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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug, wobei die Antriebseinrichtung wenigstens eine mittels einer Leistungselektronik angesteuerte elektrische Maschine sowie einen Kühlkreislauf zur Kühlung der Leistungselektronik aufweist. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug.
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Die Antriebseinrichtung dient vorzugsweise dem Antreiben des Kraftfahrzeugs, also dem Bereitstellen eines auf das Antreiben des Kraftfahrzeugs gerichteten Drehmoments. Sie kann insoweit Bestandteil des Kraftfahrzeugs sein. Die Antriebseinrichtung weist mindestens ein Antriebsaggregat, vorzugsweise jedoch mehrere Antriebsaggregate auf. Das Antriebsaggregat beziehungsweise zumindest eines der mehreren Antriebsaggregate liegt in Form der elektrischen Maschine vor. Ein weiteres der Antriebsaggregate kann dagegen von der elektrischen Maschine verschieden sein und beispielsweise als Brennkraftmaschine vorliegen. In diesem Fall ist die Antriebseinrichtung als Hybridantriebseinrichtung ausgestaltet.
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Sind mehrere Antriebsaggregate vorgesehen, so können diese vorzugsweise zumindest zeitweise zum gemeinsamen Bereitstellen des Drehmoments herangezogen werden. Ist lediglich das als elektrische Maschine ausgestaltete Antriebsaggregat vorgesehen, so dient die elektrische Maschine zumindest zeitweise zum Bereitstellen des Drehmoments. Die elektrische Maschine wird mittels einer Leistungselektronik angesteuert. Beispielsweise ist die Leistungselektronik als Wechselrichter ausgestaltet oder umfasst einen solchen zumindest. Der Wechselrichter dient dem Umsetzen eines Gleichstroms in einen Wechselstrom, welcher üblicherweise zum Betreiben der elektrischen Maschine benötigt wird. Ganz allgemein ausgedrückt dient also die Leistungselektronik der Umformung elektrischer Energie. Zu diesem Zweck ist das wenigstens eine elektronische Bauelement vorgesehen ist.
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Das Bauelement kann beispielsweise ein Transistor, vorzugsweise ein Leistungstransistor oder ein Bipolartransistor, insbesondere ein Bipolartransistor mit isolierter Gateelektrode (IGBT), sein. Das Bauelement kann jedoch auch als MOSFET, Diode, DIAC, TRIAC, Thyristor oder dergleichen ausgestaltet sein. Üblicherweise weist die Leistungselektronik mehrere von zumindest einem der genannten Bauelemente auf, beispielsweise also mehrere Transistoren oder MOSFETs. Die Leistungselektronik ist elektrisch mit der elektrischen Maschine verbunden, vorzugsweise mit wenigstens einer Spule der elektrischen Maschine. Die Spule kann dabei einem Stator oder einem Rotor der elektrischen Maschine zugeordnet sein.
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Weil in der Leistungselektronik aufgrund des Umformens der elektrischen Energie Wärme anfällt, muss die Leistungselektronik gekühlt werden. Zu diesem Zweck ist der Kühlkreislauf vorgesehen. In dem Kühlkreislauf liegt ein Kühlmedium vor, welches beispielsweise einen der Leistungselektronik zugeordneten Wärmeübertrager beziehungsweise Wärmetauscher durchströmt. Die in der Leistungselektronik anfallende Wärme wird mittels des Wärmeübertragers dem Kühlmedium zugeführt und von diesem aus der Leistungselektronik abgeführt. Unabhängig von der tatsächlichen Ausführungsform wird im Folgenden stets davon gesprochen, dass das Kühlmedium der Leistungselektronik zugeführt wird, auch wenn es tatsächlich nicht die Leistungselektronik selbst, sondern den Wärmeübertrager durchströmt.
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Es ist nun Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug vorzuschlagen, welche ein besonders effektives Betreiben des Kraftfahrzeugs ermöglicht.
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Dies wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Dabei ist vorgesehen, dass die Temperatur eines Kühlmediums des Kühlkreislaufs zur besseren Kühlung der Leistungselektronik zeitweise gezielt reduziert wird. Das der Leistungselektronik beziehungsweise dem Wärmeübertrager der Leistungselektronik zugeführte Kühlmedium soll insoweit nicht stets dieselbe Temperatur beziehungsweise im Wesentlichen dieselbe Temperatur aufweisen, sondern zeitweise auf eine niedrigere Temperatur gebracht werden und mit dieser der Leistungselektronik beziehungsweise dem Wärmeübertrager zugeführt werden.
