DE112011103192T5

DE112011103192T5 - Wärmemanagementsystem für batteriebetriebenes Elektrofahrzeug

Info

Publication number: DE112011103192T5
Application number: DE112011103192T
Authority: DE
Inventors: Jonathan King; Rick Rajaie
Original assignee: Magna E Car Systems of America LLC
Current assignee: Magna E Car Systems of America LLC
Priority date: 2010-09-23
Filing date: 2011-09-15
Publication date: 2013-07-04
Also published as: WO2012040022A2; WO2012040022A3; US20130175022A1

Abstract

Ein Wärmemanagementsystem für ein Elektrofahrzeug beinhaltet einen Motorkreislauf für die Kühlung eines thermischen Verbrauchers eines Motorkreises, einen Fahrzeuginnenraumheizkreis für die Versorgung einer Fahrzeuginnenraumheizung und einen Batteriekreis für die Regelung der Temperatur des thermischen Verbrauchers eines Batteriekreises. Alle diese Kreise können fluidtechnisch miteinander kommunizieren, und ein einzelner Kühler kann die Flüssigkeit aus all diesen Kreisen kühlen.

Description

BEREICH DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Wärmemanagementsystem für ein Elektrofahrzeug, wobei das Elektrofahrzeug einen Fahrmotor und eine Passagierzelle, einschließlich eines Motorkreises für die Kühlung eines thermischen Verbrauchers des Motorkreises einschließlich Fahrmotor enthält.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Elektrofahrzeuge ermöglichen motorbetriebenen Transport durch Verwendung eines Elektromotors bei geringem oder nicht vorhandenem Schadstoffausstoß. Einige Elektrofahrzeuge werden ausschließlich durch Elektromotor angetrieben und sind allein vom bordeigenen Batteriesatz abhängig. Andere Elektrofahrzeuge sind Hybride und verwenden einen internen Verbrennungsmotor, der zum Beispiel den Elektromotor beim Antrieb der Räder unterstützt (Parallelhybrid) oder ausschließlich dazu dient, den bordeigenen Batteriesatz aufzuladen, wodurch die Reichweite des Fahrzeugs vergrößert wird (Reihenhybrid). Manche Fahrzeuge verfügen über einen einzelnen zentral angeordneten Elektromotor, der eines oder mehrere der Fahrzeugräder antreibt, bei anderen sind eines oder mehrere der Räder mit einem Elektromotor für den Antrieb des jeweiligen Rades ausgerüstet.
Zwar haben die z. Z. geplanten bzw. vorhandenen Fahrzeuge in mancherlei Hinsicht Vorteile gegenüber Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor, es gibt jedoch bei manchen Elektrofahrzeugen Probleme. Ein typisches Problem besteht darin, dass ihre Reichweite im Vergleich zu der von Fahrzeugen mit internem Verbrennungsmotor relativ kurz ist. Dies gilt insbesondere für batteriebetriebene Elektrofahrzeuge, die nicht mit einem die Reichweite vergrößerndem Zusatzmotor ausgestattet sind. Ein Grund für diese Einschränkung sind das Gewicht und Kosten des Batteriesatzes, der für die Speicherung der Energie für den Betrieb derartiger Fahrzeuge eingesetzt wird. Es wäre von Vorteil, eine Technologie anzubieten, welche den Wirkungsgrad, mit dem Energie für den Betrieb des Fahrzeugs genutzt wird, und damit die Reichweite des Fahrzeugs verbessert.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung beschreibt ein Wärmemanagementsystem für ein Elektrofahrzeug, das einen Motorkreis für die Kühlung eines thermischen Verbrauchers, einen Fahrzeuginnenraumheizkreis, einen Motorkreistemperaturfühler und einen Regler mit den Merkmalen des Anspruchs enthält. Weitere Ausführungsformen der Erfindung werden in den abhängigen und den weiteren unabhängigen Ansprüchen beschrieben.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden beispielhaft mit Bezug auf die angefügten Zeichnungen beschrieben, wobei:
1 eine perspektivische Ansicht eines Elektrofahrzeugs ist, das ein Wärmemanagementsystem gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung enthält;
2 eine schematische Abbildung eines Wärmemanagementsystems für das Elektrofahrzeug ist; und
3 eine Temperaturkurve von Batteriesätzen, die Teil des in 1 gezeigten Elektrofahrzeugs ist, darstellt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Es wird Bezug genommen auf 2, welche eine schematische Abbildung eines Wärmemanagementsystems 10 für ein in 1 gezeigtes Elektrofahrzeug 12 ist. Das Elektrofahrzeug 12 enthält Räder 13, einen Fahrmotor 14 für den Antrieb der Räder 13, einen ersten und einen zweiten Batteriesatz 16a und 16b, ein Hochspannungselektroanlage 20 (2) und eine Niederspannungsanlage (2).
Der Fahrmotor 14 kann beliebig für die Verwendung zum Antrieb des Elektrofahrzeugs 12 konfiguriert werden. Der Fahrmotor 14 kann in einem Motorraum vor dem Fahrzeuginnenraum 18 montiert werden, d. h. am gleichen Ort, an dem sich der Motorraum eines typischen Fahrzeugs mit internem Verbrennungsmotor normalerweise befindet. Mit Bezug auf 2 erzeugt der Fahrmotor 14 während des Betriebs Wärme und muss demzufolge gekühlt werden. Zu diesem Zweck verfügt der Fahrmotor 14 über eine Motorkühlmittelleitung, welche Kühlflüssigkeit um den Fahrmotor 14 führt, um den Motor innerhalb eines geeigneten Temperaturbereichs zu halten.
Eine Übertragungssteuerung (siehe 28) ist Teil der Hochspannungselektroanlage 20 und dient dazu, den Stromfluss zu Hochspannungsverbrauchern im Fahrzeug 12 zu regeln, einschließlich Fahrmotor 14, Klimaanlagenverdichter 30, die Fahrzeuginnenraumheizung 32 und DC/DC-Wandler 34. Die Übertragungssteuerung 28 erzeugt während des Betriebs Wärme und verfügt deshalb über eine Übertragungssteuerungs-Kühlmittelleitung, die Kühlflüssigkeit um die Übertragungssteuerung 28 herum leitet, um die Übertragungssteuerung 28 innerhalb eines geeigneten Temperaturbereichs zu halten. Die Übertragungssteuerung 28 kann fluidtechnisch direkt vor dem Fahrmotor 14 angeordnet werden.
Der DC/DC-Wandler 34 erhält Strom von der Übertragungssteuerung 28 und wandelt ihn von Hochspannung zu Niederspannung um. Der DC/DC-Wandler 34 schickt Niederspannungsstrom an eine Niederspannungsbatterie (siehe 40), welche dazu dient, Niederspannungsverbraucher im Fahrzeug 12 zu versorgen. Die Niederspannungsbatterie 40 kann bei verschiedenen geeigneten Spannungen, z. B. 12 V, betrieben werden.
Die Batteriesätze 16a und 16b versorgen die Übertragungssteuerung 28 für die Verwendung durch den Fahrmotor 14 und sonstige Hochspannungsverbraucher mit Energie und sind demzufolge Teil der Hochspannungselektroanlage 20. Die Batteriesätze 16a und 16b sind beliebige geeignete Typen. In einem Ausführungsbeispiel bestehen die Batteriesätze 16a und 16b jeweils aus mehreren Lithiumpolymer-Zellen. Die Batteriesätze 16a und 16b haben einen Temperaturbereich (siehe 3), in dem sie vorzugsweise zu betreiben sind, um eine relativ lange Betriebsdauer zu erzielen. Es sind zwar zwei Batteriesätze 16a und 16b abgebildet, jedoch ist eine beliebige Anzahl von Batteriesätzen möglich (ein Batteriesatz oder 3 oder mehr Batteriesätze je nach verfügbarem Einbauplatz im Fahrzeug 12).
Ein Batterieladeregelmodul (siehe 42) ist verfügbar und konfiguriert, um das Fahrzeug 12 an eine elektrische Versorgung 44 (zum Beispiel einen 110-V-Anschluss oder einen 220-V-Anschluss) anzuschließen und den von der elektrischen Versorgung 44 gelieferten Strom an beliebige Bestimmungsorte, z. B. die Batteriesätze 16a und 16b, die Übertragungssteuerung 28 und die Niederspannungsbatterie 40 zu liefern. Das Batterieladeregelmodul 42 erzeugt während des Betriebs Wärme und muss demzufolge gekühlt werden. Zu diesem Zweck verfügt das Batterieladeregelmodul 42 über eine Batterieladeregelmodul-Kühlmittelleitung, welche Kühlflüssigkeit von einem Batterieladeregelmodul-Einlass 4 um das Batterieladeregelmodul 42 herum zu einem Batterieladeregelmodul-Auslass 26 führt, um das Batterieladeregelmodul 42 innerhalb eines geeigneten Temperaturbereichs zu halten.
Eine Klimaanlage 46 steht für die Regelung der Temperatur des Fahrzeuginnenraums 18 (1) bereit. Die Klimaanlage 46 ist sowohl für die Kühlung als auch die Beheizung des Fahrzeuginnenraums 18 verfügbar. Hierzu kann die Klimaanlage 46 über einen oder mehrere Wärmetauscher verfügen, z. B. einen Fahrzeuginnenraum-Wärmetauscher 47 und einen Fahrzeuginnenraum-Kältetauscher 48 (auch als Verdampfer 48 bezeichnet). Der Fahrzeuginnenraum-Wärmetauscher 47 verfügt über einen Wärmetauscher-Flüssigkeitseinlass 49 und einen Wärmetauscher-Flüssigkeitsauslass 50 und dient dazu, einen Luftstrom, der in den Fahrzeuginnenraum 18 geleitet wird, zu erwärmen. Der Fahrzeuginnenraum-Kältetauscher 48 beinhaltet einen Kühlmitteleinlass 51 und einen Kühlmittelauslass 52 und dient dazu, einen Luftstrom, der in den Fahrzeuginnenraum 18 geleitet wird, zu abzukühlen.
Der Fahrmotor 14, die Übertragungssteuerung 28, der DC/DC-Wandler 34, die Batteriesätze 16a und 16b, das Batterieladeregelmodul 42 und die Klimaanlage 46 sind thermische Verbraucher des Wärmemanagementsystems 10.
Das Wärmemanagementsystem 10 beinhaltet einen Motorkreis 56, einen Fahrzeuginnenraumheizkreis 58, einen Batteriekreis 60 und einen Hauptkühlkreislauf 62. Der Motorkreis 56 ist für die Kühlung des Fahrmotors 14, der Übertragungssteuerung 28 und des DC/DC-Wandlers 34 ausgelegt; dies stellt einen thermischen Verbraucher 61 des Motorkreises dar, welcher über einen Verbrauchereinlass 63 des thermischen Verbrauchers des Motorkreises und einen Auslass des thermischen Verbrauchers des Motorkreises 65 verfügt. Der Motorkreis 56 beinhaltet einen Kühler 64, eine erste Motorkreisleitung 66, die fluidtechnisch zwischen dem Kühler 64 und dem Verbrauchereinlass 63 des thermischen Verbrauchers des Motorkreises angeordnet ist,
zweite Motorkreisleitung 68, die fluidtechnisch zwischen dem Auslass des thermischen Verbrauchers des Motorkreises 65 und dem Kühler 64 angeordnet ist, und eine Motorkreislaufpumpe 70, die Wärmetauschflüssigkeit durch den Motorkreis 56 pumpt.
