-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und einen Vorrichtung zur Erwärmung einer Komponente, wobei die Komponente an einen gemeinsamen Kühlkreislauf mit einer Leistungselektronik oder einem elektrischen Antrieb angeschlossen ist. Ferner betrifft die Erfindung einen Antriebsstrang mit einer entsprechenden Vorrichtung und ein Fahrzeug mit einem Antriebsstrang sowie ein Computerprogramm und ein maschinenlesbares Speichermedium.
-
Stand der Technik
-
Elektrisch angetriebene Fahrzeuge für den Straßenverkehr sind aus dem Stand der Technik bekannt. Es werden hohe Anforderungen an die verfügbare Dauer- und Spitzenleistung sowie an den Wirkungsgrad des elektrischen Antriebs gestellt. Es ist bekannt, den elektrischen Antrieb im Drehmomentenregelmodus zu betreiben. D. h. die Fahrzeugsteuerung gibt einen Sollwert für das Drehmoment vor, welches von der elektrischen Maschine gestellt wird. Dieses Solldrehmoment kann sowohl motorisch, also antreibend, als auch generatorisch, also bremsend, sein. Mit einer Stromregelung wird der Strom, der für das Einstellen des geforderten Drehmomentes notwendig ist, betriebspunktabhängig festgelegt.
-
Es ist bekannt, als Energiequelle für den elektrischen Antrieb eine Batterie, insbesondere eine Hochvoltbatterie, zu verwenden. Eine weit verbreitete Batterietechnologie basiert auf Lithium-Ionen. Der maximal entnehmbare Strom aus der Batterie ist von der Temperatur der Batterie abhängig. Bei geringen Temperaturen ist der maximal entnehmbare Strom geringer als bei Betriebstemperatur. Daher wird ein rasches Erwärmen der Batterie auf Betriebstemperatur angestrebt. Es sind unterschiedliche Methoden zur Erwärmung der Batterie bekannt. Beispielsweise werden die Batterien mittels einer elektrischen Heizung, insbesondere mit einem PTC-Heizer, erwärmt. Die Heizleistung einer solchen Heizung ist aufgrund von Bauraum, Kosten und begrenzter Wärmeübertragung an die Batterie begrenzt. Es besteht daher ein Bedürfnis für alternative Verfahren und Vorrichtungen zur Erwärmung von Komponenten in einem Fahrzeug.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Es wird ein Verfahren zur Erwärmung einer Komponente bereitgestellt, wobei die Komponente zur Kühlung an einen gemeinsamen Kühlkreislauf mit einer Leistungselektronik oder einem elektrischen Antrieb angeschlossen oder verbunden ist. Weiter ist eine Steuerung zur Ansteuerung der Leistungselektronik des elektrischen Antriebes zur Stellung eines positiven oder negativen Solldrehmomentes vorgesehen. Das Verfahren umfasst die Schritte: Ermitteln einer Temperatur; Vergleichen der Temperatur mit einem Temperaturschwellwert; Betreiben der Leistungselektronik bei Beibehaltung des Solldrehmomentes mit erhöhter Verlustleistung der Leistungselektronik oder des elektrischen Antriebes, falls die ermittelte Temperatur kleiner als der Temperaturschwellwert ist.
