DE102011090001A1 - Cooling system for cooling electrical energy storage system and e.g. electric motor of hybrid vehicle, has receiving device designed such that part of storage system is received and cooled by cooling fluid, which flows through fluid channel - Google Patents

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Abstract

The system has a fluid channel (110) for conducting a cooling fluid to an electric machine (120) e.g. electric motor, of a motor vehicle (100). A receiving device (116) is arranged in the channel, and designed such that a part of an electrical energy storage system (118) is received and cooled by cooling fluid i.e. air, which flows through the channel. A ventilation device (122) i.e. impeller, is arranged in the channel, and initially conducts the cooling fluid to the receiving device for cooling the storage system and to the machine for cooling the machine. Independent claims are also included for the following: (1) a motor vehicle (2) a method for cooling parts of an electrical energy storage system of a motor vehicle.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiert der Kühlung von elektrischen Komponenten und insbesondere der Kühlung eines elektrischen Energiespeichersystems in einem Kraftfahrzeug und insbesondere in einem Hybrid- oder einem Elektrofahrzeug. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein Kühlsystem sowie ein Verfahren zum Kühlen eines elektrischen Energiespeichersystems eines Kraftfahrzeugs. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Hybrid- oder ein Elektrofahrzeug, mit einem derartigen Kühlsystem. The present invention relates to the technical Gebgeb the cooling of electrical components and in particular the cooling of an electrical energy storage system in a motor vehicle and in particular in a hybrid or an electric vehicle. The present invention relates in particular to a cooling system and to a method for cooling an electrical energy storage system of a motor vehicle. The present invention further relates to a motor vehicle, in particular a hybrid or an electric vehicle, with such a cooling system.

Der Umfang der Implementierung von elektrischen und elektronischen Funktionalitäten in Kraftfahrzeugen ist in der Vergangenheit stark gewachsen. In der Zukunft ist eine Fortsetzung dieses Trends zu erwarten. Insbesondere der Wunsch nach Elektromobilität wird zukünftig wohl für einen deutlichen ansteigenden Durchsatz von elektrischer Energie in den Bordnetzen moderner Kraftfahrzeuge verantwortlich sein. The scale of implementation of electrical and electronic functionalities in motor vehicles has grown rapidly in the past. In the future, a continuation of this trend is expected. In particular, the desire for electromobility will probably be responsible in the future for a significant increase in the throughput of electrical energy in the on-board networks of modern motor vehicles.

Eine klassische Betriebsstrategie in einem Hybrid- oder einem Elektrofahrzeug ist das Zwischenspeichern und sog. Rekuperieren von Bremsenergie in einem oder in mehreren elektrischen Energiespeichern, um die Bremsenergie zu einem späteren Zeitpunkt für einen erneuten elektrischen Vortrieb einsetzen zu können. Die rekuperierte Energie wird zu diesem Zweck vorübergehend in geeigneten elektrochemischen und/oder elektrostatischen Energiespeichern gespeichert. Bei einem elektrochemischen Energiespeicher wie beispielsweise einer Batterie mit vorzugsweise einer Mehrzahl von in Serie und/oder parallel geschalteten Energiespeicherzellen erfolgt dabei (a) im Falle einer Ladung eine Umwandlung von elektrischer Energie in chemische Energie und (b) im Falle einer Entladung eine Umwandlung von chemischer Energie in elektrische Energie. Bei einem elektrostatischen Energiespeicher wie zum Beispiel einem sog. Doppelschichtkondensator erfolgt eine elektrische Ladung bzw. eine elektrische Entladung von bevorzugt mehreren Doppelschichtkondensatoren. A classic operating strategy in a hybrid or an electric vehicle is the caching and so-called recuperation of braking energy in one or more electrical energy storage to use the braking energy at a later time for a renewed electric propulsion can. The recuperated energy is temporarily stored for this purpose in suitable electrochemical and / or electrostatic energy stores. In an electrochemical energy storage such as a battery preferably having a plurality of series-connected and / or parallel energy storage cells takes place in this case (a) in the case of a charge, a conversion of electrical energy into chemical energy and (b) in the case of a discharge, a conversion of chemical Energy into electrical energy. In the case of an electrostatic energy store, for example a so-called double-layer capacitor, an electrical charge or an electrical discharge of preferably several double-layer capacitors takes place.

Insbesondere die elektrochemischen Energieumwandlungsprozesse sind je nach genutztem Typ von Akkumulator und dessen jeweiliger Zellenchemie mit Verlusten behaftet, die eine Erwärmung und damit eine Änderung der Enthalpie des betreffenden Energiespeichers zur Folge haben. In particular, the electrochemical energy conversion processes are subject to depending on the type of accumulator used and its respective cell chemistry with losses that have a warming and thus a change in the enthalpy of the energy storage concerned result.

Zusätzlich entsteht eine Verlustwärme (a) beim zyklischen Betrieb elektrochemischer Energiespeicher und (b) durch die stets vorhandenen ohmschen Widerstände beispielsweise des Zelleninnenwiderstand und/oder von elektrischen Interzellverbindungsleitungen. Somit sind abhängig von der anfallenden elektrischen Verlustleistung in einem elektrochemischen Energiespeicher eine Erwärmung und ein Temperaturanstieg im Betrieb unvermeidlich, sofern nicht eine effiziente Kühlung eingesetzt wird. In addition, there is a loss of heat (a) in the cyclic operation of electrochemical energy storage and (b) by the always existing ohmic resistors, for example, the cell internal resistance and / or electrical intercell connection lines. Thus, depending on the resulting electrical power loss in an electrochemical energy storage, a warming and a temperature increase during operation are inevitable, unless efficient cooling is used.

Um eine hohe Betriebssicherheit insbesondere eines elektrochemischen Energiespeichers zu gewährleisten und einen vorzeitigen Ausfall des Energiespeichers durch Alterung von Energiespeicherzellen (z. B. Lithium-Ionen-, NiMH-, NiZn-, NiCd-, Blei-Säure-Zellen etc.) zu vermeiden, welche Alterung besonders bei hohen Temperaturen aufgrund des bekannten Gesetztes von Arrhenius sehr schnell verläuft, ist ein thermisches Management mit einer entsprechenden Kühlung sämtlicher Energiespeicherzellen notwendig. In order to ensure a high degree of operational reliability, in particular of an electrochemical energy store, and to avoid a premature failure of the energy store due to aging of energy storage cells (eg lithium-ion, NiMH, NiZn, NiCd, lead-acid cells, etc.), which aging is very fast, especially at high temperatures due to Arrhenius' known law, thermal management with corresponding cooling of all energy storage cells is necessary.

Die Kühlung kann beispielsweise in Form einer Flüssigkühlung oder einer Luftkühlung ausgeführt sein. Dabei durchströmt bei einer Luftkühlung das Kühlmedium Luft mit einer entsprechend niedrigeren Temperatur den Energiespeicher und führt dabei Verlustwärme ab. Üblicherweise wird der entsprechende Luftstrom über ein Gebläse bedarfsgerecht erzeugt. The cooling can be carried out for example in the form of liquid cooling or air cooling. In this case, the cooling medium flows through air at a correspondingly lower temperature, the energy storage and thereby dissipates heat loss in an air cooling. Usually, the corresponding air flow is generated as needed by a blower.

