DE102020133055A1

DE102020133055A1 - Wärmeregelungssysteme für elektrifizierte fahrzeuge mit kombinierbaren kühlkreisläufen für batteriepack und elektrische antriebskomponenten

Info

Publication number: DE102020133055A1
Application number: DE102020133055.3A
Authority: DE
Inventors: Kevin Mackenzie; Sunil Katragadda; Ronald Richard Semel
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2019-12-16
Filing date: 2020-12-10
Publication date: 2021-06-17
Also published as: US11456497B2; US20210184294A1; CN112977168A

Abstract

Die Offenbarung stellt Wärmeregelungssysteme für elektrifizierte Fahrzeuge mit kombinierbaren Kühlkreisläufen für Batteriepack und elektrische Antriebskomponenten bereit. Diese Offenbarung beschreibt im Detail Wärmeregelungssysteme zum thermischen Regeln von Batteriepacks und anderen elektrischen Antriebskomponenten elektrifizierter Fahrzeuge. Ein beispielhaftes Wärmeregelungssystem kann einen Batteriekühlkreislauf und einen Kühlkreislauf des Elektroantriebs beinhalten. Der Kühlkreislauf des Elektroantriebs kann während oder in Erwartung gewisser Fahrzeugbedingungen, wie etwa Hochlastbetriebsbedingungen, durch eine Kombination von Ventilen und Kühlmittelleitungen mit dem Batteriekühlkreislauf fluidisch verbunden sein, um die Kühlung von elektrischen Antriebskomponenten während der Hochlastbetriebsbedingungen zu verstärken.

Description

GEBIET DER TECHNIK
Diese Offenbarung betrifft elektrifizierte Fahrzeuge und insbesondere Wärmeregelungssysteme zum thermischen Regeln von Batteriepacks und anderen elektrischen Antriebskomponenten elektrifizierter Fahrzeuge.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Der Wunsch, den Kraftstoffverbrauch und die Emissionen von Kraftfahrzeugen zu reduzieren, ist hinlänglich dokumentiert. Deshalb werden derzeit elektrifizierte Fahrzeuge entwickelt, welche die Abhängigkeit von Brennkraftmaschinen reduzieren oder vollständig beseitigen. Im Allgemeinen unterscheiden sich elektrifizierte Fahrzeuge dadurch von herkömmlichen Kraftfahrzeugen, dass sie selektiv durch eine oder mehrere batteriebetriebene elektrische Maschinen angetrieben werden. Herkömmliche Kraftfahrzeuge sind im Gegensatz dazu vollständig auf die Brennkraftmaschine angewiesen, um das Fahrzeug anzutreiben.
Ein Hochspannungs-Antriebsbatteriepack versorgt die elektrischen Maschinen und andere elektrische Verbraucher des elektrifizierten Fahrzeugs typischerweise mit Strom. Das Batteriepack kann eine oder mehrere Gruppen von miteinander verbundenen Batteriezellen beinhalten. Die Batteriezellen erzeugen bei gewissen Bedingungen, einschließlich während der Lade- und Entladevorgänge, Wärme. Wärmeregelungssysteme können einen Batteriekühlkreislauf beinhalten, um die Wärme zu regeln, die durch die Batteriezellen erzeugt wird. Andere elektrische Antriebskomponenten, wie etwa Elektromotoren, werden typischerweise über einen Kühlkreislauf thermisch geregelt, der vollständig von dem Batteriekühlkreislauf getrennt ist.
KURZDARSTELLUNG
Ein Wärmeregelungssystem gemäß einem beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet unter anderem ein Batteriepack, einen Batteriekühlkreislauf, der dazu konfiguriert ist, das Batteriepack thermisch zu regeln, eine elektrische Antriebskomponente, einen Kühlkreislauf eines Elektroantriebs, der dazu konfiguriert ist, die elektrische Antriebskomponente thermisch zu regeln, und ein erstes Mehrpositionsventil, das dazu konfiguriert ist, einen Kühlmittelstrom zu steuern. In einer ersten Position des ersten Mehrpositionsventils ist der Batteriekühlkreislauf fluidisch von dem Kühlkreislauf des Elektroantriebs isoliert. In einer zweiten Position des ersten Mehrpositionsventils ist der Batteriekühlkreislauf mit dem Kühlkreislauf des Elektroantriebs fluidisch verbunden, sodass zugelassen wird, dass das Kühlmittel von dem Batteriekühlkreislauf zu dem Kühlkreislauf des Elektroantriebs strömt.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform des vorstehenden Systems ist die elektrische Antriebskomponente ein Elektromotor oder eine Wechselrichtersystemsteuerung (Inverter System Controller - ISC).
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform der beiden vorstehenden Systeme beinhaltet der Batteriekühlkreislauf ein Kühlmittelteilsystem und ein Kältemittelteilsystem.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorstehenden Systeme beinhaltet das Kühlmittelteilsystem eine Kühleinrichtung, eine Pumpe, das erste Mehrpositionsventil, mindestens ein T-Stück und einen Entgasungsüberlaufbehälter.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorstehenden Systeme beinhaltet das Kältemittelteilsystem einen Verdichter, einen Kondensator, ein Wärmeexpansionsventil und die Kühleinrichtung.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorstehenden Systeme beinhaltet der Kühlkreislauf des Elektroantriebs ein Kühlmittelteilsystem und ein Schmiermittelteilsystem.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorstehenden Systeme beinhaltet das Kühlmittelteilsystem einen Kühler, einen Entgasungsüberlaufbehälter, mindestens ein T-Stück, eine Pumpe, einen Wärmetauscher und ein zweites Mehrpositionsventil.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorstehenden Systeme beinhaltet das Schmiermittelteilsystem eine Pumpe und den Wärmetauscher.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorstehenden Systeme beinhaltet das System einen Temperatursensor zum Überwachen einer aktuellen Temperatur der elektrischen Antriebskomponente.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorstehenden Systeme steht eine Steuereinheit mit dem Temperatursensor in Verbindung und ist dazu konfiguriert, das erste Mehrpositionsventil als Reaktion darauf, dass die aktuelle Temperatur der elektrischen Antriebskomponente einen vordefinierten Temperaturwert überschreitet, in die zweite Position zu befehlen.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorstehenden Systeme ist die Steuereinheit dazu konfiguriert, das erste Mehrpositionsventil als Reaktion darauf, dass die aktuelle Temperatur der elektrischen Antriebskomponente unter dem vordefinierten Temperaturwert liegt, in die erste Position zu befehlen.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorstehenden Systeme ist ein zweites Mehrpositionsventil dazu konfiguriert, einen Rückstrom des Kühlmittels von dem Kühlkreislauf des Elektroantriebs zurück zu einer Kühleinrichtung des Batteriekühlkreislaufs zu steuern.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorstehenden Systeme wird in einer ersten Position des zweiten Mehrpositionsventils verhindert, dass der Rückstrom des Kühlmittels zu der Kühleinrichtung strömt, und wird in einer zweiten Position des zweiten Mehrpositionsventils zugelassen, dass der Rückstrom des Kühlmittels zu der Kühleinrichtung strömt.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorstehenden Systeme ist das erste Mehrpositionsventil stromaufwärts des Batteriepacks innerhalb eines Kühlmittelteilsystems des Batteriekühlkreislaufs angeordnet.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorstehenden Systeme stellt eine Kühlmittelleitung eine Verbindung zwischen dem ersten Mehrpositionsventil und einem T-Stück des Kühlkreislaufs des Elektroantriebs her.
