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Die Erfindung betrifft einen elektrifizierten Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, mit zumindest einem Wärmeerzeuger, umfassend zumindest eine elektrische Antriebsmaschine, und einem Wärmeabführkreis, der zumindest einen ersten Wärmetauscher und einen zweiten Wärmetauscher zum Abführen von Wärme aus einem durch den Wärmeerzeuger geführten Kühlkreis besitzt. Ferner betrifft die Erfindung ein Elektrofahrzeug mit einem solchen elektrifizierten Antriebsstrang.
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Aus dem Stand der Technik sind bereits elektrifizierte Antriebsstränge bekannt, die anstelle durch einen Verbrennungsmotors rein elektrisch angetrieben werden. Der Stand der Technik hat jedoch immer den Nachteil, dass insbesondere bei Elektrofahrzeugen die Reichweite durch erforderliche Leistung für einen Verbraucher, wie beispielsweise eine (Kühl-) Fluidpumpe, negativ beeinträchtigt werden kann.
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Es ist also die Aufgabe der Erfindung, die Nachteile aus dem Stand der Technik zu vermeiden oder wenigstens zu mildern. Insbesondere sollen ein elektrifizierter Antriebsstrang sowie ein Elektrofahrzeug bereitgestellt werden, bei denen durch einen Wärmeabführkreis eine hohe erreichbare Kühlleistung bei geringer erforderlicher Pumpenleistung erzielt werden kann, um die Reichweite des Elektrofahrzeugs zu vergrößern.
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Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass im Betrieb ein im Wärmeabführkreis, insbesondere im Kühlwasserkreis, verwendetes Fluid, vorzugsweise Wasser, durch den ersten Wärmetauscher und parallel dazu durch den zweiten Wärmetauscher strömt. Mit anderen Worten wird erfindungsgemäß eine zumindest Teil-Parallelisierung der Durchflutung des Wärmeabführkreises vorgeschlagen.
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Dies hat den Vorteil, dass insbesondere die Probleme, die entstehen, wenn mehrere Wärmetauscher mit Kühlfluid/Kühlwasser zu durchfluten sind, wie etwa eine Summation der Durchflusswiderstände sowie eine Reihenfolge der Wärmetauscher gelöst werden können. Beispielsweise müssen bei zwei E-Antrieben zwei Leistungselektroniken und zwei E-Motoren gekühlt werden, so dass vier Wärmetauscher zu durchfluten wären. Wenn man diese Wärmetauscher sequentiell anordnen würde, müssten die Reihenfolge der Wassererwärmung, die Restkühlkapazität für den Folgewärmetauscher sowie die Summation der Durchflusswiderstände berücksichtigt werden. In der Regel ergibt sich bei einer solchen sequentiellen Anordnung ein zu hoher Lastdruck für die Pumpe. Durch die erfindungsgemäß teilparallele Durchflutung kann der Lastdruck zur Bereitstellung des Kühlwasserstroms gering gehalten werden, so dass auch die für die Pumpe erforderliche Leistung (Q*p) geringer ist und die Reichweite des Elektrofahrzeugs weniger negativ beeinflusst wird. Dementsprechend wird erfindungsgemäß eine vorteilhafte Ausgestaltung hinsichtlich der Durchflusswiderstände des Fluids/Wasser durch den Wärmetausche, einer Wechselwirkung mit der Durchflussmenge und der erreichbaren Kühlleistung vorgeschlagen.
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Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher erläutert.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann sich ein Volumenstrom des Wärmeabführkreises an einem Knotenpunkt auf einen ersten Teilvolumenstrom, der durch den ersten Wärmetausche geführt ist, und auf einen zweiten Teilvolumenstrom, der durch den zweiten Wärmetauscher geführt ist, aufteilen. Alternativ ist es auch möglich, den Volumenstrom des Wärmeabführkreises mehrfach aufzuteilen, d.h. auf mehr als zwei Teilvolumenströme zu verteilen.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform kann der Wärmeabführkreis einen hydraulischen Widerstand besitzen, durch den die Aufteilung des Volumenstroms auf den ersten Teilvolumenstrom und den zweiten Teilvolumenstrom einstellbar ist. Mit anderen Worten wird vorgeschlagen, in Strömungsrichtung in dem Knotenpunkt oder hinter dem Knotenpunkt der Parallelisierung einen justierbaren hydraulischen Widerstand vorzusehen. Dadurch kann eine unerwünschte Aufteilung des Volumenstroms und damit der Kühlleistung vermieden werden. Eine solche unterwünschte Aufteilung ergibt sich dadurch, dass einzelne Wärmetauscher, beispielsweise toleranzbedingt, unterschiedliche Durchflusswiderstände haben.