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Während insoweit beispielsweise das der Leistungselektronik zugeführte Kühlmedium in einer ersten Betriebsart mit einer ersten Temperatur zugeführt wird, erfolgt dies in einer zweiten Betriebsart mit einer zweiten Temperatur, wobei die zweite Temperatur niedriger ist als die erste Temperatur. Das gezielte Reduzieren der Temperatur des Kühlmediums ist entsprechend nur zeitweise vorgesehen. Zum Reduzieren der Temperatur wird aus der ersten Betriebsart in die zweite Betriebsart gewechselt. Anschließend wird wieder von der zweiten Betriebsart in die erste Betriebsart umgeschaltet, sodass entsprechend die Temperatur erneut der ersten Temperatur entspricht.
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Es kann also vorgesehen sein, dass das Kühlmedium in der ersten Betriebsart eine erste Temperatur aufweist, die in einem ersten Temperaturbereich liegt, während in der zweiten Betriebsart eine zweite Temperatur vorgesehen ist, die in einem zweiten Temperaturbereich liegt. Dabei liegt der zweite Temperaturbereich wenigstens bereichsweise, insbesondere vollständig, unterhalb des ersten Temperaturbereichs. Es kann also eine Überlappung zwischen den Temperaturbereichen vorliegen, vorzugsweise ist dies jedoch nicht der Fall. Dabei können die Temperaturbereiche unmittelbar aneinander angrenzen. Vorzugsweise sind sie jedoch voneinander beabstandet. Beispielsweise weisen die Temperaturbereiche denselben Umfang auf, beispielsweise wenigstens 5 K, 10 K, 15 K, 20 K oder 25 K.
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Das beschriebene Verfahren zum Reduzieren der Temperatur des Kühlmediums wird beispielsweise durchgeführt, wenn mittels der elektrischen Maschine ein großes Drehmoment erzeugt werden soll und entsprechend in der Leistungselektronik eine große Wärmemenge anfällt. Beispielsweise wird die Temperatur des Kühlmediums gezielt reduziert, wenn mittels der elektrischen Maschine beziehungsweise der Antriebseinrichtung eine Beschleunigung des Kraftfahrzeugs vorgenommen werden soll. Insbesondere wird die Temperatur des Kühlmediums zeitgleich mit dem Beginn der Beschleunigung reduziert. Alternativ kann es jedoch auch vorgesehen sein, das Reduzieren der Temperatur bereits vor dem Beginn der Beschleunigung, insbesondere um eine bestimmte Zeitspanne vor dem Beginn der Beschleunigung, vorzunehmen.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass zum Reduzieren der Temperatur dem Kühlkreislauf stromaufwärts der Leistungselektronik ein Kühlmittel zugeführt wird, das zumindest an dieser Stelle eine geringere Temperatur aufweist als das Kühlmedium. Das Zuführen des Kühlmittels erfolgt beispielsweise an einer Mündungsstelle. Unmittelbar stromaufwärts dieser Mündungsstelle kann das Kühlmedium die erste Temperatur aufweisen, während die Temperatur des Kühlmittels geringer ist.
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Vorzugsweise ist die Temperatur des Kühlmittels derart gewählt, dass die Temperatur des Kühlmittels von dem Kühlmittel auf die zweite Temperatur abgesenkt wird. Zu diesem Zweck ist die Temperatur des Kühlmittels unmittelbar stromaufwärts der Mündungsstelle kleiner als die zweite Temperatur.
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Das Zuführen des Kühlmittels erfolgt beispielsweise nur in der zweiten Betriebsart. In der ersten Betriebsart dagegen wird der Leistungselektronik allein das Kühlmedium zugeführt. Das Kühlmittel kann beispielsweise in einem weiteren Kühlkreislauf vorliegen, vorzugsweise in einem Klimaanlagenkühlkreislauf des Kraftfahrzeugs. Es kann also vorgesehen sein, dass das Kühlmedium und das Kühlmittel der Leistungselektronik beziehungsweise dem Wärmeübertrager gemeinsam zugeführt werden. Kühlmedium und Kühlmittel sind insoweit miteinander vermischt. Zumindest zeitweise kann es auch vorgesehen sein, dass das Kühlmittel dem Kühlkreislauf zugeführt wird und in Form des Kühlmediums der Leistungselektronik beziehungsweise dem Wärmeübertrager zugeführt wird. In diesem Fall dient ausschließlich das Kühlmittel als Kühlmedium.
