DE102021206117A1

DE102021206117A1 - Traktionsantrieb mit einem Kühlsystem mit zwei Kühlkreisen

Info

Publication number: DE102021206117A1
Application number: DE102021206117.6A
Authority: DE
Inventors: Michael Trübenbach; Horst LEICHSENRING
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2021-06-16
Filing date: 2021-06-16
Publication date: 2022-12-22
Also published as: CN117501034A; WO2022263339A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Traktionsantrieb zum Vortrieb eines Fahrzeugs, aufweisend eine erste und zweite im Betrieb wärmeemittierende Antriebskomponente (1, 1*) und ein Kühlsystem zur Temperierung dieser Antriebskomponenten (1, 1*, 2, 2*). Das Kühlsystem weist einen ersten Kühlkreis (3) und einen zweiten Kühlkreis (4) und einen Wärmetauscher (5) auf. Der Wärmetauscher (5) ist zum Austausch von Wärme zwischen dem ersten und zweiten Kühlkreis (3, 4) eingerichtet. Der erste Kühlkreis (3) führt durch die erste Antriebskomponente (1, 1*) zur Temperierung der ersten Antriebskomponente (1, 1 *), und der zweite Kühlkreis (4) führt durch die zweite Antriebskomponente (2, 2*) zur Temperierung der zweiten Antriebskomponente (2, 2*). Im ersten Kühlkreis (3) ist hierbei ein erstes Ventil (36) zum Einstellen des vom ersten Kühlkreis (3) durch den Wärmetauscher (5) geführten Kühlmittels angeordnet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Traktionsantrieb zum Vortrieb eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs. Der Traktionsantrieb weist mehrere Antriebskomponente auf, die im Betrieb wärmeemittierend sind und ein Kühlsystem zur Kühlung dieser Antriebskomponente. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Einstellen einer vorgegebenen Temperatur bei einer oder mehreren dieser Antriebskomponenten des Traktionsantriebs.
Bei aktuellen Fahrzeugtraktionsantrieben ist meist eine Wasserkühlung vorhanden, um einen Traktionsmotors, wie beispielsweise einen Verbrennungsmotor, oder eine elektrische Traktionsbatterie zu kühlen. Diese Kühlung wird dann auch häufig mitverwendet, um auch ein Getriebe oder Elektronikkomponenten des Traktionsantriebs mitzukühlen. Dies hat den Vorteil, dass nur ein Pumpensystem für das Kühlwasser benötigt wird und eine vorhandene Temperaturregelung für das Kühlwasser mitverwendet werden kann. Die Durchflussmenge des Kühlwassers im Kühlkreis orientiert sich dabei meist am Kühlbedarf des Antriebsmotors oder der Batterie. Die Kühlung des Getriebes erfolgt meist primär durch das darin realisierte Schmiersystem. Das Schmiermittel des Getriebes wird in der Regel durch eine Schmiermittelpumpe gefördert, die mechanisch vom Traktionsmotor angetrieben wird. Die Durchflussmenge des Schmiermittels im Getriebeschmiersystem und die Durchflussmenge des Kühlwassers im Wasserkühlsystem sind meist unabhängig voneinander. Um ein Überhitzen des Schmiermittels zu verhindern, ist es bekannt, den Schmierkreis und die Wasserkühlung über einen Wärmetauscher miteinander thermisch zu koppeln.
Es ergeben sich hieraus Nachteile. Durch die mittlerweile erreichbaren hohen Wirkungsgrade bei Antriebskomponenten ist die damit bei kleinen und mittleren Lasten erzeugte Wärmemenge gering. Dies kann dazu führen, dass die Antriebskomponenten ihre optimale Betriebstemperatur, beispielsweise 60-80°C, über lange Strecken nicht mehr erreichen und stattdessen in einem ungünstigen Temperaturbereich betrieben werden. Auch kann es bei bekannten Kühlsystemen vorkommen, dass nach einer erreichten Aufheizung des Gesamtsystems keine wünschenswerte Abkühlung einzelner Komponenten des Antriebssystems stattfindet, weil das Kühlwasser diese Komponenten ungewollt aufheizt. Zudem ist die Wärmeübertragungsfähigkeit des Wärmetauschers für die meisten Fahrsituationen überdimensioniert, denn dieser ist auf Spitzenlasten ausgelegt. Somit erfolgt darüber selbst dann ein relativ großer Wärmeübergang, wenn dies nicht erwünscht ist.