Um ein Verschmutzen der zu kühlenden Oberflächen des Energiespeichers zu vermeiden, ist es bekannt, die angesaugte Umgebungsluft durch einen Filter von Schmutzpartikeln zu befreien. Somit wird einem vorzeitigen Ausfall bzw. einer Herabsetzung der Performanz eines elektrischen Energiespeichersystems entgegen gewirkt. In order to avoid contamination of the surfaces of the energy storage to be cooled, it is known to liberate the sucked ambient air through a filter of dirt particles. Thus, a premature failure or a reduction in the performance of an electrical energy storage system counteracted.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Kühlung eines elektrischen Energiespeichersystems in einem Kraftfahrzeug insbesondere in Hinblick auf einen geringen apparativen Aufwand und eine hohe Kühleffizienz zu verbessern. The invention has for its object to improve the cooling of an electrical energy storage system in a motor vehicle, in particular with regard to a low equipment cost and high cooling efficiency.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. This object is solved by the subject matters of the independent claims. Advantageous embodiments of the present invention are described in the dependent claims.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Kühlsystem zum Kühlen eines elektrischen Energiespeichersystems eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Hybrid- oder eines Elektrofahrzeugs, beschrieben. Das beschriebene Kühlsystem weist auf (a) einen Fluidkanal zum Leiten eines Kühlfluids zu einer Elektromaschine des Kraftfahrzeugs und (b) eine Aufnahmevorrichtung, welche in dem Fluidkanal angeordnet ist, wobei die Aufnahmevorrichtung derart ausgebildet ist, dass zumindest ein Teil des elektrischen Energiespeichersystems aufnehmbar und von einem durch den Fluidkanal strömenden Kühlfluid kühlbar ist. According to a first aspect of the invention, a cooling system for cooling an electrical energy storage system of a motor vehicle, in particular a hybrid or an electric vehicle is described. The cooling system described has (a) a fluid channel for conducting a cooling fluid to an electric machine of the motor vehicle and (b) a receiving device, which is arranged in the fluid channel, wherein the receiving device is designed such that at least a portion of the electrical energy storage system and receivable from a cooling fluid flowing through the fluid channel is coolable.

Dem beschriebenen Kühlsystem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass ein Kühlfluid, welches in einem Kraft- und insbesondere in einem Hybrid- oder Elektrofahrzeug bereits dazu verwendet wird, eine Elektromaschine zu kühlen, auch noch dazu verwendet werden kann, zumindest einen Teil eines elektrischen Energiespeichersystems des Kraftfahrzeugs zu kühlen. Mit dem erfindungsgemäßen Kühlsystem kann somit auf vorteilhafte Weise ein in einem Kraftfahrzeug ohnehin bereits vorhandener Fluidstrom zur Kühlung des elektrischen Energiespeichersystems verwendet werden. The described cooling system is based on the finding that a cooling fluid, which is already used in a power and in particular in a hybrid or electric vehicle to cool an electric machine, can also be used to at least part of an electrical energy storage system of the motor vehicle to cool. With the cooling system according to the invention can thus be advantageously used in a motor vehicle already existing fluid flow for cooling the electrical energy storage system in an advantageous manner.

Bei dem beschriebenen Kühlsystem wird somit eine in einem Kraftfahrzeug ohnehin vorhandene Fluidströmung zusätzlich für die Kühlung des elektrischen Energiespeichersystems verwendet. Ein eigens für die Kühlung des elektrischen Energiespeichersystems verwendetes Gebläse ist daher nicht erforderlich. Aus diesem Grund trägt das beschriebene Kühlsystem auch zu einer Reduzierung der Anzahl an für eine Kühlung des Energiespeichersystems erforderlichen Komponenten und damit auch zu einem entsprechenden Kostenvorteil bei der Realisierung einer Kühlung des elektrischen Energiespeichersystems bei. Außerdem kann sich durch eine Komponentenreduktion auch ein Bauraumvorteil bei der räumlichen Gestaltung eines Kraftfahrzeugs ergeben. In the described cooling system, a fluid flow already present in a motor vehicle is thus additionally used for cooling the electrical energy storage system. A blower used especially for the cooling of the electrical energy storage system is therefore not required. For this reason, the described cooling system also contributes to a reduction in the number of components required for cooling the energy storage system and thus also to a corresponding cost advantage in realizing cooling of the electrical energy storage system. In addition, by a component reduction, a space advantage in the spatial design of a motor vehicle arise.

Im Vergleich zu einer Luftkühlung, welche lediglich durch einen Fahrtwind des Kraftfahrzeugs bereitgestellt ist, kann das beschriebene Kühlsystem auch dann auf effektive Weise zum Einsatz kommen, wenn kein oder wenn lediglich ein geringer Fahrtwind vorhanden ist. Kein oder lediglich ein geringer Fahrwind treten beispielsweise dann auf, wenn das Kraftfahrzeug gar nicht in Bewegung ist oder wenn sich das Kraftfahrzeug zusammen mit dem Wind fortbewegt. Auch bei einer (im Mittel) sehr langsamen Fahrt wie beispielsweise in einem sog. "Stop and Go" Verkehr kann es möglich sein, dass bei einer Fahrtwind-Kühlung pro Zeiteinheit keine ausreichende Menge an Kühlluft an dem elektrischen Energiespeichersystem vorbeistreicht und somit keine ausreichende Kühlleistung erreicht wird. In diesem Zusammenhang hat ein von einem ohnehin bereits vorhandenen Kühlfluidstrom gespeistes Kühlsystem gegenüber einem vom Fahrtwind gespeisten Kühlsystem den Vorteil, dass, solange sich die Elektromaschine im Betrieb befindet, stets eine ausreichende Menge des Kühlfluids für die Kühlung des elektrischen Energiespeichersystems vorhanden ist. Compared to an air cooling, which is provided only by a wind of the motor vehicle, the cooling system described can be used effectively even if no or if only a small wind is present. No or only a slight driving wind occur, for example, when the motor vehicle is not in motion or when the motor vehicle moves along with the wind. Even with a (on average) very slow ride such as in a so-called "stop and go" traffic, it may be possible that with a cooling air cooling per unit time, a sufficient amount of cooling air past the electrical energy storage system and thus no sufficient cooling capacity is reached. In this context, a cooling system fed by an already existing cooling fluid flow compared to a cooling system powered by the air flow has the advantage that, as long as the electric machine is in operation, there is always a sufficient amount of the cooling fluid for the cooling of the electrical energy storage system.

Unter dem Begriff "Fluidkanal" können in diesem Zusammenhang alle Komponenten des Kraftfahrzeugs verstanden werden, welche das Kühlfluid führen, das für die Kühlung der Elektromaschine verwendet wird oder für die Kühlung der Elektromaschine verwendet werden kann. In this context, the term "fluid channel" can be understood to mean all components of the motor vehicle which carry the cooling fluid which is used for cooling the electric machine or which can be used for cooling the electric machine.

Unter dem Begriff "Elektromaschine" können in diesem Dokument alle Vorrichtungen verstanden werden, welche elektrische Energie in mechanische Energie und/oder umgekehrt mechanische Energie in elektrische Energie umwandeln. Demzufolge kann eine Elektromaschine ein Elektromotor sein, welcher beispielsweise in einem Hybridfahrzeug zur Unterstützung eines Verbrennungsmotors und in einem reinen Elektrofahrzeug zur Erzeugung eines Vortriebs verwendet wird. Ferner kann in diesem Zusammenhang eine Elektromaschine ein Generator sein, welcher beispielsweise aus einer Bremsenergie elektrische Energie erzeugt, die in einem elektrischen Energiespeicher zwischengespeichert wird. The term "electric machine" in this document can be understood to mean all devices which convert electrical energy into mechanical energy and / or conversely mechanical energy into electrical energy. Accordingly, an electric machine may be an electric motor used, for example, in a hybrid vehicle for assisting an internal combustion engine and in a pure electric vehicle for generating propulsion. Furthermore, in this context, an electric machine can be a generator which, for example, generates electrical energy from a braking energy which is stored temporarily in an electrical energy store.

Um sowohl eine effiziente Fluidkühlung des elektrischen Energiespeichersystems als auch ein einwandfreies Arbeiten der Elektromaschine des Kraftfahrzeugs zu gewährleisten, sollte sowohl der Fluidkanal als auch die Aufnahmevorrichtung gegenüber der Umgebung abgedichtet sein. In order to ensure both an efficient fluid cooling of the electrical energy storage system and proper functioning of the electric motor of the motor vehicle, both the fluid channel and the receiving device should be sealed from the environment.

