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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Heiz- und Kühlmittelkreislauf für ein Elektrofahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zu dessen Betrieb.
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Ein derartiger Heiz- und Kühlmittelkreislauf ist beispielsweise aus der
DE 195 42 125 A1 bekannt.
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Elektrofahrzeuge, insbesondere Personenkraftwagen mit einem elektrischen Fahrzeugantriebsmotor als Antrieb sowie einer Motorantriebsbatterie als Energiequelle zur Speisung des Antriebsmotors benötigen ebenso eine Heizung für den Fahrzeuginnenraum wie übliche Kraftfahrzeuge mit verbrennungsmotorischem Antrieb. Auch bei Elektrofahrzeugen kann dabei die Abwärme der Antriebskomponenten zu Heizzwecken genutzt werden. Zu den Antriebskomponenten sind im Wesentlichen der Fahrzeugantriebsmotor, die Motorantriebsbatterie sowie eine zugehörige Leistungselektronik zur Speisung des Fahrzeugantriebsmotors aus der Motorantriebsbatterie und/oder zum Laden der Motorantriebsbatterie, zum Beispiel aus einem Stromnetz, zu zählen. Die Wärmeübertragung erfolgt hierbei durch einen an sich bekannten Heiz- und Kühlmittelkreislauf, der eine Kühlmittelpumpe zur Umwälzung des Kühlmittels im Heiz- und Kühlmittelkreislauf aufweist. Der Heiz- und Kühlmittelkreislauf kann gleichzeitig sowohl der Kühlung einer heißen Motorantriebsbatterie und weiterer heißer Antriebskomponenten oder auch der Erwärmung einer kalten Antriebsbatterie dienen. Üblicherweise werden zur Erwärmung der kalten Antriebsbatterie und zur Beheizung des Fahrzeuginnenraums in einer Kaltstartphase des Elektrofahrzeugs, in der die Antriebskomponenten des Elektroantriebs noch nicht ihre Betriebstemperatur erreicht haben, zusätzliche elektrische Zuheizvorrichtungen eingesetzt.
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Ein wesentliches Ziel bei Elektrofahrzeugen ist es, mit der in der Antriebsbatterie gespeicherten Energiemenge besonders sparsam und effizient umzugehen. Einerseits kann dies erreicht werden, indem das Elektrofahrzeug möglichst leicht gebaut wird, die Anzahl der im Fahrzeug verbauten Komponenten nach Möglichkeit also klein gehalten wird, und andererseits, indem die elektrischen Verbraucher, insbesondere die Antriebskomponenten des Elektrofahrzeugs, möglichst effizient eingesetzt werden. So ist es beispielsweise vorteilhaft, auf zusätzliche Zuheizvorrichtungen im Elektrofahrzeug zu verzichten und stattdessen für diese Aufgabe ohnehin im Elektrofahrzeug vorhandene Komponenten zu verwenden.
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Aus der
DE 102 30 941 B4 ist zum Beispiel ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung der Betriebstemperatur einer Brennkraftmaschine bekannt, wobei ein Pumpenmotor durch eine Steuereinheit in Abhängigkeit von der Temperatur der Kühlflüssigkeit mittels eines getakteten Stroms mit einer bestimmten Schaltfrequenz gesteuert wird. Bei einer unterhalb der normalen Betriebstemperatur liegenden Temperatur der Kühlflüssigkeit wird die von dem Pumpenmotor und der Steuereinrichtung erzeugte Verlustwärme auf die Kühlflüssigkeit übertragen und den Stromimpulsen des getakteten Stroms zur Steigerung der Verlustleistung bei einer erhöhten Schaltfrequenz eine Welligkeit mit ansteigenden und abfallenden Flanken aufgeprägt.
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Ferner zeigt die
DE 100 47 222 A1 eine Verbrennungsmaschine mit einem angekoppelten Generator als Zuheizer. Nach dem Start der Verbrennungsmaschine wird die Leistungselektronik des Generators, insbesondere die Leistungshalbleiter der Stromventile in der Drehstrombrücke des Generators, mit hoher Verlustleistung betrieben und diese Verlustleistung zur Beheizung eingesetzt, um beispielsweise den Verbrennungsmotor in der Kaltstartphase möglichst schnell auf seine optimale Betriebstemperatur aufzuwärmen.
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Vor diesem Hintergrund hat sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe gestellt, einen Heiz- und Kühlmittelkreislauf für ein Elektrofahrzeug sowie ein Verfahren zu dessen Betrieb anzugeben, wobei ein rasches Aufheizen des im Heiz- und Kühlmittelkreislauf umgewälzten Kühlmittels, insbesondere beim Kaltstart des Elektrofahrzeugs, erreicht werden soll und gleichzeitig die im Elektrofahrzeug ohnehin vorhandenen Antriebskomponenten optimal genutzt werden sollen. Ferner soll der Heiz- und Kühlmittelkreislauf zusätzlich zu diesen funktionalen Vorteilen einen einfachen Aufbau und möglichst wenige Komponenten aufweisen.
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Diese Aufgabe wird durch einen Heiz- und Kühlmittelkreislauf für ein Elektrofahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren zu dessen Betrieb mit den Merkmalen des Anspruchs 5 gelöst. Weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung offenbaren die jeweiligen Unteransprüche.
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Es ist darauf hinzuweisen, dass die in der nachfolgenden Beschreibung einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren zusätzlich.
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Erfindungsgemäß weist ein Heiz- und Kühlmittelkreislauf für ein Elektrofahrzeug eine Kühlmittelpumpe auf, mittels welcher Kühlmittel wenigstens durch einen elektrischen Fahrzeugantriebsmotor, eine Motorantriebsbatterie, eine Leistungselektronik zur Speisung des Fahrzeugantriebsmotors aus der Motorantriebsbatterie und/oder zum Laden der Motorantriebsbatterie aus einem Stromnetz und einen Wärmetauscher zur Abgabe von in dem Kühlmittel mitgeführter Wärme an die Umgebung umwälzbar ist. Ferner sind die Kühlmittelpumpe und der Wärmetauscher in einem ersten Leitungszweig angeordnet und der Fahrzeugantriebsmotor, die Motorantriebsbatterie und die Leistungselektronik sind in einem zweiten Leitungszweig angeordnet, wobei der erste Leitungszweig über eine Kühlmittelumschalteinrichtung derart mit dem zweiten Leitungszweig verbunden ist, dass die von der Kühlmittelpumpe in dem ersten Leitungszweig vorgegebene Kühlmittelströmungsrichtung in dem zweiten Leitungszweig umkehrbar ist. Mit anderen Worten ist trotz der kühlmittelleitenden Verbindung zwischen dem ersten Leitungszweig und dem zweiten Leitungszweig die Kühlmittelströmungsrichtung im zweiten Leitungszweig unabhängig von der Kühlmittelströmungsrichtung im ersten Leitungszweig einstellbar, das heißt aus einer ersten Kühlmittelströmungsrichtung, die der Kühlmittelströmungsrichtung des ersten Leitungszweigs entspricht, und einer dieser ersten Kühlmittelströmungsrichtung entgegengerichteten zweiten Kühlmittelströmungsrichtung wählbar.