Ein Verfahren gemäß einem weiteren beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet unter anderem Steuern eines Kühlmittelstroms zwischen einem Batteriekühlkreislauf und einem Kühlkreislauf eines Elektroantriebs eines Wärmeregelungssystems eines elektrifizierten Fahrzeugs. Das Steuern des Stroms beinhaltet Verhindern des Kühlmittelstroms von dem Batteriekühlkreislauf zu dem Kühlkreislauf des Elektroantriebs, wenn eine aktuelle Temperatur einer elektrischen Antriebskomponente des Kühlkreislaufs des Elektroantriebs geringer als ein vordefinierter Temperaturwert ist, und Zulassen des Kühlmittelstroms von dem Batteriekühlkreislauf zu dem Kühlkreislauf des Elektroantriebs, wenn die aktuelle Temperatur der elektrischen Antriebskomponente höher als der vordefinierte Temperaturwert ist.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform des vorstehenden Verfahrens beinhaltet das Zulassen des Kühlmittelstroms Betätigen eines Auslasses eines ersten Mehrpositionsventils aus einer geschlossenen Position in eine offene Position, um den Batteriekühlkreislauf und den Kühlkreislauf des Elektroantriebs fluidisch zu verbinden.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform der beiden vorstehenden Verfahren beinhaltet das Zulassen des Kühlmittelstroms Betätigen eines Auslasses eines zweiten Mehrpositionsventils aus einer geschlossenen Position in eine offene Position, um einen Teil des Kühlmittels von dem Kühlkreislauf des Elektroantriebs zurück zum Batteriekühlkreislauf zurückzuführen.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorstehenden Verfahren beinhaltet das Zulassen des Kühlmittelstroms Weiterleiten des Kühlmittels durch den Auslass und dann in eine Kühlmittelleitung, die eine Verbindung zwischen dem ersten Mehrpositionsventil und einem T-Stück des Kühlkreislaufs des Elektroantriebs herstellt.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorstehenden Verfahren beinhaltet das Verfahren automatisches Zulassen des Kühlmittelstroms von dem Batteriekühlkreislauf zu dem Kühlkreislauf des Elektroantriebs, um die elektrische Antriebskomponente als Reaktion auf ein Standortsignal oder ein Fahrmodus-Eingangssignal vorzukühlen.
Die Ausführungsformen, Beispiele und Alternativen der vorhergehenden Absätze, der Patentansprüche oder der folgenden Beschreibung und Zeichnungen, einschließlich beliebiger ihrer verschiedenen Aspekte oder jeweiligen individuellen Merkmale, können unabhängig voneinander oder in einer beliebigen Kombination betrachtet werden. In Verbindung mit einer Ausführungsform beschriebene Merkmale sind auf alle Ausführungsformen anwendbar, sofern derartige Merkmale nicht unvereinbar sind.
Die verschiedenen Merkmale und Vorteile dieser Offenbarung werden dem Fachmann aus der folgenden detaillierten Beschreibung ersichtlich. Die der detaillierten Beschreibung beigefügten Zeichnungen lassen sich kurzgefasst wie folgt beschreiben.
Figurenliste

1 veranschaulicht schematisch einen Antriebsstrang eines elektrifizierten Fahrzeugs.
2 veranschaulicht ein Wärmeregelungssystem zum thermischen Regeln eines Batteriepacks und einer elektrischen Antriebskomponente eines elektrifizierten Fahrzeugs gemäß einer beispielhaften Ausführungsform dieser Offenbarung.
3 veranschaulicht schematisch ein Verfahren zum Steuern des Wärmeregelungssystems der 2.
4 veranschaulicht ein Verfahren zum Steuern einer Ölpumpe des Wärmeregelungssystems der 2.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Diese Offenbarung beschreibt im Detail Wärmeregelungssysteme zum thermischen Regeln von Batteriepacks und anderen elektrischen Antriebskomponenten elektrifizierter Fahrzeuge. Ein beispielhaftes Wärmeregelungssystem kann einen Batteriekühlkreislauf und einen Kühlkreislauf des Elektroantriebs beinhalten. Der Kühlkreislauf des Elektroantriebs kann während oder in Erwartung gewisser Fahrzeugbedingungen, wie etwa Hochlastbetriebsbedingungen, durch eine Kombination von Ventilen und Kühlmittelleitungen mit dem Batteriekühlkreislauf fluidisch verbunden sein, um die Kühlung von elektrischen Antriebskomponenten während der Hochlastbetriebsbedingungen zu verstärken. Diese und andere Merkmale werden in den folgenden Absätzen dieser detaillierten Beschreibung genauer erörtert.
1 veranschaulicht schematisch einen Antriebsstrang 10 eines elektrifizierten Fahrzeugs 12. In einer Ausführungsform ist das elektrifizierte Fahrzeug 12 ein Batterieelektrofahrzeug (Battery Electric Vehicle - BEV). Jedoch versteht es sich, dass die hierin beschriebenen Konzepte nicht auf BEV beschränkt sind und sich auf andere elektrifizierte Fahrzeuge erstrecken könnten, zu denen unter anderem Hybridelektrofahrzeuge (Hybrid Electric Vehicles - HEV), Plug-in-Hybridelektrofahrzeuge (Plug-in Hybrid Electric Vehicles - PHEV), Brennstoffzellenfahrzeuge usw. gehören. Daher könnte das elektrifizierte Fahrzeug 12, obwohl dies in dieser Ausführungsform nicht gezeigt ist, mit einer Brennkraftmaschine ausgerüstet sein, die entweder allein oder in Kombination mit anderen Energiequellen eingesetzt werden kann, um das elektrifizierte Fahrzeug 12 anzutreiben.
In der veranschaulichten Ausführungsform ist das elektrifizierte Fahrzeug 12 ein Vollelektrofahrzeug, das ausschließlich durch elektrische Leistung, wie etwa durch eine elektrische Maschine 14, ohne jegliche Unterstützung von einer Brennkraftmaschine angetrieben wird. Die elektrische Maschine 14 kann als ein Elektromotor, ein elektrischer Generator oder beides arbeiten. Die elektrische Maschine 14 empfängt elektrische Leistung und stellt ein Abtriebsdrehmoment bereit. Die elektrische Maschine 14 kann mit einem Schaltgetriebe 16 verbunden sein, um das Abtriebsdrehmoment und die Drehzahl des Elektromotors 14 durch ein vorbestimmtes Übersetzungsverhältnis einzustellen. Das Schaltgetriebe 16 ist durch eine Abtriebswelle 20 mit einem Satz von Antriebsrädern 18 verbunden. Ein Spannungsbus 22 verbindet die elektrische Maschine 14 über einen Wechselrichter 26 elektrisch mit einem Batteriepack 24, was auch als Wechselrichtersystemsteuerung (ISC) bezeichnet werden kann. Die elektrische Maschine 14, das Schaltgetriebe 16 und der Wechselrichter 26 können gemeinsam als Getriebe 28 des elektrifizierten Fahrzeugs 12 bezeichnet werden.
Bei dem Batteriepack 24 handelt es sich um eine beispielhafte Batterie eines elektrifizierten Fahrzeugs. Das Batteriepack 24 kann ein Hochspannungs-Traktionsbatteriepack sein, das eine Vielzahl von Batteriearrays 25 (d. h. Batteriebaugruppen oder Gruppierungen von Batteriezellen) beinhaltet, die dazu imstande ist, elektrische Leistung zum Betreiben der elektrischen Maschine 14 und/oder anderer elektrischer Verbraucher des elektrifizierten Fahrzeugs 12 auszugeben. Es können auch andere Arten von Energiespeichervorrichtungen und/oder -ausgabevorrichtungen verwendet werden, um das elektrifizierte Fahrzeug 12 mit elektrischer Leistung zu versorgen.
