DE102017217584A1

DE102017217584A1 - Anordnung und Verfahren zur Kühlung von Elektroantriebseinheiten

Info

Publication number: DE102017217584A1
Application number: DE102017217584.2A
Authority: DE
Inventors: Daniel Schindelmann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Priority date: 2017-10-04
Filing date: 2017-10-04
Publication date: 2019-04-04

Abstract

Die Erfindung gibt eine Anordnung mit einer Elektroantriebseinheit (1) und einem einzigen Kühlkreislauf (4, 5, 7, 8, 9), der ausgebildet ist, die Elektroantriebseinheit (1) mit einem Kühlmittel zu kühlen.
Die Erfindung gibt auch ein zugehöriges Verfahren zum Betrieb der Anordnung an.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zur Führung eines Kühlmittels bei Elektroantriebseinheiten, beispielsweise aufweisend Umrichter und Elektromotoren.
Hintergrund der Erfindung
Es ist bekannt, Stromrichter, wie beispielsweise Umrichter, mit Wasser und die mit dem Umrichter elektrisch verbundenen Elektromotoren mit Silikonöl mit Hilfe von zwei voneinander getrennten Kühlkreisläufen zu kühlen.
In der Offenlegungsschrift DE 10 2015 214 A1 wird eine Elektroantriebseinheit für ein Elektrofahrzeug mit einem Elektromotor, der ein Motorkühlsystem aufweist, und ein Stromrichter, der ein Stromrichterkühlsystem aufweist, beschrieben. Der Stromrichter umfasst eine elektronische Leistungsschalterkomponente, die mit dem Elektromotor elektrisch verbunden ist. Das Stromrichterkühlsystem umfasst eine Montage-Kühleinheit. Die elektronische Leistungsschalterkomponente ist mittels der Montage-Kühleinheit mit einem Gehäuse des Elektromotors verbunden. Die Montage-Kühleinheit weist mindestens ein Kühlfeld für die Leistungsschalterkomponente auf. Das Kühlfeld ist mit einem in der Montage-Kühleinheit angeordneten Kühlkanal derart ausgebildet, in der Leistungsschalterkomponente erzeugte Verlustwärme mittels eines hindurchfließenden Kühlmittels abzuführen.
In 1 ist ein Blockschaltbild eines derartigen Kühlsystems für eine Elektroantriebseinheit schematisch dargestellt. Zu sehen sind zwei Kühlkreisläufe mit je einer Pumpeneinheit 7 und einer Kühleinheit 8. Der eine Kühlreislauf ist für die Kühlung des Umrichters 2, der andre Kühlkreislauf ist für die Kühlung des Elektromotors 3 verantwortlich. Der Umrichter 2 ist eingangsseitig über zwei Gleichstromleitungen 4 mit einer Energieverteileinheit 10, die beispielsweise Batterien aufweist, elektrisch verbunden. Der Umrichter 2 ist ausgangsseitig mit dem Elektromotor 3 über drei Wechselstromleitungen 5 elektrisch verbunden. Erdungsleitungen sind der Übersichtlichkeit wegen in dem Blockschaltbild nicht dargestellt. Der Umrichter 2, der Elektromotor 3 und die elektrischen Leitungen 4 und 5 sind Teil der Elektroantriebseinheit 1.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist Aufgabe der Erfindung, die Kühlung einer Elektroantriebseinheit zu verbessern.
Gemäß der Erfindung wird die gestellte Aufgabe mit der Anordnung und dem Verfahren zur Kühlung einer Elektroantriebseinheit der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß weist die Anordnung nur ein einziger Kühlkreislauf auf. Die elektrischen Leitungen zum Transport der elektrischen Energie können zusätzlich zur Kühlung von elektrischen Komponenten gleichzeitig ein Kühlmittel befördern. Diese Kombination aus Energieleitung und Kühlschlauch ist gewichtssparend.
Die Energieleitungen verbinden die Energieverteilung, den Umrichter und den Elektromotor miteinander. Zusätzlich wird nur noch ein einziger Kühlkreislauf für den Umrichter und den Elektromotor eingesetzt.
Die Erfindung beansprucht eine Anordnung mit einer Elektroantriebseinheit und mit einem einzigen Kühlkreislauf, der die Elektroantriebseinheit mit einem Kühlmittel kühlt, d.h. das Kühlmittel durch die Elektroantriebseinheit transportiert und so die Komponenten der Elektroantriebseinheit entwärmt.
In einer Weiterbildung kann der Kühlkreislauf eine Kühleinheit, eine Pumpeneinheit und Kühlleitungen aufweisen, wobei durch die Pumpeneinheit das Kühlmittel durch die Kühleinheit mit Hilfe der Kühlleitungen von und zu der Elektroantriebseinheit beförderbar ist. Die Kühleinheit kann beispielsweise einen Wärmetauscher aufweisen.
In einer weiteren Ausgestaltung weist die Anordnung Gleichstromleitungen auf, die die Elektroantriebseinheit mit elektrischer Energie versorgen und zusätzlich zur elektrischen Energie das Kühlmittel transportieren.
In einer weiteren Ausbildung kann die Elektroantriebseinheit mindestens einen Umrichter und mindestens einen Elektromotor aufweisen, wobei durch das Kühlmittel der Umrichter entwärmbar ist.
In einer weiteren Ausgestaltung kann die Anordnung Wechselstromleitungen aufweisen, die die elektrische Energie von dem Umrichter zum Elektromotor transportieren und zusätzlich zur elektrischen Energie das Kühlmittel transportieren, um den Elektromotor zu kühlen.
In einer weiteren Ausprägung weist die Anordnung eine Energieverteileinheit auf, die die Elektroantriebseinheit mit elektrischer Energie versorgt.
Desweitern kann die Energieverteileinheit Batterien aufweisen und/oder das Kühlmittel Wasser oder Silikonöl sein.
Die Erfindung beansprucht auch ein Verfahren zum Betrieb einer erfindungsgemäßen Anordnung, wobei das Kühlmittel durch die Elektroantriebseinheit gepumpt wird.
Die Erfindung bietet den Vorteil, dass keine zusätzlichen Kühlschläuche zwischen dem Umrichter und dem Elektromotor verlegt werden müssen. Dadurch dass die elektrischen Leitungen auch gekühlt werden, ist es möglich, je nach Auslegung den Leitungsquerschnitt um bis zu 50% zu reduzieren. Die Gleichstromleitungen werden ebenfalls gekühlt, wodurch der Querschnitt auch reduziert werden kann. Durch die verringerten Querschnitte wird sowohl Bauraum als auch Gewicht gespart.
Weitere Besonderheiten und Vorteile der Erfindung werden aus den nachfolgenden Erläuterungen eines Ausführungsbeispiels anhand von schematischen Zeichnungen ersichtlich.
Es zeigen:

1: ein Blockschaltbild eines Kühlsystems für eine Anordnung mit einem Umrichter und einem Elektromo tor gemäß Stand der Technik und
2: ein Blockschaltbild eines Kühlsystems mit einem einzigen Kühlkreislauf für eine Anordnung mit einem Umrichter und einem Elektromotor.

Detaillierte Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
2 zeigt ein Blockschaltbild einer Anordnung mit einer Energieverteileinheit 10, die eine Elektroantriebseinheit 1 über Gleichstromleitungen 4 mit elektrischer Energie versorgt. Die Elektroantriebseinheit 1 umfass einen Umrichter 2 und einen Elektromotor 3, die über Wechselstromleitungen 5 miteinander elektrische verbunden sind.
In den Wechselstromleitungen 5 wird zusätzlich zur elektrischen Energie gleichzeitig auch ein Kühlmittel, beispielsweise Wasser oder Silikonöl, transportiert. Dies erfolgt durch in den Wechselstromleitungen 5 integrierten Kühlschläuchen, die das Kühlmittel transportieren. Auch durch die den Umrichter 2 mit elektrischer Energie versorgenden Gleichstromleitungen 4 wird dasselbe Kühlmittel transportiert. Dadurch wird ein einziger Kühlkreislauf zur Kühlung der Elektroantriebseinheit 1 gebildet.
Das Kühlmittel wird mittels einer Pumpeneinheit 7 über eine Kühleinheit 8, beispielsweise einen Wärmetauscher, und Kühlschläuchen 9 in und durch die Gleichstromleitungen 4 gepumpt.
Obwohl die Erfindung im Detail durch die Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, ist die Erfindung durch die offenbarten Beispiele nicht eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann daraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

1: Elektroantriebseinheit
2: Umrichter
3: Elektromotor
4: Gleichstromleitung
5: Wechselstromleitung
6: Kühlsystem
7: Pumpeneinheit
8: Kühleinheit
9: Kühlleitung
10: Energieverteileinheit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102015214 A1 [0003]

Claims

Anordnung mit einer Elektroantriebseinheit (1), gekennzeichnet durch: - einen einzigen Kühlkreislauf (4, 5, 7, 8, 9), der ausgebildet ist, die Elektroantriebseinheit (1) mit einem Kühlmittel zu kühlen.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkreislauf eine Kühleinheit (8), eine Pumpeneinheit (7) und Kühlleitungen (9) aufweist, wobei durch die Pumpeneinheit (7) das Kühlmittel durch die Kühleinheit (8) mit Hilfe der Kühlleitungen (9) von und zu der Elektroantriebseinheit (1) beförderbar ist.
Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch: - Gleichstromleitungen (4), die die Elektroantriebseinheit (1) mit elektrischer Energie versorgen und ausgebildet sind, zusätzlich zur elektrischen Energie das Kühlmittel zu transportieren.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroantriebseinheit (1) mindestens einen Umrichter (2) und mindestens einen Elektromotor (3) aufweist, wobei durch das Kühlmittel der Umrichter (2) entwärmbar ist.
Anordnung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch: - Wechselstromleitungen (5), die die elektrische Energie von dem Umrichter (2) zum Elektromotor (3) transportieren und ausgebildet sind, zusätzlich zur elektrischen Energie das Kühlmittel zu transportieren, um den Elektromotor (3) zu kühlen.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch: - eine Energieverteileinheit (10), die ausgebildet ist, die Elektroantriebseinheit (1) mit elektrischer Energie zu versorgen.
Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieverteileinheit (10) Batterien aufweist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmittel Wasser oder Silikonöl ist.
Verfahren zum Betrieb einer Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmittel durch die Elektroantriebseinheit (1) gepumpt wird.