Zusätzlich kann fluidtechnisch eine dritte Motorkreisleitung 74 zwischen der zweiten und ersten Motorkreisleitung 68 und 66 bereitgestellt werden, um ggf. den Strom der Wärmetauschflüssigkeit am Kühler 64 vorbeizuleiten (zum Beispiel, wenn die Temperatur der Wärmetauschflüssigkeit unter einen eingestellten Schwellwert sinkt). Um zu regeln, ob die Wärmetauschflüssigkeit durch den Kühler 64 oder die dritte Motorkreisleitung 74 geleitet wird, steht ein Kühler-Umgehungsventil 75 bereit, das in der zweiten Motorkreisleitung 68 angeordnet werden kann. Das Kühler-Umgehungsventil 75 ist einstellbar: in der ersten Stellung leitet es den Strom der Wärmetauschflüssigkeit zum Kühler 64 durch die zweite Motorkreisleitung 68, und in der zweiten Stellung leitet es die Wärmetauschflüssigkeit zur ersten Motorkreisleitung 66 durch die dritte Motorkreisleitung 74 und umgeht so den Kühler 64. Die Durchströmung der dritten Motorkreisleitung 74 ist einfacher als die Durchströmung des Kühlers 64 (anders ausgedrückt, es gibt beim Fluss durch die dritte Leitung weniger Druckabfall als beim Fluss durch den Kühler 64) und die Umgehung des Kühlers 64 (wenn möglich) führt zu einer Senkung des Energieverbrauchs der Motorkreislaufpumpe 70. Durch Reduzierung des Energieverbrauchs von Komponenten im Fahrzeug 12 (1) kann die Reichweite des Fahrzeugs vergrößert werden, was besonders vorteilhaft bei Elektrofahrzeugen ist.
Es ist zu beachten, dass nur ein einziges Kühler-Umgehungsventil 75 für die Umgehung des Kühlers 64 zur Verfügung steht. Befindet sich das Kühler-Umgehungsventil 75 in der ersten Stellung, wird der gesamte Wärmetauschflüssigkeitsstrom über die zweite Motorkreisleitung 68 durch den Kühler 64 und durch die Motorkreisleitung 66 geleitet. Es gibt keinen Nettofluss durch die dritte Motorkreisleitung, da es keinen Nettofluss in die dritte Leitung gibt. Umgekehrt, wenn das Kühler-Umgehungsventil 75 in der zweiten Stellung steht, wird der gesamte Wärmetauschflüssigkeitsstrom über die dritte Motorkreisleitung 74 und zurück zur Motorkreisleitung 66 geleitet. Es gibt keinen Nettofluss durch den Kühler 64, da es keinen Nettofluss in den Kühler 64 gibt. Die Verwendung eines einzigen Ventils (z. B. Kühler-Umgehungsventil 75) bietet daher die Möglichkeit, den Kühler 64 selektiv zu umgehen, anstatt eines Ventils am Verbindungspunkt der zweiten und dritten Motorkreisleitung 68 und 74 und ein weiteres Ventil am Verbindungspunkt der Motorkreisleitung 66 und dritte Motorkreisleitung 74 anzuordnen. Infolge der Verwendung eines Ventils (z. B. Ventil 75) anstelle von zwei Ventilen enthält der Motorkreis 56 weniger Komponenten und ist dadurch kostengünstiger, einfacher herzustellen und zu betreiben und zuverlässiger. Weiterhin wird durch das Wegfallen eines Ventils die Energie, die benötigt wird, um die Wärmetauschflüssigkeit durch den Motorkreis 56 zu pumpen, reduziert, was auch den Energieverbrauch der Motorkreislaufpumpe 70 senkt, wodurch sich die Reichweite des Fahrzeugs 12 (1) vergrößert.
Die Motorkreislaufpumpe 70 kann an einem beliebigen geeigneten Ort, z. B. in der Motorkreisleitung 66, eingebaut werden.
Die Elemente, welche die thermische Last des Motorkreises bilden, können beliebig angeordnet werden. Zum Beispiel kann sich der DC/DC-Wandler 34 vor der Motorkreislaufpumpe 70 und hinter der Übertragungssteuerung 28 und der Fahrmotor 14 hinter der Übertragungssteuerung 28 befinden. Daher bildet der Einlass zum DC/DC-Wandler 34 den thermischen Verbrauchereinlass 63 und der Motorauslass den thermischen Verbraucherauslass.
Ein Motorkreis-Temperaturfühler 76 steht zur Verfügung, um die Temperatur der Wärmetauschflüssigkeit an einem ausgewählten Punkt im Motorkreis 56 zu bestimmen. Zum Beispiel kann der Motorkreis-Temperaturfühler 76 hinter sämtlichen thermischen Verbrauchern im Motorkreis 56 angeordnet werden, um die Höchsttemperatur der Wärmetauschflüssigkeit aufzuzeichnen. Auf Grundlage dieser Temperatur bestimmt ein Regler (siehe 78), ob das Kühler-Umgehungsventil 75 in die erste Stellung gebracht wird, in der das Kühler-Umgehungsventil 75 die Wärmetauschflüssigkeit zum Kühler 64 leitet, oder eine zweite Stellung, in der das Kühler-Umgehungsventil 75 den Kühler 64 überbrückt und die Wärmetauschflüssigkeit durch die dritte Motorkreisleitung 74 zurück zur ersten Motorkreisleitung 66 führt.
Der Fahrzeuginnenraumheizkreis 58 dient dazu, erhitzte Wärmetauschflüssigkeit zur Klimaanlage 46 und insbesondere zum Fahrzeuginnenraum-Wärmetauscher 47, welcher den thermischen Verbraucher eines Fahrzeuginnenraumheizkreises darstellt, zu bringen. Der Fahrzeuginnenraumheizkreis 58 beinhaltet eine erste Fahrzeuginnenraumheizkreisleitung 80, die fluidtechnisch zwischen der zweiten Motorkreisleitung 68 und dem Wärmetauscher-Flüssigkeitseinlass 49 (im Ausführungsbeispiel als Einlass zum thermischen Verbraucher eines Fahrzeuginnenraumheizkreises gezeigt) angeordnet ist, eine zweite Fahrzeuginnenraumheizkreisleitung 82, die fluidtechnisch zwischen dem Wärmetauscher-Flüssigkeitsauslass 50 (im Ausführungsbeispiel als Auslass des thermischen Verbrauchers eines Fahrzeuginnenraumheizkreises gezeigt) und Motorkreis 56 angeordnet ist. Im Ausführungsbeispiel führt die zweite Fahrzeuginnenraumheizkreisleitung 82 zur dritten Motorkreisleitung 74. Der Grund hierfür ist, dass der Fahrzeuginnenraum-Wärmetauscher 47 dazu dient, die Wärmetauschflüssigkeit um einen bestimmten Betrag abzukühlen, so dass die so abgekühlte Wärmetauschflüssigkeit nicht durch den Kühler 64 in den Motorkreis 56 geschickt werden muss. Durch Reduzierung des Volumens von Wärmetauschflüssigkeit, die durch den Kühler 64 geführt wird, reduziert sich der Energieverbrauch der Motorkreislaufpumpe 70, wodurch sich die Reichweite des Fahrzeugs 12 (1) vergrößert. Es liegt auf der Hand, dass in einer alternativen, weniger vorteilhaften Ausführung die zweite Fahrzeuginnenraumheizkreisleitung 82 bis zur zweiten Motorkreisleitung 68 führen kann, so dass die Wärmetauschflüssigkeit, die sich in der zweiten Fahrzeuginnenraumheizkreisleitung 82 befindet, durch den Kühler 64 fließt.
In manchen Fällen ist die Wärmetauschflüssigkeit nicht heiß genug, um die Anforderungen der Klimaanlage 46 zu erfüllen. In diesen Fällen wird die die Fahrzeuginnenraumheizung 32, die als Fahrzeuginnenraumheizung 32 bezeichnet werden kann, in der ersten Fahrzeuginnenraumheizkreisleitung 80 angeordnet. Die Fahrzeuginnenraumheizung 32 kann als beliebiger geeigneter Heizungstyp ausgeführt werden, z. B. als elektrische Heizung als von der Übertragungssteuerung 28 gespeiste Komponente der Hochspannungselektroanlage.
Eine dritte Fahrzeuginnenraumheizkreisleitung 84 kann zwischen der zweiten und ersten Fahrzeuginnenraumheizkreisleitung 82 und 80 angeordnet werden. Eine Fahrzeuginnenraumheizkreispumpe 86 steht in der dritte Fahrzeuginnenraumheizkreisleitung 84 zur Verfügung. In manchen Fällen ist es erstrebenswert, die Wärmetauschflüssigkeit durch den Fahrzeuginnenraumheizkreis 58 zu schicken und die Flüssigkeit nicht zurück zum Motorkreis 56 zu leiten. Wird die Flüssigkeit zum Beispiel durch die die Fahrzeuginnenraumheizung 32 erwärmt, kann es vorteilhaft sein, die Flüssigkeit nicht zurück zum Motorkreis 56 zu leiten, da die Flüssigkeit im Motorkreis 56 ausschließlich für die Kühlung des thermischen Verbrauchers 61 genutzt wird und es daher unerwünscht ist, heiße Flüssigkeit in einen derartigen Kreislauf einzubringen. Um den Rückfluss von Flüssigkeit vom Fahrzeuginnenraumheizkreis 58 zum Motorkreis 56 zu verhindern, steht ein Fahrzeuginnenraumheizkreisventil 88 zur Verfügung. Im abgebildeten Ausführungsbeispiel befindet sich das Fahrzeuginnenraumheizkreisventil 88 in der zweiten Motorkreisleitung 68 und in der ersten Stellung, in der das Fahrzeuginnenraumheizkreisventil 88 die Flüssigkeit zur Heizung 64 durch die zweite Motorkreisleitung 68 leitet, während das Fahrzeuginnenraumheizkreisventil 88 in der zweiten Stellung die Flüssigkeit zum Fahrzeuginnenraum-Wärmetauscher 47 über die erste Fahrzeuginnenraumheizkreisleitung 80 leitet.
Steht das Fahrzeuginnenraumheizkreisventil 88 in der zweiten Stellung, kann die Fahrzeuginnenraumheizkreispumpe 86 mit geringer Fördermenge arbeiten, um zu verhindern, dass die Flüssigkeit den Fahrzeuginnenraumheizkreis kurzschließt, indem sie in die dritte Fahrzeuginnenraumheizkreisleitung 84 strömt.
Die Trennung der Flüssigkeit, die durch den Fahrzeuginnenraumheizkreis 58 und den Motorkreis 56 strömt, wird erreicht, indem ein einzelnes Ventil (z. B. Fahrzeuginnenraumheizkreisventil 88), das sich am Verbindungspunkt der zweiten Motorkreisleitung 68 und der ersten Fahrzeuginnenraumheizkreisleitung 80 befindet, verwendet wird. Befindet sich das Fahrzeuginnenraumheizkreisventil 88 in der ersten Stellung, wird die Flüssigkeit zum Kühler 64 geleitet. Es gibt keinen Nettostrom aus dem Fahrzeuginnenraumheizkreis 58, da es keinen Nettostrom in den Fahrzeuginnenraumheizkreis 58 gibt. Befindet sich das Fahrzeuginnenraumheizkreisventil 88 in der zweiten Stellung und die Fahrzeuginnenraumheizkreispumpe 86 ist abgeschaltet, wird die Flüssigkeit durch den Fahrzeuginnenraumheizkreis 58 und zurück zum Motorkreis 56 geleitet. Befindet sich das Fahrzeuginnenraumheizkreisventil 88 in der ersten Stellung und die Fahrzeuginnenraumheizkreispumpe 86 ist eingeschaltet, gibt es wie oben beschrieben keinen Nettostrom aus der zweiten Fahrzeuginnenraumheizkreisleitung 82; die Fahrzeuginnenraumheizkreispumpe 86 erzeugt jedoch einen geschlossenen Flüssigkeitskreislauf und schickt Flüssigkeit in einen nachgeschalteten Teil 90 der ersten Fahrzeuginnenraumheizkreisleitung 80, und zwar über den Fahrzeuginnenraum-Wärmetauscher 47 und einen vorgeschalteten Teil 92 der zweiten Fahrzeuginnenraumheizkreisleitung 82, so dass die Flüssigkeit zurück in die Fahrzeuginnenraumheizkreispumpe 86 gesaugt wird. Da diese Funktion durch Bereitstellung eines einzelnen Ventils (z. B. Fahrzeuginnenraumheizkreisventil 88) bereitgestellt wird (anstatt ein Ventil am Verbindungspunkt der ersten Fahrzeuginnenraumheizkreisleitung 80 und des Motorkreises 56 und ein weiteres Ventil am Verbindungspunkt der zweiten Fahrzeuginnenraumheizkreisleitung 82 und des Motorkreises 56 zu verwenden), ist das Wärmemanagementsystem 10 einfacher und kostengünstiger und reduziert den Energieverbrauch, da es weniger Ventile im System 10 gibt und die Motorkreislaufpumpe 70, die Flüssigkeit durch besagte Ventile pumpt, weniger Strom braucht.
