DE102022119013A1

DE102022119013A1 - Thermische architektur zur bereitstellung von kühlung in elektrofahrzeugen

Info

Publication number: DE102022119013A1
Application number: DE102022119013.7A
Authority: DE
Inventors: Henry Huang; Mayur Prakash Gaikwad
Original assignee: Rivian IP Holdings LLC
Current assignee: Rivian IP Holdings LLC
Priority date: 2021-07-28
Filing date: 2022-07-28
Publication date: 2023-02-02
Also published as: CN115675003A; US20230034110A1

Abstract

Eine thermische Architektur eines Elektrofahrzeugs schließt ein Antriebsstrangsystem mit einem Antriebsstrang, einem Innenraumluftsystem zum Bereitstellen von klimatisierter Luft an eine Fahrgastzelle, ein Batteriesystem mit Kühlkomponenten und ein Kühlsystem zum Bereitstellen von Kühlung für das Innenraumluftsystem und das Batteriesystem ein. Die Steuerschaltung ist konfiguriert, um die Kühlung oder Beheizung der Komponenten der thermischen Architektur zu regeln. Zum Beispiel wählt die Steuerschaltung zwischen einem Modus zum Kühlen eines Batteriesystems und einem anderen Modus zum Erwärmen des Batteriesystems aus. Im Heizmodus veranlasst die Steuerschaltung, dass Wärme durch das Antriebssystem erzeugt wird, das einen oder mehrere Elektromotoren einschließen kann, und an das Batteriesystem übertragen wird. Die Steuerschaltung empfängt eine Vielzahl von Sensorsignalen von einer Sensorschnittstelle, erzeugt ein oder mehrere Steuersignale und veranlasst Ventile und andere Komponenten, einen oder mehrere Kühlmodi zu erreichen.

Description

VERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht den Vorteil der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 63/226.716 , eingereicht am 28. Juli 2021, deren Offenbarung hiermit durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit hierin einbezogen wird.
EINFÜHRUNG
Die vorliegende Offenbarung richtet sich an eine thermische Architektur für ein Elektrofahrzeug und insbesondere an eine verbesserte Effizienz der thermischen Architektur unter Verwendung von Sensoren, Ventilen und anderen Komponenten.
KURZDARSTELLUNG
In einigen Ausführungsformen richtet sich die vorliegende Offenbarung an Verfahren und Systeme zum Erwärmen und Kühlen von Komponenten eines Elektrofahrzeugs. In einigen Ausführungsformen kann ein Antriebssystem einen oder mehrere Motoren einschließen, die konfiguriert sind, um ein Drehmoment zu erzeugen (z. B. zum Antreiben eines oder mehrerer Räder) und um Wärme zu erzeugen (z. B. basierend auf dem Stromfluss im Motor). In einigen Ausführungsformen schließt das Antriebssystem eine Vielzahl von Motoren ein, von denen einige oder alle Wärme erzeugen können, die verwendet werden kann, um ein Batteriesystem (z. B. eine Heizkonfiguration) zu erwärmen. Die Vielzahl von Motoren kann auch durch einen Kühler (z. B. eine Kühlkonfiguration) gekühlt werden.
In einigen Ausführungsformen ist die vorliegende Offenbarung an ein System gerichtet, das eine Sensorschnittstelle und eine Ausgabeschnittstelle und eine Steuerschaltung einschließt. Die Sensorschnittstelle ist konfiguriert, um eine Vielzahl von Sensorsignalen zu erzeugen, die mindestens ein Sensorsignal einschließen, das einer Temperatur, wie etwa einer Fluidtemperatur oder einer Komponententemperatur, entspricht. Die Ausgabeschnittstelle ist konfiguriert, um mindestens ein Steuersignal (z. B. eine Vielzahl von Steuersignalen) zu übertragen. Die Steuerschaltung ist mit der Sensorschnittstelle und der Ausgabeschnittstelle gekoppelt und ist konfiguriert, um die Vielzahl von Sensorsignalen von der Sensorschnittstelle zu empfangen, zu veranlassen, dass Wärme von einem Antriebssystem erzeugt wird, und die Ausgabeschnittstelle zu veranlassen, ein Steuersignal zum Steuern eines Ventils zu erzeugen, das konfiguriert ist, um den Strom eines Fluids (z. B. Kühlmittel) von dem Antriebssystem und zu einem Batteriesystem zu leiten. In einigen Ausführungsformen ist die Steuerschaltung konfiguriert, um das Steuersignal basierend auf der Temperatur zu erzeugen. In einigen Ausführungsformen wird die Wärme auf das Batteriesystem übertragen. Zum Beispiel wird die Wärme durch Konvektion und/oder Konduktion von dem Fluid auf das Batteriesystem übertragen, da das Fluid an dem Batteriesystem vorbeiströmt (z. B. vom Antriebssystem).
In einigen Ausführungsformen ist die Steuerschaltung konfiguriert, um zu bestimmen, ob das Batteriesystem erwärmt oder gekühlt werden soll. In einigen Ausführungsformen ist die Steuerschaltung konfiguriert, um zwischen einem ersten Modus und einem zweiten Modus auszuwählen. In einigen solchen Ausführungsformen entspricht der erste Modus dem Erwärmen des Batteriesystems durch Übertragen von Wärme von dem Fluid auf das Batteriesystem, und der zweite Modus entspricht dem Kühlen des Batteriesystems. Als Reaktion auf das Auswählen des ersten Modus ist die Steuerschaltung konfiguriert, um zu veranlassen, dass die Wärme in einem Antriebssystem erzeugt wird, indem überschüssiger Strom an Phasen von mindestens einem Elektromotor des Antriebssystems angelegt wird.
In einigen Ausführungsformen ist die Temperatur ein Indikator für die Einlasstemperatur eines Kühlers, wie etwa eine Einlasstemperatur des Fluids, eine Oberflächentemperatur des Kühlers oder eine beliebige andere geeignete Temperatur. In einigen Ausführungsformen ist die Steuerschaltung konfiguriert, um basierend auf der Temperatur eine Gesamtwärme zu bestimmen und den Kühler zu steuern, um basierend auf der Gesamtwärme eine Fluidtemperatur des Fluids in einem gewünschten Bereich aufrechtzuerhalten. In einigen Ausführungsformen bestimmt die Steuerschaltung einen Wert, der die Gesamtwärme, die gewünschte Wärmeübertragung, die tatsächliche Wärmeübertragung, die geschätzte Wärmeübertragung, die Temperaturdifferenz oder den Temperaturgradient angibt, wobei jeder andere geeignete Wert auf Wärmeübertragung oder eine beliebige Kombination davon hinweist.
In einigen Ausführungsformen ist das Ventil ein Drei-Wege-Ventil oder schließt ein solches anderweitig ein, dessen Einlass einem Auslass eines Chillers entspricht, der mit dem Batteriesystem verbunden ist, und dessen alternative Auslässe (i) einer Entgasungseinheit und (ii) einem Einlass einer Pumpe des Batteriesystems entsprechen.
In einigen Ausführungsformen schließt das System ein Rückschlagventil ein, das zwischen einer Entgasungseinheit und dem Batteriesystem angeordnet ist, und das Rückschlagventil ist konfiguriert, um die Strömung des Fluids in einer Richtung von einer Entgasungseinheit zu dem Batteriesystem zu begrenzen.
In einigen Ausführungsformen schließt das System einen Kühler ein, der konfiguriert ist, um das Antriebssystem zu kühlen, und einen mit einem Kühlsystem gekoppelten Chiller, der konfiguriert ist, um einen Innenraum zu kühlen. Zum Beispiel ist in einigen Ausführungsformen die Steuerschaltung konfiguriert, um zu veranlassen, dass in einer ersten Konfiguration die Wärme durch das Antriebssystem erzeugt wird und in einer zweiten Konfiguration, wird das Antriebssystem unabhängig davon durch den Kühler gekühlt, während das Batteriesystem durch den Chiller gekühlt wird.
In einigen Ausführungsformen richtet sich die vorliegende Offenbarung an ein Verfahren zum thermischen Regeln von Fahrzeugsystemen gerichtet. Das Verfahren schließt das Auswählen eines Modus, der dem Erwärmen des Batteriesystems entspricht, ein. Als Reaktion auf das Auswählen eines Modus, der dem Erwärmen eines Batteriesystems entspricht, wird veranlasst, dass das Antriebssystem Wärme erzeugt, die über eine Strömung eines Fluids auf das Batteriesystem übertragen wird. Das Verfahren schließt auch das Steuern mindestens eines Steuerventils ein, um einen Fluidstrom auf das Batteriesystem und ein Antriebssystem zu verteilen.
In einigen Ausführungsformen schließt das Verfahren das Regeln sowohl der Beheizung als auch der Kühlung des Batteriesystems ein. In einigen Ausführungsformen schließt das Verfahren das Auswählen aus einem ersten Modus und einem zweiten Modus ein, wobei der erste Modus dem Erwärmen eines Batteriesystems entspricht, und wobei der zweite Modus dem Kühlen des Batteriesystems entspricht. In einigen Ausführungsformen schließt das Verfahren das Erzeugen mindestens eines Steuersignals zum Steuern mindestens eines Steuerventils ein. Im zweiten Modus leitet das mindestens eine Steuerventil den Fluidstrom zu dem Antriebssystem und isoliert das Batteriesystem von dem Antriebssystem.
In einigen Ausführungsformen schließt das Verfahren das Erzeugen der Wärme durch Anlegen von überschüssigem Strom an mindestens einen Elektromotor einer Vielzahl von Elektromotoren des Antriebssystems ein. Zum Beispiel treibt jeder der Vielzahl von Elektromotoren ein jeweiliges Rad des Antriebssystems an oder entspricht diesem auf andere Art und Weise. Zum Beispiel entzieht das Antriebssystem Wärme von der Antriebselektronik, dem mindestens einen Elektromotor und/oder anderen Komponenten des Antriebssystems und stellt die Wärme dem Batteriesystem im ersten Modus bereit.
In einigen Ausführungsformen wird in dem zweiten Modus, der dem Kühlen entspricht, der Fluidstrom von einer Entgasungseinheit zu einer Pumpe, von der Pumpe zu dem Antriebssystem, von dem Antriebssystem zu einem Kühler und von dem Kühler zurück zu der Entgasungseinheit geleitet. Zum Beispiel sind das Antriebssystem und das Batteriesystem im zweiten Modus isoliert, sodass das Fluid zwischen beiden fließt. In einigen Ausführungsformen wird in dem ersten Modus, der Erwärmen entspricht, der Fluidstrom von der Entgasungseinheit zu einem ersten Pfad, der dem Batteriesystem entspricht, und zu einem zweiten Pfad, der dem Antriebssystem und dem Kühler entspricht, geleitet. In einigen solchen Ausführungsformen vereinen sich der erste Pfad und der zweite Pfad vor dem Einlass der Entgasungseinheit.
In einigen Ausführungsformen wird das Antriebssystem im zweiten Modus unabhängig über einen Kühler gekühlt, während das Batteriesystem über einen Chiller gekühlt wird, der mit einem Kühlsystem gekoppelt ist, das ebenfalls in der Lage ist, den Innenraum zu kühlen. In einigen Ausführungsformen schließt das Verfahren das Empfangen einer Vielzahl von Sensorsignalen von Sensoren, die für das Erfassen einer Temperatur wie einer maximalen Temperatur vor dem Kühlen mit dem Kühler positioniert sind, das Bestimmen einer Gesamtwärme basierend auf der Temperatur und das Steuern des Kühlers, um eine Kühlmitteltemperatur in einem gewünschten Bereich basierend auf der Gesamtwärme aufrechtzuerhalten, ein. Zum Beispiel schließt das Verfahren in einigen Ausführungsformen das Steuern eines Verschlusses, eines Stroms zu dem oder von dem Kühler oder eine Kombination davon ein, um die Kühlmitteltemperatur in dem gewünschten Bereich aufrechtzuerhalten.
In einigen Ausführungsformen schließt das Verfahren als Reaktion auf das Auswählen des zweiten Modus das Erzeugen mindestens eines Steuersignals zum Steuern des mindestens einen Steuerventils ein, um das Fluid von einer Entgasungseinheit zu einer Pumpe, von der Pumpe zu dem Antriebssystem, von dem Antriebssystem zu einem Kühler und von dem Kühler zurück zu der Entgasungseinheit zu leiten. In einigen solchen Ausführungsformen schließt das Verfahren auch das Kühlen des Antriebssystems unter Verwendung eines Kühlers und das Kühlen des Batteriesystems unter Verwendung eines Chillers, der mit einem Kühlsystem gekoppelt ist, das ebenfalls in der Lage ist, den Innenraum zu kühlen, ein. In einigen Ausführungsformen wird das Antriebssystem im zweiten Modus unabhängig über einen Kühler gekühlt, während das Batteriesystem über einen Chiller gekühlt wird, der mit einem Kühlsystem gekoppelt ist, das ebenfalls in der Lage ist, den Innenraum zu kühlen.
In einigen Ausführungsformen schließt das mindestens eine Steuerventil ein Mehr-Wege-Ventil (z. B. wird ein Zwei-, Drei-, Vier-, Fünf-, Sechs-Wege-Ventil unter anderen in Betracht gezogen), das einen Einlass aufweist, der einem Auslass eines Chillers entspricht, der mit dem Batteriesystem verbunden ist, und alternative Auslässe, die (i) einer Entgasungseinheit und (ii) einem Einlass einer Pumpe des Batteriesystems entsprechen, ein.
In einigen Ausführungsformen schließt das Verfahren das Begrenzen des Stroms des Fluids in einer Richtung zu dem Batteriesystem von der Entgasungseinheit unter Verwendung eines Rückschlagventils ein, das zwischen einer Entgasungseinheit und dem Batteriesystem angeordnet ist. In einigen Ausführungsformen schließt das Verfahren das Steuern eines Verschlusses ein, der konfiguriert ist, um den Luftstrom durch einen stromabwärts des Antriebssystems angeordneten Kühler zu leiten.
In einigen Ausführungsformen richtet sich die vorliegende Offenbarung an ein System, das einen Antriebsstrang mit mindestens einem Elektromotor, einem Batteriesystem und einer Steuerschaltung einschließt. Die Steuerschaltung bestimmt eine Auswahl zum Erwärmen des Batteriesystems und bewirkt als Reaktion auf die Auswahl, dass das Antriebssystem Wärme erzeugt. Außerdem erzeugt das System als Reaktion auf die Auswahl mindestens ein Steuersignal zum Steuern mindestens eines Steuerventils, um zu veranlassen, dass ein Fluid die Wärme von dem Antriebssystem an das Batteriesystem überträgt. In einigen Ausführungsformen wird der Modus aus einem ersten Modus zum Erwärmen des Batteriesystems und einem zweiten Modus zum Kühlen des Batteriesystems gewählt. In einigen Ausführungsformen erzeugt die Steuerschaltung als Reaktion auf das Auswählen des zweiten Modus zum Kühlen mindestens ein Steuersignal zum Steuern des mindestens einen Steuerventils, um das Fluid so zu leiten, dass es zu dem Antriebssystem strömt, und das Batteriesystem von dem Antriebssystem zu isolieren. In einigen Ausführungsformen ist die Steuerschaltung ferner konfiguriert, um die Wärme in dem ersten Modus durch Anlegen von überschüssigem Strom an mindestens einen Elektromotor einer Vielzahl von Elektromotoren des Antriebssystems zu erzeugen. Jeder Elektromotor kann einem oder mehreren Rädern des Fahrzeugs entsprechen.
