DE102020128728B4 - Kraftfahrzeug und Verfahren zum Betrieb einer Kühleinrichtung - Google Patents

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Abstract

Kraftfahrzeug (1), aufweisend einen Antriebsstrang (2) mit einem Elektromotor (3), dem eine Traktionsbatterie (8) und eine wenigstens einen Pulswechselrichter (6) umfassende Leistungselektronikeinrichtung (5) zugeordnet sind, und eine Kühleinrichtung (9) zur Kühlung des Elektromotors (3), der Leistungselektronikeinrichtung (5) und der Traktionsbatterie (8), wobei der Elektromotor (3) in einem ersten Kühlkreislauf (10) mit Kühlmittel einer ersten maximalen Temperatur im Vorlauf (12) gekühlt wird, wobei die Leistungselektronikeinrichtung (5) in einem zweiten, von dem ersten Kühlkreislauf (10) getrennten Kühlkreislauf (13) mit Kühlmittel einer zweiten maximalen Temperatur im Vorlauf (17), die niedriger als die erste maximale Temperatur ist, gekühlt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug, aufweisend einen Antriebsstrang mit einem Elektromotor, dem eine Traktionsbatterie und eine wenigstens einen Pulswechselrichter umfassende Leistungselektronikeinrichtung zugeordnet sind, und eine Kühleinrichtung zur Kühlung des Elektromotors, der Leistungselektronikeinrichtung und der Traktionsbatterie, wobei der Elektromotor in einem ersten Kühlkreislauf mit Kühlmittel einer ersten maximalen Temperatur im Vorlauf gekühlt wird. Daneben betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer Kühleinrichtung in einem solchen Kraftfahrzeug.
  • Hybridkraftfahrzeuge und Elektrokraftfahrzeuge nutzen eine Elektromaschine (einen Elektromotor) als Antriebsmotor im Antriebsstrang. Dabei kann der Elektromotor aus einer ihm zugeordneten Traktionsbatterie gespeist werden. Dabei werden üblicherweise Hochspannungen eingesetzt, beispielsweise im Bereich von 60V bis 1,5kV. Entsprechend kann die Traktionsbatterie auch als eine Hochvoltbatterie bezeichnet werden. Bei Elektrokraftfahrzeugen und sogenannten Plug-In-Hybridkraftfahrzeugen, die zusätzlich zu dem Elektromotor auch einen Verbrennungsmotor im Antriebsstrang aufweisen, kann die Traktionsbatterie über eine Ladeeinrichtung von extern, beispielsweise an einer Ladesäule oder dergleichen, geladen werden.
  • Um den Elektromotor aus der Traktionsenergie betreiben zu können, ist eine Leistungselektronikeinrichtung erforderlich, die üblicherweise wenigstens einen Pulswechselrichter (PWR) aufweist. Der Pulswechselrichter wiederum weist üblicherweise mehrere Halbleiterschalter, insbesondere Bipolartransistoren mit isolierter Gate-Elektrode (IGBTs), auf, die wie der Elektromotor und die Traktionsbatterie im Betrieb der Kühlung bedürfen, damit bestimmte Ströme innerhalb des Pulswechselrichters, insbesondere innerhalb der IGBTs, erlaubt werden können. Je mehr Strom durch die Pulswechselrichter geführt werden kann, desto mehr Drehmoment ist im Elektromotor möglich. Nachdem die thermisch relevante Masse im Pulswechselrichter, also insbesondere der IGBTs, im Vergleich zum Elektromotor klein ist, beispielsweise weniger als ein Kilogramm beträgt, ist es im Stand der Technik bekannt, in einem Kühlkreislauf zunächst in einem Kühlabschnitt die Leistungselektronikeinrichtung zu kühlen, wonach der Rücklauf von der Leistungselektronikeinrichtung einem weiteren Kühlabschnitt für den Elektromotor zugeführt wird, sodass der