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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein System und ein Verfahren zum Vorheizen eines Kraftmaschinenfluids in einem Antriebsstrang eines Elektrofahrzeugs.
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HINTERGRUND
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Elektrofahrzeuge enthalten allgemein einen oder mehrere elektrische Antriebsmotoren, die unter Verwendung einer gesteuerten dreiphasigen Wechselstrom-Leistungsquelle angetrieben werden können. Um die nachteiligen Effekte der Reibung abzuschwächen, können Fluidschmiermittel im Motorgehäuse zirkulieren, um alle zugehörigen Zahnräder, Lager und/oder elektrischen Wicklungen zu umspülen. Nach längeren inaktiven Perioden können diese Schmiermittel/Fluide speziell bei kalten Umgebungen unter einen wünschenswerten Betriebstemperaturbereich abkühlen. Dieses Abkühlen kann die Viskosität des Fluids erhöhen und für den Motorbetrieb einen größeren Widerstand bereitstellen. Dieser erhöhte Fluidwiderstand kann zum Überwinden zusätzliche Energie benötigen, was für das Ziel des Maximierens der Gesamtfahrreichweite/Gesamtzeit zwischen Aufladevorgängen kontraproduktiv sein kann.
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Die
DE 10 2011 004 624 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erwärmen einer Fahrzeugbatterie, bei denen die Fahrzeugbatterie mit einem Wechselrichter und optional einer elektrischen Maschine thermisch gekoppelt ist und den Wechselrichter mit Gleichstrom versorgt. Der Wechselrichter erzeugt einen Wechselstrom mit hohem Blindstromanteil für die elektrische Maschine, sodass die elektrische Maschine wenig bis kein Antriebsmoment erzeugt. Die dabei im Wechselrichter entstehende Verlustwärme und optional die Verlustwärme in der elektrischen Maschine werden zum Erwärmen der Fahrzeugbatterie verwendet.
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In der
DE 10 2008 040 812 A1 ist ein Abbremsverfahren für Hybridfahrzeuge offenbart, bei dem elektrische Energie, die im Nutzbremsbetrieb gewonnen wird, zumindest teilweise und/oder zumindest zeitweise einer elektrischen Heizvorrichtung zugeführt wird.
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Die
DE 102 15 686 A1 offenbart ein Kraftfahrzeug mit Hybridantrieb, der einen Verbrennungsmotor und zwei Elektromotoren aufweist, von denen einer mit der Abtriebswelle des Verbrennungsmotors gekoppelt und als Generator betrieben werden kann. Die im Generatorbetrieb gewonnene elektrische Energie kann dem anderen Elektromotor zugeführt werden und dort über Wicklungen dieses Elektromotors in Wärme umgesetzt werden, die einem Kühlmittel/Heizmittelkreislauf zugeführt wird.
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In der Druckschrift Dirk Schröder: Elektrische Antriebe - Regelung von Antriebssystemen. 2. Auflage. Berlin Heidelberg : Springer-Verlag, 2001. S. 447 - 453. - ISBN 978-3-662-06949 ist ein Signalflussplan eines dreiphasigen Elektromotors offenbart, der durch einen Leistungscontroller angesteuert werden kann, wobei der Leistungscontroller die Position eines Stators des Elektromotors relativ zu einem Rotor des Elektromotors bestimmt, um einen DC-Strom für jede der Motorphasen so zu bestimmen, dass die DC-Ströme keine Bewegung des Rotors relativ zum Stator bewirken.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Ein Antriebsstrang eines Elektrofahrzeugs enthält eine Batterie, die zur Kopplung mit einer externen Leistungsquelle ausgestaltet ist, ein Antriebsaggregat, das mindestens einen dreiphasigen Elektromotor enthält, und einen Leistungscontroller, der ausgestaltet ist, um elektrische Energie von der Batterie zu empfangen und um elektrische Energie an den mindestens einen Elektromotor in einer gesteuerten Weise zu liefern. Der Elektromotor enthält einen Stator mit mehreren elektrischen Wicklungen und einen Rotor mit einer Magnetfeldorientierung, wobei der Rotor zur Drehung relativ zum Stator ausgestaltet ist.
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Der Leistungscontroller ist ausgestaltet, um ein Kraftmaschinenfluid zu erwärmen, indem er die Position des Rotors relativ zum Stator bestimmt; einen DC-Strom für jede der drei Motorphasen derart bestimmt, dass das elektromagnetische Feld des Stators die Magnetfeldorientierung des Rotors spiegelt; und indem er die bestimmten DC-Ströme an den Elektromotor liefert, um das Fluid resistiv zu erwärmen.
