WO2016037827A1 - Verfahren und klimatisierungseinrichtung zum klimatisieren eines innenraums eines elektrisch angetriebenen fahrzeugs - Google Patents

Verfahren und klimatisierungseinrichtung zum klimatisieren eines innenraums eines elektrisch angetriebenen fahrzeugs Download PDF

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WO2016037827A1
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electric drive
motor vehicle
heat
heat pump
electric machine
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Felix Schedel
Philipp Hofmann
Peter Satzger
Oliver Horn
Markus Moser
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Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
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    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/64—Electric machine technologies in electromobility

Definitions

  • the present invention relates to a method and air conditioning device for air conditioning an interior of an electrically driven vehicle by means of the heat loss of an electric drive.
  • Motor vehicles that are operated purely electrically over longer driving times include electric heaters for heating the interior, since the heat loss of the electric drive train, such as the accumulator (high voltage battery), the electric machine, the power electronics, the DC / DC converter and the like, not sufficient in all driving conditions to heat the interior of the vehicle.
  • Such an additional electric heating device requires additional space, increases the cost of the motor vehicle and increases the weight of the motor vehicle. From DE 10 2012 019 005 A1 is known, the heat loss of the electrical
  • EP 1 313 628 B1 discloses operating an electric machine of a motor vehicle outside the optimum operating point for increasing the
  • Heat pump assembly for tempering the interior of a motor vehicle.
  • the invention has for its object, an improved method and a
  • the object of the invention is achieved by a method according to claim 1 and an air conditioning device according to claim 8.
  • the heating temperature range comprises at least one thermally coupled to the interior interior heat exchanger, and the low temperature comprises an outdoor heat exchanger and / or at least one arranged on a component of the electric drive heat exchanger. If the method determines that the interior of the motor vehicle is to be tempered, heating energy of the heating temperature range of
  • Heat pump assembly delivered to the interior of the vehicle The operating point of the electric drive is varied such that the generation of heat loss is controlled in at least one electrical component of the electric drive, whereby the temperature of the low-temperature region in the
  • Low temperature range of the heat pump assembly should prevail.
  • the required energy level in the low-temperature range of the heat pump arrangement determines the operating point of the electric drive. In other words, if little heat energy is needed and / or if the low-temperature region has a high temperature, the electric drive is operated at an operating point that corresponds to or is in the vicinity of the optimum operating point. Does the low temperature range too low a temperature to by means of
  • Heat pump assembly to generate the heating energy the electric drive is operated at an operating point which is further away from the optimum operating point.
  • optimum operating point means an operating point at which the lowest possible thermal losses occur in the electric drive and its components.
  • Motor vehicle with the electric drive may include the supply of heat of the heating temperature range of the heat pump to the interior of the vehicle, if it is determined that the interior of the motor vehicle is to be tempered. If components of the electric drive to an amount
  • Heat loss is obtained, is delivered to the environment of the motor vehicle. If the components of the electric drive generate an amount of heat loss that is insufficient to the interior of the motor vehicle
  • the Loss of heat at least one
  • Component of the electric drive dissipated by means of the low temperature range wherein the temperature of the low temperature range in stationary or quasi-stationary operation is below the ambient temperature of the vehicle.
  • This also heat from the environment can be used to temper the interior of the vehicle. The lower the temperature of the low temperature range, the more heat can be extracted from the environment.
  • the temperature of the low temperature range can not be selected arbitrarily low, otherwise there is a risk of functionally impairing freezing in the low temperature range.
  • the environment can be withdrawn heat by means of a low-temperature heat exchanger or outdoor heat exchanger, which in the low temperature range of
  • Heat pump assembly is located. If the components of the electric drive generate an amount of heat loss that is insufficient to the interior of the motor vehicle
  • the electric drive is driven outside the optimal operating point such that the generation of heat loss in a first electrical component of the electric drive increases , And the loss of heat generated by the first electrical component is by means of the low temperature range of the
  • Heat pump assembly dissipated. This can reduce the temperature of the
  • Low temperature range are raised so far that little or no heat is absorbed at the outdoor heat exchanger. This can ensure that no icing in the range of low temperature range or
  • Exterior heat exchanger occurs or the icing is not functional.
  • the method may be configured such that the fluid of the
  • Outdoor heat exchanger which exchanges heat with the outside air, only flows through when the environment of the motor vehicle heat is to be withdrawn. This is the case when the temperature of the fluid in the low temperature region is lower than the ambient temperature.
  • Low temperature range does not flow through the low-temperature heat exchanger, it avoids icing or prevents heat from being released into the environment.
  • the electric drive comprises an accumulator, an electric machine which is supplied with power by the accumulator and which drives the motor vehicle, and a drive control device which controls the supply of the electric machine with power from the accumulator and / or which charges the accumulator Electricity generated by the electric machine controls.
  • Drive control means may comprise a DC / DC converter having a plurality of power transistors, a DC link capacitor, connectors, leads, a semiconductor driver, capacitors, diodes and other passive components.
  • the heat pump arrangement can be controlled such that the
  • Ambient temperature of the motor vehicle is located.
  • Heat pump assembly in addition to at least one electrical component of the environment can withdraw heat, since the temperature of the first
  • the electrical component is in the range of the temperature of the environment.
  • the at least one electrical component and the environment are with the
  • Low temperature range of the heat pump assembly thermally coupled. At a low outside temperature below or near the freezing point, the temperature of the at least one electrical component can be kept above or just below the temperature of the surroundings of the motor vehicle and thus avoiding or reducing icing of the exterior heat exchanger.
  • the low-temperature region may have an evaporation of the fluid or coolant.
  • Heat is removed from the first electrical component and / or the environment by means of the evaporating coolant or a water / glycol circuit.
  • the heat pump assembly may deliver the generated heat directly to the air via an indoor heat exchanger, which is directed into the interior of the vehicle.
  • the heat pump assembly may deliver the generated heat by means of a heat exchanger thermally coupled to the heating temperature range to a heating fluid which is directed to at least one further heat exchanger which heats air directed into the interior of the vehicle.
  • This arrangement relates to a liquid-liquid heat pump arrangement, wherein the heating temperature range uses a liquid medium, for example a mixture of glycol and water.
  • the temperature of the first electrical component may change without a change in a parameter representing the
  • the term stationary or quasi-stationary operation corresponds to the thermally stabilized state. If no parameter, such as load, speed of the vehicle, inclination of the roadway, a control parameter of the electric machine, the trim, etc., is changed, the temperature of the first electrical component remains substantially constant and only changes by the threshold.
  • the threshold may be up to +/- 5K, preferably up to +/- 10K.
  • the term stationary or quasi-stationary operation does not include changing the temperature of the first electrical component when changing a parameter.
  • the method may further comprise the step of monitoring the temperature of the cooling mechanism of the drive control device and driving the electric drive such that the variation of the temperature of the components of the drive control device is less than a predetermined threshold. This can ensure that temperature fluctuations of the components of the drive control device are avoided, whereby the
  • Total drive control device can be extended.
  • the method may further include the step of providing power through the
  • the method may further include the steps of actuating a brake of
  • the parking brake supports the torque generated by the electric machine.
  • This aspect of the invention is suitable for a preconditioning of the interior or for heating the interior in a traffic-related maintenance of the motor vehicle, for example at a traffic light.
  • the method may further include the step of driving the
  • the method may include the step of driving the electric drive in such a way that the drive control device controls the electric machine such that a rotating field is generated in the electric machine without the axis of the electric machine rotating.
  • the frequency of the rotating field can be so high that it can not cause rotation of the axis of the electric machine, since too low a torque is generated.
  • This step is suitable for the preconditioning of the interior of the motor vehicle and for a traffic-related maintenance of the motor vehicle.
  • the electric drive if the electric machine and / or the motor vehicle is at a standstill, be controlled so that the drive control device, the electric
  • the motor vehicle is not moved away from the location where it is due to the first torque and the second torque. So that no rotational movement of the drive wheel of the motor vehicle occurs, the control must quickly
  • this mode may be used during an initial electrical drive, i. be used after a long shutdown of the vehicle.
  • the invention comprises, in a further aspect, controlling the electric drive if the vehicle is moving, such that the
  • Drive control means drives the electric machine such that the electric machine generates a first superimposing torque in the first direction and then generates a second superimposing torque in the second direction, which is opposite to the first direction.
  • Overlay torque and the second overlay torque are superimposed on a rotary motion of the electric machine.
  • the motor vehicle is not accelerated and decelerated by the first overlay torque and the second overlay torque.
  • the electric drive can be controlled such that the drive control device the electric machine controls such that the electric machine a
  • Torque generated is applicable to pre-condition the interior as well as to heat due to traffic stop.
  • the electric drive can be controlled so that the drive control device supplies the electric machine with a higher field-forming current id than for the respective operating point in which the electric machine is required.
  • the additional field-forming current id is superimposed on the regular control.
  • the electric drive can be controlled so that a higher field-forming current id from the electric machine to
  • the invention also relates to a computer program product which, when loaded into a memory of a computer having a processor, performs the steps of the method described above.
  • the invention also relates to an air conditioning device for a motor vehicle having an electric drive, which comprises an accumulator, a power device and an electric machine, which is supplied with power by the accumulator and which drives the vehicle.
  • the air conditioning device further comprises a heat pump arrangement with a low-temperature region, which is connected to at least one component of the electric drive and to the environment of the
  • Motor vehicle is thermally coupled by means of an outdoor heat exchanger and a heating temperature range, which is thermally coupled to the interior of the motor vehicle by means of an indoor heat exchanger.
  • Air conditioning device is designed to, if it is determined that the
  • Supply vehicle and the operating point of the electric drive to be selected such that the generation of heat loss is controlled in at least one electrical component of the electric drive, whereby the temperature of the low temperature range in stationary or quasi-stationary operation is controlled to such a level, which ensures that the Heat pump assembly can provide heating energy.
  • the device may be further formed as previously described with respect to the method.
  • the air-conditioning device may be designed to, if the components of the electric drive generate an amount of heat loss sufficient to temper the interior of the motor vehicle to dissipate the heat loss of at least one component of the electric drive by means of the low-temperature region of the heat pump assembly, wherein the temperature of
  • Air conditioning device controlled so that the generation of heat loss in a first electrical component of the electric drive increases.
  • the heat loss generated by the first electrical component is determined by means of
  • Low-temperature heat exchanger which is designed as a heat exchanger and the fluid thermally coupled with the environment. But it is also possible that no valves are provided and the heat exchangers are connected in series.
  • Air-conditioning device can be developed as described above with regard to the method.
  • the invention also relates to a motor vehicle with the previously described
  • Figure 1 shows a schematic diagram of a Temper michssystems for controlling the temperature of an interior of a vehicle with a heat pump assembly
  • Figure 2 shows a schematic diagram of an exemplary electric drive.