-
Es wird ein Verfahren zur Erwärmung einer Komponente bereitgestellt. Die Komponente ist hierzu an einen gemeinsamen Kühlkreislauf angeschlossen oder verbunden. Das bedeutet, dass ein gemeinsamer Kühlkreislauf vorhanden ist, dessen Kühlmittel sowohl an der Komponente als auch an einer Leistungselektronik und/oder einem elektrischen Antrieb zur Kühlung vorbeigeführt wird. Insbesondere ist die Leistungselektronik als ein Inverter, Wechselrichter oder Pulswechselrichter ausgestaltet. Insbesondere ist der elektrische Antrieb als eine elektrische Maschine, eine Synchron- oder Asynchronmaschine ausgestaltet. Es ist ein Kühlkreislauf mit einem Kühlmittel vorgesehen, welcher zur Kühlung der angeschlossenen Bauteile oder Komponenten dient und einen Wärmeaustausch der angeschlossenen Bauteile oder Komponenten verstärkt. Weiter ist zur Durchführung des Verfahrens eine Steuerung vorgesehen, die auch zur Ansteuerung der Leistungselektronik des elektrischen Antriebes zur Stellung eines positiven oder negativen Solldrehmomentes dient. Zur Durchführung des Verfahrens zur Erwärmung einer Komponente wird zunächst eine Temperatur ermittelt und diese mit einem Temperaturschwellwert verglichen. Insbesondere wird eine Temperatur ermittelt, die mit der Temperatur der Komponente korreliert. Falls die ermittelte Temperatur den Temperaturschwellwert unterschreitet oder die ermittelte Temperatur kleiner als der Temperaturschwellwert ist, und somit insbesondere die Komponente vermutlich eine Temperatur aufweist, die unterhalb einer gewünschten Betriebstemperatur liegt, wird die Leistungselektronik derart angesteuert, dass diese und/oder der elektrische Antrieb mit einer erhöhten Verlustleistung betrieben wird. Bei dem Betrieb mit erhöhter Verlustleistung wird weiterhin das angeforderte Solldrehmoment gestellt und beibehalten. Die erhöhte Verlustleistung der Leistungselektronik und/oder des elektrischen Antriebs wird über das Kühlmittel in den Kühlkreislauf als Wärme eingetragen und von der noch kühleren Komponente zumindest teilweise aufgenommen. Somit wird die zu erwärmende Komponente über das Kühlmittel des Kühlkreislaufes erwärmt. Vorteilhaft wird ein alternatives Verfahren zur Erwärmung einer Komponente bereitgestellt. Dabei wird kein zusätzliches Heizelement benötigt und entsprechend Bauraum eingespart. Durch die Erwärmung des Kühlmittels erreicht die zu erwärmende Komponente schneller ihre ideale Temperatur und wird somit rascher einsetzbar und verfügbar.
-
In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung, umfasst das Ermitteln der Temperatur das Auslesen eines Temperatursensors. Dieser Temperatursensor erfasst direkt oder indirekt eine Kühlmitteltemperatur des Kühlkreislaufes oder insbesondere der zu erwärmenden Komponente.
-
Das Verfahren zur Erwärmung einer Komponente umfasst das Ermitteln einer Temperatur. Hierzu wird mittels der Steuerung ein Signal eines Temperatursensors erfasst und ausgelesen. Der Temperatursensor ist am oder in der Nähe des Kühlkreislaufes derart angeordnet, dass dieser Sensor die Kühlmitteltemperatur direkt oder indirekt erfasst oder die Temperatur der zu wärmenden Komponente. Vorteilhaft wird eine Temperatur ermittelt, die mit der Temperatur der zu wärmenden Komponente, die an den Kühlkreislauf, insbesondere thermisch angeschlossen ist, korreliert.
-
In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Komponente eine Energiequelle, beispielsweise eine Batterie oder Hochvoltbatterie oder Brennstoffzelle oder einen Kondensator. Diese Energiequelle ist insbesondere dazu eingerichtet, den elektrischen Antrieb mit elektrischer Energie zu versorgen.
-
Die zu wärmende Komponente umfasst oder ist eine Energiequelle. Diese Energiequelle ist beispielsweise eine Batterie oder eine Brennstoffzelle, und dient insbesondere der Versorgung des elektrischen Antriebes mit elektrischer Energie. Vorteilhaft wird somit ein Verfahren zur Erwärmung einer Energiequelle bereitgestellt, die aufgrund der Erwärmung nach einer Inbetriebnahme schneller ihre maximale Leistungsfähigkeit erreicht oder schneller den maximalen Strom abgeben kann.
-
In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung, umfasst das Betreiben der Leistungselektronik bei Beibehaltung des Solldrehmomentes mit erhöhter Verlustleistung der Leistungselektronik eine Verschiebung des Betriebspunktes der Leistungselektronik. Insbesondere umfasst diese Verschiebung des Betriebspunktes eine Id-/Iq-Verschiebung, welche eine Erhöhung der Ströme in der elektrischen Maschine bewirkt.
