DE102019101354A1

DE102019101354A1 - System zum heizen von fahrgastkabine mit durch eine heizung gesteigerter wechselrichterabwärme

Info

Publication number: DE102019101354A1
Application number: DE102019101354.2A
Authority: DE
Inventors: Thomas Zenner; Daniel Benjamin Kok; Kenneth J. Jackson; Serdar Hakki Yonak
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2018-01-19
Filing date: 2019-01-18
Publication date: 2019-07-25
Also published as: US20190225052A1; US10906377B2; CN110053452A

Abstract

Ein Fahrzeug beinhaltet einen Wechselrichter, ein Klimasteuersystem und ein Kühlmittelsystem. Das Klimasteuersystem beinhaltet ein Gehäuse und einen Heizkern und eine elektrische Heizung, die innerhalb des Gehäuses angeordnet sind. Das Kühlmittelsystem beinhaltet Leitung, die angeordnet ist, um Kühlmittel durch den Wechselrichter und den Heizkern zu zirkulieren. Der Wechselrichter ist stromaufwärts des Heizkerns angeordnet.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft Hybridelektro- und vollständig elektrische Fahrzeuge, die ein Klimasteuersystem aufweisen, das angeordnet ist, um eine Fahrgastkabine unter Verwendung von Wärme, die durch einen Wechselrichter erzeugt wird, in Kombination mit einem Wärmebooster zu heizen.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Herkömmliche Fahrzeuge, die durch einen Verbrennungsmotor angetrieben werden, heizen eine Fahrgastkabine des Fahrzeugs typischerweise unter Verwendung von Abwärme, die durch den Verbrennungsmotor erzeugt wird. Durch den Verbrennungsmotor erhitztes Kühlmittel wird zu einem Heizkern zirkuliert, der innerhalb einer Heizungs-, Lüftungs- und Klimatisierungs-(HLK-)Einheit angeordnet ist. Die HLK-Einheit beinhaltet ein Gebläse, das einen Luftstrom durch den Heizkern und in die Fahrgastkabine zirkuliert, um Wärme bereitzustellen.
Um die Kraftstoffeffizienz zu verbessern und den Einfluss auf die Umwelt zu verringern, sind Elektro- und Hybridelektrofahrzeuge entwickelt worden, um die Kraftstoffeffizienz zu verbessern und Verschmutzung zu reduzieren. Diese Fahrzeuge können keine oder unzureichend Verbrennungsmotorabwärme erzeugen, um Kabinenheizanforderungen zu erfüllen. Folglich werden andere Wärmequellen benötigt, um die Kabine ausreichend zu heizen.
Technische Probleme des Standes der Technik werden durch das Gebrauchsmuster gelöst.
KURZDARSTELLUNG
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet ein Fahrzeug einen Wechselrichter, eine elektrische Heizung und einen Heizkern. Ein Fahrzeugkühlmittelsystem weist Leitung auf, die angeordnet ist, um Kühlmittel durch den Wechselrichter, die elektrische Heizung und den Heizkern zu zirkulieren, sodass sich die elektrische Heizung stromaufwärts des Wechselrichters und stromabwärts des Heizkerns befindet.
Gemäß einer anderen Ausführungsform beinhaltet ein Fahrzeug einen Wechselrichter, ein Klimasteuersystem und ein Kühlmittelsystem. Das Klimasteuersystem beinhaltet ein Gehäuse und einen Heizkern und eine elektrische Heizung, die innerhalb des Gehäuses angeordnet sind. Das Kühlmittelsystem beinhaltet Leitung, die angeordnet ist, um Kühlmittel durch den Wechselrichter und den Heizkern zu zirkulieren. Der Wechselrichter ist stromaufwärts des Heizkerns angeordnet.
Figurenliste

1 ist eine schematische Darstellung eines Hybridelektrofahrzeugs.
2 ist eine schematische Darstellung eines Wärmeverwaltungssystems, das ein Kühlmittelsystem und ein Kältemittelsystem aufweist, die kooperieren, um eine Fahrgastkabine des Fahrzeugs zu heizen.
3 ist eine schematische Darstellung eines anderen Wärmeverwaltungssystems, das ein Kühlmittelsystem und ein Kältemittelsystem aufweist, die kooperieren, um eine Fahrgastkabine des Fahrzeugs zu heizen.
4 ist eine schematische Darstellung eines Wärmeverwaltungssystems, das ein Kühlmittelsystem und eine Heizung aufweist, um eine Temperatur von Kühlmittel innerhalb des Kühlmittelsystems zu steigern.
5 ist eine schematische Darstellung eines Wärmeverwaltungssystems, das eine Heizung aufweist, die in einem Klimasteuersystem angeordnet ist.
6 ist eine schematische Darstellung eines anderen Wärmeverwaltungssystems, das eine Heizung aufweist, die in einem Klimasteuersystem angeordnet ist.
7 ist ein Ablaufdiagramm, das einen Algorithmus zum Steuern eines Wärmeverwaltungssystems veranschaulicht, das ein Kältemittelsystem aufweist, das durch zumindest einen Wechselrichter erzeugte Abwärme ergänzt.
8 ist ein Ablaufdiagramm, das einen Algorithmus zum Steuern eines Wärmeverwaltungssystems veranschaulicht, das eine elektrische Heizung aufweist, die durch zumindest einen Wechselrichter erzeugte Abwärme ergänzt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden hier beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich Beispiele sind und andere Ausführungsformen verschiedene und alternative Formen annehmen können. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstabsgetreu; einige Merkmale könnten vergrößert oder verkleinert dargestellt sein, um Details bestimmter Komponenten zu zeigen. Demnach sind hier offenbarte konkrete strukturelle und funktionelle Details nicht als einschränkend auszulegen, sondern lediglich als repräsentative Grundlage, um den Fachmann die vielfältige Verwendung des vorliegenden Gebrauchsmusters zu lehren. Der Durchschnittsfachmann wird verstehen, dass verschiedene Merkmale, die in Bezug auf beliebige der Figuren veranschaulicht und beschrieben werden, mit Merkmalen kombiniert werden können, die in einer oder mehreren anderen Figuren veranschaulicht sind, um Ausführungsformen zu erzeugen, welche nicht ausdrücklich veranschaulicht oder beschrieben sind. Die veranschaulichten Kombinationen von Merkmalen stellen repräsentative Ausführungsformen für typische Anwendungen bereit. Verschiedene Kombinationen und Modifikationen der Merkmale, die mit den Lehren dieser Offenbarung vereinbar sind, könnten jedoch für bestimmte Anwendungen oder Umsetzungen wünschenswert sein.
1 stellt ein Hybridelektrofahrzeug (hybrid-electric vehicle - HEV) 12 dar, aber diese Offenbarung ist nicht auf ein HEV beschränkt. Das Fahrzeug 12 kann eine oder mehrere elektrische Maschinen 14 beinhalten, die mechanisch an ein Hybridgetriebe 16 gekoppelt sind. Die elektrischen Maschinen 14 können dazu in der Lage sein, als Motor oder Generator zu arbeiten. Außerdem ist das Hybridgetriebe 16 mechanisch an einen Verbrennungsmotor 18 gekoppelt. Das Hybridgetriebe 16 ist mechanisch an eine Antriebswelle 20 gekoppelt, die mechanisch an die Räder 22 gekoppelt ist. Die elektrischen Maschinen 14 können Antriebs- und Entschleunigungsfähigkeit bereitstellen, wenn der Verbrennungsmotor 18 ein- oder ausgeschaltet wird. Die elektrischen Maschinen 14 agieren auch als Generatoren und können Kraftstoffeffizienzvorteile bereitstellen, indem sie Energie zurückgewinnen, die normalerweise als Wärme beim Reibungsbremsen verlorengehen würde. Die elektrischen Maschinen 14 können unter bestimmten Umständen auch Fahrzeugemissionen reduzieren, indem dem Verbrennungsmotor 18 ermöglicht wird, bei effizienteren Drehzahlen zu arbeiten und dem Hybridelektrofahrzeug 12 ermöglicht wird, im Elektromodus mit ausgeschaltetem Verbrennungsmotor 18 betrieben werden.
