DE102021120855A1

DE102021120855A1 - Temperierkreislauf für ein Elektrokraftrad und Elektrokraftrad

Info

Publication number: DE102021120855A1
Application number: DE102021120855.6A
Authority: DE
Inventors: Jan Konrad; Daniel Reinhardt
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2021-08-11
Filing date: 2021-08-11
Publication date: 2023-02-16
Also published as: CN117377581A; WO2023016822A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Temperierkreislauf (1) für ein Elektrokraftrad, mit einem Motorkühlkreislauf (2), der einen Antriebselektromotor (5) und einen Motor-Umgebungsluftkühler (6) aufweist; einem Speicherkühlkreislauf (8), der eine Traktionsbatterie (9) und einen Speicher-Umgebungsluftkühler (10) aufweist, einer Ventileinrichtung (14, 15) zum Schalten zwischen einem Kühlmodus, in dem der Motorkühlkreislauf (2) und der Speicherkühlkreislauf (8) unabhängig voneinander ohne Temperierfluidaustausch miteinander durchströmbar verschaltet sind, und einem Heizmodus in dem der Motorkühlkreislauf (2) und der Speicherkühlkreislauf (8) miteinander verbunden sind, so dass sich ein Temperierkreislauf (16) ausbildet, bei dem der Antriebselektromotor (5) und die Traktionsbatterie (9), unter Umgehung des Motor-Umgebungsluftkühlers (6) und des Speicher-Umgebungsluftkühlers (10), durchströmbar sind. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Steuern solch eines Temperierkreislaufs (1) sowie ein Elektrokraftrad mit solch einem Temperierkreislauf (1).