-
Ein Betrieb der Leistungselektronik mit erhöhter Verlustleistung bei gleichzeitiger Beibehaltung des Solldrehmomentes erfolgt mittels einer Verschiebung des Betriebspunktes der Leistungselektronik. Hierzu kann eine Verschiebung der Id-/Iq-Vektoren der pulsweitenmodulierten Ansteuerung der Leistungselektronik bei Beibehaltung des Solldrehmomentes angewendet werden. Die Ansteuerung mittels Id-/Iq Vektoren ist aus der Raumzeigermodulation (SVPWM) oder Vektorregelung von Synchronmaschinen oder Asynchronmaschinen bekannt. Eine Verschiebung der Id/Iq Komponenten wird so gewählt, dass sich eine Erhöhung der Ströme in der elektrischen Maschine ergibt und trotzdem das Solldrehmoment beibehalten wird. Dabei erhöhen sich auch die Ströme in der Leistungselektronik und führen zu erhöhten Leitungsverlusten in der Leistungselektronik. Vorteilhaft werden Verfahren bereitgestellt der Leistungselektronik bei Beibehaltung des Solldrehmoments mit erhöhter Verlustleistung zu betreiben.
-
In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Betreiben der Leistungselektronik bei Beibehaltung des Solldrehmomentes mit erhöhter Verlustleistung der Leistungselektronik eine geänderte Ansteuerung der Leistungselektronik.
-
Ein Betrieb der Leistungselektronik mit erhöhter Verlustleistung bei gleichzeitiger Beibehaltung des Solldrehmomentes erfolgt mittels einer geänderten Ansteuerung. Zur Steigerung der Schaltverluste in der Leistungselektronik wird beispielsweise die Schalthäufigkeit der Schaltelemente des Wechselrichters erhöht. Hierzu wird entsprechend eine geänderte Ansteuerung der Leistungselektronik verwendet, beispielsweise eine Erhöhung der Schaltfrequenz von beispielsweise typischen 10 kHz auf beispielsweise 15 oder 20 kHz und/oder ein Wechsel der Ansteuerung zu einem vergleichsweise verlustbehafteten Modulationsverfahren, beispielsweise der Raumzeigerpulsweitenmodulation (SVPWM). Diese geänderten Ansteuerungen der Leistungselektronik weisen aufgrund der erhöhten Schalthäufigkeit höhere Schaltverluste als die sonst bevorzugten verlustarmen Ansteuerverfahren oder Modulationsverfahren auf. Normalerweise werden für den Betrieb eines Fahrzeugs Ansteuerverfahren für die Leistungselektronik eingesetzt, welche möglichst wenig elektrische Verluste in der Leistungselektronik und/ oder im elektrischen Antrieb haben, damit bei begrenztem Energieeinsatz eine möglichst hohe Reichweite des Fahrzeugs erzielt wird. Verfahren mit geringen Schaltverlusten sind beispielsweise die Flattop- oder Blockkommutierung. Vorteilhaft werden Verfahren bereitgestellt, die Leistungselektronik bei Beibehaltung des Solldrehmoments mit erhöhter Verlustleistung zu betreiben.
-
In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Betreiben der Leistungselektronik bei Beibehaltung des Solldrehmomentes mit erhöhter Verlustleistung des elektrischen Antriebs eine Erhöhung der magnetischen Verluste des elektrischen Antriebs oder eine Erhöhung der Ströme durch den elektrischen Antrieb, insbesondere eine Erhöhung der Ströme durch den Stator einer elektrischen Maschine des elektrischen Antriebs.
-
Ein Betrieb der Leistungselektronik bei gleichzeitiger Beibehaltung des Solldrehmomentes mit erhöhter Verlustleistung des elektrischen Antriebs erfolgt mittels einer Erhöhung der magnetischen Verluste innerhalb des elektrischen Antriebs, insbesondere innerhalb der elektrischen Maschine. Ziel der pulsweitenmodulierten Ansteuerung der Leistungselektronik ist die Generierung von möglichst sinusförmigen Phasenspannungen zur Versorgung des elektrischen Antriebs aus einer Gleichspannung. Je nach Ansteuerung der Leistungselektronik erzeugt diese ein ansteuerungsspezifisches Frequenzspektrum der Ströme oder Phasenströme. Die Grundwelle des erzeugten Stroms ist ursächlich für das abzugebende Solldrehmoment des elektrischen Antriebs. Die parasitären Oberwellen führen zu magnetischen Verlusten und können bei geringen Drehzahlen zu einem unkomfortablen, ungleichmäßigen Drehen der elektrischen Maschine führen. Mittels einer Reduktion der Schaltfrequenz und damit einer Reduktion der Schalthäufigkeit bei der Pulsweitenmodulation ergeben sich verstärkt Oberwellen bei der Ausbildung des sinusförmigen Stroms. So weisen die Ströme eine verstärkte Welligkeit gegenüber einer idealen Sinusschwingung auf und führen zu erhöhten magnetischen Verlusten in der elektrischen Maschine. Die Reduktion der Schalthäufigkeit kann mittels einer Reduktion der Schaltfrequenz oder mittels einer Änderung des Ansteuerverfahrens, beispielsweise ein Wechsel von einer Raumzeigerpulsweitenmodulation zu einer Flattop- oder Blockkommutierung, erfolgen. Die Anwendung der Reduktion der Schaltfrequenz bietet sich insbesondere bei hohen Drehzahlen der elektrischen Maschine an, da bei geringen Drehzahlen der elektrischen Maschine eine Reduktion der Schaltfrequenz zu einem unkomfortablen, ungleichmäßigen Drehen der elektrischen Maschine führen kann.