Bei dem in diesem Dokument beschriebenen Kühlsystem wird anstelle einer klassischen ausschließlich auf das elektrische Energiespeichersystem ausgelegten Kühlung ein Kühlfluid, welches für die Kühlung der Elektromaschine verwendet wird, zuerst an dem elektrischen Energiespeichersystem vorbei geleitet. Um hierbei einen guten Wärmetransport (von dem Energiespeichersystem zu dem Kühlfluid) zu gewährleisten, können spezielle Wärmetauschstrukturen wie z. B. Kühlfinnen, Kühlkörper, etc. verwendet werden. Die beschriebene thermodynamische Kopplung zwischen der Kühlung des elektrischen Energiespeichersystems und der Kühlung der Elektromaschine wird insbesondere dadurch begünstigt, dass sich typischerweise das elektrische Energiespeichersystem und insbesondere ein elektrochemischer Energiespeicher des elektrischen Energiespeichersystems im Betrieb nur geringfügig erwärmen darf, um eine hohe Lebensdauer zu gewährleisten. In der Regel wird hier eine Erwärmung von weniger als 20 K gegenüber der Umgebung angestrebt. Damit hat das Kühlfluid zu Kühlung der Elektromaschine noch ausreichend tiefe Temperaturen, da hier der Betriebstemperaturbereich zwischen 80°C und 120°C liegt, während bei dem elektrischen Energiespeichersystem und insbesondere dessen elektrochemischen Energiespeicher Temperaturen von ungefähr 40°C als optimal erachtet werden. In the cooling system described in this document, instead of a classic cooling system designed solely for the electrical energy storage system, a cooling fluid which is used for cooling the electric machine is first led past the electrical energy storage system. In order to ensure a good heat transfer (from the energy storage system to the cooling fluid), special heat exchange structures such. As cooling fins, heatsink, etc. are used. The described thermodynamic coupling between the cooling of the electrical energy storage system and the cooling of the electric machine is favored in particular by the fact that typically the electrical energy storage system and in particular an electrochemical energy storage of the electrical energy storage system may heat only slightly during operation in order to ensure a long service life. In general, a warming of less than 20 K from the environment is sought here. Thus, the cooling fluid for cooling the electric machine still sufficiently low temperatures, since the operating temperature range is between 80 ° C and 120 ° C, while in the electrical energy storage system and in particular its electrochemical energy storage temperatures of about 40 ° C are considered optimal.

Die beschriebene Aufnahmevorrichtung kann nicht nur derart ausgebildet sein, zumindest ein Teil eines bestimmten elektrischen Energiespeichersystems in einer festen räumlichen Position bzw. Anordnung aufzunehmen. Die Aufnahmevorrichtung kann ggf. auch derart ausgestaltet sein, dass eine flexible und/oder vom jeweiligen Betriebszustand abhängige und damit auch zeitlich veränderliche räumliche Anordnung des elektrischen Energiespeichersystems in dem Luft-Ansaugkanal möglich ist. So kann beispielsweise je nach Stärke der aktuellen Wärmeentwicklung in dem elektrischen Energiespeichersystem der elektrische Energiespeicher in einer jeweils geeigneten Winkelstellung relativ zu der Strömungsrichtung der durch den Luft-Ansaugkanal strömenden Luft orientiert sein, so dass ein für den jeweiligen Betriebszustand des elektrischen Energiespeichersystems eine optimale Kühlung realisiert wird. The recording device described can not only be designed to accommodate at least part of a specific electrical energy storage system in a fixed spatial position or arrangement. If necessary, the receiving device can also be designed in such a way that a flexible and / or spatial arrangement of the electrical energy storage system dependent on the respective operating state and thus also temporally variable the air intake passage is possible. For example, depending on the strength of the current heat development in the electrical energy storage system, the electrical energy store may be oriented in a respectively suitable angular position relative to the flow direction of the air flowing through the air intake duct, so that optimum cooling is realized for the respective operating state of the electrical energy storage system becomes.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Kühlsystem ferner eine Ventilationseinrichtung auf, welche in dem Fluidkanal angeordnet ist und welche einrichtet ist, das Kühlfluid zunächst zu der Aufnahmevorrichtung zum Kühlen des elektrischen Energiespeichersystems und dann zu der Elektromaschine zum Kühlen der Elektromaschine zu leiten. According to an embodiment of the invention, the cooling system further comprises a ventilation device, which is arranged in the fluid channel and which is set up, the cooling fluid first to the receiving device for cooling the electric energy storage system and then to the electric machine to cool the electric machine.

Die Ventilationseinrichtung kann jede beliebige Einrichtung sein, welche in der Lage ist, einen Fluidstrom innerhalb des Fluidkanals hin zu der Elektromaschine zu erzeugen oder zumindest aufrecht zu erhalten. The ventilation device may be any device capable of generating or at least maintaining a flow of fluid within the fluid channel to the electric machine.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Ventilationseinrichtung mechanisch mit einem Rotor der Elektromaschine gekoppelt. According to a further embodiment of the invention, the ventilation device is mechanically coupled to a rotor of the electric machine.

Die beschriebene mechanische Kopplung zwischen den Rotor und der Ventilationseinrichtung kann beispielsweise über eine gemeinsame Welle realisiert werden, an welcher der Rotor und ein Lüfterrad der Ventilationseinrichtung befestigt ist. Das Lüfterrad saugt dann beispielsweise das Kühlfluid an und drückt dieses dann durch die Elektromaschine. Dadurch wird die Elektromaschine gekühlt. The described mechanical coupling between the rotor and the ventilation device can be realized for example via a common shaft to which the rotor and a fan of the ventilation device is attached. The fan then sucks, for example, the cooling fluid and then pushes this through the electric machine. As a result, the electric machine is cooled.

Zwischen Rotor und Lüfterrad kann auch ein Über- oder Untersetzungsgetriebe geschaltet sein, so dass die Drehzahl des Rotors und die Drehzahl des Lüfterrades miteinander korreliert sind.Between the rotor and fan and a gear or reduction gear can be switched, so that the speed of the rotor and the speed of the fan wheel are correlated with each other.

Das Lüfterrad kann auch einfach an dem Rotor der Elektromaschine angeflanscht sein, so dass es sich ebenfalls gemeinsam mit dem Rotor um die Rotordrehachse dreht. The fan may also be simply flanged to the rotor of the electric machine, so that it also rotates together with the rotor about the rotor axis of rotation.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist der Fluidkanal einen Umgehungskanal auf, mittels welchem zumindest ein Teil des durch den Fluidkanal strömenden Kühlfluids an der Aufnahmevorrichtung vorbei zu der Elektromaschine des Kraftfahrzeugs führbar ist. According to a further exemplary embodiment of the invention, the fluid channel has a bypass channel, by means of which at least part of the cooling fluid flowing through the fluid channel can be guided past the receiving device to the electric machine of the motor vehicle.

Durch die Verwendung des beschriebenen Umgehungskanals, welcher die Funktion eines sog. Bypasses hat, kann erreicht werden, dass nicht zwangsläufig alles durch den Fluidkanal strömende Kühlfluid auch durch die Aufnahmevorrichtung strömen muss. Auf diese Weise kann eine bedarfsgerechte Kühlung eines in der Aufnahmevorrichtung befindlichen elektrischen Energiespeichersystems realisiert werden. By using the described bypass channel, which has the function of a so-called. Bypass, can be achieved that not necessarily all flowing through the fluid channel cooling fluid must flow through the receiving device. In this way, demand-based cooling of an electrical energy storage system located in the receiving device can be realized.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Kühlsystem ferner auf eine Steuereinrichtung zum Verteilen des durch den Fluidkanal strömenden Kühlmediums in einen ersten Teilstrom, welcher durch die Aufnahmevorrichtung strömt, und in einen zweiten Teilstrom, welche durch den Umgebungskanal strömt. According to a further embodiment of the invention, the cooling system further comprises a control device for distributing the cooling medium flowing through the fluid channel into a first partial flow, which flows through the receiving device, and into a second partial flow, which flows through the surrounding channel.

Die Steuereinrichtung kann in dem Fluidkanal an einer Stelle angeordnet sein, an der sich die derjenige Teil des Fluidkanals, welcher zu der Aufnahmevorrichtung führt, von demjenigen Teil des Fluidkanals verzweigt, welcher zu dem Umgehungskanal führt bzw. welcher in den Umgehungskanal mündet. Alternativ oder in Kombination kann die Steuereinrichtung auch an einer anderen Stelle im Fluidkanal angeordnet sein, an welcher sich der Umgehungskanal wieder mit demjenigen Teil des Fluidkanals verbindet, welcher von der Aufnahmevorrichtung kommt. The control device can be arranged in the fluid channel at a point at which the part of the fluid channel leading to the receiving device branches off that part of the fluid channel which leads to the bypass channel or which opens into the bypass channel. Alternatively or in combination, the control device can also be arranged at a different location in the fluid channel, at which the bypass channel again connects with that part of the fluid channel which comes from the receiving device.