Weiterhin kann durch Fahrzeuginnenraumheizkreisventil 88 in Verbindung mit Fahrzeuginnenraumheizkreispumpe 86 erhitzte Flüssigkeit im Fahrzeuginnenraumheizkreis 58 von der Flüssigkeit im Motorkreis 56 getrennt werden, so dass Flüssigkeit, die in der Fahrzeuginnenraumheizung 32 erhitzt wurde, nicht zur Abkühlung in den Kühler 64 geschickt werden kann.
Ein Fahrzeuginnenraumheizkreis-Temperaturfühler 94 kann bereitgestellt werden, um die Temperatur der Flüssigkeit im Fahrzeuginnenraumheizkreis 58 zu messen. Der Temperaturfühler 94 kann an einem beliebigen Ort angeordnet werden, z. B. hinter der Fahrzeuginnenraumheizung 32. Der Temperaturfühler 94 kann mit dem Regler 78 kommunizieren, so dass der Regler 78 entscheiden kann, ob bestimmte Aktivitäten auszuführen sind oder nicht. Zum Beispiel kann der Regler 78 auf Basis der vom Temperaturfühler 94 gemessenen Temperatur festlegen, ob die die Fahrzeuginnenraumheizung 32 aktiviert werden muss, um die Heizanforderungen im Fahrzeuginnenraum der Klimaanlage 46 zu erfüllen.
Der Batteriekreis 60 ist dafür ausgelegt, die Temperatur der Batteriesätze 16a und 16b und des Batterieladeregelmoduls 42, die zusammen den thermischen Verbraucher des Batteriekreises 96 darstellen, zu regeln. Ein thermischer Verbrauchereinlass befindet sich bei 98 vor den Batteriesätzen 16a und 16b und ein thermischer Verbraucherauslass bei 100 hinter dem Batterieladeregelmodul 42. Die Batteriesätze 16a und 16b sind parallel zum Batteriekreis 60 angeordnet, so dass der Strom der Flüssigkeit zu den beiden Batteriesätzen 16a und 16b einzeln geregelt werden kann und der Batteriesatz 16a bzw. 16b genau die Menge an Flüssigkeit erhält, die erforderlich ist, um eine gewählte Temperaturänderung herbeizuführen. Möglicherweise kann eine Vorrichtung zur Einstellung der Menge an Flüssigkeit, die während des Einsatzes des Wärmemanagementsystems 10 in den Batteriesatz 16a bzw. 16b geschickt wird, bereit gestellt werden, um die Flüssigkeitsmenge an die aktuellen Anforderungen der Batteriesätze 16a und 16b anzupassen. Hat die Flüssigkeit die Batteriesätze 16a und 16b durchströmt, wird sie in eine einzelne Leitung, die durch das Batterieladeregelmodul 42 führt, geleitet. Während die Batteriesätze 16a und 16b in diesem Beispiel im Batteriekreis 60 parallel angeordnet sind, könnten sie in einem alternativen Ausführungsbeispiel auch in Reihe geschaltet werden.
Eine erste Batteriekreisleitung 102 befindet sich zwischen der zweiten Motorkreisleitung 68 und dem Einlass des thermischen Verbrauchers des Batteriekreises 98. Eine zweite Batteriekreisleitung 104 befindet sich zwischen dem thermischen Verbraucherauslass 100 und der ersten Motorkreisleitung 66. Eine Batteriekreispumpe 106 kann bereitgestellt werden, um für den Fall, dass der Batteriekreis 60 vom Motorkreis 56 getrennt wird, Flüssigkeit durch den Batteriekreis 60 zu pumpen. Eine Batteriekreisheizung 108 steht in der ersten Batteriekreisleitung 102 zur Verfügung, um Flüssigkeit vor dem thermischen Verbraucher 96 zu erhitzen, wenn der thermische Verbraucher 96 dies benötigt. Die Batteriekreisheizung 108 kann auf Basis einer Niederspannungsstromquelle, z. B. der Niederspannungsbatterie 40, arbeiten. Dies wird weiter unten näher beschrieben.
Eine dritte Batteriekreisleitung 110 kann fluidtechnisch zwischen der zweiten und ersten Batteriekreisleitung 102 und 104 bereitgestellt werden, um die Trennung der Wärmetauschflüssigkeit, die durch den Batteriekreis 60 strömt, von der Wärmetauschflüssigkeit im Motorkreis 56 zu ermöglichen. Ein Batteriekreis-Kühler 112 kann ggf. in der dritten Batteriekreisleitung 110 für die Kühlung der Flüssigkeit vor dem thermischen Verbraucher 96 bereitgestellt werden.
Ein Batteriekreisventil 114 befindet sich in der zweiten Batteriekreisleitung 104 und kann auf eine erste Stellung, in der die Flüssigkeit zur ersten Motorkreisleitung 66 strömt, und auf eine zweite Stellung, in der die Flüssigkeit in die dritte Batteriekreisleitung 110 zur ersten Batteriekreisleitung 102 fließt, gebracht werden.
Der Strom im Batteriekreis 60 ist hier offensichtlich getrennt vom Strom im Motorkreis 56, der nur über ein Ventil (z. B. Batteriekreisventil 114) verfügt. Befindet sich das Batteriekreisventil 114 in der zweiten Stellung, so dass die Flüssigkeit durch die dritte Batteriekreisleitung 110 in die erste Batteriekreisleitung 102 geschickt wird, gibt es praktisch keinen Strom vom erste Motorkreis 56 durch die erste Batteriekreisleitung 102, da der geschlossene Kreislauf, der aus dem nachgeschalteten Teil der ersten Batteriekreisleitung 102, dem thermischen Verbraucher 96, der zweiten Batteriekreisleitung 104 und der dritten Batteriekreisleitung 110 besteht, bereits mit Flüssigkeit gefüllt ist. Indem nur ein Ventil (z. B. Batteriekreisventil 114) verwendet wird, um den Batteriekreis 60 zu trennen, wird die Menge an Energie, die von der Batteriekreispumpe 106 benötigt wird, um Flüssigkeit durch den Batteriekreis 60 zu pumpen, im Vergleich zu einer ähnlichen Anordnung mit zwei Ventilen reduziert. Außerdem ist der Batteriekreis durch Verwendung eines einzelnen Ventils einfacher aufgebaut (d. h. er hat weniger Komponenten), was wiederum die Kosten senkt und die Zuverlässigkeit erhöhen kann.
Ein Batteriekreis-Temperaturfühler 116 wird bereitgestellt, um die Temperatur der Flüssigkeit im Batteriekreis 60 zu messen. Der Batteriekreis-Temperaturfühler 116 kann an einem beliebigen Ort im Batteriekreis 60 angeordnet werden, z. B. in der zweiten Batteriekreisleitung 104 hinter dem thermischen Verbraucher 96. Der Temperaturwert des Batteriekreis-Temperaturfühlers 116 kann an den Regler 78 gesendet werden, um zu entscheiden, ob das Batteriekreisventil 114 in die erste oder zweite Stellung gebracht werden soll und ob weitere Geräte (zum Beispiel der Batteriekreis-Kühler 112, die Batteriekreisheizung 108) betrieben werden müssen, um die Temperatur der Flüssigkeit in der ersten Batteriekreisleitung 102 anzupassen.
Der Hauptkühlkreislauf 62 dient zur Unterstützung des Wärmemanagements der thermischen Verbraucher in der Klimaanlage 46 und im Batteriekreis 60. Der thermische Verbraucher in der Klimaanlage 46 (siehe 118) besteht aus dem Fahrzeuginnenraum-Kältetauscher 48 (d. h. dem Verdampfer 48).
Die Komponenten des Hauptkühlkreislaufs 62, die für die Kühlung und Bewirtschaftung des darin enthaltenen Kühlmittels zuständig sind, beinhalten den Klimaanlagenverdichter 30 und einen Kondensator 122. Eine erste Kühlkreislaufleitung 126 verläuft vom Kondensator 122 zu einem Punkt, an dem sich die erste Kühlkreislaufleitung 126 in einen ersten Abzweig 128, der zur Klimaanlage 46 führt, und einen zweiten Abzweig 130, der zum Batteriekreis 60 führt, unterteilt. Eine zweite Kühlkreislaufleitung 132 hat einen ersten Abzweig 134, der von der Klimaanlage 46 zu einem Verbindungspunkt führt, und einen zweiten Abzweig 136, der vom Batteriekreis 60 zu einem Verbindungspunkt führt. Vom Verbindungspunkt geht die zweite Kühlkreislaufleitung 132 zum Einlass des Klimaanlagenverdichters 30.
Am hinteren Ende des ersten Abzweigs 128 der ersten Kühlkreislaufleitung 126 befindet sich ein erstes Kühlmitteldurchfluss-Regelventil 138, das den Strom des Kühlmittels in den Fahrzeuginnenraum-Kältetauscher 48 regelt. Das vordere Ende des ersten Abzweigs 134 der zweiten Kühlkreislaufleitung 132 ist an den Kühlmittelauslass des Fahrzeuginnenraum-Kältetauschers 48 angeschlossen. Das erste Kühlmitteldurchfluss-Regelventil 138 könnte auch am oberen Ende des ersten Abzweigs 134 der zweite Kühlkreislaufleitung 132 angeordnet werden. Das erste Kühlmitteldurchfluss-Regelventil 138 wird vom Regler 78 geregelt und geöffnet, wenn Kühlmittel durch den Fahrzeuginnenraum-Kältetauscher 48 strömen soll.
Am hinteren Ende des zweiten Abzweigs 130 der ersten Kühlkreislaufleitung 126 befindet sich ein zweites Kühlmitteldurchfluss-Regelventil 140, das den Strom des Kühlmittels in den Batteriekreis-Kühler 112 regelt. Das vordere Ende des zweiten Abzweigs 136 der zweiten Kühlkreislaufleitung 132 ist an den Kühlmittelauslass des Batteriekreis-Kühlers 112 angeschlossen. Das zweite Kühlmitteldurchfluss-Regelventil 140 könnte auch am oberen Ende des zweiten Abzweigs 136 der zweiten Kühlkreislaufleitung 132 angeordnet werden. Das Kühlmitteldurchfluss-Regelventil 140 wird vom Regler 78 geregelt und geöffnet, wenn Kühlmittel durch den Batteriekreis-Kühler 112 strömen soll.
