DE102018126290B3

DE102018126290B3 - Fahrzeugkomponente mit wenigstens einer im Überlastbetrieb betreibbaren Antriebseinrichtung und Verfahren zum Betreiben einer solchen Fahrzeugkomponente

Info

Publication number: DE102018126290B3
Application number: DE102018126290.6A
Authority: DE
Inventors: Björn Pehnert; David Kuhn; Thomas Warbeck; Patrick Böhl; Daniel Eichacker
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2018-10-23
Filing date: 2018-10-23
Publication date: 2020-01-02
Anticipated expiration: 2038-10-24

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fahrzeugkomponente (100) mit einer Antriebseinrichtung (1) für ein Kraftfahrzeug und ein Verfahren. Die Antriebseinrichtung (1) ist in einem für den Dauerbetrieb vorgesehenen Normalbetrieb und für eine definierte Zeit in einem Überlastbetrieb betreibbar. Im Überlastbetrieb ist ein Leistungsparameter der Antriebseinrichtung (1) über einen für den Dauerbetrieb vorgesehenen Maximalwert erhöht. Eine Steuereinrichtung (2) ist dazu geeignet und ausgebildet, in Abhängigkeit des Überlastbetriebs eine Überlastkühlung einzustellen und dazu mittels einer Ventileinrichtung (3) einen für eine Kühlung der Antriebseinrichtung (1) im Normalbetrieb vorgesehenen Hochtemperaturkreislauf (4) fluidisch von der Antriebseinrichtung (1) zu entkoppeln und einen für eine Kühlung einer Baueinheit (6) im Normalbetrieb vorgesehenen Niedertemperaturkreislauf (5) fluidisch mit der Antriebseinrichtung (1) zu verbinden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fahrzeugkomponente mit wenigstens einer Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug sowie ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Fahrzeugkomponente. Die Antriebseinrichtung ist in wenigstens einem für den Dauerbetrieb vorgesehenen Normalbetrieb betreibbar und für eine definierte Zeit in wenigstens einem Überlastbetrieb betreibbar.
Ein Überlastbetrieb, auch als Boost-Betrieb bezeichnet, stellt eine wichtige Funktion für Sportfahrzeuge und besonders Motorsportfahrzeuge dar. Der Überlastbetrieb bietet z. B. bei Überholvorgängen und beim Start bzw. Anfahren viele Vorteile. Allerdings bedeutet der Überlastbetrieb meist eine besonders hohe Belastung der Antriebsmaschine. Daher ist der Überlastbetrieb in der Regel nur für eine kurze Zeit und beispielsweise für einige Sekunden vorgesehen. Zudem ist oft ein hoher technischer Aufwand nötig, damit die Antriebsmaschine im Überlastbetrieb keinen Schaden nimmt.
Eine gattungsgemäße Fahrzeugkomponente ist in der DE 10 2011 107 540 A1 gezeigt. Die US 2018/0086224 A1 zeigt ein Kühlsystem für ein Elektrofahrzeug, bei dem ein Hochtemperaturkreislauf zur Kühlung einer Antriebsmaschine und ein Niedertemperaturkreislauf zur Kühlung einer Baueinheit vorgesehen sind. Der Hochtemperaturkreislauf kann von der Antriebsmaschine entkoppelt und der Niedertemperaturkreislauf zur Kühlung mit der Antriebsmaschine verbunden werden. Die DE 10 2016 003 076 A1 beschreibt ein Kühlsystem für ein Hybridfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor und einem Elektromotor.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten und möglichst unaufwendigen Überlastbetrieb eines Kraftfahrzeugs zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Fahrzeugkomponente mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 13. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus dem Ausführungsbeispiel.
Die erfindungsgemäße Fahrzeugkomponente umfasst wenigstens eine Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug. Die Antriebseinrichtung ist in wenigstens einem für den Dauerbetrieb vorgesehenen Normalbetrieb betreibbar. Die Antriebseinrichtung ist für eine definierte Zeit in wenigstens einem Überlastbetrieb betreibbar. Im Überlastbetrieb ist bzw. wird wenigstens ein Leistungsparameter der Antriebseinrichtung über einen für den Dauerbetrieb vorgesehenen Maximalwert erhöht. Dabei umfasst die Fahrzeugkomponente wenigstens eine Steuereinrichtung. Die Steuereinrichtung ist dazu geeignet und ausgebildet, in Abhängigkeit des Überlastbetriebs wenigstens eine Überlastkühlung einzustellen und dazu mittels wenigstens einer Ventileinrichtung wenigstens einen für eine Kühlung der Antriebseinrichtung im Normalbetrieb vorgesehenen Hochtemperaturkreislauf wenigstens teilweise, vorzugsweise vollständig, fluidisch von der Antriebseinrichtung zu entkoppeln und wenigstens einen für eine Kühlung wenigstens einer Baueinheit im Normalbetrieb vorgesehenen Niedertemperaturkreislauf wenigstens teilweise fluidisch mit der Antriebseinrichtung zu verbinden. Die Steuereinrichtung ist dazu geeignet und ausgebildet, für die Überlastkühlung den Niedertemperaturkreislauf stromaufwärts von der Antriebseinrichtung aufzuteilen und wenigstens einen Teilstrom zu der Antriebseinrichtung und wenigstens einen anderen Teilstrom an der Antriebseinrichtung vorbei strömen zu lassen und die Teilströme stromabwärts wieder zu vereinen. Die Steuereinrichtung ist dazu geeignet und ausgebildet, für die Überlastkühlung mittels wenigstens einer Fördereinrichtung eine Fördermenge wenigstens eines Kühlmittels wenigstens des Niedertemperaturkreislaufs zu erhöhen.