In einigen Ausführungsformen schließt das mindestens eine Steuerventil ein Mehr-Wege-Ventil (z. B. wird ein Zwei-, Drei-, Vier-, Fünf-, Sechs-Wege-Ventil unter anderen in Betracht gezogen), das einen Einlass aufweist, der einem Auslass eines Chillers entspricht, der mit dem Batteriesystem verbunden ist, und alternative Auslässe, die (i) einer Entgasungseinheit und (ii) einem Einlass einer Pumpe des Batteriesystems entsprechen, ein. In einigen Ausführungsformen schließt das System ein Rückschlagventil ein, das zwischen einer Entgasungseinheit und dem Batteriesystem angeordnet ist, das konfiguriert ist, um einen Strom des Fluids in einer Richtung zu dem Batteriesystem von der Entgasungseinheit zu begrenzen.
In einigen Ausführungsformen schließt das System einen Verschluss ein, der konfiguriert ist, um den Luftstrom durch einen Kühler zu leiten, der stromabwärts des Antriebssystems angeordnet ist, und die Steuerschaltung ist konfiguriert, um den Verschluss zu steuern (z. B. das Öffnen und Schließen des Verschlusses).
In einigen Ausführungsformen wird in dem zweiten Modus zum Kühlen der Fluidstrom von einer Entgasungseinheit zu einer Pumpe, von der Pumpe zu dem Antriebssystem, von dem Antriebssystem zu einem Kühler und von dem Kühler zurück zur Entgasungseinheit geleitet. In einigen Ausführungsformen wird in dem ersten Modus, der Erwärmen entspricht, der Fluidstrom von der Entgasungseinheit zu einem ersten Pfad, der dem Batteriesystem entspricht, und zu einem zweiten Pfad, der dem Antriebssystem und dem Kühler entspricht, geleitet. In einigen Ausführungsformen vereinen sich im ersten Modus der erste Pfad und der zweite Pfad vor dem Einlass der Entgasungseinheit.
In einigen Ausführungsformen schließt das System ein Innenraumluftsystem zum Bereitstellen von klimatisierter Luft an eine Fahrgastzelle und ein Kühlsystem, das konfiguriert ist, um Kühlung für das Innenraumluftsystem und das Batteriesystem bereitzustellen, ein. In einigen solchen Ausführungsformen wird das Antriebssystem im zweiten Modus unabhängig über einen Kühler gekühlt, während das Batteriesystem über einen Chiller gekühlt wird, der mit dem Kühlsystem verbunden ist.
In einigen Ausführungsformen ist die Steuerschaltung konfiguriert, um eine Vielzahl von Sensorsignalen von Sensoren zu empfangen, die für das Erfassen einer maximalen Temperatur vor dem Kühlen mit dem Kühler positioniert sind, eine Gesamtwärme basierend auf der maximalen Temperatur zu bestimmen und den Kühler zu steuern, um eine Kühlmitteltemperatur in einem gewünschten Bereich basierend auf der Gesamtwärme aufrechtzuerhalten.
Figurenliste
Die vorliegende Offenbarung wird gemäß einer oder mehreren verschiedenen Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die folgenden Figuren ausführlich beschrieben. Die Zeichnungen dienen nur der Veranschaulichung und stellen lediglich typische oder beispielhafte Ausführungsformen dar. Diese Zeichnungen werden bereitgestellt, um das Verständnis der hierin offenbarten Konzepte zu erleichtern, und sind nicht als Einschränkung der Breite, des Umfangs oder der Anwendbarkeit dieser Konzepte zu verstehen. Es sollte beachtet werden, dass diese Zeichnungen aus Gründen der Klarheit und zur Vereinfachung der Darstellung nicht notwendigerweise maßstabsgetreu sind.

1 zeigt ein Blockdiagramm eines veranschaulichenden Fahrzeugs mit Kühl- und Heizlasten gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
2 zeigt ein Blockdiagramm eines veranschaulichenden Kühlungssystems eines Elektrofahrzeugs gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
3 zeigt ein Blockdiagramm eines veranschaulichenden Systems zum Steuern der Wärmeübertragung für ein Elektrofahrzeug gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
4 zeigt ein Blockdiagramm einer veranschaulichenden thermischen Architektur eines Elektrofahrzeugs gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
5 zeigt ein Blockdiagramm der veranschaulichenden thermischen Architektur von
4 mit Instrumentierungsindikatoren gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
6 zeigt ein Blockdiagramm der veranschaulichenden thermischen Architektur von
4, betrieben in einem Kühlmodus, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
7 zeigt ein Blockdiagramm der veranschaulichenden thermischen Architektur von
4, betrieben in einem Heizmodus, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung; und
8 ist ein Flussdiagramm eines veranschaulichenden Prozesses zum thermischen Regeln gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Ein Elektrofahrzeug kann Teilsysteme einschließen, die Kühlung, Beheizung oder beides erfordern. In einigen Ausführungsformen richtet sich die vorliegende Offenbarung an Systeme und Verfahren zum thermischen Regeln von Kühlung, Beheizung oder beidem von Teilsystemen eines Elektrofahrzeugs. Zum Beispiel können E-Maschinen (z. B. Elektromotoren) zum Erwärmen eines Akkupacks verwendet werden, indem die Antriebsmotoren der E-Maschinen (strategisch) intern kurzgeschlossen werden, um Wärme zu erzeugen. Dieser Ansatz vermeidet die Notwendigkeit einer Kühlmittelheizung, was den Vorteil ermöglicht, dass die Heizung der E-Maschinen im Antriebsstrang genutzt werden kann, um dem Batteriesystem Heizleistung bereitzustellen. Zum Beispiel wird das Kühlmittel dem Akkupack bereitgestellt, ohne dass eine Heizung verwenden werden muss (z. B. eine Heizung mit positivem Temperaturkoeffizienten (PTC)).
1 zeigt ein Blockdiagramm eines veranschaulichenden Fahrzeugs 100 mit Kühl- und Heizlasten gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Wie veranschaulicht, schließt das Fahrzeug 100 gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung das Steuersystem 120, das Batteriesystem 130, das Innenraumluftsystem 140 für die Kühlung des Innenraums 110, die Antriebseinheit 150, die Antriebseinheit 160 und andere Lasten 170 ein. Das Steuersystem 120 schließt eine Steuerschaltung ein, die mit einem Kühlungssystem gekoppelt ist. In einigen Ausführungsformen schließt das Steuersystem 120 das Kühlungssystem ein. Zum Beispiel kann das Kühlungssystem ein thermisches Kühlsystem einschließen, das einen Kompressor, einen Kondensator, ein Ventil (z. B. steuerbar und/oder fixiert) und eine oder mehrere Verdampfereinheiten oder anderweitig Wärmetauscher einschließt, mit einem Arbeitsfluid (z. B. einem beliebigen geeigneten Kältemittel, Kühlmittel oder anderen Fluid) zum Erreichen eines Kühlprozesses (z. B. eines Kältekreislaufs). Das Steuersystem 120 kann eine Steuerschaltung zum Überwachen von Sensorsignalen, zum Erzeugen von Steuersignalen, zum Ausführen von computerlesbaren Anweisungen, zum Empfangen von Eingaben oder einer Kombination davon einschließen. Das Batteriesystem 130 kann eine Vielzahl von Batteriezellen (z. B. in einem oder in mehreren Modulen angeordnet), Gehäusen, Antriebselektroniken (z. B. einen DC-DC-Wandler, Schalter) und ein Batteriekühlungssystem mit einem flüssigen Kühlmittel oder Luft, das Wärme von den Batteriezellen aufnimmt, einschließen. Das Batteriekühlungssystem kann eine Pumpe oder einen Kompressor, einen Kühler, einen Wärmetauscher, einen Verteiler, Rohrleitungen, Schläuche, Rohre, Anschlüsse, Steuerventile, Sensoren und andere Instrumente, Steuerungen oder eine beliebige geeignete Kombination davon einschließen. Das Innenraumluftsystem 140 ist konfiguriert, um klimatisierter Luft an den Innenraum 110 (z. B. ein Fahrgastzelle oder Zonen davon) bereitzustellen. Zum Beispiel kann das Innenraumluftsystem 140 konfiguriert sein, um eine Kühlung (z. B. Klimatisierung), eine Beheizung, eine Enteisung, eine Belüftung des Innenraums oder eine geeignete Kombination davon bereitzustellen. Das Innenraumluftsystem 140 kann einen Gebläseventilator, Führungen, Luftkammern, Dämpfer oder Umleitungsventile, Filter, Einlässe, eine oder mehrere Eingabeschnittstellen (z. B. Knöpfe, harte Tasten, weiche Tasten, Touchscreen-Schnittstellen, Sprachschnittstellen), eine Steuerung, beliebige andere geeignete Komponenten oder eine beliebige Kombination davon einschließen. Die Antriebseinheiten 150 und 160 können jeweils Motoren, Getriebe, Lager, Getriebegehäuse, Kühlmäntel, Antriebselektronik (z. B. einen DC-AC-Wandler, Wechselrichter, Schalter oder andere Komponenten), beliebige andere geeignete Komponenten oder eine beliebige Kombination davon einschließen. Zum Beispiel kann jede der Antriebseinheiten 150 und 160 einen Wechselrichter, einen Elektromotor und ein Getriebe zum Bereitstellen von Drehmoment auf eine jeweilige Rad- oder Antriebsachse des Elektrofahrzeugs einschließen. Andere Lasten 170 können Steuermodule, Prozessoren, Elektronik, mechanische Komponenten mit Kühlmänteln oder -kanälen oder beliebige andere geeignete Komponenten, die Wärme erzeugen oder anderweitig auf das Kühlungssystem übertragen, oder eine beliebige Kombination davon einschließen. Es versteht sich, dass sich ein „Arbeitsfluid“ auf ein Fluid im Zusammenhang mit einem System, einer Komponente, einem Zyklus, einem Fluidpfad (z. B. einer Bewegungsbahn eines Fluids, wenn es zwischen Komponenten und Systemen strömt) bezieht, und dass ein „Fluid“ jedes geeignete Gas oder jeden geeigneten Dampf (z. B. Luft, Wasserdampf, Kältemitteldampf), eine Flüssigkeit (z. B. Wasser, Kühlmittel, Kältemittel), eine Mischung (z. B. einphasig oder mehrphasig), eine Aufschlämmung oder eine Kombination davon einschließen kann.
2 zeigt ein Blockdiagramm eines veranschaulichenden Kühlungssystems eines Elektrofahrzeugs, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Die Kühlungssysteme sind als Teil der thermischen Architektur 200 angeordnet und schließen das Kühlsystem 210, das Kühlmittelsystem 220, die Antriebsstrangkomponenten 250, das Batteriesystem 230 (z. B. die Batteriekühlungskomponenten 235, wie veranschaulicht, und eine Vielzahl von Batterien) und das Innenraumluftsystem 240 ein. Zur Veranschaulichung kann das Kühlsystem 210 über den Verdampfer 211 mit dem Innenraumluftsystem 240, über den Chiller 212 mit dem Batteriesystem 230 (z. B. und über die Batteriekühlkomponenten 235) und über das Kühlmittelsystem 220 und die Ventile 221 mit den Antriebsstrangkomponenten 250 verbunden sein. Zur weiteren Veranschaulichung können die Antriebsstrangkomponenten 250 und das Batteriesystem 230 mit dem Kühlmittelsystem 220 verbunden sein (z. B. wird jedem System Kühlmittel bereitgestellt).
In einem veranschaulichenden Beispiel kann eine Fahrzeugsteuerung das Batteriesystem 230 überwachen und steuern, und bestimmen, wann eine Kühlung erforderlich ist (z. B. basierend auf Umgebungsbedingungen, Fahrbedingungen oder beidem). Zusätzlich kann ein Insasse die Steuerungen des Innenraumluftsystems 240 anpassen, um gekühlte Luft an eine Fahrgastzelle bereitzustellen. Ein Steuersystem, wie in 3 veranschaulicht, kann konfiguriert sein, um die Kühlung, Beheizung oder eine Kombination davon für beliebige oder alle von Batteriesystem 230, Antriebsstrangkomponenten 250 (die z. B. ein Antriebssystem und/oder ein Antriebskühlungssystem einschließen können) und Innenraumluftsystem 240 basierend auf den unterschiedlichen Anforderungen der einzelnen Systeme zu regeln. Das Kühlsystem 210 schließt, wie veranschaulicht, einen Kompressor, einen Kondensator, ein Drosselventil, einen Verdampfer und Sensoren ein. Das Kühlmittelsystem 220 schließt, wie veranschaulicht, eine oder mehrere Pumpen, Entgaser, Kühler, Sensoren und Ventile ein. Die Antriebsstrangkomponenten 250 schließen, wie veranschaulicht, Antriebseinheiten (z. B. Motoren, Getriebe und Mechanismen), DC-DC-Wandler, DC-AC-Wechselrichter und Sensoren ein, von denen einige oder alle Kühlmittelkanäle einschließen können, die eine Schnittstelle zum Kühlmittelsystem 220 bilden. In einem veranschaulichenden Beispiel können die Antriebsstrangkomponenten 250 eine Vielzahl von Antriebseinheiten, eine Vielzahl von Elektromotoren (z. B. vier Elektromotoren, die einem jeweiligen Rad eines Fahrzeugs entsprechen) oder anderweitig ein oder mehrere Systeme zum Erzeugen von Drehmoment an den Rädern des Fahrzeugs einschließen. Die Batteriekühlungskomponenten 235 des Batteriesystems 230 können eine oder mehrere Pumpen, Ventile, Kühlmäntel (die z. B. Schnittstellen zu anderen Komponenten des Batteriesystems 230 bilden), Sensoren, beliebige andere geeignete Komponenten oder eine beliebige Kombination davon einschließen. Das Innenraumluftsystem 240 kann, wie veranschaulicht, ein oder mehrere Gebläse, Filter, Führungen und Steuerungen zum Bereitstellen klimatisierte Luft an eine Fahrgastzelle oder Zonen davon einschließen.