Aus der EP 2 599 651 A1 ist ein Kraftfahrzeug mit einem ersten und zweiten Heiz-/Kühlkreislauf bekannt. Der erste Heiz-/Kühlkreislauf verfügt über eine darin angeordnete Wärmequelle/-senke und eine erste Pumpe, und der zweite Heiz-/Kühlkreislauf verfügt über eine darin angeordnete zu heizende/kühlende Batterie und eine zweite Pumpe. Die beiden Heiz-/Kühlkreisläufe sind über wenigstens ein Ventil derart verbindbar, dass beide Heiz-/Kühlkreisläufe vom selben flüssigen Wärmeträger durchströmt werden. Im zweiten Heiz-/Kühlkreislauf kann ein Wärmetauscher zwischen dem Ventil und der Batterie vorgesehen sein.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Stand der Technik zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch die in den Hauptansprüchen angegebenen Maßnahmen gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen hiervon sind den Unteransprüchen entnehmbar.
Vorgeschlagen wird ein Traktionsantrieb zum Vortrieb eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, wie ein Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen oder Kraftomnibus. Der Traktionsantrieb weist eine erste im Betrieb wärmeemittierende Antriebskomponente und eine zweite im Betrieb wärmeemittierende Antriebskomponente auf. Mit anderen Worten erzeugen diese Antriebskomponente im Betrieb Abwärme.
Ein Kühlsystem des Traktionsantriebs dient zur Temperierung dieser beiden Antriebskomponente. Das Kühlsystem verfügt über einen ersten Kühlkreis und einen zweiten Kühlkreis und einen Wärmetauscher. Der Wärmetauscher koppelt die beiden Kühlkreis thermisch miteinander und ist demnach zum Austausch von Wärme zwischen den beiden Kühlkreisen eingerichtet. Der erste Kühlkreis führt durch die erste Antriebskomponente zur Temperierung der ersten Antriebskomponente. Und der zweite Kühlkreis führt durch die zweite Antriebskomponente zur Temperierung der zweiten Antriebskomponente. Somit sind die beiden Kühlkreise dazu ausgebildet, um im Betrieb des Traktionsantriebs - je nach Bedarf - einerseits Wärme von den besagten Antriebskomponenten abzuführen (Kühlen) und andererseits den Antriebskomponenten zuzuführen (Aufwärmen).
Im ersten Kühlkreis ist ein erstes Ventil vorgesehen. Dieses erste Ventil ist zum Einstellen des vom ersten Kühlkreis durch den Wärmetauscher geführten Kühlmittels eingerichtet. Insbesondere ist das Ventil dazu stromauf des Wärmetauschers im ersten Kühlkreis angeordnet. Durch dieses erste Ventil ist also die Durchflussmenge des Kühlmittels des ersten Kühlkreises einstellbar, die den Wärmetauscher durchströmt. Auf diese Weise kann die vom Wärmetauscher zwischen den beiden Kühlkreisen ausgetauschte Wärmemenge eingestellt werden. Die beiden Kühlkreise und die damit temperierten Antriebskomponente sind somit thermisch koppelbar und auch voneinander wieder thermisch entkoppelbar.
Es ist dadurch möglich, die Antriebskomponenten gezielt mit einer nahezu identischen Temperatur zu betreiben oder mit unterschiedlichen Temperaturen. Es kann eine gezielte Abkühlung oder Aufheizung jeder der beiden Antriebskomponenten erfolgen. Über die beiden Kühlsysteme kann die eine Antriebskomponente die andere Antriebskomponente bedarfsweise gezielt aufheizen und auch gezielt abkühlen. Dies geht auf sehr einfache Weise durch das erste Ventil. Auf eine aufwändige Regelung der Pumpendrehzahl einer Kühlmittelpumpe kann verzichtet werden. Es können einfache mechanische Pumpen eingesetzt werden. Somit kann die Pumpe des ersten Kühlkreises und/oder die Pumpe des zweiten Kühlkreises zum Fördern des Kühlmittels innerhalb des jeweiligen Kühlkreises mechanisch vom Traktionsmotor des Traktionsantriebs angetrieben werden, wobei die Pumpendrehzahl dann der Motordrehzahl entspricht.
Somit kann vorgesehen sein, dass der Wärmetauscher beispielsweise nur oberhalb einer Kühlmitteltemperatur von 90°C durchströmt wird, um die jeweilige Antriebskomponente abzukühlen oder um die jeweilige Antriebskomponente auf mehr als 50°C aufzuheizen. Damit können die Antriebskomponenten in einem optimalen Temperaturbereich betrieben werden. Es kann dann auch die hohen Wärmekapazitäten der Kühlmedien in den beiden Kühlkreisen ausgeschöpft werden, wenn kurzzeitig Leistungs- und Verlustspitzen auftreten. Die Kühlmedien nehmen dann die entsprechende Wärmemenge durch eine temporäre Temperatursteigerung auf, beispielsweise durch eine kurzfristige Erwärmung von 60°C auf über 90°C. Später wird die Temperatur dann wieder abgesenkt.
