DE102013112158A1

DE102013112158A1 - Integriertes Kühlsystem und Kühlverfahren für motorgetriebene Einheit

Info

Publication number: DE102013112158A1
Application number: DE102013112158.6A
Authority: DE
Inventors: Henry Todd Young; Jason Daniel Kuttenkuler; Sean Cillessen
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2012-11-05
Filing date: 2013-11-05
Publication date: 2014-05-08
Also published as: JP2014092160A; CN103806996A; US20140124170A1; RU2013147738A; US9546589B2

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein integriertes Kühlsystem (100) für ein Fahrzeug. Zu dem System gehören ein Kraftmaschinenkühlkreislauf (102), der ein erstes Fluid enthält, das dazu eingerichtet ist, durch eine Kraftmaschine (108) des Fahrzeugs hindurch umgewälzt zu werden, und ein Leistungselektronikkühlkreislauf (104), der ein zweites Fluid enthält, das dazu eingerichtet ist, durch wenigstens eine Leistungselektronikkomponente (128) des Fahrzeugs hindurch umgewälzt zu werden. Der Kraftmaschinenkühlkreislauf (102) ist strömungsmäßig von dem Leistungselektronikkühlkreislauf (104) getrennt und thermisch mit diesem gekoppelt.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Ausführungsbeispiele der Erfindung betreffen allgemein Kühlsysteme. Andere Ausführungsbeispiele betreffen Kühlsysteme für Verbrennungsmotoren und Leistungselektronik.
HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
Die meisten modernen Eisenbahnlokomotiven sind von der diesel-elektrischen Bauart, in der ein Verbrennungsmotor, meistens ein Dieselmotor, einen elektrischen Generator antreibt, dessen Ausgang Elektroantriebsmotoren Strom liefert, um die Räder der Lokomotive drehend anzutreiben und Bewegung hervorzubringen. Der Dieselmotor, der gewöhnlich eine Turboladerdieselmotor ist, erfordert ein Kühlsystem, um die Temperaturen unterschiedlicher Kraftmaschinenkomponenten zu begrenzen. Dementsprechend sind Verbrennungsmotoren bekanntlich konstruktionsmäßig mit internen Kühlkanälen für die Umwälzung von Kühlfluid ausgestattet, um Wärmeenergie von den Kraftmaschinenkomponenten und von Schmieröl abzuführen, das ebenfalls durch die gesamte Kraftmaschine umgewälzt wird, um Reibung zu vermindern.
Desgleichen können auch andere straßenunabhängige Fahrzeuge, wie sie beispielsweise in der Bergbauindustrie genutzt werden, elektrisch angetriebene Räder zur Beschleunigung oder Verzögerung des Fahrzeugs verwenden. Beispielsweise enthalten Abraumlastwagen gewöhnlich einen Dieselmotor (oder sonstige Kraftmaschine) mit hoher PS-Leistung in Verbindung mit einem Wechsel- oder Drehstromgenerator, einem Hauptzugkraftinverter und einem Paar Radantriebsanordnungen, die in den Hinterrädern des Fahrzeugs angeordnet sind. Der Dieselmotor ist dem Wechsel- oder Drehstromgenerator unmittelbar zugeordnet, so dass der Dieselmotor den Drehstromgenerator antreibt. Der Wechsel- oder Drehstromgenerator treibt den Hauptzugkraftinverter an, in dem Halbleiterleistungsschalter den Drehstromgeneratorausgangsstrom kommutieren, um elektrischen Antriebsmotoren der beiden Radantriebsanordnungen elektrische Energie zu liefern.
Dementsprechend können Schienenfahrzeuge und sonstige straßenunabhängige Fahrzeugsysteme eine Leistungselektronikschaltung enthalten, die genutzt wird, um die Umwandlung mechanischer Energie in elektrische Energie zu steuern/regeln und zu handhaben, und um die Stromzufuhr zu den Antriebsmotoren der Lokomotive, eines sonstigen Schienenfahrzeugs oder eines anderen straßenunabhängigen Fahrzeugs zu steuern/regeln. Diese Leistungselektronikschaltungen erfordern ebenfalls Kühlsysteme, um die Lebensdauer zu maximieren, und um deren einwandfreien Betrieb zu gewährleisten.
Existierende Lokomotiven und sonstige straßenunabhängige Fahrzeuge sind daher gewöhnlich mit einem Kraftmaschinenkühlsystem ausgestattet, das einen für die Kraftmaschine bestimmten Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher, z. B. einen Hauptkühler mit einem zugeordneten Kühlgebläse, und eine Pumpe enthält, um ein Kühlfluid durch die Kraftmaschine und durch den Hauptkühler hindurch umzuwälzen. Darüber hinaus wird für die Leistungselektronik ein unabhängiges Kühlsystem genutzt. Dieses unabhängige Kühlsystem enthält einen für die Leistungselektronik bestimmten Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher, z. B. einen Kühler mit einem zugeordneten Kühlgebläse, und eine Pumpe, die dazu dient, ein Kühlfluids durch die Leistungselektronik und durch den Kühler hindurch umzuwälzen.
Wie jedoch ohne weiteres ersichtlich, erhöht der Einsatz zweier voneinander unabhängiger Kühlkreisläufe, die jeweils eigene Kühler und Kühlgebläse aufweisen, insgesamt das Gewicht, das Volumen und die Kosten des Kühlsystems beträchtlich.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung betrifft ein integriertes Kühlsystem für eine kraftmaschinenbetriebene Einheit. Zu dem System gehören: ein Kraftmaschinenkühlkreislauf, der ein erstes Fluid enthält, das dazu eingerichtet ist, durch eine kraftmaschinenbetriebene Einheit hindurch umgewälzt zu werden, und ein Leistungselektronikkühlkreislauf, der ein zweites Fluid enthält, das dazu eingerichtet ist, durch wenigstens eine Leistungselektronikkomponente der kraftmaschinenbetriebenen Einheit hindurch umgewälzt zu werden. Der Kraftmaschinenkühlkreislauf ist strömungsmäßig von dem Leistungselektronikkühlkreislauf getrennt und thermisch mit diesem gekoppelt. Die kraftmaschinenbetriebene Einheit bezeichnet eine Eisenbahnlokomotive, ein sonstiges Schienenfahrzeug, ein anderes straßenunabhängiges Fahrzeug, ein anderes Fahrzeug oder ein sonstiges System (beispielsweise ein Generatorsystem), das eine Kraftmaschine enthält, die Leistung für einen Antrieb, Leistung zur Erzeugung von Elektrizität und/oder für dergleichen hervorbringt.
Dementsprechend betrifft die Erfindung ein Kühlsystem für eine kraftmaschinenbetriebene Einheit, zu der gehören:
ein Kraftmaschinenkühlkreislauf, der ein erstes Fluid enthält, das dazu eingerichtet ist, durch eine kraftmaschinenbetriebene Einheit hindurch umgewälzt zu werden; und
ein Leistungselektronikkühlkreislauf, der ein zweites Fluid enthält, das dazu eingerichtet ist, durch wenigstens eine Leistungselektronikkomponente der kraftmaschinenbetriebenen Einheit hindurch umgewälzt zu werden;
wobei der Kraftmaschinenkühlkreislauf strömungsmäßig von dem Leistungselektronikkühlkreislauf getrennt und thermisch mit diesem gekoppelt ist.
