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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Nutzung der von einer ersten
Komponente in einem Plug-In-Hybridelektrofahrzeug erzeugten Wärme.
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Plug-In-Hybridelektrofahrzeuge
sind dahingehend konfiguriert, für
eine vorbestimmte Fahrtstrecke oder Zeitdauer primär in einer
aufladbaren Fahrzeugbatterie gespeicherte Energie zu nutzen.
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Plug-In-Hybridelektrofahrzeuge
weisen einen Verbrennungsmotor, einen Elektromotor und eine aufladbare
Batterie auf und sind üblicherweise
in einer von zwei unterschiedlichen Konfigurationen konfiguriert.
In einer ersten Konfiguration sind der Verbrennungsmotor und der
Elektromotor jeweils dahingehend konfiguriert, Drehmoment für die Antriebsräder des
Fahrzeuges bereitzustellen. Diese Konfiguration ist unter der Bezeichnung
gemischte oder parallele Konfiguration bekannt. In einer zweiten Konfiguration,
die unter der Bezeichnung serielle Konfiguration bekannt ist, liefert
nur der Elektromotor Drehmoment an die Antriebsräder des Fahrzeuges. In der
seriellen Konfiguration wird der Verbrennungsmotor ausschließlich dazu
eingesetzt, die aufladbare Batterie wieder aufzuladen oder Energie
an den Elektromotor zu liefern.
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Plug-In-Hybridelektrofahrzeuge
beider Bauweisen arbeiten während
einer Anfangszeitdauer derart, dass unter primärer Nutzung der in der aufladbaren
Batterie gespeicherten Energie der Elektromotor betrieben und Drehmoment
für die
Antriebsräder des
Fahrzeuges bereitgestellt wird. Während solcher Perioden des
batterieversorgten Betriebs kann der Elektromotor für die Erfüllung der
Fahreranforderungen ein beträchtliches
Defizit an Energie aufweisen. Beispielsweise kann der Fahrer während einer
Beschleunigung an einer Steigung oder auf einer Autobahn dem Antriebssystem
des Fahrzeuges mehr Energie abverlangen, als diese von dem Elektromotor bereitgestellt
werden kann, wenn dieser allein durch die Batterie betrieben wird.
Während
solcher kurzer Zeitperioden hohen Energiebedarfs kann der Verbrennungsmotor
vorübergehend
eingeschaltet werden, um entweder zusätzliches Drehmoment für die Antriebsräder bereitzustellen
oder zusätzliche
Energie an den Elektromotor zu liefern, um den Bedarf nach zusätzlicher
Antriebsenergie zu erfüllen.
Sobald der Bedarf nach vermehrter Antriebsenergie zurückgeht,
wird der Verbrennungsmotor abgeschaltet und bleibt abgeschaltet,
bis entweder der nächste
Bedarf nach erhöhter
Antriebsenergie auftritt oder bis die aufladbare Batterie bis auf
ein Niveau entleert ist, bei dem ein kontinuierlicher Betrieb des
Verbrennungsmotors erforderlich ist.
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Während Betriebsphasen,
in denen das Fahrzeug ausschließlich
batteriebetrieben wird, bleibt der Verbrennungsmotor, da dieser
nur für
kurze, unterbrochene Zeitperioden betrieben wird, deutlich unterhalb
seiner optimalen Betriebstemperatur, welche je nach Motortyp zwischen
ca. 82°C
und ca. 104°C
oder sogar darüber
liegen kann. Wenn ein Verbrennungsmotor bei einer Temperatur unterhalb seiner
optimalen oder wünschenswerten
Betriebstemperatur betrieben wird, ist der Verbrennungsmotor weniger
effizient und verbraucht mehr Kraftstoff. Folglich kann der Betrieb
des Verbrennungsmotors unterhalb seiner optimalen Betriebstemperatur
einen nachteiligen Einfluss auf den Kraftstoffverbrauch des Plug-In-Hybridelektrofahrzeuges
haben.
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Vor
dem obigen Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
eine Vorrichtung zum Nutzen der von einer Komponente eines Plug-In-Hybridelektro fahrzeuges
erzeugten Wärme bereitzustellen,
durch welche die vorliegenden Probleme vermieden werden.
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Diese
Aufgabe wird durch Vorrichtung gemäß den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruches
1 gelöst.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der Beschreibung sowie
den Unteransprüchen
zu entnehmen.
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Im
Rahmen der Erfindung sind mehrere Ausführungsformen einer Vorrichtung
zur Nutzung der von einer Komponente eines Plug-In-Hybridelektrofahrzeuges
erzeugten Wärme
vorgesehen. In einer ersten Ausführungsform
weist die Vorrichtung eine erste Komponente auf, durch welche sich
ein erstes Kühlmittelzirkulationssystem
erstreckt. Das erste Kühlmittelzirkulationssystem
weist einen ersten Kühler
auf. Die Vorrichtung weist ferner eine zweite Komponente auf, durch
welche hindurch sich ein zweites Kühlmittelzirkulationssystem
erstreckt. Das zweite Kühlmittelzirkulationssystem
steht in Fluidaustausch mit dem ersten Kühlmittelzirkulationssystem.