Obwohl separat veranschaulicht, können sich das Kühlsystem 210, das Kühlmittelsystem 220, die Antriebsstrangkomponenten 250, das Batteriesystem 230 und das Innenraumluftsystem 240 überlappen, über eine oder mehrere Komponenten (z. B. Ventile, Anschlüsse, Leitungen, Kühlmäntel, Wärmetauscher wie Chiller oder Verdampfer) miteinander verbunden sein oder anderweitig von der veranschaulichenden thermischen Architektur 200 modifiziert werden. Ferner ist die Grenze, die jedes System abgrenzt, lediglich veranschaulichend. Zum Beispiel können Batteriekühlungskomponenten 235 als Teil des Batteriesystems 230 integriert veranschaulicht werden. In einem weiteren Beispiel können Wärmetauscher (z. B. Verdampfer, Chiller) zum Austauschen von Wärme zwischen den Systemen als Teil eines der beiden Systeme oder beider Systeme veranschaulicht werden. Dementsprechend sind hierin veranschaulichte Systemabgrenzungen lediglich beispielhaft für die Zwecke der Erörterung. In einigen Ausführungsformen schließt das Batteriesystem 230 (oder z. B. die Batteriekühlungskomponenten 235 davon) eine Inline-Heizung zum Bereitstellen von Wärme an das Batteriesystem 230 ein.
3 zeigt ein Blockdiagramm eines veranschaulichenden Systems 300 zum Steuern der Wärmeübertragung für ein Elektrofahrzeug, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Zum Beispiel kann das System 300 als Teil des Fahrzeugs 100 von 1 oder als Teil der thermischen Architektur 200 von 2 eingeschlossen sein. Wie veranschaulicht, schließt das System 300 eine Steuerschaltung 310, Sensoren 304, Benutzerschnittstelle 306, Stromversorgung 302, Kühlsystem 320, Kühlmittelsystem 330, Antriebssystem 340, Batteriesystem 350, Batteriekühlungssystem 360, Innenraumluftsystem 370 und beliebige andere (geeignete) Systeme 380 gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ein. Die veranschaulichende Steuerschaltung 310 schließt Prozessor 312, ein oder mehrere Relais 314 (nachstehend als Relais 314 bezeichnet), Eingabe/Ausgabe 316 (nachstehend als E/A 316 bezeichnet), Kommunikationshardware 318 (nachstehend als COMM 318 bezeichnet) und Speicher 319 ein.
Die Steuerschaltung 310 kann Hardware, Software oder beides einschließen, die auf einem oder mehreren Modulen implementiert sind, die konfiguriert sind, um die Steuerung eines Kühlungssystems bereitzustellen. In einigen Ausführungsformen schließt der Prozessor 312 einen oder mehrere Mikroprozessoren, Mikrocontroller, digitale Signalprozessoren, programmierbare Logikvorrichtungen, feldprogrammierbare Gate-Arrays (FPGAs), anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (Application-Specific Integrated Circuits, ASICs) oder eine geeignete Kombination davon ein. In einigen Ausführungsformen ist der Prozessor 312 auf mehr als einen Prozessor oder auf mehr als eine Verarbeitungseinheit verteilt. In einigen Ausführungsformen führt die Steuerschaltung 310 Anweisungen aus, die in einem Speicher (z. B. nicht transitorischen computerlesbaren Medium) gespeichert sind, um die Kühlung eines Fahrzeuginnenraums und eines Batteriesystems zu regeln. In einigen Ausführungsformen ist der Speicher 319 eine elektronische Speichervorrichtung, die Teil der Steuerschaltung 310 ist. Zum Beispiel kann der Speicher dafür konfiguriert sein, elektronische Daten, Computeranweisungen, Anwendungen, Firmware oder beliebige andere geeignete Informationen zu speichern. In einigen Ausführungsformen schließt der Speicher 319 Direktzugriffsspeicher, Festwertspeicher, Festplatten, optische Laufwerke, Solid-State-Vorrichtungen oder andere geeignete Datenspeichervorrichtungen oder eine Kombination davon ein. Beispielsweise kann der Speicher verwendet werden, um eine Startroutine zu beginnen.
In einigen Ausführungsformen wird die Steuerschaltung 310 von der Stromversorgung 302 mit Strom versorgt. In einigen Ausführungsformen schließt die Stromversorgung 302 eine Autobatterie (z. B. eine 12-V-Bleisäurebatterie), einen DC-DC-Wandler, eine Wechselstromversorgung (z. B. erzeugt durch geeignete Invertierung einer Gleichstromversorgung), eine andere Stromversorgung, entsprechende Komponenten (z. B. Anschlüsse, Schalter, Sicherungen und Kabel) oder beliebige Kombination davon ein. In einigen Ausführungsformen liefert die Stromversorgung 302 Strom an das Kühlsystem 320, das Kühlmittelsystem 330, das Antriebssystem 340, das Batteriesystem 350, das Batteriekühlungssystem 360, das Innenraumluftsystem 370 und beliebige andere geeignete Systeme 380 oder eine beliebige Kombination davon.
In einigen Ausführungsformen schließt die Benutzerschnittstelle 306 eine Drucktaste, einen Kippschalter, einen Drehknopf, einen Anzeigebildschirm (z. B. einen Touchscreen), eine Fernbedienung, eine Schlüssel-Schloss-Kombination, ein beliebiges anderes geeignetes System oder eine beliebige andere geeignete Komponente zum Empfangen von Eingaben von einem Benutzer oder zum Bereitstellen von Ausgaben an einen Benutzer oder eine beliebige Kombination davon ein. In einigen Ausführungsformen schließt die Benutzerschnittstelle 306 einen Touchscreen auf dem Armaturenbrett eines Fahrzeugs ein, der konfiguriert ist, um Eingaben des Benutzers zu empfangen und dem Benutzer eine Anzeige bereitzustellen. In einigen Ausführungsformen schließt die Benutzerschnittstelle 306 eine oder mehrere Tasten ein, die durch einen Benutzer auswählbar sind. Beispielsweise können die eine oder die mehreren Tasten eine Taste, die mit einem Schalter gekoppelt ist, eine Taste auf einem Touchpad, jede andere geeignete Taste, die von einem Benutzer verwendet werden kann, um eine Auswahl zu treffen, oder eine beliebige Kombination davon einschließen. In einigen Ausführungsformen schließt die Benutzerschnittstelle 306 einen oder mehrere drehbare Knöpfe ein, die ein Benutzer drehen kann, um eine Temperatureinstellung, eine Gebläseeinstellung, einen Antriebsmodus oder eine andere geeignete Einstellung anzupassen.
In einigen Ausführungsformen schließen der oder die Sensoren 304 einen oder mehrere Temperatursensoren (z. B. mindestens ein Thermoelement, einen Thermistor, einen Widerstandstemperaturdetektor oder einen optischen Sensor), Drucksensoren (z. B. piezo- oder dehnungsbasierte Wandler), Geschwindigkeitssensoren (z. B. einen Drehgeber), Positionssensoren (z. B. einen Drehgeber), Stromsensoren (z. B. eines Kompressormotors), Durchflusssensoren, beliebige andere geeignete Sensoren oder eine beliebige Kombination davon ein. Zum Beispiel können der oder die Sensoren 304 verwendet werden, um die Temperatur einer Komponente (z. B. eines Wärmetauschers, eines Chillers, eines Kompressors), eines Fluids (z. B. Luft, Kühlmittel, Kältemittel oder jedes anderen geeigneten Gases/Dampfes, jeder anderen geeigneten Flüssigkeit, jeder anderen geeigneten Mischung, jeder anderen geeigneten Aufschlämmung oder Kombinationen davon) oder einer Kombination davon zu messen. In einem weiteren Beispiel können der oder die Sensoren 304 verwendet werden, um Druck oder eine Druckdifferenz eines Fluids (z. B. Luft, Kühlmittel oder Kältemittel oder jedes anderen geeigneten Gases/Dampfes, jeder anderen geeigneten Flüssigkeit, jeder anderen geeigneten Mischung, jeder anderen geeigneten Aufschlämmung oder Kombinationen davon) zu messen. In einem weiteren Beispiel können der oder die Sensoren 304 verwendet werden, um eine Durchflussrate in Luft, Kühlmittel oder Kältemittel zu messen (z. B. um eine Kühl- oder Heizrate zu bestimmen). Der oder die Sensoren 304 werden hierin auch als Sensoren 304 bezeichnet und können dementsprechend einen oder mehrere Sensoren eines beliebigen geeigneten Typs oder beliebiger geeigneter Typen einschließen.
Das Kühlmittelsystem 330 kann das gleiche sein wie, ähnlich sein wie oder als Teil des Kühlmittelsystems 220 von 2 eingeschlossen sein. In einigen Ausführungsformen schließt das Kühlsystem 320, das ein Kältemittel als Arbeitsfluid aufweist, einen Kompressor, einen Kondensator, ein oder mehrere Steuerventile (z. B. Drosselventile) und mindestens einen Wärmetauscher (z. B. einen Chiller und/oder Verdampfer oder eine Schnittstelle dazu) ein. Das Kühlsystem 320 kann mit dem Kühlmittelsystem 330, dem Batteriekühlungssystem 360, dem Innenraumluftsystem 370 oder anderen geeigneten Systemen 380 durch einen einzigen Wärmetauscher (z. B. einen Verdampfer), zwei oder mehr in Reihe und/oder parallel gekoppelte Wärmetauscher oder jede andere geeignete Wärmetauscherkonfiguration gemäß der vorliegenden Offenbarung gekoppelt sein.
Das Antriebssystem 340 kann das gleiche sein wie, ähnlich sein wie oder das Antriebsstrangkomponenten 250 von 2 oder die Antriebseinheiten 150 und 160 von 1 einschließen. Zum Beispiel kann das Antriebssystem 340 eine oder mehrere vordere Antriebseinheiten, hintere Antriebseinheiten oder beides einschließen, die jeweils einen Motor einschließen können, der über ein Getriebe mit einer Ausgangswelle gekoppelt ist, die einem Rad oder einer Antriebsachse des Fahrzeugs entspricht. Zur Veranschaulichung kann jede Antriebseinheit einen Motor einschließen, der mit einem Getriebe gekoppelt ist, das ein Schmierölsystem und Kühlkanäle aufweist (z. B. zur Verbindung mit dem Kühlmittel 330), wobei der Motor elektrisch mit einem Wechselrichter oder einer anderen Antriebselektronik (z. B. einem Motorantrieb) gekoppelt ist. In einigen Ausführungsformen kann das Antriebssystem 340 ein Antriebskühlungssystem einschließen oder anderweitig damit verbunden sein, das eine oder mehrere Pumpen, Ventile, Anschlüsse, Leitungen, Wärmetauscher, Sensoren, beliebige andere geeignete Komponenten oder eine beliebige Kombination davon einschließen kann. Zur Veranschaulichung kann das Antriebssystem 340 mit dem Kühlmittelsystem 330 verbunden sein, welches das Antriebskühlungssystem einschließen kann. In einem veranschaulichenden Beispiel kann das Antriebssystem 340 eine Vielzahl von Elektromotoren (z. B. mehr als einen Elektromotor, wie etwa vier Elektromotoren) einschließen, die dazu konfiguriert sein können, Wärme zu erzeugen. In einigen Ausführungsformen kann das Antriebssystem 340 mehr als einen Elektromotor einschließen, und dementsprechend kann in den Elektromotoren Wärme erzeugt werden (z. B. relativ mehr Wärme als bei einem einzelnen Motor). Da zum Beispiel das Fahrzeug eine Vielzahl von Elektromotoren und eine entsprechende Antriebselektronik (z. B. zum Erzeugen von Strom in den Elektromotoren) einschließen kann, kann in jedem der Elektromotoren Wärme erzeugt werden (z. B. im Normalbetrieb und während des Anlegens von überschüssigem Strom, um weitere Wärme oder überschüssige Wärme zu erzeugen). Zur Veranschaulichung kann die Steuerschaltung 310 konfiguriert sein, um Steuersignale für jeden Elektromotor des Antriebssystems 340 (z. B. vier Sätze von Steuersignalen für jeweils vier Elektromotoren) zu erzeugen, von denen alle oder einige Wärme erzeugen können, die auf ein Batteriesystem übertragen oder durch einen Kühler abgeführt werden kann (z. B. abhängig von dem Betriebsmodus/der Betriebskonfiguration).
Das Batteriekühlungssystem 360 kann als Teil des Batteriesystems 350 eingeschlossen oder anderweitig mit diesem verbunden sein. In einigen Ausführungsformen schließt das Batteriekühlungssystem 360 ein Flüssigkeitszirkulationssystem zum Kühlen eines oder mehrerer Batteriemodule ein, die jeweils eine Vielzahl von Batteriezellen, Antriebselektroniken, Ladegeräten und/oder anderen geeigneten Komponenten einschließt. In einigen Ausführungsformen ist die Steuerschaltung 310 oder ein anderes geeignetes Steuersystem konfiguriert, um die Durchflussrate, den Druck oder beides einzustellen, die durch eine Pumpe des Batteriekühlungssystems 360 bereitgestellt werden. Zum Beispiel kann die Pumpe so gesteuert werden, dass die Durchflussrate bei steigender Wärmelast erhöht wird (z. B. kann für eine mit dem Motor gekoppelte Rotationspumpe die Drehzahl durch Erhöhen des Motorstroms/der Motordrehzahl erhöht werden). In einem weiteren Beispiel kann das Batteriekühlungssystem 360 ein oder mehrere Steuerventile zum Umlenken, Anpassen oder anderweitigen Steuern des Stroms in Abhängigkeit von der Wärmelast einschließen. Zur Veranschaulichung kann, wenn der Strombedarf des Akkupacks zunimmt, auch der Kühlbedarf (z. B. die Leistung) steigen, um die Akkupacktemperatur innerhalb eines betriebsfähigen Bereichs (z. B. unterhalb eines Temperaturgrenzwerts zur Vermeidung von Überhitzung) zu halten. Zum Beispiel kann die Wärmeabgabe der Wärmelast von den Fahrbedingungen (z. B. Strombedarf an den Elektromotoren des Antriebsstrangs des Fahrzeugs), den Umgebungsbedingungen, einem oder mehreren Temperaturgrenzwerten (z. B. der Batteriezellen, der Batteriemodule, der Batteriekühlmitteltemperatur, der Antriebselektroniktemperatur oder einer anderen geeigneten Temperatur), einem anderen geeigneten Kriterium oder einer beliebigen Kombination davon abhängen. Unter bestimmten Umständen (z. B. in kalten Klimazonen) kann das Batteriekühlungssystem 360 verwendet werden, um Beheizung an das Batteriesystem 350 bereitzustellen, um die Batteriezellen auf eine gewünschte Betriebstemperatur zu erwärmen. In einigen Ausführungsformen kann eine optionale Heizung mit positivem Temperaturkoeffizienten (PTC) verwendet werden, um die Batterie allein oder in Kombination mit der Verwendung der Wärme von der Antriebselektronik und/oder den E-Maschinen zu erwärmen.