Der Kraftmaschinenkühlkreislauf des Kühlsystems kann einen Subkühler enthalten.
Zu dem Kühlsystem einer beliebigen der oben erwähnten Bauarten kann zudem gehören:
eine erste Pumpe, die dazu eingerichtet ist, das erste Fluid durch den gesamten Kraftmaschinenkühlkreislauf hindurch umzuwälzen; und
eine zweite Pumpe, die dazu eingerichtet ist, das zweite Fluid durch den gesamten Leistungselektronikkühlkreislauf hindurch umzuwälzen.
Alternativ oder zusätzlich kann das Kühlsystem zudem enthalten:
ein Hilfsheizelement, das dazu eingerichtet ist, das zweite Fluid in dem Leistungselektronikkühlkreislauf zu erwärmen.
Der Kraftmaschinenkühlkreislauf jedes der oben erwähnten Kühlsysteme kann einen Kühler und ein Kühlgebläse enthalten, die dazu eingerichtet sind, Wärme von dem ersten Fluid abzuführen.
Der Kraftmaschinenkühlkreislauf jedes der oben erwähnten Kühlsysteme kann einen Zwischenkühler enthalten, der dazu eingerichtet ist, verdichtete Verbrennungsluft von einem Turbolader zu kühlen, der der Kraftmaschine der kraftmaschinenbetriebenen Einheit zugeordnet ist.
Der Kraftmaschinenkühlkreislauf jedes der oben erwähnten Kühlsysteme und der Leistungselektronikkühlkreislauf jedes der oben erwähnten Kühlsysteme können über einen Wärmetauscher miteinander thermisch gekoppelt sein.
Der Wärmetauscher kann ein Flüssigkeit/Flüssigkeit-Wärmetauscher sein, durch den Wärme von dem ersten Fluid oder von dem zweiten Fluid zu dem jeweils anderen Fluid, sei dies das erste Fluid oder das zweite Fluid, übertragen wird.
Das Kühlsystem einer beliebigen der oben erwähnten Bauarten kann zudem enthalten:
ein erstes Ventil in dem Kraftmaschinenkkühlkreislauf zwischen dem Kühler und dem Wärmetauscher, wobei das erste Ventil dazu eingerichtet ist, einen Strom des ersten Fluids von der Kraftmaschine zu dem Wärmetauscher nach dem Durchqueren des Kühlers zu steuern.
Das oben erwähnte Kühlsystem kann außerdem enthalten:
ein zweites Ventil in dem Kraftmaschinenkkühlkreislauf, wobei das zweite Ventil dazu eingerichtet ist, einen Strom des ersten Fluids von der Kraftmaschine unmittelbar zu dem Wärmetauscher zu steuern/regeln.
In noch einem Ausführungsbeispiel ist ein Verfahren zum Kühlen einer Kraftmaschine und einer Leistungselektronik einer kraftmaschinenbetriebenen Einheit geschaffen. Zu dem Verfahren gehören die Schritte: Umwälzen eines ersten Fluids durch einen Kraftmaschinenkühlkreislauf, um von der Kraftmaschine Wärme abzuführen, Umwälzen eines zweiten Fluids durch einen Leistungselektronikkühlkreislauf, um von der Leistungselektronik Wärme abzuführen, und Kühlen des zweiten Fluids durch Übertragen von Wärme von dem zweiten Fluid auf das erste Fluid.
Dementsprechend kann das erfindungsgemäße Verfahren zum Kühlen einer Kraftmaschine und einer Leistungselektronik einer kraftmaschinenbetriebenen Einheit die folgenden Schritte aufweisen:
Umwälzen eines ersten Fluids durch einen Kraftmaschinenkühlkreislauf, um von der Kraftmaschine Wärme abzuführen;
Umwälzen eines zweiten Fluids durch einen Leistungselektronikkühlkreislauf, um von der Leistungselektronik Wärme abzuführen; und
Kühlen des zweiten Fluids durch Übertragen von Wärme von dem zweiten Fluid auf das erste Fluid.
Das Verfahren kann ferner den Schritt beinhalten:
Nutzen von Wärme, die von der Leistungselektronik abgeleitet ist, um Kraftmaschinenflüssigkeiten zu erwärmen, zu denen mindestens Kraftstoff, Öl und/oder Wasser gehören.
Das Verfahren kann außerdem folgende Schritte beinhalten:
Erfassen einer Temperatur wenigstens einer Komponente der Leistungselektronik und/oder des zweiten Fluids; und
Aktivieren eines Hilfsheizelements, um das zweite Fluid zu erwärmen, wenn die Temperatur der Komponente oder des zweiten Fluids einen vorbestimmten unteren Schwellwert unterschreitet.
Der Kraftmaschinenkühlkreislauf und der Leistungselektronikkühlkreislauf können von einander strömungsmäßig getrennt sein.
Der Kraftmaschinenkühlkreislauf und der Leistungselektronikkühlkreislauf des Verfahrens können sich in strömungsmäßiger Verbindung befinden.
Der Schritt des Kühlens des zweiten Fluids kann ein Leiten des ersten Fluids und des zweiten Fluids durch einen Flüssigkeit/Flüssigkeit-Wärmetauscher beinhalten.
Alternativ oder zusätzlich kann das Verfahren ferner folgende Schritt beinhalten:
Steuern/Regeln eines Stroms des ersten Fluids unmittelbar von der Kraftmaschine zu dem Flüssigkeit-Flüssigkeit-Wärmetauscher, wenn die Temperatur einer Komponente der Leistungselektronik einen vorbestimmten unteren Schwellwert erreicht; und
Übertragen von Wärme von dem ersten Fluid zu dem zweiten Fluid.
Alternativ oder zusätzlich kann das Verfahren zudem den Schritt beinhalten:
Steuern/Regeln der Temperatur des zweiten Fluids in dem Leistungselektronikkühlkreislauf durch wahlweises Steuern/Regeln des Stroms des ersten Fluids über ein oder mehrere Steuer-/Regelventile zu dem Wärmetauscher.
In noch einem Ausführungsbeispiel ist ein Kühlsystem geschaffen. Zu dem Kühlsystem gehören: ein erster Kreislauf, der ein erstes Fluid enthält, das dazu eingerichtet ist, durch eine erste Komponente hindurch umgewälzt zu werden, ein zweiter Kreislauf, der ein zweites Fluid enthält, das dazu eingerichtet ist, durch eine zweite Komponente hindurch umgewälzt zu werden, und ein Wärmetauscher, der dazu eingerichtet ist, Wärme von dem ersten Fluid oder von dem zweiten Fluid zu dem jeweils anderen Fluid, sei dies das erste Fluid oder das zweite Fluid, zu übertragen. Das erste Fluid und das zweite Fluid sind strömungsmäßig voneinander getrennt.