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Der Antriebsstrang enthält einen Fluidkreis in Verbindung mit dem Elektromotor zusammen mit einer Fluidpumpe, um das Kraftmaschinenfluid im Fluidkreis zirkulieren zu lassen, und der Leistungscontroller liefert elektrische Energie an die Fluidpumpe. Das Fluid kann beispielsweise ein Kühlmittelfluid oder ein Kraftmaschinenöl sein. Ein Temperatursensor steht in thermischer Verbindung mit dem Fluidkreis und ist zum Überwachen einer Temperatur des Fluids ausgestaltet. Erfindungsgemäß ist der Leistungscontroller ausgestaltet, um die jeweiligen DC-Ströme nur dann an den Elektromotor zu liefern, wenn die erfasste Temperatur des Fluids unter einem vordefinierten Schwellenwert liegt.
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Der Leistungscontroller ist ferner ausgestaltet, um einen Ladezustand der Batterie zu überwachen, und er liefert die jeweiligen DC-Ströme nur dann an den Elektromotor, wenn der Ladezustand der Batterie über einem vordefinierten Schwellenwert liegt.
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Außerdem umfasst ein Verfahren zum Vorwärmen eines Kraftmaschinenfluids, dass ein dreiphasiger Elektroantriebsmotor mit einem DC-Strom in Ansprechen auf eine Aktivierungsanforderung bestromt wird und thermische Energie von dem dreiphasigen Elektroantriebsmotor an das Kraftmaschinenfluid übertragen wird.
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Das Bestromen eines dreiphasigen Elektroantriebsmotors mit einem DC-Strom kann umfassen, dass die Winkelposition eines Rotors des Antriebsmotors relativ zu einem Stator des Elektroantriebsmotors bestimmt wird, dass ein DC-Strom für jede der drei elektrischen Phasen des dreiphasigen Elektroantriebsmotors derart bestimmt wird, dass das Magnetfeld des Stators das Magnetfeld des Rotors spiegelt und dass jeder bestimmte DC-Strom an die jeweilige Phase des Elektroantriebsmotors geliefert wird. Das Bestromen des Antriebsmotors kann derart ausgeführt werden, dass der DC-Strom kein Ausgabedrehmoment des Motors induziert. Außerdem kann das Übertragen thermischer Energie vom dreiphasigen Elektroantriebsmotor an das Kraftmaschinenfluid umfassen, dass das Kraftmaschinenfluid in eine thermische Verbindung mit dem dreiphasigen Elektroantriebsmotor gepumpt wird.
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Das Verfahren kann ferner umfassen, dass eine Winkelposition des Rotors überwacht wird und die Zufuhr des DC-Stroms an den Elektroantriebsmotor beendet wird, wenn eine Änderung der Winkelposition detektiert wird. In ähnlicher Weise kann das Verfahren umfassen, dass eine Temperatur des Kraftmaschinenfluids unter Verwendung eines Temperatursensors überwacht wird und die Zufuhr des DC-Stroms an den Elektroantriebsmotor beendet wird, wenn die Temperatur größer oder gleich einem Schwellenwert ist.
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Die vorstehenden Merkmale und Vorteile und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich leicht aus der folgenden genauen Beschreibung der besten Arten, um die Erfindung auszuführen, wenn sie in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen gelesen wird.
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Figurenliste
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- 1 ist eine schematische Darstellung eines Antriebsstrangs eines Elektrofahrzeugs.
- 2 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Bestromen eines dreiphasigen Elektromotors mit einem DC-Strom.
- 3 ist eine schematische Zeichnung einer Ausführungsform eines dreiphasigen Elektromotors.
- 4 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Vorwärmen eines Kraftmaschinenfluids unter Verwendung eines dreiphasigen Elektromotors eines Antriebsstrangs eines Elektrofahrzeugs.