Das elektrifizierte Fahrzeug 12 kann zudem mit einem Ladesystem 30 zum Laden der Energiespeichervorrichtungen (z. B. Batteriezellen) des Batteriepacks 24 ausgestattet sein. Das Ladesystem 30 kann Ladekomponenten beinhalten, die sich sowohl an Bord des elektrifizierten Fahrzeugs 12 (z. B. Fahrzeugeinlassbaugruppe usw.) als auch außerhalb des elektrifizierten Fahrzeugs 12 (z. B. elektrische Fahrzeugversorgungsausrüstung (Electric Vehicle Supply Equipment - EVSE) usw.) befinden. Das Ladesystem 30 kann mit einer externen Leistungsquelle (z. B. einer Steckdose, einer Ladestation usw.) verbunden sein, um von der externen Leistungsquelle empfangene Leistung im gesamten elektrifizierten Fahrzeug 12 zu empfangen und zu verteilen.
Der in 1 abgebildete Antriebsstrang 10 ist sehr schematisch und soll diese Offenbarung nicht eingrenzen. Verschiedene zusätzliche Komponenten könnten innerhalb des Umfangs dieser Offenbarung alternativ oder zusätzlich durch den Antriebsstrang 10 eingesetzt werden.
2 veranschaulicht schematisch ein Wärmeregelungssystem 54, das in ein elektrifiziertes Fahrzeug, wie etwa das elektrifizierte Fahrzeug 12 der 1, integriert sein kann. In einer Ausführungsform beinhaltet das Wärmeregelungssystem 54 einen Batteriekühlkreislauf 55 und einen Kühlkreislauf 56 des Elektroantriebs. Der Batteriekühlkreislauf 55 kann gesteuert werden, um die durch den Batteriepack 24 erzeugte Wärmebelastung zu regeln, und der Kühlkreislauf 56 des Elektroantriebs kann gesteuert werden, um die durch eine oder mehrere elektrische Antriebskomponenten (z. B. einen Elektromotor 57 und/oder eine Wechselrichtersystemsteuerung (ISC) 58) des elektrifizierten Fahrzeugs 12 erzeugte Wärmebelastung zu regeln. Wie nachstehend ausführlicher beschrieben, kann der Batteriekühlkreislauf 55 während gewisser Fahrzeugbetriebsbedingungen mit dem Kühlkreislauf 56 des Elektroantriebs kombiniert (d. h. fluidisch verbunden) werden, wie etwa, wenn übermäßige Wärme durch die elektrischen Antriebskomponenten des Kühlkreislaufs 56 des Elektroantriebs erzeugt wird. Zum Beispiel kann übermäßige Wärme in dem Elektromotor 57 und/oder der ISC 58 während Geländefahrten oder anderen relativ extremen Arbeitszyklen des elektrifizierten Fahrzeugs 12 erzeugt werden, während derer der Elektromotor 57 bei Bedingungen mit hohem Drehmoment und niedriger Drehzahl (d. h. Hochlastbetriebsbedingungen) betrieben wird.
Der Batteriekühlkreislauf 55 kann ein Kühlmittelteilsystem 60 zum Zirkulieren eines Kühlmittels C und ein Kältemittelteilsystem 62 zum Zirkulieren eines Kältemittels R beinhalten. In 2 ist das Kühlmittelteilsystem 60 mit durchgezogenen Linien gezeigt und ist das Kältemittelteilsystem 62 mit gestrichelten Linien gezeigt. Diese Teilsysteme sind nachstehend jeweils ausführlich beschrieben.
Das Kühlmittelteilsystem 60 oder der Kühlmittelkreis zirkuliert das Kühlmittel C, wie etwa mit Ethylenglykol gemischtes Wasser oder ein anderes geeignetes Kühlmittel, um das Batteriepack 24 thermisch zu regeln. Das Kühlmittel C kann beispielsweise durch einen internen Kühlkreislauf 63 des Batteriepacks 24 zirkuliert werden, um in einem konvektiven Wärmeübertragungsprozess Wärme aus den Batteriezellen des Batteriepacks 24 zu entnehmen.
In einer Ausführungsform beinhaltet das Kühlmittelteilsystem 60 mindestens eine Kühleinrichtung 64, eine Pumpe 66, ein erstes Mehrpositionsventil 68, ein T-Stück 70 und einen Entgasungsüberlaufbehälter 72. Obwohl nur schematisch gezeigt, können die verschiedenen Komponenten des Kühlmittelteilsystems 60 durch Leitungen oder Durchlässe wie etwa Rohre, Schläuche, Rohrleitungen usw. fluidisch miteinander verbunden sein.
Während des Betriebs des Kühlmittelteilsystems 60 wird Wärmeenergie von dem Kühlmittel C auf das Kältemittel R des Kältemittelteilsystems 62 innerhalb der Kühleinrichtung 64 übertragen, um die Temperatur des Kühlmittels C zu reduzieren. Die Kühleinrichtung 64 erleichtert daher die Übertragung von Wärmeenergie zwischen dem Kühlmittelteilsystem 60 und dem Kältemittelteilsystem 62.
Die Pumpe 66 zirkuliert das Kühlmittel C durch das Kühlmittelteilsystem 60. In einer Ausführungsform befindet sich die Pumpe 66 zwischen einem Auslass 74 der Kühleinrichtung 64 und einem Einlass 76 des Batteriepacks 24. In einer weiteren Ausführungsform befindet sich die Pumpe 66 zwischen dem Auslass 74 der Kühleinrichtung 64 und einem Einlass 78 des Mehrpositionsventils 68. Die Pumpe 66 könnte sich jedoch an einer anderen Stelle innerhalb des Kühlmittelteilsystems 60 befinden.
Das erste Mehrpositionsventil 68 kann sich direkt stromaufwärts des Einlasses 76 des Batteriepacks 24 befinden. Das erste Mehrpositionsventil 68, bei dem es sich um ein Dreiwegeventil, ein Vierwegeventil, ein Fünfwegeventil usw. handeln kann, kann so gesteuert werden, dass es den Kühlkreislauf 56 des Elektroantriebs in Bezug auf den Batteriekühlkreislauf 55 entweder fluidisch verbindet oder fluidisch isoliert. Das erste Mehrpositionsventil 68 kann einen ersten Auslass 80, der geöffnet werden kann, um einen Teil des Kühlmittels C an den Einlass 76 des Batteriepacks 24 abzugeben, und einen zweiten Auslass 82, der geöffnet werden kann, um einen Teil des Kühlmittels C an den Kühlkreislauf 56 des Elektroantriebs abzugeben, beinhalten. In einer Ausführungsform ist die Standardposition des Mehrpositionsventils 68, dass der erste Auslass 80 offen ist, um zuzulassen, dass das Kühlmittel C zu dem Batteriepack 24 strömt, und dass der zweite Auslass 82 geschlossen ist, um zu verhindern, dass das Kühlmittel C zum Kühlkreislauf 56 des Elektroantriebs strömt.
Das Kühlmittel C, das aus einem Auslass 84 des Batteriepacks 24 austritt, kann zu dem T-Stück 70 strömen. Das T-Stück 70 kann das aus dem Batteriepack 24 austretende Kühlmittel C in zwei unterschiedlich Teile aufteilen, von denen ein erster Teil zur Kühleinrichtung 64 in einer Kühlmittelleitung 75 zum erneuten Kühlen zurückgeführt werden kann und ein zweiter Teil innerhalb einer Kühlmittelleitung 77 zu dem Entgasungsüberlaufbehälter 72 weitergeleitet werden kann. Der Entgasungsüberlaufbehälter 72 ermöglicht, dass mitgeführte Luft und Gase in dem Kühlmittel C von dem Kühlmittel C getrennt werden, wenn es durch den Entgasungsüberlaufbehälter 72 strömt. Das Kühlmittel C, das aus dem Entgasungsüberlaufbehälter 72 austritt, kann erneut mit Kühlmittel C, das von der Kühleinrichtung 64 weitergeleitet wird, in einem zusätzlichen T-Stück 86 kombiniert werden.
