DE102016101292A1 - Cooling device for an electric drive unit of a vehicle - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung (10) für eine elektrische Antriebseinheit (100) eines Fahrzeugs, aufweisend einen mit einem Kältemittel (20) gefüllten Hauptkreislauf (30) mit einem Kühlmantel (32) zur Aufnahme von Abwärme von der elektrischen Antriebseinheit (100), eine Umlaufpumpe (34) für die Förderung des Kältemittels (20) im Hauptkreislauf (30) und einem Ausgleichsbehälter (36) zur Phasenabscheidung gasförmigen Kältemittels (22) von flüssigem Kältemittel (24), weiter aufweisend einen Verdichterkreislauf (40) mit einem Aufnahmeanschluss (42) an den Ausgleichsbehälter (36) zur Aufnahme des gasförmigen Kältemittels (22), einem Verdichter (44) zur Erhöhung des Drucks des gasförmigen Kältemittels (22), einem Kältemittelkühler (46) zur Kondensation des gasförmigen Kältemittels (22) zu flüssigem Kältemittel (24), eine Druckmindereinheit (48) zur Reduktion des Drucks in dem flüssigen Kältemittel (24) und ein Abgabeanschluss (49) zur Abgabe des flüssigen Kältemittels (24) in den Ausgleichsbehälter (36). The invention relates to a cooling device (10) for an electric drive unit (100) of a vehicle, comprising a main circuit (30) filled with a refrigerant (20) with a cooling jacket (32) for absorbing waste heat from the electric drive unit (100) Circulation pump (34) for conveying the refrigerant (20) in the main circuit (30) and a surge tank (36) for phase separation of gaseous refrigerant (22) of liquid refrigerant (24), further comprising a compressor circuit (40) having a receiving port (42) to the expansion tank (36) for receiving the gaseous refrigerant (22), a compressor (44) for increasing the pressure of the gaseous refrigerant (22), a refrigerant cooler (46) for condensing the gaseous refrigerant (22) into liquid refrigerant (24) a pressure reducing unit (48) for reducing the pressure in the liquid refrigerant (24) and a discharge port (49) for discharging the liquid igen refrigerant (24) in the expansion tank (36).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung für eine elektrische Antriebseinheit eines Fahrzeugs, eine entsprechende elektrische Antriebseinheit mit einer solchen Kühlvorrichtung sowie ein Verfahren für den Betrieb einer entsprechenden Kühlvorrichtung. The present invention relates to a cooling device for an electric drive unit of a vehicle, to a corresponding electric drive unit with such a cooling device, and to a method for operating a corresponding cooling device.
Es ist bekannt, dass elektrische Antriebseinheiten für Fahrzeuge eingesetzt werden können. Diese sind in einer entsprechenden Größe vorgesehen, um die notwendige Antriebskraft für die Vorwärtsbewegung des Fahrzeugs zur Verfügung stellen zu können. Bei der Zurverfügungstellung dieser Antriebskraft entsteht Abwärme beim Betrieb der elektrischen Antriebseinheit. Für einen möglichst effizienten Betrieb der elektrischen Antriebseinheit sowie den Schutz der Komponenten werden diese elektrischen Antriebseinheiten gekühlt. Bekannte Kühlvorrichtungen sind üblicherweise mit einer Flüssigkeitskühlung versehen, so dass flüssiges Kühlmittel einen Kühlmantel der elektrischen Antriebseinheit durchströmt und auf diese Weise Wärme aufnimmt. Das erwärmte Kühlmittel kann über einen Wärmetauscher, insbesondere den Kühler des Fahrzeugs, geführt werden, um die aufgenommene Wärme an die Umgebung abzugeben. Nachteil dieser reinen Wasserkühlung bzw. Flüssigkühlung ist die relativ niedrige Kühlleistung. Zudem ist ein hohes Temperaturniveau des Kühlmittels erforderlich, um die Wärme an die Umgebung abzuführen, was auch das Kühlmittel in der bzw. den elektrischen Antriebseinheiten betrifft und zu unerwünscht hohen Bauteiltemperaturen führt. Um für die Verwendung einer elektrischen Antriebseinheit für die Vorwärtsbewegung des Fahrzeugs die notwendige Kühlleistung zur Verfügung stellen zu können, ist ein entsprechend hoher konstruktiver Aufwand für die zugehörige Kühlvorrichtung mit flüssiger Kühlung notwendig. It is known that electric drive units can be used for vehicles. These are provided in an appropriate size to provide the necessary driving force for the forward movement of the vehicle available. When this driving force is made available, waste heat is generated during operation of the electric drive unit. For the most efficient operation of the electric drive unit and the protection of the components, these electric drive units are cooled. Known cooling devices are usually provided with a liquid cooling, so that liquid coolant flows through a cooling jacket of the electric drive unit and absorbs heat in this way. The heated coolant can be passed through a heat exchanger, in particular the radiator of the vehicle, to deliver the absorbed heat to the environment. Disadvantage of this pure water cooling or liquid cooling is the relatively low cooling capacity. In addition, a high temperature level of the coolant is required to dissipate the heat to the environment, which also affects the coolant in the electric drive units and leads to undesirably high component temperatures. In order to provide the necessary cooling capacity available for the use of an electric drive unit for the forward movement of the vehicle, a correspondingly high design effort for the associated cooling device with liquid cooling is necessary.