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GENAUE BESCHREIBUNG
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Mit Bezug auf die Zeichnungen, bei denen gleiche Bezugszeichen verwendet werden, um gleiche oder identische Komponenten in den verschiedenen Ansichten zu bezeichnen, stellt 1 auf schematische Weise einen Fahrzeugantriebsstrang 10 dar, der mindestens einen Elektromotor enthält (hier nachstehend als ein Antriebsstrang 10 eines Elektrofahrzeugs bezeichnet). Obwohl 1 den Antriebsstrang 10 eines Elektrofahrzeugs speziell in einer Hybridelektrokonfiguration darstellt, versteht es sich, dass die vorliegende Erfindung gleichermaßen mit einem Antriebsstrang 10 eines Elektrofahrzeugs verwendet werden kann, das als ein reines Elektrofahrzeug (EV) ausgestaltet ist. Eine „hybridelektrische“ Konfiguration, wie sie hier verwendet wird, umfasst im weiten Sinn jeden Fahrzeugantriebsstrang, der zwei oder mehr Leistungsquellen aufweist, von denen eine ein Elektromotor ist, der zum Zweck des Fahrzeugantriebs verwendet werden kann. Einige Beispiele von Hybridelektrofahrzeugen können Steckdosenhybrid-Elektrofahrzeuge (PHEVs), Elektrofahrzeuge mit erhöhter Reichweite (EREVs), Hybride mit zwei Modi, Voll-Hybride, Hybride mit Leistungsunterstützung, Mildhybride, serielle Hybride, parallele Hybride, Seriell/ Parallel-Hybride, Hybride mit Leistungsaufteilung, BAS- oder BAS-Plus-Hybride, Hydraulikhybride oder einen beliebigen anderen Typ von Hybridfahrzeug umfassen, sind aber sicherlich nicht darauf beschränkt. Diese Elektrofahrzeuge können als Personenautos, Crossover-Fahrzeuge, Sportnutzfahrzeuge, Freizeitfahrzeuge, Lastwägen, Busse, Nutzfahrzeuge usw. ausgestaltet sein. Obwohl die folgende Beschreibung im Kontext eines beispielhaften Steckdosenhybrid-Elektrofahrzeugs (PHEV) mit einer seriellen Hybridkonfiguration mit Reichweitenvergrößerung bereitgestellt wird, ist festzustellen, dass das vorliegende Verfahren mit einer beliebigen Konfiguration des Antriebsstrangs eines Elektrofahrzeugs 10 verwendet werden kann und nicht auf irgendeinen speziellen Typ begrenzt ist.
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Der Antriebsstrang 10 eines Elektrofahrzeugs kann allgemein eine Batterie 12, einen Leistungscontroller 14 und ein Antriebsaggregat 16 enthalten. Wie in 1 gezeigt ist, kann das Antriebsaggregat 16 bei einer Konfiguration eine Kraftmaschine 20, einen ersten Elektroantriebsmotor 22, einen zweiten Elektroantriebsmotor 24 und ein Getriebe 26, das zwischen dem ersten und zweiten Elektromotor 22 bzw. 24 angeordnet ist, enthalten. Wie vorstehend kurz erwähnt wurde, kann das Antriebsaggregat 16 andere Konfigurationen und/oder Anordnungen annehmen, obwohl es allgemein mindestens einen Elektromotor enthalten kann.
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Bei einer Hybridkonfiguration kann die Kraftmaschine 20 in einer selektiv entkoppelbaren Anordnung mit dem mindestens einen Elektroantriebsmotor bereitgestellt sein. Diese entkoppelbare Anordnung kann beispielsweise unter Verwendung einer Kupplungsanordnung 28 bereitgestellt sein, die in einer seriellen Anordnung zwischen der Kraftmaschine 20 und dem ersten Motor 22 angeordnet ist. Auf diese Weise kann während des Antriebs des Fahrzeugs die mechanische Ausgabe 30 des Antriebsaggregats 16 in variierenden Verhältnissen durch die Kraftmaschine 20, den ersten Motor 22 und/oder den zweiten Motor 24 bereitgestellt werden.
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Die Batterie 12 kann unter Verwendung einer elektrischen Hochspannungsverbindung 40 in elektrischer Verbindung mit dem Leistungscontroller 14 stehen, über welche der Leistungscontroller 14 selektiv elektrische Gleichstromleistung empfangen kann. Der Leistungscontroller 14 kann entsprechend ein oder mehrere Gleichrichter/Wechselrichter-Module (z.B. die Gleichrichter/Wechselrichter-Module 42, 44, 46) enthalten, die ausgestaltet sein können, um elektrische Leistung in gesteuerter Weise an den einen oder die mehreren Elektromotoren zu liefern. Zum Beispiel kann ein erstes Gleichrichter/Wechselrichter-Modul 42 elektrische Energie an den ersten Elektromotor 22 liefern, ein zweites Gleichrichter/Wechselrichter-Modul 44 kann elektrische Energie an den zweiten [engl. first] Elektromotor 24 liefern und ein drittes Gleichrichter/Wechselrichter-Modul 46 kann elektrische Energie beispielsweise an eine elektrische Fluidpumpe 50 liefern.