  • the present invention can be applied to vehicles having only an electric drive or a so-called hybrid drive with a
  • Figure 1 is a block diagram of a
  • Temperiansssytems for tempering the interior of the vehicle shows.
  • An electric machine 2 is connected to a power device 12.
  • the power device 12 is connected to an accumulator 40 via optional additional components (not shown).
  • the accumulator 40, the power device 12 and the electric machine 2 may heat up.
  • the temperature and / or power of the accumulator 40 is determined by at least one sensor 42
  • the temperature and / or power of the power device 12 is determined by at least one sensor 32
  • the temperature and / or power of the electric machine 2 is determined by at least one sensor 30. The determined
  • Temperatures may be sent to an air conditioning controller 26 to provide input data for controlling the temperature of the interior and regulating the temperature of the components of the electric drive.
  • the cooling of the power device 12 takes place by means of a first
  • Heat exchanger 29, which is traversed by a first cooling fluid of a first cooling circuit 63 and the power device 12 extracts heat.
  • the cooling of the electric machine 2 is performed by means of a second heat exchanger 34, which is flowed through by the first cooling fluid of a first cooling circuit 63 and dissipates the heat generated by the electric machine 2 heat loss.
  • the accumulator 40 is cooled by a third heat exchanger 44, which is traversed by a second cooling fluid and dissipates the waste heat generated by the accumulator 40 by means of the second cooling circuit 47 and this temperature at low outdoor temperatures.
  • a fourth heat exchanger 58 which is designed as a low-temperature heat exchanger or outdoor heat exchanger and in the first cooling circuit 63
  • Heat exchangers 29, 34 and 58 are in a low temperature region of a heat pump arrangement.
  • the first cooling circuit 63 is coupled to a first evaporator 61.
  • the second cooling circuit 47 is thermally coupled to a second evaporator 45.
  • the accumulator 40 can also directly through an evaporator of the
  • Heat pump cycle 3 are cooled without intermediate fluid circuit.
  • the heat pump cycle 3 comprises a compressor 50, which is the one of the
  • Evaporators 45, 61 compressed incoming fluid, whereby its temperature is increased.
  • the fluid can be predominantly in a gaseous state after flowing through the evaporators 45, 61. After compaction by means of of the compressor 50, the fluid may still be in a gaseous state.
  • the cooling fluid flows to an interior heat exchanger 52.
  • the compressed cooling fluid cools and releases its heat to air in a conduit 56 which supplies the air to the interior of a vehicle for controlling the temperature of the interior.
  • the indoor heat exchanger 52 operates as a condenser or gas cooler.
  • the internal heat exchanger 52 may alternatively also deliver the heat to a further fluid circuit which then heats the air for the interior via a further heat exchanger (not shown in this embodiment).
  • the cooled cooling fluid flows in liquid form to the expansion valves 33 and 43. In these expansion valves, the pressure of the cooling fluid is reduced and the coolant flow is split as needed among the evaporators 45 and 61.
  • Cooling fluid then flows to the evaporators 45, 61 in which the liquid cooling fluid evaporates.
  • a first expansion valve 33 controls the amount of coolant supplied to the first evaporator 61 and thus the temperature of the first cooling circuit 63 and the temperatures of the components contained therein.
  • a second valve 43 controls the amount of coolant supplied to the second evaporator 45 and thus the
  • the air-conditioning control device 26 controls the operation of the first expansion valve 33, the compressor 50 and the electric drive 1 to temper the interior of the vehicle. In particular, the controls
  • Air conditioning control device 26 the operation of the components of the motor vehicle depending on the environmental conditions and in
  • the air conditioning control device 26 checks by means of the sensors 30, 32, 60, which amount of heat the electric drive 1 or its components 2, 12 and / or the outdoor heat exchanger 58 withdrawn can be. If the electrical machine 2 and / or the power device 12, an amount of heat loss can be withdrawn, which is sufficient to temper the interior of the motor vehicle, which controls
  • Air conditioning control device 26 the heat pump assembly and the first expansion valve 33 such that the respective component of
  • Heat pump assembly to supply the interior as heating energy.
  • the temperature of the low temperature region i. the temperature of the first heat exchanger 29 of the power device 12, the temperature of the second heat exchanger 34 of the electric machine 2, and / or the temperature of the fourth heat exchanger 48 in the region of the outside temperature, which is a
  • This operating case occurs when the electric machine 2 a
  • the air-conditioning control device 26 determines by means of the sensor 30 arranged on the electric machine 2, by means of the sensor 32 arranged on the power device 12, by means of the fourth heat exchanger 58 arranged sensor 60 and / or the outside temperature sensor 62 that the
  • Heat loss of the components of the electric drive 1, for example, the electric machine 2, the power device 12 and the like, is not sufficient to heat the interior by means of the compressor 50, controls the air conditioning controller 26, the compressor 50 and the first expansion valve 33 in such a way that the temperature in the low temperature range, ie in the region of the heat exchangers 29, 34, 58 below the temperature of
  • the air-conditioning control device determines that the interior needs to be heated by means of the interior heat exchanger 52, and if it is determined by the outside temperature sensor that there is a risk that the fourth heat exchanger 58 in particular could travel, it has the
  • Air conditioning control device 26 the electric drive 1 and its components, ie the power device 12 and / or the electric machine 2, to operate outside the optimum operating point to produce a higher amount of heat loss.
  • the heat loss is by means of Heat pump assembly, in particular the operation of the compressor 50, the electric machine 2, the power device 12 and / or the fourth
  • Heat exchanger 58 withdrawn to supply the interior after the compression of the fluid by means of the compressor 50 with heat. This mode of operation of
  • Motor vehicle is required when outside temperatures prevail in the freezing point, for example, at outside temperatures in the range below 5 ° C, preferably below 2 ° C.
  • a heat pump assembly is controlled so that the
  • Embodiments of the fourth heat exchanger 58 corresponds to as low as possible to escape the environment as much heat. This approach is not possible in the regulation of an air conditioning system of a motor vehicle, since due to humidity, snowfall, splashing there is a risk that the outdoor heat exchanger, i. the fourth heat exchanger 58, iced and / or other components of the electric drive 1 ices.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a vehicle having an electric drive employing the teachings of the present invention.
  • the vehicle includes the electric machine 2, which can both output a drive torque and generate a brake torque in a generator mode.
  • the electric machine 2 is connected to an optional manual transmission 4 which drives a drive wheel 8 which contacts a roadway.
  • the transmission 4 may have at least one driving gear, in which the electric machine 2 is coupled to the drive wheel 8, and have an idling, in which the electric machine 2 is not coupled to the drive wheel 8.
  • the electric drive further comprises a drive control device 10, the power device 12, a
  • Pulse width modulation means 14 a current control means 16, a torque control means 18, a switching frequency selector 20, an optimum field current table 22, a trimmed field current table 24, and an air conditioning control means 26.
  • Torque control device 18 a target torque M before.
  • Torque control device generates a setpoint value for a field-forming current id and a setpoint value for a torque-forming current iq, which are transferred to the current regulation device.
  • the current control device determines from the setpoint value for the field-forming current id and the setpoint value for the torque-forming current iq a setpoint value for a field-forming voltage u d and a setpoint value for a torque-forming voltage uq which is applied to the
  • Pulse width modulation device 14 are passed. The
  • Pulse width modulator 14 generates control signals for
  • Power transistors T1, T2, T3, T4, T5, T6 of a power device 12 The structure and operation of the power device 12 are known to a person skilled in the art and need not be further explained.
  • the outputs of the power device 12 are known to a person skilled in the art and need not be further explained.
  • Power transistors T1 -T6 are connected to three windings of the electric machine 2. If the electric machine 2 generates a torque for driving the motor vehicle, a current flows from the power device 12 to the electric machine. If the electric machine 2 generates a braking torque, a current flows from the electric machine 2 to the power device 12.
  • the drive control device 10 further comprises a table 22 for an optimal current angle ß from field-forming current and torque-forming current. If the electric drive 1 is not intended to generate additional heat loss, the torque control device 18 reads the optimum current angle for the respective operating point from the table 22 for an optimum field current. Furthermore, the switching frequency device 20 of the pulse width modulation device 14, the optimal switching frequency of the power transistors T1 -T6 before. At a low speed of the electric machine 2, the switching frequency device 20 is a low switching frequency for generating the nodes of the substantially sinusoidal current signals for supplying the electric machine. The low switching frequency can be about 5 kHz. If the electrical
  • the switching frequency device 20 a higher switching frequency for the power transistors T1-T6 before, creating more nodes for the substantially sinusoidal current that is supplied to the electric machine 2.
  • the air-conditioning control device 26 may cause the current angle ⁇ from field-generating current id and
  • Torque generating current iq is changed. For example, additional field generating current id may be generated. If additional heat loss is to be generated, a switching device 27 is switched so that the
  • Torque control device 18 reads the target value for an optimal for the respective operating point current angle ß from the table 24 for a trimmed field-forming current id.
  • the heat loss generated by an electric drive 1 is proportional to the square of the current. Due to the higher field-forming current id, the power loss of the electric drive 1 is increased in proportion to the square of the increase of the field-forming current id.
  • the air conditioning control device 26 can actuate a brake 28 of the motor vehicle and the electric machine 2 by means of
  • Power device 12 control so that they should move the vehicle. This creates additional heat loss.
  • the air-conditioning control device 26 can control the power device 12 such that only one field-forming current id is fed to the electric machine, whereby additional heat loss is generated.
  • the air-conditioning control device 26 can control the electric machine 2 by means of the power device 12 in such a way that an electric rotating field is generated without the axis of the electric machine 2 rotating, so that additional heat loss arises. This can be achieved for example by an electric field with a comparatively high angular frequency.
  • Air conditioning control device 26 the electric machine 2 by means of the power device 12 such that the electric machine, a first
  • the motor vehicle is not moved away from the location where it is due to the first torque and the second torque.
  • the air conditioning control device 26 can control the electric machine by means of the power device 12 in such a way that the electric machine transmits a first superposition torque into the first motor
  • the motor vehicle is characterized by the first overlay torque and the second
  • Overlay torque may be a torque that is superimposed when the electric machine 2 drives the motor vehicle. This also creates additional heat loss.
  • the air conditioning control device 26 can control the electric drive 2 by means of the power device 12 such that the electric machine 2 generates a torque , This also creates additional heat loss.
  • the air conditioning control device 26 may control the electric machine 2 by means of the power device 12 so drive that the electric machine 2, a higher field-forming current id is supplied, as for the respective
  • Air conditioning control device 26 by means of the power device 12 cause a higher field-forming current id flows from the electric machine to the power device 12. As a result, more heat loss can be generated during recuperation operation and / or generator operation.
  • Trim can be mechanical energy, i. Braking energy can be absorbed without directing energy into the store. This can lead to the reduction of the thermal load and / or the wear of the mechanical brake (disc brake, drum brake).