Das Innenraumluftsystem 370 kann das gleiche sein wie oder ähnlich sein wie oder als Teil des Innenraumluftsystems 140 von 1 oder der Innenraumluftanlage 240 von 2 eingeschlossen sein. In einigen Ausführungsformen schließt das Innenraumluftsystem 370 ein Luftzirkulationssystem zum Bereitstellen von temperaturgesteuerter Luft an eine Fahrgastzelle eines Fahrzeugs ein. Zum Beispiel kann das Innenraumluftsystem 370 ein Gebläse einschließen, das konfiguriert ist, um Luft durch einen oder mehrere Wärmetauscher zu blasen und Wärme mit diesen auszutauschen.
Andere Systeme 380 können Hilfssysteme (z. B. eine benutzergesteuerte Kühlbox für Getränke), Steuerungen oder Module (z. B. mit Prozessoren), Elektronik, Anzeigevorrichtungen oder andere geeignete Systeme, die eine Schnittstelle zu dem Kühlsystem 320 oder zu dem Kühlmittelsystem 330 bilden können, einschließen.
Das veranschaulichende System 300 von 3 oder Gesichtspunkte davon können verwendet werden, um jedes geeignete hierin offenbarte Kühlungssystem zu steuern und jedes geeignete hierin offenbarte Verfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung zu implementieren. In einigen Ausführungsformen müssen nicht alle in 3 gezeigten Komponenten in System 300 eingeschlossen sein. Zum Beispiel kann in einigen Ausführungsformen die Steuerschaltung 310 konfiguriert sein, um das Kühlmittelsystem 220 und das Kühlsystem 320 zu steuern, während das Batteriekühlungssystem 360 und das Innenraumluftsystem 370 durch eine andere Steuerschaltung (z. B. einen separaten Prozessor und/oder Steueralgorithmus) gesteuert werden. In einigen Ausführungsformen ist die Steuerschaltung 310 konfiguriert, um einen Betriebsmodus wie den Standardmodus, den Mischmodus, den Kühlmodus, den Heizmodus oder einen anderen geeigneten Modus (der z. B. definiert, wie das System arbeitet) zu bestimmen. Zum Beispiel kann die Steuerschaltung 310 computerlesbare Anweisungen ausführen, die auf nicht transitorischen computerlesbaren Medien gespeichert sind, um aus den Betriebsmodi auszuwählen (z. B. basierend auf der Eingabe von der Benutzerschnittstelle 206), Referenzinformationen (z. B. aus dem Speicher) abzurufen, Steuersignale zu erzeugen und an ein beliebiges System von System 300 zu übermitteln, Sensorsignale zu empfangen und zu verarbeiten oder eine Kombination davon. Das System 300 oder die Steuerschaltung 310 davon können hierin als ein Steuersystem (z. B. zum Steuern des Wärmemanagements eines Elektrofahrzeugs) bezeichnet werden. Es versteht sich, dass ein Modus, auf den hierin Bezug genommen wird, jeder geeigneten Betriebsform zum Bereitstellen von Heizung, Kühlung oder einer Kombination davon entspricht.
4 zeigt ein Blockdiagramm einer veranschaulichenden thermischen Architektur 400 eines Elektrofahrzeugs, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Die thermische Architektur 400 stellt ein Beispiel der thermischen Architektur 200 von 2 (z. B. wie im Fahrzeug 100 von 1 eingeschlossen) dar. Zum Beispiel stellt die thermische Architektur 400 auch ein Beispiel für Gesichtspunkte des Systems 300 von 3 dar (z. B. können die Komponenten der thermischen Architektur 400 durch die Steuerschaltung 310 gesteuert und/oder überwacht werden). Wie veranschaulicht, schließt die thermische Architektur 400 folgendes ein:

DC-DC-Wandler 421 und 422 (z. B. gekoppelt mit Energiespeichersystem 441 und Antriebseinheiten);
vordere Antriebseinheiten (Front Drive Units, FDU) 423 und 424 (z. B. einschließlich der Motor-, Getriebe- und/oder Wechselrichterkühlung);
hintere Antriebseinheiten (Rear Drive Units, RDU) 425 und 426 (z. B. einschließlich der Motor-, Getriebe- und/oder Wechselrichterkühlung);
Pumpe 427 (z. B. Kühlmittelpumpe für das Antriebssystem 420);
Ventil 428 (z. B. Zwei-Wege-Ventil für Kühlmittel, das zu dem Antriebssystem 420 geleitet wird);
Kühler 480 mit Verschluss 481 (z. B. für die Flüssigkeit-zu-Luft-Kühlung von Kühlmittel aus dem Antriebssystem 420);
Entgasungseinheit 432 (z. B. zum Entlüften von Kühlmittel und optional mit Filterung);
Ventil 433 (z. B. ein Rückschlagventil zum Steuern des Stroms zum Batteriesystem 440);
Mehrweg- (z. B. Zwei-, Drei-, Vier-, Fünf-Wege-) Ventil 434 (z. B. um ein Fluid wie Kühlmittel innerhalb des Batteriesystems 440 und zwischen dem Antriebssystem 420 und dem Batteriesystem 440 zu leiten);
Pumpe 444 (z. B. eine Kühlmittelpumpe für das Batteriesystem 440);
Energiespeichersystem 441 (z. B. des Batteriesystems 440);
Steuermodul (Control Module, CM) 442 (z. B. des Batteriesystems 440);
On-board-Ladegerät (OBC) 443 (z. B. des Batteriesystems 440);
Drossel 445 (z. B. um das Verhältnis des Kühlmittelflusses durch ESS 441 und OBC 443 zu beeinflussen);
Chiller 455 (z. B. mit dem Batteriesystem 440 verbunden oder Teil davon);
Steuerventil 456 (z. B. elektronische Expansionsventile);
Kompressor 453 (z. B. eines thermischen Kühlsystems);
Kondensator 451 mit Ventilator 452 (z. B. eines thermischen Kühlsystems);
Steuerventile 457 und 454 (z. B. Absperrventile mit Solenoiden);
Steuerventile 458 und 459 (z. B. thermische Expansionssteuerventile); und
Verdampfer 438 und 439 (z. B. eine Schnittstelle mit dem oder mit einem Teil des Innenraumluftsystems 430 bildend).

Wie veranschaulicht, schließt die thermische Architektur 400 einen Kühlmittelstrom, einen Kältemittelstrom und Luftströme ein. Zum Beispiel wird Kühlmittel (z. B. ein flüssiges Kühlmittel mit beliebigen geeigneten Zusatzstoffen) den Komponenten des Antriebssystems 420 und des Batteriesystems 440 bereitgestellt. In einem weiteren Beispiel wird Kältemittel an das Steuerventil 456 bereitgestellt, das mit dem Chiller 455 verbunden ist, um das Kühlmittel stromabwärts von ESS 441 zu kühlen und um die Ventile 458 und 459, die mit dem jeweiligen Verdampfer 438 und 439 verbunden sind, zu steuern, um Luft (z. B. bereitgestellt durch Gebläseventilatoren) zu kühlen. Zur Veranschaulichung kann Chiller 455 einen Flüssigkeit-zu-Flüssigkeit-Wärmetauscher (z. B. Kältemittel-Kühlmittel) einschließen, wobei der Kältemittelstrom, der Druck oder beides unter Verwendung des Steuerventils 456 (z. B. eines elektronisch gesteuerten Expansionsventils) gesteuert wird. Zur weiteren Veranschaulichung kann jeder der Verdampfer 438 und 439 einen Flüssigkeit-Gas-Wärmetauscher (z. B. Kältemittel-Luft) einschließen, wobei der Kältemittelstrom, der Druck oder beides unter Verwendung jeweiliger Steuerventile 458 und 459 (z. B. elektronisch gesteuerter thermischer Expansionsventile) gesteuert wird. In einigen Ausführungsformen ist ein Steuersystem, wie etwa die Steuerschaltung 310 des Systems 300 von 3, zum Beispiel konfiguriert, um Steuersignale zu erzeugen und an die Pumpe 427, die Pumpe 444, den Kompressor 453, den Ventilator 452, den Verschluss 481, die Gebläse (z. B. für Innenraumluft), das Steuerventil 458, das Steuerventil 459, das Steuerventil 457, das Steuerventil 454, das Steuerventil 456, das (Drei-Wege-) Ventil 434, das Ventil 428, beliebige andere geeignete Steuerkomponenten oder eine beliebige Kombination davon zu übertragen. In einigen Ausführungsformen ist ein Steuersystem, wie etwa die Steuerschaltung 310 des Systems 300 von 3, zum Beispiel konfiguriert, um Steuersignale zu erzeugen und an DC-DC-Wandler 421 und 422, Antriebseinheiten (z. B. FDUs 423 und 424, RDUs 425 und 426), ESS 441, OBC 443, CM 442, Entgasungseinheit 432 (die z. B. ein oder mehrere Ventile einschließen kann), beliebige andere geeignete Teilsysteme oder eine beliebige Kombination davon zu übertragen.
Die Pumpe 427 ist konfiguriert, um Kühlmittel durch das Antriebssystem 420 zu dem Kühler 480 und dann zu der Entgasungseinheit 432 zu pumpen. Wie veranschaulicht, schließt das Antriebssystem 420 Kühlkanäle ein, die durch beliebige geeignete Leitungen und Anschlüsse gekoppelt sind. Das Ventil 428 ist konfiguriert, um den Kühlmittelstrom durch die RDUs 425 und 426 zuzulassen oder zu unterbinden oder anderweitig zu steuern. In einigen Ausführungsformen schließt das Ventil 428 ein Zwei-Wege-Ventil ein, das konfiguriert ist, um auf Steuersignalen basierend geöffnet oder geschlossen zu werden. In einigen Ausführungsformen schließt das Ventil 428 ein Durchflusssteuerventil oder eine anderweitig steuerbare Drosselung (z. B. ein Proportionalventil, das vollständig oder teilweise schließt) ein, das konfiguriert ist, um den Anteil des Kühlmittelstroms durch die RDAs 425 und 426 und FDUs 423 und 424 auf Steuersignalen basierend einzustellen. Wie veranschaulicht, schließt die thermische Architektur 400 die DC-DC-Wandler 421 und 422 ein, die in Reihe mit mindestens einigen Antriebseinheiten (z. B. in Reihe mit den FDUs 423 und 424, wie veranschaulicht) angeordnet sind.
Wie veranschaulicht, kann ein paralleler Kreislauf von Kühlmittel in Abhängigkeit von zum Beispiel der Stellung des Ventils 434 durch das Ventil 433 strömen. In einigen Ausführungsformen kann (i) in einer ersten Position des Ventils 434 Kühlmittel durch das Ventil 433 in einer Richtung, wie veranschaulicht, zu dem Ventil 434 strömen und sich dann mit der Ausgabe des Kühlers 480 vereinen, und kann (ii) in einer zweiten Position des Ventils 434 Kühlmittel zum Einlass der Pumpe 444, zu ESS 441 und dann zu Chiller 455 und ACM 442, dann zu OBC 443, und dann über das Ventil 434 (z. B. ein Drei-Wege-Ventil) aus dem Batteriesystem 440 strömen. In einigen Ausführungsformen kann (i) in einer ersten Position des Ventils 434 Kühlmittel durch das Ventil 433 in eine Richtung, wie veranschaulicht, zu dem Ventil 434 strömen und sich dann mit der Ausgabe des Kühlers 480 vereinen, und kann (ii) in einer zweiten Position des Ventils 434, in einer zweiten Position des Ventils 434 Kühlmittel von dem Auslass des Chillers 455 und OBC 443 zu dem Ventil 434 und dann zu der Pumpe 444 strömen (z. B. gibt es in der zweiten Position wenig bis keinen Durchfluss durch das Ventil 433 und keinen Durchfluss zu der Entgasungseinheit 432 von dem Ventil 434). In einigen Ausführungsformen ist das Ventil 434 ein magnetbetätigtes Zweistellungsventil (ON1-ON2) oder Dreistellungsventil (z. B. ON1-OFF-ON2). In einigen Ausführungsformen schließt das Ventil 434 ein oder mehrere Durchflusssteuerventile (z. B. mit variablem Durchflusskoeffizienten) zum Steuern des Durchflusses oder eines Anteils des Durchflusses zwischen zwei Pfaden ein. In einigen Ausführungsformen wird, wie veranschaulicht, der Kühlmittelstrom in dem Kühlpfad 491 der Pumpe 444 bereitgestellt, und am Auslass der Pumpe 444 wird der Kühlmittelstrom getrennt, um sowohl eine Vielzahl von Batterien (z. B. von ESS 441) als auch OBC 443 zu kühlen.
Das Steuermodul 442 kann ein autonomes Steuermodul (Autonomous Control Module, ACM) einschließen, das konfiguriert ist, um Gesichtspunkte des autonomen Fahrzeugbetriebs, eines (XMM), zu steuern. In einigen Ausführungsformen schließt das Steuermodul 442 eine Anzeige, eine Benutzereingabe, eine Steuerschaltung, einen Speicher, eine Audioschnittstelle, eine Sensorschnittstelle, beliebige andere geeignete Komponenten oder eine beliebige Kombination davon ein.
Obwohl als separate, parallel gekoppelte Verdampfer 438 und 439 veranschaulicht, kann ein Kühlungssystem einen einzelnen Wärmetauscher (z. B. einen Verdampfer), zwei in Reihe gekoppelte Wärmetauscher oder jede andere geeignete Wärmetauscherkonfiguration gemäß der vorliegenden Offenbarung einschließen. Der Kompressor 453 kann jeden geeigneten Kompressortyp einschließen, der von einem Elektromotor (z. B. einem Induktionsmotor, einem geschalteten Reluktanzmotor oder einem anderen geeigneten Elektromotortyp) und einer entsprechenden Antriebselektronik der Steuerschaltung 310 (z. B. E/A 316 davon) angetrieben wird. Die Drehzahl des Kompressors 453 kann durch Steuern des Stroms in jeder Phase des Motors, der Spannung über jeder Phase des Motors oder einer Kombination davon im Zeitverlauf (z. B. unter Verwendung von Transistoren, einer Brückenschaltung, eines Frequenzumrichterantriebs oder unter Verwendung einer beliebigen anderen geeigneten Steuerhardware) gesteuert werden. Der Druck des Arbeitsfluids (d. h. des Kältemittels) steigt über den Kompressor 453 hinweg an, von einem Saugdruck am Einlass zu einem Auslassdruck stromabwärts. Der Kondensator 451 kann einen Flüssigkeit-zu-Luft-Wärmetauscher (z. B. einen Kühler) oder einen beliebigen anderen geeigneten Typ von Flüssigkeit-zu-Gas- oder Flüssigkeit-zu-Flüssigkeit-Wärmetauscher einschließen, der konfiguriert ist, um Wärme an eine Wärmeaufnahme (z. B. Umgebungsluft) abzugeben. Die Ventile 458, 459 und 456 sind konfiguriert, um den Druck und die Temperatur des Arbeitsfluids zu reduzieren (z. B. über einen Drosselungsprozess, der als Prozess mit konstanter Enthalpie oder nahezu konstanter Enthalpie approximiert wird), ohne eine Arbeitsinteraktion zu erfordern oder zu erzeugen. In einigen Ausführungsformen können die Ventile 458, 459 und 456 steuerbar sein (z. B. eine einstellbare Wirkfläche haben) oder eine feste Geometrie aufweisen (z. B. eine geometrisch feste Durchflussbegrenzung). Verdampfer 438 und 439 des thermischen Kühlsystems können einen Plattenwärmetauscher (z. B. in einer Kreuzstrom-, Gleichstrom- oder Gegenstromanordnung), einen Kanalwärmetauscher, einen Rohrbündelwärmetauscher, einen beliebigen anderen geeigneten Wärmetauscher oder eine beliebige Kombination davon einschließen. In einigen Ausführungsformen verfügen einer oder beide Verdampfer 438 und 439 über Steuerventile (z. B. Durchflusssteuerventile), die am Einlass, Auslass oder jeweils beiden oder beiden Strömen angeordnet sind, um eine oder mehrere Durchflussraten (z. B. von Kältemittel, Kühlmittel oder Luft) zu steuern.