In der ersten Ausführungsform
ist das erste Kühlmittelzirkulationssystem
dahingehend konfiguriert, selektiv erwärmtes Kühlmittel von der ersten Komponente
zur zweiten Komponente zu leiten.
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Im
Rahmen der ersten Ausführungsform
ist das erste Kühlmittelzirkulationssystem
ferner dahingehend konfiguriert, selektiv das erwärmte Kühlmittel daran
zu hindern, zwischen der ersten Komponente und dem ersten Kühler zu
strömen.
In einer Abwandlung weist das erste Kühlmittelzirkulationssystem
ferner ein erstes Ventil auf, welches dahingehend konfiguriert ist,
selektiv die Strömung
von erwärmtem Kühlmittel
von der ersten Komponente zur zweiten Komponente oder zu dem ersten
Kühler
zu leiten.
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In
einer anderen Variante ist das erste Kühlmittelzirkulationssystem
ferner dahingehend konfiguriert, es dem erwärmten Kühlmittel zu ermöglichen, von
der ersten Komponente zum ersten Kühler zu strömen, und das erwärmte Kühlmittel
daran zu hindern, zur zweiten Komponente zu strömen, wenn die zweite Komponente
eine vorbestimmte Temperatur erreicht.
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In
einer zweiten Ausführungsform
weist die Vorrichtung eine elektrische Komponente auf, durch welche
hindurch sich ein erstes Kühlmittelzirkulationssystem
erstreckt. Das erste Kühlmittelzirkulationssystem
weist einen ersten Kühler
auf. Das System weist ferner einen nachfolgend als ICE (= ”Internal
Combustion Engine”)
bezeichneten Verbrennungsmotor mit einem sich durch diesen hindurch
erstreckenden zweiten Kühlmittelzirkulationssystem auf.
Das zweite Kühlmittelzirkulationssystem
steht in Fluidaustausch mit dem ersten Kühlmittelzirkulationssystem.
In dieser zweiten Ausführungsform
ist das erste Kühlmittelzirkulationssystem
dahingehend konfiguriert, selektiv erwärmtes Kühlmittel von der elektrischen
Komponente an den ICE zu leiten.
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In
einer Implementierung der zweiten Ausführungsform weist die elektrische
Komponente einen nachfolgend ISC (= ”Inverter System Controller”) genannten
Wechselrichter-Controller auf.
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In
einer anderen Implementierung der zweiten Ausführungsform ist das erste Kühlmittelzirkulationssystem
ferner dahingehend konfiguriert, selektiv das erwärmte Kühlmittel
daran zu hindern, zwischen der elektrischen Komponente und dem ersten
Kühler zu
strömen.
In einer Variation dieser Implementierung weist das erste Kühlmittelzirkulationssystem
ferner ein erstes Ventil auf, welches dahingehend konfiguriert ist,
selektiv die Strömung
des erwärmten
Kühlmittels
von der elektrischen Komponente zu dem ICE oder dem ersten Kühler zu
leiten. In einer weiteren Variante weist das zweite Kühlmittelzirkulationssystem
ferner einen zweiten Kühler
und ein zweites Ventil auf, welches dahingehend konfiguriert ist,
selektiv die Strömung
des Kühlmittels
von dem Verbrennungsmotor zu der elektrischen Komponente oder zu dem
zweiten Kühler
zu leiten.
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In
einer weiteren Abwandlung dieser Implementierung ist das zweite
Ventil ferner dahingehend konfiguriert, die Strömung des Kühlmittels von dem Verbrennungsmotor
zu der elektrischen Komponente zu leiten, wenn das erste Ventil
das erwärmte
Kühlmittel
von der elektrischen Komponente zu dem ICE leitet. In einer weiteren
Variante ist das zweite Ventil ferner dahingehend konfiguriert,
die Strömung
des Kühlmittels
von dem Verbrennungsmotor zu dem zweiten Kühler zu lei ten, wenn das erste
Ventil das erwärmte
Kühlmittel
von der elektrischen Komponente zu dem ersten Kühler leitet. In einer anderen
Variante ist das erste Ventil ferner dahingehend konfiguriert, das
erwärmte
Kühlmittel
von der elektrischen Komponente zu dem ICE zu leiten, wenn der ICE nicht
in Betrieb ist. Das erste Ventil ist ferner dahingehend konfiguriert,
das erwärmte
Kühlmittel
von der elektrischen Komponente zu dem ICE zu leiten, wenn der ICE
in Betrieb ist.