  • the air conditioning controller 26 or another
  • Control device of the motor vehicle can control the electric drive 1 such that, if the state of charge of the accumulator prevents charge absorption or current consumption is deviated from the optimal operating point of the electric machine 2, the drive control device 10 and / or the power device 12, so that further without mechanical Wear can be delayed and thereby incurred in the electric drive 1 loss heat for air conditioning of the interior can be used.
  • a cooling fluid can be heated by losses in the stator.
  • the lowest heat transfer losses arise from the heat loss generated in the stator due to the iron losses.
  • the heat loss in the stator winding can be efficiently dissipated.
  • the heat loss in the rotor can be dissipated only conditionally or slowly due to the stator cooling due to the insulating air gap.
  • a cooling of the electric machine 2 can be carried out by a second heat exchanger 34, which is arranged in and / or on the laminated cores and / or through and / or on the windings of the electric machine 2.
  • Interior of an electrically driven vehicle can be generated without additional components are required. As a result, the manufacturing costs and the mass of the electrically driven motor vehicle can be reduced.

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Abstract

Offenbart wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Temperieren eines Innenraums eines Kraftfahrzeuges mit einem elektrischen Antrieb (2) mittels einer Wärmepumpenanordnung (3) mit einem Heiztemperaturbereich und einem Niedertemperaturbereich, wobei der Heiztemperaturbereich zumindest einen thermisch mit dem Innenraum (56) gekoppelten Innenraum-Wärmetauscher (52) umfasst und der Niedertemperaturbereich einen Außenwärmetauscher (38) und/oder zumindest einen an einer Komponente des elektrischen Antriebs (2,12) angeordneten Wärmetauscher (29,34) umfasst, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: • - falls ermittelt wird, dass der Innenraum des Kraftfahrzeuges temperiert werden soll, Zuführen von Heizenergie des Heiztemperaturbereiches der Wärmepumpenanordnung an den Innenraum des Fahrzeuges; und • - Variieren des Betriebspunktes des elektrischen Antriebs derart, dass die Erzeugung von Verlustwärme in zumindest einer elektrischen Komponente des elektrischen Antriebs gesteuert wird, wodurch die Temperatur des Niedertemperaturbereichs im stationären oder quasistationären Betrieb auf ein derartiges Niveau gesteuert wird, das sicherstellt, dass die Wärmepumpenanordnung die Heizenergie bereitstellen kann.

Description

Verfahren und Klimatisierungseinrichtung zum Klimatisieren eines Innenraums eines elektrisch angetriebenen Fahrzeuges
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und Klimatisierungseinrichtung zum Klimatisieren eines Innenraums eines elektrisch angetriebenen Fahrzeuges mittels der Verlustwärme eines elektrischen Antriebs.
Kraftfahrzeuge, die über längere Fahrzeiten rein elektrisch betrieben werden, umfassen elektrische Heizvorrichtungen zur Beheizung des Innenraums, da die Verlustwärme des elektrischen Antriebsstrangs, beispielsweise des Akkumulators (Hochspannungsbatterie), der elektrischen Maschine, der Leistungselektronik, des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers und dergleichen, nicht in allen Fahrzuständen ausreicht, um den Innenraum des Kraftfahrzeuges zu beheizen. Eine derartige zusätzliche elektrische Heizvorrichtung benötigt zusätzlichen Bauraum, erhöht die Kosten des Kraftfahrzeuges und erhöht das Gewicht des Kraftfahrzeuges. Aus der DE 10 2012 019 005 A1 ist bekannt, die Verlustwärme der elektrischen
Maschine und deren elektrischer Ansteuerung zum Beheizen des Innenraums eines Kraftfahrzeuges zu verwenden.
Die EP 1 313 628 B1 offenbart das Betreiben einer elektrischen Maschine eines Kraftfahrzeuges außerhalb des optimalen Betriebspunktes zum Erhöhen der
Abwärme zum Temperieren des Innenraums.
Die DE 10 2009 043 316 A1 offenbart die Verwendung einer
Wärmepumpenanordnung zum Temperieren des Innenraums eines Kraftfahrzeuges.
Die im Stand der Technik vorgeschlagenen Maßnahmen zum Temperieren des Innenraums einen Kraftfahrzeuges mit einem elektrischen Antrieb sind hinsichtlich des Gesamtwirkungsgrades nicht optimal.
Die Erfindung stellt sich zur Aufgabe, ein verbessertes Verfahren und eine
verbesserte Klimatisierungseinrichtung zum Temperieren eines Innenraums eines Fahrzeuges zu schaffen.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und eine Klimatisierungseinrichtung nach Anspruch 8 gelöst.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Temperieren eines Innenraums eines
Kraftfahrzeuges mit einem elektrischen Antrieb temperiert den Innenraum mittels einer Wärmepumpenanordnung mit einem Heiztemperaturbereich und einem
Niedertemperaturbereich, wobei der Heiztemperaturbereich zumindest einen thermisch mit dem Innenraum gekoppelten Innenraum-Wärmetauscher umfasst und der Niedertemperatur einen Außenwärmetauscher und/oder zumindest einen an einer Komponente des elektrischen Antriebs angeordneten Wärmetauscher umfasst. Falls das Verfahren ermittelt, dass der Innenraum des Kraftfahrzeuges temperiert werden soll, wird Heizenergie des Heiztemperaturbereiches der
Wärmepumpenanordnung an den Innenraum des Fahrzeuges abgegeben. Der Betriebspunkt des elektrischen Antriebs wird derart variiert, das die Erzeugung von Verlustwärme in zumindest einer elektrischen Komponente des elektrischen Antriebs gesteuert wird, wodurch die Temperatur des Niedertemperaturbereichs im
stationären oder quasistationären Betrieb auf ein derartiges Niveau gesteuert wird, das sicherstellt, dass die Wärmepumpenanordnung die Heizenergie bereitstellen kann. Die benötigte Heizenergie legt fest, welches Temperaturniveau im
Niedertemperaturbereich der Wärmepumpenanordnung herrschen soll. Das benötigte Energieniveau im Niedertemperaturbereich der Wärmepumpenanordnung legt den Betriebspunkt des elektrischen Antriebs fest. Mit anderen Worten, wird wenig Heizenergie benötigt und/oder weist der Niedertemperaturbereich eine hohe Temperatur auf, wird der elektrische Antrieb mit einem Betriebspunkt betrieben, der dem optimalen Betriebspunkt entspricht oder sich in dessen Nähe befindet. Weist der Niedertemperaturbereich eine zu niedrige Temperatur auf, um mittels der
Wärmepumpenanordnung die Heizenergie zu erzeugen, wird der elektrische Antrieb bei einem Betriebspunkt betrieben, der weiter vom optimalen Betriebspunkt entfernt ist.
Im Kontext dieser Erfindung bedeutet optimaler Betriebspunkt ein Betriebspunkt, bei dem möglichst niedrige thermische Verluste im elektrischen Antrieb und dessen Komponenten entstehen. Die Steuerung eines elektrischen Antriebes und die
Auswahl eines geeigneten Betriebspunktes ist dem Fachmann bekannt, ebenso wie die Funktionsweise einer Wärmepumpe sowie das Auslegen von Steuerungen und Regelkreisen. Somit wird deren Beschreibung im Sinne der Prägnanz weggelassen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Temperieren des Innenraums des
Kraftfahrzeuges mit dem elektrischen Antrieb kann das Zuführen von Wärme des Heiztemperaturbereiches der Wärmepumpe an den Innenraum des Fahrzeuges umfassen, falls ermittelt wird, dass der Innenraum des Kraftfahrzeuges temperiert werden soll. Falls Komponenten des elektrischen Antriebs einen Betrag an
Verlustwärme erzeugen, der ausreicht, um den Innenraum des Kraftfahrzeuges zu temperieren, wenn zumindest eine Komponente des elektrischen Antriebs thermisch mit einem Niedertemperaturbereich der Wärmepumpe gekoppelt ist, wird die
Verlustwärme zumindest einer Komponente des elektrischen Antriebs mittels des Niedertemperaturbereiches der Wärmepumpe abgeführt, wobei sich die Temperatur des Niedertemperaturbereiches im stationären oder quasistationären Betrieb im Bereich der Umgebungstemperatur des Kraftfahrzeuges befindet. Dadurch werden die Verluste reduziert, die entstehen, wenn die thermische Energie, die aus der
Verlustwärme erhalten wird, an die Umgebung des Kraftfahrzeuges abgegeben wird. Falls die Komponenten des elektrischen Antriebs einen Betrag an Verlustwärme erzeugen, der nicht ausreicht, um den Innenraum des Kraftfahrzeuges zu
temperieren, wenn zumindest eine Komponente des elektrischen Antriebs thermisch mit dem Niedertemperaturbereich der Wärmepumpe gekoppelt ist, und falls die Außentemperatur so hoch und/oder die Luftfeuchtigkeit so niedrig ist, dass keine Gefahr besteht, dass eine funktionsbeeinträchtigende Vereisung im Bereich des Niedertemperaturbereiches auftritt, wird die Verlustwärme zumindest einer
Komponente des elektrischen Antriebs mittels des Niedertemperaturbereiches abgeführt, wobei sich die Temperatur des Niedertemperaturbereiches im stationären oder quasistationären Betrieb unter der Umgebungstemperatur des Fahrzeuges befindet. Dadurch kann auch Wärme aus der Umgebung genutzt werden, um den Innenraum des Kraftfahrzeuges zu temperieren. Je niedriger die Temperatur des Niedertemperaturbereiches ist, desto mehr Wärme kann der Umgebung entzogen werden. Die Temperatur des Niedertemperaturbereiches kann nicht beliebig niedrig ausgewählt werden, da ansonsten die Gefahr einer funktionsbeeinträchtigenden Vereisung im Bereich des Niedertemperaturbereiches besteht. Der Umgebung kann Wärme mittels eines Niedertemperaturwärmetauschers bzw. Außenwärmetauscher entzogen werden, der sich im Niedertemperaturbereich der
Wärmepumpenanordnung befindet. Falls die Komponenten des elektrischen Antriebs einen Betrag an Verlustwärme erzeugen, der nicht ausreicht, um den Innenraum des Kraftfahrzeuges zu
temperieren, wenn zumindest eine Komponente thermisch mit einem
Niedertemperaturbereich einer Wärmepumpe gekoppelt ist, und falls die
Außentemperatur so niedrig und/oder die Luftfeuchtigkeit so hoch ist, dass Gefahr besteht, dass eine Vereisung im Bereich des Niedertemperaturbereiches auftritt, wird der elektrische Antrieb außerhalb des optimalen Betriebspunktes derart angesteuert, dass die Erzeugung von Verlustwärme in einer ersten elektrischen Komponente des elektrischen Antriebs zunimmt, und die von der ersten elektrischen Komponente erzeugte Verlustwärme wird mittels des Niedertemperaturbereiches der
Wärmepumpenanordnung abgeführt. Dadurch kann die Temperatur des
Niedertemperaturbereichs soweit angehoben werden, dass keine oder wenig Wärme am Außenwärmetauscher aufgenommen wird. Dadurch kann sichergestellt werden, dass keine Vereisung im Bereich des Niedertemperaturbereiches bzw.
