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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kühlung von Antriebseinheiten eines Fahrzeugs. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Kühlung eines Elektromotors. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Fahrzeug, ein Programmelement und ein computerlesbares Medium.
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Antriebseinheiten eines Fahrzeugs, insbesondere Elektromotoren, erhitzen sich unter Last und müssen bei Überhitzung wieder abkühlen. Wegen der höheren Temperatur wird die abgegebene Leistung reduziert und/oder muss von einer Steuerung reduziert werden, um eine Beschädigung der Elektromotoren zu verhindern. Die Abkühldauer kann zumindest in einigen Fällen eine längere Zeitdauer beanspruchen. Dies kann eine längere Einschränkung der Nutzung des Motors bedeuten.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, die Abkühldauer des Elektromotors zu reduzieren.
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Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung.
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Ein erster Aspekt betrifft ein Verfahren zur Kühlung eines Elektromotors zum Antrieb eines Antriebsstrangteils eines Fahrzeugs. Das Verfahren weist folgende Schritte auf:
- - bestimmen einer angeforderten Leistung des Elektromotors;
- - entkoppeln des Elektromotors von dem Antriebsstrangteil, wenn die angeforderte Leistung gleich Null ist;
- - ansteuern des Elektromotors in Gegenrichtung zu einer Antriebsrichtung.
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Bei dem Fahrzeug handelt es sich beispielsweise um ein Kraftfahrzeug, wie z.B. ein Auto, ein Behindertenfahrzeug oder beispielsweise um ein Fahrrad, z.B. ein Pedelec, E-Bike oder Elektrofahrrad. Das Antriebsstrangteil kann im einfachsten Fall eine direkte Kopplung mit einem Rad des Fahrzeugs beinhalten, es kann sich um eine Kette, eine Kardanwelle, oder auch um ein Getriebe, ggf. mit einem Differential oder ähnlichen Antriebselementen handeln. Das Antriebsstrangteil kann von dem Elektromotor getrennt werden, d.h. eine Kraftübertragung zwischen Antriebsstrangteil und Elektromotor (und umgekehrt) kann unterbrochen werden.
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Die Leistung oder das Drehmoment des Elektromotors kann von dem Fahrer des Fahrzeugs in weiten Bereichen frei angefordert oder gewählt werden, z.B. durch Betätigen eines „Gaspedals“, eines drehbaren Griffs, eines Joysticks oder ähnlicher Eingabeelemente. Die angeforderte Leistung des Elektromotors kann - beispielsweise durch Sensoren und/oder Steuerelemente - bestimmt werden und liegt z.B. am Eingang einer Steuerung vor. Die angeforderte Leistung ist beispielsweise dann gleich Null, wenn die Steuerelemente (z.B. das „Gaspedal“) nicht betätigt werden und/oder wenn eine negative Beschleunigung angefordert wird. Wenn die angeforderte Leistung gleich Null ist, dann wird der Elektromotor von dem Antriebsstrangteil entkoppelt. Das Entkoppeln kann explizit durch den Fahrer angefordert werden, z.B. durch Betätigen einer Kupplung; das Entkoppeln kann auch automatisch erfolgen, z.B. mittels eines Freilaufs oder ähnlicher Elemente.
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Nach dem Entkoppeln wird der Elektromotor in Gegenrichtung zu einer Antriebsrichtung angesteuert. Die dafür benötigte Leistung kann geringer, insbesondere deutlich geringer, sein als die Leistung für die Ansteuerung in Fahrtrichtung. Die dafür benötigte Leistung kann z.B. Teil der Rekuperationsleistung sein.
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Die Abkühlrate des Elektromotors ist höher, wenn der Motor sich dreht. Da ein Vorwärtsdrehen des Motors eine Fahrzeugbewegung verursachen würde, kann der Motor rückwärts, d.h. in Gegenrichtung zu einer Antriebsrichtung, gedreht werden. Vorteilhafterweise kann mittels dieses Verfahrens die Motorkühlung durch eine Steuerung des Elektromotors bewerkstelligt werden und/oder zu der Motorkühlung beitragen. In vielen kann dadurch die Abkühldauer des Elektromotors reduziert und/oder zusätzlich reduziert werden, ohne dass zusätzliche Komponenten in das Fahrzeug eingebaut werden müssen.
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In einer Ausführungsform weist das Verfahren folgende weiteren Schritte auf:
- - bestimmen einer Temperatur des Elektromotors;
- - ansteuern des Elektromotors in Abhängigkeit von der Temperatur des Elektromotors.
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Die Temperatur des Elektromotors kann beispielsweise mittels eines Sensors in dem Elektromotor oder benachbart zu dem Elektromotor bestimmt werden. Die Temperatur des Elektromotors kann auch geschätzt werden, z.B. auch auf Basis einer Historie der angeforderten Leistung. Das Ansteuern des Elektromotors in Abhängigkeit von der Temperatur des Elektromotors kann z.B. so ausgeführt sein, dass bei einer geringeren Temperatur des Elektromotors nur ein sehr langsames Rückwärtsdrehen des Motors angesteuert wird und bei einer höheren Temperatur ein schnelleres Rückwärtsdrehen des Motors angesteuert wird.
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In einer Ausführungsform weist das Verfahren folgende weiteren Schritte auf:
- - bestimmen einer Geschwindigkeit des Antriebsstrangteils;
- - ansteuern des Elektromotors in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Antriebsstrangteils.
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Die Geschwindigkeit des Antriebsstrangteils ist in vielen Fällen proportional zu der Geschwindigkeit des Fahrzeugs. In diesen Fällen kann für die Bestimmung der Geschwindigkeitsmesser des Fahrzeugs genutzt werden. Der Zusammenhang zwischen der Geschwindigkeit des Antriebsstrangteils und der Ansteuerung des Elektromotors kann z.B. proportional oder umgekehrt proportional sein. Der Fall einer umgekehrt proportionalen Ansteuerung kann z.B. zumindest teilweise kompensiert werden, dass bei geringer Geschwindigkeit des Fahrzeugs wenig Fahrtwind zu Kühlung des Motors zur Verfügung steht. Der Fall einer proportionalen Ansteuerung kann z.B. berücksichtigen, dass für eine hohe Geschwindigkeit eine hohe Leistung des Motors - und damit eine starke Kühlung - erforderlich ist. In einer Ausführungsform kann die Ansteuerung des Elektromotors sowohl von der Geschwindigkeit als auch der Temperatur des Elektromotors abhängig sein.
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In einer Ausführungsform weist das Verfahren folgenden weiteren Schritt auf:
- - ansteuern eines Kühlelements mindestens während der Ansteuerung des Elektromotors.
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Ein Kühlelement kann beispielsweise ein Ventilator oder ein Peltierelement und/oder eine weitere aktiv kühlende Vorrichtung sein. Ein derartiges Kühlelement trägt dazu bei, die Abkühldauer des Elektromotors weiter zu reduzieren. Das Kühlelement ist also mindestens während der Ansteuerung des Elektromotors aktiv, d.h. mindestens beim Rückwärtsdrehen des Motors, ggf. auch bei Stillstand des Motors. Das Kühlelement - z.B. ein Ventilator, der z.B. über den Freilauf angekoppelt ist - kann in einer Ausführungsform keine zusätzliche Last bei Normalbetrieb vorwärts bedeuten.
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In einer Ausführungsform erfolgt das Entkoppeln des Elektromotors von dem Antriebsstrangteil mittels einer Kupplung, einer Fliehkraftkupplung und/oder eines Freilaufs. Das Entkoppeln kann explizit durch den Fahrer angefordert werden, z.B. durch Betätigen der Kupplung, das Entkoppeln kann auch automatisch erfolgen, z.B. mittels eines Freilaufs, einer Fliehkraftkupplung oder ähnlicher Elemente oder auch z.B. durch elektromagnetische automatische Betätigung einer Kupplung. Dies kann die Bedienung der Vorrichtung vereinfachen.
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In einer Ausführungsform erfolgt das Ansteuern des Elektromotors in Gegenrichtung mit deutlich geringerer Leistung, insbesondere mit weniger als 10 %, beispielsweise mit weniger als 1 %, der Leistung, als in Antriebsrichtung. Dies hat den Effekt, dass das Rückwärtsdrehen, das die Kühlung verbessern soll, nicht seinerseits zu einer Erwärmung oder Erhitzung des Motors beiträgt.
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Ein weiterer Aspekt betrifft ein Fahrzeug, welches einen Elektromotor und eine Motorsteuerung aufweist. Dabei ist die Motorsteuerung dazu eingerichtet ist, ein Verfahren wie oben und/oder nachfolgend beschrieben durchzuführen.
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In einer Ausführungsform weist das Fahrzeug weiterhin eine Stromversorgung, einen Temperatursensor, eine Kupplung, ein Kühlelement und/oder einen Geschwindigkeitsmesser auf. Dabei ist der Temperatursensor dazu eingerichtet, eine Temperatur des Elektromotors zu bestimmen und den Elektromotor in Abhängigkeit von der Temperatur anzusteuern. Die Kupplung ist dazu eingerichtet, den Elektromotor von dem Antriebsstrangteil entkoppeln, wenn die angeforderte Leistung gleich Null ist. Das Kühlelement ist dazu eingerichtet, die Abkühldauer des Elektromotors weiter zu reduzieren. Der Geschwindigkeitsmesser ist dazu eingerichtet, den Elektromotor in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs - ggf. in Kombination mit der Temperatur des Elektromotors - anzusteuern.
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Ein weiterer Aspekt betrifft ein Programmelement, welches, wenn es auf einer Motorsteuerung ausgeführt wird, die Motorsteuerung anweist, ein Verfahren wie oben und/oder nachfolgend beschrieben durchzuführen.
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Ein weiterer Aspekt betrifft ein computerlesbares Medium, auf dem ein Programmelement wie oben beschrieben gespeichert ist.
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Zur weiteren Verdeutlichung wird die Erfindung anhand von in den Figuren abgebildeten Ausführungsformen beschrieben. Diese Ausführungsformen sind nur als Beispiel, nicht aber als Einschränkung zu verstehen.
- 1 zeigt schematisch ein Fahrzeug mit einem Elektromotor und weiteren Komponenten gemäß einer Ausführungsform;
- 2 zeigt schematisch eine Antriebsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform;
- 3 zeigt schematisch eine Antriebsvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform;
- 4 zeigt ein Verfahren gemäß einer Ausführungsform.
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1 zeigt schematisch ein Fahrzeug 40 mit einem Elektromotor 10 und weiteren Komponenten gemäß einer Ausführungsform. Der Elektromotor 10 ist mittels eines mechanischen Übertragungselements 32 kraftschlüssig mit einer Kupplung 30 verbunden. Die Kupplung 30 ist kraftschlüssig mit einem Antriebsstrangteil 35 verbunden. Es kann also, bei geschlossener Kupplung, ein Drehmoment von dem Elektromotor 10 über die Kupplung 30 an das Antriebsstrangteil 35 übertragen werden. Die Kupplung 30 kann z.B. als eine Kupplung ausgeführt sein, welche der Fahrer betätigen kann oder die von einem Motor und/oder einer Hydraulik betätigt werden kann. Die Kupplung 30 trennt, wenn diese betätigt wird, den Elektromotor 10 und das Antriebsstrangteil 35. Die Kupplung 30 kann z.B. als eine Fliehkraftkupplung und/oder ein Freilauf ausgeführt sein, welcher den Elektromotor 10 automatisch - z.B. beim Unterschreiten einer vordefinierten Drehzahl und/oder Geschwindigkeit - von dem Antriebsstrangteil 35 trennt. Das Antriebsstrangteil 35 kann im einfachsten Fall eine direkte Kopplung mit einem Rad oder mehreren Rädern des Fahrzeugs beinhalten, es kann sich um eine Kette, eine Kardanwelle, oder auch um ein Getriebe, ggf. mit einem Differential oder ähnlichen Antriebselementen handeln.
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Der Elektromotor 10 ist mit einer Stromversorgung 22 elektrisch verbunden. Weiterhin ist der Elektromotor 10 mit einer Motorsteuerung 20 elektrisch verbunden und wird mittels der Motorsteuerung 20 angesteuert. Die Motorsteuerung 20 kann dazu eingerichtet sein, ein Verfahren wie oben und/oder nachfolgend beschrieben durchzuführen. Die Motorsteuerung 20 ist mit einer Stromversorgung verbunden. Weiterhin ist die Motorsteuerung 20 mit einem Eingabeelement 24 verbunden, das zur Übermittlung eines Wunsches für eine angeforderte Leistung dient. Das Eingabeelement 24 kann z.B. als ein „Gaspedal“, als ein drehbarer Griff, als ein Joystick, etc. ausgeführt sein. Der Wunsch für die angeforderte Leistung, vom dem Eingabeelement 24, liegt am Eingang der Motorsteuerung 20 vor. Die Motorsteuerung 20 ist weiterhin dazu eingerichtet, Signale von einem Temperatursensor 14 des Elektromotors 10 und/oder von einem Geschwindigkeitsmesser 18 von dem Antriebsstrangteil 35 zu berücksichtigen und/oder zu verarbeiten. Die Motorsteuerung 20 ist ferner dazu eingerichtet, ein Kühlelement 12 - z.B. einen Ventilator - anzusteuern.
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2 zeigt schematisch eine Antriebsvorrichtung 45 gemäß einer Ausführungsform, wobei alle Komponenten in einem E-Bike eingebaut sind. Ein Elektromotor 10 ist über eine Motorwelle 11 mit einem ersten Freilauf 57 verbunden. Der Elektromotor 10, die Motorwelle 11 und der erste Freilauf 57 sind in einem Gehäuse 51 angeordnet. Der erste Freilauf 57 ist über einen zweiten Freilauf 56 mit einer Kurbelwelle 52 verbunden. An der Kurbelwelle 52 - welche eine Komponente eines Antriebsstrangteils ist - ist weiterhin ein Pedal 53 angeordnet. Eine Motorsteuerung 20 (nicht abgebildet) kann den Elektromotor 10 ansteuern. Die Motorsteuerung 20 kann dazu eingerichtet sein, ein Verfahren wie oben und/oder nachfolgend beschrieben durchzuführen. Dabei wird, wenn eine angeforderte Leistung des Elektromotors 10 gleich Null ist, der Elektromotor 10 von dem Antriebsstrangteil Kurbelwelle 52 entkoppelt. Das Entkoppeln wird mittels des ersten Freilaufs 57 und des zweiten Freilaufs 56 automatisch durchgeführt. Nach dem Entkoppeln wird der Elektromotor 10, von der Motorsteuerung 20, in Gegenrichtung zu einer Antriebsrichtung angesteuert, um auf diese Weise eine verbesserte Kühlung des Elektromotors 10 zu erreichen. Damit wird die Abkühldauer des Elektromotors reduziert.
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3 zeigt schematisch eine Antriebsvorrichtung 45 gemäß einer weiteren Ausführungsform. Gleiche Bezugszeichen wie bei 2 bezeichnen gleiche oder ähnliche Elemente. Die 3 weist - außer den Elementen der 2 - weiterhin ein Kühlelement 12 in Form eines Ventilators auf. Der Ventilator 12 ist mittels eines Ventilator-Freilaufs 13 an den Elektromotor 10 gekoppelt. Die Kopplung erfolgt in einer solchen Weise, dass der Ventilator-Freilauf 13 keinen Kraftschluss aufweist, wenn der Elektromotor 10 „vorwärts“ bewegt wird, d.h. in einer Richtung, die in Richtung einer Antriebsrichtung des Fahrzeugs führt. Wenn der Elektromotor 10 „rückwärts“ bewegt wird, dann findet ein Kraftschluss mit dem Ventilator 12 statt. Damit wird die Abkühldauer des Elektromotors weiter reduziert.
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4 zeigt ein Flussdiagramm 60 eines Verfahrens zur Kühlung eines Elektromotors 10 (siehe 1 bis 3) gemäß einer Ausführungsform. In einem Schritt 61 wird eine angeforderte Leistung des Elektromotors 10 bestimmt. Dies kann z.B. durch Einlesen eines Eingangssignals von einem Eingabeelement 24 geschehen. In einem Schritt 62 wird überprüft, ob die angeforderte Leistung gleich Null ist. Wenn die angeforderte Leistung größer Null ist, dann wird, in einem Schritt 63, der normale Betrieb des Elektromotors 10 fortgesetzt, d.h. der Elektromotor 10 wird weiterhin „vorwärts“ bewegt. Wenn die angeforderte Leistung gleich Null ist (oder, in einer weiteren Ausführungsform, kleiner Null ist), dann wird, in einem Schritt 64, der Elektromotor 10 von einem Antriebsstrangteil 35 entkoppelt. Das Entkoppeln kann automatisch oder explizit erfolgen. Anschließend wird, in einem Schritt 65, der Elektromotor 10, „rückwärts“, d.h. in Gegenrichtung zu einer Antriebsrichtung, angesteuert. Damit wird die Abkühldauer des Elektromotors reduziert.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Elektromotor
- 11
- Motorwelle
- 12
- Kühlelement, Ventilator
- 13
- Ventilator-Freilauf
- 14
- Temperatursensor
- 18
- Geschwindigkeitsmesser
- 20
- Motorsteuerung
- 22
- Stromversorgung
- 24
- Eingabeelement
- 30
- Kupplung
- 32
- Übertragungselement
- 35
- Antriebsstrangteil
- 40
- Fahrzeug
- 51
- Gehäuse
- 52
- Kurbelwelle
- 53
- Pedal
- 56
- zweiter Freilauf
- 57
- erster Freilauf
- 60
- Flussdiagramm
- 61 - 65
- Schritte