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Gemäß der vorteilhaften Ausführungsform kann der hydraulische Widerstand als ein passives Stellelement/eine passive Ventilanordnung ausgebildet sein. Dadurch kann bei der Inbetriebnahme der Strecke/Wasserstrecke einmal eine notwendige Aufteilung des Volumenstroms realisiert werden. Unter einem passiven Stellelement wird verstanden, dass das Stellelement aus den vorhandenen hydraulischen Stellgrößen, wie eine Durchflussmenge, eine Stellaktion, wie eine Begrenzung der Durchflussmenge, ausführt. Eine solche hydraulische Stellgröße kann auch aus dem durch den Wärmeerzeuger geführten Kühlkreis abgegriffen werden und dem Stellelement über entsprechende hydraulische Wirkflächen zugeführt werden.
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Gemäß der vorteilhaften Ausführungsform kann der hydraulische Widerstand als ein aktives Stellelement/eine aktive Ventilanordnung ausgebildet sein. Durch das Vorsehen eines aktiven Stellelements kann der Volumenstrom beliebig eingestellt werden. Vorzugsweise kann der Volumenstrom abhängig von einem Betriebszustand des (Elektro-)Fahrzeugs und/oder einem Betriebszustand der elektrischen Antriebsmaschine durch das aktive Stellelement einstellbar sein. So kann der Volumenstrom durch die Parallelisierung, beispielsweise temporär, asymmetrisch aufgeteilt werden. Durch die bedarfsgerechte Steuerung kann eine Kühleffizienz gesteigert werden. Unter einem aktiven Stellelement wird verstanden, dass das Stellelement durch einen elektrischen Aktor, wie einen Elektromagneten oder einen Elektromotor, steuerbar ist.
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Zudem ist es bevorzugt, wenn das (aktive oder passive) Stellelement als Sitz-, Sieber- oder Drehschieber-Ventil ausgebildet ist. Dadurch kann ein verhältnismäßig einfaches und kostengünstiges Stellelement eingebaut werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform kann der Antriebsstrang zwei elektrische Antriebsmaschinen mit jeweils einer Leistungselektronik und einem Elektromotor aufweisen, wobei ein Wärmetauscher für die beiden Leistungselektroniken, d.h. für den durch die Leistungselektroniken geführten Kühlkreis, vor dem Knotenpunkt in dem gemeinsamen Volumenstrom angeordnet ist.
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In einer anderen bevorzugten Ausführungsform kann der Antriebsstrang zwei elektrische Antriebsmaschinen mit jeweils einer Leistungselektronik und einem Elektromotor aufweisen, wobei ein Wärmetauscher für die eine Leistungselektronik, d.h. für den durch die eine Leistungselektronik geführten Kühlkreis, nach dem Knotenpunkt in dem ersten Teilvolumenstrom angeordnet ist und ein Wärmetauscher für die andere Leistungselektronik, d.h. für den durch die anderen Leistungselektronik geführten Kühlkreis, nach dem Knotenpunkt in dem zweiten Teilvolumenstrom angeordnet ist.
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Gemäß der bevorzugten Ausführungsform können die Wärmetauscher für die Leistungselektroniken, d.h. für den oder die durch die Leistungselektroniken geführten Kühlkreis/Kühlkreise, in Strömungsrichtung des Fluids vor den Wärmetauschern für die Elektromotoren, d.h. für die jeweils durch den Elektromotor geführten Kühlkreise, angeordnet sein.
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Die Aufgabe der Erfindung wird auch durch ein Elektrofahrzeug mit einem erfindungsgemäßen elektrifizierten Antriebsstrang gelöst.
