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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Kühlleistung eines ein Fahrzeug antreibenden Elektro-Traktionsmotors, welcher einen Rotor und einen aus Metallwicklungen mit geringer thermischer Zeitkonstante bestehenden Stator aufweist.
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Es ist allgemein bekannt, dass in Fahrzeugen die Kühlleistung für einen Antriebsmotor erhöht wird, wenn die Kühlmitteltemperatur ansteigt. Bei einem konventionellen Verbrennungsmotor ist eine Kühlpumpe mit einer Motordrehzahl zwangsgekoppelt, was bedeutet, dass die Kühlleistung ansteigt, wenn sich eine Drehzahl des Verbrennungsmotors erhöht.
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In Hybridfahrzeugen werden Elektro-Traktionsmotoren zum Antrieb des Fahrzeuges eingesetzt, die als permanenterregte Synchronmotoren ausgebildet sind. Hierbei besteht der Rotor aus Dauermagneten, während der Stator aus Kupferwicklungen mit Eisenkern gebildet ist. Ein solcher Stator hat daher konstruktionsbedingt eine geringe thermische Zeitkonstante. Das bedeutet, dass der Stator eine maximal zulässige Temperatur in einer kürzeren Zeitspanne erreicht. Ist diese maximale Temperatur erreicht, reduziert ein Bauteileschutz schlagartig das Drehmoment des Elektro-Traktionsmotors, um den Elektro-Traktionsmotor vor Überhitzungsschäden zu schützen. Dadurch wird die Antriebsleistung des Elektro-Traktionsmotors reduziert.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Steuerung einer Kühlleistung eines ein Fahrzeug antreibenden Elektro-Traktionsmotors anzugeben, bei welchem die Antriebsleistung des Elektro-Traktionsmotors weitgehend unbeeinflusst bleibt.
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Erfindungsgemäß ist die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Steuerung der Kühlleistung in Abhängigkeit von einer Temperatur des Stators erfolgt. Mittels einer solchen expliziten Kühlleistungssteuerung in Abhängigkeit von der Statortemperatur des Elektro-Traktionsmotors wird die Verfügbarkeit des Elektro-Traktionsmotors verlängert. Gleichzeitig bleibt die Antriebsleistung des Elektro-Traktionsmotors unbeeinflusst.
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Vorteilhafterweise wird der Elektro-Traktionsmotor von einem Pumpenaktor gekühlt, indem die Temperatur des Stators des Elektro-Traktionsmotors überwacht wird, wobei eine Kühlleistung des einen Elektromotor umfassenden Pumpenaktors erhöht wird, wenn eine vorgegebene Temperaturschwelle überschritten wird. Dadurch, dass der Pumpenaktor einen eigenen Elektromotor aufweist, kann die Steuerung der Kühlleistung des Pumpenaktors an diesem Elektromotor explizit eingestellt werden.
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In einer Ausgestaltung wird der Elektromotor des Pumpenaktors entkoppelt von dem Elektro-Traktionsmotor betrieben. Dies ermöglicht eine Einstellung der Kühlleistung an dem Stator des Elektro-Traktionsmotors unabhängig von einer Kühlmitteltemperatur des Kühlmediums sowie unabhängig von der Drehzahl des Elektro-Traktionsmotors.
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In einer Variante wird die Kühlleistung des Pumpenaktors bei Überschreitung der vorgegebenen Temperaturschwelle auf ein Maximum erhöht. Dies geschieht immer dann, wenn der Elektro-Traktionsmotor zum Antrieb des Fahrzeuges genutzt wird, wobei die Temperatur des Stators ansteigt.
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In einer Ausführungsform wird die Kühlleistung des Pumpenaktors bei Unterschreitung des Temperaturschwellwertes in Abhängigkeit eines von dem Pumpenaktor betriebenen Kühlmittelkreislaufes eingestellt. Dabei kann ein an sich im Fahrzeug vorhandener Pumpenaktor zur Kühlmittelsteuerung des Stators des Elektro-Traktionsmotors genutzt werden, wodurch die Kosten für die Temperaturregelung reduziert werden.
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In einer Weiterbildung liegt der vorgegebene Temperaturschwellwert unterhalb einer Maximaltemperatur des Stators des Elektro-Traktionsmotors. Damit wird eine Überhitzung des Stators des Elektro-Traktionsmotors zuverlässig unterbunden.