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Alternativ kann es selbstverständlich vorgesehen sein, dass dem Kühlkreislauf das Kühlmittel lediglich insoweit zugeführt wird, als dass es durch einen Wärmeübertrager geführt wird, welcher zugleich von dem Kühlmedium des Kühlkreislaufs durchströmt wird. Entsprechend kann auch in diesem Fall mittels des Kühlmittels die Temperatur des Kühlmediums abgesenkt werden, insbesondere bis auf die zweite Temperatur. In diesem Fall liegen das Kühlmedium und das Kühlmittel permanent fluidtechnisch separat voneinander vor.
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Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Kühlmittel mittels eines Mischventils dem Kühlkreislauf zugeführt wird. Über das Mischventil kann insoweit eine Strömungsverbindung zwischen dem Kühlkreislauf und dem weiteren Kühlkreislauf hergestellt werden. Vorzugsweise liegt diese Strömungsverbindung lediglich in der zweiten Betriebsart vor, während sie in der ersten Betriebsart unterbrochen ist. Beispielsweise liegt das Mischventil als diskret schaltbares Mischventil vor, welches diskret zwischen lediglich zwei Durchströmungsquerschnitten umschalten kann, nämlich einerseits einem vollständig versperrten Durchströmungsquerschnitt und einem vollständig freigegebenen Durchströmungsquerschnitt.
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Alternativ kann das Mischventil selbstverständlich als Stetigventil ausgestaltet sein, mittels welchem zwischen den beiden vorstehend genannten Durchströmungsquerschnitten wenigstens ein weiterer Durchströmungsquerschnitt, vorzugsweise eine Vielzahl von weiteren Durchströmungsquerschnitten, einstellbar sind. Entsprechend ist mittels eines solchen Stetigventils der Volumenstrom des dem Kühlkreislauf zugeführten Kühlmittels einstellbar. Vorzugsweise wird das Mischventil in diesem Fall in Abhängigkeit von der Temperatur des Kühlmediums stromabwärts des Mischventils und/oder stromaufwärts der Leistungselektronik, und/oder von der Temperatur der Leistungselektronik geregelt.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Reduzieren der Temperatur über einen bestimmten Zeitraum hinweg schrittweise oder stetig erfolgt. Insoweit ist keine abrupte Reduzierung der Temperatur des Kühlmediums vorgesehen, um plötzliche Temperatursprünge der Leistungselektronik zu vermeiden. Vielmehr soll das Reduzieren der Temperatur über den bestimmten Zeitraum hinweg vorgenommen werden, wobei der bestimmte Zeitraum eine Länge von größer als Null aufweist.
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Innerhalb des Zeitraums kann das Reduzieren der Temperatur entweder schrittweise, also in diskreten Schritten, oder im Wesentlichen stetig erfolgen.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Kühlmittel aus einem weiteren Kühlkreislauf zugeführt und stromabwärts der Leistungselektronik aus dem Kühlkreislauf in den weiteren Kühlkreislauf abgeführt wird. Wie bereits vorstehend erläutert, erfolgt das Zuführen des Kühlmittels in den Kühlkreislauf zur Reduzierung der Temperatur des Kühlmediums. Das Zuführen wird stromaufwärts der Leistungselektronik beziehungsweise des Wärmeübertragers durchgeführt. Das bedeutet beispielsweise, dass das Kühlmittel zusammen mit dem Kühlmedium oder in Form des Kühlmediums die Leistungselektronik beziehungsweise den Wärmeübertrager durchströmt.