Die erfindungsgemäße Fahrzeugkomponente bietet viele Vorteile. Einen erheblichen Vorteil bietet die erfindungsgemäße fluidische Entkopplung bzw. Kopplung von Hochtemperaturkreislauf und Niedertemperaturkreislauf mit der Antriebseinrichtung im Überlastbetrieb. Dadurch können im Überlastbetrieb hervorgerufene Temperaturspitzen besonders wirksam und zugleich auch konstruktiv unaufwendig vermieden bzw. abgebaut werden. Dadurch kann beispielsweise auf weitere Kühler oder Wärmespeicher verzichtet werden, welche das Gewicht des Sportwagens ungünstig beeinflussen würden.
Vorzugsweise ist die Steuereinrichtung dazu geeignet und ausgebildet, für die Überlastkühlung den Hochtemperaturkreislauf vollständig von der Antriebseinrichtung zu entkoppeln. Insbesondere ist die Steuereinrichtung dazu geeignet und ausgebildet, für die Überlastkühlung den Hochtemperaturkreislauf in einem Inselbetrieb, vorzugsweise mit wenigstens einem Kühler, zu betreiben. Das bietet den besonderen Vorteil, dass der Hochtemperaturkreislauf während des Überlastbetriebs sogar noch weiter abgekühlt werden kann. Vorzugsweise ist die Steuereinrichtung dazu geeignet und ausgebildet, für die Überlastkühlung der Antriebseinrichtung nur den Niedertemperaturkreislauf einzusetzen.
Insbesondere ist die Steuereinrichtung dazu geeignet und ausgebildet, für die Überlastkühlung den Hochtemperaturkreislauf wenigstens stromabwärts von der Antriebseinrichtung vollständig von der Antriebseinrichtung zu entkoppeln. Insbesondere ist für die Überlastkühlung der Hochtemperaturkreislauf stromabwärts von der Antriebseinrichtung nicht mehr mit dem Niedertemperaturkreislauf und/oder der Antriebseinrichtung fluidisch gekoppelt. Insbesondere ist der Hochtemperaturkreislauf im Überlastbetrieb gar nicht oder nur stromaufwärts von der Antriebseinrichtung mit dem Niedertemperaturkreislauf fluidisch gekoppelt.
Für die Überlastkühlung wird ein aus der Antriebseinrichtung austretender Kühlmittelstrom insbesondere wenigstens teilweise und vorzugsweise vollständig dem Niedertemperaturkreislauf zugeführt. Für die Überlastkühlung stammt ein in die Antriebseinrichtung einströmender Kühlmittelstrom insbesondere wenigstens teilweise und vorzugsweise ausschließlich aus dem Niedertemperaturkreislauf.
Für eine Kühlung im Normalbetrieb strömt ein aus der Antriebseinrichtung austretender Kühlmittelstrom insbesondere wenigstens teilweise und vorzugsweise vollständig in den Hochtemperaturkreislauf ein. Für die Kühlung im Normalbetrieb stammt ein in die Antriebseinrichtung einströmender Kühlmittelstrom insbesondere wenigstens teilweise und vorzugsweise vollständig.aus dem Hochtemperaturkreislauf.
Die Steuereinrichtung ist erfindungsgemäß dazu geeignet und ausgebildet, für die Überlastkühlung den Niedertemperaturkreislauf stromaufwärts von der Antriebseinrichtung aufzuteilen. Der Niedertemperaturkreislauf ist insbesondere in wenigstens zwei Teilströme aufteilbar. Die Steuereinrichtung ist erfindungsgemäß dazu geeignet und ausgebildet, wenigstens einen Teilstrom zu der Antriebseinrichtung und/oder wenigstens einen anderen Teilstrom an der Antriebseinrichtung vorbeiströmen zu lassen. Die Steuereinrichtung ist erfindungsgemäß dazu geeignet und ausgebildet, die Teilströme stromabwärts von der Antriebseinrichtung wieder zu vereinen. Ein solcher Kühlkreislauf bietet besonders viele Vorteile.
Erfindungsgemäß ist die Steuereinrichtung dazu geeignet und ausgebildet, für die Überlastkühlung eine Fördermenge eines Kühlmittels wenigstens des Niedertemperaturkreislaufs mittels wenigstens einer Fördereinrichtung zu erhöhen. Insbesondere wird dazu die Pumpleistung der Fördereinrichtung erhöht. Dazu kann die Fördermenge wenigstens um den Faktor 1,5 und vorzugsweise wenigstens um den Faktor zwei erhöht werden. Beispielsweise kann die Pumpleistung von 10 l/min auf 25 l/min oder mehr erhöht werden.
Insbesondere ist die Steuereinrichtung dazu geeignet und ausgebildet, die Überlastkühlung zusammen mit dem Überlastbetrieb zu aktivieren. Insbesondere wird die Überlastkühlung aktiviert, sobald bzw. spätestens, wenn der Leistungsparameter den für den Dauerbetrieb vorgesehenen Maximalwert erreicht oder überschreitet. Vorzugsweise ist die Steuereinrichtung dazu geeignet und ausgebildet, die Überlastkühlung zeitlich vor dem Überlastbetrieb zu aktivieren. Ein solches vorausschauendes bzw. prophylaktisches Aktivieren der Überlastkühlung ermöglicht ein besonders zuverlässiges Abfangen von Temperaturspitzen.