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Die Batterie 12 kann zum Speichern elektrischer Energie in der Lage sein, die verwendet wird, um den einen oder die mehreren Elektromotoren 22, 24 anzutreiben sowie um andere elektrische Bedürfnisse des Elektrofahrzeugs 10 zu erfüllen. Gemäß einer Ausführungsform kann die Batterie 12 einen Hochspannungsbatteriestapel (z.B. 40 V - 600 V) und eine Sensoreinheit enthalten, die ausgestaltet ist, um den Batterieladezustand (SOC) zu überwachen. Der Hochspannungsbatteriestapel kann beispielsweise eine Anzahl einzelner Batteriezellen enthalten, und er kann eine beliebige geeignete Batteriechemie verwenden, welche diejenigen umfasst, die auf den folgenden Technologien beruhen: Lithium-Ionen, Nickelmetallhydrid (NiMH), Nickel-Cadmium (NiCd), Natriumnickelchlorid (NaNiCI) oder eine andere Batterietechnologie. Die Batterie 12 kann so konstruiert sein, dass sie wiederholte Auflade- und Entladezyklen aushält, und sie kann in Verbindung mit anderen Energiespeichervorrichtungen verwendet werden, etwa Kondensatoren, Superkondensatoren, Induktivitäten usw. Der Fachmann wird feststellen, dass die Batterie 12 gemäß einer beliebigen Anzahl verschiedener Ausführungsformen bereitgestellt werden kann, in einer beliebigen Anzahl unterschiedlicher Konfigurationen verbunden sein kann und eine beliebige Anzahl unterschiedlicher Komponenten enthalten kann, etwa Sensoren, Steuerungseinheiten und/oder beliebige andere geeignete Komponenten, die in der Technik bekannt sind.
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Der Leistungscontroller 14 kann als Zwischenglied zwischen der Batterie 12 und den Elektromotoren 22, 24 wirken. Zum Beispiel kann der Leistungscontroller 14 während eines Fahrzeugvortriebs die Spannung von der Batterie 12 hochtransformieren und den Strom von DC in AC umsetzen, um die Elektromotoren 22, 24 anzutreiben. Bei einem regenerativen Bremsen jedoch kann der Controller 14 die durch ein Bremsereignis erzeugte Spannung niedertransformieren und den Strom von AC in DC umsetzen, so dass er auf geeignete Weise in der Batterie gespeichert werden kann. Der Leistungscontroller 14 kann einen Wechselrichter zur Umsetzung von DC in AC, einen Gleichrichter zur Umsetzung von AC in DC, einen Aufwärtswandler oder Transformator zum Erhöhen der Spannung, einen Abwärtswandler oder Transformator zum Verringern der Spannung, andere geeignete Energieverwaltungskomponenten oder eine Kombination daraus enthalten. Der Leistungscontroller 14 kann gemäß einer beliebigen Anzahl verschiedener Ausführungsformen bereitgestellt sein (z.B. mit separaten Wechselrichter- und Umsetzereinheiten, bidirektional oder unidirektional usw.), er kann in einer beliebigen Anzahl unterschiedlicher Konfigurationen verbunden sein und er kann eine beliebige Anzahl unterschiedlicher Komponenten enthalten, etwa Kühlsysteme, Sensoren, Steuerungseinheiten und/oder beliebige andere geeignete Komponenten, die in der Technik bekannt sind.
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Der Leistungscontroller 14 kann ferner einen oder mehrere Digitalcomputer oder Datenverarbeitungsvorrichtungen enthalten oder damit in Verbindung stehen, die jeweils einen oder mehrere Mikroprozessoren oder zentrale Verarbeitungseinheiten (CPU), Festwertspeicher (ROM), Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM), elektrisch löschbaren programmierbaren Festwertspeicher (EEPROM), einen Hochgeschwindigkeitstaktgeber, Analog/Digital-Schaltungen (A/D-Schaltungen), Digital/Analog-Schaltungen (D/A-Schaltungen), Eingabe/Ausgabe-Schaltungen (I/O-Schaltungen), Leistungselektronik/ Leistungsumformer und/oder Signalaufbereitungs- und Pufferelektronik aufweisen. Diese digitale Elektronik kann ausgestaltet sein, um automatisch einzelne Steuerungs/Verarbeitungsroutinen auszuführen, die im ROM oder in anderen geeigneten konkreten Speicherorten und/oder Speichervorrichtungen gespeichert sein können, die mit dem Controller 14 verbunden sind.
