DE102009048719A1

DE102009048719A1 - Hilfsaggregat für elektromotorisch betriebene Fahrzeuge

Info

Publication number: DE102009048719A1
Application number: DE102009048719A
Authority: DE
Inventors: Mike Laudien; Wolfgang Reimann
Original assignee: IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
Current assignee: IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
Priority date: 2009-10-09
Filing date: 2009-10-09
Publication date: 2011-04-14
Anticipated expiration: 2029-10-10
Also published as: DE102009048719B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Hilfsaggregat (1) für elektromotorisch betriebene Fahrzeuge, welches zur Fahrzeugklimatisierung sowie zur Temperaturkonditionierung des Energiespeichers (14) genutzt wird, wobei eine vom elektrischen Fahrmotor unabhängige Brennkraftmaschine (2), wahlweise mit einem Klimakompressor (3) eines Kühlkreislaufes oder dem An-/Abtrieb einer Motor-Generator-Einheit (4) verbindbar ist und einen Motorkühlkreislauf zur Aufnahme der Abwärme der Brennkraftmaschine (2) und einen von diesem getrennten, durch den Klimakompressor (3) des Hilfsaggregates (1) gekühlten Kühlkreislauf mit getrennter Einrichtung zur Temperaturkonditionierung des Energiespeichers (14) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Hilfsaggregat für elektromotorisch betriebene Fahrzeuge, welches zur Fahrzeugklimatisierung sowie zur Temperaturkonditionierung des Energiespeichers genutzt wird.
Für elektromotorisch betriebene Fahrzeuge, welche ohne einen verbrennungsmotorisch betriebenen Fahrmotor angetrieben werden können und ihre Energie aus einem aufladbaren Energiespeicher beziehen, wird ein Konzept zum Thermomanagement benötigt, welches sowohl die Aspekte der Temperaturkonditionierung des Energiespeichers als auch der komfortablen Klimatisierung des Innenraums berücksichtigt. Hierbei muss bei niedrigen Temperaturen der Energiespeicher beheizt werden, da dessen Leistungsfähigkeit bei der Abgabe von Energie temperaturabhängig bei Tieftemperaturen sinkt. Insbesondere im Startfall kann es notwendig sein, den Energiespeicher aufzuheizen. Im Betrieb des Energiespeichers insbesondere bei hohen Außentemperaturen ist es nachfolgend notwendig, diesen zu kühlen, da dieser sich durch die Energieabgabe selbst aufheizt. Weiterhin ist für die Klimatisierung des Innenraums eine Möglichkeit zu schaffen, welche dessen Temperierung ermöglicht und sowohl schnelles Erwärmen, z. B. zum Defrosten der Scheiben, als auch eine Kühlung bei hohen Außentemperaturen ermöglicht. Die genannten Aufgaben sind durch elektrisch betriebene Zusatzgeräte lösbar. Problematisch hierbei ist jedoch, dass dafür Energie aus dem zum Fahrantrieb benötigten Energiespeicher genutzt werden muss, was die Reichweite des elektromotorisch betriebenen Fahrzeuges verringert. Die erreichbare Reichweite ist jedoch ein Schlüsselparameter für die Akzeptanz dieser Antriebsart.
Vorbekannt sind Hilfsaggregate, welche in verbrennungsmotorisch angetriebenen Fahrzeugen zusätzlich zur Stromerzeugung und zur Klimatisierung des Fahrzeuges genutzt werden. Die DE 39 41 998 C1 zeigt hierbei ein Hilfsaggregat, bei welchem ein vom Fahrmotor unabhängiger Verbrennungsmotor, ein Generator und ein Klimakompressor auf einer durch Kupplungen trennbaren Welle angeordnet sind. Das Hilfsaggregat soll dabei wahlweise den Klimakompressor zur Fahrzeugklimatisierung antreiben oder den Generator zur Stromerzeugung für das Fahrzeugbordnetz antreiben. Eine Klimatisierung einer Traktionsbatterie ist nicht beabsichtigt, vielmehr dient das zusätzliche Hilfsaggregat zur Entlastung des Verbrennungsmotors und zum Betreiben konventionell mechanisch vom Fahrmotor getriebener Hilfsaggregate.
Weiterhin vorbekannt sind Kühlkreisläufe für Traktionsbatterien. DE 101 28 164 zeigt dabei einen gesonderten von einer Kühlmittelpumpe getriebenen Batteriekühlkreislauf, welcher über einen Wärmeübertrager in den Kältekreislauf zur Fahrzeugklimatisierung eingebunden ist. Eine ähnliche Anordnung zeigt DE 10 2004 035 879 A1 , bei welcher ein Kühlkreislauf für eine Traktionsbatterie zusätzlich zur Einbindung in den Klimakreislauf mit einem weiteren Kühlkreislauf, welcher durch die Außenluft gekühlt ist, thermisch verbunden ist. Eine Erweiterung dieses Kühlkreislaufes zeigt DE 10 2007 004 979 A1 , bei welcher ebenfalls der Niedertemperaturkühlkreislauf zur Klimatisierung für die Temperierung der Traktionsbatterie genutzt wird. Bei Tieftemperaturen droht jedoch beim Betreiben der Klimaanlage die Vereisung der Scheiben, so dass eine alternative Kühlung unter Umgehung der Fahrzeugklimatisierung geschaffen wird, indem der Batteriekühlkreislauf absperrbar erweitert wird und thermisch ein weiterer Kühlkreislauf, der unabhängig von der Fahrzeugklimatisierung ist, thermisch angekoppelt wird. Dieser Kreislauf kann weiterhin in thermischem Kontakt mit wärmeabgebenden Elementen der Leistungselektronik des Fahrzeugs stehen, so dass über diese abgegebene Energie die Erweiterung des Batteriekühlkreislaufes vorgewärmt werden kann.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein kompaktes Hilfsaggregat für ein elektromotorisch angetriebenes Fahrzeug zu schaffen, welches bei kompaktem und extrem leichten Aufbau sowohl die Fahrzeugklimatisierung als auch die Temperaturkonditionierung des Energiespeichers zum Kühlen und Vorwärmen unabhängig vom Fahrmotor übernimmt sowie eine Not-Coming-Home-Funktion bei tiefentladenem Energiespeicher ermöglicht.
Diese Aufgabe wird für ein Hilfsaggregat erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden in der Zeichnung anhand von schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen beschrieben.