Rücklauf von der Leistungselektronikeinrichtung den Vorlauf zum Elektromotor bildet. Von dem Elektromotor wird das Kühlmittel der Kühleinrichtung, welches in diesem Kühlkreislauf zirkuliert, dann wieder einem Kühlabschnitt zugeführt, in dem, wie grundsätzlich bekannt, Wärme entzogen wird. Für Plug-In-Hybridkraftfahrzeuge ist es im Stand der Technik beispielsweise bekannt, als maximale Temperatur des Kühlmittels, beispielsweise von Wasser, zu der Leistungselektronikeinrichtung, also im Kühlmittelvorlauf zu der Leistungselektronikeinrichtung, 75°C vorzusehen. Das leicht erwärmte Kühlmittel wird dann dem Elektromotor zugeführt. Bei einer solchen Kühlmittelvorlauftemperatur von 75°C ist ein maximaler, für 10s haltbarer Strom von 480A für die Komponenten des Pulswechselrichters, insbesondere die IGBTs, definiert. Für Elektrokraftfahrzeuge wurde in einem anderen Beispiel eine maximale Temperatur im Kühlmittelvorlauf für die Leistungselektronikeinrichtung von 65°C vorgeschlagen, was einen maximalen, für 10s haltbaren Strom von 530A im Pulswechselrichter erlaubt. Dabei sollen Elektromotoren üblicherweise nicht bei niedrigeren Kühlmitteltemperaturen betrieben werden, um beispielsweise eine möglichst niedrige Reibung zu erreichen.
  • DE 10 2016 100 861 A1 betrifft die Steuerung des Herabsetzens der Leistung eines Gleichrichter/Wechselrichter-Moduls (PIM). Dabei enthält ein System einen DC-Batteriestapel, einen Umrichterkühlmittelkreis, erste und zweite Temperatursensoren, eine mehrphasige elektrische Maschine und das PIM, das mit dem Batteriestapel und mit der elektrischen Maschine verbunden ist. Ein Controller kann betrieben werden, um die Leistung des PIM selektiv herabzusetzen und damit ein befohlenes Drehmoment an die elektrische Maschine zu reduzieren. Hierzu schätzt der Controller eine Sperrschichttemperatur von Halbleiterschaltern des PIM unter Verwendung der Temperatur eines Kühlmittels, der Temperatur des PIM und eines Satzes an elektrischen Werten. Die Leistung wird herabgesetzt, wenn die Temperatur des PIM eine kalibrierte Maximaltemperatur überschreitet.
  • CN 108705956 A offenbart ein Motorcontroller-Temperatursteuersystem und ein entsprechendes Verfahren für ein elektrisches Fahrzeug. Überschreitet die Temperatur von IGBTs eine erste Temperaturschwelle, wird eine Luftkühleinrichtung gesteuert, um den Motorcontroller zu kühlen. Ist die IGBT-Temperatur niedriger als eine zweite Temperaturschwelle, wird eine Flüssigkeitskühleinrichtung zur Kühlung des Motorcontrollers verwendet, wobei die zweite Temperaturschwelle höher als die erste Temperaturschwelle ist.
  • DE 10 2019 214 082 A1 betrifft ein Thermomanagementsystem für ein Fahrzeug, das einen ersten Kühlmittelkreis für eine Batterie und einen zweiten Kühlmittelkreis für einen E-Motor zum Antrieb des Fahrzeugs umfasst. Die beiden Kühlmittelkreisläufe sind damit mittels eines Mehrwegeventils in Reihe zueinander oder parallel zueinander betreibbar, wobei auch eine Zwischenstellung denkbar ist. Das Thermomanagementsystem umfasst ferner einen Ölkühlkreis zur zusätzlichen Kühlung des E-Motors, wobei der Ölkühlkreis über einen Wärmetauscher an den zweiten Kühlmittelkreis thermisch angebunden ist. Zweck ist, bei Bedarf eine schnelle Erwärmung des Batteriekühlmittelkreises unter Ausnutzung der Abwärme des E-Motors sowie der Leistungselektronik zu erlauben.