Dementsprechend können zu einem erfindungsgemäßen Kühlsystem gehören:
eine Kraftmaschine, die mehrere erste Kühlkanäle aufweist;
wenigstens eine Leistungselektronikkomponente, die mehrere zweite Kühlkanäle aufweist;
ein Wärmetauscher, der mit der Kraftmaschine und der wenigstens einen Leistungselektronikkomponente strömungsmäßig verbunden ist; und
eine Pumpe, die dazu eingerichtet ist, ein Kühlfluid durch die Kraftmaschine, durch die wenigstens eine Leistungselektronikkomponente und durch den Wärmetauscher hindurch umzuwälzen, um von der Kraftmaschine und von der wenigstens einen Leistungselektronikkomponente Wärme abzuführen.
Der Wärmetauscher kann längs eines Kühlfluidströmungspfads zwischen der Kraftmaschine und der wenigstens einen Leistungselektronikkomponente positioniert werden.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist ein Kühlsystem geschaffen. Das Kühlsystem enthält eine Kraftmaschine, die aufweist: mehrere erste Kühlkanäle, wenigstens eine Leistungselektronikkomponente, die mehrere zweite Kühlkanäle aufweist, einen Wärmetauscher, der sich in strömungsmäßiger Verbindung mit der Kraftmaschine und der wenigstens einen Leistungselektronikkomponente befindet, und eine Pumpe, die dazu eingerichtet ist, ein Kühlfluid durch die Kraftmaschine, durch die wenigstens eine Leistungselektronikkomponente und durch den Wärmetauscher umzuwälzen, um von der Kraftmaschine und von der wenigstens einen Leistungselektronikkomponente Wärme abzuführen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird nach dem Lesen der folgenden Beschreibung nicht beschränkender Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen verständlicher:
1 veranschaulicht schematisch ein Kühlsystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
2 veranschaulicht in einem Flussdiagramm ein Verfahren zum Kühlen einer Kraftmaschine und einer Leistungselektronik einer kraftmaschinenbetriebenen Einheit gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Weiter unten wird im Einzelnen auf Ausführungsbeispiele der Erfindung eingegangen, von denen Beispiele in den beigefügten Zeichnungen veranschaulicht sind. Wo immer es möglich ist, bezeichnen gleiche Bezugszeichen über sämtliche Zeichnungen hinweg gleiche oder ähnliche Teile. Obwohl Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf Schienenfahrzeuge und sonstige straßenunabhängige Fahrzeuge beschrieben sind, können Ausführungsbeispiele der Erfindung auch allgemein in Zusammenhang mit Fahrzeugen genutzt werden. Darüber hinaus sind Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung gleichermaßen auf jede beliebige Art von Maschine anwendbar, sei diese für einen Antrieb bestimmt oder nicht, die einen Verbrennungsmotor und beliebige sonstige Hilfskomponenten, z. B. zugeordnete Leistungselektronikschaltungen, aufweist, die Kühlung erfordern. (Wie oben erwähnt, sind derartige Fahrzeuge und sonstige Maschinen hier als kraftmaschinenbetriebene Einheiten bezeichnet). Beispielsweise lassen sich die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung in Zusammenhang mit Tiefbaumaschinen nutzen, die in der Bergbauindustrie verwendet werden und eine eigene Leistungselektronik aufweisen, sowie für Generatorensätze (z. B. stationäre Generatoren), hydraulische Zerlegungsanlagen und dergleichen, die in der Bohrindustrie verwendet werden. In den weiter unten beschriebenen Ausführungsbeispielen ist die vorliegende Erfindung allerdings mit Blick auf eine Nutzung in Zusammenhang mit einem Fahrzeug beschrieben, das einen Verbrennungsmotor, beispielsweise einen Dieselmotor, mit einem Turbolader oder Verdichter zum Verdichten der der Kraftmaschine zugeführten Verbrennungsluft aufweist, wobei die verdichtete Verbrennungsluft durch einen Zwischenkühler gekühlt wird.
Bezugnehmend auf 1 schafft die Erfindung ein integriertes Kühlsystem 100, das den Verzicht auf den Einsatz funktionsmäßig getrennter Kühlsysteme für die Kraftmaschine und für die Leistungselektronik ermöglicht. In dem hier verwendeten Sinne bezeichnet ”Leistungselektronik” die Elektronikschaltung, die für die Umwandlung und Steuerung/Regelung elektrischen Stroms verwendet wird. Wie in 1 gezeigt, enthält das Kühlsystem 100 einen Kraftmaschinenkühlkreislauf 102 und einen Leistungselektronikkühlkreislauf 104, die durch einen Flüssigkeit/Flüssigkeit-Wärmetauscher 106 miteinander thermisch gekoppelt sind. In dem hier verwendeten Sinne beinhalten die Begriffe ”thermisch gekoppelt”, ”thermisch verbunden” und ”thermischer Austausch”, dass zwei physikalische Systeme oder Komponenten geeignet zugeordnet sind, so dass zwischen derartigen Systemen oder Komponenten thermische Energie und Wärme übertragen werden kann.
Wie in 1 gezeigt, gehören zu dem Kraftmaschinenkühlkreislauf 102: die Kraftmaschine 108 des Schienenfahrzeugs oder einer sonstigen kraftmaschinenbetriebenen Einheit, eine Pumpe 110 zum Umwälzen eines ersten Kühlfluids durch den gesamten Kraftmaschinenkühlkreislauf 102, ein Kühler 112 (z. B. ein erster Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher) und ein Subkühler 114 (z. B. ein zweiter Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher) mit einem Kühlgebläse 116, das diesem zugeordnet ist, ein Zwischenkühler 118 (z. B. ein dritter Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher), und der Flüssigkeit/Flüssigkeit-Wärmetauscher 106. In einem Ausführungsbeispiel ist das erste Kühlfluid Wasser. In weiteren Ausführungsbeispielen kann das erste Kühlfluid eine aus dem Stand der Technik bekannte andere Art von Fluid sein, ohne den weiteren Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. In einem Ausführungsbeispiel kann die Pumpe 110 eine Zentrifugalpumpe sein, obwohl auch andere aus dem Stand der Technik bekannte Pumpen verwendet werden können, ohne den weiteren Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
In einem Ausführungsbeispiel enthält der Kraftmaschinenkühlkreislauf 102 darin mehrere Subkreisläufe oder Strömungspfade. Beispielsweise ist ein erster oder Hauptsubkreislauf A durch den Strom von Kühlfluid von der Kraftmaschine 108 durch den Kühler 112 und zurück zu der Kraftmaschine 108 definiert. Im Betrieb wälzt die Pumpe 110 das Kühlfluid durch die Kraftmaschine 108 hindurch um, um Wärmeenergie abzuführen, die durch die Kraftmaschinenzylinder erzeugt ist (d. h., durch die Kraftmaschinenzylinder erzeugte Wärme wird auf das Kühlfluid übertragen). Das Kühlfluid durchströmt anschließend den Kühler 112, wobei die absorbiert Wärme durch einen Luftstrom, der durch das Kühlgebläse 116 hervorgebracht wird, in die Atmosphäre abgeführt wird. Das gekühlte Fluid wird anschließend erneut durch die Kraftmaschine 108 hindurch umgewälzt, um erneut erzeugte Wärmeenergie abzuführen.