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Gemäß einem von dem ersten Aspekt der Erfindung unabhängigen zweiten Aspekt betrifft die Erfindung auch einen elektrifizierten Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, mit einem Wärmeerzeuger, umfassend zumindest eine elektrische Antriebsmaschine, und einem durch die elektrische Antriebsmaschine geführten Kühlkreis, der einen Wärmetauscher zum Abführen von Wärme aus dem Kühlkreis besitzt, wobei der Wärmetauscher im Kühlkreis, insbesondere im Kühlölkreis, in Strömungsrichtung des im Kühlkreis verwendeten Fluids, vorzugsweise Öl, hinter dem zu kühlenden Wärmeerzeuger angeordnet ist. Dies hat den Vorteil, dass die Abwärme der zu kühlenden Wärmeerzeuger genutzt werden kann, indem die an einen Wärmeabführkreis, meist einen Wasserkreis, abgegebene Wärme dem Fahrzeug zur Verfügung gestellt wird. Dadurch, dass der Wärmetauscher hinter dem zu kühlenden Wärmeerzeuger angeordnet wird, kann ein größerer Anteil der Wärme als Abwärme genutzt werden, verglichen mit dem Fall, wenn der Wärmetauscher vor dem zu kühlenden Wärmeerzeuger zur Maximierung der Kühlleistung angeordnet ist. Es werden also bereits vorhandene Wärmequellen für die Heizfunktion genutzt. Dadurch kann der Nachteil überwunden werden, dass insbesondere bei solchen rein elektrisch angetriebenen Fahrzeugen der Verbrennungsmotor als Wärmequelle fehlt und elektrischer Zuheizer eingesetzt werden müssen, um beispielsweise eine Komfort-Funktion, wie etwa Heizen, des Fahrgastraumes realisieren zu können. Somit wird ein elektrifizierter Antriebsstrang bereitgestellt, bei dem möglichst keine Zuheizer erforderlich sind, sondern andere Wärmequellen genutzt werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann der Wärmetauscher direkt hinter dem zu kühlenden Wärmeerzeuger angeordnet sein. Dadurch kann in vorteilhafter Weise sichergestellt werden, dass die Abwärme des Antriebsstrangs möglichst vollständig dem Fahrzeug zu Verfügung gestellt werden. Durch das Anordnen des Wärmetauschers direkt nach dem Wärmeerzeuger kann ein Wärmeverlust durch Konvektion verhindert oder zumindest minimiert werden.
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Zudem ist es von Vorteil, wenn der Wärmeerzeuger die elektrische Antriebsmaschine oder ein Sekundäraggregat, wie eine Leistungselektronik und/oder eine Kupplung und/oder ein Getriebe, ist. Insbesondere die elektrische Antriebsmaschine stellt einen großen Teil an Abwärme zur Verfügung. Auch die Leistungselektronik ist ein großer Wärm eerzeuger.
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Ferner ist es zweckmäßig, wenn der Antriebsstrang mehrere zu kühlende Wärmeerzeuger aufweist, wobei der Wärmetauscher hinter dem zu kühlenden Wärmeerzeuger mit der größten Wärmeerzeugung angeordnet ist. Somit kann gewährleistet werden, dass möglichst viel Abwärme für die Komfort-Funktionen wie eine Heizfunktion des Fahrzeugs zur Verfügung gestellt wird.
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Weiterhin kann der Wärmetauscher gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung, vorzugsweise direkt, vor den zu kühlenden Wärmeerzeugern, abgesehen von dem Wärmeerzeuger mit der größten Wärmeerzeugung, angeordnet sein. Dies hat den Vorteil, dass die Kühlleistung optimal ausgenutzt wird.
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Außerdem ist es zweckmäßig, wenn sich ein Volumenstrom des Kühlkreises in Teilvolumenströme aufteilt, die parallel zueinander verlaufen. Das heißt, dass der Volumenstrom des Kühlkreises zumindest teilparallelisiert ist. Vorzugsweise befindet sich ein Knotenpunkt des Kühlkreises, an dem sich der Volumenstrom in die Teilvolumenströme aufteilt, vorzugsweise direkt, hinter dem Wärmetauscher.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung kann der Volumenstrom einen ersten Teilvolumenstrom zur Kühlung des Getriebes aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann der Volumenstrom einen zweiten Teilvolumenstrom zur Kühlung der Kupplung aufweisen.
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Ferner ist es zweckmäßig, wenn der Kühlkreis einen in dem Volumenstrom angeordneten hydraulischen Widerstand zur Einstellung des Durchflusses der Teilvolumenströme aufweist. Somit kann der Durchfluss der Teilvolumenströme an dem in dem jeweiligen Teilvolumenstrom angeordneten zu kühlenden Wärmeerzeuger angepasst werden. So kann das Kühlfluid bedarfsgerecht zugeführt werden.
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Vorzugsweise kann der hydraulische Widerstand als ein aktives Stellelement, d.h. als ein über einen elektrischen Aktor, wie einen E-Magneten oder einen E-Motor, gesteuertes Stellelement, oder als ein passives Stellelement, d.h. als ein aus den vorhandenen hydraulischen Steuergrößen (fest) eingestelltes Stellelement, ausgebildet sein.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform kann der Antriebsstrang den durch die elektrische Antriebsmaschine geführten Kühlkreis und einen durch die Leistungselektronik geführten zweiten Kühlkreis besitzen, wobei der Wärmetauscher des Kühlkreises hinter der elektrischen Antriebsmaschine angeordnet ist und ein Wärmetauscher des zweiten Kühlkreises hinter der Leistungselektronik angeordnet ist.