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Im Sinne der vorliegenden Erfindung werden der im zweiten Leitungszweig angeordnete elektrische Fahrzeugantriebsmotor, die Motorantriebsbatterie sowie die zugehörige Leistungselektronik zur Speisung des Fahrzeugantriebsmotors aus der Motorantriebsbatterie und/oder zum Laden der Motorantriebsbatterie aus einem Stromnetz hierin auch kurz als Antriebskomponenten des Elektrofahrzeugs bezeichnet. Ebenso umfasst der hierin verwendete Begriff Wärmetauscher jede Art von Wärmetauscher, der geeignet ist, von dem Kühlmittel mitgeführte Wärme an die Umgebung abzugeben. Insbesondere kann es sich bei einem solchen Wärmetauscher im Sinne der vorliegenden Erfindung zum Beispiel um einen herkömmlichen Kühler oder auch um einen an sich bekannten Heizungswärmetauscher zum Beheizen eines Fahrzeuginnenraums handeln. Außerdem ist zu verstehen, dass die in den Heiz- und Kühlmittelkreislauf eingebundenen Antriebskomponenten des Elektrofahrzeugs über an sich bekannte Vorrichtungen zur Wärmeübertragung von der jeweiligen Komponente auf das Kühlmittel sowie von dem Kühlmittel auf die jeweilige Komponente verfügen, die auch als Wärmeübertrager bezeichnet werden. Schließlich ist im Sinne der vorliegenden Erfindung als Kühlmittelumschalteinrichtung eine derartige Einrichtung zu verstehen, die in der Lage ist, die Kühlmittelströmungsrichtung im zweiten Leitungszweig bezüglich der durch die Kühlmittelpumpe vorgegebenen Kühlmittelströmungsrichtung im ersten Leitungszweig umzukehren. Eine solche Kühlmittelumschalteinrichtung kann beispielsweise ein oder mehrere Wegeventile umfassen, die allgemein in herkömmlicher Weise geeignet sind, den Weg für das Kühlmittel freizugeben, zu sperren oder die Durchflussrichtung zu ändern. Ein im Sinne der vorliegenden Erfindung aufgrund seines kompakten Aufbaus besonders bevorzugtes Wegeventil ist zum Beispiel ein so genanntes 4/2-Wegeventil, das vier Leitungsanschlüsse (zwei für jeden Leitungszweig) sowie zwei Ventilstellungen (zum Umkehren der Kühlmittelströmungsrichtung) aufweist. Derartige Wegeventile sind an sich bekannt.
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Der erfindungsgemäße Heiz- und Kühlmittelkreislauf ermöglicht bei einer vorgegebenen, kühlmittelleitenden Anordnung der Antriebskomponenten des Elektrofahrzeugs im zweiten Leitungszweig, das heißt im Wesentlichen des Fahrzeugantriebsmotors, der Motorantriebsbatterie sowie der zugehörigen Leistungselektronik, die Kühlmittelströmungsrichtung im zweiten Leitungszweig derart einzustellen, dass das Kühlmittel abhängig von einem Betriebszustand des Heiz- und Kühlmittekreislaufs, insbesondere abhängig von einer augenblicklichen Betriebstemperatur des Kühlmittels und der Antriebskomponenten und/oder abhängig von einer Heizanforderung für den Fahrzeuginnenraum des Elektrofahrzeugs, in optimaler Reihenfolge durch die Antriebkomponenten umgewälzt wird und so die Wärmeübertragung von den Antriebskomponenten auf das Kühlmittel zum Kühlen der Antriebskomponenten sowie die Wärmeübertragung von dem Kühlmittel auf die Antriebskomponenten zum Erwärmen der Antriebskomponenten in besonders effizienter Weise genutzt wird. Insbesondere kann auf diese Weise ein rasches Aufheizen des im Heiz- und Kühlmittelkreislauf umgewälzten Kühlmittels zum Beispiel beim Kaltstart des Elektrofahrzeugs erreicht werden. Zudem lässt sich der Aufbau des erfindungsgemäßen Heiz- und Kühlmittelkreislaufs vereinfachen, da die vorstehend beschriebenen funktionalen Vorteile im Wesentlichen lediglich auf der Möglichkeit zum Umkehren der Kühlmittelströmungsrichtung im zweiten Leitungszweig beruhen und keinen komplexen, eine Vielzahl von Komponenten umfassenden Aufbau des Heiz- und Kühlmittelkreislaufs erfordern.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Leistungselektronik zur Speisung des Fahrzeugantriebsmotors aus der Motorantriebsbatterie und/oder zum Laden der Motorantriebsbatterie, zum Beispiel aus einem Stromnetz, als Heizelement betreibbar. Zweckmäßigerweise weist die Leistungselektronik hierzu herkömmliche Halbleiterschalter, beispielsweise Leistungsdioden, Leistungs-MOSFETs oder Bipolartransistoren mit isolierter Gate-Elektrode (IGBTs), auf, mit denen die Gleichspannung der Motorantriebsbatterie in an sich bekannter Weise in eine für den Fahrzeugantriebsmotor erforderliche Wechselspannung, zum Beispiel eine dreiphasige Wechselspannung, umgewandelt wird. Außerdem dienen die Halbleiterschalter dem Gleichrichten der ein- oder mehrphasigen Wechselspannung zum Beispiel aus einem Stromnetz zum Laden der Motorantriebsbatterie mit Gleichspannung. Bevorzugt wird die durch die Halbleiterschalter erzeugte Verlustleistung beim Betrieb der Leistungselektronik als Heizelement während der Schaltvorgänge durch Verringern der Anstiegsgeschwindigkeit der Ausgangsspannungsschaltflanken und/oder durch Erhöhen der Sättigungsspannung des Halbleiterschalters erhöht. Durch die Nutzung der Leistungselektronik als Heizelement kann auf eine zusätzliche Zuheizvorrichtung im Elektrofahrzeug verzichtet werden.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Wärmetauscher ein Kühler ist und parallel zum Kühler ein zweiter Wärmetauscher, der ein Heizungswärmetauscher zum Beheizen eines Fahrzeuginnenraums ist, im ersten Leitungszweig geschaltet ist. Ferner ist der Anteil des durch den Kühler und den Heizungswärmetauscher umgewälzten Kühlmittels gemäß dieser erfindungsgemäßen Ausgestaltung über eine im ersten Leitungszweig angeordnete Ventileinrichtung steuerbar. Somit kann die über das Kühlmittel aus dem zweiten Leitungszweig abtransportierte Wärmemenge wahlweise zum Beheizen des Fahrzeuginnenraums genutzt werden, falls eine Heizanforderung für den Fahrzeuginnenraum des Elektrofahrzeugs vorliegt, und andernfalls über den Kühler an die Umgebung des Fahrzeugs abgegeben werden. In beiden Fällen wird die im Kühlmittel mitgeführte Wärme an die Umgebung abgegeben und das Kühlmittel somit abgekühlt wieder dem zweiten Leitungszweig zugeführt.