-
Alternativ oder zusätzlich können die Ströme zur Versorgung der elektrischen Maschine des elektrischen Antriebs, die Ströme durch die elektrische Maschine oder die Ströme durch den Stator erhöht werden bei gleichzeitiger Beibehaltung des Solldrehmomentes indem die Id-/Iq-Komponenten der Raumzeigermodulation (SVPWM) verschoben werden. Aufgrund der höheren Ströme entstehen größere Leitungsverluste in den Wicklungen des elektrischen Antriebs. Die Verschiebung der Id-/Iq-Komponenten der Raumzeigermodulation führt im gesamten Drehzahlbereich der elektrischen Maschine zu erhöhten Verlusten der elektrischen Maschine. Insbesondere hat die Verschiebung der Id-/Iq-Komponenten der Raumzeigermodulation keine Auswirkung auf den Rundlauf der elektrischen Maschine.
-
Bei fremderregten elektrischen Maschinen kann das Betreiben der Leistungselektronik bei Beibehaltung des Solldrehmomentes mit erhöhter Verlustleistung des elektrischen Antriebs mittels Erhöhung der Ströme durch den Stator einer elektrischen Maschine des elektrischen Antriebs dadurch erfolgen, dass der Erregerstrom reduziert wird und sich der magnetische Fluss reduziert. Zur Beibehaltung des Solldrehmomentes wird die Leistungselektronik so betrieben, dass sich der Strom durch den Stator erhöht. Die Erhöhung des Stroms führt zu erhöhten Leitungsverlusten in den Spulen des Stators der elektrischen Maschine. Üblicherweise ist der Stator in den Kühlkreislauf eingebunden, sodass der erhöhte Wärmeeintrag an die zu wärmende Komponente übertragen werden kann.
-
Insbesondere können auch Verluste einer Erregerspule einer fremderregten elektrischen Maschine und deren Ansteuerung gezielt erhöht werden bei Beibehaltung des Solldrehmoments. Eine Erregerspule wird beispielsweise mittels einer Schaltbrücke mit einem Erregerstrom versorgt. Zur Erhöhung der Verluste der Ansteuerung wird beispielsweise ebenfalls die Schalthäufigkeit erhöht, insbesondere mittels einer Erhöhung der Schaltfrequenz. Zur Erhöhung der magnetischen Verluste der Erregerspule in der elektrischen Maschine wird ebenfalls zur Erzeugung von Oberwellen die Schalthäufigkeit reduziert. Ebenso wird insbesondere der Erregerstrom erhöht zur Erzeugung höherer Leitungsverluste in der Erregerspule. Bei Beibehaltung des Sollmomentes führt ebenfalls eine auf die veränderte Ansteuerung der Erregerspule angepasste Ansteuerung der Leistungselektronik zu erhöhten Verlusten.
-
Vorteilhaft werden Verfahren bereitgestellt, die Leistungselektronik bei Beibehaltung des Solldrehmoments mit erhöhter Verlustleistung des elektrischen Antriebs zu betreiben.
-
In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Verfahren einen weiteren Schritt: Betreiben der Leistungselektronik bei Beibehaltung des Solldrehmomentes mit reduzierter Verlustleistung der Leistungselektronik oder des elektrischen Antriebes, falls die ermittelte Temperatur größer als der Temperaturschwellwert ist.
