WO2014095131A1 - Heizung für elektrofahrzeuge und verfahren zu deren ansteuerung - Google Patents

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WO2014095131A1
WO2014095131A1 PCT/EP2013/072180 EP2013072180W WO2014095131A1 WO 2014095131 A1 WO2014095131 A1 WO 2014095131A1 EP 2013072180 W EP2013072180 W EP 2013072180W WO 2014095131 A1 WO2014095131 A1 WO 2014095131A1
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Tilo MOSER
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Definitions

  • the invention relates to electric vehicles with electric drive components, which generate waste heat due to power loss and thus heat one or more interiors of the electric vehicle.
  • the electric booster heaters represent an additional piece of equipment and the use of an additional heat exchanger is usually necessary.
  • the invention has for its object to describe a heater for electric vehicles, with a sufficient heating power for heating at least one interior is ensured in a simple manner in each operating state of the electric vehicle.
  • the invention is based on the finding that a power loss on one or more electric drive components is controllable in such a way that it ensures waste heat for heating the at least one interior in each operating state of the electric vehicle. This is done by modified driving of electric drive components of the electric vehicle.
  • a control unit deviates from the previous efficiency-optimized control or regulation in that field-forming and moment-forming currents are set separately from one another when the drive of the electric vehicle is actuated.
  • the aim should generally be to keep the field-forming currents as small as possible.
  • the power loss on an electric drive component can be increased. This happens without any influence on the driving behavior of the electric vehicle. In other words, depending on the required heating power, a certain minimum total current is set and the drive power is regulated via the phase position.
  • the converter and / or the electric motor are preferably considered.
  • a fuel cell can advantageously be used as a power source. This gives particular advantages with regard to the uniform provision of electrical energy.
  • the figure shows: an electric vehicle 1, which has an inverter 2 and an electric motor 3, both of which represent electrical drive components and an interior space
  • To heat up is at least one interior 4 of an electric vehicle 1.
  • the heating of the interior 4 is usually done via the waste heat that generate the electric drive components, the inverter 2 and the electric motor 3. Since this is not sufficient in certain driving situations of the electric vehicle 1, the control of the electric drive components is adjusted by means of the control unit 6.
  • This heat can be supplied by the adaptation in every driving situation of the electrical components themselves become. By increasing the field-forming currents, the power loss can be increased without affecting the driving behavior.
  • the required heating of an interior 4 can do without additional components.
  • the waste heat at standstill of the vehicle can also be generated, for example, to preheat a drive battery before the actual start in cold outside temperatures.
  • the uniformly required load of the converter usually results from constant or slowly varying heating power. This could compensate for the effect of reduced life due to increased current or even lead to a lifetime extension of the power electronics.
  • the schematic figure shows the electric drive components, the inverter 2 and the electric motor 3 and an interior to be heated 4.
  • the power source consists of the battery 5, which is usually represented by a rechargeable battery.
  • the power loss of the electric drive components can be increased such that by means of the air conditioning 7 in previously conventional manner, the interior 4 is sufficiently heated in any driving situation.

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Abstract

Eine Heizung für Elektrofahrzeuge mit mindestens einer elektrischen Antriebskomponente wird beschrieben, welche die Abwärme, die aufgrund von Verlustleistung erzeugt ist, ausnutzt und womit mindestens ein Innenraum (4) des Elektrofahrzeugs (1) beheizbar ist, wobei eine Regeleinheit (6) die Verlustleistung an der mindestens einen elektrischen Antriebskomponente derart regelt, dass die Abwärme zur Beheizung des mindestens einen Innenraumes (4) bei jedem Betriebszustand des Elektrofahrzeugs (1) ausreichend ist. Weiterhin wird ein Verfahren zur Ansteuerung einer Heizung für Elektrofahrzeuge (1) beschrieben, wobei zur Bereitstellung von Abwärme durch mindestens eine elektrische Antriebskomponente des Elektrofahrzeugs (1) eine getrennte Ansteuerung von feldbildenden und momentbildenden Strömen vorgenommen wird.