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In bevorzugter Ausführung ist die Ventileinrichtung als Mischventil, zum Beispiel als so genanntes 3/2-Wegeventil, ausgelegt, mit dem die Kühlmittelströmung kontinuierlich von 100 % Anteil durch den Kühler und 0 % Anteil durch den Heizungswärmetauscher bis 0 % Anteil durch den Kühler und 100 % Anteil durch den Heizungswärmetauscher eingestellt werden kann. Alternativ kann die Ventileinrichtung die durch den Kühler und den Heizungswärmetauscher umgewälzten Anteile des Kühlmittels auch durch zeitliche Taktung von 100 % Anteil durch den Kühler und 100 % Anteil durch den Heizungswärmetauscher steuern, um somit die im Mittel von dem Heizungswärmetauscher und dem Kühler abgegebene Wärmemenge zu verteilen.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Leistungselektronik, der Fahrzeugantriebsmotor und die Motorantriebsbatterie im zweiten Leitungszweig in Reihe geschaltet, wobei der Fahrzeugantriebsmotor über eine Bypassleitung umgehbar ist. Der Anteil des durch den Fahrzeugantriebsmotor und die Bypassleitung umgewälzten Kühlmittels ist ferner über eine im zweiten Leitungszweig angeordnete Ventileinrichtung steuerbar. Die Ventileinrichtung kann hierbei wie in der zuvor beschriebenen Ausführungsform des Heiz- und Kühlmittelkreislaufs als Mischventil ausgebildet sein und die Verteilung des Kühlmittelstroms durch den Fahrzeugantriebsmotor und die Bypassleitung in ähnlicher Weise wie vorstehend beschrieben steuern, sie kann jedoch in besonders einfacher Ausgestaltung auch lediglich als reines Umschaltventil ausgebildet sein, mit dem die Kühlmittelströmung wahlweise vollständig durch den Fahrzeugantriebsmotor oder die Bypassleitung leitbar ist.
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Die Umgehung des Fahrzeugantriebsmotors mit Hilfe der Bypassleitung ist insbesondere in einer Kaltstartphase des Elektrofahrzeugs, in welcher der Fahrzeugantriebsmotor aufgrund seiner niedrigen Betriebstemperatur noch keine Wärme an das Kühlmittel abgeben kann und für den Heiz- und Kühlmittelkreislauf aufgrund seiner relativ großen Masse eine nicht unerhebliche Wärmesenke darstellt, besonders vorteilhaft, da das im Heiz- und Kühlkreislauf umgewälzte Kühlmittel in diesem Fall rasch auf eine höhere Betriebstemperatur gebracht werden kann und zum Beispiel zur Erwärmung der Motorantriebsbatterie, die in der Kaltstartphase ebenfalls noch kalt ist, und/oder zur Beheizung des Fahrzeuginnenraums verwendet werden kann. Besonders bevorzugt ist in diesem Fall die Leistungselektronik in der zuvor beschriebenen Weise als Heizelement betreibbar, um das Kühlmittel zu erwärmen. Hierbei ist ferner die Reihenschaltung der Antriebskomponenten im zweiten Leitungszweig von großem Vorteil, da die Leistungselektronik durch die Umgehung des Fahrzeugantriebsmotors mit Hilfe der Bypassleitung auf kürzestem Wege mit dem Motorantriebsbatterie verbindbar ist und das Kühlmittel bei entsprechend gewählter Kühlmittelströmungsrichtung im zweiten Leitungszweig nach Durchströmen der als Heizelement betriebenen Leistungselektronik unmittelbar anschließend die Motorantriebsbatterie durchströmen kann.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betrieb eines Heiz- und Kühlmittelkreislaufs für ein Elektrofahrzeug nach der vorbeschriebenen Art sieht vor, dass die von der Kühlmittelpumpe im ersten Leitungszweig vorgegebene Kühlmittelströmungsrichtung im zweiten Leitungszweig mittels der Kühlmittelumschalteinrichtung abhängig von einem Betriebszustand des Heiz- und Kühlmittelkreislaufs, insbesondere abhängig von der augenblicklichen Betriebstemperatur des Kühlmittels und der Antriebskomponenten des Elektrofahrzeugs und/oder abhängig von einer Heizanforderung für den Fahrzeuginnenraum des Elektrofahrzeugs, umgekehrt wird. Somit wird das Kühlmittel in jedem Betriebszustand in optimaler Reihenfolge durch die Antriebkomponenten umgewälzt und so die Wärmeübertragung von den Antriebskomponenten auf das Kühlmittel (Kühlen der Antriebskomponenten) sowie die Wärmeübertragung von dem Kühlmittel auf die Antriebskomponenten (Erwärmen der Antriebskomponenten) in besonders effizienter Weise genutzt. Insbesondere wird ein rasches Aufheizen des im Heiz- und Kühlmittelkreislauf umgewälzten Kühlmittels bei einem Kaltstart des Elektrofahrzeugs erreicht.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass in einem Betriebszustand, in welchem die Motorantriebsbatterie erwärmt werden soll und der Fahrzeugantriebsmotor aufgrund seiner Betriebstemperatur keine Wärme an das Kühlmittel abgeben kann, die Leistungselektronik als Heizelement betrieben wird und die Kühlmittelströmungsrichtung im zweiten Leitungszweig derart gewählt wird, dass das Kühlmittel nach dem Durchströmen der Leistungselektronik auf kürzestem Wege durch die Motorantriebsbatterie umgewälzt wird. Auf diese Weise wird ein rasches Aufheizen des im Heiz- und Kühlmittelkreislauf umgewälzten Kühlmittels, insbesondere beim Kaltstart des Elektrofahrzeugs, und folglich eine rasche Erwärmung der Motorantriebsbatterie auf eine optimale Betriebstemperatur erreicht, bei der sie die gespeicherte Energie effizient zum Betrieb des Fahrzeugantriebsmotors bereitstellen kann.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in einem Betriebszustand, in welchem ein Fahrzeuginnenraum erwärmt werden soll und der Fahrzeugantriebsmotor aufgrund seiner Betriebstemperatur keine Wärme an das Kühlmittel abgeben kann, die Leistungselektronik als Heizelement betrieben und die Kühlmittelströmungsrichtung im zweiten Leitungszweig derart gewählt, dass das Kühlmittel nach dem Durchströmen der Leistungselektronik auf kürzestem Wege von dem zweiten Leitungszweig in den ersten Leitungszweig umgewälzt wird. Auf diese Weise steht bereits während der Kaltstartphase des Elektrofahrzeugs Wärme zur Beheizung des Fahrzeuginnenraums mittels des im ersten Leitungszweig vorgesehenen Heizungswärmetauschers zu Verfügung. Die von der als Heizelement betriebenen Leistungselektronik erzeugte Wärmemenge kann mittels des Kühlmittels ohne wesentliche Verluste auf kürzestem Wege zum Heizungswärmetauscher transportiert werden.