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In
einer dritten Ausführungsform
weist die Vorrichtung eine elektrische Komponente auf, welche ein
sich durch diese hindurch erstreckendes erstes Kühlmittelzirkulationssystem
aufweist. Das erste Kühlmittelzirkulationssystem
weist einen ersten Kühler
auf. Die Vorrichtung weist ferner einen Heizungskühler auf,
welcher ein sich durch diesen hindurch erstreckendes zweites Kühlmittelzirkulationssystem aufweist.
Das zweite Kühlmittelzirkulationssystem steht
in Fluidaustausch mit dem ersten Kühlmittelzirkulationssystem.
In dieser dritten Ausführungsform ist
das erste Kühlmittelzirkulationssystem
dahingehend konfiguriert, selektiv erwärmtes Kühlmittel von der ersten Komponente
zum Heizungskühler
zu leiten.
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In
einer Implementierung der dritten Ausführungsform weist die elektrische
Komponente einen ISC auf.
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In
einer anderen Implementierung der dritten Ausführungsform ist das erste Kühlmittelzirkulationssystem
ferner dahingehend konfiguriert, selektiv das erwärmte Kühlmittel
daran zu hindern, zwischen der elektrischen Komponente und dem ersten
Kühler
zu strömen.
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In
einer anderen Implementierung der dritten Ausführungsform weist das System
ferner einen Verbrennungsmotor auf, durch welchen hindurch sich das
zweite Kühlmittelzirkulationssystem
erstreckt. Das zweite Kühlmittelzirkulationssystem
weist ferner einen zweiten Kühler
auf. In einer Variante dieser Implementierung weist das erste Kühlmittelzirkulationssystem
ferner ein erstes Ventil auf, welches dahingehend konfiguriert ist,
selektiv die Strömung
des erwärmten
Kühlmittels
von der elektrischen Komponente zu dem zweiten Kühlmittelzirkulationssystem oder
dem ersten Kühler
zu leiten. In einer weiteren Variante dieser Implementierung weist
das zweite Kühlmittelzirkulationssystem
ferner ein zweites Ventil auf, welches dahingehend konfiguriert
ist, selektiv die Strömung
des Kühlmittels
von dem Verbrennungsmotor zum zweiten Kühler oder zu der elektrischen Komponente
zu leiten. In noch einer weiteren Variante ist der Heizungskühler stromabwärts des
Verbrennungsmotors derart angeordnet, dass dann, wenn das zweite
Ventil die Strömung
des Kühlmittels
von dem Verbrennungsmotor zur elektrischen Komponente leitet, das
Kühlmittel
durch den Heizungskühler hindurch
tritt. In noch einer weiteren Variante weist die elektrische Komponente
einen ISC auf.
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand der in den beigefügten Zeichnungen
dargestellten Ausführungsbeispiele
näher erläutert. Dabei
werden einander entsprechende bzw. ähnliche Bauteile mit entsprechenden
bzw. ähnlichen
Bezugsziffern bezeichnet.
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Es
zeigen:
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1A eine
schematische Ansicht einer Vorrichtung zur Nutzung der von einem
Wechselrichter-Controller ISC (= ”Inverter System Controller”) erzeugten
Wärme zum
Aufwärmen
eines Motorblocks eines Verbrennungsmotors ICE (= ”Internal
Combustion Engine”)
in einem Plug-In-Hybridelektrofahrzeug;
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1B eine
schematische Ansicht der Vorrichtung aus 1A, wobei
erwärmtes
Kühlmittel von
dem ISC zu dem ICE und dann zurück
zum ISC strömt;
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2A eine
schematische Ansicht einer alternativen Ausführungsform der Vorrichtung
aus 1, wobei erwärmtes Kühlmittel aus dem ISC dazu benutzt
wird, einen Heizungskühler
aufzuwärmen;
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2B eine
schematische Ansicht, welche das System aus 2A zeigt,
wobei erwärmtes Kühlmittel
von dem ISC zu dem Heizungskühler
und dann zurück
zu dem ISC strömt;
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3A eine
schematische Ansicht einer anderen Ausführungsform der Vorrichtung
aus 1A und 1B, wobei
erwärmtes
Kühlmittel
aus dem ISC sowohl den ICE als auch den Heizungskühler erwärmt; und
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3B eine
schematische Ansicht der Vorrichtung aus 3A, wobei
erwärmtes
Kühlmittel von
dem ISC sowohl durch den ICE als auch durch den Heizungskühler und
dann zurück
zum ISC strömt.