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Während des Fahrzeugvortriebs kann die Batterie 12 elektrische Energie an den Leistungscontroller 14 liefern, wo diese von den Gleichrichter/Wechselrichter-Modulen 42, 44 in eine Form umgesetzt werden kann, die für die Elektromotoren 22, 24 geeignet ist. Die elektrische Energie kann dann an die Elektromotoren 22, 24 geliefert werden, um die Räder des Fahrzeugs (über die mechanische Ausgabe 30) anzutreiben. Während eines regenerativen Bremsens können die Elektromotoren 22, 24 wie Generatoren arbeiten, um elektrische Energie über den Leistungscontroller 14 zurück an die Batterie 12 zu liefern.
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Bei einer Ausgestaltung können die Elektromotoren 22, 24 dreiphasige Wechselstromantriebsmotoren (AC-Antriebsmotoren) 22, 24 sein (wie in 3 schematisch dargestellt ist). Jeder Elektromotor 22, 24 kann einen Rotor aufweisen, der zur Drehung relativ zu einem Stator ausgestaltet ist, wobei der Rotor und/oder der Stator mehrere elektrische Wicklungen enthalten, die zum Leiten von Elektrizität ausgestaltet sind. Jeder Elektromotor kann unter Verwendung von drei elektrischen Leitern (z.B. den Leitern 60, 62, 64) mit einem jeweiligen Leistungsumsetzmodul elektrisch gekoppelt sein, wobei jeder Leiter für eine andere Phase der dreiphasigen AC-Energie verwendet wird. Durch ein Modulieren der Größe und/oder Phase der Elektrizität, die durch jeden der drei Leiter 60, 62, 64 fließt, kann die mechanische Ausgabe 30 des Antriebsaggregats 16 selektiv gesteuert werden.
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Um die infolge des Vortriebs aus der Batterie 12 entladene Energie wiederaufzufüllen, kann das Fahrzeug ein Batterieladegerät 70 enthalten, das zur Aufnahme elektrischer Energie von einer oder mehreren externen elektrischen Leistungsquellen 72 ausgestaltet ist. Das Batterieladegerät 70 kann speziell ausgestaltet sein, um die elektrische Energie umzuwandeln und/oder aufzubereiten, so dass sie in einer für den Empfang/das Speichern in der Batterie 12 geeigneten Form vorliegt. Das Batterieladegerät 70 kann beispielsweise elektrische Energie von beispielsweise einer elektrischen Standard-AC-Steckdose, einer Ladestation, einem externen Generator oder einer elektrischen Hochspannungs-AC-Steckdose empfangen. Um eine Kopplung mit der externen Leistungsquelle 72 zu ermöglichen, kann das Batterieladegerät 70 eine geeignete Leistungskopplung/Steckdose (nicht gezeigt) enthalten, die zur physikalischen Verbindung mit der externen Leistungsquelle 72 ausgestaltet ist. Das Ladegerät 70 kann gemäß einer beliebigen Anzahl verschiedener Ausführungsformen bereitgestellt sein, es kann in einer beliebigen Anzahl verschiedener Konfigurationen verbunden sein und es kann eine beliebige Anzahl verschiedener Komponenten enthalten, etwa Transformatoren, Gleichrichter, Schaltnetzteile, Filtermittel, Kühlmittel, Sensoren, Steuerungseinheiten und/oder beliebige andere geeignete Komponenten, die in der Technik bekannt sind.