Eine Traktionsbatterie oder ein Batteriepack 24 speichert Energie, die von den elektrischen Maschinen 14 verwendet werden kann. Die Fahrzeugbatterie 24 stellt typischerweise eine Hochspannungsgleichstrom-(DC-)Ausgabe bereit. Die Traktionsbatterie 24 ist elektrisch an einen Wechselrichter 26 gekoppelt. Ein oder mehrere Schütze 42 können die Traktionsbatterie 24 von anderen Komponenten isolieren, wenn sie geöffnet sind und die Traktionsbatterie 24 mit anderen Komponenten verbinden, wenn sie geschlossen sind. Der Wechselrichter 26 ist auch elektrisch an die elektrischen Maschinen 14 gekoppelt und stellt die Fähigkeit bereit, bidirektional Energie zwischen der Traktionsbatterie 24 und den elektrischen Maschinen 14 zu übertragen. Zum Beispiel kann eine Traktionsbatterie 24 eine DC-Spannung bereitstellen, während die elektrischen Maschinen 14 mit Dreiphasenwechselstrom (AC) arbeiten können. Der Wechselrichter 26 kann den DC in Dreiphasen-AC umwandeln, um die elektrischen Maschinen 14 zu betreiben. In einem regenerativen Modus agiert der Wechselrichter als ein Gleichrichter, um den Dreiphasen-AC von den elektrischen Maschinen 14, die als Generatoren agieren, in den DC umzuwandeln, der mit der Traktionsbatterie 24 kompatibel ist.
Zusätzlich zum Bereitstellen von Energie für den Antrieb kann die Traktionsbatterie 24 Energie für andere elektrische Fahrzeugsysteme bereitstellen. Ein Fahrzeug 12 kann ein DC/DC-Wandlermodul 28 beinhalten, das die Hochspannungs-DC-Ausgabe der Traktionsbatterie 24 in eine Niedrigspannungs-DC-Zufuhr umwandelt, die mit Niedrigspannungsfahrzeuglasten kompatibel ist. Eine Ausgabe des DC/DC-Wandlermoduls 28 kann elektrisch an eine Hilfsbatterie 30 (z. B. 12-Volt-Batterie) gekoppelt sein. Die Niedrigspannungssysteme können elektrisch an die Hilfsbatterie gekoppelt sein. Andere Hochspannungslasten 46 wie zum Beispiel ein Verdichter können an den Hochspannungsausgang der Traktionsbatterie 24 gekoppelt sein.
Eine oder mehrere elektrische Lasten 46 können an den Hochspannungsbus gekoppelt sein. Die elektrischen Lasten 46 können eine zugehörige Steuerung aufweisen, die die elektrischen Lasten 46 bei Bedarf betätigt und steuert. Beispiele für elektrische Lasten 46 können ein Heizsystem oder ein Klimaanlagensystem sein.
Elektronische Systeme in dem Fahrzeug 12 können über ein oder mehrere Fahrzeugnetzwerke kommunizieren. Das Fahrzeugnetzwerk kann eine Vielzahl von Kanälen zur Kommunikation beinhalten. Ein Kanal des Fahrzeugnetzwerks kann ein serieller Bus wie zum Beispiel ein Controller Area Network (CAN) sein. Einer der Kanäle des Fahrzeugnetzwerks kann ein Ethernet-Netzwerk beinhalten, das durch die Standardfamilie des Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) 802 definiert ist. Zusätzliche Kanäle des Fahrzeugnetzwerks können einzelne Verbindungen zwischen Modulen beinhalten und können Leistungssignale von der Hilfsbatterie 30 beinhalten. Unterschiedliche Signale können über unterschiedliche Kanäle des Fahrzeugnetzwerks übertragen werden. Zum Beispiel können Videosignale über einen Hochgeschwindigkeitskanal (z. B. Ethernet) übertragen werden, während Steuersignale über CAN oder separate Drähte übertragen werden können. Das Fahrzeugnetzwerk kann beliebige Hardware- und Software-Komponenten beinhalten, die dabei helfen, Signale und Daten zwischen Modulen zu übertragen. Das Fahrzeugnetzwerk ist in 1 nicht gezeigt, aber das Fahrzeugnetzwerk kann mit einem beliebigen elektronischen Modul verbunden werden, das in dem Fahrzeug 12 vorhanden ist. Es kann eine Fahrzeugsystemsteuerung (vehicle system controller - VSC) 48 vorhanden sein, um den Betrieb der verschiedenen Komponenten zu koordinieren.
Der Wechselrichter 26, der DC/DC-Wandler 28 und andere Komponenten erzeugen Wärme während des Betriebs des elektrischen Antriebsstrangs. Diese Wärmeerzeugung kann auftreten, wenn das Fahrzeug die elektrischen Maschinen 14 verwendet, um das Fahrzeug anzutreiben und wenn die Batterie entweder durch regeneratives Bremsen oder durch einen Ladeanschluss, wenn sie damit ausgestattet ist, geladen wird. Die Wärmeerzeugungskomponenten des elektrischen Antriebsstrangs, wie zum Beispiel der Wechselrichter 26 und der DC/DC-Wandler 28, können ein oder mehrere Wärmeverwaltungssysteme erfordern, um die Komponenten innerhalb eines gewünschten Temperaturfensters zu halten. Typischerweise wird die Abwärme, die durch die Komponenten erzeugt wird, in die Außenluft abgeleitet und wird nicht zum Heizen der Kabine verwendet. Diese Offenbarung legt eine Vielzahl von Klimasteuersystemen dar, die angeordnet sind, um Abwärme von dem Wechselrichter 26 und dem DC/DC-Wandler 28 zu verwenden, um eine Fahrgastkabine des Fahrzeugs 12 zu heizen.
Anders als ein Verbrennungsmotor, der ausreichend Abwärme erzeugt, um die Kabine zu erwärmen, können der Wechselrichter 28 und der DC/DC-Wandler 28 nicht ausreichend Abwärme erzeugen, um die Kabine ohne die Hilfe eines Wärmeboosters zu erwärmen. Der Wärmebooster kann die Temperatur des Arbeitsfluids erhöhen, das durch den Heizkern zirkuliert, sodass die Kabine vollständig geheizt werden kann, oder kann die Temperatur eines Luftstroms innerhalb der Heizungs-, Lüftungs- und Klimatisierungs-(HLK-)Einheit erhöhen.
2 bis 6 offenbaren beispielhafte Ausführungsformen von Wärmeverwaltungssystemen, die die Fahrgastkabine unter Verwendung von Abwärme von zumindest dem Wechselrichter 26 in Kombination mit einem Wärmebooster heizen.
Unter Bezugnahme auf 2 beinhaltet ein Wärmeverwaltungssystem 50 ein Kühlmittelsystem 52, ein Kältemittelsystem 54 (Wärmebooster) und ein Klimasteuersystem 57. Das Kühlmittelsystem 52 ist konfiguriert, um den Wechselrichter 26 und den DC/DC-Wandler 28 thermisch zu regulieren und dem Klimasteuersystem 57 durch das Zirkulieren von Kühlmittel Abwärme bereitzustellen. Hier verwendet bezieht sich „Kühlmittel“ auf ein flüssiges Kühlmittel wie zum Beispiel Ethylenglycol, andere Arten von Frostschutzmittel oder andere geeignete Flüssigkeit. Das Kühlmittelsystem 52 kann einen Kühler 54, eine Pumpe 56, ein Ventil 58 und eine Leitung beinhalten, die angeordnet sind, um das Kühlmittel durch den Wechselrichter 26, den DC/DC-Wandler 28, den Kühler 54 und andere Komponenten des Systems 50 zu zirkulieren. Das Kühlmittelsystem 52 ist auch angeordnet, um Kühlmittel durch einen Flüssigkeit-zu-Kältemittel-Wärmetauscher (Verdampfer) 80 des Kältemittelsystems 55 zu zirkulieren, um das Kühlmittelsystem 52 und das Kältemittelsystem 55 thermisch zu verbinden. Flüssigkeit-zu-Kältemittel-Verdampfer werden manchmal als Chiller bezeichnet.
Das Kühlmittelsystem 52 kann an der Pumpe 56 beginnen, die durch eine erste Leitung 60 mit dem DC/DC-Wandler 28 verbunden ist. Der DC/DC-Wandler 28 ist durch die Leitung 62 mit dem Wechselrichter 26 verbunden. Das Ventil 58 befindet sich stromabwärts des Wechselrichters 26. Das Ventil 58 kann ein Dreiwegeventil sein, das einen Einlass 73, der durch die Leitung 64 mit dem Wechselrichter 26 verbunden ist, einen ersten Auslass 76, der mit der Leitung 66 verbunden ist und einen zweiten Auslass 74, der durch die Leitung 70 mit dem Kühler 54 verbunden ist, beinhaltet. Die Leitung 66 befördert Kühlmittel von dem Dreiwegeventil 58 zu dem Verdampfer 80 und die Leitung 68 kehrt zu der Pumpe 56 zurück. Eine Austrittsseite des Kühlers 54 ist durch die Leitung 72 mit der Leitung 66 verbunden. Die Leitung 70 und 72 können als Kühlerschleife bezeichnet werden und die Leitung 66 und 68 können als in der Verdampferschleife bezeichnet werden.