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Nachfolgend
werden detaillierte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung beschrieben. Es versteht sich jedoch,
dass die offenbarten Ausführungsformen
lediglich beispielhaft für
die Erfindung sind, welche auch in diversen alternativen Ausführungsformen
realisiert werden kann. Die Figuren sind nicht notwendigerweise
maßstabsgetreu, wobei
gewisse Merkmale vergrößert oder
verkleinert sein können,
um Details bestimmter Komponenten zu zeigen. Daher sind die hier
beschriebenen speziellen strukturellen und funktionellen Details
nicht limitierend auszulegen, sondern lediglich als beispielhafte
Grundlage für
die Patentansprüche
und/oder als beispielhafte Grundlage für einen Fachmann, um die vorliegende
Erfindung in unterschiedlicher Weise auszuführen.
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Plug-In-Hybridelektrofahrzeuge
weisen einen oder mehrere Elektromotoren und einen oder mehrere
Verbrennungsmotoren auf. Eine wiederaufladbare Batterie liefert
elektrische Energie an den Elektromotor. Ein als ISC (= ”Inverter
System Controller”)
bezeichneter Wechselrichter-Controller wandelt von der aufladbaren
Batterie bereitgestellten Gleichstrom in Wechselstrom zur Verbrauch
durch den Elektromotor um. Während
des Betriebs steigt die Temperatur des ISC an. Wenn er nicht gekühlt wird,
erwärmt
sich der ISC bis auf eine Temperatur oberhalb seiner optimalen Betriebstemperatur
und kann sogar überhitzt
werden. In ähnlicher
Weise steigt auch die Temperatur des Verbrennungsmotors (ICE) während normaler
Betriebsphasen und übersteigt,
wenn er nicht sorgfältig
gekühlt
wird, die optimale Betriebstemperatur des ICE. Damit der ISC in ausreichend
kaltem Zustand gehalten werden kann, weist der ISC ein erstes Kühlmittelzirkulationssystem auf,
welches sich durch den ISC hindurch erstreckt. Ein Kühlmittel
mit einer Temperatur unterhalb derjenigen des ISC tritt in den ISC
ein und zirkuliert durch den ISC, was zu einem Aufwärmen des
Fluids und zu einem Abkühlen
des ISC führt.
Das erwärmte
Fluid wird dann an einen ersten Kühler geleitet, wo das erwärmte Fluid
abgekühlt
wird und erneut durch den ISC zirkuliert.
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In ähnlicher
Weise wird ein zweites Kühlmittelzirkulationssystem
dazu verwendet, den ICE zu kühlen.
Ein Fluid mit einer Temperatur unterhalb der Temperatur des ICE
tritt in den ICE ein, zirkuliert durch diesen hindurch und bewirkt,
dass das Fluid aufgewärmt
und der ICE abgekühlt
wird. Das erwärmte
Fluid tritt aus dem ICE aus und wird an einen zweiten Kühler geleitet,
wo das Kühlmittel
abgekühlt wird
und zurück
durch den ICE zirkuliert.
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Plug-In-Hybridelektrofahrzeuge
sind dahingehend konfiguriert, für
eine vorbestimmte Fahrtstrecke oder Zeitdauer ausschließlich mit
Batterieenergie betrieben zu werden. Während ausschließlich batteriebetriebener
Betriebsphasen ist der Verbrennungsmotor außer Betrieb, und ein oder mehrere
Elektromotoren treiben das Fahrzeug an. Während solcher Zeitperioden
liefert die aufladbare Batterie Energie an den Elektromotor für den Betrieb.
In Betriebsphasen, in denen die Energieanforderungen seitens des Fahrers
oder seitens anderer Fahrzeugkomponenten die seitens der wiederaufladbaren
Batterie allein verfügbare
Energie übersteigen,
wird der ICE kurz eingeschaltet und betrieben, um die Elektromotoren beim
Antrieb des Fahrzeuges zu unterstützen. Während solcher Zeitperioden
mit kurzem, unterbrochenem Betrieb verfügt der ICE nicht über ausreichend Zeit,
auf seine optimale Betriebstemperatur von etwa 93°C aufgewärmt zu werden.
Dementsprechend wird der ICE während
solcher unterbrochener Betriebsphasen unterhalb seines maximalen
Wirkungsgrades betrieben, was einen erhöhten Kraftstoffverbrauch zur
Folge haben kann.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist das erste Kühlmittelzirkulationssystem
dahingehend konfiguriert, erwärmtes
Kühlmittel
von dem ISC zu dem zweiten Kühlmittelzirkulationssystem
zu leiten, wo das erwärmte
Kühlmittel
durch den ICE hindurch tritt. Das erwärmte Kühlmittel weist eine Temperatur
oberhalb derjenigen des ICE auf, und der ICE dient, während das
erwärmte
Kühlmittel
durch den ICE hindurch tritt, als Kühler, welcher Wärme von
dem Fluid abführt.
Dies führt
dazu, dass der ICE aufgewärmt wird.
