DE102016205640A1

DE102016205640A1 - Coolant valve with a shape memory actuator and power electronics cooling system with such a coolant valve and vehicle drive system

Info

Publication number: DE102016205640A1
Application number: DE102016205640.9A
Authority: DE
Inventors: Martin Ruider
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2016-04-06
Filing date: 2016-04-06
Publication date: 2017-10-12

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kühlmittelventil (12) mit einem Schließelement (1) zum Regulieren einer Durchflussöffnung (2) des Kühlmittelventils (12) für ein Kühlmittel, und mit einem Formgedächtnisaktor (3) zur Bewegung des Schließelements (1), wobei an dem Formgedächtnisaktor (3) eine Aktivierungsvorrichtung (4) vorgesehen ist, um diesen aktiv auszulösen. Die Erfindung betrifft auch ein Leistungselektronikkühlsystem mit einem solchen Kühlmittelventil (12) und ein Fahrzeugantriebsystem mit einem solchen Leistungselektronikkühlsystem.The invention relates to a coolant valve (12) with a closing element (1) for regulating a flow opening (2) of the coolant valve (12) for a coolant, and with a shape memory actuator (3) for moving the closing element (1), wherein the shape memory actuator (2) 3) an activation device (4) is provided to actively trigger this. The invention also relates to a power electronics cooling system having such a coolant valve (12) and a vehicle drive system having such a power electronics cooling system.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kühlmittelventil mit einem Formgedächtnisaktor zur Bewegung eines Schließelementventils sowie ein Leistungselektronikkühlsystem mit einem solchen Kühlmittelventil sowie ein Fahrzeugantriebssystem mit einem solchen Leistungselektronikkühlsystem.The invention relates to a coolant valve with a shape memory actuator for moving a closing element valve and a power electronics cooling system with such a coolant valve and a vehicle drive system with such a power electronics cooling system.

Ein Kühlmittelventil mit einem Formgedächtnisaktor zur Bewegung des Schließelements des Kühlmittelventils ist beispielsweise aus Fahrzeugkühlsystemen bekannt. Hier weist der Formgedächtnisaktor ein temperatursensitives Bimetallelement auf, welches im Kühlmittelstrom angeordnet ist. Das Kühlmittelventil dient hierbei, um bei einem kalten Antriebsmotor Elemente des Kühlmittelsystems von einem Kühlmittelfluss abzukoppeln, wie beispielsweise eine Heizanlage. Hierdurch wird erreicht, dass sich der Antriebsmotor schneller erwärmt. Insbesondere bei einer Leistungselektronik ist es nicht immer vorteilhaft, wenn diese von kaltem Kühlmittel umströmt wird. Dann treten sehr hohe Temperaturdifferenzen zwischen dem Kühlmittel und der Leistungselektronik auf. Dies kann zu einer Beschädigung der Leistungselektronik führen.A coolant valve with a shape memory actuator for moving the closing element of the coolant valve is known, for example, from vehicle cooling systems. Here, the shape memory actuator on a temperature-sensitive bimetallic element, which is arranged in the coolant flow. The coolant valve in this case serves to decouple elements of the coolant system from a coolant flow, for example a heating system, in the case of a cold drive motor. This ensures that the drive motor heats up faster. Especially with power electronics, it is not always advantageous if it is flowed around by cold coolant. Then there are very high temperature differences between the coolant and the power electronics. This can lead to damage to the power electronics.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein verbessertes Kühlmittelventil, Leistungselektronikkühlsystem und Fahrzeugantriebssystem bereitzustellen.The object of the invention is therefore to provide an improved coolant valve, power electronics cooling system and vehicle drive system.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Hauptansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen hiervon sind den Unteransprüchen entnehmbar.This object is solved by the features of the main claims. Preferred embodiments thereof are the dependent claims.

Demnach wird ein Kühlmittelventil sowie ein Leistungselektronikkühlsystem mit einem solchen Kühlmittelventil sowie ein Fahrzeugantriebssystem mit einem solchen Leistungselektronikkühlsystem vorgeschlagen. Das Kühlmittelventil verfügt über ein Schließelement zum Regulieren, also Öffnen und Schließen, einer Durchflussöffnung des Kühlmittelventils für ein Kühlmittel. Es verfügt auch über einen Formgedächtnisaktor zur Bewegung des Schließelements, beispielsweise zum Bewegen in eine Offen- und/oder Schließstellung des Schließelements. Dabei ist vorgesehen, dass an dem Formgedächtnisaktor eine Aktivierungsvorrichtung für diesen vorgesehen ist, um ihn aktiv auszulösen.Accordingly, a coolant valve and a power electronics cooling system with such a coolant valve and a vehicle drive system with such a power electronics cooling system are proposed. The coolant valve has a closing element for regulating, ie opening and closing, a flow opening of the coolant valve for a coolant. It also has a shape memory actuator for moving the closing element, for example for moving into an open and / or closed position of the closing element. It is provided that an activation device for this is provided on the shape memory actuator to trigger it actively.

Durch die Aktivierungsvorrichtung kann demnach der Formgedächtnisaktor zur Bewegung des Schließelements ausgelöst/betätigt werden. Dementsprechend kann durch Betätigung der Aktivierungsvorrichtung das Schließelement in die Offen-Stellung und/oder Geschlossen-Stellung bewegt werden. Die Stellung des Schließelements ist dadurch nicht mehr nur durch die Temperatur des das Kühlmittelventils durchströmenden Kühlmittels abhängig, sondern kann durch die Aktivierungsvorrichtung aktiv eingestellt werden.Accordingly, the shape memory actuator can be triggered / actuated by the activation device in order to move the closing element. Accordingly, by actuation of the activation device, the closure element can be moved into the open position and / or closed position. The position of the closing element is thus not only dependent on the temperature of the coolant flowing through the coolant valve, but can be actively adjusted by the activation device.