Erfindungsgemäß vorteilhaft wird ein Hilfsaggregat für elektromotorisch betriebene Fahrzeuge geschaffen, welches mit einer vom elektrischen Fahrmotor unabhängigen Brennkraftmaschine ausgestattet ist. Das Hilfsaggregat ist als autarke im Fahrzeug angeordnete Zusatzeinheit ausgestaltet und dient vornehmlich zur Temperierung des Energiespeichers, der vorzugsweise die Fahrbatterie eines elektromotorisch betriebenen Fahrzeuges ist. Die Brennkraftmaschine ist dabei mit ihrem Abtrieb wahlweise mit einem Klimakompressor eines Kühlkreislaufes und/oder mit dem An-/Abtrieb einer Motor-Generator-Einheit verbindbar. Die mechanische Verbindung erfolgt vorzugsweise über Kupplungen, so dass die Brennkraftmaschine mechanisch den Klimakompressor und/oder die Motor-Generator-Einheit mechanisch antreiben kann.
Die vom Fahrmotor unabhängige Brennkraftmaschine weist einen konventionellen Motorkühlkreislauf zur Aufnahme der Abwärme der Brennkraftmaschine auf. In diesem zirkuliert ggf. von einer Kühlmittelpumpe angetrieben ein Kühlmedium, welches sich durch die aufgenommene Wärmeenergie erwärmt und in einem Kühler, der vorzugsweise als ein im Fahrbetrieb durch die Außenluft gekühlter Luft/Kühlwasser-Wärmetauscher ausgebildet ist, gekühlt wird. Von diesem Motorkühlkreislauf getrennt ist ein weiterer Kühlkreislauf ausgebildet, der durch den Klimakompressor des Hilfsaggregates gekühlt wird. Erfindungsgemäß vorteilhaft sind der Motorkühlkreislauf und der durch den Klimakompressor gekühlte Kühlkreislauf jeweils mit einer getrennten Einrichtung zur Temperaturkonditionierung des Energiespeichers für den elektrischen Fahrmotor verbunden. Der Energiespeicher weist hierfür getrennte Einrichtungen zur Temperaturkonditionierung auf, welche beispielsweise als Wärmetauscher ausgebildet sind, die in thermischem Kontakt mit dem Energiespeicher oder mit dessen Konditionierkreislauf stehen, so dass dieser wahlweise von dem über den Klimakompressor des Hilfsaggregates gekühlten Kühlkreislauf gekühlt oder durch den Motorkühlkreislauf aufgewärmt werden kann. Beheizung und Kühlung des Energiespeichers sind für das Betreiben des Energiespeichers in seinem optimalen Temperaturbereich enorm wichtig. Bei tiefen Temperaturen nimmt die Kapazität von Akkumulatoren ab. Beispielsweise benötigt ein Fahrzeug mit einem Fahrzeuggewicht von 9000 kg und einer angenommenen Reichweite von 120 km einen Energiespeicher in Form eines Lithium-Ionen-Akkumulators mit einer Kapazität von 16 kWh. Dieser müsste bei einer Umgebungstemperatur von 0°C auf vorzugsweise 20°C aufgeheizt werden, was einer Heizleistung von permanent kW entspricht. Diese wird erfindungsgemäß durch das Hilfsaggregat aufgebracht, wobei der Energiespeicher durch die Abwärme des Verbrennungsmotors aufgewärmt wird und gleichzeitig die mechanische Antriebsleistung der generatorisch betriebenen Motor-Generator-Einheit dem Bordnetz zugeführt wird. Hierbei kann beispielsweise ein erhöhter Energiebedarf zum Defrosten von Scheiben oder zur Aufwärmung des Innenraums ausgeglichen werden. Gleichzeitig kann die Abwärme des Verbrennungsmotors zur Innenraumklimatisierung genutzt werden. Bei Energieabnahme aus dem Energiespeicher heizt sich dieser abhängig von der abgenommenen Stromstärke und vom Innenwiderstand des Energiespeichers auf. Um den Akkumulator zu schützen und gleichfalls in einem Betriebsbereich mit hoher Kapazität zu halten, muss dieser temperaturabhängig gekühlt werden. Die Kühlung erfolgt hierbei durch den Kühlkreislauf, welcher eine Kühlflüssigkeit mittels des von der Verbrennungskraftmaschine angetriebenen Kompressors verdichtet, über ein Expansionsventil/einen Verdampfer entspannt und wieder in den flüssigen Zustand kondensiert. Der Energiespeicher ist dabei thermisch mit dem Kühlkreislauf gekoppelt, indem durch einen Verdampfer oder durch die gekühlte Kühlflüssigkeit Wärme von diesem abgeführt wird. Hierfür kann ein im thermischen Kontakt zum Energiespeicher angeordneter Wärmetauscher genutzt werden. Der Kühlkreislauf ist dabei unabhängig vom Fahrmotor und von der Innenraumklimatisierung betreibbar. Zusätzlich können schalt-/oder regelbar Erweiterungen des Kühlkreislaufes zur Klimatisierung des Fahrzeuginnenraumes verwendet werden.
Erfindungsgemäß vorteilhaft ist die Einrichtung zur Temperaturkonditionierung des Energiespeichers ein Wärmetauscher, welcher im Motorkühlkreislauf so am Energiespeicher angeordnet ist, dass eine Wärmezufuhr vom erwärmten Kühlmittel des Motorkreislaufes ermöglicht wird. Ein Wärmetauscher ist dabei thermisch mit dem Energiespeicher verbunden.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante wird ein sehr kompaktes Hilfsaggregat geschaffen, indem die vom Fahrmotor unabhängige Brennkraftmaschine ein Kreiskolbenmotor ist und der Klimakompressor ein Kreiskolben- oder Drehkolbenverdichter ist. Dies erlaubt die direkte Anordnung von Kolben und Verdichter-Einheit auf der Antriebswelle, wobei eine zwischengeschaltete Kupplung die mechanische Verbindung bzw. das Abtrennen des Kompressors von dessen Antrieb ermöglicht.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist der Verbrennungsmotor wenigstens ein Dekompressionsventil auf, so dass beim Betrieb des Klimakompressors durch die motorisch betriebene Motor-Generator-Einheit, die zwischen Klimakompressor und Motor-Generator-Einheit angeordnete Verbrennungskraftmaschine mit geringem mechanischen Widerstand geschleppt werden kann.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Klimakompressor und die Motor-Generator-Einheit über Kupplungen mit dem Verbrennungsmotor verbindbar. Dies erlaubt einen Antrieb des Klimakompressors sowohl vom Verbrennungsmotor als auch von der motorisch betriebenen Motor-Generator-Einheit.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Motor-Generator-Einheit mit dem Bordnetz des Fahrzeugs verbunden, was eine Einspeisung von Elektroenergie in das Bordnetz zum Betreiben der Verbraucher sowie zur Ladung des Energiespeichers ermöglicht. Insbesondere beim Betrieb der Verbrennungskraftmaschine, in welchem die entstehende Abwärme genutzt wird, kann energieoptimal die dabei erzeugte mechanische Energie dem Gesamtsystem zur Verfügung gestellt werden.