Das zweite Kühlmittelzirkulationssystem
ist dahingehend konfiguriert, das aus dem ICE austretende abgekühlte Kühlmittel
zurück
zu dem ersten Kühlmittelzirkulationssystem
zu leiten, wo es durch den ISC hindurchgeleitet wird, woraufhin
der Zyklus von Neuem beginnt. Auf diese Weise wird Wärme von dem
ISC auf den ICE übertragen,
was es dem ICE ermöglicht,
eine erhöhte
Temperatur oberhalb der Umgebungstemperatur beizubehalten, so dass
der ICE während
der kurzen, unterbrochenen Betriebsphasen mit einem höheren Wirkungsgrad
betrieben werden kann.
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Die
vorliegende Erfindung ist nicht auf die Verwendung von erwärmtem Kühlmittel
aus dem ISC zum Aufwärmen
des ICE beschränkt.
Vielmehr können
auch andere Ausgangs- und Zielkomponenten für die Wärme verwendet werden. Beispielsweise kann
es gemäß einer
anderen Ausführungsform wünschenswert
sein, das erwärmte
Kühlmittel
von dem ISC durch einen Heizungskühler des Fahrzeuges hindurchzuleiten,
welcher dazu eingesetzt wird, Wärme
an ein Fahrzeugheizungs- und
-lüftungssystem
zu liefern. Auf diese Weise kann der Heizungskühler, welcher typischerweise
auf dem von dem ICE hergeführten
erwärmten
Kühlmittel
basiert, das erwärmte
Kühlmittel
von dem ISC dazu nutzen, Wärme an
das Heizungs- und Lüftungssystem
HVAC des Fahrzeuges während
ausschließlich
elektrischer Betriebsphasen des Plug-In-Hybridelektrofahrzeuges zu
liefern. In anderen Ausführungsformen
kann das erwärmte
Kühlmittel
von dem ISC so geleitet werden, dass es sowohl durch den ICE als
auch durch den Heizungskühler
hindurch tritt. In noch einer anderen Ausführungsform können ein
oder mehrere Elektromotoren das erwärmte Kühlmittel anstelle des ISC liefern.
Ein besseres Verständnis
der Ausführungsformen
der Erfindung wird anhand der beigefügten Abbildungen und der nachfolgenden
detaillierten Beschreibung deutlich.
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Gemäß 1A ist
eine Vorrichtung 10 zur Nutzung der von einer Komponente
eines Plug-In-Hybridelektrofahrzeuges erzeugten Wärme schematisch
dargestellt. Die Vorrichtung 10 kann in einem beliebigen
Plug-In-Hybridelektrofahrzeug realisiert werden, auch in solchen,
die sowohl in einem gemischten bzw. parallelen als auch in einem
seriellen Modus betrieben werden. Die Vorrichtung 10 weist
eine erste Komponente 12 auf, welche in Betriebsphasen
Wärme erzeugt.
In 1A ist die erste Komponente 12 als ein
ISC ausgestaltet. Es versteht sich jedoch, dass eine beliebige wärmeerzeugende Komponente
als erste Komponente 12 der Vorrichtung 10 dienen
kann. Ein erstes Kühlmittelzirkulationssystem 14 zirkuliert
ein Kühlmittel
durch die erste Komponente 12. Das erste Kühlmittelzirkulationssystem
weist einen ersten Kühler 16,
Kanäle 18 und 20, Kanäle 22 und 24,
einen ISC 12 und einen inneren Kühlmittelpfad zum ISC 12 (nicht
dargestellt) auf. Das erste Kühlmittelzirkulationssystem 14 weist
weiterhin ein erstes Ventil 26 auf, welches dahingehend konfiguriert
ist, erwärmtes
Kühlmittel,
welches aus dem Kanal 24 austritt, zu einem von zwei unterschiedlichen
Pfaden zu leiten. Wie in 1A dargestellt
ist, ist das erste Ventil 26 so angeordnet, dass es erwärmtes Kühlmittel
von dem Kanal 24 zum Kanal 18 leitet.
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Die
Vorrichtung 10 weist ferner eine Komponente 28 auf.
In der in 1A dargestellten Ausführungsform
ist die zweite Komponente 28 ein Verbrennungsmotor, nachfolgend
als ICE bezeichnet. Es versteht sich, dass die zweite Komponente 28 eine
beliebige andere Komponente des die Vorrichtung 10 nutzenden
Plug-In-Hybridelektrofahrzeuges
sein kann, bei welcher ein Aufwärmen
gewünscht
ist.
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Ein
zweites Kühlmittelzirkulationssystem 30 ist
dahingehend konfiguriert, die zweite Komponente 28 während Betriebsphasen
der zweiten Komponente 28 zu kühlen. Das zweite Kühlmittelzirkulationssystem 30 weist
einen zweiten Kühler 32 auf,
welcher dahingehend konfiguriert ist, erwärmtes Kühlmittel zu kühlen, wenn
das erwärmte
Kühlmittel
durch den zweiten Kühler 32 hindurch
tritt. Das zweite Kühlmittelzirkulationssystem 30 weist
weiterhin Kanäle 34 und 36 auf.