Die Ventile 138 und 140 können Ventile beliebiger Bauart mit beliebigem Stellantriebstyp sein. Zum Beispiel können sie mit Magnet oder Feder betätigt werden. Außerdem können Thermostat-Expansionsventile (siehe 139 und 141) hinter den Ventilen 138 und 140 bereitgestellt werden.
Ein Kühlmittel-Drucksensor 142 kann an einer beliebigen Position im Hauptkühlkreislauf 62 bereitgestellt werden, z. B. an der ersten Kühlkreislaufleitung 126 vor der Teilung in den ersten und zweiten Abzweig 128 und 130. Der Kühlmittel-Drucksensor 142 übermittelt Druckdaten vom Hauptkühlkreislauf 62 zum Regler 78.
Ein Lüfter 144 ist vorhanden, um Luft auf den Kühler 64 und den Kondensator 122 zu blasen, um damit die Kühlung und Kondensierung der Wärmetauschflüssigkeit bzw. des Kühlmittels zu unterstützen. Der Lüfter 144 wird vom Regler 78 gesteuert.
Es steht ein Expansionsgefäß 124 zur Verfügung, um Gas, das sich in anderen Komponenten, z. B. dem Kühler 64, ansammeln kann, abzuführen. Das Expansionsgefäß 124 ist vorzugsweise am höchsten Punkt der Flüssigkeit führenden Komponenten des Wärmemanagementsystems zu montieren. Das Expansionsgefäß 124 kann als Eintrittspunkt für die Wärmetauschflüssigkeit in das Wärmemanagementsystem 10 verwendet werden (d. h. das System 10 kann über das Expansionsgefäß 124 mit Flüssigkeit befüllt werden).
Der Regler 78 wird im Hinblick auf die Funktionalität als allein stehende Einheit spezifiziert; der Regler 78 kann jedoch aus mehreren Einheiten bestehen, die miteinander kommunizieren und jeweils eine oder mehrere Komponenten des Wärmemanagementsystems 10 steuern, sowie optional aus weiteren Komponenten.
Die vom Regler 78 verwendete Logik zur Steuerung des Betriebs des Wärmemanagementsystems 10 ist abhängig von den Zuständen, in denen sich das Fahrzeug befindet. Das Fahrzeug kann ein- oder ausgesteckt sein, d. h. das Fahrzeug selbst kann ausgeschaltet (wenn zum Beispiel der Zündschlüssel nicht im Armaturenbrett eingesteckt ist) und mit einer externen elektrischen Versorgung verbunden sein (zum Beispiel, um die Batteriesätze 16a und 16b aufzuladen). Das Fahrzeug kann abgeschaltet und ausgesteckt sein, das heißt, das Fahrzeug selbst ist ausgeschaltet und nicht in eine externe elektrische Versorgung eingesteckt. Das Fahrzeug kann eingeschaltet und ausgesteckt sein, das heißt, das Fahrzeug selbst ist eingeschaltet und nicht in eine externe elektrische Versorgung eingesteckt. Die vom Regler 78 verwendete Logik ist wie folgt:
Der Regler 78 ist für die Kühlungsanforderungen des thermischen Verbrauchers 61 des Motorkreises 56 zuständig, wenn das Fahrzeug ausgesteckt und eingeschaltet ist. Der Regler 78 legt eine maximal zulässige Temperatur für die Wärmetauschflüssigkeit fest und stellt fest, ob die aktuelle Temperatur der Wärmetauschflüssigkeit diesen Wert um mehr als einen gewählten Betrag (bei dem es sich um einen eingestellten Wert, der zum Beispiel Null sein könnte, handelt) überschreitet (auf Grundlage der vom Temperaturfühler 76 gemessenen Temperatur). Ist dies der Fall, lässt der Regler die Motorkreislaufpumpe 70 Wärmetauschflüssigkeit durch den Motorkreis 56 pumpen. Wenn das Fahrzeug in den Zustand des Ausgesteckt- und Eingeschaltetseins eintritt, wechselt der Regler 78 u. U. in den Abkühlmodus, in dem die Motorkreislaufpumpe 70 erst eingeschaltet wird, wenn die vorgenannten Temperaturwerte festgelegt und verglichen wurden. Für den Fall, dass sich das Fahrzeug im Fehlerzustand befindet, kann der Regler 78 in einen Motorkreiskühlungs-Fehlermodus wechseln. Verlässt der Regler 78 den Fehlerzustand, kann er in den Abkühlungsmodus wechseln.
Der Regler 78 ist für die Beheizungs- und Kühlungsanforderungen des Fahrzeuginnenraumheizkreises 58 zuständig, wenn das Fahrzeug eingesteckt und wenn das Fahrzeug ausgesteckt und eingeschaltet ist. Der Regler 78 verfügt über drei Fahrzeuginnenraumheizmodi. Der Regler 78 stellt fest, ob die gewünschte Fahrzeuginnenraumtemperatur der Klimaregelung im Fahrzeuginnenraum 18 den Wert, der von einem Temperaturfühler im Fahrzeuginnenraum-Kältetauschers 48, welcher die tatsächliche Temperatur im Fahrzeuginnenraum 18 erfasst, gemessen wird, um einen gewählten Betrag übersteigt. Ist dies der Fall und das Fahrzeug ist entweder ausgesteckt und eingeschaltet oder eingesteckt, und falls genügend Leistung aus der elektrischen Versorgung bereitsteht, und falls der Regler 78 erkennt, dass die vom Temperaturfühler 76 gemessene Temperatur die geforderte Fahrzeuginnenraumtemperatur um einen gewählten Betrag übersteigt. Ist die Temperatur höher, stellt der Regler 78 das Fahrzeuginnenraumheizkreisventil 88 auf die zweite Stellung, so dass ein Fluss durch den Fahrzeuginnenraumheizkreis 58 vom Motorkreis 56 erzeugt wird, und der Regler 78 stellt die Fahrzeuginnenraumheizung 32 auf Aus. Diese Einstellungen sind gleichbedeutend mit dem ersten Fahrzeuginnenraum-Heizmodus. Ist die vom Temperaturfühler 76 erfasste Temperatur um einen gewählten Betrag niedriger als die geforderte Fahrzeuginnenraumtemperatur, bringt der Regler 78 das Fahrzeuginnenraumheizkreisventil 88 in die erste Stellung und schaltet die Fahrzeuginnenraumheizkreispumpe 86 ein, so dass der Fluss im Fahrzeuginnenraumheizkreis 58 vom Fluss im Motorkreis 56 getrennt wird, und der Regler 78 schaltet außerdem die Fahrzeuginnenraumheizung 32 ein, um den Fluss im Fahrzeuginnenraumheizkreis 58 zu beheizen. Diese Einstellungen sind gleichbedeutend mit dem zweiten Fahrzeuginnenraum-Heizmodus.
Bewegt sich die vom Temperaturfühler 76 erfasste Temperatur innerhalb eines definierten Bereichs der von der Klimaregelung bereit gestellten geforderten Temperatur, bringt der Regler 78 das Fahrzeuginnenraumheizkreisventil 88 in die zweite Stellung, so dass der Fluss im Fahrzeuginnenraumheizkreis 58 nicht vom Fluss im Motorkreis 56 getrennt wird, und der Regler schaltet die Fahrzeuginnenraumheizung 32 ein. Diese Einstellungen sind gleichbedeutend mit dem dritten Fahrzeuginnenraum-Heizmodus. Der gewählte Bereich umfasst die Spannbreite zwischen geforderter Temperatur aus der Klimaregelung minus dem gewählten Einstellwert und der geforderten Temperatur aus der Klimaregelung plus des gewählten Einstellwerts.
Der Standardzustand des Reglers 78 bei erstmaliger Anforderung der Fahrzeuginnenraumheizung ist zum Beispiel der erste Fahrzeuginnenraum-Heizmodus.
Der Regler 78 kann auch einen Fahrzeuginnenraum-Kühlmodus anbieten. Der Regler 78 misst, ob die tatsächliche Temperatur des Fahrzeuginnenraum-Kältetauschers 48 um einen gewählten Einstellwert niedriger als die Solltemperatur des Fahrzeuginnenraum-Kältetauschers 48 ist. Ist dies der Fall und das Fahrzeug ist entweder ausgesteckt und eingeschaltet oder eingesteckt, und falls genügend Leistung aus der elektrischen Versorgung bereitsteht, schaltet der Regler 78 den Klimaanlagenverdichter 30 ein und bringt das erste Kühlmitteldurchfluss-Regelventil 138 in die geöffnete Stellung, so dass Kühlmittel durch den Fahrzeuginnenraum-Kältetauscher 48 fließt und den Luftstrom, der in den Fahrzeuginnenraum 18 geschickt wird, abkühlt.
Das Wärmemanagementsystem 10 geht in einen Fahrzeuginnenraumheizungs- und Fahrzeuginnenraumkühlungs-Fehlermodus, wenn sich das Fahrzeug im Fehlerzustand befindet.
Befindet sich die Klimaregelung im Fahrzeuginnenraum 18 in einer 'Entfrostungsstellung', geht der Regler 78 in einen Entfrostungsmodus und kehrt in den jeweiligen Heiz- oder Kühlmodus zurück, in dem sie sich vorher befand, wenn die Entfrostung nicht mehr benötigt wird.
Im Standardmodus für den Regler 78 in Bezug auf den Fahrzeuginnenraumheizkreis 58 kann sich das Fahrzeuginnenraumheizkreisventil 88 zum Beispiel in der ersten Stellung befinden, um Fluss zum Kühler zu erzeugen, während die die Fahrzeuginnenraumheizung 32 und die Fahrzeuginnenraumheizkreispumpe 86 abgeschaltet sind. Im Standardmodus für den Regler 78 in Bezug auf die Kühlung des Fahrzeuginnenraums 18 kann sich das erste Kühlmitteldurchfluss-Regelventil 138 zum Beispiel in geschlossener Stellung befinden, um zu verhindern, dass Kühlmittel durch den Fahrzeuginnenraum-Kältetauscher 48 fließt, während der Klimaanlagenverdichter 30 abgeschaltet ist.
Der Regler 78 ist für die Beheizungs- und Kühlungsanforderungen des Batteriekreises 60 zuständig, wenn das Fahrzeug eingesteckt und wenn das Fahrzeug eingesteckt und ausgeschaltet, und wenn es ausgesteckt und eingeschaltet ist. Der Regler 78 bietet drei Kühlmodi für die Kühlung des thermischen Verbrauchers des Batteriekreises 96. Auf Grundlage der jeweiligen Situation legt der Regler 78 eine gewünschte Batteriesatztemperatur fest und entscheidet, ob ein erster Kühlungszustand erreicht ist, d. h. ob die gewünschte Batteriesatztemperatur um einen gewählten Einstellwert niedriger als die tatsächliche Batteriesatztemperatur ist. Wird due erste Kühlungsbedingung erfüllt, legt der Regler 78 fest, welcher der drei Kühlmodi zu wählen ist, indem er misst, ob, und wenn ja, welche der folgenden zweiten und dritten Kühlungsbedingung erfüllt wird. Die zweite Bedingung besteht darin, ob die vom Temperaturfühler 76 gemessene Temperatur um einen zweiten gewählten Einstellwert niedriger ist als die gewünschte Batteriesatztemperatur, was zum Beispiel mit einem erwarteten Temperaturanstieg in der Flüssigkeit, die vom Temperaturfühler 76 zum thermischen Verbraucher des Batteriekreises 96 strömt, zusammenhängen könnte. Ist die zweite Bedingung erfüllt, arbeitet der Regler 78 in einem ersten Batteriekreis-Kühlmodus, wobei er das Batteriekreisventil 114 in die zweite Stellung bringt, in der ein Fluss durch den Batteriekreis 60 vom Motorkreis 56 erzeugt wird, und der Regler 78 bringt das zweite Kühlmitteldurchfluss-Regelventil 140 in die geschlossene Stellung, um zu verhindern, dass Kühlmittel durch den Batteriekreis-Kühler 112 fließt.