Das Ventil 58 kann elektronisch gesteuert sein und einen Mechanismus beinhalten, der betätigbar ist, um Kühlmittel zwischen den Auslässen 74 und 76 zu proportionieren. Das Ventil 58 kann eine erste Position, in der das gesamte Kühlmittel zu dem Auslass 76 zirkuliert wird, und eine zweite Position, in dem das gesamte Kühlmittel zu dem Auslass 74 zirkuliert wird, beinhalten. Das Ventil 58 kann ferner Zwischenpositionen beinhalten, in denen Kühlmittelfluss zwischen den Auslässen proportioniert wird, z. B. empfängt der Auslass 74 30 % des Kühlmittelflusses und empfängt der Auslass 76 70 % des Kühlmittelflusses. Das Ventil 58 kann einen Aktor wie zum Beispiel einen Motor beinhalten, der in elektronischer Kommunikation mit der Steuerung 48 steht und gemäß Anweisungen von der Steuerung 48 arbeitet. In einer alternativen Ausführungsform kann das Dreiwegeventil 58 durch ein Paar an Ventilen ersetzt werden, wobei es sich im Gegensatz zu dem vorstehend beschriebenen proportionierenden Ventil um Ein-/Aus-Ventile handeln kann. Die Pumpe 56 kann ebenfalls in elektronischer Kommunikation mit der Steuerung 48 stehen und gemäß Anweisungen von der Steuerung 48 arbeiten.
Das Kältemittelsystem 55, das als eine Wärmepumpe bezeichnet werden kann, kann ein Dampfverdichtungssystem sein, der Kältemittel zwischen dem Verdampfer 80 und einem Kältemittel-zu-Luft-Wärmetauscher (Kondensator) 82 zirkuliert, um Wärme von dem Verdampfer 80 zu dem Kondensator 82 zu bewegen. Der Kondensator 82 kann als Heizkern bezeichnet werden, da er dem Klimasteuersystem 57 Wärme bereitstellt. Das Kältemittelsystem 55 wird durch einen Verdichter 84 angetrieben, der durch die Leitung 88 mit dem Kondensator 82 verbunden ist. Der Kondensator 82 ist durch die Leitung 90 mit dem Verdampfer 80 verbunden. Eine Expansionsvorrichtung 86 befindet sich auf der Leitung 90 stromaufwärts des Verdampfers 80. Die Expansionsvorrichtung 86 kann eine betätigbare Expansionsvorrichtung sein, die eine Reihe an Positionen aufweist, darunter weit offen, geschlossen und gedrosselt, oder kann eine passive Expansionsvorrichtung wie zum Beispiel ein Ausflussrohr sein. Die Expansionsvorrichtung 86 senkt die Temperatur und den Druck des Kältemittels vor dem Eintritt in den Verdampfer 80. Der Verdampfer 80 ist durch die Leitung 92 mit dem Verdichter 84 verbunden. Das Kältemittelsystem 55 kann andere bekannte Komponenten beinhalten, die nicht erörtert werden, z. B. einen Akkumulator.
Das Klimasteuersystem 57 ist für das Heizen und/oder Kühlen einer Fahrgastkabine 112 des Fahrzeugs verantwortlich. Das Klimasteuersystem 57 kann eine HLK-Einheit 96 beinhalten, die sich typischerweise unter einer Armatur des Fahrzeugs befindet. Die HLK-Einheit 96 beinhaltet ein Gehäuse 98, das ein Inneres 100 mit einem/einer oder mehreren Luftdurchlässen oder -kammern 104, 105 und 106 aufweist, die in Fluidkommunikation miteinander stehen. Der Luftdurchlass 104 beinhaltet einen Frischlufteinlass 102, der ermöglicht, dass Frischluft von außerhalb des Fahrzeugs in die HLK-Einheit 96 gezogen wird. Obwohl nicht gezeigt, kann die Einheit 96 eine Entlüftung für zurückgeführte Luft beinhalten, die Luft von innerhalb der Kabine 112 zieht. Der Luftkanal 106 erstreckt sich von dem mittleren Luftdurchlass 105 zu zumindest einer Kabinenentlüftung 110, die einen konditionierten Luftstrom in die Fahrgastkabine 112 freisetzt. Der Kondensator 82 ist innerhalb des Durchlasses 105 angeordnet. Ein Gebläse 108 ist angeordnet, um einen Frischluftstrom durch den Kondensator 82 zu zirkulieren, um den Frischluftstrom vor dem Eintritt in die Kabine 112 zu erhitzen. Obwohl nicht veranschaulicht, kann die HLK-Einheit 96 ein oder mehrere Ventile, z. B. Mischklappen, beinhalten, die bedienbar sind, um eine Temperatur des Luftstroms, der aus der Kabinenentlüftung 110 austritt, zu steuern, und um Luft zu steuern, die der zumindest einen Luftentlüftung zugeführt wird. In einigen Ausführungsformen kann ein Verdampfer (nicht gezeigt) eines Klimaanlagensystems innerhalb des Gehäuses 98 angeordnet sein. Alternativ kann das Klimaanlagensystem eine dedizierte HLK-Einheit aufweisen. Ein oder mehrere Temperatursensoren (nicht gezeigt) können innerhalb der HLK-Einheit 96 angeordnet und in Kommunikation mit der Steuerung sein. Signale von dem Temperatursensor können verwendet werden, um das Wärmeverwaltungssystem 50 zu steuern.
Das Wärmeverwaltungssystem 50 kann in einer Vielzahl von Modi wie zum Beispiel einem Kabinenheizmodus und einem Kabinen-Aus-Modus betrieben werden. Während dieser Modi können der Wechselrichter 26 und der DC/DC-Wandler 28 durch den Kühler 54 (Kabinen-Aus-Modus), den Verdampfer 80 (Kabinenheizmodus) oder eine Kombination aus beidem gekühlt werden, abhängig von der Ausführungsform.
Gemäß einer Ausführungsform wird das Ventil 58 im Kabinenheizmodus in die erste Position betätigt, sodass Wärme von dem Wechselrichter 26 und/oder dem DC/DC-Wandler 28 anstatt zu dem Kühler 54 zu dem Verdampfer 80 zirkuliert wird. Die Pumpe 56 wird erregt, um warmes Kühlmittel von dem Wechselrichter 26 und dem DC/DC-Wandler 28 zu dem Verdampfer 80 zu zirkulieren. Der Verdampfer 80 überträgt Wärmeenergie von dem Kühlmittel zu dem Kältemittel, um das Kühlmittel zum Rückführen zu dem Wechselrichter 26 und dem DC/DC-Wandler 28 zu kühlen, während gleichzeitig das Kältemittel erwärmt wird, um Wärme in das Kältemittelsystem 55 bereitzustellen. Der Verdichter 84 wird erregt, um ein stark komprimiertes, heißes Dampfkältemittel zu dem Kondensator 82 zu zirkulieren. Das Gebläse 108 wird erregt, um den äußeren Luftstrom durch den Kondensator zu ziehen, um den der Kabine zugeführten Luftstrom zu heizen. Parameter des Kältemittelsystems, wie zum Beispiel Verdichterleistung und Drehzahl, und Drehzahl des Gebläses 108 können variiert werden, um die Temperatur des Luftstroms zu erhöhen oder zu reduzieren.
Im Kabinen-Aus-Modus wird das Ventil 58 in die zweite Position betätigt, um den DC/DC-Wandler 28 und den Wechselrichter 26 mit dem Kühler 54 zu kühlen. Wenn sich das Ventil 58 in der zweiten Position befindet, wird Kühlmittel zu der Kühlerschleife zirkuliert, um den Verdampfer 80 zu umgehen. Das Kältemittelsystem 55 kann während des Kabinen-Aus-Modus nicht verwendet werden und kann entregt werden.
Unter Bezugnahme auf 3 beinhaltet ein Wärmeverwaltungssystem 120 ein Kühlmittelsystem 122, ein Kältemittelsystem 124 (Wärmebooster) und ein Klimasteuersystem 126. Das Kühlmittelsystem 122 ist konfiguriert, um den Wechselrichter 26 und den DC/DC-Wandler 28 thermisch zu regulieren und dem Klimasteuersystem 126 durch das Zirkulieren von Kühlmittel Abwärme bereitzustellen. Das Kühlmittelsystem 52 kann eine Pumpe 128 und eine Leitung 130 beinhalten, die angeordnet sind, um das Kühlmittel durch den Wechselrichter 26, den DC/DC-Wandler 28 und andere Komponenten des Systems 122 zu zirkulieren. Das Kühlmittelsystem 122 ist auch angeordnet, um Kühlmittel durch einen Flüssigkeit-zu-Kältemittel-Wärmetauscher (Verdampfer) 132 des Kältemittelsystems 124 zu zirkulieren, um das Kühlmittelsystem 122 und das Kältemittelsystem 124 thermisch zu verbinden.