Darüber
hinaus weist das zweite Kühlmittelzirkulationssystem 30 auch
Kanäle 38 und 40 auf. Das
zweite Kühlmittelzirkulationssystem 30 weist weiterhin
einen (nicht dargestellten) Pfad durch die zweite Komponente 28 auf,
welche dahingehend konfiguriert ist, Kühlmittel durch die zweite Komponente 28 zum
Abkühlen
der zweiten Komponente 28 zu führen bzw. aufzunehmen.
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In
der in 1A dargestellten Ausführungsform
weist das zweite Kühlmittelzirkulationssystem 30 ferner
ein zweites Ventil 42 auf, welches dahingehend konfiguriert
ist, erwärmtes
Kühlmittel
von dem Kanal 40 zu einem von zwei unterschiedlichen Pfaden
zu leiten. in der in 1A dargestellten Ausführungsform
ist das zweite Ventil 42 so angeordnet, dass es erwärmtes Kühlmittel über den
Kanal 34 hin zum zweiten Kühler 32 leitet.
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Das
erste Kühlmittelzirkulationssystem 14 und
das zweite Kühlmittelzirkulationssystem 30 sind in
Fluidaustausch miteinander über
einen Verbindungskanal 44 und einen Verbindungskanal 46 verbunden.
Der Verbindungskanal 44 ist an das erste Ventil 26 angeschlossen,
und der Verbindungskanal 46 ist an das zweite Ventil 42 angeschlossen.
Wenn das erste Ventil 26 aus der in 1A dargestellten Stellung
in eine Verbindungsstellung bewegt wird, verbindet das erste Ventil 26 den
Kanal 24 mit dem Verbindungskanal 44 und ermöglicht es
somit, dass erwärmtes
Kühlmittel
von der ersten Komponente 12 entlang des Verbindungskanals 44 in
den Kanal 38 und von dort zur zweiten Komponente 28 strömt. Wenn
das zweite Ventil 42 aus der in 1A dargestellten
Stellung in eine Verbindungsstellung bewegt wird, in der es den
Kanal 40 mit dem Verbindungskanal 46 verbindet,
kann abgekühltes
Kühlmittel,
welches aus der zweiten Komponente 28 austritt, entlang
des Verbindungskanals 46 zum Kanal 22 und weiter
zu der ersten Komponente 12 geleitet werden, wo das Kühlmittel
erwärmt
wird.
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Unter
Bezugnahme auf 1B ist die Vorrichtung 10 aus 1A in
einem Zustand dargestellt, in dem das erste Ventil 26 und
das zweite Ventil 42 in ihre jeweilige Verbindungsstellung
bewegt sind. Bei Anordnung des ersten Ventils 26 und des
zweiten Ventils 42 in der Verbindungsstellung wird ein
drittes Kühlmittelzirkulationssystem 48 ausgebildet.
In dem dritten Kühlmittelzirkulationssystem 48 tritt
Kühlmittel in
die erste Komponente 12 ein, wo es erwärmt wird, und tritt dann entlang
des zweiten Kanals 24 aus, wobei es durch das erste Ventil 26 tritt,
wo das erwärmte Kühlmittel
entlang des Verbindungskanals 44 in den Kanal 38 und
dann in die zweite Komponente 28 geleitet wird. Das Kühlmittel
kühlt ab,
während
es Wärme
an die zweite Komponente 28 abgibt. Auf diese Weise dient
die zweite Komponente als Kühler
zum Abkühlen
des Kühlmittels,
welches durch die erste Komponente 12 hindurch tritt. Nach
dem Hindurchtreten durch die zweite Komponente 28 wandert
das abgekühlte
Kühlmittel
entlang des Kanals 40 in das zweite Ventil 42,
wo das Kühlmittel
dann entlang des Verbindungskanals 46 zum Kanal 22 geleitet
wird, wo das Kühlmittel
dann zurück
durch die erste Komponente 12 geleitet wird, woraufhin
einen weiterer Aufwärm-
und Abkühlzyklus
beginnt. Wenn sich das erste Ventil 26 und das zweite Ventil 42 in
ihrer jeweiligen Verbindungsstellung befinden, werden der erste Kühler 16 und
der zweite Kühler 32 umgangen
bzw. überbrückt.