Die dritte Kühlungsbedingung besteht darin, dass die vom Temperaturfühler 76 gemessene Temperatur um mindestens ein Drittel des gewählten Einstellwert höher ist als die gewünschte Batteriesatztemperatur, was zum Beispiel mit einem erwarteten Temperaturabfall in Verbindung mit dem Batteriekreis-Kühler 112 zusammenhängen könnte. ist die dritte Bedingung erfüllt, arbeitet der Regler 78 in einem zweiten Batteriekreis-Kühlmodus, wobei er das Batteriekreisventil 114 in die erste Stellung bringt und die Batteriekreispumpe 106 einschaltet, so dass der Fluss im Batteriekreis 60 vom Fluss im Motorkreis 56 getrennt wird, und der Regler 78 bringt das zweite Kühlmitteldurchfluss-Regelventil 140 in die geöffnete Stellung, so dass Kühlmittel durch den Batteriekreis-Kühler 112 fließt, um den Fluss im Batteriekreis 60 zu kühlen.
Werden weder die zweite noch die dritte Kühlungsbedingung erfüllt (d. h. die vom Temperaturfühler 76 gemessene Temperatur ist höher als die oder gleich der gewünschten Batteriesatztemperatur minus dem zweiten gewählten Einstellwert und die vom Temperaturfühler 76 gemessene Temperatur ist niedriger als die oder gleich der gewünschten Batteriesatztemperatur plus dem dritten gewählten Einstellwert), arbeitet der Regler 78 in einem dritten Batteriekreis-Kühlmodus, wobei er das Batteriekreisventil 114 in die zweite Stellung bringt, so dass der Fluss im Batteriekreis 60 nicht vom Fluss im Motorkreis 56 getrennt wird, und der Regler 78 schaltet den Batteriekreis-Kühler 112 ein.
Es ist offensichtlich, dass der Regler 78 die Batteriekreisheizung 108 in jedem der Batteriekreis-Kühlmodi abschaltet.
Der Standardzustand für den Regler 78 bei erstmalig angeforderter Kühlung des thermischen Verbrauchers des Batteriekreises ist zum Beispiel der erste Batteriekreis-Kühlmodus.
Der Regler 78 verfügt über drei Batteriekreis-Heizmodi. Auf Grundlage der jeweiligen Situation legt der Regler 78 eine gewünschte Temperatur des thermischen Verbrauchers des Batteriekreises fest und entscheidet, ob eine erste Heizbedingung erfüllt ist, d. h. ob die gewünschte Batteriesatztemperatur um einen ersten gewählten Einstellwert höher als die tatsächliche Batteriesatztemperatur ist. Wird die erste Heizbedingung erfüllt, legt der Regler 78 fest, welcher der drei Heizmodi zu wählen ist, indem er misst, ob, und wenn ja, welche der folgenden zweiten und dritten Heizbedingung erfüllt wird. Die zweite Heizbedingung besteht darin, ob die vom Temperaturfühler 76 gemessene Temperatur um einen zweiten gewählten Einstellwert höher ist als die gewünschte Batteriesatztemperatur, was zum Beispiel mit einem erwarteten Temperaturanstieg in der Flüssigkeit, die vom Temperaturfühler 76 zum thermischen Verbraucher des Batteriekreises 96 strömt, zusammenhängen könnte. Ist die zweite Bedingung erfüllt, arbeitet der Regler 78 in einem ersten Batteriekreis-Heizmodus, wobei er das Batteriekreisventil 114 in die zweite Stellung bringt, so dass ein Fluss durch den Batteriekreis 60 vom Motorkreis 56 erzeugt wird, und der Regler 78 schaltet die Batteriekreisheizung ab.
Die dritte Heizbedingung besteht darin, dass die vom Temperaturfühler 76 gemessene Temperatur um mindestens ein Drittel des gewählten Einstellwert niedriger ist als die gewünschte Batteriesatztemperatur, was zum Beispiel mit einem erwarteten Temperaturanstieg in Verbindung mit der Batteriekreisheizung 108 zusammenhängen könnte. Ist die dritte Heizbedingung erfüllt, arbeitet der Regler 78 in einem zweiten Batteriekreis-Heizmodus, wobei er das Batteriekreisventil 114 in die erste Stellung bringt und die Batteriekreispumpe 106 einschaltet, so dass der Fluss im Batteriekreis 60 vom Fluss im Motorkreis 56 getrennt wird, und der Regler 78 schaltet die Batteriekreisheizung 108 ein, um den Fluss im Batteriekreis 60 zu beheizen.
Werden weder die zweite noch die dritte Bedingung erfüllt (d. h. die vom Temperaturfühler 76 gemessene Temperatur ist niedriger als die oder gleich der gewünschten Batteriesatztemperatur plus dem zweiten gewählten Einstellwert und die vom Temperaturfühler 76 gemessene Temperatur ist höher als die oder gleich der gewünschten Batteriesatztemperatur minus dem dritten gewählten Einstellwert), arbeitet der Regler 78 in einem dritten Batteriekreis-Heizmodus, wobei er das Batteriekreisventil 114 in die zweite Stellung bringt, so dass der Fluss im Batteriekreis 60 nicht vom Fluss im Motorkreis 56 getrennt wird, und der Regler 78 schaltet die Batteriekreisheizung 108 ein.
Der Standardzustand für den Regler 78 bei erstmalig angeforderter Beheizung des thermischen Verbrauchers des Batteriekreises ist zum Beispiel der erste Batteriekreis-Heizmodus.
Das Wärmemanagementsystem 10 geht in einen Batteriekreisraumheizungs- und Batteriekreiskühlungs-Fehlermodus, wenn sich das Fahrzeug im Fehlerzustand befindet.
Ist das Fahrzeug ausgesteckt, beheizt der Regler 78 den thermischen Verbraucher des Batteriekreises 96 ausschließlich im ersten Batteriekreis-Heizmodus.
Der Standardzustand für den Regler 78 bei eingeschaltetem Fahrzeug besteht darin, das Batteriekreisventil 114 in die erste Stellung zu bringen, so dass der Batteriekreis 60 durchströmt werden kann.
Zusätzlich zu den oben genannten Regeln kann der Regler 78 auch in Anwendung sonstiger Regeln betrieben werden. Zum Beispiel kann der Regler 78 das Kühler-Umgehungsventil 75 in die erste Stellung bringen, um Flüssigkeit durch den Kühler 64 zu schicken, wenn die Temperatur der Flüssigkeit, die am Messfühler 76 gemessen wird, höher ist als die maximal zulässige Temperatur für die Flüssigkeit plus eines gewählten Einstellwerts, und sich das Fahrzeuginnenraumheizkreisventil 88 in der ersten Stellung und das Batteriekreisventil 114 ebenfalls in der ersten Stellung befindet.
Der Regler 78 kann weiterhin das Kühler-Umgehungsventil 75 in die erste Stellung bringen, um Flüssigkeit durch den Kühler 64 zu schicken, wenn die Temperatur der Flüssigkeit, die am Temperaturfühler 76 gemessen wird, auf einen Wert nahe der maximal zulässigen Temperatur für die Flüssigkeit plus eines gewählten Einstellwerts angestiegen ist und sich das Fahrzeuginnenraumheizkreisventil 88 in der zweiten Stellung und das Batteriekreisventil 114 ebenfalls in der zweiten Stellung befindet.
Im Fall einer Batterie-Notabschaltung schaltet der Regler 78 den Klimaanlagenverdichter 30 ab und die Fahrzeuginnenraumheizung 32 ein, so dass Restspannung eliminiert wird.
Die Temperatur der Batteriesätze 16a und 16b kann über den Regler 78 durch Steuerung des Stroms vom zweiten Kühlmitteldurchfluss-Regelventil 140 zum Batteriekreis-Kühler 112 über den geforderten Mindesttemperaturwerten gehalten werden. Die Temperatur des Verdampfers kann durch Öffnen und Schließen des ersten Kühlmitteldurchfluss-Regelventils 138 oberhalb eines gewählten Temperaturwerts (d. h. Solltemperatur minus Einstellwert) gehalten werden. Die Drehzahl des Klimaanlagenverdichters 30 wird auf Basis des Zustands des zweiten Kühlmitteldurchfluss-Regelventils 140 und des ersten Kühlmitteldurchfluss-Regelventils 138 eingestellt.
Der Regler 78 wird im Hinblick auf die folgenden erstrangigen Ziele und Strategien unter Verwendung der vorgenannten Modi programmiert. Die erstrangigen Ziele sind wie folgt:

A. Steuerung der Komponenten, die mit der Beheizung und Kühlung des thermischen Verbrauchers des Batteriekreises 96 befasst sind, um die Batteriesätze 16a und 16b und das Batterieladeregelmodul 42 während des Aufladens und des Betriebs des Fahrzeugs innerhalb eines optimalen Temperaturbereichs zu halten;
B. den Fahrmotor 14, die Übertragungssteuerung 28 und den DC/DC-Wandler 34 im optimalen Temperaturbereich zu betreiben;
C. die Komponenten, die mit der Beheizung und Kühlung des Fahrzeuginnenraums 18 zu tun haben, auf Basis des Inputs der Klimaregelung zu steuern; und
D. das Fahrzeug mit maximaler Reichweite zu nutzen, während zugleich die systemischen Anforderungen des Fahrzeugs erfüllt werden.

Der Regler 78 nutzt bei eingestecktem Fahrzeug die folgenden erstrangigen Strategien:
Ist das Fahrzeug eingesteckt und ausgeschaltet, bereitet der Regler 78 die Batteriesätze 16a und 16b ggf. für den Betrieb vor. Im Rahmen dieser Vorbereitung werden die Batteriesätze 16a und 16b in einen Temperaturbereich gebracht, in dem die Batteriesätze 16a und 16b schneller aufladen können.
Der Regler 78 legt die Energiemenge fest, die von der elektrischen Versorgung für den Temperaturregler, welcher die maximal zulässige Verdichterdrehzahl, die maximale Lüfterdrehzahl oder die Batteriesatz-Heizanforderungen der Batteriesätze 16a und 16b festlegt (in Abhängigkeit davon, ob die Batteriesätze 16a und 16b Kühlung oder Heizung benötigen) bereit steht. Mit Hilfe eines einstellbaren Hysteresebands kann die Batteriesatz-Temperatursteuerung zyklisch ausgeführt werden, wenn sich die Batteriesatztemperaturen außerhalb der gewählten Grenzwerte (siehe 3) bewegen. Steht genügend Energie über die elektrische Versorgung zur Verfügung, können die Batteriesätze 16a und 16b geladen und gleichzeitig konditioniert werden (d. h. sie bleiben während der Kühlung oder Beheizung im gewählten Temperaturbereich). Erreichen die Batteriesätze 16a und 16b den vollen Ladezustand, kann die Konditionierung der Batteriesätze weitergehen, so dass die Batteriesätze 16a und 16b in den gewählten Temperaturbereich im Hinblick auf effizienten Betrieb gebracht werden.
Ist das Fahrzeug eingesteckt, kann die Batteriekreisheizung 108 dazu eingesetzt werden, die Batteriesätze 16a und 16b wie oben beschrieben in einen definierten Temperaturbereich zu bringen. In einem der oben beschriebenen Heizmodi für den Batteriekreis 60 befindet sich das Batteriekreisventil 114 in der zweiten Stellung, so dass der Fluss im Batteriekreis 60 vom Fluss im Motorkreis 56 getrennt ist und die Batteriekreisheizung 108 nur die Flüssigkeit im Batteriekreis 60 beheizen muss.