Insbesondere ist vorgesehen, dass das erste Ventil nur dann den Durchfluss durch den Wärmetauscher öffnet, wenn eine Temperaturabsenkung im ersten Kühlkreis erforderlich ist (also zum Abkühlen der ersten Antriebskomponente) oder wenn der zweite Kühlkreis aufgeheizt werden soll (also zum Aufwärmen der zweiten Antriebskomponente). Wenn beide Antriebskomponenten abgekühlt sind oder wenn die zweite Antriebskomponente ihre optimale Betriebstemperatur erreicht hat oder wenn die zweite Antriebskomponente noch nicht die optimale Betriebstemperatur erreicht hat und sie auch nicht durch das Kühlmittel im ersten Kühlkreis erwärmbar ist (da im ersten Kühlkreis nicht die dazu notwendige Temperatur vorliegt), wird der Durchfluss durch den Wärmetauscher durch das erste Ventil auf ein Minimum reduziert oder gänzlich gestoppt.
Der Traktionsantrieb dient zum Vortrieb eines Fahrzeugs. Der Traktionsantrieb stellt also im Betrieb des Fahrzeugs die zum Vortrieb erforderliche mechanische Antriebsleistung bereit. Hierzu umfasst der Traktionsantrieb insbesondere den Traktionsmotor. Dieser ist insbesondere als E-Maschine oder Verbrennungsmotor ausgebildet. Der Einsatz einer Kombination aus Verbrennungsmotor und E-Maschine (Hybridantrieb) ist auch möglich. Insbesondere ist die erste oder die zweite Antriebskomponente der Traktionsmotor. Entsprechend wird dann der Traktionsmotor vom erste oder zweiten Kühlkreis temperiert.
Vorzugsweise ist der erste Kühlkreis zum Betrieb mit Kühlwasser als Kühlmittel ausgebildet, also als Wasserkühlkreis. Hierbei kann das Kühlwasser auch Zusätze enthalten, um beispielsweise ein Gefrieren und/oder Fäulnis zu verhindern. Der zweite Kühlkreis kann dann zum Betrieb mit Schmiermittel als Kühl- und Schmiermedium ausgebildet sein, also als Schmiermittelkreis. Bei dem Schmiermittel handelt es sich insbesondere um Getriebeöl. Der zweite Kühlkreis dient dann nicht nur zur Temperierung der zweiten Antriebskomponente, sondern auch zu dessen Schmierung. Im ersten Kühlkreis kann eine vom Traktionsmotor mechanisch angetriebene Wasserpumpe vorgehen sein, um das Kühlwasser durch den ersten Kühlkreis zu fördern. Und im zweiten Kühlkreis kann eine vom Traktionsmotor mechanisch angetriebene Schmiermittelpumpe vorgehen sein, um das Schmiermittel im zweiten Kühlkreis zu fördern. Als Wärmetauscher kann ein Wasser-Öl-Wärmetauscher vorgesehen sein. Durch Verwendung des besagten ersten Ventils bei einem solchen Kühlsystem im Kühlwasserkreis werden die oben genannten Vorteile realisiert.
Insbesondere ist vorgesehen, dass die erste Antriebskomponente im Betrieb üblicherweise mehr Wärme abgibt als die zweite Antriebskomponente. Durch die höhere Wärmekapazität des Kühlwassers im ersten Kühlkreis im Vergleich zum Schmiermittel im zweiten Kühlkreis kann der erste Kühlkreis besser ausgenutzt werden, um die erste Antriebskomponente zu temperieren. Damit kann dann auch die zweite Antriebskomponente besser bedarfsorientiert temperiert werden.
Vorzugsweise ist das erste Ventil ein 4/2-Wegeventil oder ein 6/2-Wegeventil.
Vorzugsweise ist das erste Ventil eingerichtet, dass es in seiner ersten Ventilstellung in Richtung Wärmetauscher geöffnet ist und in der zweiten Ventilstellung ausgehend von der Kühlmittelpumpe in Richtung Wärmetauscher gesperrt ist. In der ersten Ventilstellung strömt somit Kühlmittel des ersten Kühlkreises durch das Ventil zum Wärmetauscher und aus dem Wärmetauscher wieder durch das Ventil zurück in den übrigen ersten Kühlkreis. Insofern ist das Ventil strömungstechnisch sowohl stromauf als auch stromab des Wärmetauschers angeordnet. In seiner zweiten Ventilstellung sperrt das Ventil den Wärmetausche für das Kühlmittel des ersten Kühlkreises. Es gelangt dann kein Kühlmittel aus dem ersten Kühlkreis in den Wärmetausche und aus dem Wärmetauscher in den ersten Kühlkreis. Mit anderen Worten ist das erste Ventil also dazu eingerichtet, um in seiner ersten Ventilstellung den Wärmetauscher für einen Kühlmittelstrom des ersten Kühlkreises freizugeben und um in seiner zweiten Ventilstellung den Wärmetauscher für diesen Kühlmittelstrom zu sperren.
