensor 38 einen
weiteren Betriebszustand der Kühlmittelheizung 18 automatisch beenden.
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Solange
der Schalter für "maximale Beheizung" 26 in dem
aktivierten Kühlmittelbeheizungsmodus
verbleibt, kann der Kühlmitteltemperatursensor 38 so
betrieben werden, dass die Kühlmittelheizung 18 den "Aus"-Modus und den Kühlmittelbeheizungsmodus
zyklisch durchläuft,
um das Kühlmittel 16 auf der
Zieltemperatur zu halten. Alternativ kann der Timer 30 so
programmiert werden, dass der Betrieb der Kühlmittelheizung 18 automatisch
beendet wird, nachdem das Kühlmittel 16 für eine voreingestellte Zeitdauer
beheizt wurde. Im anderen Falle kehrt, bei nachfolgendem Drücken des
Schalters für "maximale Beheizung" 26, die
Kühlmittelheizung 18 in
den "Aus"-Modus zurück, und
das Beheizen des hindurchströmenden
Kühlmittels 16 wird
unterbrochen.
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Der
Betrieb der Vorrichtung zur selektiven Kühlmittelerwärmung 8 gemäß einer
anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist in 4 gezeigt,
wobei der Schalter für "maximale Beheizung" 26 verwendet
werden kann, um die Kühlmittelheizung 18 auf
eine ausgewählte
von wenigstens drei sukzessive höheren
Heizstufen zu aktivieren. Dementsprechend wird die Kühlmittelheizung 18 normalerweise
im "Aus"-Modus gehalten,
der durch die Ziffer "0" in 4 bezeichnet
ist. Wie in Schritt 1 von 4 gezeigt
ist, wird bei einem ersten Drücken
des Schalters für "maximale Beheizung" 26 die
Kühlmittelheizung 18 aus
dem "Aus"-Modus in eine erste Heizstufe 1a aktiviert.
Bei einem zweiten Drücken des
Schalters für "maximale Beheizung" 26 (Schritt 2)
wird die Kühlmittelheizung 18 in
eine zweite Heizstufe 2a aktiviert. Bei einem dritten Drücken des Schalters
für "maximale Beheizung" 26 (Schritt 3) wird
die Kühlmittelheizung 18 in
eine dritte Heizstufe 3a aktiviert.
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Die
erste Heizstufe 1a, die zweite Heizstufe 2a und
die dritte Heizstufe 3a entsprechen Beheizungsmodi, in
denen das Kühlmittel 16 unter
Verwendung zunehmend höherer
Energiestufen beheizt wird, um die Geschwindigkeit zu erhöhen, mit
der das Kühlmittel 16 die
Zieltemperatur erreicht. Zusätzlich können die
unterschiedlichen Heizstufen auch verwendet werden, um zunehmend
höhere
Zieltemperaturen des Kühlmittels 16 zu
implementieren, welche mittels des Kühlmitteltemperatursensors 38 gemessen
werden. In einer solchen Konfiguration, in der sukzessive höhere Zieltemperaturen
mit sukzessiven Heizstufen implementiert werden, ist der thermische Austausch
zwischen der strömenden
Luft und dem erhitzten Kühlmittel 16 maximal
in der dritten Heizstufe 3a und minimal in der ersten Heizstufe 1a.
Bei nachfolgendem Drücken
des Schalters für "maximale Beheizung" 26 (Schritt 4)
kehrt die Kühlmittelheizung 18 in
den "Aus"-Modus 0 zurück. Es versteht
sich, dass die Kühlmittelheizung 18 auf
eine beliebige Anzahl von Heizstufen aktiviert werden kann, ohne
Beschränkung
auf die in 4 gezeigten drei sukzessive
höheren
Heizstufen, um eine ausgewählte
Beheizungskapazität
für den
Fahrzeugkabineninnenraum bereitzustellen. Ferner kann der Timer 30 so
programmiert werden, dass die Zeit, welche nach jedem der Heizmodi
verstreicht, begrenzt ist. Beispielsweise kann der Timer 30 so
programmiert werden, dass die Kühlmittelheizung 18 bei
dem höchstmöglichen Heizmodus
für eine
voreingestellte Zeitdauer verbleibt, bevor der nächst niedrigere Heizmodus implementiert
wird.
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Die
Menge an elektrischer Energie, welche verbraucht wird, um jeden
der sukzessive höheren Heizmodi
aufrechtzuerhalten, kann von solchen Faktoren wie beispielsweise
der zur Durchführung
der Heizfunktion verfügbaren
Energie, der Umgebungstemperatur in der das Fahrzeug umgebenden
Luft, und dem Umstand, ob ein Enteisungsmodus mittels des Klimaregelungswählschalters 52 ausgewählt wurde
oder nicht, abhängen.