Das Batteriesystem 440 schließt, wie veranschaulicht, mindestens einen Teil eines Batteriekühlungssystems mit einem oder mehreren Anschlüssen, Leitungen (z. B. Rohren, Rohrleitungen, Schläuchen), Ventilen, Pumpen und Wärmetauschern (z. B. Chiller 455) ein oder ist anderweitig damit verbunden. In einigen Ausführungsformen schließt das Batteriesystem 440 ein Flüssigkeitszirkulationssystem zum Kühlen eines oder mehrerer Batteriemodule (z. B. von ESS 441) ein, von denen jedes eine Vielzahl von Batteriezellen einschließt. Zum Beispiel schließt das Batteriesystem 440, wie veranschaulicht, die Pumpe 444 und die Wärmelasten (z. B. ESS 441, OBC 443, CM 442) ein, die Wärme mit dem Kühlmittel austauschen. In einigen Ausführungsformen ist die Steuerschaltung 310 von 3 oder ein anderes geeignetes Steuersystem konfiguriert, um die Durchflussmenge, den Druck oder beides, der/die durch die Pumpe 444 bereitgestellt wird/werden, einzustellen. Zum Beispiel kann die Pumpe 444 so gesteuert werden, dass die Durchflussrate bei steigender Wärmelast erhöht wird (z. B. für eine mit dem Motor gekoppelte Rotationspumpe kann die Drehzahl durch Erhöhen des Motorstroms/der Motordrehzahl erhöht werden). In einem weiteren Beispiel kann das Batteriekühlungssystem des Batteriesystems 440 ein oder mehrere Steuerventile zum Umlenken, Anpassen oder anderweitigen Steuern des Stroms in Abhängigkeit von der Wärmelast einschließen. Zur Veranschaulichung kann, wenn der Strombedarf des Akkupacks (z. B. ESS 441) zunimmt, auch der Kühlbedarf in kW steigen, um die Akkupacktemperatur innerhalb eines betriebsfähigen Bereichs (z. B. unterhalb eines Temperaturgrenzwerts zur Vermeidung von Überhitzung) zu halten. Zum Beispiel kann die Wärmeabgabe von ESS 441 von den Fahrbedingungen (z. B. Strombedarf an den Elektromotoren des Antriebsstrangs des Fahrzeugs), den Umgebungsbedingungen, einem oder mehreren Temperaturgrenzwerten (z. B. der Batteriezellen, der Batteriemodule, der Batteriekühlmitteltemperatur, der Antriebselektroniktemperatur oder einer anderen geeigneten Temperatur), einem anderen geeigneten Kriterium oder einer beliebigen Kombination davon abhängen. Es versteht sich, dass das Batteriekühlungssystem jede der veranschaulichten Komponenten, beliebige andere geeignete Komponenten, die nicht veranschaulicht sind, oder eine beliebige Kombination davon (z. B. wie im Zusammenhang mit 2-3 veranschaulicht und beschrieben) einschließen kann.
Das Innenraumluftsystem 430 kann das gleiche sein wie oder ähnlich sein wie oder als Teil des Innenraumluftsystems 140 von 1, der Innenraumluftanlage 240 von 2 oder der Innenraumluftanlage 370 von 3 eingeschlossen sein. In einigen Ausführungsformen schließt das Innenraumluftsystem 430 ein Luftzirkulationssystem zum Bereitstellen von temperaturgesteuerter Luft an eine Fahrgastzelle eines Fahrzeugs ein. Wie veranschaulicht, schließt das Innenraumluftsystem 430 beispielsweise ein oder mehrere Gebläse ein, die konfiguriert sind, um Luft durch die Wärmetauscher (z. B. die Verdampfer 438 und 439) zu blasen und Wärme mit diesen auszutauschen. In einigen Ausführungsformen wird das Gebläse durch die Steuerschaltung 310 von 3 basierend auf Eingaben von der Benutzerschnittstelle 306 (z. B. einer Position eines Drehknopfes), Eingaben von einer anderen Steuerung (z. B. einer zentralen Steuerung) oder Eingaben von einer anderen geeigneten Quelle gesteuert. In einigen Ausführungsformen können ein oder mehrere Durchflusssteuerventile (z. B. die Steuerventile 458 und 459), Umleitungsventile (z. B. Bypass-Ventile) oder Dämpfer mit den Verdampfer 438 und 439 gekoppelt sein, um den Kältemittelstrom und/oder den Luftstrom zu steuern. Zum Beispiel können die Wärmeübertragung, die Fluidtemperatur oder beides durch Steuern einer Durchflussrate durch die Verdampfer 438 und 439 gesteuert werden. In einigen Ausführungsformen können ein oder mehrere Durchflusssteuerventile eingeschlossen sein, um Durchflussraten durch die Verdampfer 438 und 439 (z. B. relative Durchflussraten, die Gesamtdurchflussrate oder anderweitig jede einzelne Durchflussrate) zu steuern. Es versteht sich, dass das Innenraumluftsystem 430 jede der veranschaulichten Komponenten, beliebige andere geeignete Komponenten, die nicht veranschaulicht sind, oder eine beliebige Kombination davon einschließen kann.
In einem veranschaulichenden Beispiel schließt das Antriebssystem 420, wie veranschaulicht, vier Antriebseinheiten (z. B. FDUs 423 und 424, RDUs 425 und 426) ein, in denen Wärme aus dem Stromfluss erzeugt werden kann. Während des normalen Betriebs der Elektromotoren der FDUs 423 und 424 sowie der RDUs 425 und 426 kann es zu einer strombedingten Wärmeerzeugung kommen. In einigen Ausführungsformen können überschüssige Ströme (z. B. bei Überschuss von Strömen während des normalen Betriebs) an die Elektromotoren (z. B. Phasen davon) angelegt werden, um den Stromfluss in den Elektromotoren mit oder ohne Beeinflussung des resultierenden Drehmoments der Elektromotoren zu erhöhen. Zum Beispiel kann für einen bestimmten Elektromotor oder Motoren des Antriebssystems 420 überschüssiger Strom angelegt werden, indem er weniger effizient (elektromechanisch) betrieben wird, um erhöhte Wärme aus Motorverlusten und/oder ohmschen Verlusten zu erzeugen.
5 zeigt ein Blockdiagramm einer veranschaulichenden thermischen Architektur 400 von 4 mit Instrumentierungsindikatoren gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Eine Instrumentierung kann Temperatursensoren, Drucksensoren, Durchflusssensoren, Stromsensoren, Spannungssensoren, Impedanzsensoren, beliebige andere geeignete Sensoren oder eine beliebige Kombination davon einschließen. Wie in 5 veranschaulicht, kann die Instrumentierung Folgendes einschließen:

Einlasstemperatur des Kühlers 480 (z. B. eine Kühlmitteltemperatur);
Auslasstemperatur des Antriebssystems 420 (z. B. eine Kühlmitteltemperatur);
eine Temperatur des Kühlers 480 (z. B. ein eingebetteter oder oberflächenmontierter Temperatursensor);
Einlasstemperatur des Ventil 434 (z. B. eine Kühlmitteltemperatur);
Auslasstemperatur der Entgasungseinheit 432 (z. B. eine Kühlmitteltemperatur);
Auslasstemperatur von ESS 441 (z. B. eine Kühlmitteltemperatur);
Einlasstemperatur des Chillers 455 (z. B. eine Kühlmitteltemperatur);
Temperatur und/oder Druck des Chillers 455 (z. B. Kältemitteltemperatur und/oder -druck, des Einlasses und/oder des Auslasses der Kältemittelseite des Chillers 455);
Einlasstemperatur und/oder -druck des Kompressors 453 (z. B. eine Kühlmitteltemperatur und/oder ein Kühlmitteldruck);
Auslasstemperatur und/oder -druck des Kondensators 451 (z. B. eine Kühlmitteltemperatur und/oder ein Kühlmitteldruck);
jeder andere geeignete Sensor oder jede Kombination davon.

In einigen Ausführungsformen kann die thermische Architektur 400 Sensoren zum Erfassen von Strom (z. B. in elektronischen Schaltungen), elektrischer Leistung, Temperatur (z. B. eines Kühlmittels einer Komponente) oder eine andere geeignete Eigenschaft des Antriebssystems 420 oder seiner Komponenten einschließen. Zum Beispiel können die DC-DC-Wandler 421 und 422, die Antriebseinheiten (z. B. FDUs 423 und 424, RDUs 425 und 426), die anderen Antriebselektroniken oder eine Kombination davon einen oder mehrere Stromsensoren und Spannungssensoren zum Bestimmen der Leistungsübertragung in dem Antriebssystem 420 einschließen. In einem weiteren Beispiel können Stromsensoren, Spannungssensoren, Temperatursensoren oder eine Kombination davon verwendet werden, um überschüssigen Strom und eine entsprechende Wärmeerzeugung zur Verwendung bei der Batterieerwärmung zu steuern.
In einem veranschaulichenden Beispiel kann ein System die Steuerschaltung 310 und die thermische Architektur 400 einschließen. Zum Beispiel kann das System eine Sensorschnittstelle (z. B. E/A 316 von 3) einschließen, die konfiguriert ist, um eine Vielzahl von Sensorsignalen (z. B. aus empfangenen Signalen von Sensoren 304) zu erzeugen, wobei die Vielzahl von Sensorsignalen mindestens ein Sensorsignal umfasst, das einer Fluidtemperatur entspricht. Das System kann auch eine Ausgabeschnittstelle einschließen, die konfiguriert ist, um mindestens ein Steuersignal (z. B. E/A 316 von 3) zu übertragen. Das System schließt eine Steuerschaltung (z. B. einen Teil oder die gesamte Steuerschaltung 310 von 3) ein, die mit der Sensorschnittstelle (z. B. E/A 316 von 3) und mit der Ausgabeschnittstelle (z. B. E/A 316 von 3) gekoppelt, oder in diese integriert oder anderweitig mit diesen kombiniert ist. Die Steuerschaltung kann konfiguriert sein, um die Vielzahl von Sensorsignalen von der Sensorschnittstelle zu empfangen (z. B. von E/A 316, empfangen von den Sensoren 304). Die Steuerschaltung kann konfiguriert sein, um zu veranlassen, dass Wärme von einem Antriebssystem (z. B. Antriebsstrangkomponenten 250 von 2, Antriebssystem 340 von 3 oder Antriebssystem 420 von 4) erzeugt wird, das durch ein Antriebskühlungssystem (z. B. Kühlmittelsystem 330 von 3) gekühlt wird. Die Steuerschaltung kann konfiguriert sein, um die Ausgabeschnittstelle (z. B. E/A 316 von 3) zu veranlassen, ein Steuersignal zum Steuern mindestens eines Steuerventils (z. B. des Kühlmittelsystems 220 von 2, des Kühlmittelsystems 330, des Batteriekühlungssystems 360 und/oder anderer Systeme 380 von 3) zu erzeugen, das den Strom von Fluid, wie Kühlmittel, zu dem Antriebskühlungssystem (z. B. dem Kühlmittelsystem 330 von 3) und zu einem Batteriekühlungssystem (z. B. dem Batteriesystem 230 von 2, dem Batteriekühlungssystem 360 von 3 oder dem Batteriesystem 440 von 4) steuert.
6 zeigt ein Blockdiagramm einer veranschaulichenden thermischen Architektur 400 von 4, betrieben in einem Kühlmodus (z. B. einer Kühlkonfiguration), gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. In dem Kühlmodus befindet sich das Ventil 434 in einer ersten Konfiguration, welche den Auslass des Chillers 455 mit dem Einlass der Pumpe 444 koppelt. Ferner bildet im Kühlmodus der Kühlmittelstrom in dem Batteriesystem 440 einen „Kühlkreislauf“ (z. B. Kühlpfad 498), der von der Kühlung des Antriebssystems 420 entkoppelt ist. Da zum Beispiel das Ventil 434 den Kühlpfad 498 von der Entgasungseinheit 432 und dem Batteriesystem 440 entkoppelt, fließt kein Kühlmittel durch das Ventil 433 (z. B. mit Ausnahme von Zusatzfluid, da es keinen Auslass aus dem Kühlpfad 498 zum primären Kühlpfad 499 gibt). In einem veranschaulichenden Beispiel kann der in 6 veranschaulichte Kühlmodus als „Normalmodus“ oder „Standardmodus“ bezeichnet werden, wobei der Chiller 455 verwendet wird, um Wärme abzuführen und/oder die Temperatur der Komponenten des Batteriesystems 440 zu regulieren.
7 zeigt ein Blockdiagramm einer veranschaulichenden thermischen Architektur 400 von 4, betrieben in einem Heizmodus (z. B. einer Heizkonfiguration), gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Im Heizmodus befindet sich das Ventil 434 in einer zweiten Konfiguration, die den Kühlmittelstrom durch das Ventil 433 mit dem Einlass der Pumpe 444 koppelt. Ferner wird im Heizmodus der Kühlmittelstrom in dem Batteriesystem 440 über das Ventil 433 von der Entgasungseinheit 432 bereitgestellt und ohne Kühlung durch den Chiller 455 an ESS 441 und OBC 443 bereitgestellt. Da zum Beispiel das Kühlmittel vor dem Chiller 455 von dem Ventil 433 zu der Pumpe 444 und dann zu ESS 441 und OBC 443 fließt, ist der Kühlmittelstrom in der Lage, diese Komponenten des Batteriesystems 440 (z. B. unter Verwendung von Wärmeenergie, die von dem Antriebssystem 420 bereitgestellt wird) zu erwärmen. Ferner fließt im Heizmodus das Kühlmittel aus dem Chiller 455, durch das Ventil 434, um sich wieder mit dem Kühlmittelstrom zu vereinen, der aus dem Kühler 480 austritt (z. B. aus dem Antriebssystem 420). Dementsprechend stellt der Chiller 455 im Heizmodus keine direkte Kühlung des Kühlmittels bereit, das verwendet wird, um Wärme von ESS 441 und OBC 443 abzuführen. In einem veranschaulichenden Beispiel kann der in 7 veranschaulichte Heizmodus als „Mischmodus“ bezeichnet werden, wobei dem Steuerventil 456 ein Steuersignal bereitgestellt wird, sodass der Chiller 455 die Wärme nicht wesentlich abführt und/oder die Temperatur der Komponenten des Batteriesystems 440 nicht wesentlich reguliert. Zur Veranschaulichung kann eine Ausgabeschnittstelle (z. B. COMM 318) konfiguriert sein, um ein Steuersignal an das Steuerventil 434 zu erzeugen, das konfiguriert ist, um den Strom eines Fluids von dem Antriebssystem 420 zu dem Batteriesystem 440 zu leiten, um die Wärme zu übertragen (z. B. wird die Wärme durch das Fluid übertragen).