Ein zweiter, oder Ladeluftkühlungssubkreislauf B ist durch den Strom von Kühlfluid von der Kraftmaschine 108, durch den Kühler 112, durch den Subkühler 114, durch den Zwischenkühler 118 und schließlich zurück zu der Kraftmaschine 108 definiert. Im Betrieb wälzt die Pumpe 110 das Kühlfluid durch die Kraftmaschine 108 hindurch um, um überschüssige Wärme in der Kraftmaschine 108 auf das Kühlfluid zu übertragen, und anschließend durch den Kühler 112, um das Kühlfluid in der oben beschriebenen Weise zu kühlen. Ein Teil des Kühlfluids wird jedoch, anstatt zu der Kraftmaschine 108 zurück verzweigt zu werden, durch den Subkühler 114 gelenkt, um daraus noch mehr Wärme zu entziehen. Wenn das Kühlfluid den Subkühler 114 verlässt, wird es durch den Zwischenkühler 118 geleitet, wobei es die dem Turbolader entströmende verdichtete Verbrennungsluft kühlt, bevor diese Luft in die Kraftmaschinenzylinder injiziert wird, wo sie in der Verbrennung genutzt wird. Nach dem Verlassen des Zwischenkühlers 118 wird das Kühlfluid, das eine wesentlich geringere Temperatur aufweist als nach dem Verlassen der Kraftmaschine 108, anschließend nochmals durch die Kraftmaschine 108 verzweigt, um den Wärmeübertragungsvorgang zu wiederholen.
Ein dritter Subkreislauf C ist durch den Strom von Kühlfluid von der Kraftmaschine 108, durch den Kühler 112, durch den Subkühler 114, durch den Flüssigkeit/Flüssigkeit-Wärmetauscher 106 und zurück zu der Kraftmaschine 108 definiert. Um überschüssige Wärme in der Kraftmaschine 108 auf das Kühlfluid zu übertragen, wälzt die Pumpe 110 im Betrieb das Kühlfluid durch die Kraftmaschine 108, durch den Kühler 112 und durch den Subkühler 114 hindurch um, um das Kühlfluid in der oben beschriebenen Weise zu kühlen. Anstatt dem Strömungspfad zu folgen, der durch den zweiten Subkreislauf B definiert ist, kann ein Teil des gekühlten Kühlfluids jedoch vor seiner Rückführung in die Kraftmaschine 108 selektiv zu dem Flüssigkeit/Flüssigkeit-Wärmetauscher 106 und durch diesen hindurch verzweigt werden. In einem Ausführungsbeispiel kann der Strom von Kühlfluid von dem Subkühler 114 zu dem Flüssigkeit-Flüssigkeit-Wärmetauscher 106, wie im Folgenden erörtert, durch selektive Betätigung eines ersten Steuer-/Regelventils 120 reguliert werden. Wie weiter unten erläutert, kann Wärme von dem Leistungselektronikkühlkreislauf 104 auf das Kühlfluid des Kraftmaschinenkühlkreislaufs 102 in dem Flüssigkeit-Flüssigkeit-Wärmetauscher 106 übertragen werden. In dieser Hinsicht sind der Kraftmaschinenkühlkreislauf 102 und der Leistungselektronikkühlkreislauf 104 miteinander thermisch gekoppelt.
Wie weiter in 1 gezeigt, ist ein vierter Elektronikkomponenten-Heiz-Subkreislauf D des Kraftmaschinenkühlkreislaufs 102, wie oben erörtert, durch den Strom von Kühlfluid von der Kraftmaschine 108, durch den Kühler 112 definiert. Anstatt dem Strömungspfad des Haupt-Subkreislaufs A durch eine Rückverzweigung zu der Kraftmaschine 108 oder durch den Subkühler 114 zu folgen, wird ein Teil des Kühlfluids durch Öffnen eines zweiten Steuer-/Regelventils 122 unmittelbar zu dem Flüssigkeit-Flüssigkeit-Wärmetauscher 106 verzweigt. Nachdem das Kühlfluid den Flüssigkeit/Flüssigkeit-Wärmetauscher 106 durchströmt hat, vereinigt es sich (nach Verlassen des Wärmetauschers 106) mit dem von dem dritten Kühlkreislauf stammenden Strom von Kühlfluid und wird zurück zu der Kraftmaschine 108 verzweigt. Wie nachfolgend erläutert, kann der vierte Subkreislauf D in einem Ausführungsbeispiel genutzt werden, um die Leistungselektronik bei Betrieb des Fahrzeugs in kühler Umgebung zu erwärmen.
Mit weiterem Bezug auf 1 enthält der Leistungselektronikkühlkreislauf 104 eine zweite Pumpe 124 zum Umwälzen eines zweiten Kühlfluids in dem Leistungselektronikkühlkreislauf 104, ein Heizelement 126, Leistungselektronik, z. B. Leistungselektronikkomponenten 128, 130, 132, und den Flüssigkeit/Flüssigkeit-Wärmetauscher 106. In einem Ausführungsbeispiel ist das zweite Kühlfluid Wasser. In weiteren Ausführungsbeispielen kann das zweite Kühlfluid eine aus dem Stand der Technik bekannte andere Art von Fluid sein, ohne den weiteren Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. In einem Ausführungsbeispiel kann die Pumpe 110 eine Zentrifugalpumpe sein, obwohl auch andere aus dem Stand der Technik bekannte Pumpen verwendet werden können, ohne den weiteren Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
Im Betrieb wälzt die zweite Pumpe 124 das zweite Kühlfluid durch die Leistungselektronikkomponenten 128, 130, 132 um, um daraus Wärmeenergie abzuführen. Das Kühlfluid durchströmt anschließend mit der von den Elektronikkomponenten 128, 130, 132 übertragenen Wärme den Flüssigkeit/Flüssigkeit-Wärmetauscher 106. Auf diese Weise wird Wärme, die von den Leistungselektronikkomponenten 128, 130, 132 abgeführt ist, anschließend durch den Wärmetauscher 106 zu dem ersten Kühlfluid in dem Kraftmaschinenkühlkreislauf 102 übertragen. Das gekühlte zweite Fluid in dem Leistungselektronikkühlkreislauf 104 wird anschließend erneut durch die Elektronikkomponenten 128, 130, 132 umgewälzt, und der Wärmeübertragungskühlvorgang wird wiederholt.