Außenwärmetauschers auftritt bzw. die Vereisung nicht funktionseinschränkend ist. Das Verfahren kann so ausgebildet sein, dass das Fluid des
Niedertemperaturbereiches den Niedertemperaturwärmetauscher bzw.
Außenwärmetauscher, der Wärme mit der Außenluft austauscht, lediglich dann durchströmt, wenn der Umgebung des Kraftfahrzeuges Wärme entzogen werden soll. Dies ist der Fall, wenn die Temperatur des Fluids im Niedertemperaturbereich niedriger als die Umgebungstemperatur ist. Wenn das Fluid des
Niedertemperaturbereiches den Niedertemperaturwärmetauscher nicht durchströmt, wird eine Vereisung vermieden oder es wird vermieden, dass an die Umgebung Wärme abgegeben wird.
Der elektrische Antrieb weist einen Akkumulator, eine elektrische Maschine, die vom Akkumulator mit Strom versorgt wird und die das Kraftfahrzeug antreibt, und eine Antriebssteuerungseinrichtung auf, die die Versorgung der elektrischen Maschine mit Strom aus dem Akkumulator steuert und/oder die das Laden des Akkumulators mit von der elektrischen Maschine erzeugten Strom steuert. Die
Antriebssteuerungseinrichtung kann einen Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler mit einer Mehrzahl von Leistungstransistoren, einen Zwischenkreiskondensator, Stecker, Leitungen, eine Halbleiter-Ansteuerung, Kondensatoren, Dioden und weitere passive Bauteile umfassen.
Die Wärmepumpenanordnung kann derart angesteuert werden, dass sich die
Temperatur des Kühlmediums der zumindest einen elektrischen Komponente im Bereich von +/- 10 K, vorzugsweise im Bereich von +/- 5 K, um die
Umgebungstemperatur des Kraftfahrzeuges befindet.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass die
Wärmepumpenanordnung zusätzlich zur zumindest einer elektrischen Komponente der Umgebung Wärme entziehen kann, da sich die Temperatur der ersten
elektrischen Komponente im Bereich der Temperatur der Umgebung befindet. Die zumindest eine elektrische Komponente und die Umgebung sind mit dem
Niedertemperaturbereich der Wärmepumpenanordnung thermisch gekoppelt. Bei einer niedrigen Außentemperatur unter oder in der Nähe des Gefrierpunktes kann die Temperatur der zumindest einen elektrischen Komponente über oder knapp unter der Temperatur der Umgebung des Kraftfahrzeuges gehalten werden und so eine Vereisung des Außenwärmetauschers vermieden bzw. reduziert werden.
Der Niedertemperaturbereich kann ein Verdampfen des Fluids bzw. Kühlmittels aufweisen. Der ersten elektrischen Komponente und/oder der Umgebung werden Wärme mittels des verdampfenden Kühlmittels oder eines Wasser/Glykol-Kreislaufes entzogen. Alternativ kann die Wärmepumpenanordnung die erzeugte Wärme mittels eines Innenraum-Wärmetauschers direkt an die Luft abgeben, die in den Innenraum des Fahrzeuges geleitet wird. Die Wärmepumpenanordnung kann die erzeugte Wärme mittels eines Wärmetauschers, der mit dem Heiztemperaturbereich thermisch gekoppelt ist, an eine Heizflüssigkeit abgegeben werden, die an zumindest einen weiteren Wärmetauscher geleitet wird, der Luft erwärmt, die in den Innenraum des Fahrzeuges geleitet wird. Diese Anordnung betrifft eine Flüssigkeits-Flüssigkeits- Wärmepumpenanordnung, wobei der Heiztemperaturbereich ein flüssiges Medium verwendet, beispielsweise eine Mischung aus Glykol und Wasser.
Im stationären oder quasistationären Betrieb kann sich die Temperatur der ersten elektrischen Komponente ohne eine Änderung eines Parameters, der den
elektrischen Antrieb betrifft, lediglich um einen Betrag ändern, der niedriger als ein vorbestimmter Schwellenwert ist. Der Ausdruck stationärer oder quasistationärer Betrieb entspricht dem thermisch eingeschwungenen Zustand. Falls kein Parameter, beispielsweise Last, Geschwindigkeit des Fahrzeuges, Neigung der Fahrbahn, ein Steuerungsparameter der elektrischen Maschine, die Vertrimmung etc., geändert wird, bleibt die Temperatur der ersten elektrischen Komponente im Wesentlichen konstant und ändert sich lediglich um den Schwellenwert. Der Schwellenwert kann bis zu +/- 5 K, vorzugsweise bis zu +/- 10K betragen. Der Ausdruck stationärer oder quasistationärer Betrieb umfasst nicht die Änderung der Temperatur der ersten elektrischen Komponente beim Ändern eines Parameters. Das Verfahren kann ferner den Schritt des Überwachens der Temperatur des Kühlmechanismus der Antriebssteuerungseinrichtung und des Ansteuerns des elektrischen Antriebs derart, dass die Schwankung der Temperatur der Bauteile der Antriebssteuerungseinrichtung niedriger als ein vorbestimmter Schwellenwert ist, umfassen. Dadurch kann sichergestellt werden, dass Temperaturschwankungen der Bauteile der Antriebssteuerungseinrichtung vermieden werden, wodurch die
Lebensdauer der Bauteile der Antriebssteuerungseinrichtung und der
Antriebssteuerungseinrichtung insgesamt verlängert werden kann.
Das Verfahren kann ferner den Schritt des Lieferns von Strom durch die
Antriebssteuerungseinrichtung derart aufweisen, dass sich das Verhältnis aus dem feldbildenden Strom id und dem drehmomentbildenden Strom iq außerhalb des für den jeweiligen Betriebspunkt optimalen Verhältnisses des feldbildenden Stroms id und des drehmomentbildenden Stroms iq befindet. Insbesondere das Erhöhen des feldbildenden Stroms id führt zu mehr Verlustleistung in den elektrischen
Komponenten der Antriebssteuerungseinrichtung. Durch Einprägen von Strom, der nicht das optimale Verhältnis aus dem feldbildenden Strom id und dem
drehmomentbildenden Strom iq aufweist, werden sowohl die Temperatur in der elektrischen Maschine als auch die Temperatur der Bauteile der
Antriebssteuerungseinrichtung erhöht.
Das Verfahren kann ferner die Schritte des Betätigens einer Bremse des
Kraftfahrzeuges und das Ansteuern des elektrischen Antriebes so, dass er das Kraftfahrzeug bewegen soll, aufweisen. Die Feststellbremse stützt das durch die elektrische Maschine erzeugte Drehmoment ab. Dieser Aspekt der Erfindung eignet sich für eine Vorkonditionierung des Innenraums oder zum Heizen des Innenraums bei einem verkehrsbedingten Halten des Kraftfahrzeuges, beispielsweise an einer Ampel.
Das Verfahren kann ferner den Schritt des Ansteuerns der
Antriebssteuerungseinrichtung derart aufweisen, dass lediglich ein feldbildender Strom id der elektrischen Maschine zugeführt wird. Der feldbildende Strom id trägt nicht zur Drehmomentabgabe der elektrischen Maschine bei. Es treten geringe Geräusche auf, da keine Drehung stattfindet. Durch die Belastung im Stillstand mit Gleichstrom sinkt die Dauerbelastbarkeit der elektrischen Maschine und der
Antriebssteuerungseinrichtung. Wegen einer eventuellen ungleichmäßigen
Erwärmung erfassen Temperatursensoren der Wicklung nicht besonders heiße Punkte (Hot-Spot). Dieser Schritt ist zum Vorkonditionieren des Innenraums beim Stillstand des Kraftfahrzeuges oder beim verkehrsbedingten Halten des
Kraftfahrzeuges möglich.
Das Verfahren kann den Schritt des Ansteuerns des elektrischen Antriebes auf solche Weise aufweisen, dass die Antriebssteuerungseinrichtung die elektrische Maschine derart ansteuert, dass in der elektrischen Maschine ein Drehfeld erzeugt wird, ohne dass sich die Achse der elektrischen Maschine dreht. Die Frequenz des Drehfeldes kann so hoch sein, dass sie keine Drehung der Achse der elektrischen Maschine bewirken kann, da ein zu niedriges Drehmoment erzeugt wird. Dieser Schritt eignet sich zur Vorkonditionierung des Innenraums des Kraftfahrzeuges und bei einem verkehrsbedingten Halten des Kraftfahrzeuges. Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung kann der elektrische Antrieb, falls sich die elektrische Maschine und/oder das Kraftfahrzeug im Stillstand befindet, so angesteuert werden, dass die Antriebssteuerungseinrichtung die elektrische
Maschine derart ansteuert, dass die elektrische Maschine ein erstes Drehmoment in eine erste Richtung erzeugt und anschließend ein zweites Drehmoment in eine zweite Richtung erzeugt, die der ersten Richtung entgegengesetzt ist. Das
Kraftfahrzeug wird durch das erste Drehmoment und das zweite Drehmoment nicht von dem Ort, an dem es sich befindet, weg bewegt. Damit keine Drehbewegung des Antriebsrades des Kraftfahrzeuges auftritt, muss die Regelung schnell die
Momentenrichtung umkehren. Dieser Aspekt des Verfahrens kann zur
Vorkonditionierung des Innenraums beim Parken des Kraftfahrzeuges oder beim verkehrsbedingten Halten angewendet werden. Ferner kann diese Betriebsart bei einer elektrischen Initialfahrt, d.h. nach einem längeren Abstellen des Fahrzeuges verwendet werden.
Die Erfindung umfasst unter einem weiteren Aspekt das Ansteuern des elektrischen Antriebs, falls sich das Fahrzeug bewegt, derart, dass die
Antriebssteuerungseinrichtung die elektrische Maschine derart ansteuert, dass die elektrische Maschine ein erstes Überlagerungsdrehmoment in die erste Richtung erzeugt und anschließend ein zweites Überlagerungsdrehmoment in die zweite Richtung erzeugt, die der ersten Richtung entgegengesetzt ist. Das erste
Überlagerungsdrehmoment und das zweite Überlagerungsdrehmoment sind einer Drehbewegung der elektrischen Maschine überlagert. Das Kraftfahrzeug wird durch das erste Überlagerungsdrehmoment und das zweite Überlagerungsdrehmoment nicht beschleunigt und nicht verzögert. Unter einem weiteren Aspekt der Erfindung kann, falls sich ein Getriebe des Kraftfahrzeuges im Leerlauf befindet, so dass kein Drehmoment von der elektrischen Maschine an ein Antriebsrad übertragen wird, der elektrische Antrieb so angesteuert werden, dass die Antriebssteuerungseinrichtung die elektrische Maschine derart ansteuert, dass die elektrische Maschine ein
Drehmoment erzeugt. Dieser Aspekt der Erfindung ist zum Vorkonditionieren des Innenraums sowie zum Heizen aufgrund eines verkehrsbedingten Anhaltens anwendbar. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung kann, falls die elektrische Maschine ein Drehmoment zum Antreiben des Fahrzeuges erzeugt, der elektrische Antrieb so angesteuert werden, dass die Antriebssteuerungseinrichtung der elektrischen Maschine einen höheren feldbildenden Strom id zuführt, als für den jeweiligen Betriebspunkt, in dem sich die elektrische Maschine befindet, erforderlich ist.