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Stromabwärts der Leistungselektronik beziehungsweise des Wärmeübertragers wird das Kühlmittel wieder aus dem Kühlkreislauf entnommen und in den weiteren Kühlkreislauf abgeführt. Der weitere Kühlkreislauf kann, wie bereits vorstehend angedeutet, als Klimaanlagenkühlkreislauf des Kraftfahrzeugs ausgestaltet sein. Dieser dient zur Temperierung eines Innenraums des Kraftfahrzeugs, wird jedoch in diesem Fall zusätzlich zur besseren Kühlung der Leistungselektronik herangezogen.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass als Kühlmedium und als Kühlfluid das gleiche Fluid verwendet wird. Das Fluid ist vorzugsweise ein Kältemittel. Alternativ kann selbstverständlich auch ein Kühlmittel herangezogen werden.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Kühlfluid vor dem Zuführen mittels einer Kältemaschine gekühlt wird. Bevorzugt erfolgt das Kühlen des Kühlfluids derart, dass das Kühlfluid nachfolgend eine Temperatur aufweist, welche kleiner ist als die zweite Temperatur. Die Temperatur ist dabei vorzugsweise derart gewählt, dass das Kühlmedium mittels des Kühlmittels beziehungsweise durch das Zuführen des Kühlmittels in den Kühlkreislauf auf die zweite Temperatur gebracht wird, bevor es die Leistungselektronik beziehungsweise den Wärmeübertrager durchströmt. Die Kältemaschine ist beispielsweise Bestandteil einer Klimaanlage des Kraftfahrzeugs, insbesondere einer Innenraumklimaanlage. Die Kältemaschine ist vorzugsweise eine Kompressionskältemaschine und weist entsprechend einen Klimakompressor auf.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Reduzieren der Temperatur vorgenommen wird, wenn die Leistung der elektrischen Maschine erhöht wird, insbesondere einen Grenzwert überschreitet. Je höher die Leistung der elektrischen Maschine ist, umso größer wird die in der Leistungselektronik anfallende und mittels des Kühlkreislaufs abzuführende Wärmemenge. Entsprechend wird bei der Leistungserhöhung der elektrischen Maschine die Temperatur des Kühlmediums reduziert, vorzugsweise wenn die Leistung den Grenzwert überschreitet. Vorstehend wurde bereits erläutert, dass dies bei einem Beschleunigen des Kraftfahrzeugs mittels der Antriebseinrichtung der Fall sein kann. Selbstverständlich kann es vorgesehen sein, die Temperatur bereits vor dem Erhöhen der Leistung zu reduzieren, insbesondere um eine bestimmte Zeitspanne vor dem Erhöhen der Leistung. Es kann zudem vorgesehen sein, die verringerte Temperatur des Kühlmediums in Abhängigkeit von der momentanen Leistung der elektrischen Maschine zu bestimmen.
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Schließlich kann in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass das Reduzieren der Temperatur beendet wird, wenn die Leistung der elektrischen Maschine verringert wird, insbesondere den Grenzwert unterschreitet. Das Reduzieren der Temperatur ist nur dann notwendig, wenn in der Leistungselektronik eine große Wärmemenge anfällt. Entsprechend kann die Temperatur wieder erhöht werden beziehungsweise das Reduzieren der Temperatur beendet werden, wenn die Leistung der. elektrischen Maschine wieder abfällt, insbesondere unter den Grenzwert fällt. Das Reduzieren der Temperatur soll insoweit vorzugsweise lediglich vorgenommen werden, wenn die Leistung der elektrischen Maschine über dem Grenzwert liegt. Nur in diesem Fall wird in die zweite Betriebsart umgeschaltet, während die erste Betriebsart vorliegt, wenn die Leistung der elektrischen Maschine kleiner oder gleich dem Grenzwert ist.
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Die Erfindung betrifft weiterhin eine Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens gemäß den vorstehenden Ausführungen, wobei die Antriebseinrichtung wenigstens eine mittels einer Leistungselektronik ansteuerbare elektrische Maschine sowie einen Kühlkreislauf zur Kühlung der Leistungselektronik aufweist. Dabei ist vorgesehen, dass die Antriebseinrichtung dazu ausgebildet ist, die Temperatur eines Kühlmediums des Kühlkreislaufs zur besseren Kühlung der Leistungselektronik zeitweise gezielt zu reduzieren.
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Auf die Vorteile einer derartigen Ausgestaltung der Antriebseinrichtung beziehungsweise des Verfahrens wurde bereits hingewiesen. Sowohl die Antriebseinrichtung als auch das Verfahren können gemäß den vorstehenden Ausführungen weitergebildet sein, sodass insoweit auf diese verwiesen wird.
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Die Erfindung wird nachfolgend der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Dabei zeigt die einzige
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Figur eine schematische Darstellung eines Bereichs einer Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug.
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Die Figur zeigt eine schematische Darstellung eines Bereichs einer Antriebseinrichtung 1 für ein Kraftfahrzeug. Gezeigt ist unter anderem eine Leistungselektronik 2, welche Bestandteil einer nicht näher dargestellten elektrischen Maschine 3 ist oder zumindest deren Ansteuerung dient. Die Leistungselektronik 2 verfügt über wenigstens ein Bauelement 4, welches in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel als Bipolartransistor mit isolierter Gateelektrode (IGBT) ausgeführt ist.