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Das
erste Ventil 26 und das zweite Ventil 42 können an
einen (nicht gezeigten) Controller angeschlossen sein, welcher selektiv
das erste Ventil 26 und das zweite Ventil 42 aus
ihrer jeweiligen Stellung für
unabhängigen
Betrieb in ihre jeweilige Verbindungsstellung bewegen kann. Der
Controller kann ein Mikroprozessor, ein Computer, eine mechanische Vorrichtung
oder ein beliebiger anderer Mechanismus sein, welcher dazu geeignet
ist, die Stellungen des ersten Ventils 26 und des zweiten
Ventils 42 und die zeitliche Abstimmung ihrer jeweiligen
Bewegung zwischen der Stellung für
unabhängigen
Betrieb und der Verbindungsstellung zu steuern. Der Controller kann
dahingehend konfiguriert sein, das erste Ventil 26 und
das zweite Ventil 42 basierend auf der Temperatur des ICE 28,
basierend darauf, ob der ICE 28 ein- oder ausgeschaltet
ist, oder basierend auf einem beliebigen anderen geeigneten Auslösekriterium
zu steuern. In anderen Ausführungsformen
können
zusätzliche
Ventile dazu verwendet werden, den Weg der Kühlmittelströmung zu steuern. Der die Einstellung
des ersten Ventils 26 und des zweiten Ventils 42 steuernde
Controller kann dahingehend konfiguriert sein, das erste Ventil 26 und
das zweite Ventil 42 in die Verbindungsstellung zu bewegen,
während
das Plug-In-Hybridelektrofahrzeug in einem ausschließlich elektrisch
angetriebenen Modus betrieben wird, in welchem der Verbrennungsmotor
außer
Betrieb ist.
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Sobald
der Verbrennungsmotor 28 seinen Betrieb beginnt, erreicht
er rasch eine Temperatur, bei der er nicht mehr länger als
Kühler
zum Abkühlen des
durch den ISC 12 strömenden
Kühlmittels
dienen kann. In normalen herkömmlichen
Betriebsweisen werden Verbrennungsmotoren zwischen ungefähr 82°C und unge fähr 104°C betrieben,
während
herkömmliche
ISC's bei einer
maximalen Temperatur von ungefähr
71°C betrieben
werden. Daher bewegt, sobald der ICE 28 zum Ende einer
ausschließlich elektrischen
Betriebsphase anläuft
und eingeschaltet bleibt, der Controller das erste Ventil 26 und
das zweite Ventil 42 aus ihrer jeweiligen Verbindungsstellung
in ihre Stellung für
unabhängigen
Betrieb, wodurch der ISC 12 vom ICE 28 abgesperrt
und ein unabhängiger
Betrieb des ersten Kühlmittelzirkulationssystems 14 und
des zweiten Kühlmittelzirkulationssystems 30 ermöglicht wird.
In anderen Ausführungsformen
kann der ICE 28 langsam aufwärmen und für eine gewisse Zeitdauer weiterhin
effizient als Kühler für den ISC 12 dienen.
In derartigen Ausführungsformen
ist es möglich,
dass der Controller nicht das erste Ventil 26 und das zweite
Ventil 42 in ihre jeweilige Stellung für unabhängigen Betrieb bewegt, während der
ICE 28 eine vorbestimmte Temperatur erreicht.
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Unter
Bezugnahme auf 2A ist als alternative Ausführungsform
zur Vorrichtung 10 eine Vorrichtung 10' zur Nutzung
von Wärme
dargestellt, die von einer Komponente eines Plug-In-Hybridelektrofahrzeuges
erzeugt wurde. In der Vorrichtung 10' dient eine dritte Komponente 50,
welche als Heizungskühler
ausgebildet ist, als Kühler
zum Abkühlen
des erwärmten
Kühlmittels,
das aus dem ISC 12 austritt. In 2a ist
ein erstes Ventil 26 in der Stellung für unabhängigen Betrieb dargestellt,
in welcher das erste Kühlmittelzirkulationssystem 14 den
ISC 12 abkühlt.
Die Vorrichtung 10' weist
kein zweites Ventil 42 und kein zweites Kühlmittelzirkulationssystem 30 auf.
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Gemäß 2B ist
die Vorrichtung 10' gemäß 2A in
einem Zustand dargestellt, in dem das erste Ventil 26 in
die Verbindungsstellung bewegt ist, in welcher Kühlmittel vom ISC 12 zum
Heizungskühler 50 geleitet
wird. In Ausführungsformen
eines Plug-In-Hybridelektrofahrzeuges, in welchen der Heizungskühler 50 nicht
an ein Kühlmittelsystem
zum Kühlen
des Verbrennungsmotors angeschlossen ist, kann der ISC 12 die
einzige Wärmequelle
für den Heizungskühler 50 sein,
und der das erste Ventil 26 steuernde Controller kann das
erste Ventil 26 in der Verbindungsstellung halten, bis
die Temperatur des Heizungskühlers 50 ein
Niveau erreicht, bei dem dieser nicht mehr länger effizient als Kühler für den ISC 12 dienen
kann. In einem solchen Falle bewegt der Controller das erste Ventil 26 in
die Stellung für
unabhängigen
Betrieb, in welcher das durch den ISC 12 hindurchtretende
Kühlmittel
durch einen ersten Kühler 16 gekühlt wird.