Wie oben erwähnt, sind der Kraftmaschinenkühlkreislauf 102 und der Leistungselektronikkühlkreislauf 104 über den Wärmetauscher 106 integral vereinigt. Wie ohne weiteres ersichtlich, ermöglicht der Wärmetauscher 106, dass die Kühlfluide in jedem Kühlkreislauf 102, 104 physisch voneinander getrennt bleiben, während er eine thermische Kopplung der entsprechenden Kühlfluide gestattet, um die Abfuhr von Wärme von der Leistungselektronik bereitzustellen. Darüber hinaus lassen sich durch ein integrales Vereinen des Kraftmaschinenkühlkreislaufs 102 und des Leistungselektronikkühlkreislaufs 104, wesentliche Einsparungen mit Blick auf Gewicht, Volumen und Kosten erzielen. Insbesondere kann durch ein integrales Vereinen der beiden Kühlkreisläufe auf eine eigene Anordnung von Kühler und Gebläse zum Kühlen der Leistungselektronik, wie es in bestehenden Leistungselektronikkühlsystemen typisch ist, verzichtet werden.
Wie ohne weiteres ersichtlich, verlieren die Leistungselektronikkomponenten 128, 130, 132 in außerordentlich kalten Umgebungen möglicherweise wesentlich mehr Wärme als während des Betriebs erzeugt wird. Da die Leistungselektronik bei gewissen tiefen Temperaturen häufig nur mit schlechtem Wirkungsgrad oder überhaupt nicht betrieben werden kann, ist es erforderlich, eine minimale Betriebstemperatur für solche Leistungselektronik aufrecht zu erhalten. Herkömmliche Lösungen für dieses Problem basieren darauf, ein eigenes, mit Kraftstoff betriebenes Heizelement zu verwenden, um die Leistungselektronik in kalten klimatischen Umgebungen zu erwärmen. Die vorliegende Erfindung löst dieses Problem hingegen ohne zusätzlichem Verbrauch von Kraftstoff, was weitere Kosten einspart. Indem speziell weiter auf 1 eingegangen wird, kann das Kühlfluid des Kraftmaschinenkühlkreislaufs 102, zusätzlich zu dem Abführen überschüssiger Wärme von dem Leistungselektronikkühlkreislauf 104, auch genutzt werden, um die Leistungselektronik in kaltem Klima zu erwärmen.
In einem Ausführungsbeispiel kann der dritte Subkreislauf C genutzt werden, um den Leistungselektronikkomponenten 128, 130, 132 in kalter Umgebung angemessen Wärme zuzuführen. Speziell kann das Ventil 120 in seine Öffnungsstellung gesteuert werden, so dass das in dem Kraftmaschinenkkühlkreislauf 102 strömende (den Subkühler 114 verlassende) Kühlfluid, das noch etwas Wärme von der Kraftmaschine 108 aufweist, in den Wärmetauscher 106 eintritt, so dass die von der Kraftmaschine abgeführte Wärme auf das kühlere Fluid in dem Leistungselektronikkühlkreislauf 104 übertragen wird. Dieses Fluid wird anschließend durch die Leistungselektronikkomponenten 128, 130, 132 hindurch umgewälzt, um für diese Komponenten eine Temperatur oberhalb einer minimalen Betriebstemperatur aufrecht zu erhalten.
In noch einem Ausführungsbeispiel kann der vierte Subkreislauf D genutzt werden, um den Leistungselektronikkomponenten 128, 130, 132 zusätzliche Wärme zuzuführen. Speziell kann das Ventil 122 alternativ oder zusätzlich zu Ventil 120 in seine Öffnungsstellung gesteuert werden, so dass das Kühlfluid, das von der Kraftmaschine 108 Wärme absorbiert hat, in den Wärmetauscher 106 eintritt, so dass die absorbierte Wärme, die durch das Fluid in dem Kraftmaschinenkkühlkreislauf 102 transportiert wird, auf das kühlere Fluid des Leistungselektronikkühlkreislaufs 104 übertragen wird. Die Wärme, die durch das Fluid in dem Leistungselektronikkühlkreislauf 104 absorbiert ist, kann anschließend abgeführt und auf die Leistungselektronikkomponenten 128, 130, 132 übertragen werden, um für diese Komponenten eine optimale Betriebstemperatur aufrecht zu erhalten. Wie ohne weiteres ersichtlich, weist das Fluid in dem vierten Subkreislauf D eine höhere Temperatur auf als das Fluid in dem dritten Subkreislauf C, da das Fluid in dem dritten Subkreislauf C vor dem Eintritt in den Wärmetauscher 106 den Subkühler 114 durchströmt. Dementsprechend kann der dritte Subkreislauf C genutzt werden, wenn lediglich eine geringe Temperatursteigerung der Leistungselektronikkomponenten 128, 130, 132 gewünscht ist, wobei der vierte Subkreislauf D genutzt wird, wenn ein kräftigerer Temperaturanstieg erforderlich ist.
In einem Ausführungsbeispiel können die Ventile 120, 122 temperaturgesteuerte Ventile sein, die dazu eingerichtet sind, sich zu öffnen (beispielsweise in die Öffnungsstellung versetzt zu werden), wenn die Temperatur(en) der Leistungselektronikkomponenten 128, 130, 132 einen oder mehrere vorgegebene Schwellwerte unterschreiten. In dieser Hinsicht können ein oder mehrere (nicht gezeigte) Temperatursensoren, die den Leistungselektronikkomponenten zugeordnet sind, dazu eingerichtet sein, die Temperatur der Leistungselektronik zu überwachen und ein Signal, das eine solche Temperatur kennzeichnet, zu einer Steuerungseinheit, beispielsweise zu einem (nicht gezeigten) Mikroprozessor, zu übertragen. Die Steuereinheit kann dazu eingerichtet sein, die Ventile 120, 122 in Abhängigkeit von der erfassten Temperatur in deren entsprechende Öffnungs- und Schließstellung zu steuern/regeln.
In außerordentlich kalten Umgebungen, in denen die Wärme, die von dem Fluid des Kraftmaschinenkühlkreislaufs 102 zu dem Fluid des Leistungselektronikkühlkreislaufs 104 übertragen wird, nicht ausreicht, um eine minimale Betriebstemperatur für die Leistungselektronikkomponenten 128, 130, 132 aufrecht zu erhalten, kann der Leistungselektronikkühlkreislauf 104 darüber hinaus auch ein Heizelement 126 aufweisen, beispielsweise einen Durchlauferhitzer oder dergleichen, der wahlweise eingeschaltet werden kann, um die Wärme, die durch das Fluid des Kraftmaschinenkühlkreislaufs 102 geliefert wird, (d. h. die von dem dritten und vierten Subkreislauf C, D stammende Wärme) zu ergänzen. Speziell kann das Heizelement 126 wahlweise eingeschaltet werden, um das Fluid in dem Leistungselektronikkühlkreislauf 104 zusätzlich zu erwärmen, so dass die Temperatur der Leistungselektronikkomponenten 128, 130, 132 in einem gewünschten Betriebsbereich aufrecht erhalten wird.