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Der Antriebsstrang 10 eines Elektrofahrzeugs kann ferner eine oder mehrere Fluidpumpen (z.B. die Pumpe 50) enthalten, die ausgestaltet sind, um ein Fluid 80 durch einen Fluidkreis 82 in Verbindung mit den Elektromotoren 22, 24, dem Getriebe 26 und/oder der Kraftmaschine 20 gesteuert zu pumpen. Überschüssiges Fluid 80 kann in einem Fluidvorratsbehälter 84 gespeichert werden, der in einer seriellen Anordnung mit dem Fluidkreis 82 bereitgestellt ist. Während eines Fahrzeugbetriebs kann das Fluid 80 verwendet werden, um verschiedene Komponenten in den Elektromotoren 22, 24 und/oder im Getriebe 26 zu kühlen und/oder zu schmieren. Zum Beispiel kann das Fluid 80 bei einer Ausgestaltung ein Kühlmittelfluid sein, etwa Glykol, welches durch einen oder mehrere Fluiddurchgänge in thermischer Verbindung mit dem Stator jedes jeweiligen Elektromotors 22, 24 gepumpt werden kann. Bei einer anderen Konfiguration kann das Fluid 80 ein auf Petroleum basierendes Öl sein, das direkt auf den Stator/Rotor jedes jeweiligen Elektromotors 22, 24 gesprüht werden kann, um die Wicklungen, Zahnräder und/oder Lager der Motoren 22, 24 zu kühlen und zu schmieren. Der Fluidkreis 82 kann entweder ein vom Elektromotor getrenntes System sein (etwa im Fall eines Kühlmittels) oder er kann in die Motor-Getriebe-Anordnung integriert sein (etwa mit einem Ölsumpf bzw. einer Ölwanne, die ausgestaltet ist, um Öl im Motorgehäuse zirkulieren zu lassen).
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Wenn es in einem kalten Klima für eine längere Zeitspanne ohne eine Kraftmaschinenaktivität gehalten wird, kann die Temperatur des Fluids 80 im Fluidkreis 82 allmählich auf die atmosphärische Umgebungstemperatur abkühlen. Wenn ein Kraftmaschinen/Getriebeöl abkühlt, kann es viskoser werden und erhöht allgemein den Innenwiderstand der Kraftmaschine. Dieser erhöhte Widerstand kann dann zur Überwindung zusätzliche Batterieressourcen benötigen. Wenn ein Kühlmittelfluid unter einer Entwurfsbetriebstemperatur ist, kann zudem das Heizsystem der Fahrgastzelle kalte Luft ausblasen, insbesondere weil typische Fahrgastzellenheizsysteme so arbeiten, dass sie Wärme aus dem Kraftmaschinenkühlsystem entnehmen. Diese verzögerte Heizfähigkeit kann sich für einen Fahrzeuginsassen als ungewünscht erweisen, speziell an einem kalten Morgen.
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Zum Vermeiden der Ineffektivitäten der Kraftmaschine und/oder der Unannehmlichkeiten für den Fahrgast, die mit einem kalten Kraftmaschinenfluid 80 verbunden sind, kann der Leistungscontroller 14 zum Vorwärmen des Fluids 80 unter Verwendung des einen oder der mehreren Elektromotoren (z.B. der Elektromotoren 22, 24) ausgestaltet sein. Das Vorwärmen kann stattfinden, bevor das Fahrzeug von der externen Leistungsquelle 72 getrennt wird, um eine Entleerung der Batterie zu vermeiden, und vor einem Betrieb/Vortrieb des Fahrzeugs. Bei einer Konfiguration kann das Vorwärmen auf den Empfang einer Anwenderanforderung hin über ein Aktivierungsmodul 90 stattfinden. Bei einer Ausführungsform kann die Anwenderanforderung eine manuelle Anforderung sein, etwa wenn ein Anwender eine Taste drückt. Bei einer anderen Konfiguration kann das Aktivierungsmodul 90 den Aufwärmprozess auf den Empfang einer Funkanforderung 92 hin einleiten, welche beispielsweise von einer anwendergesteuerten Fernbedienung oder einem Schlüsselanhänger übertragen werden kann.
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Der Leistungscontroller 14 kann das Kraftmaschinenfluid 80 unter Verwendung des einen oder der mehreren Elektromotoren gesteuert erwärmen, wobei er darauf achtet, dass er keine wahrnehmbare mechanische Ausgabe 30 aus dem Antriebsaggregat 16 verursacht. Im Speziellen kann die Fluiderwärmung erzielt werden, indem jedem dreiphasigen AC-Motor 22, 24 eine gesteuerte elektrische Gleichstromleistung (DC-Leistung) zugeführt wird. Auf diese Weise kann der Innenwiderstand der Motorwicklungen verwendet werden, um das Fluid resistiv zu erwärmen, wobei das Ausgabedrehmoment des Motors vernachlässigbar bleiben kann. Wie in dem in 2 bereitgestellten Verfahren 100 und allgemein in dem Motordiagramm, das in 3 bereitgestellt ist, dargestellt ist, kann diese Ausgabe mit einem Nulldrehmoment befohlen werden, indem z.B. die Winkelposition oder die Magnetfeldorientierung 110 des Rotors 112 relativ zum Stator 114 bestimmt wird (Schritt 102); ein DC-Strom für jede der drei Motorphasen so bestimmt wird, dass das resultierende elektromagnetische Feld des Stators auf das Magnetfeld des Rotors ausgerichtet ist (Schritt 104); und die berechneten DC-Ströme über die elektrischen Leiter (z.B. die Leiter 60, 62, 64) an den Motor geliefert werden (Schritt 106). Auf diese Weise wird das elektromagnetische Feld des Stators das Magnetfeld des Rotors exakt spiegeln, wodurch eine wechselseitige Anziehung ohne ein Nettodrehmoment bewirkt wird.