Der Fahrzeuginnenraum kann für den Betrieb vorbereitet (z. B. beheizt oder gekühlt werden, wenn das Fahrzeug abgeschaltet ist) werden, wenn das Fahrzeug eingesteckt ist und der Ladezustand der Batteriesätze 16a und 16b über einem definierten Wert liegt.
Wird das Fahrzeug angelassen, während es eingesteckt ist, kann der Regler 78 die Batteriesätze 16a und 16b weiter konditionieren, um den thermischen Verbraucher des Motorkreises 61 zu kühlen und ggf. die Klimaanlage 46 für Beheizung und Kühlung des Fahrzeuginnenraums 18 einzusetzen.
Ist das Fahrzeug ausgesteckt, kann die Beheizung des Batteriesatzes nur durch Verwendung der Wärme in der Flüssigkeit des Motorkreises erfolgen (d. h. ohne dass die Batteriekreisheizung 108 aktiviert werden muss). Wenn das Fahrzeug ausgesteckt ist und die Batteriesätze 16a und 16b beheizt werden müssen, kann sich das Batteriekreisventil 114 demzufolge in der ersten Stellung befinden, so dass der Batteriekreis 60 nicht vom Motorkreis 56 getrennt ist. Ein gewisses Maß an Flüssigkeit kann für Ausgleichszwecke durch die dritte Batteriekreisleitung 110 geschickt werden, doch wird der Kühlmittelfluss zum Batteriekreis-Kühler 112 unterbunden, während die Batteriesätze 16a und 16b Beheizung erfordern. Indem für die Batteriekreisheizung 108 Niederspannungs-Batteriekreisheizungen anstelle von Hochspannungsheizungen verwendet werden, kann Gewicht eingespart werden, was die Reichweite des Fahrzeugs vergrößert.
Ist das Fahrzeug ausgesteckt, kann die Kühlung des Batteriesatzes erreicht werden, indem der Batteriekreis 60 vom Motorkreis 56 getrennt wird, indem das Batteriekreisventil 114 in die zweite Stellung gebracht und der Fluss des Kühlmittels zum Batteriekreis-Kühler 112 durch Öffnen des zweiten Kühlmitteldurchfluss-Regelventils 140 ermöglicht und der Klimaanlagenverdichter 30 in Betrieb genommen wird (wie oben beschrieben in einem der drei Kühlmodi für den Batteriekreis 60).
Man wird feststellen, dass die Batteriesätze 16a und 16b beim Laden und beim Betrieb des Fahrzeugs mitunter unterschiedliche Temperaturen erreichen. Der Regler 78 kann zu bestimmten Zeiten die Trennung des Batteriekreises 60 vom Motorkreis 56 anfordern und die Batteriekreispumpe 106 betreiben, ohne dass die Batteriekreisheizung 108 in Betrieb ist oder Kühlmittel zum Batteriekreis-Kühler 112 strömt. Dadurch wird die Flüssigkeit im Batteriekreis 60 umgewälzt, was die Temperaturen zwischen den Batteriesätzen 16a und 16b ausgleicht.
Es wird Bezug genommen auf 3, welche eine Kurve der Batteriesatztemperatur gegen Zeit zeigt, um einige der Regeln, nach denen der Regler 78 (2) arbeitet, darzustellen. In Situationen, in denen das Fahrzeug eingesteckt ist und sich die Batteriesätze 16a und 16b unterhalb einer definierten Mindestladetemperatur Tcmin (3) befinden, beheizt der Regler 78 die Batteriesätze 16a und 16b, bevor sie geladen werden. Haben die Batteriesätze 16a und 16b die Mindestladetemperatur Tcmin erreicht, kann ein Teil der von der elektrischen Versorgung bereitgestellten Energie dazu verwendet werden, die Batteriesätze 16a und 16b zu laden und ein weitere Teil aus der elektrischen Versorgung kann weiterhin für die Beheizung eingesetzt werden. Haben die Batteriesätze 16a und 16b eine Mindesttemperatur nur für das Laden Tcomin erreicht, kann der Regler 78 die Energiezufuhr von der elektrischen Versorgung für die Beheizung der Batteriesätze 16a und 16b stoppen und daher die gesamte Energie aus der elektrischen Versorgung dafür einsetzen, sie zu laden. Tcmin kann zum Beispiel ca. –35 Grad Celsius und Tcomin ca. –10 Grad Celsius betragen.
Während des Ladens kann der Regler 78 die Batteriesätze 16a und 16b für den Betrieb des Fahrzeugs vorbereiten. Demzufolge kann der Regler 78 die Batteriesätze 16a und 16b auf eine gewünschte Mindestbetriebstemperatur Tomin bringen, während das Fahrzeug eingesteckt ist (vorzugsweise während des Ladevorgangs).
In Situationen, in denen das Fahrzeug eingesteckt ist und sich die Batteriesätze 16a und 16b oberhalb einer definierten maximalen Ladetemperatur Tcmax (78) befinden, kühlt der Regler 16 die Batteriesätze 16a und 16b, bevor sie geladen werden. Sind die Batteriesätze 16a und 16b auf die maximale Ladetemperatur Tcmax gebracht worden, kann Energie aus der elektrischen Versorgung zum Laden eingesetzt werden, während ein gewisser Teil der Energie für den Betrieb des Klimaanlagenverdichters 30 und sonstige Komponenten benötigt wird, um die Temperaturen der Batteriesätze 16a und 16b unterhalb der Temperatur Tcmax zu halten. Tcmax kann zum Beispiel circa 30 Grad Celsius betragen.
Die Batteriesätze 16a und 16b können eine maximale Betriebstemperatur Tomax haben, d.h. gleich der oder höher als die maximale Ladetemperatur Tcmax. Daher sind die Batteriesätze 16a und 16b bei ausreichender Kühlung für das Laden bereits für den Betrieb vorbereitet. In Situationen, in denen die maximale Betriebstemperatur Tomax höher als die maximale Ladetemperatur Tcmax ist, ist es zulässig, dass die Temperaturen der Batteriesätze 16a und 16b während des Betriebs nach dem Laden von der Temperatur Tcmax auf die Temperatur Tomax steigen.
Die maximalen und minimalen Betriebstemperaturen Tomax und Tomin definieren einen bevorzugten Betriebsbereich für die Batteriesätze 16a und 16b. In Situationen, in denen die Batteriesätze 16a und 16b die Mindestbetriebstemperatur unterschreiten oder die maximale Betriebstemperatur überschreiten, kann das Fahrzeug immer noch bis zu einem gewissen Maß verwendet werden. Innerhalb der oben unter 150 und 152 gezeigten Bereiche (basierend auf der Bauart der Batteriesätze 16a und 16b) und unterhalb des bevorzugten Betriebsbereichs ist das Fahrzeug immer noch fahrbereit, allerdings mit etwas eingeschränkter Leistung. Innerhalb der oben unter 154 und 156 gezeigten Bereiche und unterhalb der gewählten ersten Betriebsbereiche 150 und 152 ist das Fahrzeug immer noch im Notlaufmodus fahrbereit, allerdings mit erheblich eingeschränkter Leistung. Oberhalb und unterhalb des definierten zweiten Bereichs können die Batteriesätze 16a und 16b nicht verwendet werden. Der untere erste Betriebsbereich 150 kann zwischen ca. 10 Grad Celsius und ca. –10 Grad Celsius liegen und der obere erste Bereich 152 zwischen ca. 35 Grad Celsius und ca. 45 Grad Celsius. Der untere zweite Bereich 154 kann zwischen ca. –10 Grad Celsius und ca. –35 Grad Celsius liegen. Der obere zweite Bereich kann zwischen ca. 45 Grad Celsius und ca. 50 Grad Celsius liegen.
Die Pumpen 70, 86 und 106 sind Pumpen mit variabler Fördermenge. Dadurch können sie eingesetzt werden, um die Durchflussmengen der Wärmetauschflüssigkeit durch den Motorkreis 56, den Fahrzeuginnenraumheizkreis 58 und den Batteriekreis 60 zu regeln. Durch die Regelung der durch die Pumpen 70, 86 und 106 bereitgestellten Fördermenge kann die Menge der Energie, die vom Wärmemanagementsystem 10 benötigt wird, an die Priorität der erforderlichen Änderung der Temperatur in einem oder mehreren der thermischen Verbraucher angepasst werden.
Außerdem ist der Klimaanlagenverdichter 30 für variable Drehzahlregelung ausgelegt, so dass die unterschiedlichen Anforderungen der Klimaanlage 46 und des Batteriekreises 60 erfüllt werden können.
In dieser Patentoffenlegung wird der Regler 78 stets so beschrieben, dass er Geräte einschaltet (zum Beispiel die Batteriekreisheizung 108, den Batteriekreis-Kühler 112), Geräte abschaltet oder Geräte (zum Beispiel das Ventil 88) zwischen einer ersten Stellung und einer zweiten Stellung umschaltet. Es ist zu beachten, dass sich das Gerät in manchen Situationen bereits in der Stellung oder dem Zustand befindet, die oder den der Regler 78 anstrebt, so dass der Regler 78 nicht aktiv am Gerät intervenieren muss. Zum Beispiel kann es vorkommen, dass der Regler 78 entscheidet, dass die Batteriekreisheizung 108 eingeschaltet werden muss. Die Batteriekreisheizung 108 kann in diesem Moment aufgrund einer früheren Entscheidung des Reglers 78 jedoch bereits aktiviert sein. Bei einem derartigen Szenario 'schaltet' der Regler 78 die Batteriekreisheizung 108 offensichtlich nicht 'ein', obwohl diese Formulierung in dieser Offenlegung verwendet wird. Im Rahmen der hier gemachten Offenlegung und Ansprüche sind die Konzepte des Einschaltens, Ausschaltens und Umschaltens von Geräten von einer Stellung in eine andere so zu verstehen, dass sie auch Situationen umfassen, in denen sich das Gerät bereits im gewünschten Zustand bzw. der angestrebten Stellung befindet und kein Eingriff des Reglers am Gerät stattfindet.
Zwar stellt die vorangegangene Beschreibung eine Vielzahl von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung dar, es ist jedoch zu beachten, dass die vorliegende Erfindung Gegenstand weiterer Änderungen und Modifikationen sein kann, ohne dass dies die wahre Bedeutung der begleitenden Ansprüche beeinträchtigt.