Die erste Antriebskomponente kann strömungstechnisch parallel zum ersten Ventil geschaltet sein. Vorzugsweise verfügt der erste Kühlkreis hierbei über einen ersten Kühlkreisteil, durch den die erste Antriebskomponente temperiert wird, und über einen zweiten Kühlkreisteil, in dem der Wärmetauscher angeordnet ist. Der erste Kühlkreisteil führt also zumindest oder nur durch die erste Antriebskomponente, und der zweite Kühlkreisteil führt also zumindest oder nur durch den Wärmetauscher. Das erste Ventil befindet sich hierbei innerhalb des zweiten Kühlkreisteils. Insbesondere zweigt sich der erste Kühlkreis stromab einer Kühlmittelpumpe des ersten Kreises in die besagten Kühlkreisteile auf, und diese vereinen sich wieder stromab nach der ersten Antriebskomponente und dem Wärmetauscher. Es kann hierbei eine Einrichtung im vorgesehen sein, um die Aufteilung der Durchflussmenge durch die beiden Kühlkreisteil einzustellen, beispielsweise zumindest ein weiteres Ventil oder eine einstellbare Drossel.
Vorzugsweise ist bei der parallelen Anordnung von erster Antriebskomponente und erstem Ventil eine Drossel im zweiten Kühlkreisteil vorgesehen. Die Drossel ist demnach ebenfalls strömungstechnisch parallel zur ersten Antriebskomponente angeordnet. Dann ist das erste Ventil eingerichtet, dass es in seiner zweiten Ventilstellung das Kühlmittel aus dem ersten Kühlkreis durch die Drossel anstelle des Wärmetauschers führt. Dadurch wird sichergestellt, dass in der zweiten Ventilstellung der Druck im ersten Kühlkreisteil wegen des abgesperrten Wärmetauschers nicht zu stark ansteigt. In der ersten Ventilstellung des ersten Ventils, wenn dieses also in Richtung Wärmetauscher geöffnet ist, verschließt es den Weg durch die Drossel. Mit anderen Worten ist dann das erste Ventil dazu eingerichtet, um in seiner ersten Ventilstellung einen Strömungspfad für einen Kühlmittelstrom durch den Wärmetauscher zu öffnen und in seiner zweiten Ventilstellung einen alternativen Strömungspfad für einen Kühlmittelstrom durch die Drossel zu öffnen, wobei der jeweils andere Strömungspfad versperrt wird. Der Kühlmittelstrom geht demnach entweder über den Wärmetauscher oder die Drossel. Bei der Drossel handelt es sich insbesondere um eine feste Drossel (insbesondere Festdrossel, Konstantdrossel), deren Öffnungsweite also im Betrieb nicht veränderbar ist.
Vorzugsweise weisen der Strömungspfad durch die Drossel und der alternative Strömungspfad durch den Wärmetauscher bei den üblichen Betriebsbedingungen im Wesentlichen denselben Strömungswiderstand für das Kühlmittel auf. Insbesondere betragen die Unterschiede des Strömungswiderstands der Strömungspfade <10%. Dadurch ergibt sich eine einfachere Einstellung und Regelbarkeit des Kühlmittelstrom im ersten Kühlkreis, denn die Ventilstellung des ersten Ventils hat allenfalls eine geringe Auswirkung auf die Strömung im übrigen Kühlkreis.
Die erste Antriebskomponente kann auch strömungstechnisch seriell zum ersten Ventil geschaltet sein. Hierbei ist die erste Antriebskomponente insbesondere stromauf des ersten Ventils angeordnet. Das Kühlmittel gelangt im ersten Kühlkreis somit von der Kühlmittelpumpe ausgehend zuerst durch die erste Antriebskomponente und dann durch das erste Ventil. Wenn dann das erste Ventil in seiner ersten Ventilstellung in Richtung Wärmetauscher geöffnet ist gelangt das Kühlmittel aus dem Ventil zum Wärmetauscher. Vorzugsweise gelangt das Kühlmittel aus dem Wärmetauscher wieder zu dem ersten Ventil, wo es weiter im ersten Kreis geleitet wird, insbesondere zu einem Luftkühler des ersten Kühlkreises.