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass in einem Betriebszustand, in welchem der Fahrzeugantriebsmotor aufgrund seiner Betriebstemperatur keine Wärme an das Kühlmittel abgeben kann, über eine Bypassleitung umgangen wird. Dies stellt sicher, dass sich das in dem Heiz- und Kühlmittelkreislauf umgewälzte Kühlmittel insbesondere in einer Kaltstartphase des Elektrofahrzeugs, in welcher der Fahrzeugantriebsmotor noch kalt ist und aufgrund seiner relativ großen Masse eine nicht unwesentliche Wärmesenke im Heiz- und Kühlmittelkreislauf darstellen würde, rasch erwärmen kann.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in einem Betriebszustand, in welchem ein Fahrzeuginnenraum erwärmt werden soll und der Fahrzeugantriebsmotor aufgrund seiner Betriebstemperatur Wärme an das Kühlmittel abgeben kann, die Kühlmittelströmungsrichtung im zweiten Leitungszweig derart gewählt, dass das Kühlmittel nach dem Durchströmen des Fahrzeugantriebsmotors auf kürzestem Wege durch die Leistungselektronik und anschließend auf kürzestem Wege von dem zweiten Leitungszweig in den ersten Leitungszweig umgewälzt wird. Auf diese Weise werden einerseits die im Elektrofahrzeug vorhandenen Wärmequellen, insbesondere die Antriebskomponenten, optimal zur Wärmeübertragung an den im ersten Leitungszweig angeordneten Heizungswärmetauscher genutzt und außerdem kann die Leistungselektronik zusätzlich noch als Heizelement betrieben werden, solange die Betriebstemperatur des Fahrzeugantriebsmotors nicht ausreicht, die Heizanforderung für den Fahrzeuginnenraum alleine zu erfüllen. Die von der Leistungselektronik erzeugte Verlustleistung wird in diesem Fall vorteilhaft nur noch so hoch eingestellt, dass die von dem Fahrzeugantriebsmotor und der Leistungselektronik in Summe bereitgestellte Wärmemenge ausreicht, die Heizanforderung zu erfüllen. Das heißt die von der Leistungselektronik erzeugte Verlustleistung kann kontinuierlich mit zunehmender Wärmemenge, die von dem Fahrzeugantriebmotor bereitgestellt wird, verringert werden.
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Gemäß einer noch weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in einem Betriebszustand, in welchem die Leistungselektronik gekühlt werden soll, die Kühlmittelströmungsrichtung im zweiten Leitungszweig derart gewählt, dass das Kühlmittel nach dem Einströmen von dem ersten Leitungszweig in den zweiten Leitungszweig auf kürzestem Wege durch die Leistungselektronik umgewälzt wird. Somit wird nach dem Durchströmen des wenigstens einen im ersten Leitungszweig vorgesehenen Wärmetauschers das abgekühlte Kühlmittel auf kürzestem Wege in den zweiten Leitungszweig zur Leistungselektronik geführt. Ferner lassen sich auf dieselbe Weise selbstverständlich ebenfalls der Fahrzeugantriebsmotor sowie die Motorantriebsbatterie im zweiten Leitungszweig kühlen. Besonders vorteilhaft sind diese Antriebskomponenten des Elektrofahrzeugs hierzu im zweiten Leitungszweig kühlmittelleitend in Reihe geschaltet.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass der im ersten Leitungszweig vorgesehene Wärmetauscher ein Kühler ist und parallel zum Kühler ein zweiter Wärmetauscher, der ein Heizungswärmetauscher zum Beheizen eines Fahrzeuginnenraums ist, im ersten Leitungszweig geschaltet ist und der Anteil des durch den Kühler und den Heizungswärmetauscher umgewälzten Kühlmittels über eine im ersten Leitungszweig angeordnete Ventileinrichtung gesteuert wird. In bevorzugter Ausführung ist die Ventileinrichtung als Mischventil, zum Beispiel als so genanntes 3/2-Wegeventil, ausgelegt, so dass die Kühlmittelströmung folglich kontinuierlich von 100 % Anteil durch den Kühler und 0 % Anteil durch den Heizungswärmetauscher bis 0 % Anteil durch den Kühler und 100 % Anteil durch den Heizungswärmetauscher gesteuert werden kann. Alternativ kann die Ventileinrichtung die durch den Kühler und den Heizungswärmetauscher umgewälzten Anteile des Kühlmittels jedoch auch durch zeitliche Taktung von 100 % Anteil durch den Kühler und 100 % Anteil durch den Heizungswärmetauscher steuern, um somit die im Mittel von dem Heizungswärmetauscher und dem Kühler abgegebene Wärmemenge zu verteilen. Somit ist im ersten Leitungszweig in jedem Fall eine Abgabe der in dem Kühlmittel mitgeführten Wärme an die Umgebung und dementsprechend ein Abkühlen des Kühlmittels sichergestellt, wobei gleichzeitig die im zweiten Leitungszweig von dem Kühlmittel aufgenommene Wärmemenge abhängig von einer tatsächlichen Heizanforderung zur Beheizung des Fahrzeuginnenraums genutzt werden kann.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die in der Leistungselektronik, die Halbleiterschalter aufweist, erzeugte Verlustleistung beim Betrieb als Heizelement durch Verringern der Anstiegsgeschwindigkeit der Ausgangsspannungsschaltflanken und/oder durch Erhöhen der Sättigungsspannung des Halbleiterschalters erhöht. Hierbei wird die Leistungselektronik in an sich bekannter Weise entweder zur Umwandlung der in der Motorantriebsbatterie gespeicherten Gleichspannung in eine für den Fahrzeugantriebsmotor erforderliche Wechselspannung, zum Beispiel eine dreiphasige Wechselspannung, oder zur Umwandlung einer Wechselspannung, beispielsweise eines Stromnetzes, zum Laden der Motorantriebsbatterie in Gleichspannung verwendet.