Description

Beschreibung
Heizung für Elektrofahrzeuge und Verfahren zu deren Ansteue- rung
Die Erfindung betrifft Elektrofahrzeuge mit elektrischen Antriebskomponenten, welche Abwärme aufgrund von Verlustleistung erzeugen und damit einen oder mehrere Innenräume des Elektrofahrzeugs beheizen.
Bei zur Zeit verfügbaren Elektrofahrzeugen besteht ein Problem darin, dass die Verlustleistung der elektrischen Antriebskomponenten nicht bei allen Betriebszuständen ausreicht, um den Wärmebedarf für die Beheizung des Innenraumes des Elektrofahrzeugs zu decken. Dies gilt insbesondere für Fahrten im üblichen Stadtzyklus, wobei nur geringe Abwärme anfällt, die in der Regel nicht zur Beheizung bzw. Klimatisierung eines Innenraumes eines Elektrofahrzeugs ausreicht. Aus verschiedenen Gründen werden elektrische Zusatzheizungen eingesetzt, die von der so genannten Traktionsbatterie gespeist werden. Die Wärme wird mittels Wärmetauscher über einen Flüssigkeitskreislauf oder über erwärmte Luft an den Innenraum übertragen.
Die elektrischen Zusatzheizungen stellen einen zusätzlichen Ausrüstungsgegenstand dar und der Einsatz eines zusätzlichen Wärmetauschers ist in der Regel notwendig. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Heizung für Elektrofahrzeuge zu beschreiben, mit der in einfacher Weise in jedem Betriebszustand des Elektrofahrzeugs eine ausreichende Heizleistung zur Beheizung mindestens eines Innenraums gewährleistet ist.
Die Lösung dieser Aufgabe geschieht jeweils durch die Merkmalskombination der Hauptansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den jeweils zugehörigen Unteransprüchen zu entnehmen.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine Ver- lustleistung an einer oder mehreren elektrischen Antriebskomponenten derart regelbar ist, dass sie Abwärme zur Beheizung des mindestens einen Innenraums bei jedem Betriebszustand des Elektrofahrzeugs gewährleistet ist. Dies geschieht durch modifiziertes Ansteuern von elektrischen Antriebskomponenten des Elektrofahrzeugs .
Erfindungsgemäß wird mit einer Regeleinheit von der bisherigen wirkungsgradoptimierten Steuerung oder Regelung abgewichen, indem bei der Ansteuerung des Antriebs des Elektrofahr- zeugs feldbildende und momentbildende Ströme getrennt voneinander eingestellt werden. Für eine Wirkungsgradoptimierung ist in der Regel anzustreben, die feldbildenden Ströme so klein wie möglich zu halten. Durch eine Erhöhung dieser feldbildenden Ströme kann die Verlustleistung an einer elektrischen Antriebskomponente erhöht werden. Dies geschieht ohne dass Einfluss auf das Fahrverhalten des Elektrofahrzeugs genommen wird. Anders ausgedrückt, wird in Abhängigkeit der benötigten Heizleistung ein bestimm- ter minimaler Gesamtstrom eingestellt und über die Phasenlage wird die Antriebsleistung geregelt.
Als elektrische Antriebskomponenten werden bevorzugt der Umrichter und/oder der Elektromotor betrachtet.
Besondere Vorteile ergeben sich, wenn eine feldorientierte Regelung in Kombination mit einer permanent erregten Synchronmaschine eingesetzt wird. Besondere Vorteile ergeben sich aus dem Einsatz modernster
Akkumulatortechnologie. Ergänzend dazu kann vorteilhaft eine Brennstoffzelle als Stromquelle eingesetzt werden. Diese gibt besondere Vorteile hinsichtlich der gleichmäßigen Bereitstellung von elektrischer Energie.
Zusätzlich besteht die Möglichkeit, auch im Stillstand des Elektrofahrzeugs Abwärme für die Beheizung eines Innenraumes zu betreiben, da die elektrischen Antriebskomponenten auch bei Stillstand eines Elektrofahrzeugs in Betrieb sind. Daraus resultiert weiterhin der Vorteil, dass beispielsweise eine Traktions - /Antriebsbatterie vor dem eigentlichen Start des Fahrzeugs temperierbar ist, sodass der Betrieb der Batterie insgesamt effizienter wird. Als Batterie soll hier allgemein ein elektrischer Akkumulator
Im Folgenden werden anhand einer schematischen, die Erfindung nicht einschränkenden Figur Ausführungsbeispiele beschrieben:
Die Figur zeigt: ein Elektrofahrzeug 1, welches einen Umrichter 2 und einen Elektromotor 3 aufweist, die beide elektrische Antriebskom- ponenten darstellen sowie einen Innenraum
4 und eine Batterie 5, sowie eine Regeleinheit 6.
Aufzuheizen ist mindestens ein Innenraum 4 eines Elektrofahr- zeugs 1. Die Beheizung des Innenraums 4 geschieht in der Regel über die Abwärme, die die elektrischen Antriebskomponenten, der Umrichter 2 und der Elektromotor 3, erzeugen. Da dies bei bestimmten Fahrsituationen des Elektrofahrzeugs 1 nicht ausreicht, wird mittels der Regeleinheit 6 die Ansteue- rung der elektrischen Antriebskomponenten angepasst.
Durch gezielte Erhöhung der Verlustleistung in den Antriebskomponenten wird verhindert, dass elektrische oder andere Zusatzheizungen eingebaut werden müssen, um im Betrieb des Elektrofahrzeugs 1 in allen Fahrsituationen ausreichende
Energie bzw. Wärme zur Beheizung des Innenraumes 4 bereitzustellen. Diese Wärme kann durch die Anpassung in jeder Fahrsituation von den elektrischen Komponenten selbst geliefert werden. Durch eine Erhöhung der feldbildenden Ströme kann die Verlustleistung erhöht werden, ohne Einfluss auf das Fahrverhalten zu nehmen.
#der feldorientierten Regelung einer permanent erregten Syn- chronmaschine über den Umrichter eine Trennung der feldbildenden und der momentbildenden Ströme vorgenommen werden. Die bisherige Verfahrensweise der Wirkungsgradoptimierung strebt normalerweise eine Minimierung der feldbildenden Ströme an. Entsprechend der Erfindung wird in Abhängigkeit von der benö- tigten Heizleistung ein bestimmter minimaler Gesamtstrom eingestellt und über die Phasenlage die Antriebsleistung geregelt .
Durch die gezielte Erzeugung von hinreichend großer Abwärme kann die erforderliche Beheizung eines Innenraumes 4 auf zusätzliche Komponenten verzichten. Weiterhin kann die Abwärme im Stillstand des Fahrzeugs auch erzeugt werden, um beispielsweise eine Antriebsbatterie vor dem eigentlichen Start bei kalten Außentemperaturen vorzuheizen. Weiterhin ergibt sich durch die üblicherweise konstant benötigte oder zeitlich langsam variierende Heizleistung eine gleichmäßigere Belastung des Umrichters. Dies könnte den Effekt einer reduzierten Lebensdauer durch erhöhten Strom kompensieren oder sogar zu einer Lebensdauerverlängerung der Leistungselektronik führen.
Die schematische Figur zeigt die elektrischen Antriebskomponenten, den Umrichter 2 und den Elektromotor 3 sowie einen zu beheizenden Innenraum 4. Die Energiequelle besteht aus der Batterie 5, die in der Regel durch einen wiederaufladbaren Akkumulator dargestellt wird. Durch Einsatz der Erfindung kann die Verlustleistung der elektrischen Antriebskomponenten derart erhöht werden, dass mittels der Klimatisierung 7 in bisher üblicher Weise der Innenraum 4 in jeder Fahrsituation ausreichend beheizt ist.