Das Kältemittelteilsystem 62 oder der Kältemittelkreis des Batteriekühlkreislaufs 55 kann einen Verdichter 87, einen Kondensator 88, ein Wärmeexpansionsventil 90 und die Kühleinrichtung 64 beinhalten. Der Verdichter 87 setzt das Kältemittel R unter Druck und zirkuliert es durch das Kältemittelteilsystem 62. Wärmeenergie kann von dem Kältemittel R auf Umgebungsluft außerhalb des elektrifizierten Fahrzeugs innerhalb des Kondensators 88 übertragen werden. Ein Lüfter 92 kann benachbart zu dem Kondensator 88 positioniert sein und ist dazu konfiguriert, einen Luftstrom F durch den Kondensator 88 zu saugen, damit er einer konvektiven Wärmeübertragung mit dem Kältemittel R unterzogen wird. Beispielsweise tauscht der Luftstrom F Wärme mit dem Kältemittel R aus, wenn die beiden Fluide über/durch den Kondensator 88 strömen.
Das gekühlte Kältemittel R kann dann zu dem Wärmeexpansionsventil 90 weitergeleitet werden. Das Wärmeexpansionsventil 90 ist dazu konfiguriert, den Druck des Kältemittels R vor dem Weiterleiten des Kältemittels R zu der Kühleinrichtung 64 zu ändern (z. B. zu reduzieren). Das Kältemittel R, das zu der Kühleinrichtung 64 läuft, kann Wärme mit dem Kühlmittel C austauschen, das durch die Kühleinrichtung 64 läuft, wodurch das Kühlmittel C gekühlt wird, um das Kühlmittel C zum Kühlen des Batteriepacks 24 und periodisch der elektrischen Antriebskomponenten des Kühlkreislaufs 54 des Elektroantriebs vorzubereiten. Das Kältemittel R, das aus der Kühleinrichtung 64 austritt, kann dann zu dem Verdichter 87 zurückkehren und der Konditionierungszyklus kann sich selbst wiederholen.
Der Kühlkreislauf 56 des Elektroantriebs des Wärmeregelungssystems 54 kann ein Kühlmittelteilsystem 94 zum Zirkulieren eines Kühlmittels C und ein Schmiermittelteilsystem 96 zum Zirkulieren eines Öls O beinhalten. In 2 ist das Kühlmittelteilsystem 94 mit durchgezogenen Linien gezeigt und ist das Schmiermittelteilsystem 96 mit gestrichelten Linien gezeigt. Diese Teilsysteme sind nachstehend jeweils ausführlich beschrieben.
Das Kühlmittelteilsystem 94 zirkuliert das Kühlmittel C, wie etwa mit Ethylenglykol gemischtes Wasser oder ein beliebiges anderes geeignetes Kühlmittel, um eine oder mehrere elektrische Antriebskomponenten des elektrifizierten Fahrzeugs 12, wie etwa den Elektromotor 57 und/oder die ISC 58, thermisch zu regeln. In einer Ausführungsform kann das Kühlmittel C beispielsweise durch einen internen Kühlkreislauf 98 der ISC zirkuliert werden, um in einem konvektiven Wärmeübertragungsprozess Wärme aus den elektrischen Antriebskomponenten zu entnehmen.
In einer Ausführungsform beinhaltet das Kühlmittelteilsystem 94 mindestens einen Kühler 100, einen Entgasungsüberlaufbehälter 102, ein T-Stück 104, eine Pumpe 106, einen Wärmetauscher 108 und ein zweites Mehrpositionsventil 110 (z.B. ein Dreiwegeventil, Vierwegeventil, Fünfwegeventil usw.). Obwohl nur schematisch gezeigt, können die verschiedenen Komponenten des Kühlmittelteilsystems 94 durch verschiedene Leitungen oder Durchlässe wie etwa Rohre, Schläuche, Rohrleitungen usw. fluidisch miteinander verbunden sein.
Während des Betriebs des Kühlmittelteilsystems 94 kann Wärmeenergie von dem Kühlmittel C auf Umgebungsluft außerhalb des elektrifizierten Fahrzeugs 12 innerhalb des Kühlers 100 übertragen werden. Ein Lüfter 112 kann benachbart zu dem Kühler 100 positioniert sein und ist dazu konfiguriert, einen Luftstrom F durch den Kühler 100 zu saugen, damit er einer konvektiven Wärmeübertragung mit dem Kühlmittel C unterzogen wird. Beispielsweise tauscht der Luftstrom F Wärme mit dem Kühlmittel C aus, wenn die beiden Fluide über/durch den Kühler 100 strömen.
Ein Teil des gekühlten Kühlmittels C, das aus dem Kühler austritt, kann an den Entgasungsüberlaufbehälter 102 weitergeleitet werden. Der Entgasungsüberlaufbehälter 102 trennt mitgeführte Luft und Gase von dem Kühlmittel C, wenn es durch den Entgasungsüberlaufbehälter 102 strömt. Das Kühlmittel C, das aus dem Entgasungsüberlaufbehälter 102 austritt, kann erneut mit einem anderen Teil des Kühlmittels C, das aus einem Auslass 114 des Kühlers 100 austritt, innerhalb des T-Stücks 104 kombiniert werden.
Die Pumpe 106 zirkuliert das Kühlmittel C durch das Kühlmittelteilsystem 94. In einer Ausführungsform befindet sich die Pumpe 106 zwischen dem Auslass 114 des Kühlers 100 und einem Einlass 116 der ISC 58 oder einer beliebigen anderen elektrischen Antriebskomponente, die Kühlung erfordert. Die Pumpe 106 könnte sich jedoch an einer anderen Stelle innerhalb des Kühlmittelteilsystems 94 befinden.
Das aus der ISC 58 austretende Kühlmittel C kann mit dem Öl O des Schmiermittelteilsystems 96 innerhalb des Wärmetauschers 108 Wärme austauschen. In einer Ausführungsform erwärmt das Kühlmittel C das Öl O innerhalb des Wärmetauschers 108, wenn die beiden Fluide hindurchlaufen.
Das zweite Mehrpositionsventil 110 kann stromabwärts des Wärmetauschers 108 angeordnet sein. Das zweite Mehrpositionsventil 110 kann gesteuert werden, um das Kühlmittel C, das aus dem Wärmetauscher 108 austritt, zu der Kühleinrichtung 64 (wie etwa, wenn das erste Mehrpositionsventil 68 offen ist, um den Kühlkreislauf 56 des Elektroantriebs und den Batteriekühlkreislauf 55 fluidisch zu verbinden), zu dem Kühler 100 oder zu beiden zurückzuführen. Das zweite Mehrpositionsventil 110 kann einen ersten Auslass 118, der geöffnet werden kann, um das Kühlmittel C zu dem Kühler 100 innerhalb einer Kühlmittelleitung 115 zurückzuführen, und einen zweiten Auslass 120, der geöffnet werden kann, um das Kühlmittel C zurück zur Kühleinrichtung 64 des Batteriekühlkreislaufs 55 innerhalb einer Kühlmittelleitung 117 abzugeben, beinhalten. Das Kühlmittel C, das innerhalb der Kühlmittelleitung 117 weitergeleitet wird, kann mit dem Kühlmittel C, das innerhalb der Kühlmittelleitung 75 weitergeleitet wird, innerhalb eines T-Stücks 119 kombiniert werden, bevor es zu der Kühleinrichtung 64 abgegeben wird. In einer Ausführungsform ist die Standardposition des zweiten Mehrpositionsventils 110, dass der erste Auslass 118 offen ist, um zuzulassen, dass das Kühlmittel C zu dem Kühler 100 strömt, und dass der zweite Auslass 120 geschlossen ist, um zu verhindern, dass das Kühlmittel C zu der Kühleinrichtung 64 strömt.