-
Der Betrieb der Leistungselektronik erfolgt mit reduzierter Verlustleistung der Leistungselektronik oder des elektrischen Antriebs, falls die ermittelte Temperatur den Temperaturschwellwert überschreitet oder falls die ermittelte Temperatur größer als der Temperaturschwellwert ist. Dies geschieht bei Beibehaltung des Solldrehmomentes insbesondere mittels Änderung der Ansteuerung Leistungselektronik so dass die Verluste in der Leistungselektronik und/ oder dem elektrischen Antrieb minimiert werden. Vorteilhaft wird ein Verfahren zur Erwärmung einer Komponente bereitgestellt, bei dem nach Erreichen eines Temperaturschwellwerts oder Erreichen der Betriebstemperatur eine weitere aktive Erwärmung der zu erwärmenden Komponente vermieden wird.
-
Ferner betrifft die Erfindung ein Computerprogramm, das eingerichtet ist, die bisher beschriebenen Verfahren auszuführen.
-
Ferner betrifft die Erfindung ein maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das beschriebene Computerprogramm gespeichert ist.
-
Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Erwärmung einer Komponente, wobei die Komponente zur Kühlung an einen gemeinsamen Kühlkreislauf mit einer Leistungselektronik oder einem elektrischen Antrieb angeschlossen ist. Die Vorrichtung umfasst weiter eine Steuerung zur Ansteuerung der Leistungselektronik des elektrischen Antriebes zur Stellung eines positiven oder negativen Solldrehmomentes. Die Steuerung ist dazu eingerichtet, eine Temperatur zu ermitteln, die Temperatur mit einem Temperaturschwellwert zu vergleichen und die Leistungselektronik bei Beibehaltung des Solldrehmomentes mit erhöhter Verlustleistung der Leistungselektronik oder des elektrischen Antriebs zu betreiben, falls die ermittelte Temperatur kleiner als der Temperaturschwellwert ist.
-
Es wird eine Vorrichtung zur Erwärmung einer Komponente bereitgestellt. Die Komponente ist hierzu an einen gemeinsamen Kühlkreislauf angeschlossen oder verbunden. Das bedeutet, dass ein gemeinsamer Kühlkreislauf vorhanden ist, dessen Kühlmittel sowohl an der Komponente als auch an einer Leistungselektronik und/oder einem elektrischen Antrieb zur Kühlung vorbeigeführt wird. Es ist ein Kühlkreislauf mit einem Kühlmittel vorgesehen, welcher zur Kühlung der angeschlossenen Bauteile oder Komponenten dient und einen Wärmeaustausch der angeschlossenen Bauteile oder Komponenten verstärkt. Weiter umfasst die Vorrichtung eine Steuerung, die auch zur Ansteuerung der Leistungselektronik des elektrischen Antriebes zur Stellung eines positiven oder negativen Solldrehmomentes dient. Zur Erwärmung einer Komponente ermittelt die Steuerung zunächst eine Temperatur und vergleicht diese mit einem Temperaturschwellwert. Insbesondere wird eine Temperatur ermittelt, die mit der Temperatur der Komponente korreliert. Falls die ermittelte Temperatur den Temperaturschwellwert unterschreitet oder die ermittelte Temperatur kleiner als der Temperaturschwellwert ist, und somit die Komponente vermutlich eine Temperatur aufweist, die unterhalb einer gewünschten Betriebstemperatur liegt, wird die Leistungselektronik mittels der Steuerung derart angesteuert, dass die Leistungselektronik und/oder der elektrische Antrieb mit einer erhöhten Verlustleistung betrieben wird. Bei dem Betrieb mit erhöhter Verlustleistung wird weiterhin das angeforderte Solldrehmoment gestellt und beibehalten. Die erhöhte Verlustleistung der Leistungselektronik wird über das Kühlmittel in den Kühlkreislauf als Wärme eingetragen und von der noch kühleren Komponente zumindest teilweise aufgenommen. Somit wird die zu erwärmende Komponente über das Kühlmittel des Kühlkreislaufes erwärmt. Vorteilhaft wird eine Vorrichtung zur Erwärmung einer Komponente bereitgestellt. Dabei wird kein zusätzliches Heizelement benötigt und entsprechend Bauraum eingespart. Durch die Erwärmung des Kühlmittels wird die zu erwärmende Komponente schneller verfügbar.