Das Kältemittelsystem 124 zirkuliert Kältemittel zwischen dem Verdampfer 132 und einem Kältemittel-zu-Luft-Wärmetauscher (Kondensator) 134, um Wärme von dem Verdampfer 132 zu dem Kondensator 134 zu bewegen. Das Kältemittelsystem 124 wird durch einen Verdichter 136 angetrieben, der das Kältemittel durch die Leitung 140 und die anderen Komponenten des Systems 124 zirkuliert. Eine Expansionsvorrichtung 138 befindet sich stromaufwärts des Verdampfers 132.
Das Klimasteuersystem 126 ist für das Heizen und/oder Kühlen der Fahrgastkabine 112 des Fahrzeugs 12 verantwortlich. Das Klimasteuersystem 126 kann eine HLK-Einheit 142 beinhalten, die sich typischerweise unter einer Armatur des Fahrzeugs befindet. Die HLK-Einheit 142 beinhaltet ein Gehäuse 144, das ein Inneres 146 mit einer/einem oder mehreren Kammern oder Durchlässen aufweist, die in Fluidkommunikation miteinander stehen.
Anders als 2 beinhaltet das Kühlmittelsystem 122 keine Kühlerschleife, um Wärme des Wechselrichters 26 und des DC/DC-Wandlers 28 abzuleiten. Stattdessen werden der Wechselrichter 26 und der DC/DC-Wandler 28 gekühlt, indem Abwärme an die HLK-Einheit 142 abgewiesen wird, d. h., indem ein Luftstrom durch den Kondensator 134 zirkuliert wird. Das Innere 146 kann in einen ersten Abschnitt, der mit dem Übertragen von Abwärme von dem Wechselrichter 26 und dem DC/DC-Wandler 28 verbunden ist, und einen zweiten Abschnitt, der mit dem thermischen Regulieren der Kabine 112 verbunden ist, geteilt werden. Der erste und zweite Abschnitt sind selektiv in Fluidkommunikation und der erste Abschnitt befindet sich stromaufwärts des zweiten Abschnitts. Der erste Abschnitt kann eine erste Kammer 148 beinhalten. Der Kondensator 134 des Kältemittelsystems 124 kann innerhalb der ersten Kammer 148 angeordnet sein. Ein erstes Gebläse 154 ist ebenfalls in der ersten Kammer 148 stromaufwärts des Kondensators 134 angeordnet und zieht einen Frischluftstrom durch den ersten Frischlufteinlass 152, um den Luftstrom durch den Kondensator 134 zu zirkulieren. Die erhitzte Luft kann zu einer äußeren Entlüftung 156, zu dem zweiten Abschnitt oder einer Kombination aus beidem zirkuliert werden, abhängig von Heizbedarf der Kabine 112.
Der zweite Abschnitt kann eine(n) zweite(n) Kammer oder Durchlass 150 beinhalten, die/der von der ersten Luftkammer 148 durch eine Trennwand 162 getrennt ist. Ein(e) Luftdurchlass oder -öffnung 166 erstreckt sich durch die Trennwand 162, um die erste Kammer 148 und die zweite Kammer 150 in Fluidkommunikation zu verbinden. Ein Ventil 164 öffnet und schließt den Durchlass 166. In der veranschaulichten Ausführungsform ist das Ventil 164 eine Mischklappe, die schwenkbar an der Wand 162 angebracht ist. Wenn sich die Mischklappe in einer ersten Position (durchgezogen gezeigt) befindet, ist der Durchlass 166 vollständig blockiert und lenkt den Luftstrom zu der äußeren Entlüftung 156. Die erste Position entspricht einem Nichtheizmodus der Kabine 112. Wenn sich die Mischklappe in einer zweiten Position (gestrichelt gezeigt) befindet, ist die Entlüftung 156 vollständig geschlossen und lenkt den erhitzten Luftstrom in die zweite Kammer 150 und anschließend über zumindest eine Kabinenentlüftung 172 in die Kabine 112.
Die zweite Kammer 150 kann in Fluidkommunikation mit einem zweiten Frischlufteinlass 158 sein, sodass die Temperatur des Luftstroms gesteuert werden kann. Ein zweites Ventil 168, wie zum Beispiel eine Mischklappe, steuert den Strom an Frischluft in die Kammer 150. Wenn sich das Ventil 168 in einer ersten Position (gezeigt) befindet, wird keine Frischluft in die Kammer 150 gezogen und wird vollständig erhitzte Luft zu der Kabine zirkuliert. Das Ventil 168 kann zu einer Reihe an Positionen geöffnet werden, die verschiedene Mengen an Frischluft einführen, um die Temperatur des Luftstroms nach Bedarf zu reduzieren.
Ein zweites Gebläse 160 kann in der Kammer 150 angeordnet sein. Das zweite Gebläse 160 kann in Verbindung mit dem ersten Gebläse 154 verwendet werden, um Zirkulation von Luft in die Fahrgastkabine 112 zu steigern. Das erste und zweite Gebläse 154, 160 können auch unabhängig voneinander verwendet werden, wenn das Ventil 164 geschlossen ist, um die Kammer 148 von der Kammer 150 zu isolieren. Wenn das Ventil geschlossen ist, kann das Gebläse 160 nicht erhitzte Luft von dem zweiten Frischlufteinlass 158 in die Kabine 112 zirkulieren. In einigen Ausführungsformen kann der Verdampfer 174 des Fahrzeugklimaanlagensystems in der zweiten Kammer 150 untergebracht sein. Hier zirkuliert das Gebläse 160 einen Luftstrom durch den Verdampfer 174, um die Luft für die Fahrgastkabine 112 zu konditionieren. In anderen Ausführungsformen kann das Fahrzeugklimaanlagensystem eine dedizierte HLK-Einheit aufweisen, wobei in diesem Fall der Verdampfer 174 von der Einheit 142 weggelassen ist.
Zumindest ein Temperatursensor 171 kann in der Einheit 142 angeordnet sein. Der Sensor 171 ist in Kommunikation mit der Steuerung 48. Signale von dem Temperatursensor 171 können durch die Steuerung 48 verwendet werden, um das Kühlmittelsystem 122, das Kältemittelsystem 124 und das Klimasteuersystem 126 zu betreiben. Zum Beispiel kann die Steuerung 48 Messwerte von dem Temperatursensor 171 verwenden, um den Verdichter 136 und das Gebläse 154 zu steuern, um die Temperatur des Luftstroms nach Bedarf zu erhöhen oder zu reduzieren.
Das Wärmeverwaltungssystem 120 kann in einer Vielzahl von Modi wie zum Beispiel einem Kabinenheizmodus und einem Kabinen-Aus-Modus betrieben werden. Während beiden dieser Modi werden der Wechselrichter 26 und der DC/DC-Wandler 28 durch den Verdampfer 80 gekühlt. Im Kabinen-Aus-Modus ist das Ventil 164 geschlossen, um die Kammer 148 und die Kammer 150 zu isolieren, sodass keine Heißluft in die Fahrgastkabine 112 zirkuliert wird. Die Pumpe 128 und der Verdichter 136 werden erregt, sodass Abwärme von dem Wechselrichter 26 und dem DC/DC-Wandler 28 zu dem Kondensator 134 abgewiesen werden. In diesem Modus wird der Verdichter 136 auf Grundlage von Kühlbedarf des Wechselrichters 26 und des DC/DC-Wandlers 28 betrieben. Das Gebläse 154 wird erregt, um einen Luftstrom durch den Kondensator und aus der äußeren Entlüftung 156 zu zirkulieren.
Im Kabinenheizmodus wird Abwärme von dem Wechselrichter 26 und dem DC/DC-Wandler 28, die durch das Kältemittelsystem 124 gesteigert wird, zu dem Luftstrom übertragen, der den Kondensator 134 durchläuft. Das Ventil 164 ist zumindest teilweise offen, sodass zumindest ein Teil des Heißluftstroms durch den Durchlass 166 und in die zweite Kammer 150 strömt. Die Temperatur des Luftstroms, der aus dem Kondensator 134 austritt, kann reduziert werden, indem das Ventil 164, das Ventil 168 oder beide betätigt werden. Die Temperatur des Luftstroms, der aus dem Kondensator 134 austritt, kann auch moduliert werden, indem der Verdichter 136 gesteuert wird, wenn auch abhängig von Kühlanforderungen des Wechselrichters 26 und des DC/DC-Wandlers.