Das Schmiermittelteilsystem 96 kann das Öl O zum Schmieren der Innenteile (z. B. Lager) des Elektromotors 57 zirkulieren lassen. Das Schmiermittelteilsystem 96 kann eine Pumpe 122 und den Wärmetauscher 108 beinhalten. Die Pumpe 122 zirkuliert das Öl O selektiv durch das Schmiermittelteilsystem 96. Die Drehzahl der Pumpe 122 kann auf Grundlage einer Temperatur der elektrischen Antriebskomponenten gesteuert werden, für die das Öl O zum Schmieren verwendet wird. Das Öl O kann durch das Kühlmittel C des Kühlmittelteilsystems 94 innerhalb des Wärmetauschers 108 erwärmt werden. Das erwärmte Öl O, das aus dem Wärmetauscher 108 austritt, kann zu dem Elektromotor 57 zurückkehren, um dessen Innenteile zu schmieren.
Die Temperatur der elektrischen Antriebskomponenten, wie etwa des Elektromotors 57 und der ISC 58, kann auf Grundlage vieler Faktoren schwanken, einschließlich unter anderem des aktuellen Arbeitszyklus und der zugehörigen Betriebsbedingungen des elektrifizierten Fahrzeugs 12. Wenn das elektrifizierte Fahrzeug 12 während Geländefahrten oder anderer Hochlastbetriebsbedingungen (z. B. Bedingungen mit hohem Drehmoment und niedriger Drehzahl) betrieben wird, können sich der Elektromotor 57 und/oder die ISC 58 mit einer schnelleren Rate erwärmen, als sie effektiv durch den Kühlkreislauf 56 des Elektroantriebs alleine gekühlt werden können. Daher kann es, wie nachstehend ausführlicher erörtert, wünschenswert sein, das Kühlmittelteilsystem 94 des Kühlkreislaufs 56 des Elektroantriebs periodisch mit dem Kühlmittelteilsystem 60 des Batteriekühlkreislaufs 55 fluidisch zu verbinden, um die Kühlung der elektrischen Antriebskomponenten zu verstärken, wenn gewisse Bedingungen erfüllt sind.
Das Wärmeregelungssystem 54 kann zusätzlich einen ersten Temperatursensor 124, einen zweiten Temperatursensor 126 und einen dritten Temperatursensor 128 beinhalten. Der erste Temperatursensor 124 kann zum Erfassen der Temperatur des Kühlmittels C nach dem Austritt aus der Kühleinrichtung 64, jedoch vor dem Eintritt in das Batteriepack 24 ausgelegt sein. In einer Ausführungsform ist der erste Temperatursensor 124 an oder nahe dem Einlass 76 des Batteriepacks 24 positioniert. Jedoch werden andere Stellen innerhalb des Umfangs dieser Offenbarung ebenfalls in Betracht gezogen.
Der zweite Temperatursensor 126 kann dazu konfiguriert sein, eine Temperatur in Zusammenhang mit dem Elektromotor 57 zu erfassen. In einer Ausführungsform ist der zweite Temperatursensor 126 dazu konfiguriert, eine Statorspulentemperatur des Elektromotors 57 zu erfassen. Jedoch werden andere Konfigurationen im Umfang dieser Offenbarung ebenfalls in Betracht gezogen.
Der dritte Temperatursensor 128 kann dazu konfiguriert sein, eine Temperatur in Zusammenhang mit der ISC 58 zu erfassen. In einer Ausführungsform ist der dritte Temperatursensor 128 dazu konfiguriert, eine Außentemperatur der ISC 58 zu erfassen. Jedoch werden andere Konfigurationen im Umfang dieser Offenbarung ebenfalls in Betracht gezogen.
Eine Steuereinheit 130 kann den Betrieb des Wärmeregelungssystems 54 steuern, einschließlich des Betriebs sowohl des Batteriekühlkreislaufs 55 als auch des Kühlkreislaufs 56 des Elektroantriebs. Die Steuereinheit 130 könnte eine eigenständige Steuereinheit sein, die dem Wärmeregelungssystem 54 zugeordnet ist, oder könnte Teil einer übergreifenden Fahrzeugsteuereinheit sein, wie etwa einer Fahrzeugsystemsteuerung (Vehicle System Controller - VSC), die eine Antriebsstrangsteuereinheit, eine Getriebesteuereinheit, eine Motorsteuereinheit, ein Batteriesteuermodul usw. beinhaltet. Es versteht sich daher, dass die Steuereinheit 130 und eine oder mehrere andere Steuerungen zusammen als eine „Steuereinheit“ bezeichnet werden können, die konfiguriert ist, um beispielsweise durch eine Vielzahl von integrierten Algorithmen verschiedene Aktoren als Reaktion auf Signale von verschiedenen Eingängen, die dem Wärmeregelungssystem 54 zugeordnet sind, zu steuern. Die verschiedenen Steuerungen, die die VSC ausmachen, können miteinander zum Beispiel unter Verwendung eines gemeinsamen Bus-Protokolls (z. B. CAN) kommunizieren.
In einer Ausführungsform ist die Steuereinheit 130 mit ausführbaren Anweisungen programmiert, um eine Schnittstelle mit den verschiedenen Komponenten des Wärmeregelungssystems 54 zu bilden und diese zu betreiben, um die durch das Batteriepack 24 und andere elektrische Antriebskomponenten (z. B. den Elektromotor 57 und die ISC 58) erzeugte Wärme thermisch zu regeln. Die Steuereinheit 130 kann verschiedene Eingänge und Ausgänge zum Bilden einer Schnittstelle mit den verschiedenen Komponenten des Wärmeregelungssystems 54 beinhalten, einschließlich unter anderem des Batteriepacks 24, der Pumpe 66, des ersten Mehrpositionsventils 68, des Wärmeexpansionsventils 90, des Lüfters 92, der Pumpe 106, des zweiten Mehrpositionsventils 110, des Lüfters 112, der Pumpe 122, des ersten Temperatursensors 124, des zweiten Temperatursensors 126 und des dritten Temperatursensors 128. Die Steuereinheit 130 kann ferner eine Verarbeitungseinheit 132 und nichttransitorischen Speicher 134 zum Ausführen der verschiedenen Steuerstrategien und - modi des Wärmeregelungssystems 54 beinhalten.
In einer Ausführungsform ist die Steuereinheit 130 dazu konfiguriert, das Wärmeregelungssystem 54 zu steuern, indem der Batteriekühlkreislauf 55 und der Kühlkreislauf 56 des Elektroantriebs kombiniert werden (d. h. fluidisch verbunden werden), wenn übermäßige Wärme innerhalb des Elektromotors 57 und/oder der ISC 58 erzeugt wird. Die Steuereinheit 130 kann ein Feedback von jedem von dem ersten Temperatursensor 124, dem zweiten Temperatursensor 126 und dem dritten Temperatursensor 128 empfangen, um zu bestimmen, ob zugelassen werden soll, dass das Kühlmittel C von dem Batteriekühlkreislauf 55 über das erste Mehrpositionsventil 68 zu dem Kühlkreislauf 56 des Elektroantriebs strömt. Wenn die Betriebsbedingungen dies rechtfertigen, kann die Steuereinheit 130 den zweiten Auslass 82 des ersten Mehrpositionsventils 68 in eine offene Position betätigen, um das Kühlmittel C innerhalb einer Kühlmittelleitung 136 an ein T-Stück 138 des Kühlkreislaufs 56 des Elektroantriebs abzugeben, um die Kühlung der elektrischen Antriebskomponenten des Kühlkreislaufs 56 des Elektroantriebs zu verstärken. Das innerhalb der Kühlmittelleitung 136 abgegebene Kühlmittel C kann sich mit dem Kühlmittel C des Kühlkreislaufs 56 des Elektroantriebs innerhalb des T-Stücks 138 verbinden und das kombinierte Kühlmittel C kann dann an den Wärmetauscher 108 weitergeleitet werden. Die Steuereinheit 130 kann zusätzlich den zweiten Auslass 120 des zweiten Mehrpositionsventils 110 in eine offene Position betätigen, um mindestens einen Teil des Kühlmittels C zum erneuten Kühlen zu der Kühleinrichtung 64 zurückzuführen.