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Eine weitere Möglichkeit, die Leistungselektronik als Heizelement zum Erwärmen des Kühlmittels zu verwenden, wenn die Leistungselektronik nicht für die vorbeschriebene Umwandlung benötigt wird, besteht darin, die Halbleiterschalter mit der Versorgungsgleichspannung der Motorantriebsbatterie zu beaufschlagen und einen gewünschten Strom durch Öffnen der Halbleiterschalter durch diese hindurch fließen zu lassen. Da die mit den Halbleiterschaltern geschalteten Lasten im Wesentlichen Spulen sind und diese bei einem Gleichstrom einen sehr geringen Widerstand aufweisen, fällt annähernd die gesamte Versorgungsgleichspannung an den Halbleiterschaltern ab. Die an den Halbleiterschaltern erzeugte Verlustleistung ist das Produkt aus der am Schalter anliegenden Spannung multipliziert mit dem durch diesen fließenden Strom. Somit ist in der Regel schon ein relativ kleiner Strom ausreichend, um bereits eine hohe Verlustleistung am Halbleiterschalter erzeugen zu können, das heißt der Halbleiterschalter braucht lediglich etwas geöffnet bzw. in Durchlassrichtung geschaltet zu werden.
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Weitere vorteilhafte Einzelheiten und Wirkungen der Erfindung sind im Folgenden anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Heiz- und Kühlmittelkreislaufs in einem ersten Betriebszustand,
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2 den Heiz- und Kühlmittelkreislauf aus 1 in einem zweiten Betriebszustand,
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3 den Heiz- und Kühlmittelkreislauf aus 1 in einem dritten Betriebszustand,
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4 den Heiz- und Kühlmittelkreislauf aus 1 in einem vierten Betriebszustand,
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5 den Heiz- und Kühlmittelkreislauf aus 1 in einem fünften Betriebszustand,
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6 einen zeitlichen Verlauf der Ausgangsspannung eines mit geringer Verlustleistung betriebenen Halbleiterschalters,
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7 einen zeitlichen Verlauf der Ausgangsspannung eines nach einem ersten Verfahren mit erhöhter Verlustleistung betriebenen Halbleiterschalters und
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8 einen zeitlichen Verlauf der Ausgangsspannung eines nach einem zweiten Verfahren mit erhöhter Verlustleistung betriebenen Halbleiterschalters.
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In den unterschiedlichen Figuren sind gleiche Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen, so dass diese in der Regel auch nur einmal beschrieben werden
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1 stellt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Heiz- und Kühlmittelkreislaufs 20 für ein nicht näher dargestelltes Elektrofahrzeug in einem ersten Betriebszustand dar. Der Heiz- und Kühlmittelkreislauf 20 weist eine Kühlmittelpumpe 21 auf, mittels welcher Kühlmittel durch den Heiz- und Kühlmittelkreislauf 20 umgewälzt wird. Der in 1 dargestellte Heiz- und Kühlmittelkreislauf 20 umfasst ferner einen als Kühler ausgebildeten ersten Wärmetauscher 22 zur Abgabe von in dem Kühlmittel mitgeführter Wärme an eine Umgebung des Elektrofahrzeugs und einen parallel zu diesem geschalteten, als Heizungswärmetauscher ausgebildeten zweiten Wärmetauscher 23 zur Abgabe von in dem Kühlmittel mitgeführter Wärme an eine durch einen Fahrzeuginnenraum definierte Umgebung. Des Weiteren umfasst der in 1 dargestellte Heiz- und Kühlmittelkreislauf 20 einen elektrischen Fahrzeugantriebsmotor 24, eine Motorantriebsbatterie 25 und eine zugehörige Leistungselektronik 26 zur Speisung des Fahrzeugantriebsmotors 24 aus der Motorantriebsbatterie 25 und/oder zum Laden der Motorantriebsbatterie 25, beispielsweise aus einem Stromnetz.
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Das Kühlmittel ist mit Hilfe der Kühlmittelpumpe 21 durch den Kühler 22, den Heizungswärmetauscher 23, den Fahrzeugantriebsmotor 24, die Motorantriebsbatterie 25 und die Leistungselektronik 26 umwälzbar. Insbesondere der Fahrzeugantriebsmotor 24, die Motorantriebsbatterie 25 und die Leistungselektronik 26 sind in an sich bekannter Weise über entsprechende, in 1 nicht dargestellte Wärmeübertrager an den Heiz- und Kühlmittelkreislauf 20 angekoppelt, so dass Wärme sowohl von dem Kühlmittel auf die jeweiligen Komponenten 24, 25 und 26 als auch von den jeweiligen Komponenten 24, 25 und 26 auf das Kühlmittel übertragen werden kann. Die Komponenten 24, 25 und 26 werden hierin auch als Antriebskomponenten des Elektrofahrzeugs bezeichnet. Die Wärmetauscher 22 und 23 dienen lediglich der Wärmeübertragung von dem Kühlmittel an die Umgebung.