Es ist auch bekannt, eine sogenannte Verdampfungskühlung einzusetzen. Dabei wird ein Kältemittel eingesetzt, welches bei der Aufnahme von Wärme an der elektrischen Antriebseinheit verdampft. Das verdampfte Kältemittel wird anschließend einem Verdichterkreislauf zugeführt, in welchem durch einen Verdichter eine Druckerhöhung stattfindet. Das durch die Druckerhöhung erhitzte gasförmige Kältemittel kann nun über einen Kondensator zur Abfuhr der Wärme geführt werden, so dass abschließend im Kreislauf wieder flüssiges Kältemittel für die Zufuhr zu dem Kühlmantel zur Verfügung steht. Nachteilhaft bei den bekannten Verdampferlösungen ist es, dass diese auf einen relativ engen Betriebsbereich eingeschränkt sind. Da sich jedoch die elektrische Antriebseinheit für ein Fahrzeug in breiten Betriebssituationen bewegen kann, also insbesondere in den sogenannten Teillastbereichen unterschiedlichste Wärmeabgabemengen zur Verfügung stellt, besteht das Risiko beim Einsatz einer Verdampferkühlung darin, dass nur ein teilweises Verdampfen des Kältemittels stattfindet. Dies könnte dazu führen, dass der Verdichter, insbesondere die Verdichterschaufeln, mit Flüssigkeitstropfen in Kontakt gelangen und auf diese Weise einer deutlich erhöhten Korrosion bzw. Erosion ausgesetzt sind. Die notwendigen Standzeiten können dementsprechend für den Einsatz einer Verdampferkühlung für die elektrische Antriebseinheit eines Fahrzeugs nicht oder nur mit sehr hohem Aufwand gewährleistet werden. It is also known to use a so-called evaporative cooling. In this case, a refrigerant is used, which evaporates when absorbing heat to the electric drive unit. The vaporized refrigerant is then fed to a compressor circuit in which a pressure increase takes place through a compressor. The heated by the pressure increase gaseous refrigerant can now be performed via a condenser to dissipate the heat, so that finally in the circulation liquid refrigerant for the supply to the cooling jacket is available. A disadvantage of the known evaporator solutions is that they are limited to a relatively narrow operating range. However, since the electric drive unit for a vehicle can move in wide operating situations, thus providing a wide variety of heat release quantities, in particular in the so-called part load ranges, the risk of using evaporator cooling is that only a partial evaporation of the refrigerant takes place. This could cause the compressor, in particular the compressor blades, to come into contact with liquid droplets and in this way be exposed to significantly increased corrosion or erosion. The necessary service life can not be guaranteed for the use of evaporator cooling for the electric drive unit of a vehicle or only with great effort accordingly.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, in kostengünstiger und einfacher Weise die Vorteile einer Verdampfungskühlung auch für die elektrische Antriebseinheit eines Fahrzeugs für sämtliche Lastbereiche nutzbar zu machen und dabei auch den Gesamtwirkungsgrad zu erhöhen. It is an object of the present invention to at least partially overcome the disadvantages described above. In particular, it is an object of the present invention, in a cost effective and simple manner, to make the advantages of evaporative cooling also usable for the electric drive unit of a vehicle for all load ranges and thereby also to increase the overall efficiency.
Voranstehende Aufgabe wird gelöst durch eine Kühlvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, eine elektrische Antriebseinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 7 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit der elektrischen Antriebseinheit und dem elektrischen Verfahren sowie jeweils umgekehrt, so dass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann. The above object is achieved by a cooling device with the features of claim 1, an electric drive unit with the features of claim 7 and a method having the features of
Eine erfindungsgemäße Kühlvorrichtung dient der Kühlung einer elektrischen Antriebseinheit eines Fahrzeugs. Hierfür weist die Kühlvorrichtung einen mit einem Kältemittel gefüllten Hauptkreislauf mit einem Kühlmantel zur Aufnahme von Abwärme von der elektrischen Antriebseinheit auf. Weiter ist im Hauptkreislauf eine Umlaufpumpe für die Förderung des Kältemittels in diesem Hauptkreislauf angeordnet. Darüber hinaus weist der Hauptkreislauf einen Ausgleichsbehälter zur Phasenabscheidung gasförmigen Kältemittels von flüssigem Kältemittel auf. Neben dem Hauptkreislauf ist ein Verdichterkreislauf vorgesehen mit einem Aufnahmeanschluss an den Ausgleichsbehälter zur Aufnahme des gasförmigen Kältemittels. Darüber hinaus ist im Verdichterkreislauf ein Verdichter zur Erhöhung des Drucks des gasförmigen Kältemittels angeordnet. Hinter dem Verdichter ist ein Kältemittelkühler vorgesehen zur Kondensation des gasförmigen Kältemittels zu flüssigem Kältemittel. Anschließend an den Kältemittelkühler ist eine Druckmindereinheit zur Reduktion des Drucks in flüssigem Kältemittel vorgesehen und abschließend ein Abgabeanschluss zur Abgabe des nun wieder flüssigen Kältemittels in den Ausgleichsbehälter. A cooling device according to the invention serves to cool an electric drive unit of a vehicle. For this purpose, the cooling device on a filled with a refrigerant main circuit with a cooling jacket for receiving waste heat from the electric drive unit. Next, a circulation pump for the promotion of the refrigerant in this main circuit is arranged in the main circuit. In addition, the main circuit on a surge tank for the phase separation of gaseous refrigerant of liquid refrigerant. In addition to the main circuit, a compressor circuit is provided with a receiving connection to the expansion tank for receiving the gaseous refrigerant. In addition, a compressor for increasing the pressure of the gaseous refrigerant is arranged in the compressor circuit. Behind the compressor, a refrigerant cooler is provided for the condensation of the gaseous refrigerant to liquid refrigerant. Subsequent to the refrigerant cooler is a pressure reducing unit for reducing the pressure in provided liquid refrigerant and finally a discharge port for discharging the now liquid refrigerant in the expansion tank.
Eine erfindungsgemäße Kühlvorrichtung kombiniert nun erfindungsgemäß zwei Kreisläufe. Dabei handelt es sich um den Hauptkreislauf, welcher auch als Primärkreislauf bezeichnet werden kann, und den Verdichterkreislauf, welcher auch als Sekundärkreislauf bezeichnet werden kann. Die Kältemittelschnittstelle zwischen diesen beiden Kreisläufen, also dem Hauptkreislauf und dem Nebenkreislauf, ist der Ausgleichsbehälter. Die Funktionsweise dieses Ausgleichsbehälters wird nachfolgend erläutert, mit Bezug auf die entsprechenden Bewegungen des Kältemittels, deren Phasenzustände und die auf diese Weise sich einstellende Kühlleistung. A cooling device according to the invention now combines two circuits according to the invention. It is the main circuit, which can also be referred to as a primary circuit, and the compressor circuit, which can also be referred to as a secondary circuit. The refrigerant interface between these two circuits, ie the main circuit and the secondary circuit, is the expansion tank. The operation of this surge tank will be explained below, with reference to the corresponding movements of the refrigerant, their phase states and the resulting cooling performance.
Während des Betriebs der elektrischen Antriebseinheit entsteht Abwärme, die nach außen abgeführt werden soll. Hierfür ist der Kühlmantel vorgesehen, welcher von flüssigem Kältemittel durchströmt wird. Beim Durchströmen mit flüssigem Kältemittel kann durch entsprechende Wärmeleitung und Konvektion die Abwärme der elektrischen Antriebseinheit an das darin befindliche flüssige Kältemittel abgegeben werden, so dass dieses sich erwärmt. Je nach tatsächlicher Wärmemenge, die zum jeweiligen Betriebsstatus in das Kältemittel eingebracht wird, kann dies dazu führen, dass das Kältemittel im Kühlmantel sich erwärmt, sich soweit erwärmt, dass es teilweise verdampft oder sogar zu einer vollständigen Verdampfung führen. Mit anderen Worten verlässt das Kältemittel den Kühlmantel in einer flüssigen erwärmten Phase, einer vollständig gasförmigen Phase oder einem Phasengemisch aus flüssigem Kältemittel und gasförmigem Kältemittel. In dieser Form erreicht das Kältemittel den Ausgleichsbehälter, in welchem ein entsprechender Ausgleich und eine Phasenabtrennung stattfinden. Vorzugsweise ist der Ausgleichsbehälter derart ausgestaltet, dass entsprechend der Dichteunterschiede die Flüssigkeit sich im unteren Bereich des Ausgleichsbehälters sammelt, während die gasförmige Phase des Kältemittels aufsteigt und den oberen Teil des Ausgleichsbehälters ausfüllt. Die auf diese Weise abgetrennte gasförmige Phase und damit das gasförmige Kältemittel wird nun separat abgeschieden und abgetrennt dem Verdichterkreislauf zugeführt. During operation of the electric drive unit, waste heat is generated which is to be dissipated to the outside. For this purpose, the cooling jacket is provided, which is flowed through by liquid refrigerant. When flowing through with liquid refrigerant, the waste heat of the electric drive unit can be delivered to the liquid refrigerant therein by appropriate heat conduction and convection, so that it heats up. Depending on the actual amount of heat that is introduced to the respective operating status in the refrigerant, this can cause the refrigerant in the cooling jacket heats up, so far heated that it partially evaporated or even lead to a complete evaporation. In other words, the refrigerant leaves the cooling jacket in a liquid heated phase, a completely gaseous phase or a mixed phase of liquid refrigerant and gaseous refrigerant. In this form, the refrigerant reaches the expansion tank, in which a corresponding compensation and a phase separation take place. Preferably, the surge tank is designed such that according to the density differences, the liquid collects in the lower region of the surge tank, while the gaseous phase of the refrigerant rises and fills the upper part of the surge tank. The thus separated gaseous phase and thus the gaseous refrigerant is now separated separated and separated fed to the compressor circuit.
Der Verdichterkreislauf weist nun den Verdichter auf, welcher auf diese Weise mit absoluter Sicherheit rein gasförmige Phase des gasförmigen Kältemittels erhält. Der Verdichter erhöht also den Druck des gasförmigen Kältemittels und damit auch die Temperatur. Über einen dem Verdichter nachgelagerten Kondensator in Form eines Kältemittelkühlers erfolgt die Kondensation und damit die Abfuhr der Wärme aus dem überhitzten Kältemittel. Die Kondensation führt ebenfalls dazu, dass aus dem gasförmigen Kältemittel nun wieder flüssiges Kältemittel wird, welches über eine entsprechende Druckmindereinheit wieder dem Ausgleichsbehälter zur Verfügung gestellt werden kann. Die Druckmindereinheit stellt dementsprechend den Gegendruck zum Verdichter dar, um den Verdichterkreislauf in einem Niederdruckteil zum Ausgleichsbehälter hin und einem Hochdruckteil zwischen dem Verdichter und dem Drosselventil zur Verfügung stellen zu können. The compressor circuit now has the compressor, which receives in this way with absolute certainty purely gaseous phase of the gaseous refrigerant. The compressor thus increases the pressure of the gaseous refrigerant and thus the temperature. About a compressor downstream condenser in the form of a refrigerant radiator, the condensation and thus the removal of heat from the superheated refrigerant. The condensation also leads to the fact that from the gaseous refrigerant now liquid refrigerant is again, which can be made available to the expansion tank again via a corresponding pressure reducer unit. Accordingly, the pressure reducing unit represents the back pressure to the compressor in order to provide the compressor circuit in a low pressure part to the expansion tank and a high pressure part between the compressor and the throttle valve available.
Im Ausgleichsbehälter kann nun sowohl das nicht verdampfte ursprüngliche flüssige Kältemittel als auch das aus dem Verdichterkreislauf zurückgeführte flüssige Kältemittel wieder zur Kühlung in den Kühlmantel zurückbewegt werden. In the expansion tank can now be moved back to the cooling in the cooling jacket both the non-evaporated original liquid refrigerant and the liquid recirculated from the compressor circuit again.
Wie aus der voranstehenden Erläuterung ersichtlich wird, wird bei einem erfindungsgemäßen Ausgestalten der Kühlvorrichtung eine Verdampfungskühlung gewährleistet. Gleichzeitig ist sichergestellt, dass über den Ausgleichsbehälter ausschließlich gasförmiges Kältemittel in den Verdichterkreislauf gelangt. Der Ausgleichsbehälter wirkt demnach als Sperre für flüssiges Kältemittel, welches auf diese Weise den Verdichterkreislauf nicht erreichen kann. Dies erlaubt es nun, die Vorteile der Verdampferkühlung auch in anderen Lastbereichen, insbesondere im Teillastbereich, für eine elektrische Antriebseinheit eines Fahrzeugs nutzbar zu machen. Das Risiko einer Teilverdampfung wird durch die entsprechende Entkopplungswirkung des Ausgleichsbehälters reduziert, so dass der Verdichter risikofrei betrieben werden kann. As can be seen from the above explanation, evaporative cooling is ensured in an embodiment of the cooling device according to the invention. At the same time, it is ensured that only gaseous refrigerant enters the compressor circuit via the expansion tank. The surge tank thus acts as a barrier for liquid refrigerant, which can not reach the compressor circuit in this way. This now makes it possible to make use of the advantages of evaporator cooling in other load ranges, in particular in the partial load range, for an electric drive unit of a vehicle. The risk of partial evaporation is reduced by the corresponding decoupling effect of the expansion tank, so that the compressor can be operated without risk.
Eine erfindungsgemäße Ausgestaltung der Kühlvorrichtung erlaubt es also nun, den Schutz des Verdichters auch bei der Verdampferkühlung zur Verfügung stellen zu können und gleichzeitig die Verdichterfunktionalität flexibler an die aktuelle Betriebssituation der elektrischen Antriebseinheit anpassen zu können. Dadurch, dass ein separater Kältemittelkühler vorgesehen ist, welcher durch die Anordnung in einem Verdichterkreislauf relativ klein ausfallen kann, sind auch deutlich geringere Rohrleitungslängen notwendig, um eine entsprechende Anordnung im Fahrzeug ausführen zu können. An embodiment of the cooling device according to the invention thus makes it possible to provide the protection of the compressor even during evaporator cooling and at the same time to be able to adapt the compressor functionality more flexibly to the current operating situation of the electric drive unit. Characterized in that a separate refrigerant radiator is provided, which may be relatively small due to the arrangement in a compressor circuit, also significantly shorter pipe lengths are necessary in order to perform a corresponding arrangement in the vehicle can.
Es kann von Vorteil sein, wenn bei einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung die Druckmindereinheit ein Drosselventil, insbesondere mit einer variierbaren Drosselfunktion, aufweist. Unter einem Drosselventil ist eine besonders einfache und kostengünstige Ausgestaltungsform der Druckmindereinheit zu verstehen. Eine Variationsmöglichkeit kann dabei sowohl für ein Ein- als auch ein Ausschalten des Drosselventils verstanden werden. Auch die Drosselwirkung selbst kann vorzugsweise variiert werden, so dass dementsprechend an unterschiedliche Verdichterleistungen unterschiedliche Drosselleistungen anpassbar sind. Dies ist insbesondere auch während des Betriebs der Druckmindereinheit bzw. der gesamten Kühlvorrichtung möglich. It may be advantageous if, in a cooling device according to the invention, the pressure-reducing unit has a throttle valve, in particular with a variable throttling function. Under a throttle valve is a particularly simple and inexpensive embodiment of the pressure reducer unit to understand. A variation possibility can be understood both for switching on and off the throttle valve. The throttling effect itself can preferably also be varied, so that correspondingly different throttling powers can be adapted to different compressor powers. This is especially true during the operation of the pressure reducer unit or the entire cooling device possible.
Vorteilhaft ist es ebenfalls, wenn bei einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung die Druckmindereinheit eine Turbine aufweist zur Aufnahme der mechanischen Arbeit bei der Reduktion des Drucks in dem flüssigen Kältemittel. Die Druckmindereinheit in Form einer Turbine kann auch zusätzlich zu einer solchen bereits beschriebenen Drossel eingesetzt werden. Bevorzugt ist es hier auch, wenn die Druckmindereinheit ausschließlich als Turbine ausgestaltet ist. Da bei der Reduktion des Drucks im flüssigen Kältemittel Arbeit verrichtet wird, kann mithilfe einer Turbine diese mechanische Arbeit wieder aufgefangen werden. Die auf diese Weise freiwerdende Energie in Form der mechanischen Arbeit kann zum Beispiel anschließend dem Verdichter wieder zur Verfügung gestellt werden, um den Gesamtwirkungsgrad des Verdichterkreislaufs und damit der gesamten Kühlvorrichtung noch weiter verbessern zu können. It is likewise advantageous if, in a cooling device according to the invention, the pressure-reducing unit has a turbine for absorbing the mechanical work in the reduction of the pressure in the liquid refrigerant. The pressure reducing unit in the form of a turbine can also be used in addition to such a throttle already described. It is also preferred here if the pressure-reducing unit is designed exclusively as a turbine. As work is done to reduce the pressure in the liquid refrigerant, a turbine can be used to recover this mechanical work. The energy released in this way in the form of mechanical work, for example, can then be made available to the compressor again in order to improve the overall efficiency of the compressor circuit and thus the entire cooling device even further.
Ebenfalls von Vorteil ist es, wenn bei einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung zwischen dem Kühlmantel und dem Ausgleichsbehälter ein Vorkühler im Hauptkreislauf angeordnet ist für eine zumindest teilweise Kondensation von gasförmigem Kältemittel vor Erreichen des Ausgleichsbehälters. Wie bereits erläutert worden ist, wird durch zumindest teilweises Verdampfen von Kältemittel im Kühlmantel ein Phasengemisch in den Teillastbetriebssituationen von dem Kühlmantel zum Ausgleichsbehälter strömen. Die Anordnung eines Vorkühlers zwischen dem Kühlmantel und dem Ausgleichsbehälter führt nun dazu, dass die Anteile innerhalb des Phasengemisches zwischen gasförmigem Kältemittel und flüssigem Kältemittel wieder zurückverschoben werden können. So kann direkt nach dem Austreten aus dem Kühlmantel eine Vorkühlung stattfinden, bei der zumindest teilweise das gasförmige Kältemittel wieder kondensiert wird. In niedrigen Teillastbetrieben, bei welchen nur ein geringer Teil des Kältemittels im Kühlmantel tatsächlich verdampft, führt dies dazu, dass das komplette verdampfte gasförmige Kältemittel in diesem Vorkühler wieder kondensiert. In diesen Teillastsituationen ist also der Verdichterkreislauf nicht mehr notwendig, da bereits der Vorkühler für die notwendige Kondensation ausreicht. Mit anderen Worten kann der relativ energieaufwendige Verdichterkreislauf in solchen Teillastsituationen ausgeschaltet bleiben. Damit kann durch eine variable Regelung abhängig von dem aktuellen Betriebsstatus der elektrischen Antriebseinheit der Verdichterkreislauf ein- bzw. ausgeschaltet werden, so dass die Gesamtflexibilität noch weiter erhöht und der Energiebedarf weiter vermindert wird. It is also advantageous if in a cooling device according to the invention between the cooling jacket and the expansion tank, a precooler is arranged in the main circuit for at least partial condensation of gaseous refrigerant before reaching the surge tank. As has already been explained, by at least partial evaporation of refrigerant in the cooling jacket, a phase mixture will flow from the cooling jacket to the expansion tank in the partial load operating situations. The arrangement of a pre-cooler between the cooling jacket and the expansion tank now leads to the fact that the proportions can be shifted back again within the phase mixture between gaseous refrigerant and liquid refrigerant. Thus, a pre-cooling take place directly after leaving the cooling jacket, in which at least partially the gaseous refrigerant is condensed again. In low partial load operations, where only a small portion of the refrigerant in the cooling jacket actually evaporates, this will cause the entire vaporized gaseous refrigerant in this precooler to condense again. In these partial load situations, therefore, the compressor circuit is no longer necessary, since already the precooler is sufficient for the necessary condensation. In other words, the relatively energy-consuming compressor circuit can remain switched off in such partial load situations. This can be switched on or off by a variable control depending on the current operating status of the electric drive unit of the compressor circuit, so that the overall flexibility is further increased and the energy demand is further reduced.
Darüber hinaus kann es vorteilhaft sein, wenn bei einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung zwischen dem Aufnahmeanschluss und dem Verdichter das gasförmige Kältemittel im Verdichterkreislauf durch einen Rotorraum der elektrischen Antriebseinheit geführt ist, für eine direkte Kühlung eines Rotors der elektrischen Antriebseinheit. Mit anderen Worten wird vor dem Erreichen des Verdichters das gasförmige Kältemittel aus dem Ausgleichsbehälter abgezogen und durch den Rotorraum hindurchgeführt. Da üblicherweise nicht nur der Stator, sondern auch der Rotor der elektrischen Antriebseinheit Abwärme erzeugt und sich dementsprechend aufheizt, kann nun durch Entlangströmen des gasförmigen Kältemittels am Rotor im Rotorraum ein Aufnehmen dieser zusätzlichen Wärme erfolgen. Es entsteht also eine zusätzliche Kühlwirkung innerhalb des Rotorraums der elektrischen Antriebseinheit. Die auf diese Weise erfolgte Überhitzung des gasförmigen Kältemittels wird nun im Verdichterkreislauf gemäß der bereits erfolgten Beschreibung weiter verarbeitet und durch die nachfolgende Verdichtung und Kondensation sowie abschließende Drosselung wieder in Form flüssigen Kältemittels dem Ausgleichsbehälter zugeführt. Die Gesamtleistung hinsichtlich der Kühlung und insbesondere die Effizienz der Kühlung durch die direkte Zufuhr in den Rotorraum wird auf diese Weise weiter erhöht. In addition, it may be advantageous if, in a cooling device according to the invention between the receiving port and the compressor, the gaseous refrigerant is guided in the compressor circuit through a rotor space of the electric drive unit, for a direct cooling of a rotor of the electric drive unit. In other words, before reaching the compressor, the gaseous refrigerant is withdrawn from the surge tank and passed through the rotor space. Since usually not only the stator, but also the rotor of the electric drive unit generates waste heat and heats up accordingly, it is now possible to absorb this additional heat by flowing the gaseous refrigerant along the rotor in the rotor space. Thus, there is an additional cooling effect within the rotor space of the electric drive unit. The overheating of the gaseous refrigerant in this way is now further processed in the compressor circuit according to the description already given and fed back into the reservoir through the subsequent compression and condensation and final throttling in the form of liquid refrigerant. The overall performance in terms of cooling and in particular the efficiency of the cooling by the direct supply in the rotor chamber is further increased in this way.
Ebenfalls von Vorteil kann es sein, wenn bei einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung der Verdichter direkt an den Aufnahmeanschluss des Verdichterkreislaufs anschließt. Dies führt dazu, dass die notwendige Rohrleitung zwischen dem Aufnahmeanschluss und dem Verdichter möglichst kurz ausgestaltet wird. Dadurch, dass grundsätzlich die Gefahr besteht, dass sich innerhalb der Rohrleitung zum Verdichter hin Kondensation einstellt, kann durch die Reduktion der Gesamtlänge dieser Leitung die Kondensationsgefahr deutlich reduziert werden. Das entsprechende Risiko von Tröpfchenerosion innerhalb des Verdichters wird auf diese Weise noch weiter reduziert und gleichzeitig mit weniger Gewicht ein kompakterer Bauraum erzeugt. It may also be advantageous if, in a cooling device according to the invention, the compressor directly adjoins the receiving connection of the compressor circuit. As a result, the necessary pipeline between the receiving connection and the compressor is made as short as possible. Due to the fact that there is a general risk of condensation occurring within the pipeline to the compressor, the risk of condensation can be significantly reduced by reducing the overall length of this line. The corresponding risk of droplet erosion within the compressor is further reduced in this way and at the same time produces a more compact installation space with less weight.
Ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine elektrische Antriebseinheit für ein Fahrzeug, aufweisend eine erfindungsgemäße Kühlvorrichtung zur Aufnahme und Abfuhr von Abwärme der elektrischen Antriebseinheit. Dementsprechend bringt eine erfindungsgemäße elektrische Antriebseinheit die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf eine erfindungsgemäße Kühlvorrichtung erläutert worden sind. Likewise provided by the present invention is an electric drive unit for a vehicle, comprising a cooling device according to the invention for receiving and removing waste heat from the electric drive unit. Accordingly, an electric drive unit according to the invention brings the same advantages as have been explained in detail with reference to a cooling device according to the invention.
Eine erfindungsgemäße elektrische Antriebseinheit lässt sich dahingehend weiterbilden, dass ein Gehäuse vorgesehen ist, in welchem ein Rotor und ein Stator angeordnet sind. Dabei ist der Kühlmantel der Kühlvorrichtung im Gehäuse zur Aufnahme von Abwärme im Bereich des Stators angeordnet. So kann das Gehäuse in diesem Fall vorzugsweise als doppelwandiger Mantel ausgebildet sein, zwischen welchen entsprechende Kühlkanäle für die Führung und Förderung des flüssigen Kältemittels ausgebildet sind. Es erfolgt also vorzugsweise eine umfängliche Aufnahme der entsprechenden Wärmeabfuhr aus dem Stator. An electric drive unit according to the invention can be developed to the effect that a housing is provided in which a rotor and a stator are arranged. In this case, the cooling jacket of the cooling device is arranged in the housing for receiving waste heat in the region of the stator. Thus, the housing may be formed in this case preferably as a double-walled sheath, between which corresponding cooling channels are designed for the guidance and promotion of the liquid refrigerant. Thus, it is preferably a circumferential recording of the corresponding heat dissipation from the stator.
Ebenfalls von Vorteil ist es, wenn bei einer erfindungsgemäßen elektrischen Antriebseinheit der Verdichterkreislauf einen Rotorraum aufweist, in welchem der Rotor angeordnet ist und der Verdichterkreislauf diesen Rotorraum beinhaltet, sowie gasförmiges Kältemittel durch diesen Rotorraum fördert. Wie bereits mit Bezug auf eine erfindungsgemäße Kühlvorrichtung erläutert worden ist, kann durch die entsprechende Überhitzung des gasförmigen Kältemittels beim Durchströmen des Rotorraums eine zusätzliche und direkte Kühlung des Rotors zur Verfügung gestellt werden. It is also advantageous if, in an electric drive unit according to the invention, the compressor circuit has a rotor space in which the rotor is arranged and the compressor circuit contains this rotor space, and promotes gaseous refrigerant through this rotor space. As has already been explained with reference to a cooling device according to the invention, an additional and direct cooling of the rotor can be provided by the corresponding overheating of the gaseous refrigerant as it flows through the rotor space.
Ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren für den Betrieb einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung, aufweisend die folgenden Schritte:
- – umlaufendes Fördern von Kältemittel im Hauptkreislauf zur Aufnahme von Abwärme der elektrischen Antriebseinheit,
- – Phasenabscheidung von gasförmigem Kältemittel im Ausgleichsbehälter,
- – Verdichten des gasförmigen Kältemittels,
- – Kondensation des verdichteten gasförmigen Kältemittels zu flüssigem Kältemittel,
- – Rückführen des flüssigen Kältemittels in den Ausgleichsbehälter über eine Druckmindereinheit.
- Circulating conveying of refrigerant in the main circuit for absorbing waste heat of the electric drive unit,
- Phase separation of gaseous refrigerant in the expansion tank,
- - compressing the gaseous refrigerant,
- Condensation of the compressed gaseous refrigerant to liquid refrigerant,
- - Returning the liquid refrigerant in the expansion tank via a pressure reducer unit.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren bringt dementsprechend die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf eine erfindungsgemäße Kühlvorrichtung erläutert worden sind. Accordingly, a method according to the invention entails the same advantages as have been explained in detail with reference to a cooling device according to the invention.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren lässt sich dahingehend weiterbilden, dass die Schritte des Verdichtens, der Kondensation und der Rückführung in Abhängigkeit der Betriebssituation der elektrischen Antriebseinheit durchgeführt werden. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn in der Kühlvorrichtung der bereits erläuterte Vorkühler angeordnet ist, welcher entsprechend eine Grundkühlung zur Verfügung stellen kann. Im Teillastbereich sind also die Schritte des Verdichtens, der Kondensation und der Rückführung ausgeschaltet und werden ausschließlich bei höherer Last, insbesondere bei Volllast und entsprechend notwendiger höherer Kühlleistung, eingeschaltet. An inventive method can be further developed such that the steps of compacting, condensation and recycling are performed depending on the operating situation of the electric drive unit. This is the case in particular when the pre-cooler already explained is arranged in the cooling device, which can accordingly provide a basic cooling. In the partial load range, therefore, the steps of compression, condensation and recycling are switched off and are switched on only at higher load, in particular at full load and correspondingly necessary higher cooling capacity.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Es zeigen schematisch: Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description in which, with reference to the drawings, embodiments of the invention are described in detail. The features mentioned in the claims and in the description may each be essential to the invention individually or in any desired combination. They show schematically:
Die Ausführungsform der
Die voranstehende Erläuterung der Ausführungsformen beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Selbstverständlich können einzelne Merkmale der Ausführungsformen, sofern technisch sinnvoll, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. The above explanation of the embodiments describes the present invention solely by way of example. Of course, individual features of the embodiments, if technically feasible, can be combined freely with one another, without departing from the scope of the present invention.
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110017631A (en) * | 2019-04-03 | 2019-07-16 | 庆安集团有限公司 | A kind of cooling device and its refrigeration system for compressor electric motor |
CN110207426A (en) * | 2019-07-03 | 2019-09-06 | 天津飞旋科技有限公司 | A kind of combination cooling structure for refrigeration compressor |
DE102021132152A1 (en) | 2021-12-07 | 2023-06-07 | Audi Aktiengesellschaft | Method for charging an electrical energy store of a motor vehicle, motor vehicle and charging station |
Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3864065A (en) * | 1973-12-07 | 1975-02-04 | Lone Star Gas Co | Refrigerant expander compressor |
DE10001470A1 (en) * | 2000-01-15 | 2001-07-19 | Max Karsch | Method for operating climate control in vehicles involves connecting precipitate collector in on input side of evaporator which is mainly loaded with coolant from same |
DE102006005545A1 (en) * | 2005-02-09 | 2006-11-23 | General Motors Corp. (N.D.Ges.D. Staates Delaware), Detroit | Cooling arrangements for integrated electric motor inverters |
EP1855068A2 (en) * | 2006-05-10 | 2007-11-14 | Sanden Corporation | Vapor compression refrigerating cycle |
DE112006002152T5 (en) * | 2005-09-06 | 2008-08-14 | Tgk Co. Ltd., Hachioji | Cooling circuit with auxiliary compression device |
JP2009038940A (en) * | 2007-08-03 | 2009-02-19 | Nissan Motor Co Ltd | Motor cooling device, motor cooling method, and vehicle mounted with motor having motor cooling device |
US20120133222A1 (en) * | 2010-11-29 | 2012-05-31 | Seungdo Han | Electric vehicle using electric motor and electric motor |
DE102013106743A1 (en) * | 2013-06-27 | 2014-12-31 | Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft | Electric machine for an electric or hybrid drive of a motor vehicle |
DE102013020426A1 (en) * | 2013-12-05 | 2015-06-11 | Audi Ag | Active cooling of an electric machine in the drive train of a vehicle |
DE102014216241A1 (en) * | 2014-08-15 | 2016-02-18 | Em-Motive Gmbh | Electric machine with cooling |
-
2016
- 2016-01-26 DE DE102016101292.0A patent/DE102016101292A1/en active Pending
Patent Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3864065A (en) * | 1973-12-07 | 1975-02-04 | Lone Star Gas Co | Refrigerant expander compressor |
DE10001470A1 (en) * | 2000-01-15 | 2001-07-19 | Max Karsch | Method for operating climate control in vehicles involves connecting precipitate collector in on input side of evaporator which is mainly loaded with coolant from same |
DE102006005545A1 (en) * | 2005-02-09 | 2006-11-23 | General Motors Corp. (N.D.Ges.D. Staates Delaware), Detroit | Cooling arrangements for integrated electric motor inverters |
DE112006002152T5 (en) * | 2005-09-06 | 2008-08-14 | Tgk Co. Ltd., Hachioji | Cooling circuit with auxiliary compression device |
EP1855068A2 (en) * | 2006-05-10 | 2007-11-14 | Sanden Corporation | Vapor compression refrigerating cycle |
JP2009038940A (en) * | 2007-08-03 | 2009-02-19 | Nissan Motor Co Ltd | Motor cooling device, motor cooling method, and vehicle mounted with motor having motor cooling device |
US20120133222A1 (en) * | 2010-11-29 | 2012-05-31 | Seungdo Han | Electric vehicle using electric motor and electric motor |
DE102013106743A1 (en) * | 2013-06-27 | 2014-12-31 | Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft | Electric machine for an electric or hybrid drive of a motor vehicle |
DE102013020426A1 (en) * | 2013-12-05 | 2015-06-11 | Audi Ag | Active cooling of an electric machine in the drive train of a vehicle |
DE102014216241A1 (en) * | 2014-08-15 | 2016-02-18 | Em-Motive Gmbh | Electric machine with cooling |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110017631A (en) * | 2019-04-03 | 2019-07-16 | 庆安集团有限公司 | A kind of cooling device and its refrigeration system for compressor electric motor |
CN110207426A (en) * | 2019-07-03 | 2019-09-06 | 天津飞旋科技有限公司 | A kind of combination cooling structure for refrigeration compressor |
DE102021132152A1 (en) | 2021-12-07 | 2023-06-07 | Audi Aktiengesellschaft | Method for charging an electrical energy store of a motor vehicle, motor vehicle and charging station |
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