Wenn die Temperatur des Heizungskühlers 50 unter eine
vorbestimmte Temperatur abfällt,
kann der Controller das erste Ventil 26 in die Verbindungsstellung
bewegen, um es zu ermöglichen,
dass Kühlmittel
von dem ISC 12 zu dem Heizungskühler 50 strömt.
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Gemäß 3A ist
eine Vorrichtung 10'' zur Nutzung
von Wärme,
die durch eine Komponente eines Plug-In-Hybridelektrofahrzeuges
erzeugt wurde, dargestellt. In der Vorrichtung 10'' ist das erste Kühlmittelzirkulationssystem 14 das
gleiche wie es in 1A für die Vorrichtung 10 gezeigt
wurde. In der Vorrichtung 10'' zirkuliert
das zweite Kühlmittelzirkulationssystem 30 Kühlmittel
durch den ICE 28 und den Heizungskühler 50. Kühlmittel
tritt in den ICE 28 aus dem Kanal 38 ein, durchläuft den
ICE 28, kühlt den
ICE 28 während
des Prozesses ab und tritt aus dem ICE 28 durch den Kanal 40 aus,
wo es in den Heizungskühler 50 geleitet
wird. Das in den Heizungskühler 50 eintretende,
erwärmte
Kühlmittel wärmt den
Heizungskühler 50 auf,
wenn es durch den Heizungskühler 50 hindurchtritt,
tritt dann aus dem Heizungskühler 50 aus
und wandert entlang des Kanals 41 zum zweiten Ventil 42.
Wenn sich das zweite Ventil 42 in der Stellung für unabhängigen Betrieb
befindet, wird das erwärmte
Kühlmittel
zum Kanal 34 geleitet und tritt dann in den zweiten Kühler 32 ein,
wo es abgekühlt
wird, dann in den Kanal 36 eintritt und in den Kanal 38 geleitet
wird, wo es in den ICE 28 eintritt, woraufhin ein weiterer
Aufwärm- und Abkühlzyklus
beginnt.
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Der
unabhängige
Betrieb des ersten Kühlmittelzirkulationssystems 14 und
des zweiten Kühlmittelzirkulationssystems 30 kann
nach einem ausschließlich
elektrischen Betrieb des Plug-In-Hybridelektrofahrzeuges erfolgen,
wenn der Verbrennungsmotor in Betrieb ist, um die Elektromotoren
bei dem Antrieb des Fahrzeuges zu unterstützen. Vor dem Betrieb des Verbrennungsmotors
arbeitet die Vorrichtung 10' in
der in 3B dargestellten Weise. Ein (nicht
dargestellter) Controller bewegt das erste Ventil 26 und
das zweite Ventil 42 in ihre jeweilige Verbindungsstellung,
in welcher der erste Kühler 16 und
der zweite Kühler 32 effektiv überbrückt bzw.
umgangen werden. Wie aus 3B ersichtlich,
tritt Kühlmittel
in den ISC 12 ein und zirkuliert um diesen herum, wobei es
den ISC 12, während
es sich aufwärmt,
abkühlt. Das
Kühlmittel
tritt aus dem ISC 12 aus und in den Kanal 24 ein,
wo es zu dem ersten Ventil 26 geleitet wird. Das erste
Ventil 26, welches in der Verbindungsstellung gezeigt ist,
leitet das Kühlmittel
entlang des Verbindungskanals 44 zum Kanal 38,
wo es in den ICE 28 geleitet wird. Das erwärmte Kühlmittel tritt
durch den ICE 28, wärmt
den ICE 28 auf, während
es durch diesen hindurchtritt und tritt dann aus dem ICE 28 aus
und in den Kanal 40 ein, wo es in den Heizungskühler 50 geleitet
wird, wo das Kühlmittel weiter
abgekühlt
wird, wobei es den Heizungskühler 50 während des
Prozesses erwärmt.
Das abgekühlte Kühlmittel
verlässt
den Heizungskühler 50 entlang des
Kanals 41 und tritt in das zweite Ventil 42 ein, welches,
wenn es sich in der Verbindungsstellung befindet, das Kühlmittel
in den Verbindungskanal 46 leitet, wo es zum Kanal 22 und
weiter in den ISC 12 geleitet wird, wo ein neuer Aufwärm- und
Abkühlzyklus beginnt.
Die in 3B dargestellte Vorrichtung 10'' kann während ausschließlich elektrischer
Betriebsphasen des Plug-In-Hybridelektrofahrzeuges eingesetzt werden,
wenn der ICE 28 für
eine beliebige signifikante Zeitdauer außer Betrieb ist.