Vorzugsweise ist im zweiten Kühlkreis ein zweites Ventil angeordnet, insbesondere stromauf des Wärmetauschers. Dieses zweite Ventil ist zum Einstellen des vom zweiten Kühlkreis durch den Wärmetauscher geführten Kühlmittels eingerichtet. Dadurch kann noch flexibler die Temperierung der ersten und/oder zweiten Antriebskomponente erfolgen. Insbesondere wird damit verhindert, dass stets Kühlmittel des zweiten Kühlkreises durch den Wärmetauscher gelangt und es auch bei geschlossenem ersten Ventil zu einem ungewollten Wärmeübergang (Aufwärmung oder Abkühlung) am Wärmetauscher kommt.
Das zweite Ventil ist vorzugsweise als 4/2-Wegeventil ausgebildet. Die Erläuterungen im obigen Absatz zum ersten Ventil, das als 4/2-Wegeventil ausgebildet ist, gelten dann analog auch für das zweite Ventil und den zweiten Kühlkreis, wenn das zweite Ventil als 4/2-Wegeventil ausgebildet ist.
Vorzugsweise ist die erste Antriebskomponente oder die zweite Antriebskomponente ein Verbrennungsmotor, ein Wechselrichter, eine E-Maschine oder ein Getriebe. Die als E-Maschine oder Verbrennungsmotor ausgebildete Antriebskomponente bildet insbesondere den Traktionsmotor des Traktionsantriebs. Der Wechselrichter wandelt Gleichstrom, insbesondere aus der Traktionsbatterie, in Wechselstrom um, insbesondere zum motorischen Betrieb der E-Maschine. Bei Bedarf kann diese Umwandlung durch den Wechselrichter auch in umgekehrte Richtung erfolgen, also von Wechselstrom auf Gleichstrom, beispielsweise um die Traktionsbatterie wieder aufzuladen (generatorischer Betrieb der E-Maschine). Der Wechselrichter dient also insbesondere zur Versorgung der E-Maschine mit Wechselstrom. Die E-Maschine ist somit insbesondere als elektrische Drehfeldmaschine ausgebildet, wie beispielsweise als Synchronmaschine, Asynchronmaschine oder Reluktanzmaschine.
Insbesondere ist die erste Antriebskomponente der Wechselrichter oder der Verbrennungsmotor. Diese erzeugen im Betrieb eine relativ große Menge an Abwärme, insbesondere bei Leistungsspitzen, und diese müssen entsprechend intensiv gekühlt werden. Hierzu bietet sich der erste Kühlkreis an, insbesondere wenn dieser als Wasserkühlkreis ausgebildet ist. Insbesondere ist dann die zweite Antriebskomponente die E-Maschine oder das Getriebe oder eine Kombination aus E-Maschine und Getriebe. Diese benötigen im Betrieb üblicherweise auch eine Schmierung, weshalb sich dann der als Schmierkreis ausgebildete zweite Kühlkreis zur Temperierung und Schmierung besonders eignet.
Der Traktionsantrieb kann zusätzlich die elektrische Traktionsbatterie aufweisen. Hierbei kann der erste Kühlkreis auch durch die Traktionsbatterie führen zur Temperierung der Traktionsbatterie. Die erste Antriebskomponente und die Traktionsbatterie können hierbei im ersten Kühlkreis strömungstechnisch seriell oder parallel zueinander geschaltet sein.
Vorzugsweise handelt es sich bei dem Traktionsantrieb um einen elektrischen Traktionsantriebe, um ein Fahrzeug mittels elektrischer Energie voranzutreiben. Hierbei ist die erste Antriebskomponente der Wechselrichter und die zweite Antriebskomponente die E-Maschine oder das Getriebe oder eine Kombination aus E-Maschine und Getriebe. Das Getriebe dient hierbei, um ein von der E-Maschine bereitgestelltes Antriebsdrehmoment zu übersetzen, sodass Antriebsräder des Fahrzeugs durch die E-Maschine antreibbar sind.
Vorzugsweise befindet sich innerhalb des ersten Kühlkreises ein Luftkühler. Dieser ist eingerichtet, um das Kühlmittel des ersten Kühlkreises mittels Luft zu kühlen. Der Luftkühler bildet einen weiteren Wärmetauscher des Kühlsystems. Er dient zur Abgabe von Wärme aus dem Kühlmittel des ersten Kühlkreises an die Umgebung. Damit kann also einfach Wärme aus dem ersten Kühlkreis abgeführt werden. Durch die bedarfsweise herstellbare thermische Koppelung der beiden Kühlkreise mittels des Wärmetauschers kann durch den Luftkühler auch indirekt Wärme aus dem zweiten Kühlkreis abgeführt werden.