-
Ferner betrifft die Erfindung einen Antriebsstrang mit einer Komponente und einer beschriebenen Vorrichtung und insbesondere mit einer Leistungselektronik und/ oder einem elektrischen Antrieb. Ein derartiger Antriebsstrang dient beispielsweise dem Antrieb eines elektrischen Fahrzeugs. Mittels des Verfahrens und der Vorrichtung wird ein sicherer Betrieb des Antriebstrangs ermöglicht.
-
Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug, mit einem beschriebenen Antriebsstrang. Vorteilhaft wird somit ein Fahrzeug bereitgestellt, welches eine Vorrichtung umfasst, mit der eine Komponente erwärmt werden kann.
-
Es versteht sich, dass die Merkmale, Eigenschaften und Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens entsprechend auf die Vorrichtung bzw. den Antriebsstrang und das Fahrzeug und umgekehrt zutreffen bzw. anwendbar sind.
-
Weitere Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnung
-
Im Folgenden soll die Erfindung anhand einiger Figuren näher erläutert werden, dazu zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung mit einer Steuerung zur Erwärmung einer Komponente,
-
2 ein schematisch dargestelltes Fahrzeug mit einem Antriebsstrang,
-
3 ein schematisch dargestelltes Ablaufdiagramm für ein Verfahren zur Erwärmung einer Komponente.
-
Ausführungsformen der Erfindung
-
Die 1 zeigt eine Vorrichtung 100 zur Erwärmung einer Komponente 10. Die Komponente 10 ist an einen gemeinsamen Kühlkreislauf 80 mit einer Leistungselektronik 40 und/oder einem elektrischen Antrieb 20 angeschlossen. Innerhalb des Kühlkreislaufes befindet sich das Kühlmittel 70, welches beispielsweise mittels einer Pumpe (in der Zeichnung nicht dargestellt), innerhalb des Kühlkreislaufes 80 befördert wird. Insbesondere ist es vorteilhaft in einer Aufwärmphase für eine rasche Erwärmung des Kühlmittels 70 den Kühlkreislauf 80 von einem eventuell vorhandenen Kühlkreislaufabschnitt mit einem Wärmetauscher oder Kühler (in der Zeichnung nicht dargestellt) beispielsweise mittels eines Ventils zu trennen. Es ist eine Steuerung 30 zur Ansteuerung der Leistungselektronik 40 vorgesehen. In Abhängigkeit eines positiven oder negativen Solldrehmomentes 50 steuert die Steuerung 30 die Leistungselektronik 40 an, sodass der daran angeschlossene elektrische Antrieb 20 das gewünschte Drehmoment einstellt und abgibt. Ein Temperatursensor 60 erfasst eine Temperatur, welche die Kühlmitteltemperatur KT des Kühlkreislaufes 80 oder beispielsweise die Temperatur der zu erwärmenden Komponente 10 charakterisiert. Dieser Temperatursensor muss daher vorteilhaft nicht direkt am Kühlkreislauf oder der elektrischen Komponente 10 angebracht werden. Die Steuerung 30 ermittelt die Temperatur T, indem sie das Signal des Temperatursensors 60 ausliest. Die Temperatur T wird mit einem vorgebbaren Temperaturschwellwert TS innerhalb der Steuerung 30 verglichen. Falls die ermittelte Temperatur T kleiner als der Temperaturschwellwert TS ist, steuert die Steuerung 30 die Leistungselektronik 40 bei Beibehaltung des Solldrehmomentes 50 derart an, dass der Betrieb der Leistungselektronik 40 mit erhöhter Verlustleistung der Leistungselektronik 40 oder des elektrischen Antriebs 20 erfolgt. Weiter zeigt die 1 auch einen elektrischen Antriebsstrang 200 umfassend die Komponente 10, wobei die Komponente 10 insbesondere eine Energiequelle für den elektrischen Antrieb 20 ist, und die Vorrichtung 100. Insbesondere umfasst der Antriebstrang die Leistungselektronik 40 und/ oder den elektrischen Antrieb 20.
-
2 zeigt ein schematisch dargestelltes Fahrzeug 300 mit einem Antriebsstrang 200. Die Darstellung zeigt beispielhaft ein Fahrzeug mit vier Rädern 310, wobei die Erfindung gleichermaßen in beliebigen Fahrzeugen mit einer beliebigen Anzahl an Rädern zu Lande, zu Wasser und in der Luft einsetzbar ist.