Gemäß 5 kann
die Kühlmittelzieltemperatur
bei jeder der sukzessive höheren
Heizstufen bis zu einer ausgewählten
Umgebungstemperatur konstant bleiben, bei welcher die Kühlmittelzieltemperatur
und daher typischerweise die Menge an Energie, die zur Aufrechterhaltung
der Kühlmittelzieltemperatur
notwendig ist, abnimmt.
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Der
Betrieb der Vorrichtung zur selektiven Kühlmittelerwärmung 8 gemäß einer
anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist in 6 gezeigt,
wobei die Kühlmittelheizung 18 normalerweise
in einem Grundheizungsmodus gehalten wird, der mit der Ziffer "0" in 6 bezeichnet.
Wie in Schritt 1 von 6 gezeigt,
wird bei einem ersten Drücken
des Schalters für "maximale Beheizung" 26 die
Kühlmittelheizung 18 von
dem Grundheizungsmodus in eine erste Heizstufe 1a aktiviert.
Bei einem zweiten Drücken
des Schalters für "maximale Beheizung" 26 (Schritt 2)
wird die Kühlmittelheizung 18 in eine
zweite Heizstufe 2a aktiviert. Bei einem dritten Drücken des
Schalters für "maximale Beheizung" 26 (Schritt 3)
wird die Kühlmittelheizung 18 in
eine dritte Heizstufe 3a aktiviert. Bei einem nachfolgenden
Drücken
des Schalters für "maximale Beheizung" 26 (Schritt 4)
kehrt die Kühlmittelheizung 18 in
den Grundheizungsmodus 0 zurück.
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Es
versteht sich, dass die Vorrichtung zur selektiven Kühlmittelerwärmung 8 je
nach Erfordernis die Kapazität
für eine
größere oder
eine kleinere Anzahl sukzessive höherer Heizstufen haben kann,
so dass die Erfindung nicht auf drei Heizstufen beschränkt ist.
Wie oben in Bezug auf 4 beschrieben, kann die Menge
der elektrischen Energie, welche zur Aufrechterhaltung des Grundheizungsmodus sowie
von jeder der sukzessive höheren
Heizstufen verbraucht wird, von solchen Faktoren wie der zur Durchführung der
Heizfunktion verfügbaren
Energie, der Umgebungstemperatur in der das Fahrzeug umgebenden
Luft, und dem Umstand, ob ein Enteisungsmodus mittels des Klimaregelungswählschalters 52 ausgewählt wurde
oder nicht, abhängen.
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Gemäß 3 ist
in einer anderen Ausführungsform
der Vorrichtung zur selektiven Kühlmittelerwärmung, welche
mit dem Bezugszeichen 62 bezeichnet ist, der Schalter für "maximale Beheizung" 26 an das
elektronische Steuermodul 49 über eine Verdrahtung 28 angeschlossen.
Der Klimaregelungswählschalter 52 ist
ebenso über
die Signalübertragungsverdrahtung 47 an
das elektronische Steuermodul 49 angeschlossen. Dementsprechend
wird durch Auswahl eines Enteisungs modus mittels des Klimaregelungswählschalters 52 die
Kühlmittelheizung 18 in
einen Windschutzscheiben-Enteisungsmodus entweder von einem "Aus"-Zustand oder von einem
Grundheizungsmodus aktiviert, um das Kühlmittel 16 zu erwärmen. Gleichzeitig
wird die Arbeitsdrehzahl der Kühlmittelpumpe 20 erhöht, um die Durchflussrate
des Kühlmittels 16 durch
die Fahrzeugheizungsanlage 22 zu erhöhen. Dementsprechend erhöht die Wirkung
der Kühlmittelheizung 18 kombiniert
mit der Pumpwirkung der Kühlmittelpumpe 20 den
thermischen Austausch zwischen dem Kühlmittel 16 und der
strömenden
Luft in der Fahrzeugheizungsanlage 22.
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Durch
Drücken
des Schalters für "maximale Beheizung" 26 wird
die Kühlmittelheizung 18 auf
eine Heizstufe, oder eine ausgewählte
von sukzessive zunehmenden Heizstufen, entweder aus dem "Aus"-Modus oder dem Grundheizungsmodus
aktiviert, um das Kühlmittel 16 zu
beheizen. Gleichzeitig wird die Arbeitsdrehzahl der Kühlmittelpumpe 20 erhöht, um die
Durchflussrate des Kühlmittels 16 durch die
Fahrzeugheizungsanlage 22 zu erhöhen. Dementsprechend erhöht die Wirkung
der Kühlmittelheizung 18 kombiniert
mit der Pumpwirkung der Kühlmittelpumpe 20 den
thermischen Austausch zwischen dem Kühlmittel 16 und der
strömenden
Luft in der Fahrzeugheizungsanlage 22.