In einem veranschaulichenden Beispiel ist ein Rückschlagventil (z. B. Ventil 433), das in dem Kühlpfad 491 (z. B. einem ersten Kühlpfad), der einem Batteriekühlungssystem (z. B. dem Batteriesystem 440) entspricht, parallel zu dem Kühlpfad 492 (z. B. einem zweiten Kühlpfad), der dem Antriebssystem 420 entspricht, angeordnet, wobei das Rückschlagventil den Kühlmittelstrom von einer Entgasungseinheit (z. B. der Entgasungseinheit 432) zu dem Batteriekühlungssystem (z. B. dem Batteriesystem 440) ermöglicht. In einem weiteren veranschaulichenden Beispiel ermöglicht ein Drei-Wege-Ventil (z. B. Ventil 434), das zwischen dem Batteriekühlungssystem (z. B. dem Batteriesystem 440) und der Entgasungseinheit (z. B. der Entgasungseinheit 432) angeordnet ist, dem Kühlmittelstrom in den Kühlpfad 498, der entweder mit dem Kühlpfad 499 gekoppelt oder von diesem entkoppelt ist, weiterzufließen.
In einigen Ausführungsformen ist ein Steuersystem (z. B. die Steuerschaltung 310 des Systems 300 von 3) konfiguriert, um zwischen einem Kühlmodus (z. B. Normalmodus oder Standardmodus), einem Heizmodus (z. B. Mischmodus) und/oder weiteren Modi zu wählen, indem ein geeignetes Steuersignals erzeugt und das Steuersignal an eine oder mehrere Steuerkomponenten (z. B. ein Drei-Wege-Ventil, das in 4-7 als Ventil 434 veranschaulicht ist) zu übermitteln. Beispielsweise kann Kühlmittel von ESS 441 zu Chiller 455 und zu CM 442 (z. B. XMM, ACM oder beiden) strömen. Ferner kann Kühlmittel aus CM 442 und OBC 443 strömen, um sich mit dem Kühlmittel zu vereinen, das aus dem Chiller 455 zurückströmt, und dann aus dem Chiller 455, dem OBC 443 und dem CM 442 zusammenströmen, um zu einem Drei-Wege-Ventil (z. B. Ventil 434, wie veranschaulicht) zurückzuströmen. Im Heizmodus oder „Mischmodus“ (z. B. veranschaulicht in 7) erzeugt das Steuersystem ein Steuersignal, dass das Drei-Wege-Ventil (z. B. Ventil 434) veranlasst, den Kühlmittelstrom zur Entgasungseinheit 432 zu leiten, wobei das Kühlmittel dann durch ein Rückschlagventil (z. B. Ventil 433) zur Pumpe 444 zurückströmt, das einen Strom in die entgegengesetzte Richtung verhindert (z. B. kann der Strom nur in Pfeilrichtung erfolgen, also nach unten, wie in 4-7 veranschaulicht). Zur Veranschaulichung kann der Mischmodus für die Batterieheizung, die Entlüftung oder einen anderen geeigneten Zweck oder eine Kombination von Zwecken verwendet werden. In dem Mischmodus kann Wärme im Antriebssystem 420 durch Anlegen von überschüssigem Strom an Phasen des Motors erzeugt werden (z. B. internes Kurzschließen des Motors), um ohmsches Erhitzen zu erzeugen. Zum Beispiel kann die Steuerschaltung ein Pulsweitenmodulationssignal oder ein anderes geeignetes Steuersignal zum Steuern von Phasenströmen der elektrischen Maschinen des Antriebssystems 420 erzeugen. Überschüssiger Strom bezieht sich auf einen Strom, der über den hinausgeht, der normalerweise erforderlich ist, um ein gewünschtes Drehmoment oder eine Kraft im Motor zu erzeugen. Zum Beispiel kann überschüssiger Strom angelegt werden, um den Gesamtstrom zu erhöhen, der in die elektrischen Maschinen (z. B. Elektromotoren) abgeführt wird, während das resultierende Drehmoment oder die durch den Elektromotor bereitgestellte Kraft nicht notwendigerweise erhöht wird (z. B. muss der Nettoeffekt des überschüssigen Stroms in den Motorphasen das Drehmoment nicht erhöhen).
In einem veranschaulichenden Beispiel ist der Kühlmittelstrom in der thermischen Architektur 400 nicht auf eine Reihenanordnung beschränkt. Zum Beispiel ermöglichen die Komponenten der thermischen Architektur 400 und die Anordnung davon das Weglassen einer separaten Heizung für Komponenten des Batteriesystems 440, die Verwendung des Antriebssystems 420 zum Erwärmen von Komponenten des Batteriesystems 440 (z. B. zum Erwärmen von Batteriezellen von ESS 441 und/oder der Antriebselektronik von OBC 443), und das Erreichen von verschiedenen Betriebsmodi.
In einigen Ausführungsformen wird Wärme von dem Antriebssystem 420 verwendet, um die Batteriezellen von ESS 441 bei kalten Klimabedingungen zu erwärmen. Zum Beispiel kann während des Erhitzens (z. B. im Mischmodus) der Verschluss 481 ausgeschaltet werden (z. B. geschlossen) und das Steuerventil 456 würde ebenfalls geschlossen werden (z. B. um eine Kühlung durch den Chiller 455 zu verhindern), wodurch diese Wärmeableitungspfade abgeschaltet werden. Zusätzlich wird durch paralleles Betreiben (z. B. Mischmodus) beider Kühlpfade 491 und 492 (z. B. Kühlkreisläufen), wobei die Ausgangsströme miteinander gemischt werden, die Wärme von dem Antriebssystem 420 auf Komponenten des Batteriesystems 440 übertragen. Ein interner Kurzschluss oder eine anderweitig ineffiziente Art des Antreibens von Motoren des Antriebssystems 420 kann verwendet werden, um zu veranlassen, dass zusätzliche Wärme in dem Antriebssystem 420 erzeugt wird, die dann bereitgestellt werden kann, um Komponenten des Batteriesystems 440 aufzuwärmen. In einigen Ausführungsformen kann ein anderer Mischmodus (z. B. ein zusätzlicher Modus) ausgewählt werden, wobei die von den Komponenten des Batteriesystems 440 abgegebene Wärme an den Chiller 455 (z. B. unter Verwendung des Steuerventils 456) und den Kühler 480 (z. B. unter Verwendung von Verschluss 481) übertragen wird, sodass die Wärme auf zwei verschiedene Arten abgeführt wird (z. B. wenn die Pumpe 427 nicht eingeschaltet ist oder anderweitig nicht nennenswert Kühlmittel pumpt).
In einem veranschaulichenden Beispiel kann ein System eine Steuerschaltung (z. B. einen Teil oder die gesamte Steuerschaltung 310 von 3) einschließen, die ferner konfiguriert ist, um aus einem ersten Modus und einem zweiten Modus auszuwählen, wobei der erste Modus (siehe z. B. 7) dem Erwärmen eines Batteriesystems entspricht und der zweite Modus dem Kühlen des Batteriesystems entspricht (siehe z. B. 6). Zur Veranschaulichung veranlasst die Steuerschaltung als Reaktion auf das Auswählen des ersten Modus, dass die Wärme in einem Antriebssystem erzeugt wird, indem überschüssiger Strom an Phasen von mindestens einem Elektromotor des Antriebssystems (z. B. Antriebsstrangkomponenten 250 von 2, Antriebssystem 340 von 3 oder Antriebssystem 420 von 4) angelegt wird. Die Wärme wird durch den Kühlmittelstrom auf das Batteriesystem (z. B. Batteriesystem 350 von 3 oder Batteriesystem 440 von 4) übertragen. Der erste Modus und der zweite Modus können einer ersten Konfiguration und einer zweiten Konfiguration (z. B. basierend auf dem Ventil 434 und beliebigen anderen geeigneten Komponenten) entsprechen.
In einem weiteren veranschaulichenden Beispiel kann ein System einen kombinierten Modus implementieren, der Gesichtspunkte des Kühlmodus (z. B. 6) und Heizmodus (z. B. 7) kombiniert. Zum Beispiel kann das System den Strom durch jede Auslassöffnung des Ventils 434 (z. B. den Anschluss, der mit der Entgasungseinheit 432 gekoppelt ist, und den Anschluss, der mit dem Batteriesystem 440 gekoppelt ist) einstellen. Um es zu veranschaulichen, in einem kombinierten Modus wird ein Teil des Stroms, der in das Ventil 434 eintritt, zu der Entgasungseinheit 432 geleitet und der Rest des Stroms wird zu dem Batteriesystem 440 geleitet. Dementsprechend kann das Ventil 434 ein Zweistellungsventil, ein Proportionalventil (z. B. zum Steuern des Stroms zu zwei Auslassanschlüssen) sein oder mehr als ein Ventil einschließen, um den Strom zwischen Strömungspfaden zu verteilen.
8 ist ein Flussdiagramm eines veranschaulichenden Prozesses 800 zum thermischen Regeln, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Zur Veranschaulichung können die veranschaulichenden Schritte des Prozesses 800 von der thermischen Architektur 200 von 2, dem Fahrzeug 100 von 1 (z. B. einem Steuersystem davon), der Steuerschaltung 310 von 3 (und beliebigen geeigneten zusätzlichen Systeme von 3 oder anderweitig) durchgeführt werden.
Die Schritte 801-803 schließen das Empfangen einer jeweiligen Eingabe für die Innenraumkühlung, die Batteriekühlung, die Antriebseinheitskühlung oder eine Kombination davon ein. Eingaben können von einer Schnittstelle (z. B. einer Benutzerschnittstelle), einer anderen Steuerung, einem anderen Algorithmus oder einem Satz von Anweisungen, einem Mobilgerät, einem Speicher (z. B. aus dem Speicher abgerufen), einer beliebigen anderen geeigneten Quelle oder einer beliebigen Kombination davon empfangen werden. Zum Beispiel wird in einigen Ausführungsformen die Eingabe von einer Benutzerschnittstelle, einer zentralen Steuerung, einer anderen Steuerschaltung oder einer Kombination davon empfangen. In einem weiteren Beispiel kann das Innenraumkühlziel durch einen Fahrzeuginsassen unter Verwendung einer Benutzerschnittstelle ausgewählt werden, während das Batteriekühlziel durch eine Steuerschaltung basierend auf einer Temperatur und/oder Wärmelast des Batteriesystems bestimmt werden kann. In einigen Ausführungsformen schließt die Eingabe eine Temperatureinstellung (z. B. eine Luft-, Kühlmittel-, Kältemittel- oder Komponententemperatur), eine Kühleinstellung (z. B. eine Energiemenge, eine Leistung oder einen Arbeitszyklus), eine Angabe eines Betriebsmodus (z. B. „niedrig“, „hoch“, eine numerisch indizierte Einstellung oder eine andere vorgegebene Diskretisierung des Betriebs), eine beliebige andere Eingabeart oder eine beliebige Kombination davon ein. In einigen Ausführungsformen kann das System mehr als eine Eingabe empfangen, wie beispielsweise ein Innenraumluftziel, ein Batteriekühlungssystemziel und ein Fahrsystemkühlungsziel. In einigen Ausführungsformen kann das System eine Warteschlange von Eingaben erzeugen, die nach Priorität, zeitlicher Abfolge (z. B. in der Reihenfolge des Empfangs) oder einer Kombination davon geordnet sind. Das System kann konfiguriert sein, um Eingaben zu einem bestimmten Zeitpunkt oder mit einer bestimmten Häufigkeit zu empfangen, Eingaben zu empfangen, wie sie an das System übertragen werden, als Reaktion auf ein Ereignis oder eine Kombination davon. In einigen Ausführungsformen muss das System die Schritte 801-803 nicht durchführen und kann die Zielwerte auf einem anderen geeigneten Kriterium basierend bestimmen.
Schritt 804 schließt das Auswählen eines Betriebsmodus (z. B. eines Kühl- oder Heizmodus) ein. In einigen Ausführungsformen basiert das Auswählen des Kühlmodus auf der Eingabe der Schritte 801. In einigen Ausführungsformen wählt das System den Kühlmodus basierend auf den Kühlbedarf zu diesem Zeitpunkt aus. Wenn zum Beispiel eine gewünschte Batterietemperatur höher ist als eine aktuelle Temperatur der Batterien, kann das System einen Heizmodus auswählen, um den Batterien Wärme bereitzustellen, um ihre Betriebstemperatur zu erhöhen. In einem weiteren Beispiel kann, wenn eine gewünschte Batterietemperatur geringer ist als eine aktuelle Temperatur der Batterien, das System einen Kühlmodus auswählen, um Wärme von den Batterien abzuführen, um ihre Betriebstemperatur zu senken. In einigen Ausführungsformen kann Schritt 804 das Auswählen eines Modus aus einer Vielzahl von Modi, wie aus einem ersten Modus und einem zweiten Modus, einschließen. Es versteht sich, dass die Modi gemäß der vorliegenden Offenbarung als erster und zweiter Modus (z. B. oder jede andere geeignete Indexierung), Heiz- und Kühl-, Standard- und Hilfsmodus oder jede andere geeignete Bezeichnung bezeichnet werden können. Zum Beispiel können sich der erste und der zweite Modus auf bestimmte Konfigurationen eines Systems beziehen, die durch einen numerischen Identifikator indexiert sind, der eine Hierarchie der Modi implizieren oder dieser entsprechen kann, aber nicht muss.
Schritt 806 schließt das Bestimmen eines gewünschten Betriebsparameterwerts ein. In einigen Ausführungsformen basiert das Bestimmen eines gewünschten Betriebsparameterwerts auf den Eingaben der Schritte 801-803, dem Betriebsmodus von Schritt 804 oder einer Kombination davon. In einigen Ausführungsformen kann das System für jede empfangene Eingabe einen gewünschten Betriebsparameterwert (z. B. einen Zielwert) bestimmen. In einigen Ausführungsformen kann das System basierend auf allen empfangenen Eingaben einen gewünschten Betriebsparameterwert bestimmen. Zum Beispiel kann das System einen Zielwert (z. B. eine(n)
Zieltemperatur, -druck, -wellendrehzahl, -wärmeübertragungsmenge, -strom, -spannung) bestimmen und eine oder mehrere Komponenten steuern, um die Temperatur und die Kühlleistungsanforderung(en) auszugleichen.