Insbesondere erfolgt die Aktivierung der Überlastkühlung zeitlich vor einer Erhöhung des Leistungsparameters über den für den Dauerbetrieb vorgesehenen Maximalwert. Beispielsweise kann die Überlastkühlung maximal eine Minute oder maximal 30 Sekunden oder maximal 15 Sekunden oder maximal 10 Sekunden vor dem Überlastbetrieb erfolgen. Möglich sind auch kürzere oder längere Zeitabstände. Beispielsweise kann die Überlastkühlung 1 Sekunde oder weniger als 1 Sekunde vor dem Überlastbetrieb erfolgen. Das Aktivieren der Überlastkühlung umfasst insbesondere das Betätigen der Ventileinrichtung zur Herstellung bzw. Trennung der fluidischen Verbindung von Niedertemperaturkreislauf und Hochtemperaturkreislauf. Es ist möglich, dass die Überlastkühlung zusammen mit einer Freigabe des Überlastbetriebs und beispielsweise mit der Auswahl eines entsprechenden Fahrmodus aktiviert wird.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Steuereinrichtung dazu geeignet und ausgebildet, einen (mit einer entsprechenden Wahrscheinlichkeit) bevorstehenden Überlastbetrieb mittels wenigstens einer Erkennungseinrichtung für einen Streckenverlauf und/oder Straßenverlauf zu erkennen. Insbesondere ist die Steuereinrichtung dazu geeignet und ausgebildet, die Überlastkühlung abhängig von der Erkennung des bevorstehenden Überlastbetriebs zu aktivieren. Die Erkennung eines bevorstehenden Überlastbetriebs durch die Erkennungseinrichtung muss insbesondere nicht zwangsläufig zur Ausführung des Überlastbetriebs führen. Beispielsweise kann der Fahrer trotz eines entsprechenden Streckenverlaufs auf den Überlastbetrieb verzichten.
Die Erkennungseinrichtung kann dazu geeignet und ausgebildet sein, den Strecken- bzw. Straßenverlauf anhand von Navigationsdaten und beispielsweise mittels GPS-Daten zu überwachen. Insbesondere ist in der Erkennungseinrichtung wenigstens ein Strecken- bzw. Straßenverlauf hinterlegt. Möglich ist auch, dass die Erkennungseinrichtung dazu geeignet und ausgebildet ist, charakteristische Streckeneigenschaften und beispielsweise Kurven und/oder Geraden oder dergleichen zu erkennen. Es ist möglich, dass das Erkennungssystem als ein System zum vorausschauenden Fahren ausgebildet ist oder wenigstens ein solches umfasst. Der Erkennungseinrichtung können auch weitere Fahrerassistenzsysteme zugeordnet sein, welche zur Erkennung des Strecken- bzw. Straßenverlaufs geeignet sind. Möglich ist auch, dass die Erkennungseinrichtung zum Erkennen von anderen Fahrzeugen geeignet und ausgebildet ist, sodass ein bevorstehender Überlastbetrieb, bedingt durch einen bevorstehenden Überholvorgang, erkennbar ist.
Es ist möglich und bevorzugt, dass die Steuereinrichtung dazu geeignet und ausgebildet ist, die Überlastkühlung dadurch zu beenden, dass mittels der Ventileinrichtung der Hochtemperaturkreislauf fluidisch mit der Antriebseinrichtung verbunden wird. Bevorzugt ist die Steuereinrichtung dazu geeignet und ausgebildet, die Überlastkühlung dadurch zu beenden, dass mittels der Ventileinrichtung der Niedertemperaturkreislauf fluidisch von der Antriebseinrichtung entkoppelt wird. Insbesondere ist für die Kühlung im Normalbetrieb der Niedertemperaturkreislauf stromabwärts von der Antriebseinrichtung nicht mit dem Hochtemperaturkreislauf fluidisch verbunden.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist die Steuereinrichtung dazu geeignet und ausgebildet, die Überlastkühlung zusammen mit dem Überlastbetrieb und/oder zeitversetzt nach dem Überlastbetrieb zu beenden. Vorzugsweise ist die Steuereinrichtung dazu geeignet und ausgebildet, die Überlastkühlung zu beenden, wenn wenigstens der Niedertemperaturkreislauf und/oder wenigstens die Baueinheit und/oder wenigstens die Antriebseinrichtung eine bestimmte Temperaturschwelle erreichen. Es ist möglich, dass die Überlastkühlung beendet wird, wenn der Leistungsparameter wieder den für den Dauerbetrieb vorgesehenen Maximalwert erreicht bzw. unterschreitet. Insbesondere wird die Überlastkühlung in weniger als fünf Minuten oder weniger als einer Minute oder weniger als 30 Sekunden oder weniger als zehn Sekunden nach dem Überlastbetrieb beendet. Für die Temperaturschwelle kann die Temperatur eines Kühlmittels und/oder die Temperatur der Fahrzeugkomponente bzw. der Antriebseinrichtung selbst erfasst werden.
Die Steuereinrichtung kann dazu geeignet und ausgebildet sein, eine durch die Überlastkühlung erhöhte Temperatur des Niedertemperaturkreislaufs im Normalbetrieb wieder gezielt abzugeben. Vorzugsweise ist die Steuereinrichtung dazu geeignet und ausgebildet, eine durch die Überlastkühlung erhöhte Temperatur des Niedertemperaturkreislaufs bei einem Kühlleistungsplus auf weniger belastenden Streckenabschnitten und/oder bei Stillstand des Fahrzeugs und/oder bei Stillstand der Antriebseinrichtung abzugeben. Dazu kann beispielsweise die zuvor beschriebene Erkennungseinrichtung eingesetzt werden. Insbesondere wird die erhöhte Temperatur des Niedertemperaturkreislaufs zeitlich nach der Überlastkühlung abgegeben. Möglich ist auch, dass die erhöhte Temperatur des Niedertemperaturkreislaufs wenigstens teilweise in der thermischen Masse des Niedertemperaturkreislaufs belassen wird.
Insbesondere umfasst der Niedertemperaturkreislauf wenigstens einen Kühler. Der Kühler kann als ein Chiller ausgebildet sein oder wenigstens einen solchen umfassen. Möglich sind auch andere Bauformen eines Kühlers. Insbesondere umfasst der Hochtemperaturkreislauf wenigstens einen Kühler. Insbesondere sind der Hochtemperaturkreislauf und der Niedertemperaturkreislauf jeweils mit wenigstens einem eigenständigen Kühler ausgestattet.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist die Baueinheit als eine Hochvoltbatterie ausgebildet oder umfasst wenigstens eine solche. Die Hochvoltbatterie dient insbesondere als Energiespeicher für die Antriebseinrichtung. Die Hochvoltbatterie dient insbesondere zum Antrieb eines Elektrofahrzeugs (BEV) und/oder eines Hybridfahrzeugs (HEV, PHEV). Eine solche Ausgestaltung ist besonders vorteilhaft, da sich die zur Kühlung von Hochvoltbatterien vorgesehenen Kühlkreisläufe besonders gut als erfindungsgemäßer Niedertemperaturkreislauf eignen. Insbesondere ist die Hochvoltbatterie mittels des Niedertemperaturkreislaufs kühlbar bzw. temperierbar.