Die Steuereinrichtung kann beispielsweise mittels einer oder mittels mehrerer Steuerklappen realisiert werden, welche den Gesamtkühlfluidstrom durch den Fluidkanal so auf die beiden Teile des Fluidkanals verteilt, dass eine für den jeweiligen Betriebszustand des elektrischen Energiespeichersystems geeignete Kühlleistung realisiert wird. The control device can be realized, for example, by means of one or by means of a plurality of control flaps, which distributes the total cooling fluid flow through the fluid channel to the two parts of the fluid channel such that a cooling power suitable for the respective operating state of the electrical energy storage system is realized.

Durch die beschriebene Implementierung eines Bypasses für das Kühlfluid vorbei an dem elektrischen Energiespeichersystem zusammen mit einer geeigneten Steuereinrichtung kann auf vorteilhafte Weise eine bedarfsgerechte Kühlung des Energiespeichersystems realisiert werden. The described implementation of a bypass for the cooling fluid past the electrical energy storage system together with a suitable control device can advantageously realize a need-based cooling of the energy storage system.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Kühlsystem ferner eine Kühlfluiddurchflussmesseinrichtung auf, welche in dem Fluidkanal angeordnet ist und welche derart eingerichtet ist, dass der erste Teilstrom und/oder der zweite Teilstrom messbar sind. According to a further embodiment of the invention, the cooling system further comprises a cooling fluid flow measuring device, which is arranged in the fluid channel and which is set up such that the first partial flow and / or the second partial flow can be measured.

Die beschriebene Kühlfluiddurchflussmesseinrichtung kann jede beliebige Messeinrichtung sein, welche in der Lage ist einen Volumenstrom eines Fluids zu messen. Dazu kann je nach spezifischer Anforderung auf verschiedene bekannte physikalische Messprinzipien wie z. B. (a) Ultraschalldurchflussmessungen, (b) Differenzdruckmessungen, Venturi-Effekt, (c) Messungen mittels Balometer, (d) Messungen des Dopplereffekts von in den zu messenden Volumenstrom gerichtetes Laserlicht zurückgegriffen werden. The described cooling fluid flow measuring device may be any measuring device which is capable of measuring a volume flow of a fluid. Depending on the specific requirement, different known physical measuring principles can be used. (A) ultrasonic flow measurements, (b) differential pressure measurements, venturi effect, (c) measurements by means of a balometer, (d) measurements of the Doppler effect of laser light directed into the volume flow to be measured.

Mittels einer Kühlfluiddurchflussmesseinrichtung kann insbesondere in Verbindung mit der oben beschriebenen Steuereinrichtung die pro Zeiteinheit geförderte Menge des Kühlfluids erfasst und geregelt werden, so dass stets eine ausreichende Kühlleistung sichergestellt werden kann. By means of a cooling fluid flow measuring device, in particular in conjunction with the control device described above, the amount of cooling fluid delivered per unit time can be detected and regulated, so that a sufficient cooling capacity can always be ensured.

Ferner kann auf vorteilhafte Weise eine Betriebsstrategie für das elektrische Energiespeichersystem realisiert werden. So kann beispielsweise für den Fall, dass pro Zeiteinheit lediglich eine relativ kleine Menge an Kühlfluid für die Kühlung des elektrischen Energiespeichersystems zur Verfügung steht, die maximal erlaubten elektrischen Lade- und/oder Entladeströme in geeigneter Weise begrenzt werden, um ein zu starkes Erwärmen des elektrischen Energiespeichersystems zu verhindern. Furthermore, an operating strategy for the electrical energy storage system can be realized in an advantageous manner. Thus, for example, in the event that only a relatively small amount of cooling fluid for cooling the electric energy storage system is available per unit time, the maximum allowable electrical charging and / or discharging currents are limited in a suitable manner to overheating the electrical Prevent energy storage system.

Es wird darauf hingewiesen, dass alternativ oder zusätzlich zu der beschriebenen Kühlfluiddurchflussmesseinrichtung auch ein Messsignal verwendet werden kann, welches auf andere Weise indikativ für den aktuellen Volumenstrom durch den Fluidkanal und insbesondere indikativ für die Stärke des ersten Teilstroms ist, welcher durch die Aufnahmevorrichtung strömt. So kann beispielsweise auch einfach die Anzahl der Umdrehungen der Elektromaschine als Richtwert für die Stärke des geförderten bzw. von der Elektromaschine angesaugten Kühlfluidstromes und zu Anpassung der Betriebsstrategie des elektrischen Energiespeichersystems verwendet werden. It should be noted that as an alternative or in addition to the described cooling fluid flow measuring device, it is also possible to use a measuring signal which is otherwise indicative of the current volume flow through the fluid channel and, in particular, indicative of the intensity of the first partial flow flowing through the receiving device. Thus, for example, simply the number of revolutions of the electric machine can be used as a guideline for the strength of the conveyed or sucked by the electric machine cooling fluid flow and to adapt the operating strategy of the electric energy storage system.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Kühlsystem ferner einen Filter auf, welcher in dem Fluidkanal angeordnet ist. According to a further embodiment of the invention, the cooling system further comprises a filter, which is arranged in the fluid channel.

Bevorzugt ist der Filter in Bezug zu der Strömungsrichtung des Kühlfluids stromaufwärts von der Aufnahmevorrichtung angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass zur Kühlung des elektrischen Energiespeichersystems von Fremdstoffpartikeln zumindest teilweise gereinigtes Kühlfluid verwendet wird. Preferably, the filter is arranged upstream of the receiving device with respect to the flow direction of the cooling fluid. This has the advantage that at least partially purified cooling fluid is used for cooling the electrical energy storage system of foreign particles.

Der Filter und das Energiespeichersystem oder zumindest ein Teil des Energiespeichersystems können auch innerhalb oder mit einer gemeinsamen Baugruppe realisiert sein. Dadurch kann die Integrationsdichte der für die Kühlung des elektrischen Energiespeichersystem und der Elektromaschine erforderlichen Komponenten des Kraftfahrzeugs erhöht werden. Auf diese Weise kann sich insbesondere ein Bauraumvorteil ergeben. The filter and the energy storage system or at least a part of the energy storage system can also be realized within or with a common assembly. As a result, the integration density of the components of the motor vehicle required for cooling the electrical energy storage system and the electric machine can be increased. In this way, in particular a space advantage can result.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Kraftfahrzeug und insbesondere ein Hybrid- oder Elektrofahrzeug beschrieben. Das beschriebene Kraftfahrzeug weist auf (a) eine Elektromaschine, (b) ein elektrisches Energiespeichersystem und (c) ein Kühlsystem der vorstehend erläuterten Art. Der Fluidkanal ist mit der Elektromaschine verbunden und zumindest ein Teil des elektrischen Energiespeichersystems ist in der Aufnahmevorrichtung angeordnet. According to a further aspect of the invention, a motor vehicle and in particular a hybrid or electric vehicle is described. The motor vehicle described has (a) an electric machine, (b) an electrical energy storage system and (c) a cooling system of the type described above. The fluid channel is connected to the electric machine and at least part of the electrical energy storage system is arranged in the receiving device.

Dem beschriebenen Kraftfahrzeug liegt die Erkenntnis zugrunde, dass das vorstehend beschriebene Kühlsystem auf vorteilhafte Weise in einem Kraftfahrzeug und insbesondere in einem Hybridoder Elektrofahrzeug eingesetzt werden kann. Dabei wird das Kühlfluid, welches für die Elektromaschine zur Vermeidung einer Überhitzung derselben benötigt wird, zuvor zur Kühlung des elektrischen Energiespeichersystems verwendet. The motor vehicle described is based on the finding that the cooling system described above can be used advantageously in a motor vehicle and in particular in a hybrid or electric vehicle. In this case, the cooling fluid, which is required for the electric machine to avoid overheating of the same, previously used for cooling the electrical energy storage system.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Energiespeichersystem (a) eine Schaltungsanordnung mit leistungselektronischen Bauelementen und (b) einen elektrischen Energiespeicher auf. Der elektrische Energiespeicher ist insbesondere ein elektrochemischer Energiespeicher. According to one exemplary embodiment of the invention, the energy storage system (a) has a circuit arrangement with power electronic components and (b) an electrical energy store. The electrical energy store is in particular an electrochemical energy store.