Wie ohne weiteres ersichtlich, ermöglicht die physikalische Trennung der Kühlfluide in dem Kraftmaschinenkühlkreislauf 102 und in dem Leistungselektronikkühlkreislauf 104, während sie den Wärmeaustausch (d. h. die Wärmeübertragung) dazwischen gestattet, eine bedarfsabhängige Erwärmung und Kühlung der Leistungselektronikkomponenten. Darüber hinaus ermöglicht die Fähigkeit, den Durchstrom von Kühlfluid in dem dritten und vierten Subkreislauf zu dem Wärmetauscher 106 über das Öffnen und Schließen von Ventilen 120, 122 und durch die Verwendung des Heizelements 126 in dem Leistungselektronikkühlkreislauf 104 aktiv zu steuern/regeln, eine noch genauere Steuerung/Regelung des Erwärmens und Kühlens der Leistungselektronikkomponenten 128, 130, 132. Eine solche aktive Steuerung ermöglicht es, die Temperatur der Leistungselektronik in bevorzugten Betriebsbereichen aufrecht zu erhalten, so das die thermische Wechselbeanspruchung auf ein Minimum reduziert ist und die Lebensdauer gesteigert ist. In der Tat kann diese aktive Temperaturregulierung optimiert werden, um die Lebensdauer einer Leistungselektronik zu maximieren.
In einem Ausführungsbeispiel kann der Leistungselektronikkühlkreislauf 104, wie in 1 gezeigt, außerdem eine Wärmemanagementeinheit 134 enthalten. Wärme, die von den Leistungselektronikkomponenten 128, 130, 132 abgeführt ist, kann zu der Wärmemanagementeinheit 134 übertragen werden, die dann genutzt werden kann, um Kraftmaschinenöltemperaturen zu erhöhen und unter extrem kalten klimatischen Bedingungen aufrecht zu erhalten. Darüber hinaus kann die Wärmemanagementeinheit 134 genutzt werden, um Kraftmaschinenflüssigkeiten, z. B. Kraftstoff, Öl, Wasser, und dergleichen nach Bedarf zu erwärmen, was insbesondere bei Betrieb unter kalten Bedingungen Einsparungen mit Blick auf Kraftstoff und Kraftmaschinenverschleiß ermöglicht.
In einem Ausführungsbeispiel kann das integrierte Kühlsystem 100 außerdem einen (nicht gezeigten) eigenen Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher in dem Leistungselektronikkühlkreislauf 104 enthalten, um eine gesteigerte Kühlleistung bereitzustellen.
Während 1 das integrierte Kühlsystem 100 mit dem Leistungselektronikkühlkreislauf 104 strömungsmäßig getrennt von dem Kraftmaschinenkühlkreislauf 102 (jedoch thermisch mit diesem integral vereint) veranschaulicht ist, kann in einem Ausführungsbeispiel auf den Flüssigkeit/Flüssigkeit-Wärmetauscher 106 in dem System verzichtet werden. Wie ohne weiteres ersichtlich, sind der Leistungselektronikkühlkreislauf und der Kraftmaschinenkühlkreislauf in einem solchen Ausführungsbeispiel strömungsmäßig verbunden, d. h. nicht mehr durch den Wärmetauscher 106 getrennt. Speziell ist das erste Fluid in diesem Ausführungsbeispiel ein Fluidanteil, der einen Kreislauf (z. B. den Kraftmaschinenkühlkreislauf 102) durchströmt, und das zweite Fluid ist ein Fluidanteil, der den anderen Kreislauf (z. B. den Leistungselektronikkühlkreislauf 104) durchströmt, und Wärme wird zwischen den beiden Fluidanteilen ausgetauscht, indem sie sich vermischen.
Gemäß 2 ist ein Verfahren 200 zum Kühlen einer Kraftmaschine und einer Leistungselektronik einer kraftmaschinenbetriebenen Einheit veranschaulicht. Wie in Schritt 200 gezeigt, wird ein erstes Fluid durch einen Kraftmaschinenkühlkreislauf der kraftmaschinenbetriebenen Einheit hindurch umgewälzt. In Schritt 204 wird ein zweites Fluid durch einen Leistungselektronikkühlkreislauf der kraftmaschinenbetriebenen Einheit hindurch umgewälzt. Anschließend wird in Schritt 206 in der oben erläuterten Weise Wärme von dem zweiten Fluid auf das erste Fluid übertragen. Wie ohne weiteres ersichtlich, kühlt die Übertragung von Wärme von dem zweiten Fluid auf das erste Fluid wirkungsvoll das zweite Fluid.
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung betrifft ein Kühlsystem für ein Fahrzeug oder für eine andere kraftmaschinenbetriebene Einheit. Zu dem System gehören ein Kraftmaschinenkühlkreislauf, der ein erstes Fluid enthält, das dazu eingerichtet ist, durch eine kraftmaschinenbetriebene Einheit hindurch umgewälzt zu werden, und ein Leistungselektronikkühlkreislauf, der ein zweites Fluid enthält, das dazu eingerichtet ist, durch wenigstens eine Leistungselektronikkomponente der kraftmaschinenbetriebenen Einheit hindurch umgewälzt zu werden. Der Kraftmaschinenkühlkreislauf ist strömungsmäßig von dem Leistungselektronikkühlkreislauf getrennt und thermisch mit diesem gekoppelt.
In einem Ausführungsbeispiel enthält der Kraftmaschinenkühlkreislauf einen Kühler und ein Kühlgebläse, die dazu eingerichtet sind, von dem ersten Fluid Wärme abzuführen.
In einem Ausführungsbeispiel kann der Kraftmaschinenkühlkreislauf einen Zwischenkühler enthalten, der dazu eingerichtet ist, verdichtete Verbrennungsluft von einem Turbolader zu kühlen, der der Kraftmaschine des Fahrzeugs oder einer anderen kraftmaschinenbetriebenen Einheit zugeordnet ist.
In einem Ausführungsbeispiel sind der Kraftmaschinenkühlkreislauf und der Leistungselektronikkühlkreislauf über einen Wärmetauscher miteinander thermisch gekoppelt. In einem Ausführungsbeispiel kann der Wärmetauscher ein Flüssigkeit/Flüssigkeit-Wärmetauscher sein, wobei Wärme von dem ersten Fluid oder von dem zweiten Fluid zu dem jeweils anderen Fluid, sei dies das erste Fluid oder das zweite Fluid, übertragen wird.
In einem Ausführungsbeispiel kann das System in dem Kraftmaschinenkkühlkreislauf zwischen dem Kühler und dem Wärmetauscher ein erstes Ventil enthalten. Das Ventil kann dazu eingerichtet sein, einen Strom des ersten Fluids von der Kraftmaschine zu dem Wärmetauscher nach dem Durchqueren des Kühlers zu steuern/regeln.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann das System in dem Kraftmaschinenkkühlkreislauf ein zweites Ventil enthalten, wobei das zweite Ventil dazu eingerichtet ist, einen Strom des ersten Fluids von der Kraftmaschine unmittelbar zu dem Wärmetauscher zu beeinflussen.
In noch einem Ausführungsbeispiel des Systems enthält der Kraftmaschinenkühlkreislauf einen Subkühler.
In einem Ausführungsbeispiel enthält das System zudem eine erste Pumpe, die dazu eingerichtet ist, das erste Fluid durch den gesamten Kraftmaschinenkühlkreislauf umzuwälzen, und eine zweite Pumpe, die dazu eingerichtet ist, das zweite Fluid durch den gesamten Leistungselektronikkühlkreislauf umzuwälzen.