In einer bevorzugten Weiterbildung umfasst die Antriebseinrichtung wenigstens einen Elektromotor für ein Elektrofahrzeug (BEV) oder ist als ein solcher ausgebildet. Möglich ist auch, dass die Antriebseinrichtung wenigstens eine Brennkraftmaschine umfasst oder als eine solche ausgebildet ist. Die Antriebseinrichtung kann auch als ein Hybridantrieb, ausgebildet sein und wenigstens einen Elektromotor und wenigstens eine Brennkraftmaschine umfassen. Die Antriebseinrichtung kann wenigstens einen elektrischen Generator umfassen. Die Antriebseinrichtung kann wenigstens eine Leistungselektronik umfassen. Solche Antriebseinrichtungen eignen sich gut für einen Überlastbetrieb und zugleich ist deren Kühlkreislauf besonders vorteilhaft als erfindungsgemäßer Hochtemperaturkreislauf einsetzbar.
Insbesondere sind die beim Überlastbetrieb des Elektromotors eines Elektrofahrzeugs auftretenden Temperaturspitzen mit dem zur Kühlung der Hochvoltbatterie vorgesehenen Niedertemperaturkreislauf abfangbar. Die vorliegende Erfindung kann daher besonders gut bei Elektrofahrzeugen bzw. Hybridfahrzeugen eingesetzt werden, welche insbesondere einen Niedertemperaturkreislauf zur Kühlung wenigstens der Hochvoltbatterie und einen Hochtemperaturkreislauf wenigstens zur Kühlung der entsprechenden Antriebseinrichtung, beispielsweise eines Elektromotors und/oder einer Brennkraftmaschine, aufweisen. Die Erfindung bietet dadurch eine besonders vorteilhafte und unaufwendige Möglichkeit zum Abfangen von Temperaturspitzen im Überlastbetrieb, da die verschiedenen Kühlkreisläufe auch eine optimale Temperierung der Hochvoltbatterie und des Elektromotors ermöglichen.
Die Dauer des Überlastbetriebs und/oder der Überlastkühlung beträgt insbesondere weniger als 1 Minute. Die Dauer beträgt insbesondere weniger als 45 Sekunden oder weniger als 30 Sekunden oder weniger als 25 Sekunden oder weniger als 20 Sekunden oder weniger als 15 Sekunden oder weniger als 10 Sekunden oder auch weniger als 5 Sekunden. Möglich ist auch, dass die Dauer weniger als 4 Sekunden oder weniger als 3 Sekunden oder weniger als 2 Sekunden oder auch weniger als 1 Sekunde beträgt. Die Dauer des Überlastbetriebs und/oder der Überlastkühlung kann aber auch weniger als 5 Minuten oder weniger als 2 Minuten betragen. Möglich sind auch längere oder kürzere Überlastbetriebe und/oder Überlastkühlungen. Es ist möglich, dass die Dauer des Überlastbetriebs kürzer als die Dauer der Überlastkühlung ist oder umgekehrt.
In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung ist der Niedertemperaturkreislauf dazu geeignet und ausgebildet, die Überlastkühlung der Antriebseinrichtung im Überlastbetrieb alleine bereitzustellen und vorzugsweise mit seinen für den Normalbetrieb vorgesehenen Komponenten bereitzustellen. Insbesondere ist die Überlastkühlung nur durch ein Verschalten des Niedertemperaturkreislaufs mit der Antriebseinrichtung und/oder dem Hochtemperaturkreislauf erzielbar. Insbesondere sind keine ausschließlich für die Überlastkühlung vorgesehenen Kühler und/oder Wärmespeicher vorhanden. Dadurch ist eine besonders kompakte und leichtgewichtige Kühlung für den Überlastbetrieb möglich.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient zum Betreiben einer Fahrzeugkomponente mit wenigstens einer Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug. Die Antriebseinrichtung ist in wenigstens einem für den Dauerbetrieb vorgesehenen Normalbetrieb betreibbar. Die Antriebseinrichtung wird für eine definierte Zeit in wenigstens einem Überlastbetrieb betrieben. Im Überlastbetrieb wird wenigstens ein Leistungsparameter der Antriebseinrichtung über einen für den Dauerbetrieb vorgesehenen Maximalwert erhöht. Dabei wird in Abhängigkeit des Überlastbetriebs wenigstens eine Überlastkühlung eingestellt. Dazu wird mittels wenigstens einer Ventileinrichtung wenigstens ein für eine Kühlung der Antriebseinrichtung im Normalbetrieb vorgesehener Hochtemperaturkreislauf wenigstens teilweise fluidisch von der Antriebseinrichtung entkoppelt. Für die Überlastkühlung wird wenigstens ein für eine Kühlung wenigstens einer Baueinheit im Normalbetrieb vorgesehener Niedertemperaturkreislauf wenigstens teilweise fluidisch mit der Antriebseinrichtung verbunden. Für die Überlastkühlung wird der Niedertemperaturkreislauf stromaufwärts von der Antriebseinrichtung aufgeteilt. Wenigstens ein Teilstrom wird zu der Antriebseinrichtung und wenigstens ein anderer Teilstrom an der Antriebseinrichtung vorbei strömen gelassen. Die Teilströme werden stromabwärts wieder vereint. Für die Überlastkühlung wird mittels wenigstens einer Fördereinrichtung eine Fördermenge wenigstens eines Kühlmittels wenigstens des Niedertemperaturkreislaufs erhöht.