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Der Leistungselektronik 2 beziehungsweise dem wenigstens einen Bauelement 4 ist ein Kühlkreislauf 5 zur Kühlung zugeordnet. Der Kühlkreislauf 5 umfasst einen hier nicht näher dargestellten Wärmeübertrager, welcher der Leistungselektronik 2 beziehungsweise dem Bauelement 4 wärmeübertragend zugeordnet ist. Der Wärmeübertrager wird von in dem Kühlkreislauf 5 vorhandenem Kühlmedium durchströmt, sodass eine Kühlung der Leistungselektronik erzielt wird. Stromaufwärts des Wärmeübertragers ist ein Vorlauf 6 und stromabwärts ein Rücklauf 7 des Kühlkreislaufs 5 vorgesehen. Weiterhin ist ein Zulauf 8 Bestandteil des Kühlkreislaufs 5.
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Neben dem Kühlkreislauf 5 ist ein weiterer Kühlkreislauf 9 vorgesehen, von. welchem hier lediglich ein Zulauf 10 dargestellt ist. Die Zuläufe 8 und 10 sowie der Vorlauf 6 sind an ein Mischventil 11 angeschlossen. Mittels des Mischventils 11 kann entweder nur der Zulauf 8, nur der Zulauf 10 oder beide strömungstechnisch mit dem Vorlauf 6 verbunden werden. Beispielsweise kann es also vorgesehen sein, dem Vorlauf 6 lediglich das über den Zulauf 8 zugeführte Kühlmedium zuzuführen. Ebenso kann es vorgesehen sein, sowohl das Kühlmedium als auch ein über den Zulauf 10 bereitgestelltes Kühlmittel dem Vorlauf 6 zuzuführen. Schließlich kann es auch vorgesehen sein, lediglich das Kühlmittel dem Vorlauf 6 zuzuführen. In diesem Fall durchströmt das Kühlmittel in Form von Kühlmedium den Wärmeübertrager.
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Das Kühlmittel weist vorzugsweise eine niedrigere Temperatur auf als das Kühlmedium, wobei unmittelbar stromaufwärts des Mischventils 10 beispielsweise eine Temperaturdifferenz zwischen dem Kühlmedium und dem Kühlmittel von mindestens 5 K, mindestens 10 K, mindestens 15 K, mindestens 20 K oder mindestens 25 K vorgesehen ist.
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Insgesamt ist es vorgesehen, dass die Temperatur des Kühlmediums des Kühlkreislaufs 5 zur besseren Kühlung der Leistungselektronik 2 zeitweise gezielt reduziert wird. In einer ersten Betriebsart ist es insoweit vorgesehen, dass lediglich das an dem Zulauf 8 – bereitgestellte Kühlmedium der. Leistungselektronik 2 zugeführt wird. In einer zweiten Betriebsart dagegen kann dem Kühlmedium das an dem Zulauf 10 bereitgestellte Kühlmittel beigemengt, um die Temperatur des Kühlmediums zu reduzieren. Ist eine besonders deutliche Reduzierung der Temperatur erwünscht, so kann das Mischventil 11 auch derart eingestellt werden, dass lediglich das Kühlmittel dem Vorlauf 6 zugeführt wird und insoweit in Form des Kühlmediums zu der Leistungselektronik 2 gelangt.
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Wird dem Kühlkreislauf das Kühlmittel zugeführt, so ist es besonders bevorzugt vorgesehen, das zugeführte Kühlmittel stromabwärts der Leistungselektronik 2 wieder aus dem Kühlkreislauf 5 zu entnehmen und erneut dem weiteren Kühlkreislauf 9 zuzuführen beziehungsweise es in den weiteren Kühlkreislauf 9 abzuführen.
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Der weitere Kühlkreislauf 9 ist beispielsweise ein Klimaanlagenkühlkreislauf, vorzugsweise für eine Innenraumklimatisierung des Kraftfahrzeugs. Insbesondere wird die Reduzierung der Temperatur des Kühlmediums des Kühlkreislaufs 5 durchgeführt, wenn die Leistung der elektrischen Leistung 3 erhöht wird beziehungsweise einen Grenzwert überschreitet. Beispielswiese wird die Temperatur nur in diesem Fall reduziert.
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Mithilfe einer derartigen Antriebseinrichtung 1 beziehungsweise einem derartigen Verfahren kann die mittels der elektrischen Maschine 3 bereitstellbare Leistung beziehungsweise ein bereitstellbares Drehmoment zeitweise deutlich erhöht werden, weil auch die in diesem Fall in der Leistungselektronik 2 anfallende erhöhte Wärmemenge ohne weiteres mithilfe des Kühlkreislaufs 5 abgeführt werden kann.