Der Formgedächtnisaktor ist vorzugsweise temperatursensitiv ausgeführt. Somit bewirkt er temperaturabhängig eine Bewegung des Schließelements. Die Aktivierungsvorrichtung ist hierbei ein elektrisches Heizelement. Mittels des Heizelements kann somit der Formgedächtnisaktor aktiv erwärmt werden, um das Schließelement des Ventils zu bewegen. Dazu ist das Heizelement beispielsweise um den Formgedächtnisaktor herum angeordnet. Bei dem Heizelement kann es sich insbesondere um einen elektrischen Heizdraht handeln, der sich also bei elektrischer Bestromung erhitzt. Der Heizdraht kann beispielsweise um den Formgedächtnisaktor herumgewickelt sein. Bei dem Heizelement kann es sich auch um ein Peltier-Element handeln.The shape memory actuator is preferably designed to be temperature-sensitive. Thus, it causes a temperature-dependent movement of the closing element. The activation device is an electric heating element. Thus, the shape memory actuator can be actively heated by means of the heating element in order to move the closing element of the valve. For this purpose, the heating element is arranged, for example, around the shape memory actuator. In particular, the heating element may be an electric heating wire, which therefore heats when energized by electricity. The heating wire may, for example, be wound around the shape memory actuator. The heating element may also be a Peltier element.

Alternativ dazu bildet der temperatursensitive Formgedächtnisaktor selbst das elektrische Heizelement. In diesem Fall ist er mit elektrischen Anschlüssen vesehen und so ausgeführt, dass er sich bei einer elektrischen Bestromung darüber erwärmt. Dabei verformt er sich bzw. wird aktiv ausgelöst. Die elektrischen Anschlüsse bilden demnach die Aktivierungsvorrichtung. Hierzu ist der Formgedächtnisaktor bevorzugt aus einer Nickel-Titan-Legierung ausgebildet.Alternatively, the temperature-sensitive shape memory actuator itself forms the electrical heating element. In this case, it is provided with electrical connections and designed so that it heats up when energized by electricity. It deforms or is actively triggered. The electrical connections thus form the activation device. For this purpose, the shape memory actuator is preferably formed from a nickel-titanium alloy.

Vorzugsweise ist der Formgedächtnisaktor in einem von dem Kühlmittel durchströmten Bereich des Kühlmittelventils angeordnet. Somit behält der Formgedächtnisaktor weiterhin seine ursprüngliche Funktion zur automatischen Bewegung des Schließelements bei und kann bedarfsweise zusätzlich durch die Aktivierungsvorrichtung aktiv betätigt werden. Der Formgedächtnisaktor arbeitet somit auch bei deaktivierter bzw. ausgefallener Aktivierungsvorrichtung und behält eine Grundfunktionalität des Kühlmittelventils bei.The shape memory actuator is preferably arranged in a region of the coolant valve through which the coolant flows. Thus, the shape memory actuator continues to retain its original function of automatically moving the closure member and, if desired, may also be actively actuated by the activation device. The shape memory actuator thus operates even with deactivated or failed activation device and maintains a basic functionality of the coolant valve.

Der Erfindung liegt der folgende Hintergrund zugrunde. In den meisten industriellen Anwendungen und Fahrzeugen aller Art wird Energie in Wärme umgesetzt. Diese Wärme führt zu einer Temperaturerhöhung der um die Wärmequelle angeordneten Komponenten. Häufig ist dies nicht erwünscht bzw. gibt es eine maximal zulässige Temperatur. Wird diese überschritten kann eine Bauteilschädigung eintreten. Reicht die Wärmeabfuhr durch Wärmeleitung, Wärmestrahlung oder natürliche Konvektion nicht aus, werden in der Regel zusätzliche Kühlelemente eingebracht. Je nach Anwendung und abzuführender Wärmemenge bestehen diese aus einem Kühlmittelkreislauf. Ein herkömmlicher Kühlmittelkreislauf besteht aus einer Wärmesenke, wie beispielsweise ein Wärmetauscher, eine Wärmequelle, wie beispielsweise ein Antriebsaggregat, eine Pumpe und ein im Kreislauf befindliches Kühlmittel. Durch die Umwälzung des Kühlmittels mittels der Pumpe wird an der Wärmequelle Wärmeenergie aufgenommen und an der Wärmesenke abgegeben. Die dabei transportierte Wärmemenge hängt von der sich einstellenden Temperaturdifferenz zwischen Wärmequelle und Wärmesenke ab.The invention is based on the following background. In most industrial applications and vehicles of all kinds, energy is converted into heat. This heat leads to an increase in temperature of the components arranged around the heat source. Often this is not desirable or is there a maximum allowable temperature. If this is exceeded, component damage may occur. If the heat dissipation through heat conduction, heat radiation or natural convection is insufficient, additional cooling elements are usually introduced. Depending on the application and amount of heat to be dissipated, these consist of a coolant circuit. A conventional coolant circuit consists of a heat sink, such as a heat exchanger, a heat source, such as a prime mover, a pump, and a recirculating coolant. By the revolution of the coolant by means of the pump heat energy is absorbed at the heat source and discharged at the heat sink. The amount of heat transported depends on the temperature difference between the heat source and the heat sink.