In diesem Zusammenhang können unter dem Begriff "leistungselektronische Bauelemente" insbesondere alle elektronischen bzw. elektrischen Bauelemente verstanden werden, welche der Umformung elektrischer Energie in Bezug auf die Spannungsform, die Höhe von Spannung und Strom sowie der Frequenz dienen. Baugruppen mit derartigen Bauelementen zu Umformung elektrischer Energie werden häufig auch Stromrichter genannt. Sie können je nach ihrer Funktion in Gleich-, Wechsel- und Umrichter unterschieden werden. In this context, the term "power electronic components" in particular all electronic or electrical components are understood, which serve the transformation of electrical energy with respect to the voltage shape, the amount of voltage and current and the frequency. Assemblies with such components for forming electrical energy are often also called converters. They can be distinguished according to their function in DC, AC and inverter.

Die leistungselektronischen Bauelemente können auch lediglich zum Zu- und Abschalten elektrischer Verbraucher dienen. Derartige leistungselektronische Bauelemente umfassen neben der Schaltfunktion häufig weitere Schutz- und Überwachungsfunktionen. Sie unterscheiden sich von Relais und Schützen dadurch, dass sie ohne bewegte Teile arbeiten. The power electronic components can also serve only for connecting and disconnecting electrical consumers. Such power electronic components often include besides the switching function further protection and monitoring functions. They differ from relays and contactors in that they work without moving parts.

Je nach Anwendungsfall kann die beschriebene leistungselektronische Vorrichtung als Gleichrichter (Umwandlung von Wechselspannung in Gleichspannung), als Wechselrichter (Umwandlung von Gleichspannung in Wechselspannung), als Gleichstromsteller (Umwandlung von Gleichspannung in eine höhere oder niedrigere Gleichspannung) oder als Wechselstromsteller (Umwandlung von Wechselspannung in Wechselspannung mit einer anderen Frequenz oder Amplitude Frequenzumrichter) dienen. Depending on the application, the power electronic device described as a rectifier (conversion of AC voltage in DC), as an inverter (DC to AC voltage conversion), as a DC controller (conversion of DC voltage to a higher or lower DC voltage) or as an AC controller (conversion of AC voltage to AC voltage with a different frequency or amplitude frequency converter).

Das beschriebene elektrische Energiespeichersystem oder zumindest ein Teil davon und die Elektromaschine sind bevorzugt mittels des Fluidkanals strömungstechnisch günstig, d. h. mit einem geringen Strömungswiderstand, miteinander verbunden. In diesem Zusammenhang kann es sich anbieten, den elektrischen Energiespeicher zusammen mit der Schaltungsanordnung mit leistungselektronischen Bauelementen in ein Gehäuse zu montieren oder die einzelnen Komponenten über Kühlfluidleitkanäle und/oder Schläuche zu verbinden. Neben dem elektrischen Energiespeicher kann auf diese Art zusätzlich die dem elektrischen Energiespeichersystem zugeordnete Schaltungsanordnung mit leistungselektronischen Bauelementen gekühlt werden.The electrical energy storage system described or at least a part thereof and the electric machine are preferably fluidically by means of the fluid channel, ie, connected to one another with a low flow resistance. In this context it can be offer to mount the electrical energy storage together with the circuit arrangement with power electronic components in a housing or to connect the individual components via Kühlfluidleitkanäle and / or hoses. In addition to the electrical energy storage can be cooled in this way in addition to the electrical energy storage system associated circuitry with power electronic components.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Kühlen von zumindest einem Teil eines elektrischen Energiespeichersystems eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Hybrid- oder eines Elektrofahrzeugs, beschrieben. Das beschriebene Verfahren weist auf (a) ein Zuführen von Kühlfluid durch einen Fluidkanal zu dem elektrischen Energiespeichersystem, welches sich in einer in dem Fluidkanal angeordneten Aufnahmevorrichtung befindet, (b) ein Kühlen des elektrischen Energiespeichersystems mittels des zugeführten Kühlfluids und (c) ein Weiterleiten des für die Kühlung des elektrischen Energiespeichersystems verwendeten Kühlfluids durch den Fluidkanal zu einer Elektromaschine des Kraftfahrzeugs. According to a further aspect of the invention, a method for cooling at least part of an electrical energy storage system of a motor vehicle, in particular a hybrid or an electric vehicle, is described. The method described comprises (a) supplying cooling fluid through a fluid channel to the electrical energy storage system, which is located in a receiving device arranged in the fluid channel, (b) cooling the electrical energy storage system by means of the supplied cooling fluid and (c) forwarding the for the cooling of the electrical energy storage system cooling fluid used by the fluid channel to an electric machine of the motor vehicle.

Auch dem beschriebenen Verfahren liegt die Erkenntnis zugrunde, dass das für eine Kühlung einer Elektromaschine verwendete Kühlfluid zusätzlich auch noch dazu verwendet werden kann, zumindest einen Teil eines elektrischen Energiespeichersystems zu kühlen, welches eine Komponente eines Kraftfahrzeugs und insbesondere eine Komponente eines Hybrid- oder Elektrofahrzeugs darstellt. The described method is also based on the knowledge that the cooling fluid used for cooling an electric machine can additionally also be used to cool at least part of an electrical energy storage system which represents a component of a motor vehicle and in particular a component of a hybrid or electric vehicle ,

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Kühlfluid ein gasförmiges Kühlfluid und insbesondere Luft. According to one embodiment of the invention, the cooling fluid is a gaseous cooling fluid and in particular air.

Die Verwendung eines gasförmigen Kühlfluids hat den Vorteil, dass das beschriebene Verfahren mit üblichen Kühlfluiden durchgeführt werden kann. Eine spezielle Anpassung der Kühlung der Elektromaschine im Hinblick auf die Durchführung des beschriebenen Verfahrens ist damit auf vorteilhafte Weise nicht erforderlich. Die Verwendung von Luft als Kühlfluid hat ferner den Vorteil, dass als Kühlfluid ein Medium verwendet wird, welches in der Umgebung des Kraftfahrzeugs ohnehin vorhanden ist. Damit ist es zur Durchführung des Verfahrens nicht unbedingt erforderlich, einen vollkommen geschlossenen Kühlkreislauf mit einer Kühlfluidrückführung bereit zu stellen. The use of a gaseous cooling fluid has the advantage that the described method can be carried out with conventional cooling fluids. A special adaptation of the cooling of the electric machine with regard to the implementation of the described method is thus not required in an advantageous manner. The use of air as a cooling fluid also has the advantage that a medium is used as the cooling fluid, which is present anyway in the environment of the motor vehicle. Thus, it is not essential to carry out the method to provide a completely closed cooling circuit with a cooling fluid return.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Verfahren ferner ein Steuern der Menge an pro Zeiteinheit dem elektrischen Energiespeichersystem zugeführtem Kühlfluid auf. Die Steuerung kann dabei insbesondere von dem aktuellen Speicherzustand des elektrischen Energiespeichersystems abhängen. According to a further embodiment of the invention, the method further comprises controlling the amount of cooling fluid supplied to the electrical energy storage system per unit time. The controller may in particular depend on the current memory state of the electrical energy storage system.