Schritt 808 schließt das Bestimmen von Komponenten- und Systemzuständen ein. In einigen Ausführungsformen kann das System zum Beispiel Ventilstellungen, Werte relativ zu einem Schwellenwert, Betriebsbereichsidentifikatoren, einen Ein/Aus-Zustand einer oder mehrerer Komponenten, die innerhalb eines oder mehrerer diskreter Betriebsregime, eines beliebigen anderen geeigneten Zustands oder einer beliebigen Kombination davon arbeiten, zu bestimmen.
Schritt 810 schließt das Messen eines Betriebsparameters eines oder mehrerer Teilsysteme ein. In einigen Ausführungsformen erfasst das System einen oder mehrere Betriebsparameter zur Verwendung als Rückkopplungssignal an eine Rückkopplungssteuerung zum Erzeugen eines Vorwärtskoppelungssignals oder anderweitig zum Erzeugen eines Steuersignals. Zur Veranschaulichung kann das System einen oder mehrere Sensoren (z. B. die Sensoren 304 von 3) verwenden, um einen Druck (z. B. einen Fluiddruck, einen Saugdruck oder einen anderen geeigneten Druck), eine Temperatur (z. B. eine Fluidtemperatur, eine Umgebungstemperatur, eine Komponententemperatur oder eine andere geeignete Temperatur), eine Wellendrehzahl (z. B. einer Motorwelle, einer Kompressorwelle oder einer Ventilatorwelle), einen anderen geeigneten Parameter oder eine beliebige Kombination davon zu erfassen. Das System kann Schritt 810 fortlaufend, mit einer vorgegebenen Häufigkeit, als Reaktion auf ein Ereignis oder eine Kombination davon während der Durchführung anderer Schritte des Prozesses 800 ausführen. Zum Beispiel kann das System ein oder mehrere Sensorsignale überwachen und das eine oder die mehreren Sensorsignale für eine Rückkopplungssteuerung abtasten, sofern der Betriebsmodus oder die Steuerungstechnik auf einem Rückkopplungssignal beruht. Zur Veranschaulichung kann das System ein Sensorsignal (z. B. von den Sensoren 304 von 3) empfangen und einen Wert basierend auf dem Sensorsignal und einem Sollwert (z. B. einer Differenz davon) vergleichen, um ein Steuersignal zu bestimmen.
Schritt 812 schließt das Erzeugen mindestens eines Steuersignals, das einem oder mehreren Teilsystemen entspricht, ein. In einigen Ausführungsformen erzeugt das System das Steuersignal basierend auf dem bei Schritt 806 bestimmten gewünschten Betriebsparameterwert. In einigen Ausführungsformen kann das System in Schritt 806 einen Zielwert für den Kompressorsaugdruck, eine Zieltemperatur (z. B. eine Fluidtemperatur, eine Verdampfertemperatur, eine Komponententemperatur), einen Zieldruck, eine Zielkühlleistung, eine Zielwellendrehzahl, eine Zielheiz- oder Kühllast oder eine Kombination davon bestimmen und dann in Schritt 812 das Steuersignal basierend auf dem Zielwert, einem Messwert, einem Referenzwert, einer beliebigen anderen geeigneten Information oder einer beliebigen Kombination davon (z. B. eine Differenz zwischen einem Zielwert und einem Messwert) erzeugen. In Schritt 812 kann das System ein analoges Signal, ein Pulsweitenmodulationssignal, ein Pulsdichtemodulationssignal, ein digitales Signal, ein Signal, das einen Text oder eine Nachricht angibt, jedes anderes geeignetes Signal oder eine beliebige Kombination davon erzeugen. Zum Beispiel kann das System jedes geeignete Steuersignal erzeugen und das Steuersignal an eine Motorsteuerung (z. B. Motorantriebselektronik) übertragen. In einem weiteren Beispiel kann das Steuersignal eine Zielvorgabe für die Kompressordrehzahl, eine Zielvorgabe für die Pumpendrehzahl, eine Ventilstellung, einen Ventilzustand oder einen anderen geeigneten Betriebsparameter oder -zustand angeben. In einigen Ausführungsformen wendet das System eine Vorwärtskoppelungssteuerung, eine Rückkopplungssteuerung, jede andere geeignete Steuerung oder eine Kombination davon an. Zum Beispiel kann das System basierend auf einer oder mehreren Eingaben eine Vorwärtskoppelungssteuerung anwenden, eine Rückkopplungssteuerung basierend auf einem Messwert anwenden oder beide anwenden und das Steuersignal sowohl auf der Vorwärtskoppelungssteuerung als auch auf der Rückkopplungssteuerung basierend erzeugen. Zur Veranschaulichung kann das System die Vorwärtskoppelungssteuerung einsetzen, um Störungen entweder des Innenraumluftsystems oder des Batteriesystems zu berücksichtigen, um zu vermeiden, dass der Kompressor ein/ausgeschaltet wird oder dass beispielsweise die Innenraumlufttemperatur schwankt. Das Innenraumluftsystem, das Batteriesystem, das Antriebssystem und das Kühlsystem können jeweils über entsprechende Steuerungen verfügen, die in Schritt 812 Steuersignale erzeugen.
Schritt 814 schließt das Veranlassen, dass das/die Steuersignal(e) von Schritt 812 an ein oder mehrere Teilsysteme angelegt werden, ein. In einigen Ausführungsformen erzeugt das System das Steuersignal bei Schritt 812 und überträgt das Signal bei Schritt 814, um die Steuerung eines Teilsystems zu beeinflussen. In einigen Ausführungsformen schließt das System zum Beispiel eine E/A-Schnittstelle (z. B. E/A 316 von 3) zum Übertragen des Steuersignals ein. In einigen Ausführungsformen können die Schritte 812 und 814 kombiniert werden, wobei das System das Steuersignal als Teil eines einzelnen Vorgangs erzeugen und anwenden kann. Das Steuersignal kann zum Beispiel veranlassen, dass das Batteriesystem gekühlt oder erwärmt wird, dass das Antriebssystem gekühlt wird oder Wärme bereitstellt, oder dass die von den Innenraumluftsystem bereitgestellte Luft gekühlt wird.
In einem veranschaulichenden Beispiel kann Prozess 800 durch ein beliebiges der hierin offenbarten Systeme implementiert werden. Zum Beispiel kann das System ein Antriebsstrangkühlungssystem zum Bereitstellen einer Kühlung an einen Antriebsstrang mit mindestens einem Elektromotor (z. B. Antriebsstrangkomponenten 250 von 2, Antriebssystem 340 von 3 oder Antriebssystem 420 von 4) einschließen. Das System kann ein Innenraumluftsystem (z. B. das Innenraumluftsystem 240 von 2, das Innenraumluftsystem 370 von 3, das Innenraumluftsystem 430 von 4) einschließen, das einer Fahrgastzelle klimatisierte Luft bereitstellt. Das System kann ein Batteriesystem oder ein Teilsystem davon (z. B. Batteriesystem 230 von 2, Batteriekühlungssystem 360 von 3, Batteriesystem 440 von 4) zum Bereitstellen einer thermischen Wechselwirkung mit den Batterien eines Batteriesystems einschließen. Das System kann ein Kühlsystem (z. B. Kühlsystem 210 von 2, Kühlsystem 320 von 3, geeignete Komponenten von 4) zum Bereitstellen einer Kühlung an das Innenraumluftsystem und an das Batteriesystem einschließen. Das System kann eine Steuerschaltung zum Auswählen zwischen einem ersten Modus, der dem Erwärmen des Batteriesystems entspricht, und einem zweiten Modus, der dem Kühlen des Batteriesystems entspricht (z. B. in Schritt 804), einschließen. Die Steuerschaltung kann konfiguriert sein, um als Reaktion auf das Auswählen des ersten Modus mindestens ein Steuersignal zum Steuern mindestens eines Steuerventils (z. B. des Kühlmittelsystems 220 von 2, des Kühlmittelsystems 330 von 3 oder geeigneter Komponenten von 4) zu erzeugen (z. B. in Schritt 812), um einen Fluidstrom an das Batteriekühlungssystem (z. B. des Batteriesystems 230 von 2, des Batteriekühlungssystems 360 von 3, des Batteriesystems 440 von 4) und das Antriebssystem (z. B. des Kühlmittelsystems 220 oder der Antriebsstrangkomponenten 250 von 2, des Antriebssystems 340 von 3 oder des Antriebssystems 420 von 4) zu verteilen. Die Steuerschaltung kann konfiguriert sein, um das Antriebssystem (z. B. die Antriebsstrangkomponenten 250 von 2, das Antriebssystem 340 von 3 oder das Antriebssystem 420 von 4) zu veranlassen, im ersten Modus Wärme zu erzeugen (z. B. in Schritt 814), wobei mindestens ein Teil der Wärme über den Fluidstrom (z. B. Kühlmittelstrom) an das Batteriesystem (z. B. das Batteriesystem 230 von 2, das Batteriekühlungssystem 360 von 3, das Batteriesystem 440 von 4) übertragen wird. In einigen Ausführungsformen ist die Steuerschaltung (z. B. die Steuerschaltung 310 von 3) ferner konfiguriert, um als Reaktion auf das Auswählen des zweiten Modus mindestens ein Steuersignal zum Steuern mindestens eines Steuerventils (z. B. Ventil 434) zu erzeugen (z. B. in Schritt 812), um (a) den Fluidstrom zu dem Antriebskühlungssystem eines Antriebssystems zu leiten und (b) das Batteriesystem von dem Antriebssystem zu isolieren. In einigen Ausführungsformen ist das System (z. B. Steuerschaltung 310 von 3 oder andere geeignete Steuerschaltung) ferner konfiguriert, um die Wärme durch Anlegen von überschüssigem Strom an Phasen des mindestens einen Elektromotors des Antriebssystems (z. B. Antriebsstrangkomponenten 250 von 2, Antriebssystem 340 von 3 oder Antriebssystem 420 von 4) zu erzeugen. Zur Veranschaulichung kann die erzeugte Wärme die normalerweise ohne überschüssigen Strom erzeugte Wärme übersteigen (z. B. bezieht sich der Normalbetrieb auf eine Motorsteuerung, die nicht konfiguriert ist, um die erzeugte Wärmemenge zu erhöhen und somit das Anlegen von geringeren Strömen als mit überschüssigem Strom einschließt). Zur weiteren Veranschaulichung kann der Antriebsstrang eine Vielzahl von Elektromotoren (z. B. mehr als einen Elektromotor, wie etwa zwei oder vier Elektromotoren) einschließen, die über eine entsprechende Antriebselektronik verfügen, und Wärme kann von jedem Motor und jeder Antriebselektronik erzeugt werden. In einigen Ausführungsformen mit einer Vielzahl von Motoren kann im Vergleich zu Konfigurationen mit einem einzelnen Motor relativ mehr Wärme erzeugt werden. Beispielsweise kann bei Antriebssträngen mit einer Vielzahl von Motoren das Potenzial bestehen, im Vergleich zu einem Antriebsstrang mit einem einzelnen Motor relativ mehr Wärme zu erzeugen. In einem weiteren Beispiel kann die Steuerschaltung (z. B. die Steuerschaltung 310 von 3) konfiguriert sein, um ein oder mehrere Steuersignale (z. B. ein Steuersignal, mehr als ein Steuersignal, eine Vielzahl von Steuersignalen) zum Erzeugen von Wärme in einem oder mehreren Motoren (z. B. des Antriebssystems 340 von 3) zu erzeugen. Zur Veranschaulichung kann die Steuerschaltung vier Steuersignale erzeugen, um vier Motoren zu betreiben (z. B. um Wärme in den vier Motoren zu erzeugen, um ein Drehmoment in den vier Motoren zu erzeugen). Zur weiteren Veranschaulichung, kann Wärme von einem Motor oder mehr als einem Motor (z. B. zwei Motoren, drei Motoren, vier Motoren oder anderweitig einer Vielzahl von Motoren) während des Erwärmens auf das Fluid und auf das Batteriesystem übertragen werden.
In einem weiteren veranschaulichenden Beispiel kann das System in den Schritten 812 und 814 ein oder mehrere Steuersignale erzeugen und an das mindestens eine Steuerventil (z. B. Ventil 434 und/oder andere geeignete Ventile) übermitteln, das ein Drei-Wege-Ventil mit einem Einlass, der einem Auslass eines mit dem Batteriesystem verbundenen Chillers entspricht, und alternative Auslässe, die (i) einer Entgasungseinheit und (ii) einem Einlass einer Pumpe des Batteriesystems entsprechen (z. B. wie in 6-7 veranschaulicht), einschließen kann. In einigen Ausführungsformen schließt das System ein Rückschlagventil ein, das zwischen einer Entgasungseinheit und dem Batteriesystem angeordnet ist, um den Fluidstrom in einer Richtung zu dem Batteriesystem von der Entgasungseinheit zu begrenzen.
In einem weiteren veranschaulichenden Beispiel kann das System in den Schritten 812 und 814 ein Steuersignal erzeugen und an einen Verschluss (z. B. Verschluss 481 von 4) senden, der dazu konfiguriert ist, den Luftstrom durch einen Kühler zu leiten, der stromabwärts des Antriebskühlungssystems angeordnet ist, um die Wärmeübertragung von dem Kühler (z. B. Kühler 480 von 4) zu beeinflussen. Wenn der Luftstrom durch den Verschluss und über den Kühler zunimmt, steigt auch der konvektive Wärmeübertragungskoeffizient. Dementsprechend kann abhängig von den relativen Werten der Kühltemperatur (z. B. basierend auf der Kühlmitteltemperatur) und der Lufttemperatur Wärme zu oder von der Luft und dem Kühler strömen. Durch Öffnen des Verschlusses wird die Wärmeübertragung zwischen dem Kühler und der Luft im Allgemeinen erhöht.
In einem weiteren veranschaulichenden Beispiel wird in dem zweiten Modus, wie in Schritt 804 ausgewählt, der Kühlmittelstrom von einer Entgasungseinheit (z. B. der Entgasungseinheit 432 von 4) zu einer Pumpe (z. B. Pumpe 427 von 4), von der Pumpe zu dem Antriebssystem (z. B. Pumpe 427 und Antriebssystem 420 von 4), von dem Antriebssystem zu einem Kühler (z. B. Kühler 480 von 4) und von dem Kühler zurück zur Entgasungseinheit geleitet. In dem zweiten Modus (z. B. veranschaulicht in 6) strömt der Kühlmittelstrom durch das Antriebssystem 420 in einem Kreislauf (z. B. Kühlpfad 499 von 6) durch den Kühler 480 und die Entgasungseinheit 432, während ein Chiller (z. B. Chiller 455) das Batteriesystem (z. B. ESS 441) über einen separaten Kreislauf (z. B. Kühlpfad 498 von 6) unter Verwendung des Kühlsystems, das auch in der Lage ist, den Innenraum (z. B. Innenraumluftsystem 240 von 2, das Innenraumluftsystem 370 von 3, das Innenraumluftsystem 430 von 4) zu kühlen, kühlt. In dem ersten Modus (z. B. veranschaulicht in 7), wie in Schritt 804 ausgewählt, wird der Fluidstrom von der Entgasungseinheit zu einem ersten Pfad, der dem Batteriesystem oder dessen Kühlkomponenten entspricht (z. B. dem Batteriesystem 440 von 4), und zu einem zweiten Pfad, der dem Antriebssystem (z. B. Antriebssystem 420) und dem Kühler (z. B. Kühler 480) entspricht, geleitet. Im ersten Modus vereinen sich der erste Pfad und der zweite Pfad vor dem Einlass der Entgasungseinheit (z. B. der Entgasungseinheit 432 von 4) und teilen sich dann nach der Entgasungseinheit auf (z. B. unter Verwendung des Ventils 433, das ein Rückschlagventil sein kann).