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Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung können der erste Aspekt der Erfindung und der zweite Aspekt der Erfindung auch kombiniert werden. Die Erfindung betrifft also auch einen elektrifizierten Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Ausbildung des Kühlkreises/Kühlölkreises und einer erfindungsgemäßen Ausbildung des Wärmeabführkreises/Kühlwasserkreises.
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Mit anderen Worten betrifft die Erfindung eine bestimmte Wärmetauscher-Anordnung im Wasserkühlkreis und/oder im Ölkühlkreis in Fahrzeugen mit Elektromotoren. Insbesondere betrifft die Erfindung also einen Antriebsstrang mit mindestens einem E-Antrieb. Ähnlich wie bei einem Antriebsstrang mit einem Verbrennungsmotor soll ein Verlust der Antriebsmaschinen zum Bauteilschutz effektiv abgeführt werden und beispielsweise zur Steigerung des Wirkungsgrads des Fahrzeugs sinnvoll genutzt werden. Insbesondere bei einem Antriebsstrang mit mehreren elektrischen Antriebsmaschinen werden demnach erfindungsgemäß der Kühlwasserkreislauf/Wärmeabführkreis und der Kühlölkreislauf/Kühlkreis verbessert.
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Bei bisherigen Kühl(öl-)kreisen wurde ein Wärmetauscher typischerweise vor dem zu kühlenden Objekt/Wärmeerzeuger angeordnet, damit das Kühlfluid, wie etwa Öl, möglichst kühl und somit die Kühlleistung möglichst hoch ist. Da aber insbesondere bei (rein) elektrisch angetriebenen Fahrzeugen eine wichtige Wärmequelle durch den Verbrennungsmotor fehlt, müssen elektrische Zuheizer eingesetzt werden, beispielsweise um den Komfort des Fahrgastraums zu steigern und diesen zu beheizen. Erfindungsgemäß wird der Wärmetauscher so in dem Kühlkreis angeordnet, dass die Abwärme der Antriebsfunktion zumindest teilweise als Wärmequelle oder für die Heizfunktion einsetzbar ist. Demnach wird der Wärmetauscher (oder die Wärmetauscher) hinter dem zu kühlenden Objekt/Wärmeerzeuger angeordnet, um möglichst viel Wärme in einen Wärmeabführkreis zu überführen. Diese Wärme kann dann für die Heizfunktionen des Fahrzeugs genutzt werden. Mit anderen Worten wird der Wärmetauscher/Kühler (direkt) nach dem Hauptwärmeerzeuger angeordnet, um Konvektion zu verhindern und die Abwärme des Antriebsstrangs möglichst vollständig dem Fahrzeug zuführen zu können.
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Bei dem erfindungsgemäßen Wärmeabführkreis/Kühl(wasser-)kreis geht es um die Durchflusswiderstände des Wassers durch den Wärmetauscher und die Wechselwirkung mit der Durchflussmenge und somit der erreichbaren Kühlleistung. Um den Lastdruck zur Bereitstellung des Kühlwasserstromsund damit die erforderliche Leistung so gering wie möglich zu halten, ist es problematisch, mehrere Wärmetauscher - im Fall von zwei E-Antrieben vier Wärmetauscher für zwei Leistungselektroniken und zwei E-Motoren - mit Kühlwasser sequentiell zu durchfluten, da die Reihenfolge der Wärmetauscher und die Summation der Durchflusswiderstände zu beachten sind. Erfindungsgemäß wird eine zumindest Teilparalleliserung der Durchflutung vorgeschlagen. Aufgrund von Toleranzen können sich jedoch unterschiedliche Durchflusswiderstände ergeben, die zu einer unerwünschten Aufteilung der Kühlleistung führen kann. Deshalb wird in Strömungsrichtung hinter dem Knotenpunkt der Parallelisierung ein justierbarer hydraulischer Widerstand vorgesehen, der aktiv, d.h. kontinuierlich regelbar, oder passiv, initial einstellbar, sein kann.
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Die Erfindung wird nachfolgend mit Hilfe von Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Teils eines erfindungsgemäßen Kühlkreises in einer ersten Ausführungsform,
- 2 eine schematische Darstellung eines anderen Teils des erfindungsgemäßen Kühlkreises,
- 3 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Wärmeabführkreises in einer ersten Ausführungsform,
- 4 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Wärmeabführkreises in einer zweiten Ausführungsform
- 5 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Wärmeabführkreises in einer dritten Ausführungsform,
- 6 eine schematische Darstellung eines beispielhaften Wärmeabführkreises, und
- 7 ein beispielhafter Grundaufbau eines Kühlsystems mit einem Kühlkreis und einem Wärmeabführkreis.