Um den Strom an Kühlfluid, der für die Kühlung des elektrischen Energiespeichersystems verwendet wird, unabhängig oder zumindest weitgehend unabhängig von demjenigen Strom an Kühlfluid zu steuern, welcher der Elektromaschine zugeführt wird, kann es vorteilhaft sein, einen sog. Bypass Fluidkanal vorzusehen, mittels welchem eine bestimmte Teilmenge an Kühlfluid, welche der Elektromaschine zugeführt wird, an der Aufnahmevorrichtung und damit an dem elektrischen Energiespeichersystem vorbei zu leiten. Dann kann nämlich mittels einer geeigneten Steuereinrichtung, beispielsweise eine in dem Fluidkanal angeordnete Steuerklappe, der gesamte Volumenstrom durch den Fluidkanal in zwei Teilströme aufgeteilt werden, wobei ein erster Teilstrom durch die Aufnahmevorrichtung und ein zweiter Teilstrom durch den Bypass Fluidkanal strömt. Auf diese Weise kann die Kühlleistung für das elektrische Energiespeichersystem in geeigneter Weise eingestellt werden. In order to control the flow of cooling fluid used for cooling the electrical energy storage system independently or at least largely independently of the flow of cooling fluid supplied to the electric machine, it may be advantageous to provide a so-called bypass fluid passage by means of which certain subset of cooling fluid, which is supplied to the electric machine to pass to the receiving device and thus to the electrical energy storage system over. In that case, by means of a suitable control device, for example a control flap arranged in the fluid channel, the entire volume flow through the fluid channel can be divided into two partial flows, wherein a first partial flow flows through the receiving device and a second partial flow through the bypass fluid channel. In this way, the cooling capacity for the electric energy storage system can be adjusted in a suitable manner.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Verfahren ferner ein Begrenzen eines elektrischen Lade- und/oder Entladestroms des elektrischen Energiespeichersystems in Abhängigkeit von einer Kühlleistung auf, welche dem elektrischen Energiespeichersystem von dem zugeführten Kühlfluid bereit gestellt wird. Dies hat den Vorteil, dass auf einfache Weise eine elektrischen Betriebsstrategie für das elektrische Energiespeichersystem realisiert werden kann, mittels welcher zuverlässig verhindert werden kann, dass das elektrische Energiespeichersystem und insbesondere ein elektrischer Energiespeicher des elektrischen Energiespeichersystems überlastet und damit in seiner Lebensdauer eingeschränkt wird. According to a further exemplary embodiment of the invention, the method further comprises limiting an electrical charging and / or discharging current of the electrical energy storage system as a function of a cooling power which is made available to the electrical energy storage system by the supplied cooling fluid. This has the advantage that in an easy way an electrical operating strategy for the electrical energy storage system can be realized, by means of which can be reliably prevented that the electrical energy storage system and in particular an electrical energy storage of the electrical energy storage system overloaded and thus limited in its lifetime.

An dieser Stelle wird darauf hingewiesen, dass eine derartige elektrische Betriebsstrategie vielfältige physikalische Rahmenbedingungen für das Energiespeichersystem berücksichtigen kann. So kann die elektrische Betriebsstrategie beispielsweise von der aktuellen Temperatur des Energiespeichersystems oder zumindest eines Teils des Energiespeichersystems abhängen. Ebenso ist es denkbar, dass ein maximal erlaubter elektrischer Lade- und/oder Entladestrom von einem Alterungszustand des Energiespeichersystems abhängt, welcher ein Maß dafür ist, wie stark das Energiespeichersystem in der Vergangenheit bereits gealtert ist. Ein solcher Alterungszustand kann zum Beispiel von einer akkumulierten Temperaturbelastung abhängen, welche ein Maß für die Stärke und/oder für die Dauer von bisher aufgetretenen Temperaturbelastungen sein kann. It should be noted at this point that such an electrical operating strategy can take into account a variety of physical conditions for the energy storage system. For example, the electrical operating strategy may depend on the current temperature of the energy storage system or at least part of the energy storage system. It is also conceivable that a maximum allowable electrical charging and / or discharging current depends on an aging state of the energy storage system, which is a measure of how much the energy storage system has already aged in the past. For example, such an aging condition may depend on an accumulated temperature load, which may be a measure of the magnitude and / or duration of previously encountered thermal stresses.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Kühlleistung, welche dem elektrischen Energiespeichersystem von dem zugeführten Kühlfluid bereit gestellt wird, anhand einer Messung des Volumenstroms des zugeführten Kühlfluids bestimmt. According to a further embodiment of the invention, the cooling capacity, which is the electrical energy storage system is provided by the supplied cooling fluid, determined by measuring the volume flow of the supplied cooling fluid.

Der Volumenstrom des zugeführten Kühlfluids kann durch eine beliebige Luftmengenmessung bestimmt werden, bei der die pro Zeiteinheit geförderte Menge an Kühlfluids erfasst wird. Wie bereits vorstehend erläutert, können für die Kühlfluidmengenmessung verschiedene physikalische Messprinzipien herangezogen werden. Die Bestimmung der pro Zeiteinheit angesaugten Kühlfluidmenge kann auch grob anhand der Drehzahl der Elektromaschine erfolgen. The volumetric flow rate of the supplied cooling fluid can be determined by an arbitrary air flow measurement, in which the quantity of cooling fluid delivered per unit time is detected. As already explained above, different physical measurement principles can be used for the cooling fluid quantity measurement. The determination of the quantity of cooling fluid sucked per unit time can also be roughly based on the speed of the electric machine.

Es wird darauf hingewiesen, dass Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf unterschiedliche Erfindungsgegenstände beschrieben wurden. Insbesondere sind einige Ausführungsformen der Erfindung mit Vorrichtungsansprüchen und andere Ausführungsformen der Erfindung mit Verfahrensansprüchen beschrieben. Dem Fachmann wird jedoch bei der Lektüre dieser Anmeldung sofort klar werden, dass, sofern nicht explizit anders angegeben, zusätzlich zu einer Kombination von Merkmalen, die zu einem Typ von Erfindungsgegenstand gehören, auch eine beliebige Kombination von Merkmalen möglich ist, die zu unterschiedlichen Typen von Erfindungsgegenständen gehören. It should be noted that embodiments of the invention have been described with reference to different subject matters. In particular, some embodiments of the invention are described with apparatus claims and other embodiments of the invention with method claims. However, it will be readily apparent to those skilled in the art upon reading this application that, unless explicitly stated otherwise, in addition to a combination of features belonging to a type of subject matter, any combination of features that may result in different types of features is also possible Subject matters belong.

Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden beispielhaften Beschreibung einer derzeit bevorzugten Ausführungsform. Further advantages and features of the present invention will become apparent from the following exemplary description of a presently preferred embodiment.

Die einzige Figur zeigt in einer schematischen Darstellung den prinzipiellen Aufbau eines Kühlsystems zur Kühlung eines elektrischen Energiespeichersystems und einer Elektromaschine eines Kraftfahrzeugs mittels eines gemeinsamen Kühlfluids. The single figure shows a schematic representation of the basic structure of a cooling system for cooling an electrical energy storage system and an electric motor of a motor vehicle by means of a common cooling fluid.

Es wird darauf hingewiesen, dass die nachfolgend beschriebene Ausführungsform lediglich eine beschränkte Auswahl an möglichen Ausführungsvarianten der Erfindung darstellt. It should be noted that the embodiment described below represents only a limited selection of possible embodiments of the invention.

Die Figur zeigt gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ein Kraftfahrzeug 100, welches ein Hybridfahrzeug oder ein Elektrofahrzeug sein kann. The figure shows according to an embodiment of the invention, a motor vehicle 100 which may be a hybrid vehicle or an electric vehicle.

Das Kraftfahrzeug 100 weist eine Elektromaschine 120 auf. Falls es sich bei dem Kraftfahrzeug um ein Hybridfahrzeug 100 handelt, dann dient die Elektromaschine 120 dazu, in bestimmten Betriebsphasen des Hybridfahrzeugs 100 einen Vortrieb zu erzeugen. In anderen Betriebsphasen wird der Vortrieb durch einen nicht dargestellten Verbrennungsmotor bereit gestellt. Das Zusammenwirken von Verbrennungsmotor und Elektromaschine 120 im Betrieb des Hybridfahrzeugs 100 ist dem Fachmann bekannt und wird an dieser Stelle nicht erläutert. Falls es sich bei dem Kraftfahrzeug um ein (reines) Elektrofahrzeug 100 handelt, dann stellt die Elektromaschine 120 die einzige Fahrzeugkomponente dar, welche einen Vortrieb erzeugt. The car 100 has an electric machine 120 on. If the motor vehicle is a hybrid vehicle 100 act, then serves the electric machine 120 at certain operating phases of the hybrid vehicle 100 to create a propulsion. In other operating phases, the propulsion is provided by an internal combustion engine, not shown. The interaction of internal combustion engine and electric machine 120 during operation of the hybrid vehicle 100 is known in the art and will not be explained at this point. If the motor vehicle is a (pure) electric vehicle 100 then the electric machine stops 120 the only vehicle component that generates propulsion.