In einer Ausführungsform ist das Steuersystem 130 dazu konfiguriert, das Wärmeregelungssystem 54 zu steuern, indem der Batteriekühlkreislauf 55 und der Kühlkreislauf 56 des Elektroantriebs fluidisch voneinander isoliert werden, wenn keine übermäßige Wärme innerhalb des Elektromotors 57 und/oder der ISC 58 erzeugt wird. Unter diesen Standardbetriebsbedingungen ist der Kühlkreislauf 56 des Elektroantriebs allein ausreichend, um die durch den Elektromotor 57 und/oder die ISC 58 erzeugte Wärme thermisch zu regeln. Das Steuersystem 130 kann auf Grundlage des Feedbacks, das von mindestens dem ersten Temperatursensor 124, dem zweiten Temperatursensor 126 und dem dritten Temperatursensor 128 empfangen wird, zwischen dem fluidischen Verbinden der Kreisläufe 55, 56 und dem fluidischen Isolieren der Kreisläufe 55, 56 umschalten.
In noch einer weiteren Ausführungsform ist die Steuereinheit 130 dazu konfiguriert, das Wärmeregelungssystem 54 zu steuern, indem der Batteriekühlkreislauf 55 und der Kühlkreislauf 56 des Elektroantriebs fluidisch verbunden werden, um den Elektromotor 57, die ISC 58 und/oder andere elektrische Antriebskomponenten vorzukühlen. Es kann wünschenswert sein, die elektrischen Antriebskomponenten des Kühlkreislaufs 56 des Elektroantriebs vorzukühlen, wenn Hochlastbetriebsbedingungen in naher Zukunft erwartet werden. In einer Ausführungsform kann die Steuereinheit 130 dazu programmiert sein, ein Standortsignal 140 von einem Navigationssystem des elektrifizierten Fahrzeugs 12 zu empfangen und dann auf Grundlage des Standortsignals 140 vorherzusagen, ob das Fahrzeug wahrscheinlich Hochlastbetriebsbedingungen ausgesetzt ist. In einer weiteren Ausführungsform kann die Steuereinheit 130 dazu programmiert sein, ein Fahrmodus-Eingangssignal 142 von dem Benutzer des elektrifizierten Fahrzeugs zu empfangen, das angibt, dass der Fahrzeugbenutzer einen Schwerlastfahrmodus ausgewählt hat. In beiden Fällen kann die Steuereinheit 130 automatisch den zweiten Auslass 82 des ersten Mehrpositionsventils 68 in die offene Stellung befehlen, um die Kreisläufe 55, 56 fluidisch zu verbinden, wodurch die elektrischen Antriebskomponenten vorgekühlt werden.
3 veranschaulicht unter fortgesetzter Bezugnahme auf die 1-2 schematisch ein beispielhaftes Verfahren 150 zum Steuern des Wärmeregelungssystems 54 des elektrifizierten Fahrzeugs 12. Zum Beispiel kann das Verfahren 150 eine Steuerstrategie sein, die ausgeführt wird, um zu bestimmen, ob der Batteriekühlkreislauf 55 und der Kühlkreislauf 56 des Elektroantriebs des Wärmeregelungssystems 54 während des Fahrzeugbetriebs entweder fluidisch kombiniert werden oder die Kreisläufe 55, 56 fluidisch isoliert bleiben sollen. In einer Ausführungsform ist die Steuereinheit 130 des Wärmeregelungssystems 54 mit einem oder mehreren Algorithmen, die zum Ausführen des beispielhaften Verfahrens 150 ausgelegt sind, oder mit einer beliebigen anderen Steuerstrategie programmiert. In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform ist das Verfahren 150 als ausführbare Anweisungen (z. B. als Softwarecode) im Speicher 134 der Steuereinheit 130 gespeichert.
Das Verfahren 150 kann bei Block 152 beginnen. Bei Block 154 kann die Steuereinheit 130 bestimmen, ob ein Hauptschütz des Batteriepacks 24 geschlossen ist, sodass elektrische Leistung von dem Batteriepack 24 an den Elektromotor 57 verteilt wird, um einen elektrischen Antrieb des elektrifizierten Fahrzeugs 12 zu erzielen (d. h. das Batteriepack 24 ist mit dem Spannungsbus 22 verbunden). Wenn bei Block 154 ein NEIN-Flag zurückgegeben wird, kann das Verfahren 150 zu Block 156 übergehen, an dem die Pumpe 66 und der Lüfter 92 des Batteriekühlkreislaufs 55 auf AUS (falls nicht bereits ausgeschaltet) befohlen werden. Das Verfahren 150 kann dann bei Block 158 enden.
Alternativ kann das Verfahren 150, falls bei Block 154 ein JA-Flag zurückgegeben wird, zu Block 160 übergehen. Bei diesem Schritt kann die Steuereinheit 130 befehlen, dass die Pumpe 66 mit einer niedrigen Drehzahleinstellung auf EIN geschaltet wird, und kann ferner befehlen, dass das Gebläse 92 auf AUS geschaltet wird (falls nicht bereits ausgeschaltet).
Als Nächstes kann die Steuereinheit 130 ab Block 162 eine Reihe von Temperaturprüfungen durchführen, um zu bestimmen, ob der Batteriekühlkreislauf 55 und der Kühlkreislauf 56 des Elektroantriebs fluidisch kombiniert werden sollten, um die Kühlung des Elektromotors 57 und/oder der ISC 58 des Kühlkreislaufs 56 des Elektroantriebs zu verstärken. Zum Beispiel kann die Steuereinheit 130 bei Block 162 bestimmen, ob eine aktuelle Temperatur des Kühlmittels C, die durch den ersten Temperatursensor 124 erfasst wird, höher als ein erster vordefinierter Kühlmitteltemperaturwert Tci ist, ob eine aktuelle Statorspulentemperatur des Elektromotors 57 höher als ein erster vordefinierter Statorspulentemperaturwert Tsci ist und ob eine aktuelle Temperatur der ISC 58 höher als ein erster vordefinierter ISC-Temperaturwert Tisci ist. Der erste vordefinierte Kühlmitteltemperaturwert Tci, der erste vordefinierte Statorspulentemperaturwert Tsci und der erste vordefinierte ISC-Temperaturwert Tisci können untere Schwellentemperaturwerte oder Bereiche von Temperaturwerten sein, die in dem Speicher 134 der Steuereinheit 130 gespeichert sein können. In einer Ausführungsform ist der erste vordefinierte Kühlmitteltemperaturwert Tci eine Temperatur, die höher als die Umgebungstemperatur ist, ist der erste vordefinierte Statorspulentemperaturwert Tsci eine Temperatur, die höher als der erste vordefinierte Kühlmitteltemperaturwert Tci ist, und ist der erste vordefinierte ISC-Temperaturwert Tisci eine Temperatur, die höher als der erste vordefinierte Statorspulentemperaturwert Tsci, aber geringer als eine maximal zulässige Temperatur der ISC 58 ist. Die Temperaturwerte Tci, Tsci und Tisci sind vordefinierte Werte, die in Abhängigkeit von verschiedenen Auslegungskriterien variieren können.