4 veranschaulicht ein Wärmeverwaltungssystem 180, das eine Heizung verwendet, um die Abwärme im Gegensatz zu einem Kältemittelsystem zu steigern. Das Wärmeverwaltungssystem 180 beinhaltet ein Kühlmittelsystem 182 und ein Klimasteuersystem 184. Das Kühlmittelsystem 182 ist konfiguriert, um den Wechselrichter 26 und den DC/DC-Wandler 28 thermisch zu regulieren und dem Klimasteuersystem 182 durch das Zirkulieren von Kühlmittel zu einer HLK-Einheit 186 des Klimasteuersystems 184 Abwärme bereitzustellen. Das Kühlmittelsystem 182 kann einen Kühler 188, eine Pumpe 190, ein Ventil 192, eine Heizung 194 und eine Leitung 196 beinhalten, die angeordnet sind, um das Kühlmittel dort hindurch zu zirkulieren. Das Kühlmittelsystem 122 ist auch angeordnet, um Kühlmittel durch einen Flüssigkeit-zu-Luft-Wärmetauscher (Heizkern) 204 zu zirkulieren, der in der HLK-Einheit 186 angeordnet ist. Das Kühlmittelsystem 182 kann an der Pumpe 190 beginnen, die durch eine erste Leitung mit dem DC/DC-Wandler 28 verbunden ist. Der DC/DC-Wandler 28 ist durch eine zweite Leitung mit dem Wechselrichter 26 verbunden. Das Ventil 192 befindet sich stromabwärts des Wechselrichters 26. Das Ventil 192 kann ein Dreiwegeventil sein, das einen Einlass 198, der mit dem Wechselrichter 26 verbunden ist, einen ersten Auslass 200, der mit der Heizung 194 verbunden ist und einen zweiten Auslass 202, der mit dem Kühler 188 verbunden ist, beinhaltet. Die Heizung 194 ist mit dem Heizkern 204 verbunden, der wiederum mit der Pumpe 190 verbunden ist, um den Fluidkreislauf zu vervollständigen.
Die Heizung 194 kann sich in einer elektrischen Widerstandsheizung wie zum Beispiel einer Heizung mit positivem Temperaturkoeffizienten (positive temperature coefficient - PTC) befinden. Die Heizung 194 kann durch die Traktionsbatterie 24 oder durch eine Niedrigspannungshilfsbatterie wie zum Beispiel eine 12- oder 24-Volt-(V-)Batterie angetrieben werden. Viele Elektrofahrzeuge verwenden eine PTC-Heizung als einzige Wärmequelle für die Fahrgastkabine. Diese PTC-Heizungen erfordern typischerweise hohe Spannungen und werden anstatt mit einer Niedrigspannungsquelle, z. B. der 12-V-Hilfsbatterie, durch den Hochspannungsbus angetrieben. Die Hochleistungs-PTC-Heizungen erfordern typischerweise eine große Menge an elektrischer Leistung, wodurch sich die Fahrzeugspanne reduziert. In dieser Offenbarung ist die Heizung 194 jedoch lediglich für den Wechselrichter 26 und den DC/DC-Wandler 28 ein Booster. Somit kann in einigen Anwendungen eine Heizung mit niedrigerer Spannung verwendet werden, um die elektrische Spanne zu erweitern. In anderen kann die Heizung 194 durch den Hochspannungsbus angetrieben werden. Es können auch andere Arten von Heizungen verwendet werden.
Die Menge des Wärmeboostings hängt von Kabinenheizanforderungen und der Gestaltung des Heizkerns 204 ab. In einer Ausführungsform ist der Heizkern 204 gestaltet, sodass er ein Kühlmittel mit 90 Grad Celsius empfängt, um hohe Wärme bereitzustellen. Abhängig von Betriebsbedingungen können der Wechselrichter 26 und der DC/DC-Wandler 28 das Kühlmittel nur auf 70 Grad Celsius erhitzen, wobei die Heizung 194 in diesem Fall betätigt wird, um die Kühlmitteltemperatur um 20 Grad Celsius zu steigern. Diese Temperaturen sind lediglich veranschaulichend und sind nicht einschränkend. Das Kühlmittelsystem 182 kann einen Temperatursensor 211 beinhalten, der stromabwärts des Wechselrichters 26 und DC/DC-Wandlers 28 und stromaufwärts der Heizung 194 angeordnet ist. Der Temperatursensor 211 ist konfiguriert, um eine Temperatur des Kühlmittels zu erfassen, das dort hindurch zirkuliert, und ein Signal, das die Kühlmitteltemperatur angibt, an die Steuerung 48 auszugeben. Die Steuerung 48 kann die Heizung 194 auf Grundlage von Signalen von dem Temperatursensor 211 betreiben.
Das Ventil 192 kann elektronisch gesteuert sein und einen Mechanismus beinhalten, der betätigbar ist, um Kühlmittel zwischen den Auslässen 200 und 202 zu proportionieren. Das Ventil 192 kann eine erste Position, in der das gesamte Kühlmittel zu dem Auslass 200 zirkuliert wird, und eine zweite Position, in dem das gesamte Kühlmittel zu dem Auslass 202 zirkuliert wird, beinhalten. Das Ventil 192 kann ferner Zwischenpositionen beinhalten, in denen Kühlmittelfluss zwischen den Auslässen proportioniert wird. Das Ventil 192 kann in elektronischer Kommunikation mit der Steuerung 48 stehen und gemäß Anweisungen von der Steuerung 48 arbeiten. In einer alternativen Ausführungsform kann das Dreiwegeventil 192 durch ein Paar an Ventilen ersetzt werden, wobei es sich im Gegensatz zu dem vorstehend beschriebenen proportionierenden Ventil um Ein-/Aus-Ventile handeln kann.
Die HLK-Einheit 186 kann ein Gehäuse 206 beinhalten, das ein Inneres 208 definiert. Der Heizkern 204 ist innerhalb des Inneren 208 angeordnet und ist konfiguriert, um einen Frischluftstrom von einem Frischlufteinlass 210 aufzunehmen. Das Gebläse 212 ist stromaufwärts des Heizkerns 204 angeordnet und zirkuliert Luft durch die HLK-Einheit 186. Die HLK-Einheit 186 beinhaltet zumindest einen Kabinenentlüftung 218, die Luft in die Fahrgastkabine 112 bereitstellt. Ein Verdampfer 207 des Fahrzeugklimaanlagensystems kann in der HLK-Einheit 186 stromaufwärts des Heizkerns 204 angeordnet sein, wie es herkömmlicherweise gemacht wird. Alternativ kann das Klimaanlagensystem ein separates Gehäuse aufweisen. Ein Ventil 214, wie zum Beispiel eine Mischklappe, steuert Luftstrom durch den Heizkern 204, um die Temperatur der Luft zu steuern, die aus der Kabinenentlüftung 218 austritt. Das Ventil kann optional sein, da das Ventil 192 und die Heizung 194 betätigt werden können, um die Temperatur des Heizkerns 204 zu steuern.
Ähnlich dem Betrieb des Wärmeverwaltungssystems 50 kann die Steuerung 48 das Ventil 192 zwischen verschiedenen Positionen betätigen, abhängig von einem Betriebsmodus des Wärmeverwaltungssystems 180. Das Ventil 192 kann im Kabinenheizmodus in die erste Position betätigt werden, sodass die Wärme von dem Wechselrichter 26 und dem DC/DC-Wandler 28 anstatt zu dem Kühler 188 zu der Heizung 194 und dem Heizkern 204 zirkuliert wird. Die Pumpe 190 wird erregt, um warmes Kühlmittel von dem Wechselrichter 26 und dem DC/DC-Wandler 28 zu der Heizung 194 zu zirkulieren, die die Kühlmitteltemperatur vor dem Zirkulieren zu dem Heizkern 204 bei Bedarf steigert. Der Heizkern 204 überträgt Wärmeenergie von dem Kühlmittel zu dem Luftstrom, um das Kühlmittel zum Rückführen zu dem Wechselrichter 26 und dem DC/DC-Wandler 28 zu kühlen, während gleichzeitig der Luftstrom erwärmt wird, um Wärme an die Kabine 112 bereitzustellen. Das Gebläse 108 wird erregt, um den äußeren Luftstrom durch den Heizkern 204 zu ziehen.
Im Kabinen-Aus-Modus wird das Ventil 192 in die zweite Position betätigt, um den DC/DC-Wandler 28 und den Wechselrichter 26 mit dem Kühler 54 zu kühlen. Wenn sich das Ventil 58 in der zweiten Position befindet, wird Kühlmittel zu der Kühlerschleife zirkuliert, um den Heizkern 204 zu umgehen.