In noch einem Ausführungsbeispiel kann ein Hilfsheizelement vorgesehen sein, das dazu eingerichtet ist, das zweite Fluid in dem Leistungselektronikkühlkreislauf zu erwärmen.
In noch einem Ausführungsbeispiel ist ein Verfahren zum Kühlen einer Kraftmaschine und einer Leistungselektronik einer kraftmaschinenbetriebenen Einheit geschaffen. Zu dem Verfahren gehören die Schritte: Umwälzen eines ersten Fluids durch einen Kraftmaschinenkühlkreislauf, um von der Kraftmaschine Wärme abzuführen, Umwälzen eines zweiten Fluids durch einen Leistungselektronikkühlkreislauf, um von der Leistungselektronik Wärme abzuführen, und Kühlen des zweiten Fluids durch Übertragen von Wärme von dem zweiten Fluid auf das erste Fluid.
In einem Ausführungsbeispiel beinhaltet der Schritt des Kühlens des zweiten Fluids ein Leiten des ersten Fluids und des zweiten Fluids durch einen Flüssigkeit/Flüssigkeit-Wärmetauscher.
In einem Ausführungsbeispiel sind der Kraftmaschinenkühlkreislauf und der Leistungselektronikkühlkreislauf voneinander strömungsmäßig getrennt.
In noch einem Ausführungsbeispiel sind der Kraftmaschinenkühlkreislauf und der Leistungselektronikkühlkreislauf miteinander strömungsmäßig verbunden.
In einem Ausführungsbeispiel kann das Verfahren außerdem den Schritt beinhalten, Wärme, die von der Leistungselektronik abgeleitet ist, zu nutzen, um Kraftmaschinenflüssigkeiten, beispielsweise Kraftstoff, Öl und/oder Wasser, zu erwärmen.
In noch einem Ausführungsbeispiel kann das Verfahren die Schritte beinhalten: Erfassen einer Temperatur einer Komponente der Leistungselektronik und/oder des zweiten Fluids, und Aktivieren eines Hilfsheizelements, um das zweite Fluid zu erwärmen, wenn die Temperatur der Komponente oder des zweiten Fluids einen vorbestimmten unteren Schwellwert unterschreitet.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann das Verfahren die Schritte beinhalten: Steuern/Regeln eines Stroms des ersten Fluids unmittelbar von der Kraftmaschine zu dem Flüssigkeit-Flüssigkeit-Wärmetauscher, wenn die Temperatur einer Komponente der Leistungselektronik einen vorbestimmten unteren Schwellwert erreicht, und Übertragen von Wärme von dem ersten Fluid auf das zweite Fluid.
In noch einem Ausführungsbeispiel kann das Verfahren zudem den Schritt beinhalten:
Steuern/Regeln der Temperatur des zweiten Fluids in dem Leistungselektronikkühlkreislauf durch wahlweises Steuern des Stroms des ersten Fluids zu dem Wärmetauscher durch ein oder mehrere Ventile.
In noch einem Ausführungsbeispiel ist ein Kühlsystem geschaffen. Zu dem Kühlsystem gehören: ein erster Kreislauf, der ein erstes Fluid enthält, das dazu eingerichtet ist, durch eine erste Komponente hindurch umgewälzt zu werden, ein zweiter Kreislauf, der ein zweites Fluid enthält, das dazu eingerichtet ist, durch eine zweite Komponente hindurch umgewälzt zu werden, und ein Wärmetauscher, der dazu eingerichtet ist, Wärme von dem ersten Fluid oder von dem zweiten Fluid zu dem jeweils anderen Fluid, sei dies das erste Fluid oder das zweite Fluid, zu übertragen. Das erste Fluid und das zweite Fluid sind voneinander strömungsmäßig getrennt.
In einem Ausführungsbeispiel ist die erste Komponente eine Kraftmaschine eines Fahrzeugs, und die zweite Komponente ist eine Leistungselektronikkomponente des Fahrzeugs.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist ein Kühlsystem geschaffen. Zu dem Kühlsystem gehören: eine Kraftmaschine, die mehrere erste Kühlkanäle aufweist, wenigstens eine Leistungselektronikkomponente, die mehrere zweite Kühlkanäle aufweist, ein Wärmetauscher, der sich in strömungsmäßiger Verbindung mit der Kraftmaschine und der wenigstens einen Leistungselektronikkomponente befindet, und eine Pumpe, die dazu eingerichtet ist, ein Kühlfluid durch die Kraftmaschine, durch die wenigstens eine Leistungselektronikkomponente und durch den Wärmetauscher hindurch umzuwälzen, um von der Kraftmaschine und von der wenigstens einen Leistungselektronikkomponente Wärme abzuführen.
In einem Ausführungsbeispiel ist der Wärmetauscher längs eines Fluidströmungspfads zwischen der Kraftmaschine und der wenigstens einen Leistungselektronikkomponente angeordnet.
Es versteht sich, dass die oben erwähnte Beschreibung zur Veranschaulichung dient und nicht beschränken soll. Beispielsweise können die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele (und/oder Aspekte davon) miteinander kombiniert verwendet werden. Darüber hinaus können viele Abwandlungen vorgenommen werden, um eine besondere Situation oder ein spezielles Material an die Lehre der Erfindung anzupassen, ohne von dem Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Während die im Vorliegenden beschriebenen Abmessungen und Arten von Materialien die Parameter der Erfindung definieren sollen, sind sie keinesfalls beschränkend und dienen lediglich als Ausführungsbeispiele. Viele weitere Ausführungsbeispiele werden dem Fachmann nach dem Lesen der oben erwähnten Beschreibung offenkundig. Der Schutzumfang der Erfindung sollte daher anhand der beigefügten Patentansprüche, gemeinsam mit dem vollen Schutzumfang äquivalenter Formen ermittelt werden, zu denen derartige Ansprüche berechtigen. In den beigefügten Patentansprüchen werden die Ausdrücke ”enthalten/beinhalten/aufweisen” und ”bei denen” wie Klartextäquivalente der entsprechenden Begriffe ”umfassen” und ”wobei” verwendet. Darüber hinaus dienen die Begriffe ”erster”, ”zweiter” ”dritter”, ”oberer” ”unterer”, ”unterster”, ”oberster” und dergleichen in den nachfolgenden Ansprüchen lediglich zur Kennzeichnung und sollen den Objekten keine Reihenfolge oder Position beimessen. Weiter sind die Beschränkungen der nachfolgenden Ansprüche nicht im Mittel-plus-Funktion-Format geschrieben, und sie sind nicht auf der Grundlage von 35 U.S.C. § 112, Absatz sechs, zu interpretieren, es sei denn derartige Beschränkungen von Ansprüchen verwenden ausdrücklich den Begriff ”Mittel für”, gefolgt von einer Feststellung einer von weiterer Struktur freien Funktion.