Falls die aktuelle Temperatur des Kühlmittels C, die durch den ersten Temperatursensor 124 erfasst wird, höher als der erste vordefinierte Kühlmitteltemperaturwert Tci ist, wenn die aktuelle Statorspulentemperatur des Elektromotors 57 höher als der erste vordefinierte Statorspulentemperaturwert Tsci ist oder wenn die aktuelle Temperatur der ISC 58 höher als der erste vordefinierte ISC-Temperaturwert Tisci ist, kann die Steuereinheit 130 anschließend bei Block 164 bestimmen, ob eine durch den ersten Temperatursensor 124 erfasste aktuelle Temperatur des Kühlmittels C höher als ein zweiter vordefinierter Kühlmitteltemperaturwert Tc₂ ist, ob die aktuelle Statorspulentemperatur des Elektromotors 57 höher als ein zweiter vordefinierter Statorspulentemperaturwert T_SC2 ist und ob die aktuelle Temperatur der ISC 58 höher als ein zweiter vordefinierter ISC-Temperaturwert T_ISC2 ist. Der zweite vordefinierte Kühlmitteltemperaturwert Tc₂, der zweite vordefinierte Statorspulentemperaturwert T_SC2 und der zweite vordefinierte ISC-Temperaturwert T_ISC2 können obere Schwellentemperaturwerte oder Bereiche von Temperaturwerten sein, die in dem Speicher 134 der Steuereinheit 130 gespeichert sein können. In einer Ausführungsform ist der zweite vordefinierte Kühlmitteltemperaturwert Tc₂ eine Temperatur, die höher als eine Umgebungstemperatur ist (sich aber von T_c1 unterscheidet), ist der zweite vordefinierte Statorspulentemperaturwert T_SC2 eine Temperatur, die höher als der zweite vordefinierte Kühlmitteltemperaturwert Tc₂ ist, und ist der zweite vordefinierte ISC-Temperaturwert T_ISC2 eine Temperatur, die höher als der zweite vordefinierte Statorspulentemperaturwert T_SC2, aber geringer als eine maximal zulässige Temperatur der ISC 58 ist. Die Temperaturwerte Tc₂, T_SC2 und T_ISC2 sind vordefinierte Werte, die in Abhängigkeit von verschiedenen Auslegungskriterien variieren können.
Wenn bei Block 164 die aktuelle Temperatur des Kühlmittels C, die durch den ersten Temperatursensor 124 erfasst wird, nicht höher als der zweite vordefinierte Kühlmitteltemperaturwert Tc₂ ist, die aktuelle Statorspulentemperatur des Elektromotors 57 nicht höher als der zweite vordefinierte Statorspulentemperaturwert T_SC2 ist oder die aktuelle Temperatur der ISC 58 nicht höher als der zweite vordefinierte ISC-Temperaturwert T_ISC2 ist, dann kann die Steuereinheit 130 zu Block 166 übergehen, indem die Pumpe 66 auf eine Einstellung mit hoher Drehzahl befohlen und der Lüfter 92 auf AUS (falls nicht bereits ausgeschaltet) befohlen wird. Wenn andererseits bei Block 164 die aktuelle Temperatur des Kühlmittels C, die durch den ersten Temperatursensor 124 erfasst wird, höher als der zweite vordefinierte Kühlmitteltemperaturwert Tc₂ ist, die aktuelle Statorspulentemperatur des Elektromotors 57 höher als der zweite vordefinierte Statorspulentemperaturwert T_SC2 ist oder die aktuelle Temperatur der ISC 58 höher als der zweite vordefinierte ISC-Temperaturwert T_ISC2 ist, dann kann die Steuereinheit 130 zu Block 168 übergehen, indem die Pumpe 66 auf eine Einstellung mit hoher Drehzahl befohlen und der Lüfter 92 auf EIN befohlen wird.
Als nächstes kann die Steuereinheit 130 bei Block 170 erneut bestätigen, ob die aktuelle Statorspulentemperatur des Elektromotors 57 höher als der zweite vordefinierte Statorspulentemperaturwert T_SC2 ist. Falls JA, kann das Verfahren 150 zu Block 172 übergehen, und die Steuereinheit 130 befiehlt den Verdichter 87 und die Kühleinrichtung 64 auf EIN, öffnet den zweiten Auslass 82 des ersten Mehrpositionsventils 68 und öffnet den zweiten Auslass 120 des zweiten Mehrpositionsventils 110, um den Batteriekühlkreislauf 55 und den Kühlkreislauf 56 des Elektroantriebs fluidisch zu verbinden. Die Kühlung des Elektromotors 57 und/oder der ISC 58 wird daher durch das gekühlte Kühlmittel C aus der Kühleinrichtung 64 des Batteriekühlkreislaufs 55 verstärkt.
Die Steuereinheit 130 kann bei Block 174 bestätigen, ob die aktuelle Statorspulentemperatur des Elektromotors 57 unter den zweiten vordefinierten Statorspulentemperaturwert T_SC2 gefallen ist. Falls NEIN, kann das Verfahren 150 zu Block 168 zurückkehren. Falls JA, geht das Verfahren 150 zu Block 176 über, bei dem die Steuereinheit 130 den zweiten Auslass 82 des ersten Mehrpositionsventils 68 und den zweiten Auslass 120 des zweiten Mehrpositionsventils 110 in die geschlossene Stellung befehlen kann, um den Batteriekühlkreislauf 55 und den Kühlkreislauf 56 des Elektroantriebs fluidisch zu isolieren/zu trennen. Das Verfahren 150 kann dann bei Block 158 enden.
Das oben beschriebene Verfahren 150 kann während des Betriebs des elektrifizierten Fahrzeugs 12 kontinuierlich durchgeführt werden, um die Verfügbarkeit und Wirksamkeit des Kühlers 100 zum thermischen Regeln der elektrischen Antriebskomponenten des Kühlkreislaufs 56 des Elektroantriebs kontinuierlich zu überwachen.
4 veranschaulicht unter fortgesetzter Bezugnahme auf die 1-3 schematisch ein beispielhaftes Verfahren 200 zum Steuern der Pumpe 122 des Schmiermittelteilsystems 96 des Kühlkreislaufs 56 des Elektroantriebs des Wärmeregelungssystems 54. In einer Ausführungsform ist das Steuermodul 130 mit einem oder mehreren Algorithmen programmiert, die ausgelegt sind, um das beispielhafte Verfahren 200 auszuführen. In einer weiteren Ausführungsform ist das Verfahren 200 als ausführbare Anweisungen (z. B. als Softwarecode) im Speicher 134 der Steuereinheit 130 gespeichert.
Das Verfahren 200 beginnt bei Block 202. Bei Block 204 bestimmt die Steuereinheit 130, ob das elektrifizierte Fahrzeug auf EIN ist. Falls NEIN, geht das Verfahren 200 zu Block 206 über und bestimmt die Steuereinheit 130, dass die Pumpe 122 AUS ist. Wenn andererseits bei Block 204 ein JA-Flag zurückgegeben wird, kann das Verfahren 200 zu Block 208 übergehen, indem die Pumpe 122 mit einer niedrigen Drehzahleinstellung auf EIN befohlen wird.
Als nächstes kann die Steuereinheit 130 bei Block 210 bestimmen, ob die aktuelle Statorspulentemperatur des Elektromotors 57 höher als ein vordefinierter Statorspulentemperaturwert Tsc ist. Falls JA, befiehlt die Steuereinheit 130 bei Block 212 die Pumpe 122 mit einer hohen Drehzahleinstellung auf EIN. Das Verfahren 200 kann dann zu Block 204 zurückkehren und das Verfahren 200 kann während des gesamten Fahrzeugbetriebs wiederholt werden.
Die beispielhaften Wärmeregelungssysteme dieser Offenbarung können den Batteriekühlkreislauf und den Kühlkreislauf des Elektroantriebs während Bedingungen, bei denen die elektrischen Antriebskomponenten des Kühlkreislaufs des Elektroantriebs eine zusätzliche Kühlung erfordern, periodisch fluidisch verbinden. Die beispielhaften Systeme stellen die Fähigkeit bereit, einfach zwischen dem Kühlen von elektrischen Antriebskomponenten nur über den Kühlkreislauf des Elektroantriebs und dem Kühlen der elektrischen Antriebskomponenten über die kombinierten Batterie- und Elektroantriebskühlkreisläufe umzuschalten. Das Vorkühlen der elektrischen Antriebskomponenten kann unter Verwendung einer prädiktiven Analyse der Benutzerabsicht durchgeführt werden.