  • DE 10 2018 209 340 B3 diskutiert das Problem, dass die Temperatur des Schmiermittels so niedrig sein kann, dass die Viskosität des Schmiermittels zu hoch ist. Mithin wird vorgeschlagen, die erste Schalteinheit des Inverters gezielt so zu betreiben, dass ein erhöhter Verlust entsteht, welcher zur Erwärmung des Schmiermittels und somit zu dessen Viskositätsverringerung verwendet werden soll. Dabei dient der Kühlkreislauf für die Schalteinheit weiterhin auch zur Kühlung des Elektromotors.
  • Porsche: Wärmemanagement von Fahrzeugen mit elektrischem Antrieb, Porsche Engineering Magazin 1/2011, Seiten 34-36, offenbart allgemeine Aussagen zum Auffinden synergetisch sinnvoller Verknüpfungen von Kühlungsaufgaben und nennt typische Temperaturniveaus.
  • US 2019/0068028 A1 betrifft innerhalb eines Rades anzuordnende Motoren, welche mit einem Öl geschmiert werden. Eine Kühleinrichtung mit einem Kühlkreislauf weist ein Kühlmedium auf, das durch einen Kühler, wenigstens eine Steuereinheit und eine Batterie und durch Wärmetauscher zu dem Öl zirkuliert.
  • In DE 10 2019 210 577 A1 wird ein Thermomanagementsystem zur Verwendung in einem Fahrzeug vorgeschlagen, bei dem sich mittels eines Mehrwegeventils an einer Schnittstelle zwischen einem ersten Kühlkreislauf für eine Batterie und einem zweiten Kühlkreislauf für einen E-Motor zum Antrieb des Fahrzeugs die Kühlflüssigkeitsströme der beiden Kühlkreisläufe miteinander bedarfsgerecht vermischen lassen. Es werden ferner ein Fahrzeug mit einem solchen Thermomanagementsystem und ein Verfahren vorgeschlagen.
  • DE 11 2013 002 657 T5 betrifft ein Wärmemanagementsystem für ein Fahrzeug, bei dem erste Zirkulationsabschnitte eine Strömung eines Wärmemediums derart schalten, dass eines der Wärmemedien für zwei Systeme selektiv durch einen Strahlerströmungsweg oder einen ersten Umgehungsströmungsweg zirkuliert. Zweite Zirkulationsabschnitte schalten die Strömung des Wärmemediums derart, dass die Wärmemedien für die zwei Systeme in Bezug auf eine zweite Strömungsweggruppe selektiv zirkulieren. Die ersten Zirkulationsabschnitte und die zweiten Zirkulationsabschnitte sind geeignet, die Strömung des Wärmemediums derart zu schalten, dass ein erster Zirkulationskreis, um zuzulassen, dass das Wärmemedium zwischen einer ersten Strömungsweggruppe, der zweiten Strömungsweggruppe und einer ersten Pumpe zirkuliert, ebenso wie ein zweiter Zirkulationskreis, um zuzulassen, dass das Wärmemedium zwischen der ersten Strömungsweggruppe, der zweiten Strömungsweggruppe und einer zweiten Pumpe zirkuliert, gebildet werden.
  • DE 10 2013 204 784 A1 betrifft eine elektrische Fahrzeugachsenvorrichtung aufweisend, wenigstens eine Fahrzeugachse; ein Getriebe, welches mit der Fahrzeugachse verbunden ist; einen Elektromotor, welcher einen Rotor aufweist und wobei der Elektromotor mit dem Getriebe gekoppelt ist zum Übertragen eines Drehmoments auf die wenigstens eine Fahrzeugachse; eine Lagesensoreinrichtung zur Bestimmung einer Rotorposition des Rotors; eine Leistungselektronik, welche mit dem Elektromotor verbunden ist, zum Speisen des Elektromotors mit elektrischer Energie, wobei die Leistungselektronik des Weiteren eine Auswerteeinrichtung zum Auswerten der Signale der Lagesensoreinrichtung aufweist oder mit einer als separate Einrichtung ausgebildeten Auswerteeinrichtung verbunden ist, wobei die Lagesensoreinrichtung wenigstens teilweise in die Leistungselektronik oder die Auswerteeinrichtung integriert ist.
  • DE 10 2019 125 613 A1 beschreibt eine kleine Motoreinheit mit einem Motor und einem Umrichter, der den Motor betreibt. Eine erste Pumpe liefert ein erstes Kältemittel zum Kühlen des Motors und eine zweite Pumpe liefert ein zweites Kältemittel zum Kühlen des Umrichters. Die Motoreinheit kann beispielsweise in einem Fahrzeug befestigt werden.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine demgegenüber verbesserte, insbesondere eine höhere Leistung erlaubende Ausgestaltung einer Kühleinrichtung anzugeben.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe sind bei einem Kraftfahrzeug der eingangs genannten Art erfindungsgemäß die Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen.
  • Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass niedrigere Kühlmitteltemperaturen höhere Ströme in dem Pulswechselrichter, insbesondere in IGBTs oder sonstigen Halbleiterschalten des Pulswechselrichters, erlauben, welche wiederum höhere Drehmomente im Elektromotor und somit höhere Antriebsleistung ermöglichen. Um somit also sicherzustellen, dass niedrige Temperaturen am Pulswechselrichter erreicht werden können, wird erfindungsgemäß die Leistungselektronikeinrichtung aus dem ersten Kühlkreis, der für den Elektromotor, also die Elektromaschine, als Antriebsmotor eine erste, höhere maximale Temperatur nutzt, herausgenommen und in einem zweiten Kühlmittelkreislauf gekühlt, in dem das Kühlmittel mit einer niedrigeren maximalen Temperatur die Kühlung des Pulswechselrichters, insbesondere seiner Halbleiterschalter, erlaubt. Für den zweiten Kühlkreislauf ist mithin die zweite maximale Temperatur im Vorlauf zu der Leistungselektronikeinrichtung niedriger als für den ersten Kühlkreislauf die erste maximale Temperatur im Vorlauf zu dem Elektromotor.
  • Vergleicht man beispielsweise im Stand der Technik bekannte Plug-In-Hybridkraftfahrzeuge (PHEV) mit im Stand der Technik bekannten Elektrokraftfahrzeugen (BEV), existierten dort bereits Unterschiede hinsichtlich der Kühlmittelvorlauftemperatur für die Elektromotoren, nämlich von 75°C bei PHEV, im Gegensatz zu 65°C bei BEV, sodass Unterschiede von beispielsweise 50A für Maximalströme durch die Halbleiterschalter, insbesondere IGBTs, vorlagen, wenn die Leistungselektronikeinrichtung dem Elektromotor vorgeschaltet gekühlt wurde. Wird nun beispielsweise auch für PHEV von einer ersten maximalen Temperatur von 75°C auf eine zweite maximale Temperatur von 65°C oder weniger gesenkt, sind entsprechend höhere Maximalströme im Pulswechselrichter zulässig. Nachdem bei Plug-In-Hybridkraftfahrzeugen mithin üblicherweise im Kühlkreislauf für den Elektromotor ohnehin höhere Temperaturen vorlagen, ergibt sich ein höherer erzielbarer positiver Effekt, sodass das Kraftfahrzeug bevorzugt ein Plug-In-Hybridkraftfahrzeug sein kann. In einem konkreten Beispiel kann die erste maximale Temperatur für ein Elektrokraftfahrzeug 65°C (oder mehr) oder für ein Plug-In-Hybridkraftfahrzeug 75°C (oder mehr) betragen, während die zweite maximale Temperatur beispielsweise im Bereich von 50°C - 55°C liegen kann. Allgemein kann gesagt werden, dass vorteilhafterweise der wenigstens eine Pulswechselrichter und/oder wenigstens ein Halbleiterschalter, insbesondere IGBT, des Pulswechselrichters unter Berücksichtigung eines maximal für 10 Sekunden aufrechterhaltbaren Stromgrenzwerts betrieben wird, wobei der Stromgrenzwert größer als ein bei der Kühlung bei der ersten maximalen Temperatur möglicher Stromgrenzwert und/oder größer oder gleich 500 A, insbesondere größer oder gleiche 530 A, gewählt ist. Eine Temperaturabsenkung ausgehend von der ersten Temperatur von 75°C auf eine zweite Temperatur von 65°C wird es bereits erlauben, den Stromgrenzwert von 480 A auf 530 A für beispielhafte Ausgestaltung zu erhöhen, wobei eine weitere Absenkung beispielsweise zur möglichen Stromgrenzwerten, die ohne eine Gefahr der Zerstörung möglich sind, von bis zu 580 A oder darüber führen können.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass der zweite Kühlkreislauf auch zur Kühlung der Traktionsbatterie verwendet wird. Anders gesagt kann auch ein ohnehin bereits vorhandener zweiter Kühlkreislauf der Traktionsbatterie genutzt werden, um einen Kühlabschnitt für die Leistungselektronikeinrichtung hinzuzufügen. Dabei wird die Traktionsbatterie üblicherweise ohnehin mit einer niedrigeren Temperatur im Vorlauf gekühlt, sodass sich eine Mitnutzung des Batterie-Kühlmittelkreislaufs als zweiter Kühlkreislauf für die Leistungselektronikeinrichtung als besonders günstig erweist. Auf diese Weise wird eine Schaffung zusätzlicher Kühlkreisläufe vermieden. Dabei kann, wie auch bei bekannten Kraftfahrzeugen häufig bereits gegeben, auch vorgesehen sein, dass die Traktionsbatterie und die Leistungselektronikeinrichtung in dem Kraftfahrzeug benachbart verbaut sind, insbesondere sogar in einer gemeinsamen Baugruppe, sodass nur kurze, zusätzliche Kühlmittelwege erforderlich sind.
  • Die vorliegende Erfindung sieht ferner vor, dass ein Kühlabschnitt des zweiten Kühlkreislaufs zur Kühlung der Leistungselektronikeinrichtung in einem Rücklauf von einem Kühlabschnitt für die Traktionsbatterie angeordnet ist. Auf dieser Weise muss an der Vorlauftemperatur für die Traktionsbatterie, nichts geändert werden, da keine der Traktionsbatterie vorgeschaltete Kühlaktivität vorliegt. Auf der anderen Seite hat sich gezeigt, dass sich das aus dem Kühlabschnitt für die Traktionsbatterie austretende Kühlmittel meist nur sehr wenig erwärmt hat, sodass mithin eine zweite maximale Temperatur im Vorlauf zu der Leistungselektronikeinrichtung immer noch äußerst deutlich unterhalb der ersten maximalen Temperatur im Vorlauf zu dem Elektromotor liegt, sodass die Vorteile der vorliegenden Erfindung gewonnen werden, ohne das der zweite Kühlkreis der Traktionsbatterie angepasst bzw. anders angesteuert werden müsste. Mit anderen Worten wird der Rücklauf der Traktionsbatterie als Vorlauf für die Leistungselektronikeinrichtung genutzt. Ist beispielsweise als maximale Temperatur des Kühlmittels im Vorlauf zu der Traktionsbatterie 50°C vorgesehen, kann die zweite maximale Temperatur im Rücklauf von der Traktionsbatterie und somit im Vorlauf zu der Leistungselektronikeinrichtung beispielsweise 55°C oder weniger betragen, sodass ein deutlicher Gewinn insbesondere gegenüber beispielsweise 65°C oder 75°C als erste, maximale Temperatur im Vorlauf zu dem Elektromotor gegeben ist.
  • In diesem Zusammenhang ist ferner vorgesehen, dass der Kühlabschnitt der Leistungselektronikeinrichtung für einen geringeren Kühlmitteldurchfluss als der Kühlmittelabschnitt der Traktionsbatterie ausgestaltet ist, wobei zur Abführung überzähligen Kühlmittels parallel zu dem Kühlabschnitt der Leistungselektronikeinrichtung ein Volumenausgleichsabschnitt in dem zweiten Kühlkreislauf vorgesehen ist. Auf diese Weise kann ein Volumenausgleich erfolgen, nachdem Traktionsbatterien meist eine relativ große thermisch relevante Masse aufweisen können, beispielsweise im Bereich von 100 kg bis 150kg, wohin gegen die thermisch relevante Masse von Halbleiterschaltern, insbesondere IGBTs, in Pulswechselrichtern deutlich geringer ist, beispielsweise kleiner als 1kg.
  • Wie bereits erwähnt, kann beispielhaft die erste maximale Temperatur im Bereich von 60°C - 80°C liegen, wobei die Herausnahme der Leistungselektronikeinrichtung aus dem Kühlkreislauf für den Elektromotor es mit besonderem Vorteil auch erlauben kann, dort höhere maximale Temperaturen im Vorlauf zu dem Elektromotor einzusetzen. Mithin kann eine vorteilhafte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung vorsehen, dass als erste maximale Temperatur im Vorlauf zu dem Elektromotor eine Temperatur von größer als 75°C, insbesondere von größer als 85°C, gewählt ist. Denn es hat sich gezeigt, dass bei höheren Betriebstemperaturen für den Elektromotor dieser reibungsärmer betrieben werden kann, was zu einer Senkung des Stromverbrauchs führen kann.
  • Allgemein kann gesagt werden, dass die Kühleinrichtung neben den Kühlkreisläufen auch wenigstens eine Steuereinrichtung zur Steuerung des Betriebs der Kühleinrichtung aufweisen kann, welche beispielsweise auf die erste maximale Temperatur und die zweite maximale Temperatur und/oder temporär einen niedrigeren Temperaturregelwert regeln kann, insbesondere in Abhängigkeit von Temperaturmesswerten wenigstens eines Temperatursensors pro Kühlkreislauf. Dabei kann auch eine Messung der Temperatur an den zu kühlenden Elementen selbst vorgenommen werden. Über die Steuereinrichtung ist auch eine Anpassung aktueller Regelwerte für den ersten und den zweiten Kühlkreislauf grundsätzlich denkbar, wobei jedoch im Rahmen der vorliegenden Erfindung die Vorlauftemperatur für die Leistungselektronikeinrichtung im zweiten Kühlkreislauf grundsätzlich niedriger als die Vorlauftemperatur im ersten Kühlkreislauf bleiben kann.
  • Wie bereits erwähnt wurde, kann die vorliegende Erfindung besonders vorteilhaft auf ein Plug-In-Hybridkraftfahrzeug angewendet werden, welches im Antriebsstrang zusätzlich auch einen Verbrennungsmotor aufweist. Der wenigstens eine Pulswechselrichter kann als zu kühlendes Element (und Halbleiterschalter) beispielsweise wenigstens einen IGBT enthalten.
  • Neben dem Kraftfahrzeug betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Kühleinrichtung in einem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug, wobei mithin der Elektromotor in dem ersten Kühlkreislauf mit Kühlwasser einer ersten maximalen Temperatur im Vorlauf zu dem Elektromotor gekühlt wird, wobei die erste maximale Temperatur niedriger als eine zweite maximale Temperatur im Vorlauf zu der Leistungselektronikeinrichtung ist, die in einem zweiten, von dem ersten Kühlkreislauf getrennten Kühlkreislauf gekühlt wird. Sämtliche Ausführungen bezüglich des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs lassen sich analog auf das erfindungsgemäße Verfahren übertragen, so dass auch mit diesem die bereits genannten Vorteile erhalten werden können.
  • Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
    • 1 eine Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs, und
    • 2 die Ausgestaltung einer Kühleinrichtung des Kraftfahrzeugs in einem Ausführungsbeispiel.
  • 1 zeigt eine Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs 1, welches vorliegend beispielhaft als ein Plug-In-Hybridkraftfahrzeug 1 ausgebildet ist. Das Kraftfahrzeug 1 umfasst in einem Antriebsstrang 2 einen Elektromotor 3 und einen Verbrennungsmotor 4. Die Erfindung lässt sich auch auf ein Elektrokraftfahrzeug anwenden; in diesem Fall würde der Verbrennungsmotor 4 wegfallen.
  • Der als übliche Elektromaschine ausgebildete Elektromotor 4 ist über eine Leistungselektronikeinrichtung 5, welche einen Pulswechselrichter 6 (PWR) mit sechs IGBTs 7 umfasst, mit einer Traktionsbatterie 8 (Hochvoltbatterie) verbunden. Zur Kühlung des Elektromotors 3, der Leistungselektronikeinrichtung 5 und der Traktionsbatterie 8 weist das Kraftfahrzeug 1 ferner eine Kühleinrichtung 9 auf, welche auch eine Steuereinrichtung zur Steuerung deren Betriebs und/oder wenigstens einen Temperatursensor umfassen kann. Die Kühleinrichtung 9 nutzt als Kühlmittel vorliegend Kühlwasser, welches in Kühlkreisläufen geführt ist.
  • 2 zeigt die Nutzung von Kühlkreisläufen in der Kühleinrichtung 9 genauer. Demgemäß umfasst die Kühleinrichtung 9 einen ersten Kühlkreislauf 10, der zur Kühlung des Elektromotors 3 verwendet wird, wobei in 2 zur vereinfachten Darstellung lediglich die zu kühlenden Komponenten gezeigt sind, nicht aber die üblichen Bestandteile des Kühlkreislaufes, umfassend eine Kühleinheit und dergleichen, die nur allgemein als ein Kasten 11 angedeutet sind.
  • Der erste Kühlkreislauf 1 verwendet dabei Kühlmittel einer ersten, maximalen Temperatur im Vorlauf 12 zu dem Elektromotor 3. Diese erste Temperatur kann beispielsweise im Bereich von 65°C bis 95°C liegen, wird aber bevorzugt größer als 75°C, besonders bevorzugt größer als 85°C, gewählt. Auf diese Weise kann der Elektromotor 3 aufgrund der höheren Temperatur reibungsärmer betrieben werden, was zu einer Einsparung elektrischer Energie führt.
  • Der zweite Kühlkreislauf 13 dient der Kühlung der Traktionsbatterie 8 und der Leistungselektronikeinrichtung 5, wobei der Kühlabschnitt 14 zur Kühlung der Leistungselektronikeinrichtung 5 dem Kühlabschnitt 15 zur Kühlung der Traktionsbatterie 8 nachgeschaltet ist. Mit anderen Worten bildet also der Rücklauf 16 der Traktionsbatterie 8 gleichzeitig den Vorlauf 17 für die Leistungselektronikeinrichtung 5. Nachdem die thermisch relevante Masse der Leistungselektronikeinrichtung 5 deutlich kleiner als die thermisch relevante Masse der Traktionsbatterie 8 ist, wird dort weniger Kühlmitteldurchfluss und somit weniger Kühlmittelvolumen benötigt, so dass ein Volumenausgleichsabschnitt 18 vorhanden ist.
  • Der zweite Kühlkreislauf 13 nutzt eine maximale Vorlauftemperatur im Vorlauf 19 zu der Traktionsbatterie 8 von vorliegend 50°C, so dass als zweite, maximale Temperatur im Vorlauf 17 zu der Leistungselektronikeinrichtung 5 eine nur wenig erhöhte maximale Vorlauftemperatur von beispielsweise im Bereich von 51 °C bis 55°C vorliegt.
  • Auf diese Weise können der Pulswechselrichter 6 bzw. konkret seine IGBTs 7 als zu kühlende Elemente auf einer um beispielsweise 20°C oder mehr niedrigeren Temperatur als der Elektromotor 3 gehalten werden, was dort höhere Ströme erlaubt. Beispielsweise kann der für 10 Sekunden maximal durch die IGBTs 7 erlaubte Stromgrenzwert um etwa 100 A höher liegen als dann, wenn die Leistungselektronikeinrichtung 5 im Vorlauf 12 zu dem Elektromotor 3 gekühlt würde. In einer konkreten Ausgestaltung kann beispielsweise ein maximaler 10 Sekunden-Strom von 580 A im Gegensatz zu 480 A bei 75°C definiert sein.

Claims (7)

  1. Kraftfahrzeug (1), aufweisend einen Antriebsstrang (2) mit einem Elektromotor (3), dem eine Traktionsbatterie (8) und eine wenigstens einen Pulswechselrichter (6) umfassende Leistungselektronikeinrichtung (5) zugeordnet sind, und eine Kühleinrichtung (9) zur Kühlung des Elektromotors (3), der Leistungselektronikeinrichtung (5) und der Traktionsbatterie (8), wobei der Elektromotor (3) in einem ersten Kühlkreislauf (10) mit Kühlmittel einer ersten maximalen Temperatur im Vorlauf (12) gekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungselektronikeinrichtung (5) in einem zweiten, von dem ersten Kühlkreislauf (10) getrennten Kühlkreislauf (13) mit Kühlmittel einer zweiten maximalen Temperatur im Vorlauf (17), die niedriger als die erste maximale Temperatur ist, gekühlt wird, wobei der zweite Kühlkreislauf (13) auch zur Kühlung der Traktionsbatterie (8) verwendet wird, wobei ein Kühlabschnitt (14) des zweiten Kühlkreislaufs (13) zur Kühlung der Leistungselektronikeinrichtung (5) in einem Rücklauf (16) von einem Kühlabschnitt (15) für die Traktionsbatterie (8) angeordnet ist, wobei der Kühlabschnitt (14) der Leistungselektronikeinrichtung (5) für einen geringeren Kühlmitteldurchfluss als der Kühlabschnitt (15) der Traktionsbatterie (8) ausgestaltet ist, wobei zur Abführung überzähligen Kühlmittels parallel zu dem Kühlabschnitt (14) der Leistungselektronikeinrichtung (5) ein Volumenausgleichsabschnitt (18) vorgesehen ist.
  2. Kraftfahrzeug (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Pulswechselrichter (6) und/oder wenigstens ein Halbleiterschalter des Pulswechselrichters (6) unter Berücksichtigung eines maximal für 10 Sekunden aufrechterhaltbaren Stromgrenzwerts betrieben wird, wobei der Stromgrenzwert größer als ein bei der Kühlung bei der ersten Temperatur möglicher Stromgrenzwert und/oder größer oder gleich 500 A gewählt ist.
  3. Kraftfahrzeug (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Traktionsbatterie (8) und die Leistungselektronikeinrichtung (5) in dem Kraftfahrzeug (1) benachbart verbaut sind.
  4. Kraftfahrzeug (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als erste Temperatur eine Temperatur von größer als 75 °C gewählt ist.
  5. Kraftfahrzeug (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es als ein Plug-In-Hybridkraftfahrzeug (1) ausgebildet ist, welches im Antriebsstrang (2) zusätzlich auch einen Verbrennungsmotor (4) aufweist.
  6. Kraftfahrzeug (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Pulswechselrichter (6) als zu kühlendes Element wenigstens einen IGBT (7) enthält.
  7. Verfahren zum Betrieb einer Kühleinrichtung (9) in einem Kraftfahrzeug (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche.
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