Gerade beim Anfahren kann kurze Zeit mit der maximal möglichen Verlustheizung geheizt werden. Der zusätzliche feldbildende Strom id wird der regulären Regelung überlagert.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung kann, falls die elektrische Maschine Strom erzeugt, der elektrische Antrieb so angesteuert werden, dass ein höherer feldbildender Strom id von der elektrischen Maschine zur
Antriebssteuerungseinrichtung fließt.
Die Erfindung betrifft auch ein Computerprogrammprodukt, das, wenn es in einen Speicher eines Computers mit einem Prozessor geladen ist, die Schritte des zuvor beschriebenen Verfahrens ausführt. Die Erfindung betrifft auch eine Klimatisierungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Antrieb, der einen Akkumulator, eine Leistungseinrichtung und eine elektrische Maschine umfasst, die von dem Akkumulator mit Strom versorgt wird und die das Fahrzeug antreibt. Die Klimatisierungseinrichtung umfasst ferner eine Wärmepumpenanordnung mit einem Niedertemperaturbereich, der mit mindestens einer Komponente des elektrischen Antriebs und mit der Umgebung des
Kraftfahrzeuges mittels eines Außenwärmetauschers thermisch gekoppelt ist und einem Heiztemperaturbereich, der mit dem Innenraum des Kraftfahrzeuges mittels eines Innenraum-Wärmetauschers thermisch gekoppelt ist. Die
Klimatisierungseinrichtung ist dazu ausgebildet, falls ermittelt wird, dass der
Innenraum des Kraftfahrzeuges temperiert werden soll, Heizenergie des
Temperaturbereiches der Wärmepumpenanordnung dem Innenraum des
Fahrzeuges zuzuführen und den Betriebspunkt des elektrischen Antriebs derart zu wählen, dass die Erzeugung von Verlustwärme in zumindest einer elektrischen Komponente des elektrischen Antriebs gesteuert wird, wodurch die Temperatur des Niedertemperaturbereichs im stationären oder quasistationären Betrieb auf ein derartiges Niveau gesteuert wird, das sicherstellt, dass die Wärmepumpenanordnung die Heizenergie bereitstellen kann.
Die Vorrichtung kann so weiter gebildet sein, wie zuvor hinsichtlich des Verfahrens beschrieben wurde. Hinsichtlich der Vorteile der Klimatisierungsvorrichtung wird auf das Verfahren verwiesen. Die Klimatisierungseinrichtung kann dazu ausgebildet sein, falls die Komponenten des elektrischen Antriebs einen Betrag an Verlustwärme erzeugen, der ausreicht, um den Innenraum des Kraftfahrzeuges zu temperieren, die Verlustwärme zumindest einer Komponente des elektrischen Antriebs mittels des Niedertemperaturbereiches der Wärmepumpenanordnung abzuführen, wobei sich die Temperatur des
Niedertemperaturbereiches im stationären oder quasistationären Betrieb im Bereich der Umgebungstemperatur des Kraftfahrzeuges befindet. Falls die Komponenten des elektrischen Antriebs einen Betrag an Verlustwärme erzeugen, der nicht ausreicht, um den Innenraum des Kraftfahrzeuges zu temperieren, und falls die
Außentemperatur so hoch und/oder die Luftfeuchtigkeit so niedrig ist, dass keine Gefahr besteht, dass eine Vereisung im Bereich des Niedertemperaturbereichs auftritt, wird die Verlustwärme zumindest einer Komponente des elektrischen
Antriebs mittels des Niedertemperaturbereiches der Wärmepumpenanordnung abgeführt, wobei sich die Temperatur des Niedertemperaturbereiches im stationären oder quasistationären Betrieb unter der Umgebungstemperatur des Kraftfahrzeuges befindet.
Falls die Komponenten des elektrischen Antriebs einen Betrag an Verlustwärme erzeugen, der nicht ausreicht, um den Innenraum des Kraftfahrzeuges zu
temperieren, und falls die Außentemperatur so niedrig und/oder die Luftfeuchtigkeit so hoch ist, dass Gefahr besteht, dass eine Vereisung im Bereich des
Niedertemperaturbereiches auftritt, wird der elektrische Antrieb von der
Klimatisierungseinrichtung so angesteuert, dass die Erzeugung von Verlustwärme in einer ersten elektrischen Komponente des elektrischen Antriebs zunimmt. Die von der ersten elektrischen Komponente erzeugte Verlustwärme wird mittels des
Niedertemperaturbereiches der Wärmepumpenanordnung abgeführt und
anschließend dem Innenraum zugeführt. Zusätzlich befindet sich im
Niedertemperaturbereich der Wärmepumpenanordnung ein
Niedertemperaturwärmetauscher, der als Wärmetauscher ausgebildet ist und das Fluid mit der Umgebung thermisch koppelt. Es ist aber auch möglich, dass keine Ventile vorgesehen sind und die Wärmetauscher in Serie geschaltet sind. Die
Klimatisierungseinrichtung kann so weitergebildet sein, wie zuvor hinsichtlich des Verfahrens beschrieben wurde.
Die Erfindung betrifft auch ein Kraftfahrzeug mit der zuvor beschriebenen
Klimatisierungseinrichtung. Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügte Figur erläutert, die eine exemplarische und nicht beschränkende Ausführungsform der Erfindung zeigt, wobei
Figur 1 einen Prinzipschaltplan eines Temperierungssystems zum Temperieren eines Innenraums eines Fahrzeuges mit einer Wärmepumpenanordnung zeigt, und
Figur 2 einen Prinzipschaltplan eines exemplarischen elektrischen Antriebs zeigt. Die vorliegende Erfindung kann bei Fahrzeugen angewendet werden, die lediglich einen elektrischen Antrieb oder einen so genannten Hybrid-Antrieb mit einem
Verbrennungsmotor und einer elektrischen Maschine zum Antreiben des
Kraftfahrzeuges aufweisen. Es wird auf Figur 1 Bezug genommen, die einen Prinzipschaltplan eines
Temperierungssytems zum Temperieren des Innenraums des Fahrzeuges zeigt. Eine elektrische Maschine 2 ist an eine Leistungseinrichtung 12 angeschlossen. Die Leistungseinrichtung 12 ist über optionale zusätzliche Komponenten (nicht gezeigt) an einen Akkumulator 40 angeschlossen. Im Betrieb können sich der Akkumulator 40, die Leistungseinrichtung 12 und die elektrische Maschine 2 erwärmen. Die Temperatur und/oder Leistung des Akkumulators 40 wird durch mindestens einen Sensor 42, die Temperatur und/oder Leistung der Leistungseinrichtung 12 wird durch mindestens einen Sensor 32 und die Temperatur und/oder Leistung der elektrischen Maschine 2 wird durch mindestens einen Sensor 30 ermittelt. Die ermittelten
Temperaturen können an eine Klimatisierungssteuerungseinrichtung 26 gesendet werden, um Eingangsdaten für die Regelung der Temperatur des Innenraums und der Regelung der Temperatur der Komponenten des elektrischen Antriebs zu liefern. Die Kühlung der Leistungseinrichtung 12 erfolgt mittels eines ersten
Wärmetauschers 29, der von einem ersten Kühlfluid eines ersten Kühlkreislaufs 63 durchströmt wird und der Leistungseinrichtung 12 Wärme entzieht. Die Kühlung der elektrischen Maschine 2 wird mittels eines zweiten Wärmetauschers 34 durchgeführt, der von dem ersten Kühlfluid eines ersten Kühlkreislaufs 63 durchströmt wird und die von der elektrischen Maschine 2 erzeugte Verlustwärme abführt. Der Akkumulator 40 wird durch einen dritten Wärmetauscher 44 gekühlt, der von einem zweiten Kühlfluid durchströmt wird und die vom Akkumulator erzeugte Verlustwärme 40 mittels des zweiten Kühlkreislaufs 47 abführt bzw. diesen bei niedrigen Außentemperaturen temperiert. Ein vierter Wärmetauscher 58, der als Niedertemperaturwärmetauscher bzw. Außenwärmetauscher ausgebildet ist und im ersten Kühlkreislauf 63
angeordnet ist, entzieht der Umgebung Wärme oder gibt sie dorthin ab. Die
Wärmetauscher 29, 34 und 58 befinden sich in einem Niedertemperaturbereich eines Kreislaufes einer Wärmepumpenanordnung-.
Der erste Kühlkreislauf 63 ist mit einem ersten Verdampfer 61 gekoppelt. Der zweite Kühlkreislauf 47 ist mit einem zweiten Verdampfer 45 thermisch gekoppelt. .
Alternativ kann der Akkumulator 40 auch direkt durch einen Verdampfer des
Wärmepumpenkreislaufs 3 ohne zwischengeschalteten Fluidkreislauf gekühlt werden.
Der Wärmepumpenkreislauf 3 umfasst einen Verdichter 50, der das von den
Verdampfern 45, 61 ankommende Fluid verdichtet, wodurch dessen Temperatur erhöht wird. Das Fluid kann sich nach dem Durchströmen der Verdampfer 45, 61 überwiegend in einem gasförmigen Zustand befinden. Nach dem Verdichten mittels des Verdichters 50 kann sich das Fluid immer noch in einem gasförmigen Zustand befinden.
Nach dem Verdichten strömt das Kühlfluid zu einem Innenwärmetauscher 52. In dem Innenwärmetauscher 52 kühlt das verdichtete Kühlfluid ab und gibt seine Wärme an Luft in einer Leitung 56 ab, die die Luft dem Innenraum eines Fahrzeuges zum Temperieren des Innenraums zuführt. Der Innenwärmetauscher 52 arbeitet als Kondensator oder Gaskühler. Der Innenwärmetauscher 52 kann alternativ auch die Wärme an einen weiteren Fluidkreislauf abgeben, der dann über einen weiteren Wärmetauscher die Luft für den Innenraum aufwärmet (in dieser Ausführungsform nicht gezeigt).
Das abgekühlte Kühlfluid strömt in flüssiger Form zu den Entspannungsventilen 33 und 43. Im diesen Expansionsventilen wird der Druck des Kühlfluid reduziert und der Kühlmittelstrom bedarfsgerecht auf die Verdampfer 45 und 61 aufgeteilt. Das
Kühlfluid strömt zu dann den Verdampfern 45, 61 in denen das flüssige Kühlfluid verdampft.