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Betreiben eines Hilfsaggregates für elektromotorisch betriebene Fahrzeuge beansprucht, bei dem eine vom Fahrmotor unabhängige Brennkraftmaschine, deren Abtrieb wahlweise mit einem Klimakompressor eines Kühlkreislaufes und/oder mit dem An-/Abtrieb einer Motor-Generator-Einheit verbindbar ist, beansprucht. Einen Motorkühlkreislauf der vom Fahrmotor unabhängigen Brennkraftmaschine und ein von einem Klimakompressor gekühlter Kühlkreislauf werden dabei wenigstens in Abhängigkeit von der Temperatur des Energiespeichers geregelt. Zusätzlich können die Anforderungen an die Innenraumklimatisierung die Regelung des Hilfsaggregates und der Kühlkreisläufe beeinflussen. Motorkühlkreislauf und Kühlkreislauf des Klimakompressors sind dabei mit Einrichtungen zur Temperaturkonditionierung des Energiespeichers für den elektrischen Fahrmotor verbunden. Abhängig von der Temperatur des Energiespeichers werden die Verbrennungskraftmaschine und/oder der Klimakompressor so gesteuert, dass der Energiespeicher durch Heizen oder Kühlen in einen vorbestimmten Temperaturbereich gebracht oder in diesem gehalten wird.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Betreiben einer alternativen Ausgestaltung eines Hilfsaggregates für elektromotorisch betriebene Fahrzeuge beansprucht, bei dem eine vom Fahrmotor unabhängige Brennkraftmaschine mit einem generator gekoppelt ist wobei ein Elektromotor einen Klimakompressor betreibt und die Energie für den Antrieb des Elektromotors aus der Batterie oder der vom Generator erzeugten Energiemenge stammt. Die Verbrennungskraftmaschine kann über die vom Generator erzeugte Energie und den Antrieb des Elektromotors für den Klimakompressor elektrisch mit diesem zum Antrieb verbunden werden. Die Funktion der Kupplungt zum Klimakompressor übernimmt die steuerbare Energeiübertragung. Einen Motorkühlkreislauf der vom Fahrmotor unabhängigen Brennkraftmaschine und ein von einem Klimakompressor gekühlter Kühlkreislauf werden dabei wenigstens in Abhängigkeit von der Temperatur des Energiespeichers geregelt. Zusätzlich können die Anforderungen an die Innenraumklimatisierung die Regelung des Hilfsaggregates und der Kühlkreisläufe beeinflussen. Motorkühlkreislauf und Kühlkreislauf des Klimakompressors sind dabei mit Einrichtungen zur Temperaturkonditionierung des Energiespeichers für den elektrischen Fahrmotor verbunden. Abhängig von der Temperatur des Energiespeichers werden die Verbrennungskraftmaschine und/oder der Klimakompressor so gesteuert, dass der Energiespeicher durch Heizen oder Kühlen in einen vorbestimmten Temperaturbereich gebracht oder in diesem gehalten wird.
In einer Ausführungsform wird dabei zur Erwärmung des Energiespeichers das durch die Abwärme des Verbrennungsmotors erwärmte Kühlwasser einem am Energiespeicher angeordneten Wärmetauscher zugeführt. Hierfür wird der Verbrennungsmotor bei dessen Stillstand gestartet und mit einer über der Leerlaufdrehzahl erhöhten Drehzahl betrieben, so dass die entstehende Abwärme zum Aufheizen des Energiespeichers genutzt werden kann. Diese Betriebsart ist insbesondere beim Start des elektromotorisch betriebenen Fahrzeuges vorteilhaft, indem vor Fahrzeugstart, mit Fahrzeugstart oder einen kurzen Zeitraum nach dem Fahrzeugstart, also dem Fahrbetrieb des Fahrzeuges mit Elektromotor, die Verbrennungskraftmaschine des Hilfsaggregates gestartet und zum Aufheizen des Energiespeichers verwendet wird. Durch Temperaturerfassung am Energiespeicher wird der Wärmebedarf des Energiespeichers ermittelt, wobei zusätzlich die Umgebungstemperatur für eine genauere Temperaturregelung erfasst werden kann. Hier zeigt sich ein großer Vorteil des autark vom Fahrmotor arbeitenden Hilfsaggregates, indem unabhängig vom Fahrmotor sogar vor dessen Start eine Temperierung des Energiespeichers erreicht wird, ohne diesen zu belasten und somit insbesondere bei ungünstigen Umgebungsbedingungen die Reichweite des elektromotorisch betriebenen Fahrzeugs maximiert werden kann.
Optional ist es möglich, bei einem Plug-In-E-Fahrzeug elektrisch zu klimatisieren. Entweder mittels Wiederstandsheizung den Fahrgastraum und die Batterie zu heizen oder beides durch elektrischen Antrieb des Klimakompressors bei eingeschaltetem Dekompressionsventil der Verbrennungskraftmaschine zu kühlen.
Für die Aufwärmung des Energiespeichers ist es vorgesehen, den Zufluss erwärmten Kühlmittels aus dem Motorkühlkreislauf steuer-/regelbar einem in thermischen Kontakt zum Energiespeicher stehenden Wärmetauscher zuzuführen. Der Kühlwasserfluss zum Wärmetauscher wird über steuer-/regelbare Ventile so gesteuert, dass wenigstens ein Teilstrom des die Verbrennungskraftmaschine kühlenden Kühlmittels den Wärmetauscher durchströmt.
Abhängig von der Temperatur des Energiespeichers wird der Aufwärmvorgang beendet, indem der Zufluss erwärmten Kühlmittels aus dem Kühlkreislauf der Brennkraftmschine zum Wärmetauscher unterbrochen wird. Übersteigt die Temperatur des Energiespeichers eine definierbare Temperaturschwelle, so wird bei abgetrenntem Klimakompressor dieser über die Kupplung an die diesen antreibende Welle angekoppelt und ein Kühlmittelstrom aus dem Kühlkreislauf wird vom Klimakompressor entweder in einem thermischem an den Energiespeicher angekoppelten Verdampfer entspannt oder es wird das entspannte und wieder kondensierte Kühlmedium einem in thermischem Kontakt zum Energiespeicher stehenden Wärmetauscher zugeführt. Die Zuführung des Kühlmittelstroms erfolgt dabei regelbar, so dass der Kühlmittelstrom zum Energiespeicher hinsichtlich der Kühlmittelmenge und der Temperatur einstellbar ist. Hierfür kann die Verdichterleistung über die Drehzahl und der Kühlmittelstrom über die diesen begrenzenden Ventile geregelt werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens zum Betreiben des Hilfsaggregates wird die Motor-Generator-Einheit beim Aufheizen des Energiespeichers durch den Kühlkreislauf der Brennkraftmaschine mit Hilfe der Kupplung an den Antrieb der Motor-Generator-Einheit gekoppelt, wobei diese generatorisch betrieben wird und die von der Brennkraftmaschine abgegebene mechanische Energie in elektrische Energie gewandelt wird, die dem Bordnetz des Fahrzeugs zugeführt wird.