5 veranschaulicht ein anderes Wärmeverwaltungssystem 230, das der Ausführungsform aus 4 ähnlich ist, aber die Luft mit einer Heizung 232 erhitzt, anstatt das Kühlmittel zu erhitzen. Das Wärmeverwaltungssystem 230 beinhaltet ein Kühlmittelsystem 234, das ein Ventil 236 aufweist, das konfiguriert ist, um Kühlmittel zu dem Kühler 238 zu zirkulieren, wenn sich das Ventil 236 in einer ersten Position befindet, und um Kühlmittel zu einer HLK-Einheit 242 des Klimasteuersystems 240 zu zirkulieren, wenn es sich in einer zweiten Position befindet. Ein Heizkern 246 ist in Fluidkommunikation mit dem Kühlmittelsystem 234 und ist innerhalb eines Inneren der HLK-Einheit 242 angeordnet. Die Heizung 232 ist stromabwärts des Heizkerns 246 angeordnet, um eine Temperatur des Luftstroms nach dem Durchlaufen des Heizkerns 246 bei Bedarf zu steigern. Die Heizung 232 kann elektronisch durch die Steuerung 48 gesteuert werden und wird durch die Steuerung 48 erregt, wenn der Heizkern 246 nicht dazu in der Lage ist, den Luftstrom auf eine gewünschte Temperatur zu erhitzen. Ein Temperatursensor 248 kann innerhalb der HLK-Einheit 242 stromabwärts des Heizkerns 246 und stromaufwärts der Heizung 232 angeordnet sein. Der Temperatursensor 248 ist in elektronischer Kommunikation mit der Steuerung 48 und ist konfiguriert, um ein Signal auszugeben, das darauf hinweist, dass die Luftstromtemperatur den Heizkern verlässt. Die Steuerung 48 kann die Heizung 232 auf Grundlage von Signalen von dem Sensor 248 betreiben. Wenn zum Beispiel die Luftstromtemperatur weniger als die gewünschte Luftstromtemperatur ist, wie durch den Sensor 248 erfasst, kann die Steuerung 48 die Heizung 232 erregen, um die Temperatur des Luftstroms auf die gewünschte Temperatur zu steigern.
Unter Bezugnahme auf 6 beinhaltet ein Wärmeverwaltungssystem 250 ein Kühlmittelsystem 252, eine Heizung 256 (Wärmebooster) und ein Klimasteuersystem 254. Ähnlich 3 beinhaltet das Wärmeverwaltungssystem 250 keinen Kühler zum Kühlen des Wechselrichters 26 und des DC/DC-Wandlers 28 und zirkuliert stattdessen die Abwärme zu der HLK-Einheit 264 des Klimasteuersystems 254, um die Abwärme an die Außenluft freizugeben, die Abwärme in die Fahrgastkabine 112 zu zirkulieren oder eine Kombination aus beidem. Das Kühlmittelsystem 252 beinhaltet eine Pumpe 258 und eine Leitung 260, die angeordnet sind, um Kühlmittel durch den DC/DC-Wandler 28, den Wechselrichter 26 und einen Flüssigkeit-zu-Luft-Wärmetauscher (Heizkern) 262, der innerhalb der HLK-Einheit 264 angeordnet ist, zu zirkulieren.
Das Klimasteuersystem 254 ist für das Heizen und/oder Kühlen der Fahrgastkabine 112 und das thermische Regulieren des Wechselrichters 26 und des DC/DC-Wandlers 28 verantwortlich. Die HLK-Einheit 264 beinhaltet ein Gebläse 266, das Luft von einem Frischlufteinlass 268 zieht, um einen Luftstrom durch den Heizkern 262 zu zirkulieren, um Wärmeenergie von dem Kühlmittel zu dem Luftstrom zu übertragen. Die Drehzahl des Gebläses 266 kann abhängig von dem Kühlbedarf des Wechselrichters 26 und des DC/DC-Wandlers 28 erhöht oder reduziert werden. Der nun erhitzte Luftstrom kann zu einer äußeren Entlüftung 274 zirkuliert werden, wenn keine Kabinenwärme angefordert ist oder kann zu der Kabine 112 zirkuliert werden, wenn Wärme angefordert ist. Ein Ventil 272, z.B. eine Mischklappe, steuert die Zirkulation des Luftstroms zwischen der äußeren Entlüftung 274 und zumindest einer Kabinenentlüftung 278. Ein zweites Gebläse 276 kann stromabwärts des Ventils 272 angeordnet sein, um das erste Gebläse 266 zu ergänzen. Obwohl nicht veranschaulicht, kann ein oder können mehrere zusätzliche Frischluft-/Rückführeinlässe stromabwärts des Ventils 272 bereitgestellt sein. Das Klimaanlagensystem des Fahrzeugs kann in die HLK-Einheit 264 integriert sein oder kann eine dedizierte HLK-Einheit aufweisen.
Die Heizung 256 kann verwendet werden, um die Luft innerhalb der HLK-Einheit 264 (wie gezeigt) zu erhitzen oder kann in das Kühlmittelsystem 252 integriert sein, um das Kühlmittel (ähnlich 4) zu erhitzen. In der veranschaulichten Ausführungsform ist die Heizung 256 in der HLK-Einheit 264 stromabwärts des Ventils 272 und des zweiten Gebläses 276 (falls vorhanden) angeordnet, um bei Bedarf die Temperatur des Luftstroms zu steigern. Die Heizung 256 kann der vorstehend beschriebenen Heizung 232 ähnlich sein. Die Heizung 256 ist in elektronischer Kommunikation mit der Steuerung 48 und kann gesteuert werden, um die Temperatur des Luftstroms, der durch die Kabinenentlüftungen 278 zirkuliert, auf Grundlage von Kabinenheizanforderungen zu erhöhen oder zu reduzieren. Ein Temperatursensor 279 kann zwischen dem Heizkern 262 und der Heizung 256 angeordnet sein, um eine Temperatur des Luftstroms zu bestimmen, der aus dem Heizkern 262 austritt. Die Steuerung ist in Kommunikation mit dem Sensor 279 und kann die Heizung 256 auf Grundlage von Signalen von dem Sensor 279 steuern. Wenn zum Beispiel die gewünschte Lufttemperatur 26 Grad Celsius ist und der Sensor 279 20 Grad Celsius abliest, dann kann die Steuerung 48 die Heizung 256 bedienen, um den Luftstrom um 6 Grad Celsius zu steigern.
Die Steuerlogik oder die von der Steuerung 48 ausgeführten Funktionen können in einer oder mehreren Figuren durch Ablaufdiagramme oder ähnliche Schemata wiedergegeben sein. Diese Figuren stellen repräsentative Steuerstrategien und/oder eine repräsentative Steuerlogik bereit, die unter Verwendung einer oder mehrerer Verarbeitungsstrategien, wie etwa ereignisgesteuert, unterbrechungsgesteuert, Multi-Tasking, Multi-Threading und dergleichen, umgesetzt werden können. Demnach können verschiedene dargestellte Schritte oder Funktionen in der dargestellten Reihenfolge oder parallel durchgeführt oder in manchen Fällen weggelassen werden. Wenngleich dies nicht immer im Einzelnen dargestellt ist, wird der Durchschnittsfachmann erkennen, dass eine/r oder mehrere der dargestellten Schritte oder Funktionen je nach konkret verwendeter Verarbeitungsstrategie wiederholt ausgeführt werden können. Gleichermaßen ist die Verarbeitungsreihenfolge nicht zwingend erforderlich, um die in dieser Schrift beschriebenen Merkmale und Vorteile zu erzielen; vielmehr ist sie zur Vereinfachung der Darstellung und Beschreibung bereitgestellt. Die Steuerlogik kann hauptsächlich in Software umgesetzt sein, die durch eine mikroprozessorbasierte Fahrzeug-, Motor- und/oder Antriebsstrangsteuerung, wie etwa die Steuerung 48, ausgeführt wird. Selbstverständlich kann die Steuerlogik je nach konkreter Anwendung als Software, Hardware oder eine Kombination aus Software und Hardware in einer oder mehreren Steuerungen umgesetzt sein. Bei einer Umsetzung in Software kann die Steuerlogik in einer/einem oder mehreren computerlesbaren Speichervorrichtungen oder -medien bereitgestellt sein, in denen Daten gespeichert sind, die Code oder Anweisungen wiedergeben, der/die durch einen Computer zum Steuern des Fahrzeugs oder von dessen Teilsystemen ausgeführt wird/werden. Zu den computerlesbaren Speichervorrichtungen oder -medien können eine oder mehrere einer Reihe bekannter physischer Vorrichtungen gehören, die elektronischen, magnetischen und/oder optischen Speicher nutzen, um ausführbare Anweisungen und zugehörige Kalibrierungsinformationen, Betriebsvariablen und dergleichen zu speichern. Jeglicher Verweis auf „eine Steuerung“ bezieht sich auf eine oder mehrere Steuerungen.