Ein erstes Expansionsventil 33 steuert die dem ersten Verdampfer 61 zugeführte Menge an Kühlmittel und somit die Temperatur des ersten Kühlkreislaufes 63 und die Temperaturen der darin enthaltenen Komponenten. Ein zweites Ventil 43 steuert die dem zweiten Verdampfer 45 zugeführte Menge an Kühlmittel und damit die
Temperatur des zweiten Kühlkreises 47. Dadurch kann der Akkumulator 40 temperiert werden. Es ist auch möglich, dem Akkumulator bei niedrigen
Außentemperaturen zu temperieren (in dieser Ausführungsform nicht gezeigt).
Des Weiteren können sich im Wärmepumpenkreislauf 3 noch weitere Verdampfer befinden, die beispielsweise die Zuluft für den Innenraum kühlen (in dieser
Ausführungsform nicht gezeigt).
Im Übrigen ist die Arbeitsweise einer Wärmepumpenanordnung dem Fachmann bekannt und muss hierin nicht detaillierter beschrieben werden.
Die Klimatisierungssteuerungseinrichtung 26 steuert die Arbeitsweise des ersten Expansionsventil 33, des Verdichters 50 und des elektrischen Antriebes 1 , um den Innenraum des Fahrzeuges zu temperieren. Insbesondere steuert die
Klimatisierungssteuerungseinrichtung 26 die Arbeitsweise der Komponenten des Kraftfahrzeuges in Abhängigkeit von den Umgebungsbedingungen und in
Abhängigkeit vom Wärmebedarf des Innenraumes des Kraftfahrzeuges. Falls die Klimatisierungssteuerungseinrichtung 26 ermittelt, dass der Innenraum des
Kraftfahrzeuges temperiert werden soll, also Wärme zugeführt werden soll, wird Wärme mittels des Innenwärmetauschers 52 und der Leitung 56 dem Innenraum zugeführt. Anschließend prüft die Klimatisierungssteuerungseinrichtung 26 mittels der Sensoren 30, 32, 60, welcher Betrag an Wärme dem elektrischen Antrieb 1 bzw. dessen Komponenten 2, 12 und/oder dem Außenwärmetauscher 58 entzogen werden kann. Falls der elektrischen Maschine 2 und/oder der Leistungseinrichtung 12 ein Betrag an Verlustwärme entzogen werden kann, der ausreicht, um den Innenraum des Kraftfahrzeuges zu temperieren, steuert die
Klimatisierungssteuerungseinrichtung 26 die Wärmepumpenanordnung und das erste Expansionsventil 33 derart an, dass der jeweiligen Komponente des
elektrischen Antriebs 1 Wärme entzogen wird, um sie mittels der
Wärmepumpenanordnung dem Innenraum als Heizenergie zuzuführen. Dabei befindet sich die Temperatur des Niedertemperaturbereiches, d.h. die Temperatur des ersten Wärmetauschers 29 der Leistungseinrichtung 12, die Temperatur des zweiten Wärmetauschers 34 der elektrischen Maschine 2, und/oder die Temperatur des vierten Wärmetauschers 48 im Bereich der Außentemperatur, was einen
Temperaturbereich von etwa +/- 10 K, vorzugsweise von etwa +/- 5 K umfasst.
Dieser Betriebsfall tritt ein, wenn von der elektrischen Maschine 2 eine
vergleichsweise hohe Leistung abgerufen wird. Falls die Klimatisierungssteuerungseinrichtung 26 mittels des an der elektrischen Maschine 2 angeordneten Sensors 30, mittels des an der Leistungseinrichtung 12 angeordneten Sensors 32, mittels des am vierten Wärmetauscher 58 angeordneten Sensors 60 und/oder des Außentemperatursensors 62 ermittelt, dass die
Verlustwärme der Komponenten des elektrischen Antriebs 1 , beispielsweise der elektrischen Maschine 2, der Leistungseinrichtung 12 und dergleichen, nicht ausreicht, um den Innenraum mittels des Verdichters 50 mit Wärme zu versorgen, steuert die Klimatisierungssteuerungseinrichtung 26 den Verdichter 50 und das erste Expansionsventil 33 derart an, dass die Temperatur im Niedertemperaturbereich, d.h. im Bereich der Wärmetauscher 29, 34, 58 unterhalb der Temperatur der
Umgebung liegt. Diese Arbeitsweise wird dann bevorzugt, wenn keine Gefahr besteht, dass eine Vereisung an den Wärmetauschern 29, 34, 58 oder anderen Komponenten des Kraftfahrzeuges auftritt. Ferner kann diese Betriebsart auftreten, wenn eine vergleichsweise niedrige Leistung vom elektrischen Antrieb 1 , 2, 12 abgerufen wird. Somit wird Wärme aus der Umgebung aufgenommen. Es versteht sich, dass beim Berücksichtigen der Gefahr eines Vereisens eines der Komponenten die Außentemperatur, die Luftfeuchtigkeit, ein Schneefall, ein Schneematsch, eine Tröpfchenbildung oder dergleichen berücksichtigt werden muss. Im Sinne dieser Erfindung wird eine geringfügige Vereisung, die die Funktionsfähigkeit des
Kraftfahrzeuges nicht beeinträchtigt, toleriert. Falls die Klimatisierungssteuerungseinrichtung 26 ermittelt, dass der Innenraum mittels des Innenraumwärmetauschers 52 temperiert werden muss, und mittels des Außentemperatursensors 62 ermittelt, dass Gefahr besteht, dass insbesondere der vierte Wärmetauscher 58 verreisen könnte, weist die
Klimatisierungssteuerungseinrichtung 26 den elektrischen Antrieb 1 und dessen Komponenten, d.h. die Leistungseinrichtung 12 und/oder die elektrische Maschine 2, an, außerhalb des optimalen Arbeitspunktes zu arbeiten, um einen höheren Betrag an Verlustwärme zu erzeugen. Die Verlustwärme wird mittels der Wärmepumpenanordnung, insbesondere der Arbeitsweise des Verdichters 50, der elektrischen Maschine 2, der Leistungseinrichtung 12 und/oder dem vierten
Wärmetauscher 58 entzogen, um den Innenraum nach dem Verdichten des Fluids mittels des Verdichters 50 mit Wärme zu versorgen. Diese Betriebsart des
Kraftfahrzeuges ist dann erforderlich, wenn Außentemperaturen im Bereich des Gefrierpunktes herrschen, beispielsweise bei Außentemperaturen im Bereich unter 5 °C, vorzugsweise unter 2 °C.
Normalerweise wird eine Wärmepumpenanordnung derart geregelt, dass die
Temperatur des Außenwärmetauschers, der bei der beschriebenen
Ausführungsformen dem vierten Wärmetauscher 58 entspricht, möglichst niedrig ist, um der Umgebung möglichst viel Wärme zu entziehen. Dieser Ansatz ist bei der Regelung eines Klimatisierungssystems eines Kraftfahrzeuges nicht möglich, da aufgrund von Luftfeuchtigkeit, Schneefall, Spritzwasser die Gefahr besteht, dass der Außenwärmetauscher, d.h. der vierte Wärmetauscher 58, vereist und/oder andere Komponenten des elektrischen Antriebes 1 vereisen.
Bei der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform durchströmt das erste Kühlfluid im ersten Kühlkreislauf 63 den ersten Wärmetauscher 29, den zweiten Wärmetauscher 34 und den vierten Wärmetauscher 58 in serieller Reihenfolge. Es ist aber auch möglich, dass die Wärmetauscher parallel durchströmt werden. Figur 2 zeigt eine Prinzipschaltskizze eines Fahrzeuges mit einem elektrischen Antrieb, der die Lehren der vorliegenden Erfindung verwendet. Das Fahrzeug umfasst die elektrische Maschine 2, die sowohl ein Antriebsdrehmoment abgeben kann als auch ein Bremsmoment in einem Generatorbetrieb erzeugen kann. Die elektrische Maschine 2 ist mit einem optionalen Schaltgetriebe 4 verbunden, das ein Antriebsrad 8 antreibt, das eine Fahrbahn berührt. Das Getriebe 4 kann zumindest einen Fahrgang aufweisen, bei dem die elektrische Maschine 2 mit dem Antriebsrad 8 gekoppelt ist, und einen Leerlauf aufweisen, bei dem die elektrische Maschine 2 nicht mit dem Antriebsrad 8 gekoppelt ist. Der elektrische Antrieb umfasst ferner eine Antriebssteuerungseinrichtung 10, die die Leistungseinrichtung 12, eine
Impulsbreitenmodulationseinrichtung 14, eine Stromregelungseinrichtung 16, eine Drehmomentregelungseinrichtung 18, eine Schaltfrequenzauswahleinrichtung 20, eine Tabelle für einen optimalen Feldstrom 22, eine Tabelle für einen vertrimmten Feldstrom 24 und eine Klimatisierungssteuerungseinrichtung 26 aufweist.
Im Folgenden wird die Funktionsweise der Antriebsteuerungseinrichtung 10, sofern sie einem Fachmann nicht ohnehin bekannt ist, erläutert. Ein Fahrpedal und/oder eine Geschwindigkeitsregeleinrichtung (nicht gezeigt) geben der
Drehmomentregelungseinrichtung 18 ein Solldrehmoment M vor. Die
Drehmomentregelungseinrichtung erzeugt einen Sollwert für einen feldbildenden Strom id und einen Sollwert für einen drehmomentbildenden Strom iq, die an die Stromregelungseinrichtung übergeben werden. Die Stromregelungseinrichtung ermittelt aus dem Sollwert für den feldbildenden Strom id und dem Sollwert für den drehmomentbildenden Strom iq einen Sollwert für eine feldbildende Spannung ud und einen Sollwert für eine drehmomentbildende Spannung uq, die an die
Impulsbreitenmodulationseinrichtung 14 übergeben werden. Die
Impulsbreitenmodulationseinrichtung 14 erzeugt Steuersignale für
Leistungstransistoren T1 , T2, T3, T4, T5, T6 einer Leistungseinrichtung 12. Der Aufbau und die Funktionsweise der Leistungseinrichtung 12 sind einem Fachmann bekannt und müssen nicht weiter erläutert werden. Die Ausgänge der
Leistungstransistoren T1 -T6 sind an drei Wicklungen der elektrischen Maschine 2 angeschlossen. Falls die elektrische Maschine 2 ein Drehmoment zum Antreiben des Kraftfahrzeuges erzeugt, fließt ein Strom von der Leistungseinrichtung 12 zur elektrischen Maschine. Falls die elektrische Maschine 2 ein Bremsmoment erzeugt, fließt ein Strom von der elektrischen Maschine 2 zur Leistungseinrichtung 12.