Auch das erfindungsgemäße Verfahren bietet viele Vorteile und ermöglicht eine besonders unaufwendige und kompakte Kühlung, um Temperaturspitzen im Überlastbetrieb zuverlässig abzufangen.
Vorzugsweise ist das erfindungsgemäße Verfahren so ausgestaltet, dass die zuvor beschriebene Fahrzeugkomponente danach betreibbar ist. Insbesondere wird die zuvor beschriebene Fahrzeugkomponente nach dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben. Insbesondere ist die zuvor beschriebene Fahrzeugkomponente dazu geeignet und ausgebildet, nach dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben zu werden.
Die Anmelderin behält sich vor, ein Kraftfahrzeug zu beanspruchen, welches mit der zuvor beschriebenen Fahrzeugkomponente ausgestattet ist.
Vorzugsweise ist das Kraftfahrzeug als ein Elektrofahrzeug (BEV) ausgestattet und umfasst wenigstens eine Antriebseinrichtung mit wenigstens einem Elektromotor und wenigstens eine Baueinheit mit wenigstens einer Hochvoltbatterie. Das Kraftfahrzeug kann auch als ein Hybridfahrzeug (HEV, PHEV) ausgestattet sein. Dann umfasst die Antriebseinrichtung vorzugsweise wenigstens einen Elektromotor und wenigstens eine Brennkraftmaschine. Das Kraftfahrzeug kann auch als ein konventionelles Fahrzeug mit Brennkraftmaschine ausgebildet sein.
Die Fahrzeugkomponente umfasst insbesondere wenigstens eine Ventileinrichtung und/oder wenigstens eine Kühleinrichtung. Der Niedertemperaturkreislauf und der Hochtemperaturkreislauf sind insbesondere Bestandteile der Kühleinrichtung. Die Kühleinrichtung kann wenigstens einen weiteren Kühlkreislauf umfassen. Die Kühleinrichtung kann wenigstens eine Ventileinrichtung und vorzugsweise die zuvor beschriebene Ventileinrichtung umfassen. Möglich ist auch, dass die Kühleinrichtung wenigstens einen Kühler und/oder Chiller und/oder Wärmetauscher umfasst und/oder wenigstens eine Fördereinrichtung zum Fördern eines Kühlmittels umfasst. Insbesondere ist ein flüssiges Kühlmittel vorgesehen.
Der Niedertemperaturkreislauf ist insbesondere durch eine niedrigere Kühlmitteltemperatur als der Hochtemperaturkreislauf gekennzeichnet. Der Hochtemperaturkreislauf ist insbesondere durch eine höhere Kühlmitteltemperatur als der Niedertemperaturkreislauf gekennzeichnet. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung verdeutlichen die Begriffe Niedertemperaturkreislauf und Hochtemperaturkreislauf insbesondere die Temperaturunterschiede. So können der Hochtemperaturkreislauf oder der Niedertemperaturkreislauf z. B. auch als ein Mitteltemperaturkreislauf ausgebildet sein.
Die Temperaturen des Niedertemperaturkreislaufs liegen insbesondere unterhalb von 65 °C und vorzugsweise unterhalb von 50 °C und besonders bevorzugt unterhalb von 40 °C. Beispielsweise liegen die Temperaturen des Niedertemperaturkreislaufs zwischen 20 °C und 40 °C. Möglich ist auch, dass die Temperaturen des Niedertemperaturkreislaufs zwischen 20 °C und 65 °C und beispielsweise zwischen 40 °C und 65 °C liegen. Die Temperaturen des Niedertemperaturkreislaufs liegen insbesondere unterhalb von 70 °C. Die Temperaturen des Hochtemperaturkreislaufs liegen insbesondere bei wenigstens 40 °C und vorzugsweise bei wenigstens 50 °C und besonders bevorzugt bei wenigstens 65 °C. Möglich ist auch, dass die Temperaturen des Hochtemperaturkreislaufs bei wenigstens 70 °C oder wenigstens 80 °C liegen. Beispielsweise liegen die Temperaturen des Hochtemperaturkreislaufs zwischen 40 °C und 65 °C. Die Temperaturen des Hochtemperaturkreislaufs können z. B. auch zwischen 80° und 105 °C liegen. Je nach Betriebszustand können die Temperaturangaben auch um zwei oder drei Grad Celsius oder auch um fünf oder zehn Grad Celsius oder um 10 % oder mehr abweichen.
Der Überlastbetrieb umfasst insbesondere wenigstens die folgenden Fahrmodi: Boost, Launch, Sport-Response, Overtake, Hotlap. Insbesondere ist Überlastbetrieb in solchen Fahrmodi freigeschaltet bzw. aktivierbar.
Der Leistungsparameter ist beispielsweise eine Leistung und/oder Drehzahl und/oder ein Drehmoment eines Elektromotors und/oder einer Brennkraftmaschine. Der Leistungsparameter kann auch einen Ladedruck und/oder eine Ladelufttemperatur betreffen. Möglich sind auch andere Leistungsparameter.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Ausführungsbeispielen, die im Folgenden mit Bezug auf die beiliegenden Figuren erläutert werden.
In den Figuren zeigen:

1 eine stark schematisierte erfindungsgemäße Fahrzeugkomponente in einem skizzierten Normalbetrieb; und
2 die Fahrzeugkomponente in einem skizzierten Überlastbetrieb.

1 zeigt eine erfindungsgemäße Fahrzeugkomponente 100 mit einer Antriebseinrichtung 1, welche nach dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben wird. Dazu umfasst die Antriebseinrichtung 1 hier einen Elektromotor 11 für ein als Elektrofahrzeug ausgebildetes Kraftfahrzeug. Zusätzlich oder alternativ kann die Antriebseinrichtung 1 auch eine Brennkraftmaschine aufweisen.