Alternativ ist ein Betrieb des Hilfsaggregates mit an den Verbrennungsmotor gekoppeltem Klimakompressor möglich, wobei die Motor-Generator-Einheit abgekoppelt ist und eine Klimatisierung des Innenraums des Fahrzeuges stattfindet.
In einer Ausgestaltung der Erfindung wird in der Betriebsart des Aufheizens des Energiespeichers der Kühlmittelstrom aus dem vom Klimakompressor gekühlten Kühlkreislauf zum Energiespeicher unterbrochen und der Antrieb des Klimakompressors vom Abtrieb der Verbrennungskraftmaschine getrennt.
In einer weiteren Betriebsart des Hilfsaggregates wird zur Klimatisierung des Fahrzeuginnenraums temperaturabhängig ein Kühlmittelstrom zu einem für den Fahrzeuginnenraum wirksamen Verdampfer geleitet. Hierfür erfolgt der Antrieb des Klimakompressors durch die Verbrennungskraftmaschine oder die motorisch betriebene Motor-Generator-Einheit. Zusätzlich kann temperaturabhängig ein Teilstrom des Kühlmittels in Abhängigkeit von der Temperatur des Energiespeichers zu diesem geleitet werden. Aus der gesamt angeforderten Kühlleistung für Energiespeicher und Innenraumklimatisierung ergibt sich die Kühlleistung des Klimakompressors und daraus die für seinen Antrieb aufgebrachte mechanische Leistung, welche über die Drehzahl an der Antriebswelle des Klimakompressors durch den Verbrennungsmotor oder alternativ durch den Elektromotor eingestellt wird.
Hierbei wird beim Antrieb des Kompressors über die motorisch betriebene Motor-Generator-Einheit das/die Dekompressionsventil/e des Verbrennungsmotors zur Dekompression der Brennräume geöffnet, wenn der Antrieb von der Motor-Generator-Einheit durch Schließen der Kupplungen zwischen Motor-Generator-Einheit und Verbrennungskraftmaschine und der zwischen Verbrennungskraftmaschine und Klimakompressor erfolgt. Die Verbrennungskraftmaschine wird dann mit geringen mechanischen Verlusten mitgeschleppt.
Erfindungsgemäß vorteilhaft wird bei erhöhter Energieanforderung im Bordnetz, beispielsweise beim Betrieb von zusätzlichen elektrischen Heizstäben zur Defrostung, der Verbrennungsmotor in seiner Leistung so geregelt, dass die Energieabgabe der generatorisch betriebenen Motor-Generator-Einheit erhöht wird.
Das Hilfsaggregat ist vorzugsweise hinsichtlich seiner Leistung für die Klimatisierung und den Bordnetzbedarf der elektrischen Hilfsaggregate optimiert. Um ein besonders kompaktes Hilfsaggregat zu schaffen, ist die Leistung des Generators und der Verbrennungskraftmaschine auf die Bedürfnisse der Innenraumklimatisierung, der Energiespeicherkühlung und den Energiebedarf der elektrischen Hilfsaggregate im Bordnetz optimiert. Eine Nutzung zur Ladung des Energiespeichers für den Fahrmotor in der Art bekannter ”Range Extender” ist lediglich mit kleiner Leistung vorgesehen. Die Einspeisung von Elektroenergie in das Bordnetz dient vor allem zum Entlasten der Fahrbatterie von zusätzlichen Verbrauchern und zur Nutzung der anfallenden mechanischen Energie beim Aufheizen durch die Abwärme der Brennkraftmaschine. Das Hilfsaggregat weist daher vorzugsweise eine Größe auf, so dass die abgegebene elektrische Leistung kleiner 7 kW ist. Für ein effektives Nachladen der Fahrbatterie ist ein Aggregat dieser Leistung nicht geeignet. Durch die Kopplung der Motor-Generator-Einheit mit dem Bordnetz ist jedoch ein Nachladen des elektrischen Energiespeichers möglich. Dies erfolgt in einer Betriebsart, vorzugsweise im Stillstand des Fahrzeugs. In längeren Standperioden kann damit insbesondere an Standorten ohne Infrastruktur zum Nachladen des Energiespeichers ein Aufladen durch die Brennkraftmaschine erfolgen. In einer bevorzugten Ausgestaltung wird dann der Klimakompressor über die Kupplung vom Antrieb getrennt und die Motor-Generator-Einheit wird generatorisch zum Laden des Energiespeichers betrieben.
Weiterhin ist für einen Notbetrieb eine Not-Coming-Home-Funktion möglich, da ein Fahrzeug mit ca. 900 kg Gewicht für das aufrechterhalten einer Geschwindigkeit von ca. 50 km/h nicht mehr als 6 kW Antriebsleistung benötigt.
Erfindungsgemäß vorteilhaft erfolgt die Drehzahl-Laststeuerung der Brennkraftmaschine über Stellorgane, welche die Luftzufuhr und/oder die zu verbrennende Kraftstoffmenge regeln. Hierbei wird vorzugsweise über Einspritzventile die Kraftstoffmenge und/oder über eine Drosselklappe die Luftzufuhr eingestellt. Die Führungsgröße für die Steuerung der Stellorgane wird aus den fahrzeugseitigen Anforderungen ermittelt. Aus der Energiespeichertemperatur wird die Kühlleistung für den Energiespeicher ermittelt, wobei zusätzlich die Außentemperatur einbezogen werden kann. Die zur Klimatisierung des Innenraums abgeforderte Kühlleistung wird aus den Bedienervorgaben für die Innenraumtemperatur ermittelt, woraus sich aus der Addition beider die gesamte geforderte Kühlleistung ergibt. Aus dieser wird mit den Geräteparametern des Klimakompressors dessen Drehzahl ermittelt. Die Drehzahl der Brennkraftmaschine entspricht dabei der geforderten Klimakompressordrehzahl, wobei bei Zwischenschaltung eines Getriebes die Getriebeübersetzung mit beachtet werden muss. Der Lastpunkt der Verbrennungskraftmaschine wird aus der sich aus der Drehzahl ergebenden für die Kühlleistung abgeforderten mechanischen Leistung des Verdichters und der vom Bordnetz geforderten elektrischen Leistung des Generators ermittelt. Aus dem Drehzahl-Lastpunkt ergibt sich, im einfachsten Fall aus einem Kennfeld, die Einspritzmenge und/oder Luftmenge für die Verbrennungskraftmaschine, welche über die Stellorgane eingeregelt wird.