Vorzugsweise ist stromauf des Luftkühlers des ersten Kühlkreises ein Thermostat angeordnet. Das Thermostat ist eingerichtet, um bei einer Kühlmitteltemperatur unterhalb einer vorbestimmten Temperaturschwelle im ersten Kühlkreis den Weg durch den Luftkühler für das Kühlmittel teilweise oder vollständig zu verschließen und einen Bypass, der den Luftkühler umgeht, für das Kühlmittel teilweise oder vollständig freizugeben. Außerdem ist das Thermostat eingerichtet, um bei einer Kühlmitteltemperatur oberhalb der vorbestimmten Temperaturschwelle im ersten Kühlkreis den Weg durch den Luftkühler für das Kühlmittel teilweise oder vollständig wieder zu öffnen und den Bypass für das Kühlmittel teilweise oder vollständig zu schließen. Das Thermostat arbeitet selbständig (automatisch) durch einen wärmeaktivierten Aktor, beispielsweise auf Grundlage eines Bimetalls, eines Wachsmotors oder einer Formgedächtnislegierung. Unterhalb der vorbestimmten Temperaturschwelle umgeht das Kühlmittel den Luftkühler durch den Bypass. Somit wärmt sich der erste Kühlkreis schneller auf. Oberhalb der vorbestimmten Temperaturschwelle wird der Bypass vom Thermostat deaktiviert, sodass Wärme aus dem ersten Kühlkreis vom Luftkühler abgeführt wird.
Vorzugsweise verfügt der Traktionsantrieb über ein Steuergerät. Dieses kann dann zur Betätigung zumindest des ersten Ventils eingerichtet sein. Dann kann im Steuergerät ein Temperaturmodel des Traktionsantriebs hinterlegt sein, wobei das Steuergerät das Ventil anhand des Temperaturmodels betätigt, also öffnet oder schließt. Dadurch kann das Ventil und damit der Wärmeübergang zwischen den beiden Kühlkreisen besonders bedarfsgerecht eingestellt werden. Insbesondere werden dem Temperaturmodell Informationen zum gegenwärtigen Zustand des Traktionsantriebs zugeführt, woraus es die entsprechenden Temperaturwerte der Antriebskomponenten bestimmt. Durch wahlweises Öffnen und Schließen zumindest des ersten Ventils und optional auch des zweiten Ventils können die Antriebskomponenten daraufhin entsprechend temperiert werden, sodass diese stets im optimalen Temperaturbereich betrieben werden. Insbesondere ermittelt bildet die dem Traktionsantrieb zugeführte elektrische Energie (beispielsweise Strom, Spannung, Leistung) eine Eingangsgröße für das Temperaturmodel, auf deren Basis es die Temperatur eines oder mehrerer Bauelemente des Traktionsantriebs ermittelt, wie beispielsweise des Wechselrichters und/oder der E-Maschine.
Bei der Verwendung des Temperaturmodels kann auf einige oder alle der (üblicherweise vorhandenen) Temperatursensoren in den Kühlkreisen verzichtet werden. Insbesondere ist daher der erste und/oder der zweite Kühlkreis frei von Temperatursensoren, die einen entsprechenden Messwert (beispielsweise zur Regelung oder Steuerung der jeweiligen Kühlmitteltemperatur) ausgeben. Unabhängig hiervon können eine oder mehrere Temperatursensoren im Bereich der elektrischen Traktionsbatterie für den Traktionsantrieb vorgesehen sein, die zur Kontrolle dieser Traktionsbatterie dienen.
Das Steuergerät kann mehrere Funktionen für den Traktionsantrieb wahrnehmen. Insbesondere dient das Steuergerät auch zur Betätigung des besagten zweiten Ventils im zweiten Kühlkreis. Somit können das erste Ventil und das zweite Ventil in vorteilhafter Weise anhand des im Steuergerät hinterlegten Temperaturmodels betätigt werden. Dadurch kann die Temperierung der beiden Antriebskomponenten besonders effektiv erfolgen. Auch kann das Steuergerät zur Betätigung der ersten und/oder zweiten Antriebskomponente dienen, insbesondere zur Ansteuerung der jeweiligen Antriebskomponente. Die Betätigung des jeweiligen Ventils erfolgt mit Hilfe eines geeigneten Aktors des Ventils, beispielsweise eines Elektromagneten oder Stellmotors, der vom Steuergerät angesteuert wird.