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Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Merkmale der einzelnen Ausführungsformen können untereinander ausgetauscht werden.
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1 zeigt schematisch einen ersten Teil eines erfindungsgemäßen Antriebsstrangs 1 für ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Elektrofahrzeug. Der Antriebsstrang 1 ist elektrifiziert. Der Antriebsstrang 1 weist einen Wärmeerzeuger 2 auf. Der Wärmeerzeuger 2 umfasst zumindest eine elektrische Antriebsmaschine 3. Der Antriebsstrang 1 weist einen durch die elektrische Antriebsmaschine 3 geführten Kühlkreis 4 auf. Der Kühlkreis 4 besitzt einen Wärmetauscher 5 zum Abführen von Wärme aus dem Kühlkreis 4.
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Erfindungsgemäß ist der Wärmetauscher 5 im Kühlkreis 4 in Strömungsrichtung des im Kühlkreis 4 verwendeten Fluids, insbesondere Öl, hinter dem zu kühlenden Wärmeerzeuger 2 angeordnet ist. In dem in 1 dargestellten Kühlkreis 4 ist der Wärmetauscher 5 hinter der elektrischen Antriebsmaschine 3 angeordnet. Dadurch kann eine großer Teil der durch die elektrische Antriebsmaschine 3 erzeugten Wärme als Abwärme zum Heizen eines Fahrgastinnenraums verwendet werden.
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Der Antriebsstrang 1 weist auch ein oder mehrere Sekundäraggregate auf. Ein Sekundäraggregat kann beispielsweise eine Leistungselektronik 6 (vergleiche 2) sein. Ein Sekundäraggregat kann beispielsweise eine erste Kupplung 7 oder eine zweite Kupplung 8 sein. Ein Sekundäraggregat kann beispielsweise auch ein Getriebe 9 sein. Der Antriebsstrang 1 weist demnach in der Regel mehrere zu kühlende Wärmeerzeuger 2 auf. Dabei ist der Wärmetauscher 5 erfindungsgemäß insbesondere hinter dem zu kühlenden Wärmeerzeuger 2 mit der größten Wärmeerzeugung angeordnet, wie etwa der Antriebsmaschine 3. Zudem kann der Wärmetauscher 5 vor, insbesondere direkt vor, den zu kühlenden Wärmeerzeugern 2, abgesehen von dem Wärmeerzeuger 2 mit der größten Wärmeerzeugung, also hier der Antriebsmaschine 3 angeordnet sein. Dadurch kann den anderen Wärmeerzeugern 2 genügend Kühlenergie bereitgestellt werden.
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In der dargestellten Ausführungsform teilt sich ein Volumenstrom 10 des Kühlkreises 4 in Teilvolumenströme auf, die parallel zueinander verlaufen. Das Öl wird also aus einem Ölsumpf 11, vorzugsweise über einen Saugfilter 12, von einer Kühlpumpe 13 angesaugt. Dann wird das Öl des Volumenstroms 10 durch die Kühlölpumpe 13 durch die Antriebsmaschine 3 gefördert. In Strömungsrichtung dahinter wird der Wärmetauscher 5 durchflutet. Stromabwärts teilt sich der Volumenstrom 10 auf. Ein erster Teilvolumenstrom 14 zweigt an einem ersten Knotenpunkt 15 von dem Volumenstrom 10 ab, der eine geringere Durchströmung als der Volumenstrom 10 besitzt. Stromabwärts teilt sich der Volumenstrom an einem zweiten Knotenpunkt 16 auf einen zweiten Teilvolumenstrom 17 und einen dritten Teilvolumenstrom 18 auf. Der erste Teilvolumenstrom 17 kann beispielsweise zur Kühlung der ersten Kupplung 7 und/oder der zweiten Kupplung 8 ausgelegt sein. Der erste Teilvolumenstrom 17 kann beispielsweise zur Kühlung des Getriebes 9 ausgelegt sein. Vorzugsweise sind der Durchfluss des ersten Teilvolumenstroms 14 und der Durchfluss des zweiten Teilvolumenstroms 17 und des dritten Teilvolumenstroms 18 zusammen im Wesentlichen gleich groß.
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In dem Volumenstrom 10 ist ein hydraulischer Widerstand 19 zur Einstellung des Durchflusses der Teilvolumenströme angeordnet. In der dargestellten Ausführungsform ist in jedem der drei Teilvolumenströme 14, 17, 18 ein hydraulischer Widerstand 19 angeordnet. In der dargestellten Ausführungsform ist der hydraulische Widerstand 19 als ein passives Stellelement 20 ausgebildet. Der hydraulische Widerstand 19 kann auch als ein aktives Stellelement ausgebildet sein, auch wenn dies in 1 nicht dargestellt ist.
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Erfindungsgemäß weist der Antriebsstrang 1 also den durch die elektrische Antriebsmaschine 3 geführten Kühlkreis 4 auf, in dem der Wärmetauscher 5 des Kühlkreises 4 hinter der elektrischen Antriebsmaschine 3 angeordnet ist.
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In 2 ist ein anderer Teil des Antriebsstrangs 2 dargestellt. 2 zeigt einen durch die Leistungselektronik 6 geführten zweiten Kühlkreis 21. Dabei ist ein Wärmetauscher 22 des zweiten Kühlkreises 21 in Strömungsrichtung des Kühlfluids hinter, vorzugsweise direkt hinter, der Leistungselektronik 6 angeordnet. Dadurch kann die Abwärme der Leistungselektronik genutzt werden. In dem zweiten Kühlkreis 21 wird das Öl aus dem Ölsumpf 11, vorzugsweise über einen Saugfilter 23, von einer Kühlpumpe 24 angesaugt. Dann wird das Öl von der Kühlölpumpe 24 durch die Leistungselektronik 6 gefördert. In Strömungsrichtung dahinter wird der Wärmetauscher 22 durchflutet.
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3 bis 6 zeigen schematischer Darstellungen eines Wärmeabführkreises 25 des erfindungsgemäßen Antriebsstrangs 1. Insbesondere in 3 bis 5 ist der Aufbau des Wärmeabführkreises 25 gemäß einem Aspekt der Erfindung hinsichtlich einer Wärmetauscher-Anordnung verdeutlicht.
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Der Antriebsstrang 1 weist den Wärmeerzeuger 2, umfassend die zumindest eine elektrische Antriebsmaschine 3 auf. Um die Wärme aus einem durch den Wärmeerzeuger 2 geführten Kühlkreis abführen zu können, weist der Antriebsstrang 1 den Wärmeabführkreis 25 auf. Der Wärmeabführkreis 25 besitzt zumindest einen ersten Wärmetauscher 26 und einen zweiten Wärmetauscher 27 zum Abführen von Wärme aus dem Kühlkreis. Der Kühlkreis kann beispielsweise durch die in 1 und 2 dargestellten ersten Kühlkreis 4 und den zweiten Kühlkreis 21 gebildet sein. Der Kühlkreis kann aber auch unterschiedlich dazu ausgebildet sein. Ein beispielhafter Aufbau eines Kühlsystems mit einem Kühlkreis und einem Wärmeabführkreis wird mit Bezugnahme auf 7 erläutert.
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Der Wärmeabführkreis 25 ist erfindungsgemäß so ausgebildet, dass im Betrieb ein im Wärmeabführkreis 25 verwendetes Fluid, wie Wasser, durch den ersten Wärmetauscher 26 und parallel dazu durch den zweiten Wärmetauscher 27 strömt. Das heißt, dass ein Volumenstrom 28 des Wärmeabführkreises 25 zumindest teilparallelisiert, also auf zumindest zwei Teilvolumenströme aufgeteilt wird. Der Volumenstrom 28 teilt sich an einem Knotenpunkt 29 in einen ersten Teilvolumenstrom 30 und einen zweiten Teilvolumenstrom 31 auf. In jedem der Teilvolumenströme 30, 31 ist zumindest ein Wärmetauscher angeordnet, so dass die Wärmetauscher parallel durchströmt werden.
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In den in 3 bis 5 dargestellten Ausführungsformen weist der Antriebsstrang 1 zwei elektrische Antriebsmaschinen 3 auf. Zudem weist der Antriebsstrang 1 je Antriebsmaschine 3 die Leistungselektronik 6, die erste Kupplung 7 und/oder die zweite Kupplungen 8 und das Getriebe 9 auf.