7 ist ein Ablaufdiagramm 300 eines Algorithmus zum Steuern eines Wärmeverwaltungssystems, das ein Kältemittelsystem aufweist, das die Abwärme ergänzt, die durch den Wechselrichter und/oder den DC/DC-Wandler erzeugt wird, wie zum Beispiel die Ausführungsformen aus 2 und 3.
Bei Vorgang 301 wird zumindest der Wechselrichter betätigt, um Abwärme zu erzeugen. Bei Vorgang 302 bestimmt die Steuerung, ob Kabinenheizung angefordert ist. Falls ja, geht die Steuerung an den Vorgang 304 über und wird Kühlmittel durch den Verdampfer zirkuliert. Abhängig von der Gestaltung des Wärmeverwaltungssystems kann Kühlmittel durch den Verdampfer zirkuliert werden, aber lediglich die Pumpe erregen, z. B. 3, oder durch Erregen der Pumpe und Betätigen von zumindest einem Ventil, sodass Kühlmittel zu dem Verdampfer gelenkt wird, z. B. 2.
Bei Vorgang 306 wird das Kältemittelsystem aktiviert, um Kältemittel durch den Kondensator zu zirkulieren. Das Kältemittelsystem kann aktiviert werden, indem der Verdichter erregt wird und die Expansionsvorrichtung(en) betätigt wird/werden (falls anwendbar). Die Steuerung kann den Verdichter auf Grundlage von Kühlbedarf des Wechselrichters und des DC/DC-Wandlers sowie Kabinenheizbedarf betätigen.
Bei Vorgang 308 wird das Gebläse innerhalb der HLK-Einheit eingeschaltet, um einen Luftstrom durch den Kondensator zu zirkulieren. Das Klimasteuersystem wird betrieben, um der Kabine bei Vorgang 310 die gewünschte Heizung bereitzustellen. Dies kann das Modulieren der Gebläsedrehzahl und/oder Betätigen einer oder mehrerer Mischklappen innerhalb der HLK-Einheit beinhalten.
Wenn bei Vorgang 302 keine Kabinenheizung angefordert wird, durchläuft die Steuerung den Vorgang 312 und wird das Wärmeverwaltungssystem betrieben, um Abwärme an die Außenluft abzuweisen. In 2 wird die Abwärme zum Beispiel durch einen Kühler abgewiesen. Die Steuerung kann einem oder mehreren Ventilen befehlen, das Kühlmittel bei Vorgang 312 zu dem Kühler anstatt zu dem Verdampfer zu lenken. In der veranschaulichten Ausführungsform aus 3 kann die Steuerung eine Mischklappe innerhalb der HLK-Einheit betätigen, um den Luftstrom bei Vorgang 312 zu der äußeren Entlüftung der HLK-Einheit zu lenken.
8 ist ein Ablaufdiagramm 350 eines Algorithmus zum Steuern eines Wärmeverwaltungssystems, das eine elektrische Heizung aufweist, die die Abwärme ergänzt, die durch den Wechselrichter und/oder den DC/DC-Wandler erzeugt wird, wie zum Beispiel die Ausführungsformen aus 4, 5 und 6.
Bei Vorgang 352 wird zumindest der Wechselrichter betätigt, um Abwärme zu erzeugen. Bei Vorgang 354 bestimmt die Steuerung, ob Kabinenheizung angefordert ist. Falls ja, geht die Steuerung an den Vorgang 356 über und wird Kühlmittel durch den Heizkern zirkuliert. Abhängig von der Gestaltung des Wärmeverwaltungssystems kann Kühlmittel durch den Heizkern zirkuliert werden, indem lediglich die Pumpe erregt wird, z. B. 6, oder durch Erregen der Pumpe und Betätigen von zumindest einem Ventil, sodass Kühlmittel zu der Heizung gelenkt wird, z. B. 4 und 5. Bei Vorgang 358 wird das Gebläse innerhalb der HLK-Einheit erregt, um einen Luftstrom durch den Heizkern zu zirkulieren. Bei Vorgang 360 wird die Heizung aktiviert, wenn die durch zumindest den Wechselrichter erzeugte Abwärme nicht ausreichend ist, um die gewünschte Kabinenheizung bereitzustellen. Zum Beispiel in der Ausführungsform aus 4 kann die Steuerung eine Temperatur des Kühlmittels überwachen, das aus dem Wechselrichter austritt und wenn die Kühlmitteltemperatur unter einer gewünschten Kühlmitteltemperatur ist, wird die Heizung aktiviert, um die Temperatur des Kühlmittels, das durch den Heizkern zirkuliert, zu steigern. In der Ausführungsform aus 5 kann die Steuerung zum Beispiel die Temperatur des Luftstroms überwachen, der aus dem Heizkern austritt und wenn die Luftstromtemperatur weniger als die gewünschte Temperatur ist, die Heizung aktivieren, um den Luftstrom zu erhitzen, bevor er in die Fahrgastkabine eintritt.
Bei Vorgang 362 wird das Klimasteuersystem betrieben, um der Fahrgastkabine die gewünschte Heizung bereitzustellen. Zum Beispiel kann die Steuerung die Gebläsedrehzahl modulieren und/oder eine oder mehrere Mischklappen innerhalb der HLK-Einheit betätigen, um die gewünschte Lufttemperatur an den gewünschten Kabinenentlüftungen bereitzustellen, z. B. Boden, Armatur, Entfrostung usw.
Wenn bei Vorgang 354 keine Kabinenheizung angefordert wird, durchläuft die Steuerung den Vorgang 364 und wird das Wärmeverwaltungssystem betrieben, um Abwärme an die Außenluft abzuweisen. In 4 wird die Abwärme zum Beispiel durch einen Kühler abgewiesen. Die Steuerung kann einem oder mehreren Ventilen des Kühlmittelsystems befehlen, das Kühlmittel bei Vorgang 364 zu dem Kühler anstatt zu dem Heizkern zu lenken. In der veranschaulichten Ausführungsform aus 6 kann die Steuerung eine Mischklappe innerhalb der HLK-Einheit betätigen, um den Luftstrom bei Vorgang 364 zu der äußeren Entlüftung zu lenken.
Wenngleich vorstehend beispielhafte Ausführungsformen beschrieben sind, sollen diese Ausführungsformen nicht alle möglichen Formen beschreiben, die durch die Ansprüche eingeschlossen sind. Bei den in der Beschreibung verwendeten Ausdrücken handelt es sich um beschreibende und nicht um einschränkende Ausdrücke, und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Umfang der Offenbarung abzuweichen. Wie zuvor beschrieben, können die Merkmale verschiedener Ausführungsformen miteinander kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen des Gebrauchsmusters zu bilden, die möglicherweise nicht ausdrücklich beschrieben oder veranschaulicht sind. Wenngleich verschiedene Ausführungsformen gegenüber anderen Ausführungsformen oder Umsetzungen nach dem Stand der Technik hinsichtlich einer oder mehrerer gewünschter Eigenschaften als vorteilhaft oder bevorzugt beschrieben sein können, erkennt ein Durchschnittsfachmann, dass an einem oder mehreren Merkmalen oder einer oder mehreren Eigenschaften Abstriche gemacht werden können, um die gewünschten Gesamtattribute des Systems zu erreichen, die von der konkreten Anwendung und Umsetzung abhängig sind. Diese Attribute können unter anderem Kosten, Stärke, Strapazierfähigkeit, Lebenszykluskosten, Vermarktbarkeit, Aussehen, Aufmachung, Größe, Bedienbarkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, einfaches Zusammenbauen usw. beinhalten. Demnach liegen Ausführungsformen, die in Bezug auf eine oder mehrere Eigenschaften als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen oder Umsetzungen nach dem Stand der Technik beschrieben sind, nicht außerhalb des Umfangs der Offenbarung und können für bestimmte Anwendungen wünschenswert sein.
Gemäß dem vorliegenden Gebrauchsmuster ist ein Fahrzeug bereitgestellt, aufweisend einen Wechselrichter; eine elektrische Heizung; einen Heizkern und ein Kühlmittelsystem, beinhaltend Leitung, die angeordnet ist, um Kühlmittel durch den Wechselrichter, die elektrische Heizung und den Heizkern zu zirkulieren, sodass sich die elektrische Heizung stromaufwärts des Wechselrichters und stromabwärts des Heizkerns befindet.