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Wie in 1 zu erkennen ist, sind die Kühlmittelpumpe 21, der Kühler 22 und der Heizungswärmetauscher 23 über entsprechende Kühlmittelleitungen 27 kühlmittelleitend miteinander verbunden. Die Kühlmittelleitungen 27 bilden einen ersten Leitungszweig, in dem die Kühlmittelpumpe 21 und die Wärmetauscher 22 und 23 angeordnet sind. Wie der 1 ferner zu entnehmen ist, sind der Fahrzeugantriebsmotor 24, die Motorantriebsbatterie 25 und die Leistungselektronik 26 über entsprechende Kühlmittelleitungen 28 kühlmittelleitend miteinander verbunden. Außerdem ist der Fahrzeugantriebsmotor 24 über eine Bypassleitung 29 umgehbar. Die Kühlmittelleitungen 28 bilden einen zweiten Leitungszweig, in dem der Fahrzeugantriebsmotor 24, die Motorantriebsbatterie 25 und die Leistungselektronik 26 angeordnet sind. Insbesondere sind der Fahrzeugantriebsmotor 24, die Motorantriebsbatterie 25 und die Leistungselektronik 26 im zweiten Leitungszweig in Reihe geschaltet, so dass sie nacheinander vom Kühlmittel durchströmt werden können, wobei der Fahrzeugantriebsmotor 24 wie bereits erwähnt durch die Bypassleitung 29 umgangen werden kann.
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Bei dem in 1 dargestellten Heiz- und Kühlmittelkreislauf 20 sind der erste Leitungszweig und der zweite Leitungszweig über eine Kühlmittelumschalteinrichtung 30, bevorzugt ein 4/2-Wegeventil, kühlmittelleitend miteinander verbunden. Die Kühlmittelumschalteinrichtung 30 ermöglicht im zweiten Leitungszweig ein Umkehren der von der Kühlmittelpumpe 21 im ersten Leitungszweig vorgegebenen Kühlmittelströmungsrichtung, wie nachfolgend noch ausführlicher beschrieben werden wird.
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Ferner ist im ersten Leitungszweig des in 1 dargestellten Heiz- und Kühlmittelkreislaufs 20 an einem Verzweigungspunkt der parallel geschalteten, den Kühler 22 und den Heizungswärmetauscher 23 versorgenden Kühlmittelleitungen 27 eine Ventileinrichtung 31 vorgesehen, mittels welcher der Anteil des durch den Kühler 22 und den Heizungswärmetauscher 23 umgewälzten Kühlmittels steuerbar ist. Vorzugsweise handelt es sich bei der Ventileinrichtung 31 um ein Mischventil, zum Beispiel ein 3/2-Wegeventil, mit dem die Kühlmittelströmung kontinuierlich von 100 % Anteil durch den Kühler 22 und 0 % Anteil durch den Heizungswärmetauscher 23 bis 0 % Anteil durch den Kühler 22 und 100 % Anteil durch den Heizungswärmetauscher 23 eingestellt werden kann. Alternativ kann die Ventileinrichtung 31 auch als reines Umschaltventil ausgebildet sein, mit dem die durch den Kühler 22 und den Heizungswärmetauscher 23 umgewälzten Anteile des Kühlmittels durch zeitliche Taktung von 100 % Anteil durch den Kühler 22 und 100 % Anteil durch den Heizungswärmetauscher 23 steuerbar sind.
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Weiterhin ist bei dem in 1 dargestellten Heiz- und Kühlmittelkreislauf 20 im zweiten Leitungszweig an einem Verzweigungspunkt der Bypassleitung 29 von der Kühlmittelleitung 28 eine weitere Ventileinrichtung 32 vorgesehen, mittels welcher der Anteil des durch den Fahrzeugantriebsmotor 24 und die Bypassleitung 29 umgewälzten Kühlmittels steuerbar ist. In besonders einfacher Ausführung handelt es sich hierbei um ein reines Umschaltventil, mit dem die Kühlmittelströmung entweder vollständig durch den Fahrzeugantriebsmotor 24 oder vollständig durch die Bypassleitung 29 geführt wird. Die Ventileinrichtung 32 kann jedoch ebenso wie die Ventileinrichtung 31 als Mischventil oder als Umschaltventil mit zeitlicher Taktung ausgebildet sein, wobei der Anteil der durch die Bypassleitung 29 bzw. den Fahrzeugantriebsmotor 24 geführten Kühlmittelströmung wie bei der Ventileinrichtung 31 gesteuert werden kann.
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Außerdem ist bei dem in 1 dargestellten Heiz- und Kühlmittelkreislauf 20 noch ein Kühlmittelausgleichsbehälter 33 mittels einer Stichleitung am ersten Leitungszweig angeschlossen.
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Wie bereits erwähnt, ist der Heiz- und Kühlmittelkreislauf 20 in 1 in einem ersten Betriebszustand dargestellt. Dieser Betriebszustand stellt eine Kaltstartphase des Elektrofahrzeugs dar, in welcher der Fahrzeugantriebsmotor 24 und die Motorantriebsbatterie 25 kalt sind. Um in diesem Betriebszustand das Kühlmittel und die Motorantriebsbatterie 25 möglichst schnell zu erwärmen, damit diese in einen optimalen, das heißt warmen, Betriebszustand überführt wird, in dem sie besonders leistungsfähig und effizient ist, wird die Leistungselektronik 26 als Heizelement betrieben und die Kühlmittelströmungsrichtung im zweiten Leitungszweig durch Einstellen der Kühlmittelumschalteinrichtung 30 derart gewählt, dass das Kühlmittel nach dem Durchströmen der Leistungselektronik 26 auf kürzestem Wege durch die Motorantriebsbatterie 25 umgewälzt wird. Die Kühlmittelströmungsrichtungen im ersten und zweiten Leitungszweig sind bei dem in 1 dargestellten Betriebszustand des Heiz- und Kühlmittelkreislaufs 20 durch entsprechende Pfeile neben den Kühlmittelleitungen 27 und 28 sowie der Bypassleitung 29 verdeutlicht.
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Um außerdem den Fahrzeuginnenraum auch nach einem Kaltstart des Elektrofahrzeugs möglichst schnell beheizen zu können, wird ferner die Ventileinrichtung 31 bevorzugt derart eingestellt, dass das Kühlmittel im ersten Leitungszweig im Wesentlichen vollständig durch den Heizungswärmetauscher 23 umgewälzt wird. Da der Fahrzeugantriebsmotor 24 aufgrund seiner noch kalten Temperatur keine Wärme an das Kühlmittel abgeben kann, wird im zweiten Leitungszweig außerdem das Kühlmittel über die Ventileinrichtung 32 vollständig durch die Bypassleitung 29 umgewälzt und der Fahrzeugantriebsmotor 24 umgangen.