Die Antriebseinrichtung 1 wird über einen als Hochtemperaturkreislauf 4 ausgebildeten Kühlkreislauf gekühlt. Die Energieversorgung des Elektromotors 11 erfolgt hier über eine Hochvoltbatterie 16. Neben dem Hochtemperaturkreislauf 4 ist ein weiterer Kühlkreislauf vorgesehen, welcher als Niedertemperaturkreislauf ausgebildet ist. Der Niedertemperaturkreislauf 5 dient zur Kühlung wenigstens einer Baueinheit 6 und in der hier gezeigten Ausgestaltung zur Kühlung der Hochvoltbatterie 16. Als Kühlmittel ist hier zum Beispiel Wasser bzw. eine wässrige Lösung vorgesehen.
Die Kühlkreisläufe 4, 5 sind hier jeweils mit einer eigenen beispielsweise als Pumpe ausgebildeten Fördereinrichtung 24 bzw. 35 ausgestattet. Zudem umfassen die Kühlkreisläufe 4, 5 hier jeweils wenigstens einen Kühler 14 bzw. 45. Der Kühler 45 ist beispielsweise als ein Chiller ausgebildet. Der Kühler 14 wird beispielsweise mit Fahrtwind durchströmt.
Der Hochtemperaturkreislauf 4 und der Niedertemperaturkreislauf 5 können hier über eine Ventileinrichtung 3 mit z. B. wenigstens drei Ventilen 13 fluidisch gekoppelt bzw. entkoppelt werden. Möglich sind aber auch mehr oder weniger Ventile 13. Die Ventileinrichtung 3 ist über eine Steuereinrichtung 2 ansteuerbar.
Die hier gezeigte Verschaltung der Kühlkreisläufe 4, 5 ist für eine Kühlung der Antriebseinrichtung 1 und der Hochvoltbatterie 16 in einem für den Dauerbetrieb vorgesehenen Normalbetrieb eingestellt. Je nach Betriebszustand kann der Kühlkreislauf 5 auch zur Erwärmung der Hochvoltbatterie 16 eingesetzt werden.
In der 2 ist die Fahrzeugkomponente 100 in einer Schaltstellung der Ventileinrichtung 3 gezeigt, bei welcher die Kühlkreisläufe 4, 5 für eine Überlastkühlung fluidisch verbunden sind. Im Überlastbetrieb wird wenigstens ein Leistungsparameter der Antriebseinrichtung 1 über einen für den Dauerbetrieb vorgesehenen Maximalwert erhöht. Die hier gezeigte Überlastkühlung dient zum Abfangen bzw. Verhindern von Temperaturspitzen, welche im Überlastbetrieb auftreten. Dazu wird der Elektromotor 11 hier ausschließlich mit dem Niedertemperaturkreislauf 5 gekühlt. Bei einer Ausgestaltung der Überlastkühlung kann der Elektromotor 11 aber auch mit beiden Kühlkreisläufen 4, 5 werden.
Für die Kühlung im Normalbetrieb werden die Ventile 13 der Ventileinrichtung 3 z. B. wie in der 1 eingestellt, sodass die Kreisläufe 4, 5 fluidisch voneinander entkoppelt sind. Das Kühlmittel des Niedertemperaturkreislaufs 5 strömt dann über die Hochvoltbatterie 16 und den Kühler 45. Das Kühlmittel des Hochtemperaturkreislaufs 4 strömt über die Antriebseinrichtung 1 mit dem Elektromotor 11 und den Kühler 14.
Für die Kühlung im Normalbetrieb ist die Förderleistung der Fördereinrichtung 35 hier auf zum Beispiel 10 l/min eingestellt. Wenn das Kühlmittel die Hochvoltbatterie 16 erreicht, weist es hier zum Beispiel 20 °C auf. Nach dem Passieren der Hochvoltbatterie 16 weist das Kühlmittel hier eine Temperatur von zum Beispiel 25 °C auf. Über den Kühler 45 wird das Kühlmittel dann wieder auf eine Temperatur von zum Beispiel 20 °C heruntergekühlt.
Im Hochtemperaturkreislauf 4 strömt das Kühlmittel mit einer Temperatur von zum Beispiel 60 °C zu der Antriebseinrichtung 1. Wenn das Kühlmittel die Antriebseinrichtung 1 verlässt, weist es hier zum Beispiel eine Temperatur von 65 °C auf und wird anschließend im Kühler 14 wieder auf z. B. 60 °C heruntergekühlt.
Für die im Rahmen des Überlastbetriebs vorgesehene Überlastkühlung werden die Ventile 13 z. B. wie in der 2 gezeigt verschaltet. Dazu wird ein Teilstrom 15 des Niedertemperaturkreislaufs 5 über die Antriebseinrichtung 1 geführt. Der andere Teilstrom 25 bzw. der Rest wird über einen entsprechenden Bypass geführt und stromabwärts von der Antriebseinrichtung 1 wieder mit dem Teilstrom 15 vermischt.
Der Hochtemperaturkreislauf 4 wird für die Überlastkühlung hier nicht mehr über die Antriebseinrichtung 1 geführt, sondern in einem Inselbetrieb betrieben. Dazu wird hier der Strömungsweg 34 freigeschaltet, sodass das Kühlmittel des Hochtemperaturkreislaufs 4 in einem eigenen Kreislauf über den Kühler 14 strömt. Das hat den Vorteil, dass der Hochtemperaturkreislauf 4 bereits während des Überlastbetriebs abgekühlt wird.
Bei der in der 2 gezeigten Überlastkühlung wird die Förderleistung der Fördereinrichtung 35 zum Beispiel auf 25 l/min erhöht. Das Kühlmittel des Teilstroms 15 weist hier eine Temperatur von zum Beispiel 20 °C auf. Nach dem Passieren der Antriebseinrichtung 1 weist das Kühlmittel des Teilstroms 15 dann eine Temperatur von zum Beispiel 40 °C auf. Nach dem Zusammenführen der beiden Teilströme 15, 25 liegt dann eine Kühlmitteltemperatur von zum Beispiel 30 °C vor.