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In der in 3 dargestellten Ausführungsform weist der Antriebsstrang 1 zur Kühlung der Komponenten je Antriebsmaschine 3 zwei Wärmetauscher auf. Je Antriebsmaschine 3 ist dabei ein Wärmetauscher zur Kühlung der Leistungselektroniken 6 und ein Wärmetauscher zur Kühlung der Antriebsmaschine 3, der ersten Kupplung 7, der zweiten Kupplung 8 und/oder des Getriebes 9 ausgelegt. In dem ersten Teilvolumenstrom 30 ist der erste Wärmetauscher 26 zur Kühlung der (ersten) Antriebsmaschine 3 (mit der ersten Kupplung 7, der zweiten Kupplung 8 und/oder dem Getriebe 9) angeordnet. In dem zweiten Teilvolumenstrom 31 ist der zweite Wärmetauscher 27 zur Kühlung der (zweiten) Antriebsmaschine 3 (mit der ersten Kupplung 7, der zweiten Kupplung 8 und/oder dem Getriebe 9) angeordnet. In dem ersten Teilvolumenstrom 30 ist ein dritter Wärmetauscher 32 zur Kühlung der (ersten) Leistungselektronik 6 angeordnet. In dem zweiten Teilvolumenstrom 31 ist ein vierter Wärmetauscher 33 zur Kühlung der (zweiten) Leistungselektronik 6 angeordnet. Der erste Teilvolumenstrom 30 und der zweite Teilvolumenstrom 31 vereinigen sich an einem zweiten Knotenpunkt 34 zu dem gemeinsamen Volumenstrom 28. In dem ersten Teilvolumenstrom 30 ist ein erster hydraulischer Widerstand 35 angeordnet. Der erste hydraulische Widerstand 35 ist als ein passives Stellelement 36 ausgebildet. In dem zweiten Teilvolumenstrom 31 ist ein zweiter hydraulischer Widerstand 37 angeordnet. Der zweite hydraulische Widerstand 37 ist als ein passives Stellelement 38 ausgebildet. Durch die passiven Stellelemente 36, 38 kann die Aufteilung des Volumenstroms 28 auf die Teilvolumenströme 30, 31 initial eingestellt werden.
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In der in 4 dargestellten Ausführungsform weist der Antriebsstrang 1 zur Kühlung der (ersten und zweiten) Leistungselektroniken 6 einen Wärmetauscher und zur Kühlung der beiden Antriebsmaschinen 3 jeweils einen Wärmetauscher auf. In dem ersten Teilvolumenstrom 30 ist der erste Wärmetauscher 26 zur Kühlung der (ersten) Antriebsmaschine 3 (mit der ersten Kupplung 7, der zweiten Kupplung 8 und/oder dem Getriebe 9) angeordnet. In dem zweiten Teilvolumenstrom 31 ist der zweite Wärmetauscher 27 zur Kühlung der (zweiten) Antriebsmaschine 3 (mit der ersten Kupplung 7, der zweiten Kupplung 8 und/oder dem Getriebe 9) angeordnet. In dem Volumenstrom 28 ist der dritte Wärmetauscher 32 zur Kühlung der (ersten und der zweiten) Leistungselektroniken 6 angeordnet. Der erste Teilvolumenstrom 30 und der zweite Teilvolumenstrom 31 vereinigen sich an dem zweiten Knotenpunkt 34 zu dem gemeinsamen Volumenstrom 28. An dem Knotenpunkt 29 ist ein hydraulischer Widerstand 39 angeordnet. Der hydraulische Widerstand 39 ist als ein aktives Stellelement 40 ausgebildet. Durch das aktive Stellelement 40 kann die Aufteilung des Volumenstroms 28 auf die Teilvolumenströme 30, 31 kontinuierlich geregelt werden.
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In der in 5 dargestellten Ausführungsform weist der Antriebsstrang 1 zur Kühlung der (ersten und zweiten) Leistungselektroniken 6 einen Wärmetauscher und zur Kühlung der beiden Antriebsmaschinen 3 jeweils einen Wärmetauscher auf. In dem ersten Teilvolumenstrom 30 ist der erste Wärmetauscher 26 zur Kühlung der (ersten) Antriebsmaschine 3 angeordnet. In dem zweiten Teilvolumenstrom 31 ist der zweite Wärmetauscher 27 zur Kühlung der (zweiten) Antriebsmaschine 3 angeordnet. In dem Volumenstrom 28 ist der dritte Wärmetauscher 32 zur Kühlung der (ersten und der zweiten) Leistungselektroniken 6 angeordnet. In dem ersten Teilvolumenstrom 30 ist der als das passive Stellelement 36 ausgebildete erste hydraulischer Widerstand 35 angeordnet. In dem zweiten Teilvolumenstrom 31 ist der als das passive Stellelement 38 ausgebildete zweite hydraulischer Widerstand 37 angeordnet. Durch die passiven Stellelemente 36, 38 kann die Aufteilung des Volumenstroms 28 auf die Teilvolumenströme 30, 31 initial eingestellt werden.