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Wie 1 anhand der Strömungspfeile entnommen werden kann, ist die Kühlmittelströmungsrichtung im ersten Leitungszweig gegen den Uhrzeigersinn gerichtet, während sie im zweiten Leitungszweig im Uhrzeigersinn gerichtet ist. Das Kühlmittel wird dementsprechend ausgehend von der Kühlmittelpumpe 21 in stromabwärtiger Richtung der Reihe nach durch die Leistungselektronik 26, die Motorantriebsbatterie 25, den Heizungswärmetauscher 23 und wieder durch die Kühlmittelpumpe 21 umgewälzt.
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2 stellt den Heiz- und Kühlmittelkreislauf 20 aus 1 in einem zweiten Betriebszustand dar. In diesem Betriebszustand ist die Motorantriebsbatterie 25 auf eine optimale Betriebstemperatur erwärmt, der Fahrzeugantriebsmotor 24 ist jedoch noch kalt, so dass das Kühlmittel weiterhin durch die Bypassleitung 29 umgewälzt wird und der Fahrzeugantriebsmotor 24 umgangen wird. Ferner befindet sich der Fahrzeuginnenraum noch nicht auf der gewünschten Temperatur, so dass weiterhin eine Heizanforderung zur Beheizung des Fahrzeuginnenraums vorliegt. Bei dem in 2 dargestellten Betriebszustand des Heiz- und Kühlmittelkreislaufs 20 wird die Leistungselektronik 26 weiterhin als Heizelement betrieben. Die Kühlmittelströmungsrichtung wird im zweiten Leitungszweig nun jedoch mittels der Kühlmittelumschalteinrichtung 30 derart gewählt, dass das Kühlmittel nach dem Durchströmen der Leistungselektronik 26 auf kürzestem Wege von dem zweiten Leitungszweig in den ersten Leitungszweig umgewälzt wird, wie erneut entsprechend durch Strömungspfeile in 2 verdeutlicht ist. Die Kühlmittelströmungsrichtung ist dementsprechend bei dem in 2 dargestellten Heiz- und Kühlmittelkreislauf 20 im ersten und zweiten Leitungszweig gegen den Uhrzeigersinn gerichtet. Das Kühlmittel wird ausgehend von der Kühlmittelpumpe 21 in stromabwärtiger Richtung der Reihe nach durch die Motorantriebsbatterie 25, die Leistungselektronik 26, den Heizungswärmetauscher 23 und wieder durch die Kühlmittelpumpe 21 umgewälzt.
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3 stellt den Heiz- und Kühlmittelkreislauf 20 aus 1 in einem dritten Betriebszustand dar. In diesem Betriebszustand hat sich der Fahrzeugantriebsmotor 24 nun soweit erwärmt, dass er Wärme an das Kühlmittel abgeben kann. Die Bypassleitung 29 wird mittels der Ventileinrichtung 32 verschlossen, so dass das Kühlmittel durch den Fahrzeugantriebsmotor 24 umgewälzt wird. Ferner soll der Fahrzeuginnenraum weiterhin beheizt werden, so dass das Kühlmittel ebenfalls weiterhin wenigstens teilweise durch eine entsprechende Stellung der Ventileinrichtung 31 durch den Heizungswärmetauscher 23 umgewälzt wird. Die Kühlmittelströmungsrichtung wird im zweiten Leitungszweig nun derart gewählt, dass das Kühlmittel nach dem Durchströmen des Fahrzeugantriebsmotors 24 auf kürzestem Wege durch die Leistungselektronik 26 und anschließend auf kürzestem Wege von dem zweiten Leitungszweig in den ersten Leitungszweig umgewälzt wird. Das Durchströmen der Leistungselektronik 26 ist vorteilhaft, da die Leistungselektronik 26 auf diese Weise noch zusätzlich zum Fahrzeugantriebsmotor 24 als Heizelement betrieben werden kann. Somit steht zusätzlich zur Abwärme des Fahrzeugantriebsmotors 24 weiterhin Wärme durch die als Heizelement betriebene Leistungselektronik 26 zur Verfügung. Die Leistungselektronik 26 wird in diesem Fall jedoch nur noch in dem Umfang als Heizelement betrieben, wie es zur Beheizung des Fahrzeuginnenraums zusätzlich zur Abwärme des Fahrzeugantriebsmotors 24 erforderlich ist. Die Kühlmittelströmungsrichtung ist bei dem in 3 dargestellten Heiz- und Kühlmittelkreislauf 20 im ersten und zweiten Leitungszweig gegen den Uhrzeigersinn gerichtet. Das Kühlmittel wird ausgehend von der Kühlmittelpumpe 21 in stromabwärtiger Richtung der Reihe nach durch die Motorantriebsbatterie 25, den Fahrzeugantriebsmotor 24, die Leistungselektronik 26, den Heizungswärmetauscher 23 und wieder durch die Kühlmittelpumpe 21 umgewälzt.
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4 stellt den Heiz- und Kühlmittelkreislauf 20 aus 1 in einem vierten Betriebszustand dar. In diesem Betriebszustand wird die Leistungselektronik 26 nicht mehr als Heizelement betrieben. Wenn sich die Leistungselektronik 26 aufgrund ihrer normalen Verlustleistung stark erwärmt hat, wird bevorzugt eine Kühlung der Leistungselektronik 26 durchgeführt. Hierbei wird die Kühlmittelströmungsrichtung im zweiten Leitungszweig derart gewählt, dass das Kühlmittel nach dem Einströmen von dem ersten Leitungszweig in den zweiten Leitungszweig auf kürzestem Wege durch die Leistungselektronik 26 umgewälzt wird. Somit ist sichergestellt, dass das Kühlmittel im ersten Leitungszweig durch wenigstens einen der Wärmetauscher 22 oder 23 abgekühlt wird und unmittelbar der Leistungselektronik 26 zur Kühlung zur Verfügung gestellt wird. Sofern weiterhin eine Heizanforderung zur Beheizung des Fahrzeuginnenraums besteht, kann das Kühlmittel mittels der Ventileinrichtung 31 weiterhin wenigstens teilweise durch den Heizungswärmetauscher 23 umgewälzt werden. Die Kühlmittelströmungsrichtung ist bei dem in 4 dargestellten Betriebszustand des Heiz- und Kühlmittelkreislaufs 20 im ersten Leitungszweig gegen den Uhrzeigersinn gerichtet, während sie im zweiten Leitungszweig im Uhrzeigersinn gerichtet ist. Das Kühlmittel wird ausgehend von der Kühlmittelpumpe 22 in stromabwärtiger Richtung der Reihe nach durch die Leistungselektronik 26, den Fahrzeugantriebsmotor 24, die Motorantriebsbatterie 25, den Heizungswärmetauscher 23 und wieder durch die Kühlmittelpumpe 21 umgewälzt.