Nach dem Überlastbetrieb wird beispielsweise wieder auf den normalen Betrieb umgeschaltet, wenn ein vorbestimmtes Temperaturlimit (Kühlmittel- oder Bauteiltemperatur) für die Hochvoltbatterie 16 erreicht wird. Durch die thermische Trägheit der Batterie 16 und deren thermischen Widerstand zum Kühlmittel kann die Batterie 16 kurzzeitig einen thermischen Overload erfahren. Da dieser Zustand nur sehr kurz anhält, bleibt dies ohne Auswirkung für die eigentliche Batterietemperatur. Der entsprechend kleine Hub kann über längere Zeit nach der Belastung wieder abgebaut werden.
Durch die hier vorgestellte Erfindung können z. B. bei Volllast oder in Rundstreckensituation hervorgerufene Temperaturspitzen in der Antriebseinrichtung 1 und zum Beispiel im Elektromotor 11 und/oder einer Leistungselektronik nur durch das Verschalten der Kühlmittelkreisläufe 4, 5 verhindert bzw. abgebaut werden. So kann auf zusätzliche Kühler oder zusätzliche thermische Speicher verzichtet werden. Durch die Überlastkühlung kann zum Beispiel ein kurzzeitiges Boosten bzw. Overboosten der Antriebseinrichtung 1 erfolgen, ohne dass Probleme auftreten. Die Antriebseinrichtung 1 wird dazu kurzzeitig und zum Beispiel wenige Sekunden mit dem Kühlmittel des Niedertemperaturkreislaufs 5 gekühlt.
Die in der 2 gezeigte Verschaltung der Kreisläufe 4, 5 kann beispielsweise wenige Sekunden vor dem Überlastbetrieb durch entsprechendes Ansteuern der Ventileinrichtung 3 erfolgen. Dazu kann der bevorstehende Überlastbetrieb beispielsweise GPS-basiert auf Rennstrecken oder durch PIF mit zum Beispiel einer 30-sekündigen Vorausschau erfolgen. Nach dem Überlastbetrieb erfolgt zum Beispiel ein direktes Zurückschalten der Ventileinrichtung 3, um den Niedertemperaturkreislauf 5 thermisch nicht übermäßig zu belasten.
Durch die hier vorgestellte Erfindung sind für die Antriebseinrichtung 1 und besonders für den Elektromotor 11 kurzzeitig enorm hohe Lasten möglich. Der Überlastbetrieb kann beispielsweise bei einem Boost, Launch, Sport-Response, Overtake, Hotlap und/oder einem anderen Fahrmodus erfolgen.
Da zum Beispiel eine Temperaturabsenkung im Vorlauf dynamisch von 60 °C auf 20 °C möglich ist, kann durch die Erfindung bei gleicher Komponentenaustrittstemperatur von beispielsweise 65 °C enorm hohe Leistung abgeführt werden. Zudem kann auf einen Zusatzkühler oder dergleichen verzichtet werden. Die Abwärme verbleibt beispielsweise entweder im System in der thermischen Masse des Niedertemperaturkreislaufs 5 oder wird bei einem Kühlleistungsplus auf weniger belasteten Streckenabschnitten zeitverzögert abgegeben und/oder bei Fahrzeugstillstand.
Beispielsweise können im Normalbetrieb bei einer Vorlauftemperatur von 60 °C und einer Komponentenaustrittstemperatur von 65 °C bei einer Förderleistung von 10 l/min ca. 2,8 kW Kühlleistung an der Komponente und z. B. dem Elektromotor 11 abgerufen werden. Durch die hier vorgestellte Überlastkühlung ist bei der gleichen Komponentenaustrittstemperatur und bei der gleichen Förderleistung eine Kühlleistung von ca. 25 kW an der Komponente möglich. So können zum Beispiel auf Rennstrecken kurz vor dem Herausbeschleunigen aus einer Kurve die Antriebseinrichtung 1 und insbesondere der Elektromotor 11 und/oder eine Brennkraftmaschine und/oder eine Leistungselektronik entsprechend überlastet werden (sowohl Ladelufttemperatur als auch Hybridkomponenten), da die Kühlleistung dynamisch deutlich vergrößert werden kann.
Bezugszeichenliste

1: Antriebseinrichtung
2: Steuereinrichtung
3: Ventileinrichtung
4: Hochtemperaturkreislauf
5: Niedertemperaturkreislauf
6: Baueinheit
11: Elektromotor
13: Ventil
14: Kühler
15: Teilstrom
16: Hochvoltbatterie
24: Fördereinrichtung
25: Teilstrom
34: Strömungsweg
35: Fördereinrichtung
45: Kühler
100: Fahrzeugkomponente

Claims

Fahrzeugkomponente (100) mit wenigstens einer Antriebseinrichtung (1) für ein Kraftfahrzeug, welche in wenigstens einem für den Dauerbetrieb vorgesehenen Normalbetrieb betreibbar ist und für eine definierte Zeit in wenigstens einem Überlastbetrieb betreibbar ist, wobei im Überlastbetrieb wenigstens ein Leistungsparameter der Antriebseinrichtung (1) über einen für den Dauerbetrieb vorgesehenen Maximalwert erhöht ist und mit wenigstens einer Steuereinrichtung (2), welche dazu geeignet und ausgebildet ist, in Abhängigkeit des Überlastbetriebs wenigstens eine Überlastkühlung einzustellen, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (2) dazu geeignet und ausgebildet ist, dazu mittels wenigstens einer Ventileinrichtung (3) wenigstens einen für eine Kühlung der Antriebseinrichtung (1) im Normalbetrieb vorgesehenen Hochtemperaturkreislauf (4) wenigstens teilweise fluidisch von der Antriebseinrichtung (1) zu entkoppeln und wenigstens einen für eine Kühlung wenigstens einer Baueinheit (6) im Normalbetrieb vorgesehenen Niedertemperaturkreislauf (5) wenigstens teilweise fluidisch mit der Antriebseinrichtung (1) zu verbinden und dass die Steuereinrichtung (2) dazu geeignet und ausgebildet ist, für die Überlastkühlung den Niedertemperaturkreislauf (5) stromaufwärts von der Antriebseinrichtung (1) aufzuteilen und wenigstens einen Teilstrom (15) zu der Antriebseinrichtung (1) und wenigstens einen anderen Teilstrom (25) an der Antriebseinrichtung (1) vorbei strömen zu lassen und die Teilströme (15, 25) stromabwärts wieder zu vereinen und dass die Steuereinrichtung (2) dazu geeignet und ausgebildet ist, für die Überlastkühlung mittels wenigstens einer Fördereinrichtung (35) eine Fördermenge wenigstens eines Kühlmittels wenigstens des Niedertemperaturkreislaufs (5) zu erhöhen.