Claims

Ein Wärmemanagementsystem für ein Elektrofahrzeug, wobei das Elektrofahrzeug einen Fahrmotor und eine Passagierzelle enthält, einschließlich: eines Motorkreises für die Kühlung eines thermischen Verbrauchers des Motorkreises einschließlich Fahrmotor, wobei der thermische Verbraucher des Motorkreises über einen Einlass und einen Auslass verfügt, wobei der Motorkreis einen Kühler beinhaltet, sowie eine erste Motorkreisleitung, die fluidtechnisch zwischen dem Kühler und dem Einlass des thermischen Verbrauchers des Motorkreises angeordnet ist, eine zweite Motorkreisleitung, die fluidtechnisch zwischen dem Kühler und dem Auslass des thermischen Verbrauchers des Motorkreises angeordnet ist, und einer Motorkreislaufpumpe, welche Flüssigkeit durch den Motorkreis pumpt; eines Fahrzeuginnenraumheizkreises für den Wärmeaustausch mit einem thermischen Verbraucher eines Fahrzeuginnenraumheizkreises, welcher über eine Fahrzeuginnenraumheizung zur Beheizung des Innenraums verfügt, wobei der thermische Verbraucher des Fahrzeuginnenraumheizkreises über einen Auslass und einen Einlass des thermischen Verbrauchers des Fahrzeuginnenraumheizkreises verfügt, eine erste Fahrzeuginnenraumheizleitung zwischen dem Motorkreis und dem Einlass des thermischen Verbrauchers des Fahrzeuginnenraumheizkreises, eine zweite Fahrzeuginnenraumheizkreisleitung zwischen Auslass des thermischen Verbrauchers des Fahrzeuginnenraumheizkreises und Motorkreis, eine dritte Fahrzeuginnenraumheizleitung zwischen der zweiten und der ersten Fahrzeuginnenraumheizleitung, einen Fahrzeuginnenraumheizkreis für die Erhitzung der Flüssigkeit im Fahrzeuginnenraumheizkreis, ein Fahrzeuginnenraumheizkreisventil, das auf eine erste Stellung, in der das Fließen von Flüssigkeit zwischen dem Motorkreis und dem Fahrzeuginnenraumheizkreis größtenteils unterbunden wird, und eine zweite Stellung, in der das Fließen von Flüssigkeit zwischen dem Motorkreis und dem Fahrzeuginnenraumheizkreis ermöglicht wird, gebracht werden kann, und eine Fahrzeuginnenraumheizkreispumpe, mit der Flüssigkeit durch den Fahrzeuginnenraumheizkreis gepumpt wird; eines Motorkreis-Temperaturfühlers, der dazu dient, die Temperatur der Flüssigkeit in der zweiten Motorkreisleitung zu messen; und eines Reglers, der betriebsmäßig mit dem Fahrzeuginnenraumheizkreisventil, der Fahrzeuginnenraumheizung und der Fahrzeuginnenraumheizkreislaufpumpe verbunden und so programmiert ist, dass immer dann, wenn der thermische Verbraucher einer Fahrzeuginnenraumheizung Wärme benötigt und die vom Motorkreis-Temperaturfühler gemessene Temperatur hoch genug ist, der Regler die Fahrzeuginnenraumheizung abschaltet und das Fahrzeuginnenraumheizkreisventil in die zweite Stellung umschaltet, und wenn der thermische Verbraucher eines Fahrzeuginnenraumheizkreises Wärme benötigt und die vom Motorkreis-Temperaturfühler gemessene Temperatur niedrig genug ist, der Regler die Fahrzeuginnenraumheizung einschaltet und das Fahrzeuginnenraumheizkreisventil in die erste Stellung umschaltet.
Ein Wärmemanagementsystem gemäß Anspruch 1, wobei die Fahrzeuginnenraumheizung vor dem Einlass des thermischen Verbrauchers des Fahrzeuginnenraumheizkreises angeordnet ist.
Ein Wärmemanagementsystem gemäß Anspruch 2, das weiterhin einen Fahrzeuginnenraumheizkreis-Temperaturfühler zur Messung der Temperatur der Flüssigkeit hinter der Fahrzeuginnenraumheizung beinhaltet, in dem der Regler betriebsmäßig an die Fahrzeuginnenraumheizkreispumpe angeschlossen ist.
Ein Wärmemanagementsystem gemäß Anspruch 1, in dem der Regler so programmiert ist, dass die Fahrzeuginnenraumheizung auf Grundlage der Differenz zwischen der Temperatur der Flüssigkeit der zweiten Motorkreisleitung und einer Temperatureinstellung der Klimaregelung im Fahrzeuginnenraum aktiviert wird.
Ein Wärmemanagementsystem gemäß Anspruch 1, wobei der Motorkreis weiterhin ein Kühler-Umgehungsventil in der zweiten Motorkreisleitung hinter dem Fahrzeuginnenraumheizkreisventil enthält sowie eine dritte Motorkreisleitung, die fluidtechnisch zwischen dem Kühler-Umgehungsventil und der ersten Motorkreisleitung angeordnet ist.
Ein Wärmemanagementsystem gemäß Anspruch 1, wobei der thermische Verbraucher des Motorkreises ein Übertragungssteuerungsmodul enthält und wobei das Übertragungssteuerungsmodul elektrischen Strom von einer Hochspannungssammelleitung erhält und eine Vielzahl elektrischer Ströme an eine Vielzahl von Bestimmungsorten schickt.
Ein Wärmemanagementsystem gemäß Anspruch 6, wobei der thermische Verbraucher des Motorkreises weiterhin einen DC/DC-Wandler beinhaltet, und wobei der DC/DC-Wandler elektrischen Strom mit einer ersten Spannung von der Übertragungssteuerung erhält und elektrischen Strom mit einer zweiten Spannung ausgibt.
Ein Wärmemanagementsystem gemäß Anspruch 6, wobei die Fahrzeuginnenraumheizkreispumpe in der dritten Fahrzeuginnenraumheizkreisleitung angeordnet ist.
Ein Wärmemanagementsystem für ein Elektrofahrzeug, wobei das Elektrofahrzeug einen Fahrmotor und mindestens einen Batteriesatz enthält, einschließlich: eines Motorkreises für die Kühlung eines thermischen Verbrauchers des Motorkreises einschließlich Fahrmotor, wobei der thermische Verbraucher des Motorkreises über einen Einlass und einen Auslass verfügt, wobei der Motorkreis einen Kühler beinhaltet, sowie eine erste Motorkreisleitung, die fluidtechnisch zwischen dem Kühler und dem Einlass des thermischen Verbrauchers des Motorkreises angeordnet ist, eine zweite Motorkreisleitung, die fluidtechnisch zwischen dem Kühler und dem Auslass des thermischen Verbrauchers des Motorkreises angeordnet ist, und eine Motorkreislaufpumpe, welche Flüssigkeit durch den Motorkreis pumpt; eines Batteriekreises für die Regelung der Temperatur eines thermischen Verbrauchers des Batteriekreises, der mindestens einen Batteriesatz beinhaltet, wobei der thermische Verbraucher des Batteriekreises über einen Einlass und einen Auslass verfügt, wobei der Batteriekreis über eine erste Batteriekreis-Flüssigkeitsleitung zwischen der Motorkreisleitung und dem Einlass des thermischen Verbrauchers des Batteriekreises verfügt, eine zweite Batteriekreis-Flüssigkeitsleitung zwischen Auslass des thermischen Verbrauchers des Batteriekreises und der Motorkreisleitung, eine dritte Batteriekreis-Flüssigkeitsleitung zwischen der zweiten und der ersten Batteriekreis-Flüssigkeitsleitung, eine Batteriekreisheizung zur Beheizung der Flüssigkeit im Batteriekreis, ein Batteriekreisventil, das auf eine erste Stellung, in der das Fließen von Flüssigkeit zwischen dem Motorkreis und dem Batteriekreis größtenteils unterbunden wird, und eine zweite Stellung, in der das Fließen von Flüssigkeit zwischen dem Motorkreis und dem Batteriekreis ermöglicht wird, gebracht werden kann, und eine Batteriekreispumpe, mit der Flüssigkeit durch den Batteriekreis gepumpt wird; eines Motorkreis-Temperaturfühlers, der dazu dient, die Temperatur der Flüssigkeit in der zweiten Motorkreisleitung zu messen; und eines Reglers, der betriebsmäßig mit dem Batteriekreisventil, der Batteriekreisheizung und der Batteriekreiskreispumpe verbunden ist, wobei der Regler so programmiert ist, dass immer dann, wenn die Beheizung des thermischen Verbrauchers des Batteriekreises erforderlich ist und die vom Motorkreis-Temperaturfühler gemessene Temperatur hoch genug ist, der Regler die Batteriekreisheizung abschaltet und das Batteriekreisventil in die zweite Stellung bringt, und wenn die Beheizung des thermischen Verbrauchers des Batteriekreises erforderlich ist und die vom Motorkreis-Temperaturfühler gemessene Temperatur niedrig genug ist, der Regler die Batteriekreisheizung einschaltet und die Batteriekreispumpe betreibt und das Batteriekreisventil in die erste Stellung bringt.
Ein Wärmemanagementsystem gemäß Anspruch 9, wobei die Batteriekreisheizung vor dem Einlass des thermischen Verbrauchers des Batteriekreises angeordnet ist.
Ein Wärmemanagementsystem gemäß Anspruch 9, wobei der Regler so programmiert ist, dass die Batteriekreisheizung auf Basis der Differenz zwischen der Temperatur der Flüssigkeit aus der zweiten Motorkreisleitung und einer Solltemperatur für den thermischen Verbraucher des Batteriekreises aktiviert wird.
Ein Wärmemanagementsystem gemäß Anspruch 9, das weiterhin einen Batteriekreis-Kühler im Batteriekreis vor dem thermischen Verbraucher des Batteriekreises enthält.
Ein Wärmemanagementsystem gemäß Anspruch 9, das weiterhin einen Batteriekreis-Temperaturfühler in der zweiten Batteriekreisleitung enthält, wobei der Regler so programmiert ist, dass er den Betrieb der Batteriekreisheizung und der Batteriekreisventils teilweise auf Grundlage der vom Batteriekreis-Temperaturfühler gemessenen Temperatur regelt.
Ein Wärmemanagementsystem gemäß Anspruch 9, wobei der thermische Verbraucher des Batteriekreises ein Batterieladeregelmodul beinhaltet, wobei das Batterieladeregelmodul, wenn das Fahrzeug an eine elektrische Versorgung angeschlossen ist, Energie aus der elektrischen Versorgung erhält und diese für die Speicherung im Batteriesatz verwendet, wobei der Regler so programmiert ist, dass er für den Fall, dass sich der mindestens eine Batteriesatz unterhalb einer definierten Batteriesatz-Temperatur befindet und das Fahrzeug an eine Energieversorgung angeschlossen ist, das Batteriekreisventil in die zweite Stellung schaltet, in der im Batterieladeregelmodul erzeugte Wärme die durchströmende Flüssigkeit erhitzt, wobei die Flüssigkeit durch den mindestens einen Batteriesatz geschickt wird, um den mindestens einen Batteriesatz zu beheizen.
Ein Wärmemanagementsystem gemäß Anspruch 9, wobei der Motorkreis weiterhin ein Kühler-Umgehungsventil in der zweiten Motorkreisleitung enthält sowie eine dritte Motorkreisleitung, die fluidtechnisch zwischen dem Kühler-Umgehungsventil und der ersten Motorkreisleitung angeordnet ist.
Ein Wärmemanagementsystem gemäß Anspruch 9, wobei die Fahrzeuginnenraumheizkreispumpe in der dritten Fahrzeuginnenraumheizkreisleitung angeordnet ist.