Das Hilfsaggregat eignet sich besonders für rein elektromotorisch angetriebenen Fahrzeuge, welche keinen verbrennungsmotorisch betriebenen Fahrmotor aufweisen, da hier der Klimatisierung mit einem eigenen Hilfsaggregat eine größere Bedeutung zukommt als bei ybridantrieben. Ein erfindungsgemäßes Hilfsaggregat ist jedoch auch für ein mit einem Hybridantrieb ausgerüstetes Fahrzeug nutzbar. Die Brennkraftmaschine des Hilfsaggregates ist hierfür gleichfalls vom elektromotorischen wie vom verbrennungsmotorischen Fahrantrieb entkoppelt. Die Probleme des Aufwärmens bei Kaltstart treten hier, bei Start in einer Umgebung in welcher lediglich der elektromotorische Fahrmotor nutzbar ist, in gleicher Weise auf.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind den folgenden Zeichnungen sowie der zugehörigen Beschreibung zu entnehmen.
Hierbei zeigen:
1 eine Ausführung des erfindungsgemäßen Hilfsaggregats mit einer beispielhaften Verschaltung der Medienkreisläufe in einem elektromotorisch betriebenen Fahrzeug in einer Prinzipdarstellung,
2 verschiedene Konfigurationen des erfindungsgemäßen Hilfsaggregates.
1 zeigt in einer beispielhaften Ausführung ein erfindungsgemäßes Hilfsaggregat 1 mit der Verschaltung seiner Medienkreisläufe in einem elektromotorisch betriebenen Fahrzeug – nicht dargestellt – in einer Prinzipdarstellung. Das Hilfsaggregat 1 besteht aus einem Klimakompressor 3, der als Kreiskolbenverdichter ausgeführt ist, einer Brennkraftmaschine 2 und einer Motor-Generator-Einheit 4, wobei der Rotor der Motor-Generator-Einheit 4 und die Kolben von Klimakompressor 3 und Kreiskolbenverdichter auf einer Welle angeordnet sind. Zwischen dem Klimakompressor 3 und der Brennkraftmaschine 2 ist eine schalt- oder regelbare Kupplung 6 angeordnet, so dass der Abtrieb der Brennkraftmaschine 2 schalt- oder regelbar mit dem Klimakompressor 3 verbindbar ist. Weiterhin ist zwischen der Motor-Generator-Einheit 4 und der Brennkraftmaschine 2 eine weitere schalt- oder regelbare Kupplung 5 angeordnet, so dass der Abtrieb der Brennkraftmaschine 2 schalt- oder regelbar mit der Motor-Generator-Einheit 4 verbindbar ist. Der Motor-Generator-Einheit 4 kann optional ein – nicht dargestelltes – Getriebe zur Anpassung der Drehzahl vorgeschalten sein. Die Brennkraftmaschine 2 weist weiterhin wenigstens ein Dekompressionsventil 12 auf, welches vorzugsweise beim Antrieb des Klimakompressors 3 von der Motor-Generator-Einheit 4 die Brennräume der Brennkraftmaschine 2 dekomprimiert, so dass diese mit geringem mechanischen Widerstand von der motorisch betriebenen Motor-Generator-Einheit 4 mitgeschleppt werden kann. Die Brennkraftmaschine 2 weist einen Motorkühlkreislauf auf, welcher sich ausgehend von der Brennkraftmaschine 2 über eine Kühlmittelpumpe 7, ein Schalt- oder Regelventil 8, welches als 2-Wegeventil ausgestaltet ist, einen Wärmetauscher 18, der vorzugsweise Teil eines Klimagerätes 21 ist, ein weiteres Schalt- oder Regelventil 25 wieder zur Brennkraftmaschine 2 erstreckt. Der Wärmetauscher 18 des Klimagerätes 21 kann durch einen – nicht dargestellten – Bypass über einen weiteren Wärmetauscher, schalt- oder regelbar umgangen werden, um ggf. ein Aufheizen des Innenraums unterbinden zu können. Über das Schalt- oder Regelventil 8 kann das von der Kühlmittelpumpe 7 bewegte Kühlmittel über ein Abzweig des Motorkühlkreislaufes zu einem Wärmetauscher 16, der zur Temperaturkonditionierung eines Energiespeichers 14 dient, geführt werden, wobei der Rücklauf zur Brennkraftmaschine 2 über das Schalt- oder Regelventil 25 erfolgt. Der Wärmetauscher 16, der zur Temperaturkonditionierung eines Energiespeichers 14 dient, ist thermisch an den Energiespeicher 14 oder alternativ an einen ein getrenntes Kühlmedium führenden Kreislauf für den Energiespeicher 14 gekoppelt und ermöglicht somit den Wärmeübergang vom Kühlmedium zum Energiespeicher 14.
Weiterhin weist das Klimagerät 21 den als Kreiskolbenverdichter ausgeführten Klimakompressor 3 auf, welcher an einen Kreislauf zur Klimatisierung des Innenraums des Fahrzeuges und zur Temperaturkonditionierung des Energiespeichers 14 angeschlossen ist. Ausgehend vom Klimakompressor 3 verzweigt der Kühlkreislauf am 2-Wegeventil Ventil 22 in einen ersten Teilzweig, der über einen ersten Verdampfer 10, einen ersten Kondensator 13 und ein weiteres 2-Wegeventil 23 wieder zur Saugseite des Klimakompressors 3 zurückgeführt wird. Der Verdampfer 10 ist dabei Teil eines Klimagerätes 21, welches zur Innenraumklimatisierung genutzt wird. In der beispielhaften Ausführung weist es weiterhin den Wärmetauscher 18 des Motorkühlkreislaufs sowie einen Lüfter 19 auf. Über die Steuerung der Drehzahl des Klimakompressors 3 sowie den bei regelbaren Ventilen 22, 23 eingestellten Kühlmittelstrom und durch die vom Lüfter 19 zum Innenraum geförderte Luftmenge, ist die Kühlleistung für den Fahrzeuginnenraum einstellbar. Der Klimakompressor 3 kann dabei durch die Brennkraftmaschine 2 oder alternativ durch die motorisch betriebene Motor-Generator-Einheit 4 angetrieben werden.
Der Kühlkreislauf verzweigt am 2-Wege-Ventil 22 weiterhin über einen zweiten Verdampfer 9 und einen Kondensator 10 zu einem Wärmetauscher 15 zur Temperaturkonditionierung des Energiespeichers 14. Ausgehend von diesem erfolgt der Rücklauf des Kühlmittels über das Ventil 23. Das über den Verdampfer 9 und den Kondensator 10 geführte und gekühlte Kühlmittel dient temperaturabhängig zur Konditionierung des Energiespeichers 14. Auf Basis der Temperaturmessung des Energiespeichers 14 oder einer Temperaturmessung in jeder seiner Einzelzellen erfolgt die Ansteuerung der Ventile 22 u. 23, wobei die zum Wärmetauscher 15 geförderte Kühlmittelmenge und damit die Ansteuergröße für die Ventile 22, 23 Stellgröße für die Temperaturregelung des Energiespeichers 14 ist.