Die vorliegende Beschreibung verwendet Beispiele, um mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung zu beschreiben, die den besten Modus beinhalten, und außerdem, um einem Fachmann zu ermöglichen, die Ausführungsbeispiele der Erfindung in die Praxis umzusetzen, beispielsweise beliebige Einrichtungen und Systeme herzustellen und zu nutzen, und beliebige damit verbundene Verfahren durchzuführen. Der patentfähige Schutzumfang der Erfindung ist durch die Ansprüche definiert und kann weitere Beispiele einschließen, die dem Fachmann einfallen. Solche anderen Beispiele sollen in den Schutzumfang der Ansprüche fallen, falls sie strukturelle Elemente aufweisen, die sich von dem wörtlichen Inhalt der Ansprüche nicht unterscheiden, oder falls sie äquivalente strukturelle Elemente mit unwesentlichen Unterschieden gegenüber dem wörtlichen Inhalt der Ansprüche enthalten.
In dem hier verwendeten Sinne sollten im Singular erwähnte Elemente oder Schritte, denen der unbestimmte Artikel vorangestellt ist, in dem Sinne verstanden werden, dass der Plural der Elemente oder Schritte nicht ausgeschlossen ist, es sei den ein derartiger Ausschluss ist ausdrücklich erwähnt. Ferner soll die Bezugnahme auf ”ein Ausführungsbeispiel” der vorliegenden Erfindung nicht als Ausschluss der Existenz zusätzlicher Ausführungsbeispiele interpretiert werden, die ebenfalls die aufgeführten Merkmale verkörpern. Darüber hinaus können Ausführungsbeispiele, die ein oder mehrere Elemente mit einer speziellen Eigenschaft ”beinhalten”, ”enthalten” oder ”aufweisen”, weitere derartige Elemente einschließen, es sei denn es ist ausdrücklich Anderslautendes angegeben.
Da gewisse Änderungen an dem Kühlsystem vorgenommen werden können, ohne dass dabei von dem hier betroffenen Gegenstand der Erfindung abgewichen wird, ist beabsichtigt, dass der gesamte Gegenstand, der im Vorausgehenden beschrieben oder in den beigefügten Zeichnungen veranschaulicht ist, lediglich für Beispiele stehen soll, die das erfindungsgemäße Konzept im Vorliegenden veranschaulichen sollen, und nicht als die Erfindung beschränkend anzusehen ist.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein integriertes Kühlsystem 100 für ein Fahrzeug. Zu dem System gehören ein Kraftmaschinenkühlkreislauf 102, der ein erstes Fluid enthält, das dazu eingerichtet ist, durch eine Kraftmaschine 108 des Fahrzeugs hindurch umgewälzt zu werden, und ein Leistungselektronikkühlkreislauf 104, der ein zweites Fluid enthält, das dazu eingerichtet ist, durch wenigstens eine Leistungselektronikkomponente 128 des Fahrzeugs hindurch umgewälzt zu werden. Der Kraftmaschinenkühlkreislauf 102 ist strömungsmäßig von dem Leistungselektronikkühlkreislauf 104 getrennt und thermisch mit diesem gekoppelt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

35 U.S.C. § 112, Absatz sechs [0075]

Claims

Kühlsystem für eine kraftmaschinenbetriebene Einheit, wobei zu dem System gehören: ein Kraftmaschinenkühlkreislauf, der ein erstes Fluid enthält, das dazu eingerichtet ist, durch eine kraftmaschinenbetriebene Einheit hindurch umgewälzt zu werden; und ein Leistungselektronikkühlkreislauf, der ein zweites Fluid enthält, das dazu eingerichtet ist, durch wenigstens eine Leistungselektronikkomponente der kraftmaschinenbetriebenen Einheit hindurch umgewälzt zu werden; wobei der Kraftmaschinenkühlkreislauf strömungsmäßig von dem Leistungselektronikkühlkreislauf getrennt und thermisch mit diesem gekoppelt ist.
Kühlsystem nach Anspruch 1, wobei: der Kraftmaschinenkühlkreislauf einen Subkühler enthält.
Kühlsystem nach Anspruch 1, zu dem außerdem gehören: eine erste Pumpe, die dazu eingerichtet ist, das erste Fluid durch den gesamten Kraftmaschinenkühlkreislauf hindurch umzuwälzen; und eine zweite Pumpe, die dazu eingerichtet ist, das zweite Fluid durch den gesamten Leistungselektronikkühlkreislauf hindurch umzuwälzen.
Kühlsystem nach Anspruch 1, zu dem außerdem gehört: ein Hilfsheizelement, das dazu eingerichtet ist, das zweite Fluid in dem Leistungselektronikkühlkreislauf zu erwärmen.
Kühlsystem nach Anspruch 1, wobei: der Kraftmaschinenkühlkreislauf einen Kühler und ein Kühlgebläse enthält, die dazu eingerichtet sind, von dem ersten Fluid Wärme abzuführen.
Kühlsystem nach Anspruch 5, wobei: der Kraftmaschinenkühlkreislauf einen Zwischenkühler enthält, der dazu eingerichtet ist, verdichtete Verbrennungsluft von einem Turbolader zu kühlen, der der Kraftmaschine der kraftmaschinenbetriebenen Einheit zugeordnet ist, und/oder wobei: der Kraftmaschinenkühlkreislauf und der Leistungselektronikkühlkreislauf über einen Wärmetauscher miteinander thermisch gekoppelt sind.
Kühlsystem nach Anspruch 6, wobei: der Wärmetauscher ein Flüssigkeit/Flüssigkeit-Wärmetauscher ist, durch den Wärme von dem ersten Fluid oder von dem zweiten Fluid zu dem jeweils anderen Fluid, sei dies das erste Fluid oder das zweite Fluid, übertragen wird.
Kühlsystem nach Anspruch 6, zu dem außerdem gehören: ein erstes Ventil in dem Kraftmaschinenkkühlkreislauf zwischen dem Kühler und dem Wärmetauscher, wobei das erste Ventil dazu eingerichtet ist, einen Strom des ersten Fluids von der Kraftmaschine zu dem Wärmetauscher nach dem Durchqueren des Kühlers zu steuern/regeln.
Kühlsystem nach Anspruch 8, zu dem außerdem gehören: ein zweites Ventil in dem Kraftmaschinenkkühlkreislauf, wobei das zweite Ventil dazu eingerichtet ist, einen Strom des ersten Fluids von der Kraftmaschine unmittelbar zu dem Wärmetauscher zu beeinflussen.
Verfahren zum Kühlen einer Kraftmaschine und einer Leistungselektronik einer kraftmaschinenbetriebenen Einheit, wobei das Verfahren die folgenden Schritte beinhaltet: Umwälzen eines ersten Fluids durch einen Kraftmaschinenkühlkreislauf, um von der Kraftmaschine Wärme abzuführen; Umwälzen eines zweiten Fluids durch einen Leistungselektronikkühlkreislauf, um von der Leistungselektronik Wärme abzuführen; und Kühlen des zweiten Fluids durch Übertragen von Wärme von dem zweiten Fluid auf das erste Fluid.