Ein Wärmemanagementsystem für ein Elektrofahrzeug, wobei das Elektrofahrzeug einen Fahrmotor, eine Passagierzelle und mindestens einen Batteriesatz enthält, einschließlich: eines Motorkreises für die Kühlung eines thermischen Verbrauchers des Motorkreises einschließlich Fahrmotor, wobei der thermische Verbraucher des Motorkreises über einen Einlass und einen Auslass verfügt, wobei der Motorkreis einen Kühler beinhaltet, sowie eine erste Motorkreisleitung, die fluidtechnisch zwischen dem Kühler und dem Einlass des thermischen Verbrauchers des Motorkreises angeordnet ist, eine zweite Motorkreisleitung, die fluidtechnisch zwischen dem Kühler und dem Auslass des thermischen Verbrauchers des Motorkreises angeordnet ist, und eine Motorkreislaufpumpe, welche Flüssigkeit durch den Motorkreis pumpt; eines Fahrzeuginnenraumheizkreises für den Wärmeaustausch mit einem thermischen Verbraucher eines Fahrzeuginnenraumheizkreises, welcher über eine Fahrzeuginnenraumheizung zur Beheizung des Innenraums verfügt, wobei der thermische Verbraucher des Fahrzeuginnenraumheizkreises über einen Auslass verfügt, eine erste Fahrzeuginnenraumheizleitung zwischen dem Motorkreis und dem Einlass des thermischen Verbrauchers des Fahrzeuginnenraumheizkreises, eine zweite Fahrzeuginnenraumheizkreisleitung zwischen Auslass des thermischen Verbrauchers des Fahrzeuginnenraumheizkreises und Motorkreis, eine dritte Fahrzeuginnenraumheizleitung zwischen der zweiten und der ersten Fahrzeuginnenraumheizleitung, einen Fahrzeuginnenraumheizkreis für die Erhitzung der Flüssigkeit im Fahrzeuginnenraumheizkreis, ein Fahrzeuginnenraumheizkreisventil, das auf eine erste Stellung, in der das Fließen von Flüssigkeit zwischen dem Motorkreis und dem Fahrzeuginnenraumheizkreis größtenteils unterbunden wird, und eine zweite Stellung, in der das Fließen von Flüssigkeit zwischen dem Motorkreis und dem Fahrzeuginnenraumheizkreis ermöglicht wird, gebracht werden kann, und eine Fahrzeuginnenraumheizkreispumpe, mit der Flüssigkeit durch den Fahrzeuginnenraumheizkreis gepumpt wird; eines Batteriekreises für die Regelung der Temperatur eines thermischen Verbrauchers des Batteriekreises, der mindestens einen Batteriesatz beinhaltet, wobei der thermische Verbraucher des Batteriekreises über einen Einlass und einen Auslass verfügt, wobei der Batteriekreis über eine erste Batteriekreis-Flüssigkeitsleitung zwischen der zweiten Motorkreisleitung vor dem Kühler und dem Einlass des thermischen Verbrauchers des Batteriekreises verfügt, eine zweite Batteriekreis-Flüssigkeitsleitung zwischen Auslass des thermischen Verbrauchers des Batteriekreises und der ersten Motorkreisleitung, eine dritte Batteriekreis-Flüssigkeitsleitung zwischen der zweiten und der ersten Batteriekreis-Flüssigkeitsleitung, eine Batteriekreisheizung zur Beheizung der Flüssigkeit im Batteriekreis, ein Batteriekreisventil, das auf eine erste Stellung, in der das Fließen von Flüssigkeit zwischen dem Motorkreis und dem Batteriekreis größtenteils unterbunden wird, und eine zweite Stellung, in der das Fließen von Flüssigkeit zwischen dem Motorkreis und dem Batteriekreis ermöglicht wird, gebracht werden kann, und eine Batteriekreispumpe, mit der Flüssigkeit durch den Batteriekreis gepumpt wird; eines Motorkreis-Temperaturfühlers, der dazu dient, die Temperatur der Flüssigkeit in der zweiten Motorkreisleitung zu messen; und eines Reglers, der betriebsmäßig mit dem Fahrzeuginnenraumheizkreisventil zur Regelung des Flüssigkeitsstroms zwischen Motorkreis und Fahrzeuginnenraumheizung und dem Fahrzeuginnenraumheizkreisventil zur Regelung des Flüssigkeitsstroms zwischen Motorkreis und Batteriekreis verbunden ist, so dass die Wärme, die vom thermischen Verbraucher des Motorkreises auf die Flüssigkeit im Motorkreis übertragen wird, von mindestens einer Gruppe, die aus dem thermischen Verbraucher des Fahrzeuginnenraumheizkreises, dem thermischen Verbraucher des Batteriekreises und dem Kühler besteht, abgeführt wird.
Ein Wärmemanagementsystem für ein Elektrofahrzeug, wobei das Elektrofahrzeug einen Fahrmotor und mindestens einen Batteriesatz enthält, einschließlich: eines Batteriekreises für die Regelung der Temperatur eines thermischen Verbrauchers des Batteriekreises, der mindestens einen Batteriesatz beinhaltet, wobei der thermische Verbraucher des Batteriekreises über einen Einlass und einen Auslass verfügt, wobei der Batteriekreis über eine erste Batteriekreis-Flüssigkeitsleitung zum Auslass des thermischen Verbrauchers des Batteriekreises, eine zweite Motorkreisleitung vom Auslass des thermischen Verbrauchers des Batteriekreises, eine dritte Batteriekreis-Flüssigkeitsleitung zwischen der zweiten und der ersten Batteriekreis-Flüssigkeitsleitung und eine Batteriekreispumpe, mit der Flüssigkeit durch den Batteriekreis gepumpt wird, enthält; eines Batterieladeregelmoduls, welches in dem Fall, dass das Fahrzeug an eine elektrische Versorgung angeschlossen ist, Energie aus der elektrischen Versorgung erhält und diese für die Speicherung im Batteriesatz verwendet, wobei der Regler so programmiert ist, dass er für den Fall, dass sich der mindestens eine Batteriesatz unterhalb einer definierten Batteriesatz-Temperatur befindet und das Fahrzeug an eine Energieversorgung angeschlossen ist, das Batteriekreisventil in die zweite Stellung schaltet, in der im Batterieladeregelmodul erzeugte Wärme die durchströmende Flüssigkeit erhitzt, wobei die Flüssigkeit durch den mindestens einen Batteriesatz geschickt, um den mindestens einen Batteriesatz zu beheizen; und einer Batteriekreisheizung für die Beheizung der Flüssigkeit im Batteriekreis, wobei die Batteriekreisheizung für den Betrieb bei einer Eingangsspannung von 12 VDC ausgelegt ist.
Ein Wärmemanagementsystem gemäß Anspruch 18, einschließlich eines Motorkreises für die Kühlung eines thermischen Verbrauchers des Motorkreises einschließlich Fahrmotor, wobei der thermische Verbraucher des Motorkreises über einen Einlass und einen Auslass verfügt, wobei der Motorkreis einen Kühler beinhaltet, sowie eine erste Motorkreisleitung, die fluidtechnisch zwischen dem Kühler und dem Einlass des thermischen Verbrauchers des Motorkreises angeordnet ist, eine zweite Motorkreisleitung, die fluidtechnisch zwischen dem Kühler und dem Auslass des thermischen Verbrauchers des Motorkreises angeordnet ist, und einer Motorkreislaufpumpe, welche Flüssigkeit durch den Motorkreis pumpt, wobei die erste und zweite Batteriekreisleitung mit dem Motorkreis verbunden sind; und worin der Batteriekreis ein Batteriekreisventil enthält, welches in eine erste Stellung, in welcher der Fluss von Flüssigkeit zwischen Motorkreis und Batteriekreis weitgehend unterbunden wird, und eine zweite Stellung, in welcher der Fluss von Flüssigkeit zwischen Motorkreis und Batteriekreis erlaubt ist, gebracht werden kann, und worin das Batteriekreisventil in einer ersten Konfiguration so konfiguriert werden kann, dass Flüssigkeit vom Auslass des Batteriesatzes zur ersten Motorkreisleitung geschickt werden kann, und in einer zweiten Konfiguration so eingestellt wird, dass Flüssigkeit vom Auslass des Batteriesatzes zur dritten Motorkreisleitung geschickt wird.
Ein Wärmemanagementsystem für ein Elektrofahrzeug, wobei das Elektrofahrzeug einen Fahrmotor und mindestens einen Batteriesatz enthält, einschließlich: eines Motorkreises für die Kühlung eines thermischen Verbrauchers des Motorkreises einschließlich Fahrmotor, wobei der thermische Verbraucher des Motorkreises über einen Einlass und einen Auslass verfügt, wobei der Motorkreis einen Kühler beinhaltet, sowie eine erste Motorkreisleitung, die fluidtechnisch zwischen dem Kühler und dem Einlass des thermischen Verbrauchers des Motorkreises angeordnet ist, eine zweite Motorkreisleitung, die fluidtechnisch zwischen dem Kühler und dem Auslass des thermischen Verbrauchers des Motorkreises angeordnet ist, und eine Motorkreislaufpumpe, welche Flüssigkeit durch den Motorkreis pumpt; eines Batteriekreises für die Regelung der Temperatur eines thermischen Verbrauchers des Batteriekreises, der mindestens einen Batteriesatz beinhaltet, wobei der thermische Verbraucher des Batteriekreises über einen Einlass und einen Auslass verfügt, wobei der Batteriekreis über eine erste Batteriekreis-Flüssigkeitsleitung zwischen der zweiten Motorkreisleitung vor dem Kühler und dem Einlass des thermischen Verbrauchers des Batteriekreises verfügt, eine zweite Batteriekreis-Flüssigkeitsleitung zwischen Auslass des thermischen Verbrauchers des Batteriekreises und der ersten Motorkreisleitung, eine dritte Batteriekreis-Flüssigkeitsleitung zwischen der zweiten und der ersten Batteriekreis-Flüssigkeitsleitung, einen Kühler zur Kühlung der Flüssigkeit im Batteriekreis, wobei der Kühler über einen Kühlmitteleinlass und einen Kühlmittelauslass verfügt, ein Batteriekreisventil, das auf eine erste Stellung, in der das Fließen von Flüssigkeit zwischen dem Motorkreis und dem Batteriekreis größtenteils unterbunden wird, und eine zweite Stellung, in der das Fließen von Flüssigkeit zwischen dem Motorkreis und dem Batteriekreis ermöglicht wird, gebracht werden kann, und eine Batteriekreispumpe, mit der Flüssigkeit durch den Batteriekreis gepumpt wird; eines Hauptkühlkreislaufs einschließlich eines Verdichters, einer ersten Kühlkreislaufleitung vor dem Verdichter, die Kühlmittel vom Kühlmittelauslass des Verdampfers und Kühlmittel vom Kühlmittelauslass des Kühlers erhält, eines Kondensators hinter dem Verdichter, einer zweiten Kühlkreislaufleitung, die hinter dem Kondensator angeordnet ist und Kühlmittel zum Kühlmitteleinlass des Kühlers und zum Kühlmitteleinlass des Verdampfers liefert, und eines Kühlmitteldurchfluss-Regelventils für die Regelung des Kühlmittelflusses durch den Kühler; eines Motorkreis-Temperaturfühlers, der dazu dient, die Temperatur der Flüssigkeit in der zweiten Motorkreisleitung zu messen; und eines Reglers, der betriebsmäßig mit dem Kühlmitteldurchfluss-Regelventil, dem Batteriekreisventil, der Batteriekreispumpe und dem Verdichter verbunden ist, wobei der Regler so programmiert ist, dass er das Kühlmitteldurchfluss-Regelventil auf Basis der vom Motorkreis-Temperaturfühler gemessenen Differenz zwischen Motorkreis und Solltemperatur für den thermischen Verbraucher des Batteriekreises und das Kühlmitteldurchfluss-Regelventil des Verdampfers auf Grundlage einer Temperatureinstellung der Klimaanlage des Fahrzeuginnenraums öffnet.
Ein Wärmemanagementsystem gemäß Anspruch 20, wobei das Fahrzeug eine Passagierzelle und einen Verdampfer für die Regelung der Temperatur des Fahrzeuginnenraums enthält, wobei der Verdampfer über einen Kühlmitteleinlass und einen Kühlmittelauslass verfügt, und wobei das Wärmemanagementsystem ein Kühlmitteldurchfluss-Regelventil eines Verdampfers für die Regelung des Kühlmittelflusses durch den Verdampfer enthält, wobei der Regler betriebsmäßig an das Kühlmitteldurchfluss-Regelventil des Verdampfers angeschlossen ist.
Ein Wärmemanagementsystem gemäß Anspruch 21, wobei das Kühlmitteldurchfluss-Regelventil des Kühlers und das Kühlmitteldurchfluss-Regelventil des Verdampfers das gleiche Ventil sind.