Fahrzeugkomponente (100) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Steuereinrichtung (2) dazu geeignet und ausgebildet ist, für die Überlastkühlung den Hochtemperaturkreislauf (4) vollständig von der Antriebseinrichtung (1) zu entkoppeln und in einem Inselbetrieb zu betreiben.
Fahrzeugkomponente (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinrichtung (2) dazu geeignet und ausgebildet ist, die Überlastkühlung zusammen mit dem Überlastbetrieb zu aktivieren und/oder die Überlastkühlung zeitlich vor dem Überlastbetrieb zu aktivieren.
Fahrzeugkomponente (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinrichtung (2) dazu geeignet und ausgebildet ist, einen bevorstehenden Überlastbetrieb mittels wenigstens einer Erkennungseinrichtung für einen Strecken- bzw. Straßenverlauf zu erkennen.
Fahrzeugkomponente (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinrichtung (2) dazu geeignet und ausgebildet ist, die Überlastkühlung dadurch zu beenden, dass mittels der Ventileinrichtung (3) der Hochtemperaturkreislauf (4) fluidisch mit der Antriebseinrichtung (1) verbunden wird und/oder dass der Niedertemperaturkreislauf (5) fluidisch von der Antriebseinrichtung (1) entkoppelt wird.
Fahrzeugkomponente (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinrichtung (2) dazu geeignet und ausgebildet ist, die Überlastkühlung zusammen mit dem Überlastbetrieb und/oder zeitversetzt nach dem Überlastbetrieb zu beenden und/oder die Überlastkühlung zu beenden, wenn wenigstens der Niedertemperaturkreislauf (5) und/oder wenigstens die Baueinheit (6) und/oder wenigstens die Antriebseinrichtung (1) eine bestimmte Temperaturschwelle erreicht.
Fahrzeugkomponente (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinrichtung (2) dazu geeignet und ausgebildet ist, eine durch die Überlastkühlung erhöhte Temperatur des Niedertemperaturkreislaufs (5) im Normalbetrieb wieder gezielt abzugeben und bei einem Kühlleistungsplus auf weniger belastenden Streckenabschnitten und/oder bei Stillstand des Fahrzeugs abzugeben.
Fahrzeugkomponente (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Niedertemperaturkreislauf (5) wenigstens einen Kühler (45) umfasst.
Fahrzeugkomponente (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Baueinheit (6) als eine Hochvoltbatterie (16) ausgebildet ist.
Fahrzeugkomponente (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Antriebseinrichtung (1) wenigstens einen Elektromotor (11) und/oder wenigstens eine Brennkraftmaschine umfasst.
Fahrzeugkomponente (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Dauer des Überlastbetriebs und/oder der Überlastkühlung weniger als eine Minute beträgt.
Fahrzeugkomponente (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Niedertemperaturkreislauf (5) dazu geeignet und ausgebildet ist, die Überlastkühlung der Antriebseinrichtung (1) im Überlastbetrieb alleine bereitzustellen.
Verfahren zum Betreiben einer Fahrzeugkomponente mit wenigstens einer Antriebseinrichtung (1) für ein Kraftfahrzeug, welche in wenigstens einem für den Dauerbetrieb vorgesehenen Normalbetrieb betreibbar ist und für eine definierte Zeit in wenigstens einem Überlastbetrieb betrieben wird, wobei im Überlastbetrieb wenigstens ein Leistungsparameter der Antriebseinrichtung (1) über einen für den Dauerbetrieb vorgesehenen Maximalwert erhöht wird und wobei in Abhängigkeit des Überlastbetriebs wenigstens eine Überlastkühlung eingestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass dazu mittels wenigstens einer Ventileinrichtung (3) wenigstens ein für eine Kühlung der Antriebseinrichtung (1) im Normalbetrieb vorgesehener Hochtemperaturkreislauf (4) wenigstens teilweise fluidisch von der Antriebseinrichtung (1) entkoppelt wird und dass wenigstens ein für eine Kühlung wenigstens einer Baueinheit (6) im Normalbetrieb vorgesehener Niedertemperaturkreislauf (5) wenigstens teilweise fluidisch mit der Antriebseinrichtung (1) verbunden wird und dass für die Überlastkühlung der Niedertemperaturkreislauf (5) stromaufwärts von der Antriebseinrichtung (1) aufgeteilt wird und dass wenigstens ein Teilstrom (15) zu der Antriebseinrichtung (1) und wenigstens ein anderer Teilstrom (25) an der Antriebseinrichtung (1) vorbei strömen gelassen wird und dass die Teilströme (15, 25) stromabwärts wieder vereint werden und dass für die Überlastkühlung mittels wenigstens einer Fördereinrichtung (35) eine Fördermenge wenigstens eines Kühlmittels wenigstens des Niedertemperaturkreislaufs (5) erhöht wird.