Das Hilfsaggregat 1 lässt sich in den folgenden Betriebsarten nutzen.
Bei tiefen Umgebungstemperaturen beispielsweise bei Start des Fahrzeugs bei temperaturen < 0°C wird die Brennkraftmaschine 2 von der Motor-Generator-Einheit 4 gestartet und deren Abwärme steht, ähnlich wie bei einer Standheizung, zur Temperaturkonditionierung des Energiespeichers 14 und zur Innenraumklimatisierung zur Verfügung. Bei Temperaturen unter 0°C muss der Energiespeicher 14, um seine maximal gespeicherte Energiemenge abgeben zu können, beheizt werden. Gleichzeitig wird bei diesen Umgebungsbedingungen eine Aufwärmung des Innenraums erforderlich. Die Kupplung 6 wird geöffnet, sodass im Aufwärmbetrieb der Klimakompressor 3 stillgesetzt wird. Die Kupplung 5 kann für den Aufwärmbetrieb ebenfalls geöffnet werden, wobei es vorteilhaft ist, die Brennkraftmaschine 2 zum Aufwärmen zusätzlich zu belasten, um eine größere Wärmemenge abzugeben und ein schnelleres Aufheizen zu ermöglichen. Durch Aufschalten einer Last über die Kupplung 5 kann die zusätzlich zur Abwärme erzeugte mechanische Leistung in Elektroenergie gewandelt dem Bordnetz zur Verfügung gestellt werden. Dies ist insbesondere von Vorteil, da Klimageräte eine zusätzliche elektrische Heizung aufweisen können, welche beispielsweise zum Defrosten der Scheiben genutzt wird, so dass kurz nach dem Start ein erhöhter Energiebedarf aus dem Bordnetz benötigt wird. Die Kühlmittelpumpe 7 fördert in dieser Betriebsart erwärmtes Kühlmittel über das Ventil 8 zum Wärmetauscher 16 sowie je nach Anforderung der Innenraumklimatisierung zum Wärmetauscher 18. Die Ansteuerung des Ventils 8 und damit die Wärmemengenverteilung erfolgt durch ein nicht dargestelltes Steuergerät, welches auf Basis der Energiespeichertemperatur, der aktuellen Kühlmitteltemperatur und der Fahreranforderung zur Klimatisierung die Verteilung der Kühlmittelströme und die Belastung des Verbrennungsmotors mit der motorisch betriebenen Motor-Generator-Einheit 4 festlegt.
Im Fahrbetrieb des Elektrofahrzeuges wärmt sich der Energiespeicher 14 durch die Stromabgabe an den Fahrmotor zunehmend auf. Um eine sichere Funktion zu gewährleisten und gleichzeitig eine maximale Energieabgabe sicherzustellen, muss die Batterie bauartabhängig, beispielsweise bei Zellentemperaturen über 50°C, gekühlt werden. Hierfür wird die Kupplung 6 geschlossen, so dass der Klimakompressor 3 angetrieben wird und einen Kühlmittelstrom über das Ventil 22, den Verdampfer 9, den Kondensator 10 zum Wärmetauscher 15 fördert. Bei Antrieb des Klimakompressors 3 von der Brennkraftmaschine 2 kann die Kupplung 5 geöffnet werden, falls aus dem Bordnetz keine zusätzliche Energie abgefordert wird.
Der Klimakompressor 3 kann gleichfalls durch Schließen der Kupplungen 5 und 6 von der motorisch betriebenen Motor-Generator-Einheit 4 angetrieben werden. In einer Umgebung, in der das Betreiben der Brennkraftmaschine 2 unerwünscht ist oder für den Fall, dass für die Brennkraftmaschine 2 kein Kraftstoff zur Verfügung steht, kann eine Kühlung des Energiespeichers 14 durch Antrieb von der Motor-Generator-Einheit 4 aufrecht erhalten werden. Hierfür wird, um die mechanischen Verluste zu minimieren, die Brennkraftmaschine 2 mittels wenigstens eines Dekompressionsventils 12 dekomprimiert, so dass ohne Kompressionsverluste lediglich ein geringer Energiebedarf zum Mitschleppen des umlaufenden Kreiskolbens, aufgrund von dessen mechanischer Reibung, notwendig ist.
In einer weiteren Betriebsart kann das Hilfsaggregat 1 zum Laden des Energiespeichers 14 genutzt werden. Hierfür kann, abhängig von der Temperatur des Energiespeichers 14, der Klimakompressor 3 von der Brennkraftmaschine 2 durch Öffnen der Kupplung 6 getrennt werden. Die Motor-Generator-Einheit 4 kann generatorisch betrieben dem Energiespeicher 14 einen Ladestrom zuführen. Das Hilfsaggregat 1 ist bevorzugt als kompaktes Aggregat kleiner Leistung für den Klimatisierungsbedarf von Innenraum und Energiespeicher 14 optimiert. In der Betriebsart zum Nachladen des Energiespeichers 14 kann jedoch über einen längeren Zeitraum, z. B. bei längerem Stillstand des Fahrzeugs ohne Infrastruktur zum Nachladen des Energiespeichers 14, eine signifikante Aufladung erreicht werden.
2 zeigt in einer Prinzipdarstellung mögliche Ausführungsvarianten des Hilfsaggregates 1. 2a zeigt hierbei eine Ausführung gemäß 1. Diese stellt eine besonders bevorzugte Ausführung dar. Klimakompressor 3, Brennkraftmaschine 2 und Motor-Generator-Einheit 4 sind auf einer Welle angeordnet, wobei die Brennkraftmaschine 2 zwischen den beiden anderen Aggregaten kuppelbar durch die Kupplungen 5 und 6 angeordnet ist. Zwischen der Brennkraftmaschine 2 und der Motor-Generator-Einheit 4 ist zur Drehzahlanpassung ein Getriebe 24 angeordnet. Der Betrieb von Klimakompressor 3 und Motor-Generator-Einheit 4 ist wahlweise unter Abkopplung des jeweils anderen Aggregats möglich.
2b zeigt eine Anordnung, bei welcher die Motor-Generator-Einheit 4 zwischen der Brennkraftmaschine 2 und dem Klimakompressor 3 über Getriebe 24 und 26 angeordnet ist. Kupplungen 5 und 27 erlauben den Antrieb des Klimakompressors 3 von der motorisch betriebenen Motor-Generator-Einheit 4 sowie dessen Abtrennung bei Antrieb der generatorisch betriebenen Motor-Generator-Einheit 4 von der Brennkraftmaschine 2. Für einen Antrieb des Klimakompressors 3 von der Brennkraftmaschine 2 werden die Kupplungen 5 und 27 geschlossen, wobei durch Wegfall der Erregerspannung an den Erregerspulen der Motor-Generator-Einheit 4 deren Rotor verlustarm mitgeschleppt wird.