Die Elektromaschine 120 wird in bekannter Weise von einem elektrischen Energiespeichersystem 118 versorgt, welches einen elektrochemischen Energiespeicher und eine Leistungselektronik umfasst. Im Betrieb des Kraftfahrzeugs 100 müssen je nach Betriebszustand der elektrochemische Energiespeicher und/oder die Leistungselektronik gekühlt werden. Dies erfolgt mittels eines Kühlfluids, welches gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel Luft ist. The electric machine 120 is in a known manner by an electrical energy storage system 118 supplied, which includes an electrochemical energy storage and power electronics. In the operation of the motor vehicle 100 Depending on the operating state of the electrochemical energy storage and / or the power electronics must be cooled. This is done by means of a cooling fluid, which according to the embodiment shown here is air.

Zum Zwecke der Kühlung weist das Kraftfahrzeug 100 ein Kühlsystem auf, welches sich wie folgt beschreiben bzw. herstellen lässt: Eine Fluidkanal 110 zwischen einem Filter 112 und der Elektromaschine 120 wird aufgetrennt. In diese Trennstelle wird zunächst eine Aufnahmevorrichtung 116 für zumindest einen Teil des elektrischen Energiespeichersystems 118 integriert. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel nimmt die Aufnahmevorrichtung 116 sowohl den elektrischen Energiespeicher als auch die Leistungselektronik auf. Die Kühlfluidleitung innerhalb der Aufnahmevorrichtung 116 erfolgt auf eine Art und Weise, welche die Abfuhr einer möglichst großen Wärmemenge von dem in der Aufnahmevorrichtung 116 aufgenommenen elektrischen Energiespeichersystem 118 an die ihn umströmende Kühlluft erlaubt. For the purpose of cooling, the motor vehicle 100 a cooling system, which can be described or produced as follows: A fluid channel 110 between a filter 112 and the electric machine 120 is split. In this separation point is first a recording device 116 for at least a part of the electrical energy storage system 118 integrated. According to the embodiment shown here, the receiving device takes 116 both the electrical energy storage and the power electronics. The cooling fluid line within the receiving device 116 takes place in a manner which the removal of the largest possible amount of heat from that in the receiving device 116 recorded electrical energy storage system 118 allowed to the cooling air flowing around him.

Eine als Lüfterrad ausgebildete Ventilationseinrichtung 122 sorgt für einen Volumenstrom von Kühlluft durch den Fluidkanal 110. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel wird das Lüfterrad über eine mechanische Kopplung 122a direkt von einem Rotor der Elektromaschine 120 angetrieben. Diese mechanische Kopplung 122a kann insbesondere mittels einer gemeinsamen Welle realisiert sein. A ventilation device designed as a fan wheel 122 ensures a volume flow of cooling air through the fluid channel 110 , According to the embodiment shown here, the fan wheel via a mechanical coupling 122a directly from a rotor of the electric machine 120 driven. This mechanical coupling 122a can be realized in particular by means of a common shaft.

Wie aus der Figur ersichtlich, ist gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ferner eine als Steuerklappe ausgebildete Steuereinrichtung 114 vorgesehen, welche den Kühlluftstrom durch den Fluid- oder Luftkanal 110 in zwei Teilströme aufteilt. Ein erster Teilstrom fließt durch einen Hauptkanal 110a des Fluidkanals 110, in welchem sich auch die Aufnahmevorrichtung 116 befindet. Der erste Teilstrom dient der Kühlung des in der Aufnahmevorrichtung 116 befindlichen elektrischen Energiespeichersystems 118. Ein zweiter Teilstrom fließt durch einen Umgehungskanal 110b an der Aufnahmevorrichtung 116 vorbei und mündet später wieder in den Fluidkanal 110. Mittels einer Kühlfluiddurchflussmesseinrichtung 124, welche ein gewöhnlicher Volumenstromsensor sein kann, kann direkt der für die Kühlung des elektrischen Energiespeichersystems 118 verwendete Kühlluftstrom gemessen werden. As can be seen from the figure, according to the embodiment shown here is also designed as a control flap control device 114 provided, which the cooling air flow through the fluid or air duct 110 divided into two sub-streams. A first partial flow flows through a main channel 110a of the fluid channel 110 , in which also the receiving device 116 located. The first partial flow is used to cool the in the receiving device 116 located electrical energy storage system 118 , A second partial flow flows through a bypass channel 110b at the receiving device 116 over and later flows back into the fluid channel 110 , By means of a cooling fluid flow meter 124 , which may be an ordinary volumetric flow sensor, directly for the cooling of the electrical energy storage system 118 used cooling air flow can be measured.

Durch die Implementierung des Umgehungskanals 110b, welcher für das elektrische Energiespeichersystem 118 einen Bypass darstellt, in Verbindung mit einer geeigneten Ansteuerung der Steuerklappe 114 kann auf einfache Weise eine bedarfsgerechte Kühlung des elektrischen Energiespeichersystems 118 realisiert werden. Through the implementation of the bypass channel 110b , which for the electrical energy storage system 118 represents a bypass, in conjunction with a suitable control of the control valve 114 can easily meet a needs-based cooling of the electrical energy storage system 118 will be realized.

Es wird darauf hingewiesen, dass auch eine kombinierte Ausführung von Filter 112 und Energiespeichersystem 118 mittels einer gemeinsamen Baugruppe möglich ist. Auf diese Weise kann eine besonders hohe räumliche Integrationsdichte des beschriebenen Kühlsystems realisiert werden. It should be noted that also a combined execution of filters 112 and energy storage system 118 is possible by means of a common module. In this way, a particularly high spatial integration density of the described cooling system can be realized.

Die in diesem Dokument beschriebene Kühlung eines elektrischen Energiespeichersystems mittels einer Kühlluft, welche auch für die Kühlung einer Elektromaschine verwendet wird, bietet im Vergleich zu einer herkömmlichen Kühlung unter anderem folgende Vorteile:

  • (A) Es wird ein ohnehin bereits vorhandener Kühlluftstrom mit einem relativ großen Volumenstrom zusätzlich zur Kühlung der Elektromaschine auch noch zur Kühlung des elektrischen Energiespeichersystems verwendet. Ein zusätzliches Gebläse für die Zufuhr von Kühlluft ist damit auf vorteilhafte Weise nicht erforderlich.
  • (B) Durch eine geeignete Einstellung der Steuerklappe kann eine optimale Betriebsstrategie in Abhängigkeit der möglichen Wärmeabfuhr durch die Kühlluft realisiert werden.
  • (C) Durch die Reduzierung der Anzahl an erforderlichen Komponenten entsteht ein Kostenvorteil.
  • (D) Durch die Reduzierung der Anzahl an erforderlichen Komponenten entsteht ein Bauraumvorteil.
  • (E) Bei einer kombinierten Ausführung von Filtergehäuse und Gehäuse für das Energiespeichersystem kann ein weiterer Bauraumvorteil erzielt werden.
The cooling of an electrical energy storage system described in this document by means of a cooling air, which is also used for the cooling of an electric machine, offers the following advantages in comparison to a conventional cooling, among others:
  • (A) In addition to the cooling of the electric machine, an already existing cooling air flow with a relatively large volume flow is also used for cooling the electric energy storage system. An additional fan for the supply of cooling air is thus not required in an advantageous manner.
  • (B) By means of a suitable adjustment of the control flap, an optimal operating strategy can be realized as a function of the possible heat dissipation by the cooling air.
  • (C) By reducing the number of required components, there is a cost advantage.
  • (D) By reducing the number of required components creates a space advantage.
  • (E) In a combined embodiment of filter housing and housing for the energy storage system, a further space advantage can be achieved.