Description

Die Erfindung betrifft einen Temperierkreislauf mit einem Antriebselektromotor und einer Traktionsbatterie für ein Elektrokraftrad. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Elektrokraftrad mit einem solchen Temperierkreislauf.
Es sind Elektrokrafträder bekannt, deren Traktionsbatterie entweder passiv gekühlt wird, d.h. mittels der Umgebungsluft Abwärme der Traktionsbatterie abtransportiert wird, oder mittels einer Wasserkühlung gekühlt wird. Die Möglichkeiten der Kühlung der Traktionsbatterie sind bei einem Elektrokraftrad deutlich eingeschränkter als bei einem Auto, da bei beim Kraftrad sehr wenig Bauraum zur Verfügung steht und der bei Autos in der Regel ohnehin für Klimatisierungszwecke vorhandene Kältemittelkreislauf fehlt. Insofern sind Traktionsbatterie-Kühlkreisläufe für Autos nur selten auf eine Verwendung in Elektrokrafträdern übertragbar.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine verbesserte Temperierung von Antriebkomponenten für ein Elektrokraftrad bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch einen Temperierkreislauf gemäß Anspruch 1, ein Elektrokraftrad gemäß Anspruch 6 sowie ein Verfahren gemäß Anspruch 7 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Temperierkreislauf für ein Elektrokraftrad bereitgestellt, mit einem Motorkühlkreislauf, der einen Antriebselektromotor und einen Motor-Umgebungsluftkühler aufweist; einem Speicherkühlkreislauf, der eine Traktionsbatterie und einen Speicher-Umgebungsluftkühler aufweist, einer Ventileinrichtung zum Schalten zwischen einem Kühlmodus, in dem der Motorkühlkreislauf und der Speicherkühlkreislauf unabhängig voneinander ohne Temperierfluidaustausch miteinander durchströmbar verschaltet sind, und einem Heizmodus in dem der Motorkühlkreislauf und der Speicherkühlkreislauf miteinander verbunden sind, so dass sich ein Temperierkreislauf ausbildet, bei dem der Antriebselektromotor und die Traktionsbatterie, unter Umgehung des Motor-Umgebungsluftkühlers und des Speicher-Umgebungsluftkühlers, durchströmbar sind. Dieser Temperierkreislauf hat den Vorteil, dass bei kalten Umgebungstemperaturen die Abwärme aus dem Motorkühlkreislauf genutzt werden kann, um die Traktionsbatterie zu beheizen. Dadurch wird der optimale Betriebsbereich der Traktionsbatterie schneller erreicht wird, was sich positiv auf Leistung und Lebensdauer der Batterie auswirkt. Während der Fahrt kann beispielsweise eine Abwärme von dem Antriebselektromotor oder einer Antriebselektronik genutzt werden. Darüber hinaus kann durch die Möglichkeit, den Motorkühlkreislauf und den Speicherkühlkreislauf unabhängig voneinander zu betreiben, verhindert werden, dass bei wärmeren Umgebungsbedingungen, die keine Beheizung der Traktionsbatterie erfordern, eine weitere Aufwärmung der Traktionsbatterie verhindert wird.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist in dem Motorkühlkreislauf eine erste Pumpe und in dem Speicherkreislauf eine zweite Pumpe angeordnet. Dadurch kann eine Durchströmung des Motorkühlkreislaufs und des Speicherkühlkreislauf unabhängig voneinander gesteuert werden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die erste oder zweite Pumpe auch in dem Temperierkreislauf angeordnet. Das heißt, nur eine Pumpe der beiden Pumpen ist in dem Temperierkreislauf angeordnet.
Somit dient eine der beiden Pumpen als Fördermittel zur Steuerung der Durchströmung für zwei Kreisläufe.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung sind der Motorkühlkreislauf und der Speicherkühlkreislauf über zwei Verbindungsleitungen miteinander verbindbar und in einer oder beiden Verbindungsleitungen ist ein Ventil angeordnet, welches die Ventileinrichtung ausbildet. Bei dem/den Ventil(en) kann es sich um ein Absperrventil, welches eine Durchströmung freigibt, sperrt oder teilweise freigibt, oder ein Proportionalventil handeln.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist der Temperierkreislauf ferner ein kraftradeigenes Ladegerät auf, welches sowohl im Motorkühlkreislauf als auch im Temperierkreislauf angeordnet ist. Dies hat den Vorteil, dass auch im Stand des Kraftrads eine Abwärme des kraftradeigenen Ladegerätes zur Beheizung der Traktionsbatterie genutzt werden kann.
Darüber hinaus stellt die vorliegende Erfindung ein Elektrokraftfrad mit solch einem Temperierkreislauf bereit.
Darüber hinaus stellt die Erfindung eine Verfahren zum Betreiben eines solchen Temperierkreislaufs bereit, wobei im Stand der Antriebselektromotor derart angesteuert wird, dass dieser Abwärme erzeugt und diese Abwärme mittels des Temperierkreislaufs zur Traktionsbatterie transportiert wird.
Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben. In dieser Zeichnung ist Folgendes dargestellt:

1 zeigt schematisch einen Temperierkreislauf gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Dieser Temperierkreislauf ist in einem Elektrokraftrad integriert, d.h. einem zumindest zeitweise rein elektrisch angetriebenen Kraftrad. Bei dem Elektrokraftrad handelt es sich beispielsweise um ein elektrisch angetriebenes Motorrad oder einen Motorroller.
Der Temperierkreislauf 1 umfasst einen Motorkühlkreislauf 2, in dem ein kraftradeigenes Ladegerät 3, eine Antriebselektronik 4, ein Antriebselektromotor 5, ein Motor-Umgebungskühler 6 und eine erste Pumpe 7 angeordnet sind. Diese genannten Komponenten sind seriell angeordnet, so dass Temperiermittel durch diese Komponenten in Form eines geschlossenen Kreislaufs zirkulierbar ist.
Das Temperiermittel ist beispielsweise ein übliches Kühlmittel, insbesondere ein mit Additiven versetztes Wasser.
Der Antriebselektromotor 5 wird durch einen oder mehrere Elektromotor(en) zum Antrieb des Kraftrads ausgebildet. Die Antriebselektronik 4 umfasst beispielsweise diverse Leistungselektronikkomponenten.
Darüber hinaus weist der Temperierkreislauf 1 einen Speicherkühlkreislauf 8 auf, der eine Traktionsbatterie 9, einen Speicher-Umgebungsluftkühler 10 und eine zweite Pumpe 11 aufweist. Diese genannten Komponenten sind seriell angeordnet, so dass Temperiermittel durch diese Komponenten in Form eines geschlossenen Kreislaufs zirkulierbar ist.
Über eine erste Verbindungsleitung 12 und eine zweite Verbindungsleitung 13 sind der Motorkühlkreislauf 2 und der Speicherkühlkreislauf 8 wahlweise miteinander verbindbar. Dazu ist in zumindest der Verbindungsleitung 12 oder der Verbindungsleitung 13 ein Ventil 14, 15 vorgesehen. Insbesondere ist in jeder Verbindungsleitung 12, 13 ein Ventil 14, 15 vorgesehen. Bei geschlossenem(n) Ventil(en) 14, 15 können der Motorkühlkreislauf 2 und der Speicherkühlkreislauf 8 unabhängig voneinander in einem Kühlmodus betrieben werden, ohne dass ein Temperiermittelaustausch zwischen ihnen stattfindet. Im Motorkühlkreislauf 2 wird bei aktivierter erster Pumpe 7 Temperiermittel zirkuliert, so dass eine Abwärme des kraftradeigenen Ladegeräts 3, der Antriebselektronik 4 und/oder des Antriebselektromotors 5 über den Motor-Umgebungsluftkühler 6 abgeführt wird. Im Speicherkühlkreislauf 8 wird bei aktivierter zweiter Pumpe 11 Temperiermittel zirkuliert, so dass eine Abwärme der Traktionsbatterie 9 über den Speicher-Umgebungsluftkühler 10 abgeführt wird.
Die erste Verbindungsleitung 12 verbindet insbesondere eine Stelle des Motorkühlkreislaufs 2 stromabwärts des Antriebselektromotors 5 und stromaufwärts des Motor-Umgebungsluftkühlers 6 mit einer Stelle des Speicherkühlkreislaufs 8 stromabwärts der Traktionsbatterie 9 und stromaufwärts des Speicher-Umgebungsluftkühlers 10.
Die zweite Verbindungsleitung 13 verbindet insbesondere eine Stelle des Motorkühlkreislaufs 2 stromabwärts der ersten Pumpe 7 und stromaufwärts des Antriebselektromotors 5, insbesondere auch stromaufwärts des Ladegeräts 3 und der Antriebselektronik 4, mit einer Stelle des Speicherkühlkreislaufs 8 stromabwärts des Speicher-Umgebungsluftkühlers 10 und stromaufwärts der zweiten Pumpe 11.
Bei geöffneten Ventilen 14 und 15, deaktivierter erster Pumpe 7 und aktivierter zweiter Pumpe 11 wird ein Temperierkreislauf 16 ausgebildet, der in 1 mittels einer gestrichelten Linie eingezeichnet ist. Dies ermöglicht einen Heizmodus zum Beheizen der Traktionsbatterie 9. Entlang des Temperierkreislaufs 16 wird der Antriebselektromotor 5, die Antriebselektronik 4, das Ladegerät 3 und die Traktionsbatterie 9 seriell von Temperiermittel durchströmt, so dass Abwärme des Antriebselektromotors 5, der Antriebselektronik 4 und/oder des Ladegeräts 3 in die Traktionsbatterie 9 eingetragen werden, um die Traktionsbatterie zu beheizen.
Üblicherweise erfolgt die Beheizung während der Fahrt durch den Antriebselektromotor 5 und die Antriebselektronik 4 und im Stand durch das Ladegerät 3. Es kann aber beispielsweise auch vorgesehen sein, dass durch geeignete Ansteuerung des Antriebselektromotors 5 Abwärme im Stand durch den Antriebselektromotor 5 erzeugt wird, ohne eine mechanische Antriebsleistung zu generieren.
Als Abwandlung zum vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel könnte beispielsweise die Verbindungsleitung 13 auch so angeordnet sein, dass diese eine Stelle des Motorkühlkreislaufs 2 stromabwärts des Motor-Umgebungsluftkühlers 6 und stromaufwärts der ersten Pumpe 7 mit einer Stelle des Speicherkühlkreislaufs 8 stromabwärts der zweiten Pumpe 11 und stromaufwärts der Traktionsbatterie 9 verbindet. Damit wäre dann nicht die zweite Pumpe 11 das Fördermittel des Temperierkreislaufs 16, sondern die erste Pumpe 7.
Während die Erfindung detailliert in den Zeichnungen und der vorangehenden Beschreibung veranschaulicht und beschrieben wurde, ist diese Veranschaulichung und Beschreibung als beispielhaft und nicht als beschränkend zu verstehen und es ist nicht beabsichtigt die Erfindung auf das offenbarte Ausführungsbeispiel zu beschränken. Die bloße Tatsache, dass bestimmte Merkmale in verschiedenen abhängigen Ansprüchen genannt sind, soll nicht andeuten, dass eine Kombination dieser Merkmale nicht auch vorteilhaft genutzt werden könnte.

Claims

Temperierkreislauf (1) für ein Elektrokraftrad, mit einem Motorkühlkreislauf (2), der einen Antriebselektromotor (5) und einen Motor-Umgebungsluftkühler (6) aufweist; einem Speicherkühlkreislauf (8), der eine Traktionsbatterie (9) und einen Speicher-Umgebungsluftkühler (10) aufweist, einer Ventileinrichtung (14, 15) zum Schalten zwischen einem Kühlmodus, in dem der Motorkühlkreislauf (2) und der Speicherkühlkreislauf (8) unabhängig voneinander ohne Temperierfluidaustausch miteinander durchströmbar verschaltet sind, und einem Heizmodus in dem der Motorkühlkreislauf (2) und der Speicherkühlkreislauf (8) miteinander verbunden sind, so dass sich ein Temperierkreislauf (16) ausbildet, bei dem der Antriebselektromotor (5) und die Traktionsbatterie (9), unter Umgehung des Motor-Umgebungsluftkühlers (6) und des Speicher-Umgebungsluftkühlers (10), durchströmbar sind.
Temperierkreislauf (1) gemäß Anspruch 1, wobei in dem Motorkühlkreislauf (2) eine erste Pumpe (7) und in dem Speicherkreislauf (8) eine zweite Pumpe (11) angeordnet ist.
Temperierkreislauf (1) gemäß Anspruch 2, wobei die erste oder zweite Pumpe (7, 11) auch in dem Temperierkreislauf (16) angeordnet ist.
Temperierkreislauf (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Motorkühlkreislauf (2) und der Speicherkühlkreislauf (8) über zwei Verbindungsleitungen (12, 13) miteinander verbindbar sind und in einer oder beiden Verbindungsleitungen (12, 13) ein Ventil (14, 15) angeordnet ist, welches die Ventileinrichtung ausbildet.
Temperierkreislauf (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend ein kraftradeigenes Ladegerät (3), welches sowohl im Motorkühlkreislauf (2) als auch im Temperierkreislauf (16) angeordnet ist.
Elektrokraftfrad mit einem Temperierkreislauf (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5.
Verfahren zum Betreiben eines Temperierkreislaufs (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei im Stand der Antriebselektromotor (5) derart angesteuert wird, dass dieser Abwärme erzeugt und diese Abwärme mittels des Temperierkreislaufs (16) zur Traktionsbatterie (9) transportiert wird.