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5 stellt den Heiz- und Kühlmittelkreislauf 20 aus 1 in einem fünften Betriebszustand dar. In diesem Betriebszustand wird die Leistungselektronik 26 nicht als Heizelement betrieben. Ebenso benötigt der Fahrzeuginnenraum keine weitere Erwärmung mehr, so dass die Ventileinrichtung 31 derart gesteuert wird, dass das gesamte Kühlmittel durch den Kühler 22 umgewälzt wird. Ferner sollen die Leistungselektronik 26, der Fahrzeugantriebsmotor 24 sowie die Motorantriebsbatterie 25 gekühlt werden. Hierzu wird die Kühlmittelströmungsrichtung im zweiten Leitungszweig derart gewählt, dass das Kühlmittel nach dem Einströmen von dem ersten Leitungszweig in den zweiten Leitungszweig auf kürzestem Wege durch die Leistungselektronik 26, den Fahrzeugantriebsmotor 24 sowie die Motorantriebsbatterie 25 umgewälzt wird. Die Kühlmittelströmungsrichtung ist gemäß 5 im ersten Leitungszweig gegen den Uhrzeigersinn gerichtet, während sie im zweiten Leitungszweig im Uhrzeigersinn gerichtet ist. Das Kühlmittel wird ausgehend von der Kühlmittelpumpe 21 in stromabwärtiger Richtung der Reihe nach durch die Leistungselektronik 26, den Fahrzeugantriebsmotor 24, die Motorantriebsbatterie 25, den Kühler 22 und wieder durch die Kühlmittelpumpe 21 umgewälzt.
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6 stellt einen zeitlichen Verlauf der Ausgangsspannung eines mit geringer Verlustleistung betriebenen Halbleiterschalters der Leistungselektronik 26 dar. Insbesondere stellt 6 einen Betrieb des Halbleiterschalters mit etwa halber geschalteter Leistung gegenüber der Maximalleistung des Halbleiterschalters dar. Wie der 6 entnommen werden kann, beträgt der Tastgrad des Schalters in etwa 50 %. Um die durch den Halbleiterschalter erzeugte Verlustleistung während eines normalen, nicht als Heizelement genutzten Betriebs möglichst gering zu halten, wird das Schalten der Ausgangsspannung mit einer möglichst großen Flankensteilheit und einer möglichst niedrigen Sättigungsspannung durchgeführt. Beim Betrieb des Halbleiterschalters mit geringerer Schaltleistung verringert sich der Tastgrad entsprechend. Die am Halbleiterschalter erzeugte Verlustleistung nimmt in diesem Fall ebenso ab, da die Zeit kleiner wird, während der ein hoher Strom bei gleichzeitig am Schalter anliegender Sättigungsspannung (Durchschaltzustand) durch den Schalter fließt.
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7 stellt einen zeitlichen Verlauf der Ausgangsspannung eines nach einem ersten Verfahren mit erhöhter Verlustleistung betriebenen Halbleiterschalters dar, um die Leistungselektronik 26 als Heizelement zu betreiben. Hierbei wird die Anstiegsgeschwindigkeit der Ausgangsspannungsschaltflanken beim Schalten des Halbleiterschalters verringert, wodurch die Flankensteilheit abnimmt und die in 7 dargestellte Schaltzeit 34 zunimmt. Während der Schaltzeit ergibt sich die am Halbleiterschalter erzeugte Verlustleistung aus dem Integral der am Schalter anliegenden Spannung multipliziert mit dem durch den Schalter fließenden Strom. Wenn die Anstiegsgeschwindigkeit der Spannungsschaltflanken verringert wird und sich die Schaltzeit somit erhöht, vergrößert sich entsprechend ebenfalls dieses Verlustleistungsintegral.
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Ein anderes Verfahren zur gezielten Erhöhung der an einem Halbleiterschalter der Leistungselektronik 26 erzeugten Verlustleistung zum Betreiben der Leistungselektronik 26 als Heizelement ist in 8 dargestellt. Bei diesem Verfahren wird die Sättigungsspannung 35 des Halbleiterschalters erhöht. Somit erhöht sich die an dem Halbleiterschalter erzeugte Verlustleistung, indem eine höhere Spannung (Sättigungsspannung 35) über dem Halbleiterschalter anliegt, solange er in Durchlassrichtung geschaltet ist. Die Verlustleistung ergibt sich entsprechend aus dem Produkt der am Halbleiterschalter anliegenden Sättigungsspannung 35 und dem durch ihn hindurch fließenden Strom.
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Der vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Heiz- und Kühlmittelkreislauf sowie das Verfahren zu dessen Betrieb sind nicht auf die hierin offenbarten Ausführungsformen beschränkt, sondern umfassen auch gleich wirkende weitere Ausführungsformen.
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In bevorzugter Ausführung wird der erfindungsgemäße Heiz- und Kühlmittelkreislauf zum Kühlen von Antriebskomponenten wie einem elektrischen Fahrzeugantriebsmotor, einer Motorantriebsbatterie sowie einer zugehörigen Leistungselektronik zur Speisung des Fahrzeugantriebsmotors aus der Motorantriebsbatterie und/oder zum Laden der Motorantriebsbatterie aus einem Stromnetz in einem Elektrofahrzeug verwendet. Ferner wird der erfindungsgemäße Heiz- und Kühlmittelkreislauf zum Erwärmen der Motorantriebsbatterie und einem Fahrzeuginnenraum des Elektrofahrzeugs insbesondere in einer Kaltstartphase des Elektrofahrzeugs verwendet.
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Bezugszeichenliste
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- 20
- Heiz- und Kühlmittelkreislauf
- 21
- Kühlmittelpumpe
- 22
- Kühler
- 23
- Heizungswärmetauscher
- 24
- Fahrzeugantriebsmotor
- 25
- Motorantriebsbatterie
- 26
- Leistungselektronik
- 27
- Kühlmittelleitungen erster Leitungszweig
- 28
- Kühlmittelleitungen zweiter Leitungszweig
- 29
- Bypassleitung
- 30
- Kühlmittelumschalteinrichtung
- 31
- Ventileinrichtung
- 32
- Ventileinrichtung
- 33
- Kühlmittelausgleichsbehälter
- 34
- Schaltzeit
- 35
- Sättigungsspannung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19542125 A1 [0002]
- DE 10230941 B4 [0005]
- DE 10047222 A1 [0006]