Claims

Patentansprüche
Heizung für Elektrofahrzeuge mit mindestens einer elektrischen Antriebskomponente, welche Abwärme aufgrund von Verlustleistung erzeugt, womit mindestens ein Innenraum (4) des Elektrofahrzeugs (1) beheizbar ist, wobei eine Regeleinheit (6) die Verlustleistung an der mindestens einen elektrischen Antriebskomponente derart regelt, dass die Abwärme zur Beheizung des mindestens einen Innenraumes (4) bei jedem Betriebszustand des Elektrofahrzeugs (1) ausreichend ist.
Heizung nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine elektrische Antriebskomponente ein Umrichter (2) und/oder ein Elektromotor für ein Elektrofahrzeug (1) ist.
Heizung nach Anspruch 1 oder 2, wobei als Stromquelle für ein Elektrofahrzeug (1) ein wiederaufladbarer Akkumulator oder eine Brennstoffzelle vorhanden ist.
Heizung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Abwärme der mindestens einen elektrischen Antriebskomponente auch im Stillstand des Elektrofahrzeugs (1) verfügbar ist .
Heizung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine feldorientierte Regelung an einer permanent erregten Synchronmaschine einsetzbar ist.
6. Heizung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei eine feldorientierte Regelung an einer Asynchronmaschine einsetzbar ist .
7. Verfahren zur Ansteuerung einer Heizung für Elektrofahr- zeuge (1) entsprechend einem der Ansprüche 1 - 7, wobei zur Bereitstellung von Abwärme durch mindestens eine elektrische Antriebskomponente des Elektrofahrzeugs (1) eine getrennte Ansteuerung von feldbildenden und moment - bildenden Strömen vorgenommen wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei eine Temperierung einer Antriebsbatterie vor einem Fahrbetrieb bei sehr niedrigen
Temperaturen durchgeführt werden kann.
PCT/EP2013/072180 2012-12-20 2013-10-23 Heizung für elektrofahrzeuge und verfahren zu deren ansteuerung WO2014095131A1 (de)

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