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Die in 6 dargestellte Ausführungsform zeigt einen Wärmeabführkreis 41, bei dem ein Wärmetauscher 42 für die (erste und zweite) Leistungselektroniken 6, ein Wärmetauscher 43 zur Kühlung der (ersten) Antriebsmaschine 3 (mit der ersten Kupplung 7, der zweiten Kupplung 8 und/oder dem Getriebe 9) und ein Wärmetauscher 44 zur Kühlung der (zweiten) Antriebsmaschine 3 (mit der ersten Kupplung 7, der zweiten Kupplung 8 und/oder dem Getriebe 9) sequentiell hintereinander angeordnet sind.
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7 zeigt einen beispielhaften Grundaufbau eines Kühlsystems 45. Das Kühlsystem 45 besitzt einen Wärmeabführkreis/Wasserkühlkreis 46 und mehrere Kühlkreise/Kühlölkreise 47. Der Aufbau des Wärmeabführkreises 46 entspricht dem des in 6 dargestellten Wärmeabführkreises 41, bei dem ein erster Wärmetauscher 48, ein zweiter Wärmetauscher 49 und ein dritter Wärmetauscher 50 seriell hintereinander angeordnet sind. Eine Kühlpumpe 51 pumpt das Fluid, hier Wasser, durch den Wärmeabführkreis 46.
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Der erste Wärmetauscher 48 tauscht Wärme mit einem ersten Kühlkreis 52 aus. Im ersten Kühlkreis 52 wird Fluid, hier Öl, von einer Kühlpumpe 53 zu der ersten Leistungselektronik 6 und zu der zweiten Leistungselektronik 6 gefördert. Der zweite Wärmetauscher 49 tauscht Wärme mit einem zweiten Kühlkreis 54 aus. Im zweiten Kühlkreis 54 wird Fluid, hier Öl, von einer Kühlpumpe 55 zu der ersten Antriebsmaschine 3, der ersten Kupplung 7 und der zweiten Kupplung 8 einer Doppelkupplung und dem Getriebe 9 gefördert. Der dritte Wärmetauscher 50 tauscht Wärme mit einem dritten Kühlkreis 56 aus. Im dritten Kühlkreis 56 wird Fluid, hier Öl, von einer Kühlpumpe 57 zu der zweiten Antriebsmaschine 3, der ersten Kupplung 7 und der zweiten Kupplung 8 einer Doppelkupplung und dem Getriebe 9 gefördert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Antriebsstrang
- 2
- Wärmeerzeuger
- 3
- Antriebsmaschine
- 4
- Kühlkreis
- 5
- Wärmetauscher
- 6
- Leistungselektronik
- 7
- erste Kupplung
- 8
- zweite Kupplung
- 9
- Getriebe
- 10
- Volumenstrom
- 11
- Ölsumpf
- 12
- Saugfilter
- 13
- Kühlölpumpe
- 14
- erster Teilvolumenstrom
- 15
- erster Knotenpunkt
- 16
- zweiter Knotenpunkt
- 17
- zweiter Teilvolumenstrom
- 18
- dritter Teilvolumenstrom
- 19
- hydraulischer Widerstand
- 20
- passives Stellelement
- 21
- zweiter Kühlkreis
- 22
- Wärmetauscher
- 23
- Saugfilter
- 24
- Kühlölpumpe
- 25
- Wärmeabführkreis
- 26
- erster Wärmetauscher
- 27
- zweiter Wärmetauscher
- 28
- Volumenstrom
- 29
- Knotenpunkt
- 30
- erster Teilvolumenstrom
- 31
- zweiter Teilvolumenstrom
- 32
- dritter Wärmetauscher
- 33
- vierter Wärmetauscher
- 34
- zweiter Knotenpunkt
- 35
- hydraulischer Widerstand
- 36
- passives Stellelement
- 37
- hydraulischer Widerstand
- 38
- passives Stellelement
- 39
- hydraulischer Widerstand
- 40
- aktives Stellelement
- 41
- Wärmeabführkreis
- 42
- erster Wärmetauscher
- 43
- zweiter Wärmetauscher
- 44
- dritter Wärmetauscher
- 45
- Kühlsystem
- 46
- Wärmeabführkreis
- 47
- Kühlkreis
- 48
- erster Wärmetauscher
- 49
- zweiter Wärmetauscher
- 50
- dritter Wärmetauscher
- 51
- Kühlpumpe
- 52
- erster Kühlkreis
- 53
- Kühlpumpe
- 54
- zweiter Kühlkreis
- 55
- Kühlpumpe
- 56
- dritter Kühlkreis
- 57
- Kühlpumpe