Wenngleich die unterschiedlichen nicht einschränkenden Ausführungsformen der Darstellung nach bestimmte Komponenten oder Schritte aufweisen, sind die Ausführungsformen dieser Offenbarung nicht auf diese konkreten Kombinationen beschränkt.
Es ist möglich, einige der Komponenten oder Merkmale aus einer beliebigen der nicht einschränkenden Ausführungsformen in Kombination mit Merkmalen oder Komponenten aus einer beliebigen der anderen nicht einschränkenden Ausführungsformen zu verwenden.
Es versteht sich, dass gleiche Bezugszeichen einander entsprechende oder ähnliche Elemente in den mehreren Zeichnungen kennzeichnen. Es versteht sich, dass in diesen beispielhaften Ausführungsformen zwar eine bestimmte Komponentenanordnung offenbart und veranschaulicht ist, andere Anordnungen aber ebenfalls von den Lehren dieser Offenbarung profitieren könnten.
Die vorstehende Beschreibung soll als veranschaulichend und nicht in einschränkendem Sinne ausgelegt werden. Ein Durchschnittsfachmann würde verstehen, dass bestimmte Modifikationen durch den Geltungsbereich der vorliegenden Offenbarung abgedeckt sein könnten. Daher sollten die nachstehenden Patentansprüche genau gelesen werden, um den wahren Schutzumfang und Inhalt der vorliegenden Offenbarung zu bestimmen.

Claims

Wärmeregelungssystem, das Folgendes umfasst: ein Batteriepack; einen Batteriekühlkreislauf, der dazu konfiguriert ist, das Batteriepack thermisch zu regeln; eine elektrische Antriebskomponente; einen Kühlkreislauf eines Elektroantriebs, der dazu konfiguriert ist, die elektrische Antriebskomponente thermisch zu regeln; und ein erstes Dreiwegeventil, das dazu konfiguriert ist, einen Kühlmittelstrom zu steuern, wobei der Batteriekühlkreislauf in einer ersten Position des ersten Dreiwegeventils fluidisch von dem Kühlkreislauf des Elektroantriebs isoliert ist, wobei der Batteriekühlkreislauf in einer zweiten Position des ersten Dreiwegeventils mit dem Kühlkreislauf des Elektroantriebs fluidisch verbunden ist, sodass zugelassen wird, dass das Kühlmittel von dem Batteriekühlkreislauf zu dem Kühlkreislauf des Elektroantriebs strömt.
System nach Anspruch 1, wobei die elektrische Antriebskomponente ein Elektromotor oder eine Wechselrichtersystemsteuerung (ISC) ist.
System nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Batteriekühlkreislauf ein Kühlmittelteilsystem und ein Kältemittelteilsystem beinhaltet und wobei optional das Kühlmittelteilsystem eine Kühleinrichtung, eine Pumpe, das erste Dreiwegeventil, mindestens ein T-Stück und einen Entgasungsüberlaufbehälter beinhaltet und das Kältemittelteilsystem einen Verdichter, einen Kondensator, ein Wärmeexpansionsventil und die Kühleinrichtung beinhaltet.
System nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Kühlkreislauf des Elektroantriebs ein Kühlmittelteilsystem und ein Schmiermittelteilsystem beinhaltet und wobei optional das Kühlmittelteilsystem einen Kühler, einen Entgasungsüberlaufbehälter, mindestens ein T-Stück, eine Pumpe, einen Wärmetauscher und ein zweites Dreiwegeventil beinhaltet und das Schmiermittelteilsystem eine Pumpe und den Wärmetauscher beinhaltet.
System nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend einen Temperatursensor zum Überwachen einer aktuellen Temperatur der elektrischen Antriebskomponente und optional umfassend eine Steuereinheit in Kommunikation mit dem Temperatursensor und dazu konfiguriert, das erste Dreiwegeventil als Reaktion darauf, dass die aktuelle Temperatur der elektrischen Antriebskomponente einen vordefinierten Temperaturwert überschreitet, in die zweite Position zu befehlen.
System nach Anspruch 5, wobei die Steuereinheit dazu konfiguriert ist, das erste Dreiwegeventil als Reaktion darauf, dass die aktuelle Temperatur der elektrischen Antriebskomponente unter dem vordefinierten Temperaturwert liegt, in die erste Position zu befehlen.
System nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend ein zweites Dreiwegeventil, das dazu konfiguriert ist, einen Rückstrom des Kühlmittels von dem Kühlkreislauf des Elektroantriebs zurück zu einer Kühleinrichtung des Batteriekühlkreislaufs zu steuern.
System nach Anspruch 7, wobei: in einer ersten Position des zweiten Dreiwegeventils verhindert wird, dass der Rückstrom des Kühlmittels zu der Kühleinrichtung strömt, und in einer zweiten Position des zweiten Dreiwegeventils zugelassen wird, dass der Rückstrom des Kühlmittels zu der Kühleinrichtung strömt.
System nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das erste Dreiwegeventil stromaufwärts des Batteriepacks innerhalb eines Kühlmittelteilsystems des Batteriekühlkreislaufs angeordnet ist.
System nach Anspruch 9, umfassend eine Kühlmittelleitung, die eine Verbindung zwischen dem ersten Dreiwegeventil und einem T-Stück des Kühlkreislaufs des Elektroantriebs herstellt.
Verfahren, das Folgendes umfasst: Steuern eines Kühlmittelstroms zwischen einem Batteriekühlkreislauf und einem Kühlkreislauf eines Elektroantriebs eines Wärmeregelungssystems eines elektrifizierten Fahrzeugs, wobei das Steuern des Stroms Folgendes beinhaltet: Verhindern des Kühlmittelstroms von dem Batteriekühlkreislauf zu dem Kühlkreislauf des Elektroantriebs, wenn eine aktuelle Temperatur einer elektrischen Antriebskomponente des Kühlkreislaufs des Elektroantriebs unter einem vordefinierten Temperaturwert liegt; und Zulassen des Kühlmittelstroms von dem Batteriekühlkreislauf zu dem Kühlkreislauf des Elektroantriebs, wenn die aktuelle Temperatur der elektrischen Antriebskomponente über dem vordefinierten Temperaturwert liegt.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Zulassen des Kühlmittelstroms Betätigen eines Auslasses eines ersten Dreiwegeventils aus einer geschlossenen Position in eine offene Position beinhaltet, um den Batteriekühlkreislauf und den Kühlkreislauf des Elektroantriebs fluidisch zu verbinden.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Zulassen des Kühlmittelstroms Betätigen eines Auslasses eines zweiten Dreiwegeventils aus einer geschlossenen Position in eine offene Position beinhaltet, um einen Teil des Kühlmittels von dem Kühlkreislauf des Elektroantriebs zurück zu dem Batteriekühlkreislauf zurückzuführen.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Zulassen des Kühlmittelstroms Weiterleiten des Kühlmittels durch den Auslass und dann in eine Kühlmittelleitung, die eine Verbindung zwischen dem ersten Dreiwegeventil und einem T-Stück des Kühlkreislaufs des Elektroantriebs herstellt, beinhaltet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, umfassend automatisches Zulassen des Kühlmittelstroms von dem Batteriekühlkreislauf zu dem Kühlkreislauf des Elektroantriebs, um die elektrische Antriebskomponente als Reaktion auf ein Standortsignal oder ein Fahrmodus-Eingangssignal vorzukühlen.