-
Die 3 zeigt einen schematischen Ablauf eines Verfahrens 400 zur Erwärmung einer Komponente 10. Mit dem Schritt 410 beginnt das Verfahren. In Schritt 420 wird eine Temperatur T ermittelt. Anschließend wird in Schritt 430 die ermittelte Temperatur T mit einem Temperaturschwellwert TS verglichen. Falls die ermittelte Temperatur T kleiner als der Temperaturschwellwert TS ist, wird die Leistungselektronik 40 in Schritt 440 derart betrieben, dass bei Beibehaltung des Solldrehmoments 50 die Leistungselektronik 40 oder der elektrische Antrieb 20 mit erhöhter Verlustleistung betrieben wird. Falls die ermittelte Temperatur T größer als der Temperaturschwellwert TS ist, wird die Leistungselektronik 40 bei Beibehaltung des Solldrehmomentes 50 in Schritt 450 mit reduzierter oder minimaler Verlustleistung der Leistungselektronik 40 oder des elektrischen Antriebes 20 betrieben. Der Betrieb mit erhöhter Verlustleistung in Schritt 440 kann auf unterschiedliche Art und Weise erfolgen. Beispielhaft sind die Schritte 442, 444 und 446 dargestellt. In Schritt 442 wird die Leistungselektronik 40 mit erhöhter Verlustleistung betrieben. Dies erfolgt insbesondere durch eine gezielte Erhöhung der Ströme in der Leistungselektronik 40. Eine Erhöhung der Ströme in der Leistungselektronik 40 kann beispielsweise mittels einer Verschiebung des Betriebspunktes, also der Id/Iq-Vektoren der Vektorregelung (SVPWM), erfolgen. Zusätzlich oder alternativ erfolgt in Schritt 444 ebenfalls eine Erhöhung der Verlustleistung der Leistungselektronik 40 mittels eines geänderten Ansteuerverfahrens. Beispielsweise wird statt einem Ansteuerverfahren mit möglichst geringen Verlusten, insbesondere Flattop-Kommutierung oder Blockkommutierung, eine klassische Pulsweitenmodulation mit einer vergleichsweis hohen Schalthäufigkeit angewendet. Insbesondere kann hierzu auch die Schaltfrequenz variabel, zwischen beispielsweise 2kHz und 12 kHz, erhöht oder verdoppelt, beispielsweise von 10 auf 20 kHz, werden. In Schritt 446 wird zusätzlich oder alternativ die Leistungselektronik 40 derart angesteuert, dass sich eine erhöhte Verlustleistung im elektrischen Antrieb 20 ergibt, beispielsweise mittels Erhöhung des Oberwellenanteils im Frequenzspektrum. Mittels dieser unterschiedlichen Maßnahmen ergeben sich höhere Verlustleistungen in der Leistungselektronik 40 und/ oder dem elektrischen Antrieb 20, welche wiederum zu einer Erwärmung des Kühlmittels 70 im Kühlkreislauf 80 führt. Das erwärmte Kühlmittel 70 wiederum führt zu einer schnelleren Erwärmung der Komponente 10 oder insbesondere einer Energiequelle für den elektrischen Antrieb 20. Mit Schritt 460 endet das Verfahren.
-
Beispielsweise bei Hybridfahrzeugen wird bei sehr kalten Umgebungstemperaturen die Verbrennungskraftmaschine gestartet. Während der Startphase wird der Abgaskatalysator geheizt, um die Konvertierungstemperatur zu erreichen. Dies geschieht durch eine Lastpunktverschiebung zwischen der elektrischen Maschine und der Verbrennungskraftmaschine. Da für die Katalysator-Heizstrategie eine hohe Luftmasse bzw. Abgasmasse benötigt wird, wird die Leistung der Verbrennungskraftmaschine aktiv angehoben. Um dabei das vom Fahrer geforderte Moment in dieser Phase einzustellen, wird die elektrische Maschine generatorisch betrieben. Diese Phase, bei der die elektrische Maschine des elektrischen Antriebs 20 generatorisch betrieben wird, kann für die Id-/Iq-Verschiebung und/oder Umschaltung auf ein Ansteuerverfahren mit erhöhter Verlustleistung benutzt werden, um damit die Batterie schneller auf die Betriebstemperatur zu bringen.