In einem weiteren veranschaulichenden Beispiel kann das System eine Steuerschaltung einschließen, die konfiguriert ist, um eine Vielzahl von Sensorsignalen (z. B. bei E/A 316 von 3) von Sensoren (z. B. Sensoren 304 von 3) zu empfangen, die für das Erfassen einer maximalen Temperatur vor dem Kühlen mit dem Kühler (z. B. dem Kühler 480 von 4) positioniert sind. Das System oder dessen Steuerschaltung kann konfiguriert sein, um eine Gesamtwärme basierend auf der maximalen Temperatur zu bestimmen, die von den Sensoren 304 gemessen werden kann, die einen Kühlmittel-T-Sensor von 5 einschließen können, der stromaufwärts des Kühlers 480 angeordnet ist. Das System oder dessen Steuerschaltung kann auch konfiguriert sein, um den Kühler und/oder einen Verschluss zu steuern, um eine Kühlmitteltemperatur basierend auf der Gesamtwärme in einem gewünschten Bereich zu halten. Zum Beispiel kann die Steuerschaltung ein Steuersignal erzeugen, um den Verschluss unter Verwendung eines Motors oder eines anderen Aktuators zu öffnen oder zu schließen. Wenn sich der Verschluss öffnet oder schließt, wird der Luftstrom durch den Kühler jeweils erhöht oder verringert.
In einigen Ausführungsformen schließt das System ein Zwei-Wege-Ventil in Reihe mit den RDUs (z. B. RDUs 425 und 426 von 4) ein. In einigen Ausführungsformen vermeidet das System eine dedizierte Heizung für das Batteriesystem (z. B. ESS 441) und verwendet stattdessen ein 3-Wege-Ventil, um (i) eine passive Batterieerwärmung während der Fahrt, und (ii) eine aktive Erwärmung (z. B. während des Warmlaufens oder bei kaltem Wetter) bereitzustellen, indem es Anforderungen an die Motoren sendet, mit zusätzlichem Strom zu laufen, um Wärme zu erzeugen (z. B. bis zu 5 KW oder mehr), die hierin als überschüssige Wärme bezeichnet werden kann (z. B. über die Wärme hinaus, die beim Erreichen eines gewünschten Drehmoments mit einem bestimmten Motor oder bestimmten Motoren entsteht). Zum Beispiel muss das System im Normalbetrieb keine überschüssige Wärme erzeugen und kann so konfiguriert sein, dass Ströme minimiert werden, um die Erwärmung durch Verluste zu minimieren. Ferner können aktuelle überschüssige Ströme angelegt werden, um im Vergleich zum normalen Betrieb zusätzliche Wärme zu erzeugen, ohne ein Motordrehmoment signifikant zu beeinflussen. In einigen Ausführungsformen, wie in 5 veranschaulicht, schließt das System eine Steuerschaltung und eine Positionierung von Sensoren zum (i) Erfassen einer maximalen Temperatur vor dem Kühlen mit dem Kühler in Schritt 810, (ii) Bestimmen der Gesamtwärme bei Schritt 806 oder 808, (iii) Sicherstellen, dass der Kühler Wärme reduzieren kann, um die Kühlmitteltemperatur in einem gewünschten Bereich zu halten (z. B. unter Verwendung eines bei Schritt 812 erzeugten Steuersignals), und/oder eine beliebige andere geeignete Systemüberwachung ein. Zum Beispiel kann das System die Position von Sensoren und Ventilen sowie die Verwendung einer einzelnen Entgasungsflasche (z. B. der Entgasungseinheit 432 von 4) nutzen, um eine verbesserte Kühleffizienz und verringerte Kosten und Einfachheit im Design zu erreichen. Zur Veranschaulichung können die Sensoren (z. B. die Sensoren 304 von 3 oder die Sensoren von 5) so positioniert werden, dass sie Messwerte zum Bestimmen von Druck- und Enthalpieverhalten (z. B. zum Anzeigen eines Fluidzustands in einem P-H-Diagramm) im Fahrzeug (z. B. zur Charakterisierung des Kühlsystems) zu erhalten. In einigen Ausführungsformen schließt das System einen oder mehrere Verdampfer und Chiller ein und bestimmt in Schritt 806 eine Menge an Gesamtwärme, die abgeführt werden muss. Zum Beispiel können die Sensoren durch Fokussieren auf die Effizienz zur wirksamen Nutzung des Kondensators für jede Stelle strategisch positioniert und bei Schritt 810 überwacht werden.
Das Vorstehende dient lediglich der Veranschaulichung der Prinzipien dieser Offenbarung, und verschiedene Modifikationen können vom Fachmann vorgenommen werden, ohne vom Schutzumfang dieser Offenbarung abzuweichen. Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen werden dienen Zwecken der Veranschaulichung und nicht der Einschränkung. Die vorliegende Offenbarung kann auch viele andere Formen annehmen als die hierin ausdrücklich beschriebenen. Dementsprechend wird betont, dass diese Offenbarung nicht auf die explizit offenbarten Verfahren, Systeme und Vorrichtungen beschränkt ist, sondern auch Variationen und Modifikationen davon einschließen soll, die innerhalb des Geistes der folgenden Ansprüche liegen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 63226716 [0001]

Claims

System, umfassend: eine Sensorschnittstelle, die konfiguriert ist, um eine Vielzahl von Sensorsignalen zu erzeugen, wobei die Vielzahl von Sensorsignalen mindestens ein Sensorsignal umfasst, das einer Temperatur entspricht; eine Ausgabeschnittstelle, die konfiguriert ist, um Steuersignale zu übertragen, und eine Steuerschaltung, die mit der Sensorschnittstelle und mit der Ausgabeschnittstelle gekoppelt ist, die konfiguriert ist zum: Empfangen der Vielzahl von Sensorsignalen von der Sensorschnittstelle, Veranlassen, dass Wärme von einem Antriebssystem erzeugt wird, und Veranlassen, basierend auf der Temperatur, dass die Ausgabeschnittstelle ein Steuersignal erzeugt, um ein Ventil zu steuern, das konfiguriert ist, um den Strom eines Fluids von dem Antriebssystem zu einem Batteriesystem zu leiten, um die Wärme zu übertragen.
System nach Anspruch 1, wobei die Steuerschaltung ferner konfiguriert ist zum: Auswählen zwischen einem ersten Modus und einem zweiten Modus, wobei der erste Modus dem Erwärmen des Batteriesystems durch Übertragen der Wärme von dem Fluid zu dem Batteriesystem entspricht, und wobei der zweite Modus dem Kühlen des Batteriesystems entspricht; und Veranlassen, als Reaktion auf das Auswählen des ersten Modus, dass die Wärme durch das Antriebssystem erzeugt wird, indem überschüssiger Strom an mindestens einen Elektromotor einer Vielzahl von Elektromotoren des Antriebssystems angelegt wird.
System nach Anspruch 1, wobei die Temperatur ein Indikator für eine Einlasstemperatur eines Kühlers ist, und wobei die Steuerschaltung ferner konfiguriert ist zum: Bestimmen einer Gesamtwärme basierend auf der Temperatur; und Steuern des Kühlers, um basierend auf der Gesamtwärme eine Fluidtemperatur des Fluids in einem gewünschten Bereich zu halten.
System nach Anspruch 1, wobei das Ventil ein Drei-Wege-Ventil mit einem Einlass, der einem Auslass eines mit dem Batteriesystem verbundenen Chillers entspricht, und alternative Auslässe, die (i) einer Entgasungseinheit und (ii) einem Einlass einer Pumpe des Batteriesystems entsprechen, umfasst.
System nach Anspruch 1, ferner umfassend ein Rückschlagventil, das zwischen einer Entgasungseinheit und dem Batteriesystem angeordnet ist, wobei das Rückschlagventil konfiguriert ist, um den Strom des Fluids in einer Richtung zu dem Batteriesystem von der Entgasungseinheit zu begrenzen.
System nach Anspruch 1, ferner umfassend: einen Kühler, der konfiguriert ist, um das Antriebssystem zu kühlen; und einen Chiller, der mit einem Kühlsystem gekoppelt ist, das konfiguriert ist, um einen Innenraum zu kühlen, wobei: die Steuerschaltung ferner konfiguriert ist, um zu veranlassen, dass in einer ersten Konfiguration die Wärme von dem Antriebssystem erzeugt wird, und in einer zweiten Konfiguration das Antriebssystem unabhängig davon durch den Kühler gekühlt wird, während das Batteriesystem durch den Chiller gekühlt wird.
Verfahren, umfassend: Auswählen eines Modus, der dem Erwärmen eines Batteriesystems entspricht; als Reaktion auf das Auswählen des Modus, Veranlassen, dass ein Antriebssystem Wärme erzeugt, die über ein Fluid an das Batteriesystem übertragen werden soll; und als Reaktion auf das Auswählen des Modus, Steuern von mindestens einem Steuerventil, um das Fluid an das Batteriesystem und das Antriebssystem zu verteilen.
Verfahren nach Anspruch 7, ferner umfassend: Leiten des Fluids, damit es von einer Entgasungseinheit zu einem ersten Pfad, der dem Batteriesystem entspricht, und zu einem zweiten Pfad, der dem Antriebssystem und einem Kühler entspricht, strömt, wobei sich der erste Pfad und der zweite Pfad stromaufwärts eines Einlasses der Entgasungseinheit vereinen.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Veranlassen, dass das Antriebssystems Wärme erzeugt, ferner umfasst, dass das Antriebssystem veranlasst wird, Wärme zu erzeugen, indem überschüssiger Strom an mindestens einen Elektromotor einer Vielzahl von Elektromotoren des Antriebssystems angelegt wird, wobei jeder der Vielzahl von Elektromotoren ein jeweiliges Rad des Antriebssystems antreibt.
Verfahren nach Anspruch 7, ferner umfassend das Steuern eines Verschlusses, der konfiguriert ist, um den Luftstrom durch einen stromabwärts des Antriebssystems angeordneten Kühler zu leiten.
Verfahren nach Anspruch 7, ferner umfassend: Empfangen mindestens eines Sensorsignals von mindestens einem Temperatursensor; Bestimmen einer Gesamtwärme basierend auf dem mindestens einen Sensorsignal; und Steuern des Kühlers, um basierend auf der Gesamtwärme eine Temperatur des Fluids in einem gewünschten Bereich zu halten.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Modus ein erster Modus ist und wobei das Auswählen des Modus das Auswählen zwischen dem ersten Modus, der dem Erwärmen des Batteriesystems entspricht, und einem zweiten Modus, der dem Kühlen des Batteriesystems entspricht, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 12, ferner umfassend, als Reaktion auf das Auswählen des zweiten Modus: Erzeugen mindestens eines Steuersignals zum Steuern des mindestens einen Steuerventils, um das Fluid von einer Entgasungseinheit zu einer Pumpe, von der Pumpe zu dem Antriebssystem, von dem Antriebssystem zu einem Kühler und von dem Kühler zurück zu der Entgasungseinheit zu leiten; Kühlen des Antriebssystems unter Verwendung des Kühlers; und Kühlen des Batteriesystems unter Verwendung eines Chillers, der mit einem Kühlsystem gekoppelt ist, das auch in der Lage ist, einen Innenraum zu kühlen.
System, umfassend: einen Antriebsstrang, der mindestens einen Elektromotor umfasst; ein Batteriesystem; und eine Steuerschaltung, die konfiguriert ist zum: Bestimmen einer Auswahl zum Erwärmen des Batteriesystems, Veranlassen, als Reaktion auf die Auswahl, dass das Antriebssystem Wärme erzeugt, und Erzeugen mindestens eines Steuersignals zum Steuern mindestens eines Steuerventils, um zu veranlassen, dass ein Fluid die Wärme von dem Antriebssystem zu dem Batteriesystem überträgt.
System nach Anspruch 14, wobei die Steuerschaltung ferner konfiguriert ist, um das Antriebssystem zu veranlassen, die Wärme durch Anlegen von überschüssigem Strom an mindestens einen Elektromotor einer Vielzahl von Elektromotoren des Antriebssystems zu erzeugen, wobei jeder der Vielzahl von Elektromotoren ein jeweiliges Rad des Antriebssystems antreibt.
System nach Anspruch 14, wobei das mindestens eine Steuerventil ein Drei-Wege-Ventil mit einem Einlass, der einem Auslass eines mit dem Batteriesystem verbundenen Chillers entspricht, und alternative Auslässe, die (i) einer Entgasungseinheit und (ii) einem Einlass einer Pumpe des Batteriesystems entsprechen, umfasst.
System nach Anspruch 14, ferner umfassend ein Rückschlagventil, das zwischen einer Entgasungseinheit und dem Batteriesystem angeordnet ist und konfiguriert ist, um einen Strom des Fluids in einer Richtung zu dem Batteriesystem von der Entgasungseinheit zu begrenzen.
System nach Anspruch 14, ferner umfassend einen Verschluss, der konfiguriert ist, um den Luftstrom durch einen Kühler zu leiten, der stromabwärts des Antriebssystems angeordnet ist, wobei die Steuerschaltung ferner konfiguriert ist, um das Öffnen und Schließen des Verschlusses zu steuern.
System nach Anspruch 14, wobei die Steuerschaltung ferner konfiguriert ist, um die Auswahl durch Auswählen aus einem ersten Modus, der dem Erwärmen des Batteriesystems entspricht, und einem zweiten Modus, der dem Kühlen des Batteriesystems entspricht, zu bestimmen.
System nach Anspruch 19, ferner umfassend: ein Innenraumluftsystem zum Bereitstellen von klimatisierter Luft an eine Fahrgastzelle; und ein Kühlsystem, das konfiguriert ist, um Kühlung an das Innenraumluftsystem und an das Batteriesystems bereitzustellen, wobei im zweiten Modus: das Antriebssystem konfiguriert ist, um unabhängig davon über einen Kühler gekühlt zu werden, und das Batteriesystem konfiguriert ist, um über einen mit dem Kühlsystem gekoppelten Chiller gekühlt zu werden.