Die Antriebssteuerungseinrichtung 10 umfasst ferner eine Tabelle 22 für einen optimalen Stromwinkel ß aus feldbildenden Strom und drehmomentbildenden Strom. Falls der elektrische Antrieb 1 keine zusätzliche Verlustwärme erzeugen soll, liest die Drehmomentregelungseinrichtung 18 den für den jeweiligen Betriebspunkt optimalen Stromwinkel aus der Tabelle 22 für einen optimalen Feldstrom aus. Ferner gibt die Schaltfrequenzeinrichtung 20 der Impulsbreitenmodulationseinrichtung 14 die optimale Schaltfrequenz der Leistungstransistoren T1 -T6 vor. Bei einer niedrigen Drehzahl der elektrischen Maschine 2 gibt die Schaltfrequenzeinrichtung 20 eine niedrige Schaltfrequenz zum Erzeugen der Stützstellen der im Wesentlichen sinusförmigen Stromsignale zur Versorgung der elektrischen Maschine vor. Die niedrige Schaltfrequenz kann etwa 5 kHz betragen. Falls sich die elektrische
Maschine 2 mit einer höheren Drehzahl dreht, gibt die Schaltfrequenzeinrichtung 20 eine höhere Schaltfrequenz für die Leistungstransistoren T1-T6 vor, wodurch mehr Stützstellen für den im Wesentlichen sinusförmigen Strom erzeugt werden, der der elektrischen Maschine 2 zugeführt wird.
Im Folgenden wird die Funktionsweise der Antriebssteuerungseinrichtung 10 erläutert, falls zusätzliche Verlustwärme zum Temperieren des Innenraums des
Kraftfahrzeuges angefordert wird. Die Klimatisierungssteuerungseinrichtung 26 kann bewirken, dass der Stromwinkel ß aus felderzeugenden Strom id und
drehmomenterzeugenden Strom iq verändert wird. Beispielsweise kann zusätzlicher felderzeugender Strom id erzeugt werden. Falls zusätzliche Verlustwärme erzeugt werden soll, wird eine Schalteinrichtung 27 so geschaltet, das die
Drehmomentregelungseinrichtung 18 den Sollwert für einen für den jeweiligen Betriebspunkt optimalen Stromwinkel ß aus der Tabelle 24 für einen vertrimmten feldbildenden Strom id ausliest. Generell gilt, dass die von einem elektrischen Antrieb 1 erzeugte Verlustwärme proportional zum Quadrat des Stromes ist. Durch den höheren feldbildenden Strom id wird die Verlustleistung des elektrischen Antriebs 1 erhöht und zwar proportional zum Quadrat der Zunahme des feldbildenden Stroms id. Die Klimatisierungssteuerungseinrichtung 26 kann eine Bremse 28 des Kraftfahrzeuges betätigen und die elektrische Maschine 2 mittels der
Leistungseinrichtung 12 so ansteuern, dass sie das Kraftfahrzeug bewegen soll. Dadurch entsteht zusätzliche Verlustwärme. Die Klimatisierungssteuerungseinrichtung 26 kann die Leistungseinrichtung 12 so ansteuern, dass lediglich ein feldbildender Strom id der elektrischen Maschine zugeführt wird, wodurch zusätzliche Verlustwärme erzeugt wird.
Die Klimatisierungssteuerungseinrichtung 26 kann mittels der Leistungseinrichtung 12 die elektrische Maschine 2 derart ansteuern, dass ein elektrisches Drehfeld erzeugt wird, ohne dass sich die Achse der elektrischen Maschine 2 dreht, so dass zusätzliche Verlustwärme entsteht. Dies kann beispielsweise durch ein elektrisches Feld mit einer vergleichsweise hohen Winkelfrequenz erreicht werden.
Falls sich das Kraftfahrzeug im Stillstand befindet, steuert die
Klimatisierungssteuerungseinrichtung 26 die elektrische Maschine 2 mittels der Leistungseinrichtung 12 derart an, dass die elektrische Maschine ein erstes
Drehmoment in eine erste Richtung erzeugt und anschließend ein zweites
Drehmoment in eine zweite Richtung erzeugt, die der ersten Richtung
entgegengesetzt ist. Das Kraftfahrzeug wird durch das erste Drehmoment und das zweite Drehmoment nicht von dem Ort, an dem es sich befindet, weg bewegt.
Dadurch kann auch zusätzliche Verlustwärme erzeugt werden.
Falls sich das Kraftfahrzeug bewegt, kann die Klimatisierungssteuerungseinrichtung 26 mittels der Leistungseinrichtung 12 die elektrische Maschine derart ansteuern, dass die elektrische Maschine ein erstes Überlagerungsmoment in die erste
Richtung erzeugt und anschließend ein zweites Überlagerungsdrehmoment in die zweite Richtung erzeugt, die der ersten Richtung entgegengesetzt ist. Das erste Überlagerungsdrehmoment und das zweite Überlagerungsdrehmoment sind einer Drehbewegung der elektrischen Maschine 2 überlagert. Das Kraftfahrzeug wird durch das erste Überlagerungsdrehmoment und das zweite
Überlagerungsdrehmoment nicht beschleunigt und nicht verzögert. Das
Überlagerungsdrehmoment kann ein Drehmoment sein, das überlagert wird, wenn die elektrische Maschine 2 das Kraftfahrzeug antreibt. Auch hierdurch wird zusätzliche Verlustwärme erzeugt.
Falls sich das Getriebe 4 des Kraftfahrzeuges im Leerlauf befindet, so dass kein Drehmoment von der elektrischen Maschine 2 an ein Antriebsrad 8 übertragen wird, kann die Klimatisierungssteuerungseinrichtung 26 den elektrischen Antrieb 2 mittels der Leistungseinrichtung 12 derart ansteuern, dass die elektrische Maschine 2 ein Drehmoment erzeugt. Auch dadurch wird zusätzliche Verlustwärme erzeugt.
Falls die elektrische Maschine ein Drehmoment zum Antreiben des Kraftfahrzeuges erzeugt, kann die Klimatisierungssteuerungseinrichtung 26 die elektrische Maschine 2 mittels der Leistungseinrichtung 12 so ansteuern, dass der elektrischen Maschine 2 ein höherer feldbildender Strom id zugeführt wird, als für den jeweiligen
Betriebspunkt erforderlich ist. Auch hiermit wird zusätzliche Verlustwärme erzeugt.
Falls die elektrische Maschine 2 Strom erzeugt, kann die
Klimatisierungssteuerungseinrichtung 26 mittels der Leistungseinrichtung 12 bewirken, dass ein höherer feldbildender Strom id von der elektrischen Maschine zur Leistungseinrichtung 12 fließt. Dadurch kann beim Rekuperationsbetrieb und/oder Generatorbetrieb mehr Verlustwärme erzeugt werden. Durch eine derartige
Vertrimmung kann mechanische Energie, d.h. Bremsenergie, aufgenommen werden, ohne Energie in den Speicher zu leiten. Dies kann zur Reduktion der thermischen Belastung und/oder des Verschleißes der mechanischen Bremse (Scheibenbremse, Trommelbremse) führen.
Die Klimatisierungssteuerungseinrichtung 26 oder eine andere
Steuerungseinrichtung des Kraftfahrzeuges kann den elektrischen Antrieb 1 derart ansteuern, dass, falls der Ladezustand des Akkumulators eine Ladungsaufnahme bzw. Stromaufnahme verhindert, vom optimalen Betriebspunkt der elektrischen Maschine 2, der Antriebssteuerungseinrichtung 10 und/oder der Leistungseinrichtung 12 abgewichen wird, so dass weiterhin ohne mechanischen Verschleiß verzögert werden kann und die dabei im elektrischen Antrieb 1 anfallende Verlustwärme zur Klimatisierung des Innenraums verwendet werden kann.
Am wirkungsvollsten kann ein Kühlfluid durch Verluste im Stator erwärmt werden. Dabei entstehen die niedrigsten Wärmeübergangsverluste von der im Statorblech aufgrund der Eisenverluste erzeugten Verlustwärme. Ferner kann die Verlustwärme in der Statorwicklung effizient abgeführt werden. Die Verlustwärme im Rotor kann wegen des isolierenden Luftspalts nur bedingt bzw. langsam durch die Statorkühlung abgeführt werden. Eine Kühlung der elektrischen Maschine 2 kann durch einen zweiten Wärmetauscher 34 erfolgen, der in und/oder an den Blechpaketen und/oder durch und/oder an den Wicklungen der elektrischen Maschine 2 angeordnet ist. Dem Fachmann ist eine derartige Fluidkühlung bekannt und daher wird sie im Sinne der Prägnanz nicht weiter detailliert beschrieben.
Die vorliegende Erfindung hat den Vorteil, dass Wärme zum Aufheizen des
Innenraums eines elektrisch angetriebenen Fahrzeuges erzeugt werden kann, ohne dass zusätzliche Bauteile erforderlich sind. Dadurch können der Herstellaufwand und die Masse des elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeuges reduziert werden.

Claims

Patentansprüche
Verfahren zum Temperieren eines Innenraums eines Kraftfahrzeuges mit einem elektrischen Antrieb mittels einer Wärmepumpenanordnung mit einem Heiztemperaturbereich und einem Niedertemperaturbereich, wobei der Heiztemperaturbereich zumindest einen thermisch mit dem Innenraum gekoppelten Innenraum-Wärmetauscher (52) umfasst und der
Niedertemperaturbereich einen Außenwärmetauscher (58) und/oder zumindest einen an einer Komponente (2, 12) des elektrischen Antriebs (1 ) angeordneten Wärmetauscher (29, 34) umfasst, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
- falls ermittelt wird, dass der Innenraum des Kraftfahrzeuges temperiert werden soll, Zuführen von Heizenergie des Heiztemperaturbereiches der Wärmepumpenanordnung an den Innenraum des Fahrzeuges; und
- Variieren des Betriebspunktes des elektrischen Antriebs (1 ) derart, dass die Erzeugung von Verlustwärme in zumindest einer elektrischen
Komponente (2, 12) des elektrischen Antriebs (1 ) gesteuert wird, wodurch die Temperatur des Niedertemperaturbereichs im stationären oder quasistationären Betrieb auf ein derartiges Niveau gesteuert wird, das sicherstellt, dass die Wärmepumpenanordnung die Heizenergie
bereitstellen kann.