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Vorteilhafterweise stellt der elektrische Pumpenaktor die Kühlleistung zweier Elektro-Traktionsmotoren ein, wobei ein erster Elektro-Traktionsmotor abtriebsseitig im Fahrzeug angeordnet ist, während ein zweiter Elektro-Traktionsmotor verbrennungsmotorseitig angeordnet ist und ein Verbrennungsmotor über eine Hybridtrennkupplung mit einem Abtrieb des Fahrzeuges verbunden ist oder von diesem getrennt wird, wobei ein durch den Verbrennungsmotor und/oder den ersten Elektro-Traktionsmotor und/ oder den zweiten Elektro-Traktionsmotor ausgegebenes Drehmoment an den Abtrieb des Fahrzeuges weitergeleitet wird.
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Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsbeispiele zu. Eins davon soll anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren nähererläutert werden.
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Es zeigen:
- 1 ein Ausführungsbeispiel eines Hybridantriebsstranges zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
- 2: ein Ausführungsbeispiel einer Hydraulikeinrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
- 3 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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In 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines Hybridantriebsstranges eines Fahrzeuges dargestellt. Bei diesem Hybridantriebsstrang 1 ist zwischen einem Verbrennungsmotor 2 und einem Abtrieb 3, der durch Fahrzeugräder gezeigt ist, ein erster Elektromotor 4 angeordnet, der abtriebsseitig angeordnet ist und ein erstes Antriebsdrehmoment bereitstellen kann. Über eine Hybridtrennkupplung 5 ist der erste Elektromotor 4 mit einem zweiten Elektromotor 6 gekoppelt, der wiederum starr mit dem Verbrennungsmotor 2 verbunden ist. Dabei ist eine Kurbelwelle 7 des Verbrennungsmotors 2 mit einem Rotor 8 des zweiten Elektromotors 6 drehfest verbunden. Der zweite Elektromotor 6 und der Verbrennungsmotor 2 sind gemeinsam mit dem Abtrieb 3 verbindbar. Der zweite Elektromotor 6 und der Verbrennungsmotor 2 sind mit einem Kupplungseingang 9 der Hybridtrennkupplung 5 verbunden. Bei geschlossener Hybridtrennkupplung 5 können der zweite Elektromotor 6 das zweite Antriebsdrehmoment und der Verbrennungsmotor 2 das dritte Antriebsdrehmoment an den Abtrieb 3 gemeinsam übertragen. Beide Elektro-Traktionsmotoren 4, 6 sind als permanenterregte Synchronmotoren ausgebildet.
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Mit einem Kupplungsausgang 10 der Hybridtrennkupplung 5 ist der erste Elektromotor 4 verbunden, der das erste Antriebsmoment bereitstellt. Der erste Elektromotor 4 weist einen Rotor 11 auf, der mit dem Kupplungsausgang 10 drehfest und auch mit dem Abtrieb 3 verbunden ist.
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Der erste Elektromotor 4, der zweite Elektromotor 6 und der Verbrennungsmotor 2 sind in Reihe geschaltet und die Hybridtrennkupplung 5 ist zwischen dem ersten Elektromotor 4 und dem Verbrennungsmotor 2 sowie zwischen dem ersten Elektromotor 4 und dem zweiten Elektromotor 6 wirksam angeordnet. Ist die Hybridtrennkupplung 5 geschlossen, kann der erste Elektromotor 4 das erste Antriebsdrehmoment und der zweite Elektromotor 6 das zweite Antriebsdrehmoment an den Abtrieb 3 abgeben. Ob der Verbrennungsmotor 2 das dritte Antriebsdrehmoment bereitstellt und bei geschlossener Hybridtrennkupplung 5 ebenfalls an den Abtrieb 3 abgibt, hängt davon ab, welche Drehzahl an dem Verbrennungsmotor 2 anliegt.
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Wenn zumindest der zweite Elektromotor 6 das zweite Antriebsdrehmoment bereitstellt, dreht der Verbrennungsmotor 2 mit einer ersten Drehzahl. Wenn die erste Drehzahl unterhalb einer Leerlaufdrehzahl des Verbrennungsmotor 2 liegt, läuft der Verbrennungsmotor 2 freidrehend und wird mitgeschleppt. Dabei liegt ein Schleppmoment des Verbrennungsmotors 2 vor, welches dem zweiten Antriebsdrehmoment entgegenwirkt.
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Wenn die erste Drehzahl einer Leerlaufdrehzahl des Verbrennungsmotors 2 entspricht oder darüber liegt, kann der Verbrennungsmotor 2 aktiv betrieben werden und stellt dann das dritte Antriebsdrehmoment bereit. Dabei summiert sich das dritte Antriebsdrehmoment zusammen mit dem ersten Antriebsdrehmoment und wenn auch der zweite Elektromotor 6 betrieben wird, mit dem zweiten Antriebsdrehmoment zu einem Gesamtantriebsdrehmoment auf, welches bei geschlossener Hybridtrennkupplung 5 an dem Abtrieb 3 zum Antreiben des Hybridfahrzeuges anliegt.
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In 2 ist eine Prinzipdarstellung einer Hydraulikeinrichtung zur Steuerung der Kühlleistung der Elektro-Traktionsmotoren 4, 6 des Hybridantriebes 1 gemäß 1 gezeigt. Die Hydraulikeinrichtung 12 umfasst eine Pumpe 13, die auf einer Seite einer Kühlmittelleitung 14 angebunden ist. Die Kühlmittelleitung 14 verbringt eine Hydraulikflüssigkeit 15, beispielsweise Öl, zu einem ersten Verbraucher 16 in Form eines Wärmetauschers. Dieser erste Verbraucher 16 ist energetisch mit den Elektro-Traktionsmotoren 4, 6 gekoppelt und verbringt die Hydraulikflüssigkeit 15 zum Zwecke der Kühlung an die Elektro-Traktionsmotoren 4, 6.
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Auf der anderen Seite ist die Pumpe 13 mit einer Aktuierungsleitung 17 verbunden. Die Aktuierungsleitung 17 ist vorbereitet, um die Hydraulikflüssigkeit 15 zu einem zweiten Verbraucher 18 zu bringen, beispielsweise einem Kupplungsnehmerzylinder, der in Verbindung mit der Hybridtrennkupplung 5 des Hybridantriebes 1 steht. Grundsätzlich ist in beiden Leitungen wie der Kühlmittelleitung 14 und der Aktuierungsleitung 17 dieselbe Hydraulikflüssigkeit 15 enthalten. An die Aktuierungsleitung 17 ist als weiterer Verbraucher ein Parksperrenbetätiger 19 angeschlossen, der auf eine Parksperre 20 wirkt. Ein Schaltventil 21 ist so in die Kühlmittelleitung 14 und/oder die Aktuierungsleitung 17 eingebunden, dass die Hydraulikflüssigkeit 15 gezielt dem Parksperrenbetätiger 19 zuführbar ist.
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Die Pumpe 13 ist dabei als elektrisch angetriebene Reversierpumpe ausgebildet, die eine erste Förderrichtung ermöglicht, um die Hydraulikflüssigkeit 15 bedarfsgerecht der Kühlaufgabe zuzuführen, wobei die Pumpe 13 in einer zweiten Förderrichtung die Hydraulikflüssigkeit 15 einer oder mehrerer Aktuierungsfunktionen, wie beispielsweise im vorliegenden Fall der Kupplungs- und/oder Parksperrenfunktion, zuführt. Die Pumpe 13 wird von einem Elektromotor 22 angetrieben, der von einer Steuereinheit 23 angesteuert wird. Die Pumpe 13, der Elektromotor 22 und die Steuereinheit 23 bilden dabei einen elektrischen Pumpenaktor. Als Hydraulikflüssigkeitsquelle 24 wird für alle Verbraucher 16, 18, 19 eine Art Getriebesumpf verwendet. In der Aktuierungsleitung 17 ist ein Drucksensor 25 angeordnet, welcher mit der Steuereinheit 23 der Pumpe 13 und über diese mit einer die gesamte Antriebseinheit steuernde Leistungselektronik 26 verbunden ist.
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Um die Parksperre 20 zu schließen, gibt ein Haltemagnet 27, welcher an einem Kolben 28 eines Hydraulikzylinders 29 des Parksperrenbetätigers 19 angebunden ist, den in dem Parksperrenbetätiger 19 enthaltenen Kolben 28 frei. Da der Kolben 28 über eine Rückstellfeder 30 gegenüber einem Gehäuse 31 des Parksperrenbetätigers 19 vorgespannt ist, wird nach Freigabe durch den Haltemagnet 27 der Kolben 28 durch die Rückstellfeder 30 betätigt, weshalb die Hydraulikflüssigkeit 15 aus dem Parksperrenbetätiger 19 zurück in die Aktuierungsleitung 17 gedrückt wird.
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In 3 sind beispielhafte Verläufe der Steuerung des Pumpenaktors in Abhängigkeit von der allgemeinen Temperatur der als Kühlmittel wirkenden Hydraulikflüssigkeit 15 (Kurve EPAkm) und in Abhängigkeit von der Temperatur Ts des Stators 32 des Elektro-Traktionsmotors 4 (Kurve EPAs) dargestellt. 3a zeigt die Statortemperatur Ts über der Zeit t. Erreicht die Statortemperatur Ts zum Zeitpunkt t1 einen Temperaturschwellwert Tsch greift die Kühlleistungssteuerung EPAs ein, indem die Kühlleistung für den Elektro-Traktionsmotor 4 erhöht wird. Der Temperaturschwellwert Tsch liegt unterhalb einer maximalen Statortemperatur Tsmax. Die Steuerung der Kühlleistung in Abhängigkeit von der Temperatur Ts des Stators 32 (Kurve EPAs) erreicht die maximale Statortemperatur Tsmax zum Zeitpunkt t3, der später liegt als der Zeitpunkt t2, zu welchem die Steuerung der allgemeinen Temperatur der Hydraulikflüssigkeit 15 (Kurve EPAkm) die maximale Statortemperatur Tsmax erreicht. Wie aus 3b hervorgeht, welche ein Drehmoment M des Elektro-Traktionsmotors 4 über der Zeit t zeigt, wird die Lebensdauer und somit die Verfügbarkeit des Elektro-Traktionsmotors 4 um den Zeitraum A (t3-t2) verlängert, da der Elektro-Traktionsmotor 4 länger mit einem maximalen Drehmoment Mmax betrieben werden kann (3b). Ab dem Zeitpunkt t3 reduziert ein Bauteileschutz das Drehmoment M, damit der Elektro-Traktionsmotor 4 thermisch nicht beschädigt wird. Wie in 3c dargestellt, wird bei der Einstellung der maximalen Kühlleistung PKmax bei der Steuerung in Abhängigkeit von der Temperatur Ts des Stators 32 der thermische Schutz des Elektro-Traktionsmotors 4 verlängert.
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Analog greift dieses Verfahren auch für den zweiten Elektro-Traktionsmotor 6.
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Die vorgeschlagene Lösung kann grundsätzlich bei jedem Elektro- oder Hybridfahrzeug eingesetzt werden, wenn das Kühlsystem separat von einer elektrischen Kühlmittelpumpe betrieben wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Hybridantriebsstrang
- 2
- Verbrennungsmotor
- 3
- Abtrieb
- 4
- Elektro-Traktionsmotor
- 5
- Hybridtrennkupplung
- 6
- Elektro-Traktionsmotor
- 7
- Kurbelwelle
- 8
- Rotor
- 9
- Kupplungseingang
- 10
- Kupplungsausgang
- 11
- Rotor
- 12
- Hydraulikeinrichtung
- 13
- Pumpe
- 14
- Kühlmittelleitung
- 15
- Hydraulikflüssigkeit
- 16
- Verbraucher
- 17
- Aktuierungsleitung
- 18
- Verbraucher
- 19
- Parksperrenbetätiger
- 20
- Parksperre
- 21
- Schaltventil
- 22
- Elektromotor
- 23
- Steuereinheit
- 24
- Hydraulikflüssigkeitsquelle
- 25
- Drucksensor
- 26
- Leistungselektronik
- 27
- Haltemagnet
- 28
- Kolben
- 29
- Hydraulikzylinder
- 30
- Rückstellfeder
- 31
- Gehäuse
- 32
- Stator
- 33
- Stator