2c zeigt eine alternative Variante, bei welcher ohne zwischengeschalteter Kupplung Klimakompressor 3 und Brennkraftmaschine 2 auf einer Welle direkt aneinandergrenzend ausgebildet sind. Hier ergibt sich die Möglichkeit, entsprechend der Bauart eines zweischeibig ausgebildeten Wankelmotors beide Kolben in einem Gehäuse auszubilden. Über die Kupplung 5 ist die Motor-Generator-Einheit 4 kuppelbar auf der gemeinsamen Welle angeordnet. Die Brennkraftmaschine 2 ist weiterhin mit wenigstens einem Dekompressionsventil 12 ausgerüstet, um diese, bei Antrieb von der Motor-Generator-Einheit 4, dekomprimiert mitschleppen zu können. Die permanente Kopplung der beiden Kreiskolben von Brennkraftmaschine 2 und Klimakompressor 3 erfordert eine Möglichkeit, den Klimakompressor 3 verlustarm mitschleppen zu können. Hierfür kann ein schaltbarer Bypass über Saug- und Druckseite zum Kurzschluss des Klimakompressors 3 genutzt werden.
Bezugszeichenliste

1: Hilfsaggregat
2: Brennkraftmaschine
3: Klimakompressor
4: Motor-Generator-Einheit
5: Kupplung
6: Kupplung
7: Kühlmittelpumpe
8: Schalt- oder Regelventil
9: Verdampfer
10: Verdampfer
11: Kondensator
12: Dekompressionsventil
13: Kondensator
14: Energiespeicher
15: Wärmetauscher
16: Wärmetauscher
18: Wärmetauscher
19: Lüfter
21: Klimagerät
22: Ventil
23: Ventil
24: Getriebe
25: Schalt- oder Regelventil
26: Getriebe
27: Kupplung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 3941998 C1 [0003]
DE 10128164 [0004]
DE 102004035879 A1 [0004]
DE 102007004979 A1 [0004]

Claims

Hilfsaggregat (1) für elektromotorisch betriebene Fahrzeuge mit einer vom elektrischen Fahrmotor unabhängigen Brennkraftmaschine (2), deren Abtrieb wahlweise mit einem Klimakompressor (3) eines Kühlkreislaufes und/oder mit dem An-/Abtrieb einer Motor-Generator-Einheit (4) verbindbar ist, wobei die vom Fahrmotor unabhängige Brennkraftmaschine (2) einen Motorkühlkreislauf zur Aufnahme der Abwärme der Brennkraftmaschine (2) aufweist und dieser Motorkühlkreislauf und der von diesem getrennte, durch den Klimakompressor (3) des Hilfsaggregates (1) gekühlte Kühlkreislauf mit jeweils einer getrennten Einrichtung zur Temperaturkonditionierung des Energiespeichers (14) für den elektrischen Fahrmotor verbunden ist.
Hilfsaggregat (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtungen zur Temperaturkonditionierung im Motorkühlkreislauf ein Wärmetauscher (16) ist, welcher im Motorkühlkreislauf in thermischem Kontakt mit dem Energiespeicher (14) angeordnet ist, dass eine Wärmezufuhr zu diesem ermöglicht wird.
Hilfsaggregat (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtungen zur Temperaturkonditionierung im Kühlkreislauf des Klimakompressors ein Wärmetauscher (15) oder Verdampfer (9) ist, der so am Energiespeicher (14) angeordnet ist, dass eine Wärmeabfuhr von diesem ermöglicht wird.
Hilfsaggregat (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Verbindung der Einrichtungen zur Temperaturkonditionierung des Energiespeichers (14) mit dem Motorkühlkreislauf und dem durch den Klimakompressor (3) gekühlten Kühlkreislauf über Ventile (8, 25, 22, 23) schalt- oder regelbar ist.
Hilfsaggregat (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der vom Fahrmotor unabhängige Verbrennungsmotor ein Kreiskolbenmotor ist und der Klimakompressor (3) ein Kreiskolben- oder Drehkolbenverdichter ist.
Hilfsaggregat (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor wenigstens ein Dekompressionsventil (12) aufweist.
Hilfsaggregat (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Klimakompressor (3) und die Motor-Generator-Einheit (4) über Kupplungen (5,6) mit dem Verbrennungsmotor (2) verbindbar sind und der Klimakompressor (3) sowohl vom Verbrennungsmotor (2) als auch von der motorisch betriebenen Motor-Generator-Einheit (4) antreibbar ist.
Hilfsaggregat (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Motorkühlkreislauf eine Kühlmittelpumpe (7) und einen Kühlmittel-/Luft-Wärmetauscher (18) aufweist.
Hilfsaggregat (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Motor-Generator-Einheit (5) mit dem Bordnetz des Fahrzeugs verbunden ist.
Verfahren zum Betreiben eines Hilfsaggregates (1) für elektromotorisch betriebene Fahrzeuge mit einer vom Fahrmotor unabhängigen Brennkraftmaschine (2), deren Abtrieb wahlweise mit einem Klimakompressor (3) eines Kühlkreislaufes und/oder mit dem An-/Abtrieb einer Motor-Generator-Einheit (4) verbindbar ist, welche einen Motorkühlkreislauf der vom Fahrmotor unabhängigen Brennkraftmaschine (2) und einen von einem Klimakompressor (3) gekühlten Kühlkreislauf aufweist, wobei Motorkühlkreislauf und Kühlkreislauf des Klimakompressors (3) mit einer Einrichtung zur Temperaturkonditionierung des Energiespeichers (14) für den elektrischen Fahrmotor verbunden sind und abhängig von der Temperatur des Energiespeichers (14) der Verbrennungsmotor (2) und/oder der Klimakompressor (3) so gesteuert werden, dass der Energiespeicher (14) durch Heizen oder Kühlen in einem vorbestimmten Temperaturbereich gebracht wird.
Verfahren zum Betreiben eines Hilfsaggregates (1) für elektromotorisch betriebene Fahrzeuge mit einer vom Fahrmotor unabhängigen Brennkraftmaschine (2), deren Abtrieb mit einem Generator verbunden ist, wobei ein Elektromotor den Antrieb des Klimakompressors (3) bildet und mit der vom Generator erzeugten Energie betreibbar ist, wobei ein Motorkühlkreislauf für die vom Fahrmotor unabhängigen Brennkraftmaschine (2) und ein von einem Klimakompressor (3) gekühlter Kühlkreislauf vorhanden ist, wobei Motorkühlkreislauf und Kühlkreislauf des Klimakompressors (3) mit einer Einrichtung zur Temperaturkonditionierung des Energiespeichers (14) für den elektrischen Fahrmotor verbunden sind und abhängig von der Temperatur des Energiespeichers (14) der Verbrennungsmotor (2) oder der Klimakompressor (3) so gesteuert werden, dass der Energiespeicher (14) durch Heizen oder Kühlen in einem vorbestimmten Temperaturbereich gebracht wird.