Verfahren nach Anspruch 1 , gekennzeichnet durch:
- falls Komponenten (2, 12) des elektrischen Antriebs (1) einen Betrag an Verlustwärme erzeugen, der ausreicht, um die Heizenergie mittels der Wärmepumpenanordnung zu erzeugen, Abführen der Verlustwärme zumindest einer Komponente des elektrischen Antriebs (1 ) mittels des Niedertemperaturbereiches der Wärmepumpenanordnung, wobei sich die Temperatur des Niedertemperaturbereiches im stationären oder
quasistationären Betrieb im Bereich der Umgebungstemperatur des Kraftfahrzeuges befindet und der elektrische Antrieb im Bereich eines optimalen Betriebspunktes betrieben wird; und/oder
- falls die Komponenten (2, 12) des elektrischen Antriebs (1 ) einen Betrag an Verlustwärme erzeugen, der nicht ausreicht, um die Heizenergie mittels der Wärmepumpenanordnung zu erzeugen, und falls die Außentemperatur so hoch und/oder die Luftfeuchtigkeit so niedrig ist, dass keine Gefahr besteht, dass eine funktionsbeeinträchtigende Vereisung im Bereich des Niedertemperaturbereiches auftritt, Abführen der Verlustwärme zumindest einer Komponente des elektrischen Antriebs (1 ) mittels des
Niedertemperaturbereiches der Wärmepumpenanordnung und Entziehen von Wärmeenergie aus der Umgebung mittels des Außenwärmetauschers (58), wobei sich die Temperatur des Niedertemperaturbereiches im stationären oder quasistationären Betrieb unter der Umgebungstemperatur des Kraftfahrzeuges befindet und der elektrische Antrieb im Bereich eines optimalen Betriebspunktes betrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
- falls die Komponenten (2, 12) des elektrischen Antriebs (1 ) beim Betrieb bei einem optimalen Betriebspunkt einen Betrag an Verlustwärme erzeugen, der nicht ausreicht, um die Heizenergie mittels der
Wärmepumpenanordnung zu erzeugen, und falls die Außentemperatur so niedrig und/oder die Luftfeuchtigkeit so hoch ist, dass Gefahr besteht, dass eine funktionsbeeinträchtigende Vereisung im Bereich des
Niedertemperaturbereiches auftreten kann, Ansteuern des elektrischen Antriebs (1 ) außerhalb des optimalen Betriebspunktes derart, dass die zumindest eine ersten elektrischen Komponente (2, 12) des elektrischen Antriebs (1 ) im stationären oder quasistationären Betrieb eine derartige Verlustwärme erzeugt, dass die Wärmepumpenanordnung die Heizenergie erzeugen kann; und
- Abführen der von der zumindest einen elektrischen Komponente (2, 12) erzeugten Verlustwärme mittels des Niedertemperaturbereiches der Wärmepumpenanordnung.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der elektrische Antrieb folgendes aufweist:
- einen Akkumulator (40),
- eine elektrische Maschine (2), die vom Akkumulator mit Strom versorgt wird und die das Kraftfahrzeug antreibt, und
- eine Antriebssteuerungseinrichtung (10), die die Versorgung der
elektrischen Maschine (2) mit Strom aus dem Akkumulator (40) steuert und/oder die das Laden des Akkumulators (40) mit von der elektrischen Maschine (2) erzeugten Strom steuert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmepumpenanordnung derart angesteuert wird, dass sich die
Temperatur des Niedertemperaturbereiches im Bereich von etwa +/- 10 K, vorzugsweise im Bereich von etwa +/- 5 K, um die Umgebungstemperatur des Kraftfahrzeuges befindet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch den folgenden Schritt zum Erzeugen von Verlustwärme:
- Liefern von Strom durch die Antriebssteuerungseinrichtung (10) so, dass sich das Verhältnis aus dem feldbildenden Strom id und aus dem drehmomentbildenden Strom iq außerhalb des für den jeweiligen
Betriebspunkt optimalen Verhältnisses aus dem feldbildenden Strom id und aus dem drehmomentbildenden Strom iq befindet. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch zumindest einen der folgenden Schritte zum Erzeugen von Verlustwärme:
- Betätigen einer Bremse des Kraftfahrzeuges und Ansteuern des
elektrischen Antriebs (1 ) so, dass er das Kraftfahrzeug bewegen soll;
- Ansteuern der Antriebssteuerungseinrichtung (10) so, dass lediglich ein feldbildender Strom id der elektrischen Maschine (2) zugeführt wird;
- Ansteuern des elektrischen Antriebs so, dass die
Antriebssteuerungseinrichtung (10) die elektrischen Maschine (2) derart ansteuert, dass in der elektrischen Maschine (2) ein Drehfeld erzeugt wird, ohne dass sich die Achse der elektrischen Maschine (2) dreht;
- Falls sich das Kraftfahrzeug im Stillstand befindet, Ansteuern des
elektrischen Antriebs (1 ) so, dass die Antriebssteuerungseinrichtung (10) die elektrischen Maschine (2) derart ansteuert, dass die elektrischen Maschine (2) ein erstes Drehmoment in eine erste Richtung erzeugt und anschließend ein zweites Drehmoment in eine zweite Richtung erzeugt, die der ersten Richtung entgegengesetzt ist, wobei das Kraftfahrzeug durch das erste Drehmoment und das zweite Drehmoment nicht von dem Ort, an dem es sich befindet, wegbewegt wird;
- Falls sich das Kraftahrzeug bewegt, Ansteuern des elektrischen Antriebs
(1 ) so, dass die Antriebssteuerungseinrichtung (10) die elektrische
Maschine (2) derart ansteuert, dass die elektrischen Maschine (2) ein erstes Überlagerungsdrehmoment in die erste Richtung erzeugt und anschließend ein zweites Überlagerungsdrehmoment in die zweite
Richtung erzeugt, die der ersten Richtung entgegengesetzt ist, wobei das erste Überlagerungsdrehmoment und das zweite
Überlagerungsdrehmoment einer Drehbewegung der elektrischen
Maschine (2) überlagert werden und das Kraftfahrzeug durch das erste Überlagerungsdrehmoment und das zweite Überlagerungsdrehmoment nicht beschleunigt und nicht verzögert wird;
- Falls sich ein Getriebe (4) des Kraftfahrzeuges im Leerlauf befindet, so dass kein Drehmoment von der elektrischen Maschine (2) an ein
Antriebsrad (8) übertragen wird, Ansteuern des elektrischen Antriebs (1 ) so, dass die Antriebssteuerungseinrichtung (10) die elektrischen Maschine
(2) derart ansteuert, dass die elektrischen Maschine (2) ein Drehmoment erzeugt;
- Falls die elektrische Maschine (2) ein Drehmoment zum Antreiben des Kraftfahrzeuges erzeugt, Ansteuern des elektrischen Antriebs (1 ) so, dass Antriebssteuerungseinrichtung (10) der elektrischen Maschine (2) einen höheren feldbildenden Strom id zuführt, als für den jeweiligen
Betriebspunkt erforderlich ist; und
- Falls die elektrische Maschine (2) Strom erzeugt, Ansteuern des
elektrischen Antriebs (1 ) so, dass ein höherer feldbildender Strom id von der elektrischen Maschine (2) zur Antriebssteuerungseinrichtung (10) fließt. Klimatisierungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Antrieb (1 ), der einen Akkumulator (40), eine Leistungseinrichtung (12) und eine elektrischen Maschine (2) umfasst, die von dem Akkumulator (40) mit Strom versorgt wird und die das Kraftfahrzeug antreibt, umfassend
- eine Wärmepumpenanordnung mit einem Niedertemperaturbereich, der mit mindestens einer Komponente (2, 12, 40) des elektrischen Antriebs (1 ) und mit der Umgebung des Kraftfahrzeuges mittels eines
Außenwärmetauschers (58) thermisch gekoppelt ist, und einem
Heiztemperaturbereich, der mit dem Innenraum des Kraftfahrzeuges mittels eines Innenraum-Wärmetauschers (52) thermisch gekoppelt ist; wobei die Klimatisierungseinrichtung (26) dazu ausgebildet ist, falls ermittelt wird, dass der Innenraum des Kraftfahrzeuges temperiert werden soll,
Heizenergie des Heiztemperaturbereiches der Wärmepumpenanordnung an den Innenraum des Fahrzeuges zuzuführen und den Betriebspunkt des elektrischen Antriebs (1 ) derart zu wählen, dass die Erzeugung von
Verlustwärme in zumindest einer elektrischen Komponente (2, 12, 40) des elektrischen Antriebs (1 ) gesteuert wird, wodurch die Temperatur des
Niedertemperaturbereichs im stationären oder quasistationären Betrieb auf ein derartiges Niveau gesteuert wird, das sicherstellt, dass die
Wärmepumpenanordnung die Heizenergie bereitstellen kann.
Klimatisierungseinrichtung (26) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Klimatisierungseinrichtung dazu ausgebildet ist,
- falls die Komponenten (2, 12, 40) des elektrischen Antriebs (1 ) einen
Betrag an Verlustwärme erzeugen, der ausreicht, um die Heizenergie mittels der Wärmepumpenanordnung zu erzeugen, die Verlustwärme zumindest einer Komponente (2, 12, 40) des elektrischen Antriebs (1 ) mittels des Niedertemperaturbereiches der Wärmepumpenanordnung abzuführen, wobei sich die Temperatur des Niedertemperaturbereiches im stationären oder quasistationären Betrieb im Bereich der
Umgebungstemperatur des Kraftfahrzeuges befindet und der elektrische Antrieb (1 ) im Bereich eines optimalen Betriebspunktes betrieben wird; und/oder
- falls die Komponenten des elektrischen Antriebs einen Betrag an
Verlustwärme erzeugen, der nicht ausreicht, um die Heizenergie mittels der Wärmepumpenanordnung zu erzeugen, und falls die Außentemperatur so hoch und/oder die Luftfeuchtigkeit so niedrig ist, dass keine Gefahr besteht, dass eine funktionsbeeinträchtigende Vereisung im Bereich des Niedertemperaturbereiches auftritt, die Verlustwärme zumindest einer Komponente (2, 12, 40) des elektrischen Antriebs (1 ) mittels des
Niedertemperaturbereiches der Wärmepumpenanordnung abzuführen, wobei sich die Temperatur des Niedertemperaturbereiches im stationären oder quasistationären Betrieb unter der Umgebungstemperatur des Kraftfahrzeuges befindet und der elektrische Antrieb im Bereich eines optimalen Betriebspunktes betrieben wird.
10. Klimatisierungseinrichtung (26) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch
gekennzeichnet, dass die Klimatisierungseinrichtung dazu ausgebildet ist, - falls Komponenten des elektrischen Antriebs (1 ) einen Betrag an
Verlustwärme erzeugen, der nicht ausreicht, um die Heizenergie mittels der Wärmepumpenanordnung zu erzeugen, und falls die Außentemperatur so niedrig und/oder die Luftfeuchtigkeit so hoch ist, dass Gefahr besteht, dass eine funktionsbeeinträchtigende Vereisung im Bereich des
Niedertemperaturbereiches auftritt, den elektrischen Antrieb (1) außerhalb des optimalen Betriebspunktes derart anzusteuern, dass die zumindest eine ersten elektrischen Komponente (2, 12) des elektrischen Antriebs (1 ) im stationären oder quasistationären Betrieb eine derartige Verlustwärme erzeugt, dass die Wärmepumpenanordnung die Heizenergie erzeugen kann, und um die von der zumindest einen elektrischen Komponente (2, 12, 40) erzeugten Verlustwärme mittels des Niedertemperaturbereiches der Wärmepumpenanordnung abzuführen.
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