Das Steuergerät kann alternativ oder zusätzlich dazu eingerichtet sein, um zumindest das erste Ventil anhand einer gemessenen Temperatur des Kühlmittels des ersten Kühlkreises und/oder des Kühlmittels des zweiten Kühlkreises und/oder der ersten Antriebskomponente und/oder der zweiten Antriebskomponente zu betätigen, also zu öffnen oder zu schließen. Auch hier kann das Steuergerät optional dazu eingerichtet sein, um auch das zweite Ventil anhand dieser gemessenen Temperatur zu betätigen. Auf diese Weise kann das Temperaturmodel umgangen werden, beispielsweise wenn die vorliegende Temperatur entgegen der Berechnung des Temperaturmodels zu hoch oder zu niedrig ist. Oder es kann dadurch auf die Implementierung des Temperaturmodels gänzlich verzichtet werden. Dann kann auf ein leistungsschwächeres Steuergerät zurückgegriffen werden. Zur Temperaturmessung ist insbesondere im jeweiligen Kühlkreis oder an der jeweiligen Antriebskomponente ein Temperatursensor vorgesehen, der die damit gemessene Temperatur oder einen entsprechenden Messwert an das Steuergerät ausgibt.
Vorzugsweise ist das Steuergerät dazu eingerichtet, um die erste Antriebskomponente und die zweite Antriebskomponente durch Betätigung zumindest des ersten Ventils, und insbesondere auch des zweiten Ventils, in einem vorgegebenen Temperaturbereich zu halten. Dabei kann ein Aufwärmen der Antriebskomponenten durch Wärmeentnahme aus dem jeweils anderen Kühlkreis erfolgen, und es kann ein Kühlen durch eine Wärmeabgabe an den jeweils anderen Kühlkreis erfolgen. Der Temperaturbereich ist ein Bereich, in dem die Antriebskomponenten optimal arbeiteten, wie beispielsweise eine optimale Betriebstemperatur. Es kann ein gemeinsamer Temperaturbereich für die beiden Antriebskomponenten vorgegeben sein. Oder es kann für jede der beiden Antriebskomponenten individuell ein Temperaturbereich vorgegeben sein. Das Steuergerät betätigt das oder die Ventile dann so, dass im Betrieb des Traktionsantriebs möglichst der (jeweils) vorgegebene Temperaturbereich eingehalten wird.
Es ist allerdings auch möglich, dass sich das erste Ventil und/oder das zweite Ventil selbständig anhand der jeweils anliegenden Kühlmitteltemperatur betätigt. Die Betätigung erfolgt dann also nicht durch das Steuergerät, sondern selbständig durch das Ventil, wie insbesondere durch einen wärmeaktivierten Aktor am Ventil. Dies kann den Aufbau des Kühlsystems deutlich vereinfachen.
Das ebenfalls vorgeschlagene Verfahren dient zum Einstellen einer vorgegebenen Temperatur (Soll-Temperatur) bei einer oder mehreren der Antriebskomponenten des vorgeschlagenen Traktionsantriebs. Hierbei wird zumindest das erste Ventil und optional auch das zweite Ventil betätigt, um das vom ersten Kühlkreis (und mit dem zweiten Ventil auch das vom zweiten Kühlkreis) durch den Wärmetauscher geführte Kühlmittel einzustellen. Auf diese Weise wird dann auch die vorgegebene Temperatur bei der Antriebskomponente eingestellt. Mit anderen Worten wird die Ist-Temperatur der Antriebskomponente gezielt durch Betätigung des oder der besagten Ventile des Kühlsystems an die Soll-Temperatur angeglichen. Das Verfahren läuft insbesondere auf dem Steuergerät des Traktionsantriebs ab. Die vorgegebene Temperatur kann beispielsweise im Steuergerät hinterlegt sein oder von diesem ermittelt werden.
Vorzugsweise wird bei dem Verfahren eine Temperaturänderung der Ist-Temperatur der jeweiligen Antriebskomponente ermittelt und für die Betätigung des oder der Ventile herangezogen. Die Temperaturänderung beeinflusst dann also die Betätigung des jeweiligen (ersten und/oder zweiten) Ventils. Hierdurch kann der zeitliche Temperaturverlauf der Antriebskomponente antizipiert werden. Das oder die Ventile können somit proaktiv betätigt werden, um die vorgegebene Temperatur der jeweiligen Antriebskomponente schneller und gezielter einzustellen. Überschwingen bei der Einstellung der Temperatur, beispielsweise wegen einer zeitweise zu hohen oder zu geringen Kühlung, können auf diese Weise vermieden werden. Als Temperaturänderung wird insbesondere eine Veränderung der Temperatur je Zeiteinheit (ΔT/t) herangezogen. Alternativ oder zusätzlich kann auch die Beschleunigung der Temperaturveränderung herangezogen werden. Zur Ermittlung der Temperaturänderung wird insbesondere das Temperaturmodel des Traktionsantriebs eingesetzt. Damit kann in Echtzeit die Temperatur der jeweiligen Antriebskomponente ermittelt werden, noch bevor die Kühlmitteltemperatur des ersten und/oder zweiten Kühlkreises eine Veränderung zeigt.