Verfahren zum Betreiben eines Hilfsaggregates (1) nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erwärmung des Energiespeichers (14) das durch die Abwärme des Verbrennungsmotors (2) erwärmte Kühlmittel einem in thermischem Kontakt zum Energiespeicher (14) stehenden nahe diesem angeordneten Wärmetauscher (16) zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die den Kühlmittelfluss zum Wärmetauscher (16) steuernden Ventile (8, 25) so gesteuert werden, dass ein Kühlmittelfluss vom Verbrennungsmotor (2) durch den Wärmetauscher (16) ermöglicht wird.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass temperaturabhängig der Kühlmittelfluss zum Wärmetauscher (16) unterbrochen wird und eine Kühlung des Energiespeichers (14) erfolgt, indem ein Kühlmittelstrom aus dem Kühlkreislauf vom Klimakompressor (3) in einem batterienah angeordneten Verdampfer (9) entspannt wird und der Kühlmittelstrom über einen Kondensator (10) verflüssigt dem in thermischen Kontakt zum Energiespeicher (14) stehenden Wärmetauscher (15) zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, 12 u. 13 dadurch gekennzeichnet, dass die Motor-Generator-Einheit (5) beim Aufheizen des Energiespeichers (14) generatorisch betrieben wird und die von der Brennkraftmaschine (2) abgegebene mechanische Energie in elektrische Energie wandelt, die dem Bordnetz des Fahrzeugs zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 11–13, dadurch gekennzeichnet, dass beim Aufheizen des Energiespeichers (14) die von der Brennkraftmaschine (2) abgegebene mechanische Energie durch den mit der Verbrennungskraftmaschine (2) gekoppelten Generator in elektrische Energie gewandelt wird, die dem Bordnetz des Fahrzeugs oder der Ladung des Energiespeichers (14) zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 15 o. 16, dadurch gekennzeichnet, dass beim Aufheizen des Energiespeichers (14) der Kühlmittelstrom zum Verdampfer (9) unterbrochen wird und der Antrieb des Klimakompressors (3) vom Abtrieb der Brennkraftmaschine (2) getrennt oder bei elektrischer Kopplung zwischen Generator und Motor für den Antrieb des Klimakompressors (3) dieser nicht durch den Elektromotor angetrieben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10–14, dadurch gekennzeichnet, dass zur Klimatisierung des Fahrzeuginnenraums temperaturabhängig ein Kühlmittelstrom zu einem für den Fahrzeuginnenraum wirksamen weiteren Verdampfer (10) geleitet wird, wobei der Antrieb des Klimakompressors (3) über die Verbrennungskraftmaschine, die motorisch betriebene Motor-Generator-Einheit (4) oder den Elektromotor erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass beim Antrieb des Klimakompressors (3) über die motorisch betriebene Motor-Generator-Einheit (4) das/die Dekompressionsventil/e (12) der Brennkraftmaschine (2) zur Dekompression der Brennräume geöffnet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10–14, dadurch gekennzeichnet, dass bei erhöhter Energieanforderung im Bordnetz, beispielsweise beim Betrieb von Heizstäben zur Defrostung, oder bei Nachladebedarf für den Energiespeicher (14) die Brennkraftmaschine (2) in ihrer Leistung so geregelt wird, dass die Energieabgabe der generatorisch betriebenen Motor-Generator-Einheit (4) erhöht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10–14, dadurch gekennzeichnet, dass im Stillstand des Fahrzeugs ein Betrieb des Hilfsaggregates (1) zum Aufladen der Traktionsbatterie erfolgt, wobei der Klimakompressor (3) elektrisch oder über die Kupplung (6) von seinem Antrieb getrennt wird und die Motor-Generator-Einheit (4) oder der Generator von der Brennkraftmaschine (2) angetrieben wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl-Laststeuerung der Brennkraftmaschine (2) derart erfolgt, dass aus der Energiespeichertemperatur eine Kühlleistung für den Energiespeicher und aus der zur Klimatisierung des Innenraums abgeforderten Kühlleistung die Gesamtkühlleistung ermittelt und mit den Parametern des Klimakompressors (3) dessen Drehzahl und unter Einbeziehung einer Getriebeübersetzung die Drehzahl der Brennkraftmaschine (2) ermittelt wird, und der Lastpunkt aus der für die Kühlleistung abgeforderten mechanischen Leistung des Klimakompressors (3) und der vom Bordnetz geforderten elektrischen Leistung des Generators ermittelt wird und Drehzahl sowie abgegebenes Drehmoment über die Steuerung der die zugeführte Verbrennungsluft und/oder die zu verbrennende Kraftstoffmenge steuernden Regelorgane der Brennkraftmaschine (2) eingestellt wird.
Hilfsaggregat (1) für elektromotorisch betriebene Fahrzeuge, mit einer vom elektrischen Fahrmotor unabhängigen Brennkraftmaschine (2), deren Abtrieb wahlweise mit einem Klimakompressor (3) eines Kühlkreislaufes und/oder mit dem An-/Abtrieb einer Motor-Generator-Einheit (4) verbindbar ist, wobei die vom Fahrmotor unabhängige Brennkraftmaschine (2) eine Fluidkühlung aufweist, welche an einen Motorkühlkreislauf zur Aufnahme der Abwärme der Brennkraftmaschine (2) anschließbar ist und der Klimakompressor (3) des Hilfsaggregates (1) an einen vom Motorkühlkreislauf getrennten Kühlkreislauf zur Temperaturkonditionierung des Energiespeichers (14) anschließbar ist, wobei die vom Fahrmotor unabhängige Brennkraftmaschine (2) ein Kreiskolbenmotor ist und der Klimakompressor (3) ein Kreiskolben- oder Drehkolbenverdichter ist, wobei die Kolben des Kreiskolbenmotors und der Kolben des Kreiskolben- oder Drehkolbenverdichters auf einer durch eine zwischenliegende Kupplung (6) getrennten Welle angeordnet sind und durch eine weitere Kupplung (5) mit einem auf derselben Welle liegenden Rotor einer Motor-Generator-Einheit (4) verbindbar sind.
Hilfsaggregat (1) nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolben des Kreiskolbenmotors und der Kolben des Kreiskolben- oder Drehkolbenverdichters in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind.