DE102021101775A1 - Cooling system and electric final drive train - Google Patents

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Ronny Günnel
Thorsten BIERMANN
Tim Herrmann
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kühlsystem (1), insbesondere für einen elektrischen Achsantriebsstrang (2) eines Kraftfahrzeugs (3), umfassend einen geschlossenen Öl-Kühlkreislauf (4), einen vom Öl-Kühlkreislauf (4) fluidisch getrennten Wasser-Kühlkreislauf (5), sowie einen im Öl-Kühlkreislauf (4) integrierten ersten Wärmetauscher (6), welcher einen Kühlwassereingang (7) und einen Kühlwasserausgang (8) zum Anschluss des Wasser-Kühlkreislaufs (5) aufweist, so dass ein Wärmeaustausch innerhalb des ersten Wärmetauschers (6) zwischen dem Öl-Kühlkreislauf (4) und dem Wasser-Kühlkreislauf (5) ermöglicht ist, wobei in dem geschlossenen Öl-Kühlkreislauf (4) ein geschlossener Druckausgleichsbehälter (9) integriert ist, welcher einen durch eine dehnbare Membran (15) getrennten ersten Druckraum (10) und zweiten Druckraum (11) aufweist, wobei der erste Druckraum (10) mit dem geschlossenen Öl-Kühlkreislauf (4) fluidisch verbunden ist und in dem geschlossenen zweiten Druckraum (11) eine Gasfüllung (12) bevorratet ist, so dass im Betrieb des Kühlsystems (1) ein Überdruck in dem geschlossenen Öl-Kühlkreislauf (4) gegenüber dem Wasser-Kühlkreislauf (5) einstellbar ist.The invention relates to a cooling system (1), in particular for an electric axle drive train (2) of a motor vehicle (3), comprising a closed oil cooling circuit (4), a water cooling circuit (5) which is fluidically separate from the oil cooling circuit (4), and a first heat exchanger (6) integrated in the oil cooling circuit (4), which has a cooling water inlet (7) and a cooling water outlet (8) for connecting the water cooling circuit (5), so that heat exchange within the first heat exchanger (6) between the oil cooling circuit (4) and the water cooling circuit (5), a closed pressure equalization tank (9) being integrated in the closed oil cooling circuit (4), which has a first pressure chamber separated by an expandable membrane (15). (10) and second pressure chamber (11), wherein the first pressure chamber (10) is fluidly connected to the closed oil cooling circuit (4) and in the closed second pressure chamber (11) a gas filling (12) b is stored, so that when the cooling system (1) is in operation, an overpressure can be set in the closed oil cooling circuit (4) compared to the water cooling circuit (5).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kühlsystem, insbesondere für einen elektrischen Achsantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, umfassend einen geschlossenen Öl-Kühlkreislauf, einen vom Öl-Kühlkreislauf fluidisch getrennten Wasser-Kühlkreislauf, sowie einen im Öl-Kühlkreislauf integrierten ersten Wärmetauscher, welcher einen Kühlwassereingang und einen Kühlwasserausgang zum Anschluss des Wasser-Kühlkreislaufs aufweist, so dass ein Wärmeaustausch innerhalb des ersten Wärmetauschers zwischen dem Öl-Kühlkreislauf und dem Wasser-Kühlkreislauf ermöglicht ist.The present invention relates to a cooling system, in particular for an electric axle drive train of a motor vehicle, comprising a closed oil cooling circuit, a water cooling circuit that is fluidically separate from the oil cooling circuit, and a first heat exchanger integrated in the oil cooling circuit, which has a cooling water inlet and a cooling water outlet for Having connection of the water cooling circuit, so that a heat exchange is made possible within the first heat exchanger between the oil cooling circuit and the water cooling circuit.

Bei Kraftfahrzeugen werden für den Antrieb verstärkt Elektromotoren eingesetzt, um Alternativen zu Verbrennungsmotoren zu schaffen, die fossile Brennstoffe benötigen. Um die Alltagstauglichkeit der Elektroantriebe zu verbessern und zudem den Benutzern den gewohnten Fahrkomfort bieten zu können, sind bereits erhebliche Anstrengungen unternommen worden.Electric motors are increasingly being used to drive motor vehicles in order to create alternatives to internal combustion engines that require fossil fuels. Significant efforts have already been made to improve the suitability for everyday use of electric drives and also to be able to offer users the driving comfort they are accustomed to.

Eine ausführliche Darstellung zu einem Elektroantrieb ergibt sich aus einem Artikel der Zeitschrift ATZ 113. Jahrgang, 05/2011, Seiten 360-365 von Erik Schneider, Frank Fickl, Bernd Cebulski und Jens Liebold mit dem Titel: Hochintegrativ und Flexibel Elektrische Antriebseinheit für E-Fahrzeuge. In diesem Artikel wird eine Antriebseinheit für eine Achse eines Fahrzeugs beschrieben, welche einen E-Motor umfasst, der konzentrisch und koaxial zu einem Kegelraddifferenzial angeordnet ist, wobei in dem Leistungsstrang zwischen Elektromotor und Kegelraddifferenzial ein schaltbarer 2-Gang-Planetenradsatz angeordnet ist, der ebenfalls koaxial zu dem E-Motor bzw. dem Kegelraddifferenzial oder Stirnradifferential positioniert ist. Die Antriebseinheit ist sehr kompakt aufgebaut und erlaubt aufgrund des schaltbaren 2-Gang-Planetenradsatzes einen guten Kompromiss zwischen Steigfähigkeit, Beschleunigung und Energieverbrauch. Derartige Antriebseinheiten werden auch als E-Achsen oder elektrisch betreibbarer Antriebsstrang bezeichnet.A detailed description of an electric drive can be found in an article in the ATZ magazine, volume 113, 05/2011, pages 360-365 by Erik Schneider, Frank Fickl, Bernd Cebulski and Jens Liebold with the title: Highly integrative and flexible electric drive unit for electric Vehicles. This article describes a drive unit for an axle of a vehicle, which includes an electric motor that is arranged concentrically and coaxially with a bevel gear differential, with a shiftable 2-speed planetary gear set being arranged in the power train between the electric motor and the bevel gear differential, which is also is positioned coaxially to the electric motor or the bevel gear differential or spur gear differential. The drive unit is very compact and allows a good compromise between climbing ability, acceleration and energy consumption due to the switchable 2-speed planetary gear set. Such drive units are also referred to as e-axles or electrically operable drive train.

Neben den rein elektrisch betriebenen Antriebssträngen sind auch hybride Antriebsstränge bekannt. Derartige Antriebsstränge eines Hybridfahrzeuges umfassen üblicherweise eine Kombination aus einer Brennkraftmaschine und einem Elektromotor, und ermöglichen - beispielsweise in Ballungsgebieten - eine rein elektrische Betriebsweise bei gleichzeitiger ausreichender Reichweite und Verfügbarkeit gerade bei Überlandfahrten. Zudem besteht die Möglichkeit, in bestimmten Betriebssituationen gleichzeitig durch die Brennkraftmaschine und den Elektromotor anzutreiben.In addition to purely electrically operated drive trains, hybrid drive trains are also known. Such drive trains of a hybrid vehicle usually include a combination of an internal combustion engine and an electric motor, and allow - for example in urban areas - a purely electric mode of operation with simultaneous sufficient range and availability especially for cross-country trips. In addition, there is the possibility, in certain operating situations, to be driven simultaneously by the internal combustion engine and the electric motor.

Sowohl in rein elektrisch wie auch in hybrid betriebenen Antriebssträngen werden hydraulische Systeme mit einer Hydraulikflüssigkeit zur Kühlung der vorhandenen elektrischen Maschinen, Kupplungen und/oder Getrieben sowie zur hydraulischen Aktuierung von Kupplungen und/oder Getrieben verwendet. Auch Leistungselektronik-Komponenten, wie beispielsweise Inverter, bedürfen häufig einer hydraulischen Kühlung.Hydraulic systems with a hydraulic fluid are used both in purely electrically operated and in hybrid drive trains to cool the existing electrical machines, clutches and/or transmissions and to hydraulically actuate clutches and/or transmissions. Power electronics components, such as inverters, often require hydraulic cooling.

Zur Kühlung eines derartigen Inverters können beispielsweise wassergekühlte Inverter Einsatz kommen, welche direkt an den Gesamtkühlkreislauf des Fahrzeuges angeschlossen sind.For example, water-cooled inverters can be used to cool such an inverter, which are connected directly to the overall cooling circuit of the vehicle.

Neben den wassergekühlten Invertern sind ölgekühlte Inverter bekannt, bei denen die thermisch beanspruchten Komponenten im Inverter über ein geeignetes Öl (Transformatorenöl) in einem in sich geschlossenen Kreislauf gekühlt werden. Der Temperaturausgleich auf Fahrzeugebene wird dann beispielsweise in einem klassischen Wärmetrauscher Öl/Wasser umgesetzt. Somit treffen in diesen Wärmetauschern der Wasser-Kühlkreislauf und der Öl-Kühlkreislauf eines derartigen Kühlsystems aufeinander.In addition to the water-cooled inverters, oil-cooled inverters are known in which the thermally stressed components in the inverter are cooled using a suitable oil (transformer oil) in a closed circuit. The temperature compensation at vehicle level is then implemented, for example, in a classic oil/water heat exchanger. The water cooling circuit and the oil cooling circuit of such a cooling system thus meet in these heat exchangers.

An dieser Schnittstelle des Wärmetauschers (Öl/Wasser) besteht jedoch die Gefahr, dass durch etwaige Undichtigkeiten im Wärmetauscher bzw. dessen unmittelbar angebundener Umgebungsperipherie ein Übergang von Kühlwasser in den Ölkreislauf entstehen kann. Sobald dieses Leckagewasser zusammen mit dem Kühlöl als Emulsion in den Inverter gelangen, besteht die Gefahr, dass dort durch die hohen Temperaturen und Ströme ein ungewollter elektrolytischer Prozess beginnt, bei dem explosionsfähige Gase freigesetzt werden. Diese Gase können letztlich zu einer Explosion oder Fahrzeugbrand führen. Aus diesem sicherheitsrelevanten Aspekt gibt es strengste Anforderungen an den maximal zulässigen Wasseranteil im Inverteröl. Diese strenge Anforderung lassen zudem keine Entlüftung nach außen über einen klassischen Entlüfter oder Membran zu.At this interface of the heat exchanger (oil/water), however, there is a risk that any leaks in the heat exchanger or its directly connected surrounding periphery could result in a transfer of cooling water into the oil circuit. As soon as this leaking water gets into the inverter as an emulsion together with the cooling oil, there is a risk that an unwanted electrolytic process will start there due to the high temperatures and currents, during which explosive gases will be released. These gases can ultimately lead to an explosion or vehicle fire. For this safety-relevant aspect, there are the strictest requirements for the maximum permissible water content in the inverter oil. These strict requirements also do not allow venting to the outside via a classic vent or membrane.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung ein Kühlsystem insbesondere für einen elektrischen Achsantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, bereitzustellen, welches eine verbesserte Sicherheit gegen das Eindringen von Kühlwasser in den Öl-Kühlkreislauf bereitstellt. Es ist ferner die Aufgabe der Erfindung, einen elektrischen Achsantriebsstrang zu realisieren, welcher eine verbesserte Sicherheit gegen das Eindringen von Kühlwasser in den Öl-Kühlkreislauf bereitstellt.It is therefore the object of the invention to provide a cooling system, in particular for an electric axle drive train of a motor vehicle, which provides improved security against the ingress of cooling water into the oil cooling circuit. It is also the object of the invention to realize an electric axle drive train which provides improved security against the ingress of cooling water into the oil cooling circuit.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Kühlsystem, insbesondere für einen elektrischen Achsantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, umfassend einen geschlossenen Öl-Kühlkreislauf, einen vom Öl-Kühlkreislauf fluidisch getrennten Wasser-Kühlkreislauf, sowie einen im Öl-Kühlkreislauf integrierten ersten Wärmetauscher, welcher einen Kühlwassereingang und einen Kühlwasserausgang zum Anschluss des Wasser-Kühlkreislaufs aufweist, so dass ein Wärmeaustausch innerhalb des ersten Wärmetauschers zwischen dem Öl-Kühlkreislauf und dem Wasser-Kühlkreislauf ermöglicht ist, wobei in dem geschlossenen Öl-Kühlkreislauf ein geschlossener Druckausgleichsbehälter integriert ist, welcher einen durch eine dehnbare Membran getrennten ersten Druckraum und zweiten Druckraum aufweist, wobei der erste Druckraum mit dem geschlossenen Öl-Kühlkreislauf fluidisch verbunden ist und in dem geschlossenen zweiten Druckraum eine Gasfüllung bevorratet ist, so dass im Betrieb des Kühlsystems ein Überdruck in dem geschlossenen Öl-Kühlkreislauf gegenüber dem Wasser-Kühlkreislauf einstellbar ist.This object is achieved by a cooling system, in particular for an electric axle drive train of a motor vehicle, comprising a closed oil cooling circuit, a water cooling circuit that is fluidically separated from the oil cooling circuit, and a first heat exchanger integrated in the oil cooling circuit, which has a cooling water inlet and a cooling water outlet for connecting the water cooling circuit, so that heat exchange within the first heat exchanger between the oil cooling circuit and the water cooling circuit is made possible, with a closed pressure equalization tank being integrated in the closed oil cooling circuit, which has a first pressure chamber and a second pressure chamber separated by an expandable membrane, the first pressure chamber being fluidically connected to the closed oil cooling circuit and a gas filling is stored in the closed second pressure chamber, so that during operation of the cooling system an overpressure in the closed oil cooling circuit can be set in relation to the water cooling circuit.

Hierdurch wird der Vorteil erzielt, dass durch den Druckausgleichsbehälter dauerhaft ein Überdruck gegenüber dem fahrzeugeigenen Wasserkühlkreislauf eingestellt werden kann. Dieses Druckgefälle stellt im Falle der eingangs erwähnten Undichtigkeit im Bereich des ersten Wärmetauschers sicher, dass nur Kühlöl in das Kühlwasser gedrückt werden kann und nicht umgekehrt, wodurch die Produktsicherheit erhöht werden kann. Zudem stellt der Ausgleichsbehälter sicher, dass die thermisch bedingte Volumenänderungen des Inverteröls durch die Dehnung der Membran kompensiert und der Druck im Öl-Kühlkreislauf nahezu konstant gehalten werden kann.This achieves the advantage that an overpressure can be permanently set in relation to the vehicle's own water cooling circuit by means of the pressure equalization tank. In the event of the aforementioned leak in the area of the first heat exchanger, this pressure gradient ensures that only cooling oil can be pressed into the cooling water and not vice versa, which can increase product safety. In addition, the expansion tank ensures that the thermally induced volume changes in the inverter oil can be compensated for by the expansion of the membrane and the pressure in the oil cooling circuit can be kept almost constant.

Bevorzugt weist der Öl-Kühlkreislauf ein Füllvolumen zwischen 1.5-3.0 Liter auf. Besonders bevorzugt ist beträgt das Volumen der Öl-Kühlkreislaufschläuche zwischen 15-25% des Füllvolumens des Öl-Kühlkreislaufs. Es ist in diesem Zusammenhang ferner vorteilhaft, wenn die Öl-Kühlkreislaufschläuche eine Elastizität aufweisen, insbesondere eine Elastizität, welche eine Volumenänderung von bis zu 25% bei einem Druck von bis zu 2-4 bar, bevorzugt von bis zu 2 - 3 bar erlaubt, wodurch das Einstellen eines möglichst konstanten Drucks in dem Öl-Kühlkreislauf unterstützt wird.The oil cooling circuit preferably has a filling volume of between 1.5-3.0 liters. The volume of the oil cooling circuit hoses is particularly preferably between 15-25% of the filling volume of the oil cooling circuit. In this context it is also advantageous if the oil cooling circuit hoses have an elasticity, in particular an elasticity which allows a volume change of up to 25% at a pressure of up to 2-4 bar, preferably of up to 2-3 bar. whereby the setting of a pressure which is as constant as possible in the oil-cooling circuit is supported.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Gasfüllung ein reaktionsträges Gas oder eine reaktionsträge Gasmischung ist, insbesondere Stickstoff oder eine Stickstoff enthaltene Mischung, wodurch die Sicherheit des Kühlsystems weiter verbessert werden kann.According to an advantageous embodiment of the invention, it can be provided that the gas filling is an inert gas or an inert gas mixture, in particular nitrogen or a mixture containing nitrogen, whereby the safety of the cooling system can be further improved.

Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass der Überdruck in dem geschlossenen Öl-Kühlkreislauf gegenüber dem Wasser-Kühlkreislauf auf 1-1.5 bar einstellbar ist, so dass ein hinreichender Druckunterschied zwischen den beiden Kreisläufen herrscht, welcher ein Eindringen von Kühlwasser in den Öl-Kühlkreislauf verhindert.According to a further preferred development of the invention, it can also be provided that the overpressure in the closed oil cooling circuit can be adjusted to 1-1.5 bar compared to the water cooling circuit, so that there is a sufficient pressure difference between the two circuits, which prevents the ingress of Cooling water is prevented from entering the oil cooling circuit.

Des Weiteren kann es gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass der Arbeitsbereich des ersten Wärmetauschers zwischen -40°C und 85°C eingestellt ist und ein Kühlöl in dem geschlossenen Öl-Kühlkreislauf eine entsprechend thermisch bedingte Volumenänderung erfährt. Das erfindungsgemäße Kühlsystem kann durch die in diesem Betriebsbereich auftretenden Volumenänderungen des Kühlöls zwischen 10-15% besonders gut und sicher kompensieren.Furthermore, according to a likewise advantageous embodiment of the invention, it can be provided that the operating range of the first heat exchanger is set between −40° C. and 85° C. and a cooling oil in the closed oil cooling circuit undergoes a correspondingly thermally induced volume change. The cooling system according to the invention can compensate particularly well and reliably for the changes in volume of the cooling oil of between 10-15% that occur in this operating range.

Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass der erste Wärmetauscher und der Druckausgleichsbehälter eine bauliche Einheit bilden, wodurch ein besonders kompakter und montagefreundlicher Aufbau des Kühlsystems ermöglicht wird.According to a further particularly preferred embodiment of the invention, it can be provided that the first heat exchanger and the pressure equalization tank form a structural unit, as a result of which a particularly compact and easy-to-assemble design of the cooling system is made possible.

Des Weiteren kann die Erfindung auch dahingehend weiterentwickelt sein, dass in dem Öl-Kühlkreislauf eine Pumpe angeordnet ist und die Pumpe und der erste Wärmetauscher eine bauliche Einheit bilden, was den kompakten Aufbau und die Montagefreundlichkeit weiter erhöht.Furthermore, the invention can also be further developed such that a pump is arranged in the oil-cooling circuit and the pump and the first heat exchanger form a structural unit, which further increases the compact structure and ease of assembly.

In einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass das Kühlsystem ein hydraulisches Kopplungselement umfasst, an dem die Pumpe und/oder der erste Wärmetauscher und/oder der Druckausgleichsbehälter und/oder der Kühlwassereingang und/oder der Kühlwasserausgang angeordnet ist. Auch hierdurch kann ein kompakter und montagefreundlicher Aufbau des Kühlsystems weiter unterstützt werden.In a likewise preferred embodiment variant of the invention, it can also be provided that the cooling system comprises a hydraulic coupling element on which the pump and/or the first heat exchanger and/or the pressure equalization tank and/or the cooling water inlet and/or the cooling water outlet is arranged. This can also further support a compact and assembly-friendly design of the cooling system.

Auch kann es vorteilhaft sein, die Erfindung dahingehend weiterzuentwickeln, dass der geschlossene Öl-Kühlkreislauf zumindest abschnittsweise in einem mit einer elektrischen Maschine koppelbarem Inverter verläuft, wodurch eine sehr effiziente Kühlung des Inverters durch einen Öl-Kühlkreislauf mit einer hohen Produktsicherheit realisiert werden kann.It can also be advantageous to further develop the invention such that the closed oil cooling circuit runs at least in sections in an inverter that can be coupled to an electric machine, as a result of which the inverter can be cooled very efficiently by an oil cooling circuit with a high level of product safety.

Gemäß einer weiteren zu bevorzugenden Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes kann vorgesehen sein, dass in dem Wasser-Kühlkreislauf ein zweiter Wärmetauscher angeordnet ist, welcher insbesondere in räumlicher Nähe zu dem ersten Wärmetauscher in dem Kühlsystem angeordnet ist.According to a further preferred embodiment of the subject matter of the invention, it can be provided that a second heat exchanger is arranged in the water cooling circuit, which is arranged in particular in spatial proximity to the first heat exchanger in the cooling system.

Das erfindungsgemäße Kühlsystem kann insbesondere auch für eine elektrische Maschine eines hybriden oder vollelektrischen Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs verwendet werden. Besonders bevorzugt ist es, den Öl-Kühlkreislauf des erfindungsgemäßen Kühlsystems an einen Inverter der elektrischen MaschineThe cooling system according to the invention can in particular also be used for an electric machine of a hybrid or all-electric drive train of a motor vehicle. It is particularly preferred to connect the oil cooling circuit of the cooling system according to the invention to an inverter of the electrical machine

Die Aufgabe der Erfindung wird ferner gelöst durch einen elektrisch betreibbarer Achsantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs umfassend eine elektrische Maschine und eine Getriebeanordnung, wobei die elektrische Maschine und die Getriebeanordnung eine bauliche Einheit bilden, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrisch betreibbare Achsantriebsstrang ein Kühlsystem nach einem der vorherigen Ansprüche umfasst.The object of the invention is also achieved by an electrically operable axle drive train of a motor vehicle comprising an electric machine and a gear arrangement, the electric machine and the gear arrangement forming a structural unit, characterized in that the electrically operable axle drive train comprises a cooling system according to one of the preceding claims .

Insbesondere kann der elektrisch betreibbare Antriebsstrang einen Inverter umfassen, der an das Kühlsystem nach einem der vorherigen Ansprüche angeschlossen ist.In particular, the electrically operable drive train can include an inverter which is connected to the cooling system according to one of the preceding claims.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail below with reference to figures without restricting the general inventive idea.

Es zeigen:

  • 1 eine perspektivische Ansicht eines elektrischen Achantriebsstrangs mit einem Inverter und einem Kühlsystem,
  • 2 eine erste perspektivische Ansicht eines Kühlsystems eines Inverters,
  • 3 eine zweite perspektivische Ansicht eines Kühlsystems eines Inverters,
  • 4 eine schematische Querschnittsansicht durch den Druckausgleichsbehälter, und
  • 5 einen hybriden und vollelektrischen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs in einer schematischen Blockschaltdarstellung.
Show it:
  • 1 a perspective view of an electric axle drive train with an inverter and a cooling system,
  • 2 a first perspective view of a cooling system of an inverter,
  • 3 a second perspective view of a cooling system of an inverter,
  • 4 a schematic cross-sectional view through the surge tank, and
  • 5 a hybrid and fully electric drive train of a motor vehicle in a schematic block diagram.

Die 1 zeigt ein Kühlsystem 1 für einen elektrischen Achsantriebsstrang 2 eines Kraftfahrzeugs 3, wie es auch beispielhaft in der 4 gezeigt ist. Der elektrisch betreibbarer Achsantriebsstrang 2 umfasst eine elektrische Maschine 30 und eine Getriebeanordnung 40, wobei die elektrische Maschine 30 und die Getriebeanordnung 40 eine bauliche Einheit bilden. Der elektrisch betreibbare Achsantriebsstrang 2 umfasst ein Kühlsystem 1 zur Kühlung des Inverters 16, das nachfolgend näher beschrieben wird.the 1 shows a cooling system 1 for an electric axle drive train 2 of a motor vehicle 3, as is also exemplified in FIG 4 is shown. The electrically operable final drive train 2 includes an electric machine 30 and a gear assembly 40, wherein the electric machine 30 and the gear assembly 40 form a structural unit. The electrically operable final drive train 2 includes a cooling system 1 for cooling the inverter 16, which is described in more detail below.

Das Kühlsystem 1 umfasst einen geschlossenen Öl-Kühlkreislauf 4, einen vom Öl-Kühlkreislauf 4 fluidisch getrennten Wasser-Kühlkreislauf 5, sowie einen im Öl-Kühlkreislauf 4 integrierten ersten Wärmetauscher 6, welcher einen Kühlwassereingang 7 und einen Kühlwasserausgang 8 zum Anschluss des Wasser-Kühlkreislaufs 5 aufweist, so dass ein Wärmeaustausch innerhalb des ersten Wärmetauschers 6 zwischen dem Öl-Kühlkreislauf 4 und dem Wasser-Kühlkreislauf 5 ermöglicht ist. Der Arbeitsbereich des ersten Wärmetauschers 6 ist zwischen -40°C und 85°C eingestellt, wodurch ein Kühlöl in dem geschlossenen Öl-Kühlkreislauf 4 eine entsprechend thermisch bedingte Volumenänderung erfährt. Der hierdurch entstehende Druckerhöhung im Öl-Kühlkreislauf 5 muss entsprechend ausgeglichen werden.The cooling system 1 comprises a closed oil cooling circuit 4, a water cooling circuit 5 that is fluidically separated from the oil cooling circuit 4, and a first heat exchanger 6 integrated in the oil cooling circuit 4, which has a cooling water inlet 7 and a cooling water outlet 8 for connecting the water cooling circuit 5, so that a heat exchange within the first heat exchanger 6 between the oil cooling circuit 4 and the water cooling circuit 5 is made possible. The operating range of the first heat exchanger 6 is set between −40° C. and 85° C., as a result of which a cooling oil in the closed oil cooling circuit 4 undergoes a correspondingly thermally induced volume change. The resulting increase in pressure in the oil cooling circuit 5 must be compensated accordingly.

In dem geschlossenen Öl-Kühlkreislauf 4 ist daher ein geschlossener Druckausgleichsbehälter 9 integriert. Dieser ist in der 4 in einer schematischen Querschnittsdarstellung gezeigt und wird nachstehend näher erläutert. Der Druckausgleichsbehälter 9 weist einen durch eine dehnbare Membran 15 getrennten ersten Druckraum 10 und zweiten Druckraum 11 aufweist, wobei der erste Druckraum 10 mit dem geschlossenen Öl-Kühlkreislauf 4 fluidisch verbunden ist und in dem geschlossenen zweiten Druckraum 11 eine Gasfüllung 12 bevorratet ist, so dass im Betrieb des Kühlsystems 1 ein Überdruck in dem geschlossenen Öl-Kühlkreislauf 4 gegenüber dem Wasser-Kühlkreislauf 5 einstellbar ist.A closed pressure equalization tank 9 is therefore integrated in the closed oil-cooling circuit 4 . This one is in the 4 shown in a schematic cross-sectional representation and is explained in more detail below. The pressure equalization tank 9 has a first pressure chamber 10 and a second pressure chamber 11 separated by an expandable membrane 15, with the first pressure chamber 10 being fluidically connected to the closed oil-cooling circuit 4 and a gas filling 12 being stored in the closed second pressure chamber 11, so that when the cooling system 1 is in operation, an overpressure in the closed oil cooling circuit 4 can be set in relation to the water cooling circuit 5 .

Die Gasfüllung 12 ist ein reaktionsträges Gas oder eine reaktionsträge Gasmischung ist, insbesondere Stickstoff oder eine Stickstoff enthaltene Mischung.The gas filling 12 is an inert gas or an inert gas mixture, in particular nitrogen or a mixture containing nitrogen.

Das Kühlsystem ist nun so konfiguriert und abgestimmt, dass der Überdruck in dem geschlossenen Öl-Kühlkreislauf 4 gegenüber dem Wasser-Kühlkreislauf 5 stets zwischen 1-1.5 bar beträgt, wodurch im Falle von Undichtigkeiten zwischen den Kühlkreisläufen 4,5 kein Kühlwasser in den Öl-Kühlkreislauf 4 eintreten kann.The cooling system is now configured and coordinated in such a way that the excess pressure in the closed oil cooling circuit 4 compared to the water cooling circuit 5 is always between 1-1.5 bar, which means that in the event of leaks between the cooling circuits 4.5 no cooling water can get into the oil Cooling circuit 4 can occur.

Wie aus den Darstellungen der 2-3 gut ersichtlich ist, bilden der erste Wärmetauscher 6 und der Druckausgleichsbehälter 9 eine bauliche Einheit. Ferner ist in dem Öl-Kühlkreislauf 4 eine Pumpe 13 angeordnet und die Pumpe 13 und der erste Wärmetauscher 6 bilden ebenfalls eine bauliche Einheit. Diese bauliche Einheit wird mittels eines hydraulischen Kopplungselement 14 bewirkt, an dem die Pumpe 13, der erste Wärmetauscher 6, der Druckausgleichsbehälter 9 sowie der Kühlwassereingang 7 und der Kühlwasserausgang 8 angeordnet sind. Neben den entsprechenden fluidischen Anschlüssen besitzt das hydraulische Kopplungselement 14 innenliegende Kanäle, die die entsprechenden hydraulischen Verbindungen zwischen den angeschlossenen Bauelementen ausbilden.As can be seen from the representations of 2-3 is clearly visible, the first heat exchanger 6 and the surge tank 9 form a structural unit. Furthermore, a pump 13 is arranged in the oil cooling circuit 4 and the pump 13 and the first heat exchanger 6 also form a structural unit. This structural unit is effected by means of a hydraulic coupling element 14 on which the pump 13, the first heat exchanger 6, the pressure equalization tank 9 and the cooling water inlet 7 and the cooling water outlet 8 are arranged. In addition to the corresponding fluid connections, the hydraulic coupling element 14 has internal channels that form the corresponding hydraulic connections between the connected components.

Anhand der 3 wird ferner ersichtlich, dass der geschlossene Öl-Kühlkreislauf 4 zumindest abschnittsweise in einem mit einer elektrischen Maschine 30 koppelbarem Inverter 14 verläuft. Ersichtlich ist aus der 3 ferner, dass in dem Wasser-Kühlkreislauf 5 ein zweiter Wärmetauscher 13 angeordnet ist.Based on 3 is also apparent that the closed oil cooling circuit 4 at least runs in sections in an inverter 14 that can be coupled to an electric machine 30 . It can be seen from the 3 furthermore that in the water cooling circuit 5 a second heat exchanger 13 is arranged.

Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Patentansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Patentansprüche und die vorstehende Beschreibung ‚erste‘ und ‚zweite‘ Merkmal definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Merkmale, ohne eine Rangfolge festzulegen.The invention is not limited to the embodiments shown in the figures. The foregoing description is therefore not to be considered as limiting but as illustrative. The following patent claims are to be understood in such a way that a mentioned feature is present in at least one embodiment of the invention. This does not exclude the presence of other features. If the patent claims and the above description define 'first' and 'second' feature, this designation serves to distinguish between two similar features without establishing a ranking.

BezugszeichenlisteReference List

11
Kühlsystemcooling system
22
Achsantriebsstrangfinal drive train
33
Kraftfahrzeugmotor vehicle
44
Öl-Kühlkreislaufoil cooling circuit
55
Wasser-Kühlkreislaufwater cooling circuit
66
Wärmetauscherheat exchanger
77
Kühlwassereingangcooling water inlet
88th
Kühlwasserausgangcooling water outlet
99
Druckausgleichsbehältersurge tank
1010
Druckraumpressure room
1111
Druckraumpressure room
1212
Gasfüllunggas filling
1313
Pumpepump
1414
Kopplungselementcoupling element
1515
Membranmembrane
1616
Inverterinverters
1717
Wärmetauscherheat exchanger
1818
Kühlöleingangcooling oil inlet
1919
Kühlölausgang cooling oil outlet
3030
elektrische Maschine electric machine
4040
Getriebeanordnunggear arrangement

Claims (10)

Kühlsystem (1), insbesondere für einen elektrischen Achsantriebsstrang (2) eines Kraftfahrzeugs (3), umfassend • einen geschlossenen Öl-Kühlkreislauf (4), • einen vom Öl-Kühlkreislauf (4) fluidisch getrennten Wasser-Kühlkreislauf (5), sowie • einen im Öl-Kühlkreislauf (4) integrierten ersten Wärmetauscher (6), welcher einen Kühlwassereingang (7) und einen Kühlwasserausgang (8) zum Anschluss des Wasser-Kühlkreislaufs (5) aufweist, so dass ein Wärmeaustausch innerhalb des ersten Wärmetauschers (6) zwischen dem Öl-Kühlkreislauf (4) und dem Wasser-Kühlkreislauf (5) ermöglicht ist, dadurch gekennzeichnet, dass in dem geschlossenen Öl-Kühlkreislauf (4) ein geschlossener Druckausgleichsbehälter (9) integriert ist, welcher einen durch eine dehnbare Membran (15) getrennten ersten Druckraum (10) und zweiten Druckraum (11) aufweist, wobei der erste Druckraum (10) mit dem geschlossenen Öl-Kühlkreislauf (4) fluidisch verbunden ist und in dem geschlossenen zweiten Druckraum (11) eine Gasfüllung (12) bevorratet ist, so dass im Betrieb des Kühlsystems (1) ein Überdruck in dem geschlossenen Öl-Kühlkreislauf (4) gegenüber dem Wasser-Kühlkreislauf (5) einstellbar ist.Cooling system (1), in particular for an electric axle drive train (2) of a motor vehicle (3), comprising • a closed oil cooling circuit (4), • a water cooling circuit (5) that is fluidically separate from the oil cooling circuit (4), and • a first heat exchanger (6) integrated in the oil cooling circuit (4), which has a cooling water inlet (7) and a cooling water outlet (8) for connecting the water cooling circuit (5), so that heat can be exchanged within the first heat exchanger (6) between the oil-cooling circuit (4) and the water-cooling circuit (5), characterized in that a closed pressure-equalizing tank (9) is integrated in the closed oil-cooling circuit (4), which first pressure chamber (10) and second pressure chamber (11), the first pressure chamber (10) being fluidically connected to the closed oil cooling circuit (4) and in the closed second pressure chamber (11) a gas filling (12 ) is stored, so that during operation of the cooling system (1) an overpressure in the closed oil cooling circuit (4) compared to the water cooling circuit (5) can be adjusted. Kühlsystem (1), nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasfüllung (12) ein reaktionsträges Gas oder eine reaktionsträge Gasmischung ist, insbesondere Stickstoff oder eine Stickstoff enthaltene Mischung.Cooling system (1), after claim 1 , characterized in that the gas filling (12) is an inert gas or an inert gas mixture, in particular nitrogen or a mixture containing nitrogen. Kühlsystem (1), nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Überdruck in dem geschlossenen Öl-Kühlkreislauf (4) gegenüber dem Wasser-Kühlkreislauf (5) auf 1-1.5 bar einstellbar ist.Cooling system (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the excess pressure in the closed oil cooling circuit (4) compared to the water cooling circuit (5) can be adjusted to 1-1.5 bar. Kühlsystem (1), nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitsbereich des ersten Wärmetauschers (6) zwischen -40°C und 85°C eingestellt ist und ein Kühlöl in dem geschlossenen Öl-Kühlkreislauf (4) eine entsprechend thermisch bedingte Volumenänderung erfährt.Cooling system (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the working range of the first heat exchanger (6) is set between -40°C and 85°C and a cooling oil in the closed oil cooling circuit (4) has a correspondingly thermally conditioned undergoes volume change. Kühlsystem (1), nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Wärmetauscher (6) und der Druckausgleichsbehälter (9) eine bauliche Einheit bilden.Cooling system (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the first heat exchanger (6) and the pressure equalization tank (9) form a structural unit. Kühlsystem (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Öl-Kühlkreislauf (4) eine Pumpe (13) angeordnet ist und die Pumpe (13) und der erste Wärmetauscher (6) eine bauliche Einheit bilden.Cooling system (1) according to one of the preceding claims, characterized in that a pump (13) is arranged in the oil cooling circuit (4) and the pump (13) and the first heat exchanger (6) form a structural unit. Kühlsystem (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlsystem (1) ein hydraulisches Kopplungselement (14) umfasst, an dem die Pumpe (13) und/oder der erste Wärmetauscher (6) und/oder der Druckausgleichsbehälter (9) und/oder der Kühlwassereingang (7) und/oder der Kühlwasserausgang (8) angeordnet ist.Cooling system (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the cooling system (1) comprises a hydraulic coupling element (14) on which the pump (13) and/or the first heat exchanger (6) and/or the pressure equalization tank (9 ) and/or the cooling water inlet Gang (7) and / or the cooling water outlet (8) is arranged. Kühlsystem (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der geschlossene Öl-Kühlkreislauf (4) zumindest abschnittsweise in einem mit einer elektrischen Maschine (30) koppelbarem Inverter (16) verläuft.Cooling system (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the closed oil cooling circuit (4) runs at least in sections in an inverter (16) which can be coupled to an electrical machine (30). Kühlsystem (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Wasser-Kühlkreislauf (5) ein zweiter Wärmetauscher (17) angeordnet ist.Cooling system (1) according to one of the preceding claims, characterized in that a second heat exchanger (17) is arranged in the water cooling circuit (5). Elektrisch betreibbarer Achsantriebsstrang (2) eines Kraftfahrzeugs (3) umfassend eine elektrische Maschine (30) und eine Getriebeanordnung (40), wobei die elektrische Maschine (30) und die Getriebeanordnung (40) eine bauliche Einheit bilden, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrisch betreibbare Achsantriebsstrang (2) ein Kühlsystem (1) nach einem der vorherigen Ansprüche umfasst.Electrically operable final drive train (2) of a motor vehicle (3) comprising an electric machine (30) and a gear arrangement (40), the electric machine (30) and the gear arrangement (40) forming a structural unit, characterized in that the electrically operable Final drive train (2) comprises a cooling system (1) according to any one of the preceding claims.
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