Die zu kühlenden Elemente der Wärmequelle unterliegen häufig einer sehr hohen Temperaturdifferenz zum umströmenden Kühlmittel. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn sich eines der Elemente nicht im Nenntemperaturzustand befindet oder sich aufgrund von wechselnden Arbeitspunkten eine hohe Temperaturbandbreite der zu kühlenden Elemente ergibt. Durch diese Temperaturdifferenz kann eine Bauteilschädigung auftreten, insbesondere wenn sie häufiger auftritt. Beispielsweise tritt bei einer aktiv gekühlten Leistungselektronik für einen elektrischen Fahrzeugtraktionsmotor bei einem Kaltstart eine hohe Temperaturdifferenz zwischen der Leistungselektronik und dem umströmenden Kühlmittel auf.The elements of the heat source to be cooled are often subject to a very high temperature difference to the coolant flowing around. This is the case, in particular, when one of the elements is not in the nominal temperature state or because of changing operating points results in a high temperature bandwidth of the elements to be cooled. This temperature difference can cause component damage, especially if it occurs more frequently. For example, occurs in an actively cooled power electronics for an electric vehicle traction engine at a cold start on a high temperature difference between the power electronics and the circulating coolant.

Durch den Einsatz des vorgeschlagenen Kühlmittelventils kann die Kühlmittelversorgung des zu kühlenden Bauteils bei einer hohen Temperaturdifferenz zwischen Kühlmittel und zu kühlendem Bauteil, wie beispielsweise bei einem Kaltstart, automatisch unterbrochen werden. Das Kühlmittel fließt dann nicht im Bereich des zu kühlenden Bauteils, sondern steht. Dadurch baut sich dort die hohe Temperaturdifferenz relativ schnell ab. Wenn die Temperaturdifferenz später ausreichend klein ist, kann das Kühlmittelventil aktiv geöffnet werden bzw. selbst öffnen, um den Kühlmittelfluss zu ermöglichen. Dies erfolgt vorzugsweise nicht plötzlich, sondern temperaturabhängig bzw. in Abhängigkeit der Temperaturdifferenz zwischen zu kühlendem Bauteil und Kühlmittel.By using the proposed coolant valve, the coolant supply of the component to be cooled can be automatically interrupted at a high temperature difference between the coolant and the component to be cooled, such as during a cold start. The coolant then does not flow in the area of the component to be cooled, but stands. As a result, the high temperature difference breaks down relatively quickly there. If the temperature difference is later sufficiently small, the coolant valve can be actively opened or self-open to allow the coolant flow. This is preferably not sudden, but temperature-dependent or as a function of the temperature difference between component to be cooled and coolant.

Der Formgedächtnisaktor basiert bzw. besteht insbesondere auf/aus einer Formgedächtnislegierung, welche bei einer bestimmten Temperatur eine Bewegung des Schließelements des Ventils auslöst und dadurch das Schließen oder Öffnen des Ventils bewirkt. Der Formgedächtnisaktor kann bei einer drohenden Überhitzung oder wenn aus anderen Gründen, trotz hoher Temperaturdifferenz zwischen Kühlmittel und zu kühlendem Bauteil, ein Kühlmittelzufluss gewünscht ist, aktiviert werden, so dass ein Kühlmittelfluss zu dem zu kühlenden Bauteil erfolgt.The shape memory actuator is based, in particular, on / from a shape memory alloy, which at a certain temperature triggers a movement of the closing element of the valve and thereby causes the valve to close or open. The shape memory actuator can be activated in the event of an imminent overheating or, for other reasons, despite a high temperature difference between the coolant and the component to be cooled, a coolant inflow, so that a coolant flow to the component to be cooled takes place.

Wenn die Aktivierungsvorrichtung als elektrisches Heizelement ausgeführt ist, kann durch eine entsprechende Bestromung des elektrischen Heizelements eine Positionsregelung des Schließelements bzw. eine Durchflussregelung für das Kühlmittel bewirkt werden. Vorteil ist hierbei auch, dass die Betätigung des Kühlmittelventils geräuschlos erfolgt. Darüber hinaus können kurze Schließzeiten realisiert werden sowie eine hohe Lebensdauer des Kühlmittelventils.If the activation device is designed as an electric heating element, a position control of the closing element or a flow control for the coolant can be effected by a corresponding energization of the electric heating element. The advantage here is also that the operation of the coolant valve is silent. In addition, short closing times can be realized and a long service life of the coolant valve.

Das vorgeschlagene Leistungselektronikkühlsystem verfügt über zumindest eine Kühlmittelpumpe zur Förderung des Kühlmittels in dem Leistungselektronikkühlsystem sowie ein Kühlmittelreservoir sowie einen Wärmetauscher als Wärmesenke sowie ein Leistungselektronikgehäuse. Das Leistungselektronikgehäuse ist als Wärmequelle in das Leistungselektronikkühlsystem eingebunden. Das Leistungselektronikgehäuse gehört zu einer Leistungselektronik zum Betreiben einer E-Maschine, wie insbesondere eines Fahrzeugantriebssystems. Innerhalb des Leistungselektronikgehäuses sind Leistungselektronikmodule angeordnet, welche im Betrieb Wärme abgeben. Darüber hinaus verfügt das Leistungselektronikkühlsystem über das erläuterte Kühlmittelventil. Dieses ist so im Leistungselektronikkühlsystem angeordnet, um einen Kühlmittelfluss zu dem Leistungselektronikgehäuse einstellen zu können.The proposed power electronics cooling system has at least one coolant pump for conveying the coolant in the power electronics cooling system and a coolant reservoir and a heat exchanger as a heat sink and a power electronics housing. The power electronics housing is integrated as a heat source in the power electronics cooling system. The power electronics housing belongs to a power electronics for operating an electric motor, in particular a vehicle drive system. Within the power electronics housing power electronics modules are arranged, which emit heat during operation. In addition, the power electronics cooling system has the illustrated coolant valve. This is arranged in the power electronics cooling system in order to be able to set a coolant flow to the power electronics housing.

Vorzugsweise ist das Kühlmittelventil in dem Leistungselektronikkühlsystem stromaufwärts des Leistungselektronikgehäuses angeordnet. Das bedeutet, dass ein von der Kühlmittelpumpe gefördertes Kühlmittel zunächst das Kühlmittelventil durchströmen muss, bevor es zu dem Leistungselektronikgehäuse gelangen kann.Preferably, the coolant valve is disposed in the power electronics cooling system upstream of the power electronics housing. This means that a coolant conveyed by the coolant pump must first flow through the coolant valve before it can reach the power electronics housing.

Durch das Kühlmittelventil kann somit ein Kühlmittelstrom zu dem Leistungselektronikgehäuse unterbrochen und geöffnet werden. Das vorgeschlagene Kühlmittelventil bildet eine einfache Möglichkeit, den Kühlmittelstrom zu dem Leistungselektronikgehäuse zu regulieren.Thus, a coolant flow to the power electronics housing can be interrupted and opened by the coolant valve. The proposed coolant valve provides an easy way to regulate the flow of coolant to the power electronics housing.

Vorzugsweise sind ein erster und ein zweiter Temperatursensor vorgesehen. Der erste Temperatursensor ermittelt hierbei eine Temperatur im Bereich der Leistungselektronikmodule. Er ist also insbesondere innerhalb des Leistungselektronikgehäuses angeordnet. Der zweite Temperatursensor ermittelt hingegen eine Kühlmitteltemperatur des Kühlmittels. Er ist insbesondere stromauf des Leistungselektronikgehäuses in dem Leistungselektronikkühlsystem angeordnet. Beispielsweise kann er im Bereich des Kühlmittelreservoirs, der Kühlmittelpumpe oder des Kühlmittelventils die Temperatur des Kühlmittels ermitteln bzw. dort angeordnet sein.Preferably, a first and a second temperature sensor are provided. The first temperature sensor determines a temperature in the area of the power electronics modules. It is thus arranged in particular within the power electronics housing. The second temperature sensor, however, determines a coolant temperature of the coolant. It is arranged in particular upstream of the power electronics housing in the power electronics cooling system. For example, it can determine the temperature of the coolant in the area of the coolant reservoir, the coolant pump or the coolant valve or be arranged there.

Vorzugsweise verfügt das Leistungselektronikkühlsystem ein Kühlsystemsteuergerät. Dieses ist ausgeführt, bei einer hinreichend großen Differenz zwischen der vom ersten und zweiten Temperatursensor ermittelten Temperatur das Kühlmittelventil aktiv zu schließen, also die Aktivierungsvorrichtung des Kühlmittelventils entsprechend zu betätigen. Somit wird ein Kühlmittelfluss zu dem Leistungselektronikgehäuse entweder begrenzt oder vollständig unterbrochen. Die Temperaturdifferenz zwischen Leistungselektronikgehäuse bzw. darin enthaltener Leistungselektronikmodule und dem in diesem Bereich befindlichen Kühlmittel kann dadurch minimiert werden. Ein Verschleiß aufgrund dieser Temperaturdifferenz ist dadurch ebenfalls minimiert.The power electronics cooling system preferably has a cooling system control unit. This is designed to actively close the coolant valve at a sufficiently large difference between the temperature determined by the first and second temperature sensors, ie to actuate the activation device of the coolant valve accordingly. Thus, coolant flow to the power electronics housing is either limited or completely interrupted. The temperature difference between power electronics housing or contained therein Power electronics modules and the coolant located in this area can thereby be minimized. Wear due to this temperature difference is also minimized.

Darüber hinaus ist das Kühlmittelsteuergerät vorzugsweise so ausgeführt, dass bei einer hinreichend großen vom ersten Temperatursensor ermittelten Temperatur das Kühlmittelventil aktiv zu öffnen, also die Aktivierungsvorrichtung so anzusteuern, dass der Formgedächtnisaktor das Kühlmittelventil öffnet. Somit wird ein Kühlmittelfluss zu dem Leistungselektronikgehäuse ermöglicht. Einer Überhitzung der Leistungselektronikmodule wird dadurch entgegen gewirkt. Eine möglicherweise große Temperaturdifferenz zwischen Kühlmittel und Leistungselektronikmodule wird hierbei in Kauf genommen.In addition, the coolant control device is preferably embodied such that, when the temperature determined by the first temperature sensor is sufficiently large, the coolant valve is actively opened, that is to actuate the activation device in such a way that the shape memory actuator opens the coolant valve. Thus, a flow of coolant to the power electronics housing is made possible. Overheating of the power electronics modules is counteracted by this. A potentially large temperature difference between the coolant and power electronics modules is accepted here.

Das vorgeschlagene Fahrzeugantriebssystem, insbesondere für ein Personen- oder Nutzfahrzeug, weist zumindest eine E-Maschine als Traktionsantrieb für das Fahrzeug sowie eine Leistungselektronik zum Betreiben der E-Maschine auf. Darüber hinaus ist das erläuterte Leistungselektronikkühlsystem vorgesehen. Bei der erwähnten Leistungselektronik kann es sich insbesondere um einen Wechselrichter handeln. Das Fahrzeugantriebssystem kann ausschließlich die E-Maschine als Traktionsantrieb aufweisen oder darüber hinaus eine zusätzliche Verbrennungskraftmaschine als Traktionsantrieb. Bei dem Fahrzeugantriebssystem kann es sich demnach um das Antriebssystem eines E-Fahrzeugs oder eines Hybridfahrzeugs handeln.The proposed vehicle drive system, in particular for a passenger or commercial vehicle, has at least one electric motor as traction drive for the vehicle as well as power electronics for operating the electric motor. In addition, the illustrated power electronics cooling system is provided. The mentioned power electronics may in particular be an inverter. The vehicle drive system may include only the e-machine as a traction drive or, moreover, an additional internal combustion engine as a traction drive. The vehicle drive system may thus be the drive system of an electric vehicle or a hybrid vehicle.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert, aus welchen weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung entnehmbar sind. Hierbei zeigen jeweils in schematischer Darstellung:In the following the invention will be explained in more detail with reference to figures, from which further preferred embodiments of the invention can be removed. Here are shown in schematic representation in each case:

1 ein Kühlmittelventil, 1 a coolant valve,

2 ein weiteres Kühlmittelventil, 2 another coolant valve,

3 ein Fahrzeugantriebssystem mit einem Leistungselektronikkühlsystem. 3 a vehicle drive system having a power electronics cooling system.

In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.In the figures, identical or functionally identical components are provided with the same reference numerals.

Das Kühlmittelventil 12 gemäß 1 verfügt über ein Schließelement 1 zum Regulieren, also Schließen und Öffnen einer Durchflussöffnung 2 des Kühlmittelventils 12 für ein Kühlmittel. Bei dem Kühlmittel handelt es sich insbesondere um ein Flüssigkühlmittel. Zum Bewegen des Schließelements 1 ist ein Formgedächtnisaktor 3 vorgesehen. Die Bewegung des Formgedächtnisaktors 3 beruht auf einem Formgedächtnismaterial, aus dem der Formgedächtnisaktor 3 besteht oder das der Formgedächtnisaktor 3 beinhaltet. Dies kann beispielsweise ein Bimetall sein. Eine Flussrichtung des Kühlmittels durch das Kühlmittelventil 12 ist durch Pfeile angedeutet. An dem Formgedächtnisaktor 3 ist eine Aktivierungsvorrichtung 4 vorgesehen. Die Aktivierungsvorrichtung 4 ist ausgeführt, um den Formgedächtnisaktor 3 aktiv auszulösen, d. h. eine Bewegung des Schließelements hervorzurufen. Vorliegend ist die Aktivierungsvorrichtung 4 als ein elektrisches Heizelement ausgeführt. Hierzu umfasst sie Heizdrähte, welche um den Formgedächtnisaktor 3 gewunden sind. Der Formgedächtnisaktor 3 ist demnach temperatursensitiv ausgeführt. Somit führt er eine Bewegung temperaturabhängig aus.The coolant valve 12 according to 1 has a closing element 1 for regulating, ie closing and opening a flow opening 2 of the coolant valve 12 for a coolant. The coolant is in particular a liquid coolant. To move the closing element 1 is a shape memory factor 3 intended. The movement of the shape memory actuator 3 is based on a shape memory material, from which the shape memory actuator 3 exists or that the shape memory actuator 3 includes. This can be for example a bimetal. A flow direction of the coolant through the coolant valve 12 is indicated by arrows. At the shape memory actuator 3 is an activation device 4 intended. The activation device 4 is engineered to be the shape memory actuator 3 actively trigger, ie to cause a movement of the closing element. The present invention is the activation device 4 designed as an electric heating element. For this purpose, it includes heating wires, which surround the shape memory actuator 3 are tortuous. The shape memory factor 3 is therefore designed to be temperature-sensitive. Thus, it performs a movement dependent on temperature.

Alternativ kann der temperatursensitive Formgedächtnisaktor 3 sein eigenes Heizelement bilden, indem er mit elektrischen Anschlüssen versehen ist und so ausgeführt ist, dass er sich bei einer hierüber erfolgten elektrischen Bestromung erwärmt, sodass er sich im gewünschten Umfang verformt bzw. aktiviert wird.Alternatively, the temperature-sensitive shape memory actuator 3 form its own heating element by being provided with electrical connections and designed so that it heats up when it is energized by electric current, so that it is deformed or activated to the desired extent.

Bei einer elektrischen Bestromung der Aktivierungsvorrichtung 4 steigt die Temperatur in den Heizdrähten und somit im Formgedächtnisaktor 3. Dieser löst eine entsprechende Öffnungs- oder Schließbewegung des Schließelements 1 aus.In an electrical energization of the activation device 4 the temperature rises in the heating wires and thus in the shape memory actuator 3 , This triggers a corresponding opening or closing movement of the closing element 1 out.

2 zeigt eine Variante des Kühlmittelventils 12 gemäß 1. Im Gegensatz zur Ausführungsform gemäß 1 ist der Formgedächtnisaktor 3 nicht außerhalb des Kühlmittelstroms angeordnet, sondern gemäß 2 ist der Formgedächtnisaktor 3 in einem von dem Kühlmittel durchströmten Bereich des Kühlmittelventils 12 angeordnet. Hierdurch reagiert er auch auf die Temperatur des im Kühlmittelventil 12 befindlichen Kühlmittels. Durch eine Wärmeleitstruktur zwischen Formgedächtnisaktor 3 und Gehäuse des Kühlmittelventils 12 kann dies auch bei der Ausführungsform gemäß 1 der Fall sein. 2 shows a variant of the coolant valve 12 according to 1 , In contrast to the embodiment according to 1 is the shape memory factor 3 not arranged outside the coolant flow, but according to 2 is the shape memory factor 3 in an area of the coolant valve through which the coolant flows 12 arranged. As a result, it also responds to the temperature of the coolant valve 12 located coolant. By a heat conduction structure between shape memory actuator 3 and housing of the coolant valve 12 This can also be done in the embodiment according to 1 be the case.

Das Fahrzeugantriebsystem gemäß 3 weist eine E-Maschine 5 als Traktionsantrieb sowie eine Leistungselektronik (Wechselrichter) 6 zum Betreiben der E-Maschine 5 auf. Die E-Maschine 5 dient als Traktionsantrieb des Fahrzeugs und ist demnach mechanisch mit Fahrzeugrädern 7 gekoppelt und kann diese antreiben. Die Leistungselektronik 6 versorgt hierzu die E-Maschine 5 mit elektrischer Energie. Bei der E-Maschine 5 handelt es sich insbesondere um eine Drehfeldmaschine, wie beispielsweise eine Synchron- oder Asynchronmaschine. Die elektrische Energie stammt von einer Gleichstromquelle 8, wie beispielsweise einer Batterie oder einem Gleichstromgenerator.The vehicle drive system according to 3 has an e-machine 5 as a traction drive and a power electronics (inverter) 6 for operating the electric machine 5 on. The electric machine 5 serves as a traction drive of the vehicle and is therefore mechanical with vehicle wheels 7 coupled and can drive this. The power electronics 6 supplies the electric machine for this purpose 5 with electrical energy. In the electric motor 5 In particular, it is an induction machine, such as a synchronous or asynchronous machine. The electrical energy comes from a DC source 8th , such as a battery or a DC generator.

Die Leistungselektronik 6 weist ein Leistungselektronikgehäuse 6B auf, innerhalb dessen Leistungselektronikmodule 6A angeordnet sind, welche im Betrieb Wärme abgeben und daher als Wärmequelle wirken. Die Leistungselektronikmodule 6A weisen insbesondere Leistungshalbleiter zur Bestromung von Phasen der E-Maschine 5 auf. Die Leistungselektronikmodule 6A liegen insbesondere an dem Leistungselektronikgehäuse 6B an, so dass die davon erzeugte Wärmeleistung zumindest zum Teil an das Leistungselektronikgehäuse 6B abgegeben wird.The power electronics 6 has a power electronics housing 6B on, within that Power Electronics Module 6A are arranged, which give off heat during operation and therefore act as a heat source. The power electronics modules 6A In particular, power semiconductors for energizing phases of the electric motor 5 on. The power electronics modules 6A lie in particular on the power electronics housing 6B at least in part to the power electronics housing 6B is delivered.

Das Leistungselektronikgehäuse 6B ist in ein Leistungselektronikkühlsystem eingebunden. Somit ist es von Kühlmittel des Leistungselektronikkühlsystems umströmbar bzw. kühlbar. Das Leistungselektronikkühlsystem verfügt über eine Kühlmittelpumpe 9 zur Förderung des Kühlmittels in dem Kühlsystem. Darüber hinaus ist ein Kühlmittelreservoir 10 und ein Wärmetauscher 11 als Wärmesenke vorgesehen. Das Leistungselektronikkühlsystem verfügt darüber hinaus über zumindest ein Kühlmittelventil 12, welches in dem Kühlsystem beispielhaft stromaufwärts des Leistungselektronikgehäuses 6B angeordnet ist. Das Kühlmittelventil 12 ist insbesondere gemäß 1 oder 2 ausgeführt. Das Kühlmittelventil 12 öffnet oder schließt bei einer bestimmten Temperatur des dortigen Kühlmittels den Kühlmittelzufluss zu dem Leistungselektronikgehäuse 6B. Eine hohe Temperaturdifferenz zwischen Kühlmittel und Leistungselektronikgehäuse 6B und Leistungselektronikmodule 6A kann somit verhindert werden.The power electronics housing 6B is integrated in a power electronics cooling system. Thus, it can be flowed around or cooled by coolant of the power electronics cooling system. The power electronics cooling system has a coolant pump 9 for conveying the coolant in the cooling system. In addition, there is a coolant reservoir 10 and a heat exchanger 11 provided as a heat sink. The power electronics cooling system also has at least one coolant valve 12 which in the cooling system exemplifies upstream of the power electronics housing 6B is arranged. The coolant valve 12 is in particular according to 1 or 2 executed. The coolant valve 12 opens or closes at a certain temperature of the local coolant, the coolant flow to the power electronics housing 6B , A high temperature difference between coolant and power electronics housing 6B and power electronics modules 6A can thus be prevented.

Das Leistungselektronikkühlsystem weist auch einen ersten Temperatursensor 13 und einen zweiten Temperatursensor 14 auf. Der erste Temperatursensor 13 ist im Bereich der Leistungselektronikmodule 6A bzw. des Leistungselektronikgehäuses 6B angeordnet. Er ermittelt eine dort vorliegende Temperatur. Der zweite Temperatursensor 14 ist so in dem Kühlsystem angeordnet, dass er eine Kühlmitteltemperatur ermittelt, insbesondere stromauf des Leistungselektronikgehäuses 6B. Vorliegend ist der zweite Temperatursensor 14 beispielhaft zwischen der Kühlmittelpumpe 9 und dem Kühlmittelventil 12 angeordnet. Er kann allerdings auch an einer beliebigen anderen Stelle des Leistungselektronikgehäuses 6B angeordnet sein, insbesondere stromauf des Leistungselektronikgehäuses 6B, wie beispielsweise im Kühlmittelreservoir 10 oder zwischen dem Kühlmittelventil 12 und dem Leistungselektronikgehäuse 6B.The power electronics cooling system also has a first temperature sensor 13 and a second temperature sensor 14 on. The first temperature sensor 13 is in the field of power electronics modules 6A or the power electronics housing 6B arranged. He determines a temperature there. The second temperature sensor 14 is arranged in the cooling system so that it detects a coolant temperature, in particular upstream of the power electronics housing 6B , In the present case is the second temperature sensor 14 as an example between the coolant pump 9 and the coolant valve 12 arranged. However, he can also at any other point of the power electronics housing 6B be arranged, in particular upstream of the power electronics housing 6B , such as in the coolant reservoir 10 or between the coolant valve 12 and the power electronics housing 6B ,

Es ist auch ein Kühlsystemsteuergerät 15 vorgesehen. Das Kühlsystemsteuergerät 15 ist mit dem ersten und dem zweiten Temperatursensor 13, 14 sowie mit dem Kühlmittelventil 12 gekoppelt. Dies ist in 3 durch die gestrichelten Linien angedeutet. Anhand der von den Temperatursensoren 13, 14 gemessenen Temperaturen kann es somit das Kühlmittelventil 12 betätigen. Im Detail steuert es die Aktivierungsvorrichtung 4 des Kühlmittelventils 12 an und löst damit den Formgedächtnisaktor 3 entsprechend aus. Dadurch kann das Kühlmittelventil 12 geöffnet oder geschlossen werden. Das Kühlsystemsteuergerät 15 kann ein eigenständiges Steuergerät sein. Es kann allerdings auch ein Teil eines Steuergeräts der Leistungselektronik 6 oder des Fahrzeugantriebssystems sein.It is also a cooling system control unit 15 intended. The cooling system control unit 15 is with the first and the second temperature sensor 13 . 14 as well as with the coolant valve 12 coupled. This is in 3 indicated by the dashed lines. On the basis of the temperature sensors 13 . 14 measured temperatures can thus be the coolant valve 12 actuate. In detail, it controls the activation device 4 of the coolant valve 12 and thus solves the shape memory factor 3 accordingly. This allows the coolant valve 12 be opened or closed. The cooling system control unit 15 can be a stand-alone controller. However, it can also be a part of a control unit of the power electronics 6 or the vehicle drive system.

Das Kühlsystemsteuergerät 15 ist so ausgeführt, dass es bei einer hinreichend großen Differenz zwischen der vom ersten und zweiten Temperatursensor 13, 14 ermittelten Temperaturen das Kühlmittelventil 12 schließt. Dabei wird die Aktivierungsvorrichtung 4 des Kühlmittelventils 12 entsprechend betätigt. Ein Kühlmittelfluss zu dem Leistungselektronikgehäuse 6B wird dadurch begrenzt oder gänzlich unterbrochen. Ein Temperaturschock von kalten Kühlmitteln auf heißem Leistungselektronikmodul 6A kann dadurch verhindert werden.The cooling system control unit 15 is designed so that there is a sufficiently large difference between the first and second temperature sensor 13 . 14 determined temperatures, the coolant valve 12 closes. In this case, the activation device 4 of the coolant valve 12 operated accordingly. A coolant flow to the power electronics housing 6B is thereby limited or completely interrupted. A temperature shock from cold coolants on hot power electronics module 6A can be prevented.

Auf der anderen Seite ist das Kühlsystemsteuergerät 15 auch so ausgeführt, dass es bei einer hinreichenden großen, vom ersten Temperatursensor 13 ermittelten Temperatur das Kühlmittelventil 12 öffnet, also der Aktivierungsvorrichtung 4 entsprechend ansteuert. Somit ist ein Kühlmittelfluss zu dem Leistungselektronikgehäuse 6B und den darin befindlichen Leistungselektronikmodule 6A ermöglicht. Ein Überhitzen der Leistungselektronikmodule 6A wird dadurch verhindert.On the other side is the cooling system control unit 15 also designed so that it is sufficiently large, from the first temperature sensor 13 determined temperature, the coolant valve 12 opens, so the activation device 4 controls accordingly. Thus, there is a flow of coolant to the power electronics housing 6B and the power electronics modules therein 6A allows. Overheating of the power electronics modules 6A is thereby prevented.

In einem normalen Betrieb des Leistungselektronikkühlsystems ist somit zunächst ein Kühlmittelfluss zu dem Leistungselektronikgehäuse 6B gesperrt. Das Kühlmittel verharrt daher dort und wärmt sich im Betrieb der Leistungselektronik 6 langsam auf. Wird eine zu hohe Temperatur der Leistungselektronikmodule 6A erreicht, öffnet das Kühlmittelsteuergerät 15 das Kühlmittelventil 12 und die Leistungselektronikmodule werden durch das nun zirkulierende Kühlmittel aktiv gekühlt. Durch die temperatursensitive Ausführung des Formgedächtnisaktors 3 regelt sich dieses im weiteren Betrieb dann selbst, so dass das zu dem Leistungselektronikgehäuse 6B gelangte Kühlmittel eine für den Betrieb optimale Temperatur aufweist.In a normal operation of the power electronics cooling system is thus initially a coolant flow to the power electronics housing 6B blocked. The coolant therefore remains there and warms during operation of the power electronics 6 get up slowly. If the temperature of the power electronics modules is too high 6A reached, opens the coolant control unit 15 the coolant valve 12 and the power electronics modules are actively cooled by the now circulating coolant. Due to the temperature-sensitive design of the shape memory actuator 3 This then regulates itself in further operation, so that the power electronics housing 6B reached coolant has an optimum temperature for operation.

Das Kühlmittelventil 12 kann anders als in 3 dargestellt auch stromabwärts des Leistungselektronikgehäuses 6B angeordnet sein. Es kann auch in unmittelbarer Nähe des Leistungselektronikgehäuses 6B angeordnet sein oder ein Teil davon sein und ein Zufluss/Abfluss von Kühlmittel zu/von dem Leistungselektronikgehäuse 6B einstellen. Vorteil hierbei ist, dass eine verbesserte Selbstregelung des Kühlmittelventils 12 eintritt. Dies ist darauf zurückzuführen, dass in der Aufwärmphase der Leistungselektronik 6 aufgewärmtes Kühlmittel durch Konvektion zu dem Kühlmittelventil 12 gelangt und dieses bei einer ausreichenden Temperatur des Kühlmittels automatisch mittels des temperatursensitiven Formgedächtnisaktors 3 öffnet. Dadurch wird der Kühlmittelfluss ohne Einflussnahme des Kühlsystemsteuergeräts 15 selbstständig ausgelöst.The coolant valve 12 can be different than in 3 also shown downstream of the power electronics housing 6B be arranged. It can also be in the immediate vicinity of the power electronics housing 6B be arranged or be a part thereof and an inflow / outflow of coolant to / from the power electronics housing 6B to adjust. The advantage here is that an improved self-regulation of the coolant valve 12 entry. This is due to the fact that in the warm-up phase of the power electronics 6 warmed coolant by convection to the coolant valve 12 passes and this at a sufficient temperature of the coolant automatically by means of the temperature-sensitive shape memory actuator 3 opens. As a result, the coolant flow without the influence of the cooling system control unit 15 triggered independently.

Sofern dann eine (ggf. ungewollte) sehr schnelle Aufwärmung der Leistungselektronikmodule 6A erfolgt, ohne dass das Kühlmittelventil 12 selbstständig öffnet, reagiert das Kühlsystemsteuergerät 15 und öffnet das Kühlmittelventil 12 aktiv. Hierzu ist der Formgedächtnisaktor 3 vorzugsweise in dem vom Kühlmittel durchströmten Bereich des Kühlmittelventils 12 angeordnet. Er kann beispielsweise im Bereich des Leistungselektronikgehäuses 6B vorgesehen sein, so dass das Kühlmittel durch Konvektion von dem Leistungselektronikgehäuse 6B zu dem temperatursensitiven Formgedächtnisaktor 3 des Kühlmittelventils 12 strömen kann.If so, then a (possibly unwanted) very rapid warming of the power electronics modules 6A done without the coolant valve 12 automatically opens, the cooling system control unit responds 15 and opens the coolant valve 12 active. This is the shape memory actuator 3 preferably in the region of the coolant valve through which the coolant flows 12 arranged. He can, for example, in the field of power electronics housing 6B be provided so that the coolant by convection of the power electronics housing 6B to the temperature-sensitive shape memory actuator 3 of the coolant valve 12 can flow.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Schließelementclosing element
22: DurchflussöffnungFlow opening
33: FormgedächtnisaktorFormgedächtnisaktor
44: Aktivierungsvorrichtung, elektrisches HeizelementActivation device, electric heating element
55: E-MaschineE-machine
66: Leistungselektronikpower electronics
6A6A: LeistungselektronikmodulePower Electronics Module
6B6B: LeistungselektronikgehäusePower electronics housing
77: Fahrzeugrädervehicle wheels
88th: GleichstromquelleDC power source
99: KühlmittelpumpeCoolant pump
1010: KühlmittelreservoirCoolant reservoir
1111: Wärmetauscherheat exchangers
1212: KühlmittelventilCoolant valve
1313: Temperatursensortemperature sensor
1414: Temperatursensortemperature sensor
1515: KühlsystemsteuergerätCooling system control unit

Claims

Coolant valve ( 12 ) with a closing element ( 1 ) for regulating a flow opening ( 2 ) of the coolant valve ( 12 ) for a coolant, and with a shape memory actuator ( 3 ) for moving the closing element ( 1 ), characterized in that on the shape memory actuator ( 3 ) an activation device ( 4 ) is provided to actively trigger this.

Coolant valve ( 12 ) according to claim 1, wherein the shape memory actuator ( 3 ) is temperature-sensitive and the activation device ( 4 ) is an electrical heating element.

Coolant valve ( 12 ) according to claim 1, wherein the shape memory actuator ( 3 ) is temperature-sensitive and via electrical connections as activation device ( 4 ) and designed so that it is heated by an electric current and actively triggered.

Coolant valve ( 12 ) according to one of claims 1 to 3, wherein the shape memory actuator ( 3 ) in an area of the coolant valve through which a coolant flows ( 12 ) is arranged.

Power electronics cooling system, with at least one coolant pump ( 9 ) for conveying coolant in the power electronics cooling system, and with a coolant reservoir ( 10 ), and with a heat exchanger ( 11 ), and with a power electronics housing integrated into the power electronics cooling system ( 6B ) a power electronics ( 6 ) for operating an electric machine ( 5 ) within which heat dissipating power electronics modules ( 6A ) are arranged, and with a coolant valve ( 12 ) according to one of the preceding claims, which is arranged in the power electronics cooling system in order to control a coolant flow to the power electronics housing ( 6B ).

Power electronics cooling system according to claim 5, comprising a first and a second temperature sensor ( 13 . 14 ), wherein the first temperature sensor ( 13 ) a temperature in the area of the power electronics modules ( 6A ) and the second temperature sensor ( 14 ) determines a coolant temperature, in particular upstream of the power electronics housing ( 6B ).

Power electronics cooling system according to claim 6, comprising a cooling system control device ( 15 ) performed with a sufficiently large difference between that of the first and second temperature sensors ( 13 . 14 ) temperature the coolant valve ( 12 ) to close a flow of coolant to the power electronics housing ( 6B ) limit or interrupt.

Power electronics cooling system according to claim 7, wherein the cooling system control unit ( 12 ) is executed, with a sufficiently large of the first temperature sensor ( 13 ) temperature the coolant valve ( 12 ) to open a coolant flow to the power electronics housing ( 6B ).

Vehicle drive system, comprising at least one electric machine ( 5 ) as traction drive and power electronics ( 6 ) for operating the electric machine ( 5 ), and with a power electronics cooling system according to one of claims 5 to 8.