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Die Erfindung betrifft ein elektrisches Antriebssystem für ein Elektrofahrzeug, mit zumindest einer elektrischen Maschine mit einem Stator und einem Rotor, einem Getriebe, welches antriebsseitig mit dem Rotor der elektrischen Maschine verbunden ist, zumindest einem Stromrichter zum Bestromen des Stators der elektrischen Maschine, wobei der Stromrichter durch einen Fahrzeug-Kühlmittelkreislauf kühlbar ist, einem Motor-Kühlmittelkreislauf zur Kühlung der elektrischen Maschine, und einem Schmiermittelkreislauf zur Schmierung und Kühlung des Getriebes und der elektrischen Maschine.
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Derartige elektrische Antriebssysteme sind allgemein bekannt und werden zum Antrieb von Elektrofahrzeugen eingesetzt. Das elektrische Antriebssystem umfasst üblicherweise mindestens eine elektrische Maschine mit einem Stator und einem Rotor, wobei der Rotor über ein Getriebe mit einer Antriebsachse des Elektrofahrzeugs drehmomentübertragend verbunden ist. Zur Bereitstellung von elektrischer Energie und zum Betreiben der elektrischen Maschine weist das Elektrofahrzeug eine Traktionsbatterie auf, wobei die Traktionsbatterie über einen Stromrichter mit der elektrischen Maschine elektrisch gekoppelt ist.
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Im Betrieb des Elektrofahrzeugs erwärmen sich die elektrische Maschine, der Stromrichter und die Traktionsbatterie und müssen gekühlt werden. Hierbei sind unterschiedliche Kühlsysteme bekannt, wobei die elektrische Maschine, die Traktionsbatterie und der Stromrichter jeweils einen eigenen, separaten Kühlmittelkreislauf aufweisen können. Anderenfalls kann ein gemeinsamer Kühlmittelkreislauf für alle Komponenten vorgesehen werden. So kann beispielsweise die elektrische Maschine und der Stromrichter durch einen gemeinsamen Kühlmittelkreislauf und die Traktionsbatterie durch einen separaten Kühlmittelkreislauf gekühlt werden. Außerdem können die Kühlsysteme dadurch variieren, dass die Komponenten direkt, d.h. insbesondere die stromleitenden und wärmeerzeugenden Komponenten werden direkt durch ein Kühlmittel, insbesondere ein dielektrisches Kühlmittel, umströmt, oder indirekt, beispielsweise mittels eines Kühlmantels, gekühlt werden.
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Zusätzlich zur Kühlung der Komponenten ist üblicherweise ein Schmiermittelkreislauf vorgesehen, durch welchen insbesondere das Getriebe des elektrischen Antriebssystems und die bewegenden Komponenten der elektrischen Maschine geschmiert werden, um den Verschleiß zwischen zwei, relativ zueinander bewegenden Komponenten zu reduzieren. Dabei werden insbesondere die Zahnräder und die Lagerelemente des Getriebes sowie die Lagerelemente der elektrischen Maschine mit dem Schmiermittel versorgt. Der Schmiermittelkreislauf dient oftmals zusätzlich der Kühlung der elektrischen Maschine. Dabei verläuft der Schmiermittelkreislauf beispielsweise durch den Rotor und/oder Stator der elektrischen Maschine und kühlt die elektrische Maschine in Betrieb.
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Des Weiteren weisen die Elektrofahrzeuge, wie auch Kraftfahrzeuge mit anderen Antriebssystemen, einen Fahrzeug-Kühlmittelkreislauf auf, welcher der Kühlung anderen Komponenten des Elektrofahrzeugs und insbesondere der Klimatisierung eines Fahrgastraums des Elektrofahrzeugs dient.
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Die
DE 10 2018 209 340 B3 offenbart beispielsweise ein Kühlsystem für ein elektrisches Antriebssystem eines Elektrofahrzeugs. Das elektrische Antriebssystem weist eine elektrische Maschine, einen Stromrichter und ein Getriebe auf. Zur Kühlung des Stromrichters und eines Stators der elektrischen Maschine weist das Kühlsystem einen Kühlkreislauf auf. Weiterhin weist das Kühlsystem einen Schmiermittelkreislauf zur Schmierung des Getriebes und zur Kühlung des Rotors der elektrischen Maschine auf. Der Kühlmittelkreislauf und der Schmiermittelkreislauf sind dauerhaft über einen Wärmetauscher thermisch miteinander gekoppelt. Die thermische Kopplung des Schmiermittelkreislaufs und des Kühlmittelkreislaufs dient insbesondere der Absenkung der Verluste am Getriebe im Kaltstartbetrieb des Elektrofahrzeugs, wobei die Temperatur des Schmiermittels, insbesondere bei niedrigen Außentemperaturen, relativ gering ist und dadurch die Viskosität des Schmiermittels relativ hoch ist. Die relativ hohe Viskosität führt zu erhöhten Verlusten innerhalb des Getriebes, wobei die hohe Viskosität zu hohen Schleppverlusten an den zu schmierenden Lagern und Zahnrädern führt. Durch die thermische Kopplung zwischen dem Kühlmittelkreislauf, wobei sich das Kühlmittel bereits in der Kaltstartphase durch die Abwärme des Stromrichters erwärmt, und dem Schmiermittelkreislauf wird das Schmiermittel durch die Abwärme des Stromrichters erwärmt und die Viskosität des Schmiermittels reduziert. Dadurch werden die Verluste des Getriebes in der Kaltstartphase reduziert.
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Nachteilig an der in
DE 10 2018 209 340 B3 beschriebenen Ausgestaltung ist, dass die Kühlung des Rotors relativ gering ist, da die im Betrieb des Rotors entstehende Wärme an das Schmiermittel abgegeben wird, wobei die vom Schmiermittel aufgenommene Wärme wiederum über den Wärmetauscher an das bereits durch den Stromrichter erwärmte Kühlmittel angeführt wird. Dadurch, dass das Kühlmittel bereits Wärme vom Stromrichter und dem Stator aufnimmt und damit bereits eine relativ hohe Temperatur im Bereich des Wärmetauschers aufweist, ist der Wärmeübergang zwischen dem Kühlmittel und dem Schmiermittel, welches zur Kühlung des Rotors verwendet wird, relativ gering.
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Die Aufgabe der Erfindung ist daher, ein elektrisches Antriebssystem für ein Elektrofahrzeug bereitzustellen, welches eine hohe Kühlwirkung der elektrischen Maschine und einen verlustarmen Betrieb in allen Betriebsphasen, insbesondere in der Kaltstartphase des elektrischen Antriebssystems, aufweist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein elektrisches Antriebssystem für ein Elektrofahrzeug gemäß Anspruch 1.
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Der Motor-Kühlmittelkreislauf ist über einen ersten Wärmetauscher und der Schmiermittelkreislauf ist über einen zweiten Wärmetauscher mit dem Fahrzeug-Kühlmittelkreislauf thermisch koppelbar, wodurch ein Wärmeübergang zwischen dem Kühlmittel des Fahrzeug-Kühlmittelkühlkreises und dem Kühlmittel des Motor-Kühlmittelkreislaufs sowie getrennt davon ein Wärmeübergang zwischen dem Kühlmittel des Fahrzeug-Kühlmittelkreislauf und dem Schmiermittel des Schmiermittelkreislaufs je nach Anforderung erfolgen kann.
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Der Fahrzeug-Kühlmittelkreislauf weist ein Ventil auf, welches zwei Stellungen aufweist, wobei in einer ersten Stellung des Ventils ein erster Kühlmittelpfad des Fahrzeug-Kühlmittelkreislaufs einstellbar ist und in der zweiten Stellung des Ventils ein zweiter Kühlmittelpfad und ein dritter Kühlmittelpfad des Fahrzeug-Kühlmittelkreislaufs einstellbar sind.
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Im ersten Kühlmittelpfad durchströmt das Kühlmittel den Stromrichter, den ersten Wärmetauscher und den zweiten Wärmetauscher, wobei der zweite Wärmetauscher in Strömungsrichtung des Kühlmittels hinter dem Stromrichter und dem ersten Wärmetauscher angeordnet ist. Damit durchströmt das Kühlmittel zunächst den Stromrichter und den ersten Wärmetauscher, wobei die Durchströmungsreihenfolge zwischen dem Stromrichter und dem ersten Wärmetauscher beliebig gewählt werden kann, und anschließend den zweiten Wärmetauscher. Dadurch können die Verluste innerhalb des Getriebes in der Kaltstartphase reduziert werden, indem das durch den ersten Kühlmittelpfad strömende Kühlmittel des Fahrzeug-Kühlmittelkreislaufs zunächst die Abwärme des aktiven Stromrichters und der aktiven elektrischen Maschine aufnimmt und dadurch erwärmt wird, wobei die durch das Kühlmittel aufgenommene Wärme zumindest teilweise über den zweiten Wärmetauscher an das Schmiermittel übertragen wird. Dadurch erwärmt sich das Schmiermittel und die Viskosität des Schmiermittels sinkt.
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Im zweiten Kühlmittelpfad durchströmt das Kühlmittel den Stromrichter und den ersten Wärmetauscher und im dritten Kühlmittelpfad durchströmt das Kühlmittel den zweiten Wärmetauscher, wobei die Durchströmung des Kühlmittels der beiden Kühlmittelpfade parallel erfolgt. Auf diese Weise werden sowohl der Stromrichter und der erste Wärmetauscher als der zweite Wärmetauscher gleichermaßen mit dem Fahrzeug-Kühlmittelkreislauf thermisch gekoppelt, wodurch eine Wärmeabfuhr vom Schmiermittel und dem Kühlmittel des Motors-Kühlmittelkreislaufs erfolgt, so dass sowohl durch den Schmiermittelkreislauf als auch durch den Motor-Kühlmittelkreislauf eine hohe und zuverlässige Kühlwirkung der elektrischen Maschine gewährleistet werden kann.
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Vorzugsweise weist der Motor-Kühlmittelkreislauf einen Ausgleichsbehälter auf, wobei der Ausgleichsbehälter geodätisch oberhalb der elektrischen Maschinen angeordnet ist. Der Motor-Kühlmittelkreislauf ist ein geschlossener Kühlmittelkreislauf. Der Ausgleichsbehälter dient der kontinuierlichen Entlüftung des geschlossenen Motor-Kühlmittelkreislaufs und dem Ausgleich der Volumenänderung des Kühlmittels bei sich ändernden Kühlmitteltemperaturen. Der Ausgleichsbehälter ist geodätisch oberhalb der elektrischen Maschine bzw. der Ausgleichsbehälter ist geodätisch am höchsten Punkt des Motor-Kühlmittelkreislaufs angeordnet, wodurch die Entlüftung des Motor-Kühlkreislaufs jederzeit gewährleistet ist.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung weist der Schmiermittelkreislauf ein Schmiermittel-Ventil zur Steuerung des Schmiermittelvolumenstroms auf. Durch das Schmiermittel-Ventil kann der Schmiermittelvolumenstrom in Richtung der elektrischen Maschine bedarfsgerecht eingestellt werden, wobei beispielsweise bei einem hohen, angeforderten Kühlbedarf der elektrischen Maschine ein hoher Volumenstrom des Schmiermittels mittels des Ventils eingestellt wird. Sollen durch das Schmiermittel bevorzugt die Getriebekomponenten und die Lagerelemente des Getriebes und der elektrischen Maschine geschmiert werden und die Kühlung der elektrischen Maschine geringgehalten werden, kann über das Schmiermittel-Ventil ein geringer Volumenstrom des Schmiermittels eingestellt werden. Dadurch kann die Kühl- und Schmierwirkung auf eine effiziente Weise erfolgen.
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Vorzugsweise weist der Schmiermittelkreislauf eine Pumpe auf und das Schmiermittel-Ventil weist einen in Schließrichtung vorgespannten, insbesondere federvorgespannten, Ventilkörper auf, wobei der Ventilkörper mittels eines durch die Pumpe erzeugten Pumpendrucks zwischen zwei Stellungen verstellbar ist. Durch eine derartige Ausgestaltung kann der Volumenstrom des Schmiermittels auf eine einfache und kostengünstige Weise lediglich durch die Veränderung des durch die Pumpe erzeugten Drucks eingestellt werden.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung weist der Motor-Kühlmittelkreislauf ausschließlich einen Kühlmittelpfad durch den Stator der elektrischen Maschine auf. Dadurch kann der Stator, in welchem ein großer Teil der Abwärme im Betrieb der elektrischen Maschine entsteht, zuverlässig gekühlt werden. Die Wärme entsteht insbesondere an den Statorwicklungen, wobei die Statorwicklungen vorzugsweise durch das Kühlmittel, insbesondere ein dielektrisches Kühlmittel, direkt umströmt sind und dadurch gekühlt werden.
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Vorzugsweise weist der Schmiermittelkreislauf einen Schmiermittel-Kühlmittel-Pfad auf, welcher sich durch das Getriebe und den Rotor der elektrischen Maschine erstreckt. Dadurch wird durch das Schmiermittel ausschließlich der Rotor der elektrischen Maschine gekühlt. Die Kühlung der elektrischen Maschine wird derart aufgeteilt, dass der hohe Kühlbedarf am Stator durch den Motor-Kühlmittelkreislauf abgedeckt wird und der relativ niedrige Kühlbedarf am Rotor der elektrischen Maschine durch den Schmiermittelkreislauf übernommen wird. Auf diese Weise können beide Komponenten der elektrischen Maschine, d.h. der Stator und der Rotor, zuverlässig gekühlt werden, wobei die dazu benötigten Kühlkreisläufe einfach ausgeführt werden können.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Ventil als ein 6/2-Wege-Ventil ausgeführt. Dadurch kann das Ventil einfach und kostengünstig ausgeführt werden.
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Vorzugsweise sind eine zweite elektrische Maschine, ein zweiter Stromrichter, ein zweiter Motor-Kühlmittelkreislauf und ein vierter Kühlmittelpfad des Fahrzeug-Kühlmittelkreislaufs vorgesehen, wobei das Kühlmittel im vierten Kühlmittelpfad den zweiten Stromrichter durchströmt und mit einem dritten Wärmetauscher thermisch koppelbar ist. Die beiden elektrischen Maschinen sind beide mit einer Antriebsseite des Getriebes verbunden, wobei im Getriebe die Leistungen der beiden elektrischen Maschinen summiert werden können und dadurch eine relativ hohe Antriebsleistung an einer Abtriebsseite des Getriebes und damit zum Antrieb des Elektrofahrzeugs zur Verfügung gestellt werden kann. Dadurch kann das Elektrofahrzeug mit einem leistungsstärkeren elektrischen Antriebssystem ausgestattet werden, wobei die Kühlung und die Schmierung aller Komponenten auf eine einfache und kostengünstige Weise gewährleistet sind.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung ist ein Rotor der zweiten elektrischen Maschine mit dem Getriebe drehmomentübertragend verbunden, wobei der Schmiermittel-Kühlmittelpfad des Schmiermittelkreislaufs sich durch die zweite elektrische Maschine erstreckt. Dadurch können durch den Schmiermittelkreislauf die Komponenten, insbesondere mehrere Lagerelemente, der zweiten elektrischen Maschine geschmiert und die elektrische Maschine als solche, insbesondere der Rotor, gekühlt werden.
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Vorzugsweise ist im ersten Kühlmittelpfad ein Absperrventil vorgesehen, wobei in einer Absperrstellung des Absperrventils das Ventil im Fahrzeug-Kühlmittelkreislauf in der zweiten Stellung angeordnet ist und in einer Offenstellung des Absperrventils das Ventil im Fahrzeug-Kühlmittelkreislauf in erster Stellung angeordnet ist. Durch einen relativ langen Ladevorgang einer Traktionsbatterie des Elektrofahrzeugs kann das Schmiermittel abkühlen, wodurch die Viskosität des Schmiermittels ansteigt. Die angestiegene Viskosität führt zu einer Erhöhung der Schleppverluste beim Wiederanlauf des elektrischen Antriebssystems und einen daran anschließenden Niedrig- und Teillastbetrieb. Beim Aufladen der Traktionsbatterie erwärmt sich die Traktionsbatterie, wobei die Traktionsbatterie durch den Fahrzeug-Kühlmittelkreislauf gekühlt wird. Das erwärmte Kühlmittel des Fahrzeug-Kühlmittelkreislaufs durchströmt anschließend den zweiten Wärmetauscher, wodurch das Schmiermittel erwärmt wird und die Viskosität des Schmiermittels reduziert wird. Dadurch können die Schleppverluste beim Wiederanlauf der elektrischen Maschine und im anschließenden Teil- und Niedriglastbetrieb reduziert werden. Das Ventil ist dabei in die zweite Stellung geschaltet und das Absperrventil ist in ihre Absperrstellung geschaltet, wobei in der Absperrstellung ein Kühlmittelstrom durch den Stromrichter und den ersten Wärmetauscher unterbunden wird und das gesamte, erwärmte Kühlmittel zum zweiten Wärmetauscher strömt.
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Vorzugsweise ist im dritten Kühlmittelpfad ein Zuheizer vorgesehen, wodurch das Kühlmittel aufgeheizt werden kann und dadurch die Viskosität des Schmiermittels reduziert werden kann.
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Durch das elektrische Antriebssystem kann die Kühlung des Antriebssystems gewährleistet werden und die Schleppverluste, insbesondere im Getriebe, können in einer Kaltstartphase und einer darauffolgenden Teil- und Niedriglastphase zuverlässig reduziert werden.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert.
- Die 1 und 2 zeigen schematisch eine erste Ausführungsform des elektrischen Antriebssystems, und
- die 3 zeigt schematisch eine zweite Ausführungsform des elektrischen Antriebssystems.
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1 zeigt ein elektrisches Antriebssystem 10 eines Elektrofahrzeugs. Das elektrische Antriebssystem 10 weist eine elektrische Maschine 12 auf, welche einen Rotor 14 und einen Stator 16 umfasst. Der Stator 16 weist eine Statorwicklung auf, welche über einen Stromrichter 20, insbesondere einen Pulswechselrichter, mit einer in den Figuren nicht gezeigte Traktionsbatterie des Elektrofahrzeugs elektrisch verbunden ist. Der Rotor 14 ist über mehrere Lagerelemente drehbar gelagert und abtriebsseitig mit einer Eingangswelle eines Getriebes 30 drehmomentübertragend verbunden. Das Getriebe 30 ist wiederum abtriebsseitig mit einer Antriebsachse des Elektrofahrzeugs drehmomentübertragend verbunden. Damit treibt die elektrische Maschine 12 im Betrieb über das Getriebe, welches beispielsweise ein 2-Gang-Getriebe ist, die Antriebsachse an, wodurch eine Fortbewegung des Elektrofahrzeugs bewirkt wird.
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Die elektrische Maschine 12 erwärmt sich im Betrieb und muss gekühlt werden, um ordnungsgemäß betrieben zu werden. Zur Kühlung der elektrischen Maschine 12 ist unter anderem ein Motor-Kühlmittelkreislauf 40 vorgesehen. Der Motor-Kühlmittelkreislauf 40 ist ein in sich geschlossenen Kreislauf und erstreckt sich hauptsächlich durch den Stator 16 der elektrischen Maschine 12. Der Motor-Kühlmittelkreislauf 40 weist eine Pumpe 42 auf, welche eine Zirkulation eines Kühlmittels bewirkt, wobei das Kühlmittel die von dem Stator 16 abgegebene Wärme aufnimmt und vom Stator 16 abführt. Der Motor-Kühlmittelkreislauf 40 weist außerdem einen ersten Wärmetauscher 44 auf, welcher vom Kühlmittel durchströmt ist. Der Wärmetauscher 44 wird außerdem von einem Kühlmittel eines Fahrzeug-Kühlmittelkreislaufs 50 durchströmt, wobei im Wärmetauscher 44 ein Wärmeübergang zwischen dem durch den Motor-Kühlmittelkreislauf 40 strömenden, erwärmten Kühlmittel und dem durch den Fahrzeug-Kühlmittelkreislauf 50 strömenden Kühlmittel erfolgt. Dadurch wird die im Betrieb des Stators 16 entstehende Wärme über den Motor-Kühlmittelkreislauf 40 an den Fahrzeug-Kühlmittelkreislauf 50 übertragen. Der Motor-Kühlmittelkreislauf 40 weist des Weiteren einen Ausgleichsbehälter 46 auf, welcher geodätisch oberhalb der elektrischen Maschine 12 angeordnet ist. Der Ausgleichsbehälter 46 dient der kontinuierlichen Entlüftung des geschlossenen Motor-Kühlmittelkreislaufs 40 und dem Ausgleich der Volumenänderung des Kühlmittels bei sich ändernden Kühlmitteltemperaturen. Die Anordnung des Ausgleichsbehälters 46 geodätisch oberhalb der elektrischen Maschine 12, d.h. der Ausgleichsbehälter 46 ist geodätisch am höchsten Punkt des Motor-Kühlmittelkreislaufs 40 angeordnet, gewährleistet, dass die Entlüftung des Motor-Kühlreislaufs 40 jederzeit erfolgen kann.
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Der Fahrzeug-Kühlmittelkreislauf 50 dient der Kühlung unterschiedlicher Komponenten des Elektrofahrzeugs, insbesondere der Kühlung der in den Figuren nicht gezeigten Traktionsbatterie. Der Stromrichter 20 wird ebenfalls durch den Fahrzeug-Kühlmittelkreislauf 50 gekühlt.
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Das elektrische Antriebssystem 10 weist weiterhin einen Schmiermittelkreislauf 60 auf, welcher insbesondere der Schmierung des Getriebes 30 dient. Dabei wird ein Schmiermittel an unterschiedlichen Stellen des Getriebes 30, insbesondere an die Lagerelemente und an die Zahnradpaarungen, gefördert, wobei das Schmiermittel an den Lagerelementen und Zahnradpaarungen die Reibung und damit den Verschleiß reduziert. Der Schmiermittelkreislauf 60 weist außerdem einen Schmiermittelpfad 62 auf, welcher sich in die elektrische Maschine 12 bzw. in den Rotor 14 der elektrischen Maschine 10 erstreckt. Der Schmiermittelpfad 62 dient der Kühlung des Rotors 14 und der Schmierung von Lagerelementen des Rotors 14.
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Der Schmiermittelkreislauf 60 weist einen zweiten Wärmetauscher 64 auf, welcher einerseits durch das Schmiermittel und andererseits durch das Kühlmittel des Fahrzeug-Kühlmittelkreislaufs 50 durchströmt ist. Dadurch erfolgt eine Wärmeübertragung zwischen dem Schmiermittel und dem Kühlmittel des Fahrzeug-Kühlmittelkreislaufs 50. Der Schmiermittelkreislauf 60 weist außerdem eine Pumpe 66 und ein Schmiermittelventil 68 auf, wobei das Schmiermittel-Ventil 68 in dem Schmiermittelpfad 62 angeordnet ist. Das Schmiermittel-Ventil 68 ist als Rückschlagventil ausgeführt und weist einen federvorgespannten Ventilkörper auf. Durch das Schmiermittel-Ventil 68 kann der Schmiermittelvolumenstrom durch den Schmiermittelpfad 62 lediglich durch den durch die Pumpe 66 erzeugten Druck eingestellt werden, wobei bei einem hohen, von der Pumpe 66 erzeugten Druck das Schmiermittel-Ventil 68 weiter öffnet und dadurch der Schmiermittelvolumenstrom im Schmiermittelpfad 62 relativ hoch ist. Bei einem relativ geringen Pumpendruck ist das Schmiermittel-Ventil 68 geschlossen bzw. geringfügig geöffnet.
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Erfindungsgemäß weist der Fahrzeug-Kühlmittelkreis 50 ein Ventil 52 auf, welches zwischen einer ersten und einer zweiten Stellung verstellbar ist.
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In einer ersten Stellung des Ventils 52 ist ein erster Kühlmittelpfad 54 des Fahrzeug-Kühlmittelkreislaufs 50 eingestellt, wobei der erste Kühlmittelpfad 54 sich durch den Stromrichter 20, den ersten Wärmetauscher 44 und den zweiten Wärmetauscher 64 erstreckt. Eine derartige Strömung des Kühlmittels durch den Fahrzeug-Kühlmittelkreislaufs 50 dient der Erwärmung des Schmiermittels bei einer Kaltstartphase des elektrischen Antriebssystems 10. Üblicherweise weist das Schmiermittel in der Kaltstartphase, insbesondere bei niedrigen Umgebungstemperaturen, eine relativ niedrige Temperatur und dadurch eine hohe Viskosität auf. Die hohe Viskosität verursacht hohe Schleppverluste im Getriebe 30 und in den Lagerelementen der elektrischen Maschine 12. Dadurch, dass das Kühlmittel zunächst den Stromrichter 20 und den ersten Wärmetauscher 44 durchströmt, erwärmt sich das Kühlmittel des Fahrzeug-Kühlmittelkreislaufs 50, wobei das erwärmte Kühlmittel anschließend den zweiten Wärmetauscher 64 durchströmt und dadurch das Schmiermittel erwärmt wird. Durch die Erwärmung des Schmiermittels wird die Viskosität des Schmiermittels reduziert, wodurch die Schleppverluste in der Kaltstartphase des elektrischen Antriebssystems 10 reduziert werden.
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In der zweiten Stellung des Ventils 52, welche in 2 gezeigt ist, sind ein zweiter Kühlmittelpfad 56 und ein dritter Kühlmittelpfad 58 des Fahrzeug-Kühlmittelkreislaufs 50 eingestellt. Der zweite Kühlmittelpfad 56 erstreckt sich vorliegend ausschließlich durch den Stromrichter 20 und den ersten Wärmetauscher 44. Der dritte Kühlmittelpfad 58 erstreckt sich ausschließlich durch den zweiten Wärmetauscher 64, wobei der Stromrichter 20 und der erste Wärmetauscher 44 parallel zum zweiten Wärmetauscher 64 mit Kühlmittel des Fahrzeug-Kühlmittelkreislaufs 50 durchströmt werden. Dadurch wird eine maximale Wärmeabführung vom Schmiermittel und vom Kühlmittel des Motor-Kühlmittelkreislaufs 40 ermöglicht, so dass der Stator 16 durch den Motor-Kühlmittelkreislauf 40 zuverlässig gekühlt wird und der Rotor 14 durch den Schmiermittelkreislauf 60 zuverlässig gekühlt wird. Hierbei wird die Pumpe 66 derart angesteuert, dass diese einen hohen Druck erzeugt und sich für eine hohe Kühlung des Rotors 14 ein hoher Volumenstrom durch den Schmiermittelpfad 62 einstellt.
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Der Fahrzeug-Kühlmittelkreislauf 50 weist zusätzlich ein Absperrventil 70 auf, welches in den 1 und 2 in einer Offenstellung gezeigt ist und in dem ersten Kühlmittelpfad 54 und in Strömungsrichtung des Kühlmittels vor dem Stromrichter 20 und der elektrischen Maschine 12 angeordnet ist. Das Absperrventil 70 dient in seiner Absperrstellung der erhöhten Erwärmung des Schmiermittels durch das Kühlmittel des Fahrzeug-Kühlmittelkreislaufs 50 beim Ladevorgang der Traktionsbatterie, wobei die Traktionsbatterie sich im Ladevorgang erwärmt und die Wärme an das Kühlmittel des Fahrzeug-Kühlmittelkreislaufs 50 abgibt. Das Kühlmittel strömt anschließend durch den zweiten Wärmetauscher 64 und erwärmt das Schmiermittel, wodurch die Viskosität des Schmiermittels reduziert wird. Durch das geschlossene Absperrventil 70 wird eine Strömung durch den Stromrichter 20 und die elektrische Maschine 12 verhindert, wodurch die gesamte, von der Traktionsbatterie auf das Kühlmittel übertragene Wärme zum Erwärmen des Schmiermittels genutzt werden kann. Weiterhin ist ein Zuheizer 72 vorgesehen, wodurch das Kühlmittel des Fahrzeug-Kühlmittelkreislaufs 50 zusätzlich erwärmt werden kann, um das Schmiermittel dadurch zu erwärmen.
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Die 3 zeigt eine zweite Ausführungsform eines elektrischen Antriebssystems 10. Der entscheidende Unterschied zur ersten Ausführungsform ist, dass eine zweite elektrische Maschine 82 mit einem Stator 84 und einem Rotor 86, ein zweiter Stromrichter 88 und ein zweiter Motor-Kühlmittelkreislauf 90 vorgesehen sind. Der Rotor 86 ist drehmomentübertragend mit der Antriebswelle des Getriebes 30 verbunden, wobei sich der Schmiermittelpfad 62 auch durch den Rotor 86 erstreckt. Der zweite Motor-Kühlmittelkreislauf 90 weist eine Pumpe 92 und einen dritten Wärmetauscher 94 auf, wobei das Kühlmittel des zweiten Motor-Kühlmittelkreislaufs 90 durch den Stator 84 strömt und diesen kühlt. Der dritte Wärmetauscher 94 ist durch das Kühlmittel des zweiten Motor-Kühlmittelkreislaufs 90 und durch das Kühlmittel eines vierten Kühlmittelpfads 96 des Fahrzeug-Kühlmittelpfads 50 durchströmt, so dass die im Stator 84 entstehende Wärme über den dritten Wärmetauscher 94 an das Kühlmittel des Fahrzeug-Kühlmittelkreislaufs 50 abgeführt wird.
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Durch ein derartiges elektrisches Antriebssystem 10, 80 kann die Kühlung des elektrischen Antriebssystems 10, 80 gewährleistet werden und die Schleppverluste, insbesondere im Getriebe, können in einer Kaltstartphase und einer darauffolgenden Teil- und Niedriglastphase zuverlässig reduziert werden.
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Es sind auch andere konstruktive Ausführungsformen als die beschriebenen Ausführungsformen möglich, die in den Schutzbereich des Hauptanspruchs fallen.