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Wieder mit Bezug auf 1 kann der Leistungscontroller 14, während der Elektromotor mit einem DC-Strom bestromt wird, die Fluidpumpe 50 aktivieren, um das Fluid 80 um den bzw. die Motoren zirkulieren zu lassen. Gleichzeitig kann der Leistungscontroller 14 die Temperatur des Fluids 80 unter Verwendung eines Temperatursensors 120, etwa eines Thermoelements oder eines Thermistors, überwachen. Wenn der eine oder die mehreren Motoren bestromt werden, kann die erzeugte Wärme von dem zirkulierenden Fluid 80 aufgenommen werden und kann bewirken, dass die Temperatur des Fluids ansteigt. Zudem kann der Leistungscontroller 14 alle Fluidkühlvorrichtungen umgehen, etwa Wärmetauscher oder Radiatoren, die thermische Energie vom Fluid 80 an die Umgebung übertragen können. Die resistive Fluidvorerwärmung kann dann, wenn die erfasste Temperatur des Fluids einen vordefinierten Schwellenwert erreicht, verringert oder ausgeschaltet werden. Bei Kraftmaschinenöl beispielsweise kann der vordefinierte Schwellenwert in dem Bereich von 70 - 90 Grad Celsius liegen.
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Um zu verhindern, dass die Fluiderwärmungsroutine die in der Batterie 12 gespeicherte Energie entleert, kann der Leistungscontroller 14 die Fluiderwärmungsroutine nur aktivieren, wenn erfasst wird, dass das Fahrzeug mit der externen Leistungsversorgung 72 gekoppelt ist. Dies kann ermöglichen, dass die Arbeitssysteme und Fluide auf die effizientesten Betriebstemperaturen gebracht werden, ohne Reichweite oder Ladung des Fahrzeugs aufzugeben.
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Da das Vorwärmen stattfinden kann, wenn das Fahrzeug unbeaufsichtigt ist, kann der Leistungscontroller 14 ununterbrochen die mechanische Ausgabe 30 des Antriebsaggregats 16 überwachen, um jede unbeabsichtigte Bewegung zu vermeiden. Zum Beispiel kann der Leistungscontroller 14 die Winkelbewegung jedes Motors 22, 24, die Winkelbewegung des Getriebes 26, und ob die Parkraste von einem Getriebeschaltwahlhebel 122 in Eingriff gestellt wurde (d.h. ob sich das Fahrzeug in einer „Park“-Stellung befindet), ununterbrochen überwachen. Auf diese Weise kann der Leistungscontroller 14 die Vorwärmroutine beenden, wenn eine beliebige mechanische Ausgabe 30 aus dem Antriebsaggregat 16 detektiert wird oder es möglich ist, dass diese stattfindet.
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3 veranschaulicht eine Ausführungsform eines Verfahrens 130 zum Vorwärmen eines Fluids 80 in einem Antriebsstrang 10 eines Elektrofahrzeugs, indem eine DC-Ausgabe mit einem Nulldrehmoment eines Elektromotors befohlen wird, wie es im Verfahren 100 beschrieben ist, das in 2 bereitgestellt ist. Das Verfahren 130 kann als ein Algorithmus ausgeführt sein, der vom Leistungscontroller 14 oder von einem anderen digitalen Controller/ Prozessor, der mit dem Leistungscontroller 14 verbunden ist, durchgeführt oder ausgeführt werden kann.
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Das Verfahren 130 kann bei Schritt 132 mit dem Fahrzeug in einem ausgeschalteten Zustand beginnen, wobei der Controller 14 dann anfragen kann, ob das Ladegerät 70 mit einer externen Leistungsquelle 72 gekoppelt ist (Schritt 134). Die Kopplung kann beispielsweise durch interne Erfassungsschaltungen des Ladegeräts detektiert werden und kann über eine Datenverbindung zwischen dem Controller 14 und der Batterie 12 und/oder dem Ladegerät 70 an den Leistungscontroller 14 übermittelt werden. Es sei angemerkt, dass in 1 Daten/Sensor-Verbindungen schematisch gestrichelt dargestellt sind.