Gemäß einer Ausführungsform ist das vorstehende Gebrauchsmuster ferner durch einen Kühler gekennzeichnet, wobei die Leitung ferner angeordnet ist, um Kühlmittel durch den Kühler zu zirkulieren.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet die Leitung eine Umgehungsschleife, wobei sich der Kühler auf der Umgehungsschleife befindet und wobei das Kühlmittelsystem ferner ein Ventil beinhaltet, das konfiguriert ist, um einen Strom des Kühlmittels zwischen dem Kühler und dem Heizkern zu proportionieren.
Gemäß einer Ausführungsform befindet sich das Ventil stromabwärts des Wechselrichters und stromaufwärts der elektrischen Heizung.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet das Ventil eine erste Position, in der das gesamte Kühlmittel, das aus dem Wechselrichter austritt, zu dem Heizkern gelenkt wird, und eine zweite Position, in der das gesamte Kühlmittel, das aus dem Wechselrichter austritt, zu dem Kühler gelenkt wird.
Gemäß einer Ausführungsform ist das vorstehende Gebrauchsmuster ferner durch ein Klimasteuergehäuse gekennzeichnet, das einen Luftströmungsweg in Fluidkommunikation mit einer Fahrgastkabine des Fahrzeugs beinhaltet, wobei der Heizkern in dem Luftströmungsweg angeordnet ist.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet die elektrische Heizung Widerstandsheizelemente, die konfiguriert sind, um als Reaktion darauf, dass Strom an die Heizelemente angelegt wird, Wärme zu erzeugen.
Gemäß einer Ausführungsform ist das vorstehende Gebrauchsmuster ferner durch einen DC/DC-Wandler gekennzeichnet und wobei die Leitung ferner angeordnet ist, um das Kühlmittel durch den DC/DC-Wandler zu zirkulieren.
Gemäß dem vorliegenden Gebrauchsmuster ist ein Fahrzeug bereitgestellt, aufweisend einen Wechselrichter; ein Klimasteuersystem, das ein Gehäuse und einen Heizkern und eine elektrische Heizung, die innerhalb des Gehäuses angeordnet sind, beinhaltet; und ein Kühlmittelsystem, beinhaltend Leitung, die angeordnet ist, um Kühlmittel durch den Wechselrichter und den Heizkern zu zirkulieren, wobei der Wechselrichter stromaufwärts des Heizkerns angeordnet ist.
Gemäß einer Ausführungsform ist die elektrische Heizung stromabwärts des Heizkerns angeordnet.
Gemäß einer Ausführungsform definiert das Gehäuse ferner eine erste Kammer, die den Heizkern darin aufweist und eine zweite Kammer, die die elektrische Heizung darin aufweist, und wobei die erste und zweite Kammer durch einen Durchlass, der ein zugehöriges Ventil aufweist, das konfiguriert ist, um den Durchlass zu öffnen und zu schließen, miteinander verbunden sind.
Gemäß einer Ausführungsform definiert das Gehäuse ferner eine äußere Entlüftung in Fluidkommunikation mit der ersten Kammer und stromaufwärts des Durchlasses, und wobei das Ventil ferner konfiguriert ist, um Luftstrom zu der äußeren Entlüftung zu steuern.
Gemäß einer Ausführungsform ist das vorstehende Gebrauchsmuster ferner durch eine Steuerung gekennzeichnet, die programmiert ist, um als Reaktion darauf, dass die Kabinenheizung aus ist, das Ventil zu betätigen, um den Durchlass zu schließen.
Gemäß einer Ausführungsform ist das vorstehende Gebrauchsmuster ferner durch eine Steuerung gekennzeichnet, die programmiert ist, um als Reaktion darauf, dass eine Temperatur eines Luftstroms, der aus dem Heizkern austritt, weniger als eine angeforderte Temperatur ist, die elektrische Heizung zu erregen.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet das Kühlschleifensystem einen Kühler und ein Ventil, das konfiguriert ist, um einen Strom des Kühlmittels zwischen dem Kühler und dem Heizkern zu proportionieren.
Gemäß einer Ausführungsform ist das vorstehende Gebrauchsmuster ferner durch eine Steuerung gekennzeichnet, die programmiert ist, um als Reaktion darauf, dass Kabinenheizung angefordert wird, das Ventil zu betätigen, um Kühlmittel zu dem Heizkern zu zirkulieren.

Claims

Fahrzeug, gekennzeichnet durch: einen Wechselrichter; eine elektrische Heizung; einen Heizkern; und ein Kühlmittelsystem, beinhaltend Leitung, die angeordnet ist, um Kühlmittel durch den Wechselrichter, die elektrische Heizung und den Heizkern zu zirkulieren, sodass sich die elektrische Heizung stromaufwärts des Wechselrichters und stromabwärts des Heizkerns befindet.
Fahrzeug nach Anspruch 1, ferner durch einen Kühler gekennzeichnet, wobei die Leitung ferner angeordnet ist, um Kühlmittel durch den Kühler zu zirkulieren.
Fahrzeug nach Anspruch 2, wobei die Leitung eine Umgehungsschleife beinhaltet, wobei sich der Kühler auf der Umgehungsschleife befindet und wobei das Kühlmittelsystem ferner ein Ventil beinhaltet, das konfiguriert ist, um einen Strom des Kühlmittels zwischen dem Kühler und dem Heizkern zu proportionieren.
Fahrzeug nach Anspruch 3, wobei sich das Ventil stromabwärts des Wechselrichters und stromaufwärts der elektrischen Heizung befindet.
Fahrzeug nach Anspruch 3, wobei das Ventil eine erste Position, in der das gesamte Kühlmittel, das aus dem Wechselrichter austritt, zu dem Heizkern gelenkt wird, und eine zweite Position, in der das gesamte Kühlmittel, das aus dem Wechselrichter austritt, zu dem Kühler gelenkt wird, beinhaltet.
Fahrzeug nach Anspruch 1, ferner durch ein Klimasteuergehäuse gekennzeichnet, das einen Luftströmungsweg in Fluidkommunikation mit einer Fahrgastkabine des Fahrzeugs beinhaltet, wobei der Heizkern in dem Luftströmungsweg angeordnet ist.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die elektrische Heizung Widerstandsheizelemente beinhaltet, die konfiguriert sind, um als Reaktion darauf, dass Strom an die Heizelemente angelegt wird, Wärme zu erzeugen.
Fahrzeug nach Anspruch 1, ferner durch einen DC/DC-Wandler gekennzeichnet, und wobei die Leitung ferner angeordnet ist, um das Kühlmittel durch den DC/DC-Wandler zu zirkulieren.
Fahrzeug, gekennzeichnet durch: einen Wechselrichter; ein Klimasteuersystem, beinhaltend ein Gehäuse und einen Heizkern und eine elektrische Heizung, die innerhalb des Gehäuses angeordnet sind; und ein Kühlmittelsystem, beinhaltend Leitung, die angeordnet ist, um Kühlmittel durch den Wechselrichter und den Heizkern zu zirkulieren, wobei der Wechselrichter stromaufwärts des Heizkerns angeordnet ist.
Fahrzeug nach Anspruch 9, wobei die elektrische Heizung stromabwärts des Heizkerns angeordnet ist.
Fahrzeug nach Anspruch 9, wobei das Gehäuse ferner eine erste Kammer, die den Heizkern darin aufweist und eine zweite Kammer, die die elektrische Heizung darin aufweist, definiert und wobei die erste und zweite Kammer durch einen Durchlass, der ein zugehöriges Ventil aufweist, das konfiguriert ist, um den Durchlass zu öffnen und zu schließen, miteinander verbunden sind.
Fahrzeug nach Anspruch 11, wobei das Gehäuse ferner eine äußere Entlüftung in Fluidkommunikation mit der ersten Kammer und stromaufwärts des Durchlasses definiert, und wobei das Ventil ferner konfiguriert ist, um Luftstrom zu der äußeren Entlüftung zu steuern.
Fahrzeug nach Anspruch 11, ferner durch eine Steuerung gekennzeichnet, die programmiert ist, um als Reaktion darauf, dass die Kabinenheizung aus ist, das Ventil zu betätigen, um den Durchlass zu schließen.
Fahrzeug nach Anspruch 9, ferner durch eine Steuerung gekennzeichnet, die programmiert ist, um als Reaktion darauf, dass eine Temperatur eines Luftstroms, der aus dem Heizkern austritt, weniger als eine angeforderte Temperatur ist, die elektrische Heizung zu erregen.
Fahrzeug nach Anspruch 9, wobei das Kühlschleifensystem einen Kühler und ein Ventil beinhaltet, das konfiguriert ist, um einen Strom des Kühlmittels zwischen dem Kühler und dem Heizkern zu proportionieren.