Claims (14)

Kühlsystem zum Kühlen eines elektrischen Energiespeichersystems (118) eines Kraftfahrzeugs (100), insbesondere eines Hybrid- oder eines Elektrofahrzeugs (100), das Kühlsystem aufweisend einen Fluidkanal (110) zum Leiten eines Kühlfluids zu einer Elektromaschine (120) des Kraftfahrzeugs (100) und eine Aufnahmevorrichtung (116), welche in dem Fluidkanal (110, 110a) angeordnet ist, wobei die Aufnahmevorrichtung (116) derart ausgebildet ist, dass zumindest ein Teil des elektrischen Energiespeichersystems (118) aufnehmbar und von einem durch den Fluidkanal (110, 110a) strömenden Kühlfluid kühlbar ist. Cooling system for cooling an electrical energy storage system ( 118 ) of a motor vehicle ( 100 ), in particular a hybrid or an electric vehicle ( 100 ), the cooling system having a fluid channel ( 110 ) for conducting a cooling fluid to an electric machine ( 120 ) of the motor vehicle ( 100 ) and a receiving device ( 116 ), which in the fluid channel ( 110 . 110a ), wherein the receiving device ( 116 ) is formed such that at least a part of the electrical energy storage system ( 118 ) and from a through the fluid channel ( 110 . 110a ) flowing cooling fluid is coolable. Kühlsystem gemäß dem vorangehenden Anspruch, ferner aufweisend eine Ventilationseinrichtung (122), welche in dem Fluidkanal (110) angeordnet ist und welche einrichtet ist, das Kühlfluid zunächst zu der Aufnahmevorrichtung (116) zum Kühlen des elektrischen Energiespeichersystems (118) und dann zu der Elektromaschine (120) zum Kühlen der Elektromaschine (120) zu leiten. Cooling system according to the preceding claim, further comprising a ventilation device ( 122 ), which in the fluid channel ( 110 ) and which is set up, the cooling fluid first to the receiving device ( 116 ) for cooling the electrical energy storage system ( 118 ) and then to the electric machine ( 120 ) for cooling the electric machine ( 120 ). Kühlsystem gemäß dem vorangehenden Anspruch, wobei die Ventilationseinrichtung (122) mechanisch mit einem Rotor der Elektromaschine (120) gekoppelt ist. Cooling system according to the preceding claim, wherein the ventilation device ( 122 ) mechanically with a rotor of the electric machine ( 120 ) is coupled. Kühlsystem gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Fluidkanal (110) einen Umgehungskanal (110b) aufweist, mittels welchem zumindest ein Teil des durch den Fluidkanal (110) strömenden Kühlfluids an der Aufnahmevorrichtung (116) vorbei zu der Elektromaschine (120) des Kraftfahrzeugs (100) führbar ist. Cooling system according to one of the preceding claims, wherein the fluid channel ( 110 ) a bypass channel ( 110b ), by means of which at least a part of the through the fluid channel ( 110 ) flowing cooling fluid on the receiving device ( 116 ) over to the electric machine ( 120 ) of the motor vehicle ( 100 ) is feasible. Kühlsystem gemäß dem vorangehenden Anspruch, ferner aufweisend eine Steuereinrichtung (114) zum Verteilen des durch den Fluidkanal (110) strömenden Kühlmediums in einen ersten Teilstrom, welcher durch die Aufnahmevorrichtung (116) strömt, und in einen zweiten Teilstrom, welche durch den Umgebungskanal (110b) strömt. Cooling system according to the preceding claim, further comprising a control device ( 114 ) for distributing through the fluid channel ( 110 ) flowing cooling medium into a first partial flow, which through the receiving device ( 116 ) flows, and in a second partial flow, which through the surrounding channel ( 110b ) flows. Kühlsystem gemäß dem vorangehenden Anspruch, ferner aufweisend eine Kühlfluiddurchflussmesseinrichtung (124), welche in dem Fluidkanal (110, 110a) angeordnet ist und welche derart eingerichtet ist, dass der erste Teilstrom und/oder der zweite Teilstrom messbar sind. Cooling system according to the preceding claim, further comprising a cooling fluid flow measuring device ( 124 ), which in the fluid channel ( 110 . 110a ) is arranged and which is arranged such that the first partial flow and / or the second partial flow can be measured. Kühlsystem gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, ferner aufweisend einen Filter (112), welcher in dem Fluidkanal (110) angeordnet ist. Cooling system according to one of the preceding claims, further comprising a filter ( 112 ), which in the fluid channel ( 110 ) is arranged. Kraftfahrzeug, insbesondere Hybrid- oder Elektrofahrzeug (100), das Kraftfahrzeug (100) aufweisend eine Elektromaschine (120), ein elektrisches Energiespeichersystem (118) und ein Kühlsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Fluidkanal (110) mit der Elektromaschine (120) verbunden ist und wobei zumindest ein Teil des elektrischen Energiespeichersystems (118) in der Aufnahmevorrichtung (116) angeordnet ist. Motor vehicle, in particular hybrid or electric vehicle ( 100 ), the car ( 100 ) comprising an electric machine ( 120 ), an electrical energy storage system ( 118 ) and a cooling system according to one of the preceding claims, wherein the fluid channel ( 110 ) with the electric machine ( 120 ) and wherein at least a part of the electrical energy storage system ( 118 ) in the receiving device ( 116 ) is arranged. Kraftfahrzeug gemäß dem vorangehenden Anspruch, wobei das Energiespeichersystem (118) aufweist eine Schaltungsanordnung mit leistungselektronischen Bauelementen und einen elektrischen Energiespeicher, insbesondere einen elektrochemischen Energiespeicher. Motor vehicle according to the preceding claim, wherein the energy storage system ( 118 ) has a circuit arrangement with power electronic components and an electrical energy storage, in particular an electrochemical energy storage. Verfahren zum Kühlen von zumindest einem Teil eines elektrischen Energiespeichersystems (118) eines Kraftfahrzeugs (100), insbesondere eines Hybrid- oder eines Elektrofahrzeugs (100), das Verfahren aufweisend Zuführen von Kühlfluid durch einen Fluidkanal (110) zu dem elektrischen Energiespeichersystem (118), welches sich in einer in dem Fluidkanal (110, 110a) angeordneten Aufnahmevorrichtung (116) befindet, Kühlen des elektrischen Energiespeichersystems (118) mittels des zugeführten Kühlfluids und Weiterleiten des für die Kühlung des elektrischen Energiespeichersystems (118) verwendeten Kühlfluids durch den Fluidkanal (110) zu einer Elektromaschine (120) des Kraftfahrzeugs (100). Method for cooling at least part of an electrical energy storage system ( 118 ) of a motor vehicle ( 100 ), in particular a hybrid or an electric vehicle ( 100 ), the method comprising supplying cooling fluid through a fluid channel ( 110 ) to the electrical energy storage system ( 118 ) located in one of the fluid channels ( 110 . 110a ) receiving device ( 116 ), cooling the electrical energy storage system ( 118 ) by means of the supplied cooling fluid and forwarding for the cooling of the electrical energy storage system ( 118 ) used cooling fluid through the fluid channel ( 110 ) to an electric machine ( 120 ) of the motor vehicle ( 100 ). Verfahren gemäß dem vorangehenden Anspruch, wobei das Kühlfluid ein gasförmiges Kühlfluid, insbesondere Luft, ist. A method according to the preceding claim, wherein the cooling fluid is a gaseous cooling fluid, in particular air. Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche 10 bis 11, ferner aufweisend Steuern der Menge an pro Zeiteinheit dem elektrischen Energiespeichersystem (118) zugeführtem Kühlfluid insbesondere in Abhängigkeit des Speicherzustands des elektrischen Energiespeichersystems (118). Method according to one of the preceding claims 10 to 11, further comprising controlling the amount of per unit time the electrical energy storage system ( 118 ) supplied cooling fluid, in particular depending on the storage state of the electrical energy storage system ( 118 ). Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche 10 bis 12, ferner aufweisend Begrenzen eines elektrischen Lade- und/oder Entlade-Stroms des elektrischen Energiespeichersystems (118) in Abhängigkeit von einer Kühlleistung, welche dem elektrischen Energiespeichersystem (118) von dem zugeführten Kühlfluid bereit gestellt wird. Method according to one of the preceding claims 10 to 12, further comprising limiting an electrical charging and / or discharging current of the electrical energy storage system ( 118 ) in dependence on a cooling capacity, which the electrical energy storage system ( 118 ) is provided by the supplied cooling fluid. Verfahren gemäß dem vorangehenden Anspruch, wobei die Kühlleistung, welche dem elektrischen Energiespeichersystem (118) von dem zugeführten Kühlfluid bereit gestellt wird, anhand einer Messung des Volumenstroms des zugeführten Kühlfluids bestimmt wird. A method according to the preceding claim, wherein the cooling capacity corresponding to the electrical energy storage system ( 118 ) is provided by the supplied cooling fluid is determined by measuring the volume flow of the supplied cooling fluid.
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