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Wenn der Leistungscontroller 14 bei Schritt 134 feststellt, dass das Ladegerät 70 mit einer externen Leistungsquelle 72 gekoppelt ist, kann er dann bei Schritt 136 anfragen, ob der Ladezustand (SOC) der Batterie 12 über einem vorbestimmten Ladungsschwellenwert liegt. Der Ladungschwellenwert kann eine ideale maximale Startladung für die Batterie 12 darstellen, die niedriger als 100 % sein kann. Wenn der SOC nicht bei oder über dem Schwellenwert liegt, kann das Ladegerät 70 sämtliche verfügbare Energie auf das weitere Aufladen der Batterie 12 umleiten (Schritt 138). Wenn der SOC jedoch bei oder über dem Ladungschwellenwert liegt, kann der Controller 14 auf einen Vorwärmenaktivierungsbefehl (Schritt 140) warten, der beispielsweise von dem Aktivierungsmodul 90 geliefert werden kann.
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Sobald bei Schritt 140 ein Aktivierungsbefehl erkannt worden ist, kann der Controller 14 bei dem Getriebe 26 anfragen, ob die Parkraste in Eingriff gestellt ist, bevor er den bzw. die Elektromotoren bestromt. Wenn die Raste nicht eingerückt ist, kann das System die Aufwärmroutine beenden oder andernfalls fortfahren, die vorstehend erwähnten Abfragen durchzuführen, bis es detektiert, dass die Raste in Eingriff gestellt wurde. Wenn der Controller 14 bei Schritt 142 detektiert, dass die Parkraste korrekt eingestellt ist, kann er dann den einen oder die mehreren Elektromotoren mit einem DC-Strom bestromen, wie es in dem in 2 dargestellten Verfahren 100 beschrieben ist.
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Im Anschluss an das Bestromen der Motoren kann der Controller 14 das Antriebsaggregat 16 auf eine beliebige wahrgenommene Bewegung hin untersuchen (Schritt 144). Zum Beispiel kann der Controller 14 Sensoren/Signalgeber zyklisch abfragen, die in den Motoren angeordnet sind oder mit der Ausgabe der Motoren in Verbindung stehen, um Veränderungen bei einer absoluten Winkelposition zu detektieren. Alternativ kann der Controller 14 die zugeführte DC-Leistung auf Welligkeiten, Schwankungen oder andere Signalmerkmale hin untersuchen, die durch eine Gegen-EMK erzeugt sein können, welche auf eine Winkelbewegung des Rotors zurückzuführen ist. Wenn eine beliebige Bewegung oder Unregelmäßigen bei der elektrischen Versorgung detektiert werden, kann der Controller die Leistungszufuhr an den einen oder die mehreren Motoren sofort beseitigen (Schritt 146).
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Wenn bei Schritt 144 keine Bewegung detektiert wird, kann der Controller 14 dann eine Fluidpumpe bestromen (Schritt 148), etwa die Pumpe 50, um das Fluid 80 durch den Kreis 82 zirkulieren zu lassen, der mit dem bzw. den bestromten Motoren verbunden ist. Auf diese Weise können die Wicklungen des Motors wie Widerstandsheizgeräte wirken, um die Temperatur des Fluids 80 zu erhöhen. Während das Fluid zirkulieren gelassen wird, kann ein Temperatursensor 120 die ansteigende Temperatur des Fluids 80 überwachen (Schritt 150). Der Controller 14 kann dann bei Schritt 152 die erfasste Fluidtemperatur mit einem vorbestimmten Temperaturschwellenwert vergleichen, um festzustellen, ob das Fluid in ausreichendem Maß erwärmt worden ist. Wenn die erfasste Fluidtemperatur den Schwellenwert überschreitet, kann die an den einen oder die mehreren Motoren gelieferte Leistung verringert oder beseitigt werden (Schritt 154). Wenn die Temperatur des Fluids noch kälter als der Sollschwellenwert ist, kann das Verfahren 130 mit dem Überwachen des Antriebsaggregats 16 auf eine Bewegung hin fortfahren, während das Fluid erwärmt wird, bis der Schwellenwert erreicht ist.