Im Folgenden wir die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert, aus welchen weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung entnehmbar sind. Hierbei zeigen jeweils in schematischer Darstellung:

1, eine erste Variante eines Traktionsantriebs mit einem Kühlsystem,
2, eine zweite Variante eines Traktionsantriebs mit einem Kühlsystem,
3, eine dritte Variante eines Traktionsantriebs mit einem Kühlsystem,
4, eine vierte Variante eines Traktionsantriebs mit einem Kühlsystem.

In den Figuren sind funktionsgleiche Bauelemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt einen rein elektrischen Traktionsantriebe, um ein Fahrzeug mittels elektrischer Energie voranzutreiben. Der Traktionsantrieb umfasst eine E-Maschine 2, die als Traktionsmotor dient und die mit einem Getriebe gekoppelt sein kann oder in die ein Getriebe integriert haben kann. Und der Traktionsantrieb umfasst einen Wechselrichter 1, der zur elektrischen Bestromung der E-Maschine 2 mit Drehstrom dient. Die elektrische Energie wird einer nicht gezeigten Traktionsbatterie entnommen. Zur Rekuperation kann die E-Maschine 2 generatorisch betrieben werden, wobei über den Wechselrichter 1 elektrische Energie zurück in die Traktionsbatterie gespeist wird. Der Wechselrichter 1 bildet eine erste Antriebskomponente des Traktionsantriebs, die im Betrieb Wärme abgibt. Und die E-Maschine 2 bildet eine zweite Antriebskomponente des Traktionsantriebs, die im Betrieb Wärme abgibt. Um ein Überhitzen der Komponenten 1, 2 zu verhindern und um diese optimal zu betreiben, muss diese Wärme abgeführt werden. Der optimale Temperaturbereich zum Betrieb der Komponenten 1, 2 beträgt beispielsweise 60-80°C. Es ist daher erstrebenswert, diesen Temperaturbereich möglichst schnell zu erreichen und zu halten.
Zur Temperierung der Komponenten 1, 2 verfügt der Traktionsantrieb über ein Kühlsystem. Das Kühlsystem weist einen ersten Kühlkreis 3 für den Wechselrichter 1 und einen zweiten Kühlkreis 4 für die E-Maschine 2 auf. Der erste Kühlkreis 3 ist als Wasserkühlkreis ausgebildet. Das darin zirkulierende Kühlmittel ist demnach Kühlwasser. Der zweite Kühlkreis 4 ist als Schmierkreis ausgebildet. Das darin zirkulierende Kühlmittel ist daher ein Schmiermittel, wie beispielsweise ein Öl, das gleichzeitig zur Schmierung der E-Maschine 2 und optional des Getriebes dient. Die bevorzugte Fließrichtung der Kühlmittel in den beiden Kreisen 3, 4 ist in 1 mit Pfeilen eingezeichnet. An geeigneter Stelle können Rückschlagventile vorgesehen sein, um zu verhindern, dass Kühlmittel in die falsche Richtung des Kühlsystems strömt.
Der Kühlkreis 3 verfügt über eine Pumpe 33 zur Förderung des Kühlmittels innerhalb des Kühlkreises 3. Die Pumpe 33 kann als separates Bauteil ausgebildet sein. Die Pumpe 33 wird vorzugsweise mechanisch von der E-Maschine 2 angetrieben. Die Drehzahl der Pumpe 33 (Pumpendrehzahl) ist somit stets an die Drehzahl der E-Maschine 2 (Motordrehzahl) gekoppelt. Insbesondere handelt es sich um eine Pumpe 33 mit einem konstanten Fördervolumen je Umdrehung, beispielsweise eine Zahnradpumpe, wie eine Außenzahnrad- oder Innenzahnradpumpe.
Stromab der Pumpe 33 teilt sich der Kühlkreis 3 in zwei parallel geschaltete Kühlkreisteile 31, 32 auf. Der erster Teil 31 führt durch den Wechselrichter 1, um Wärme von diesem Aufzunehmen und gegebenenfalls auch Wärme an diesen abzugeben. Der zweiter Teil 32, der strömungstechnisch parallel zum Wechselrichter 1 geschaltet ist, verläuft durch den Wärmetauscher 5 des Kühlsystems. Der Wärmetauscher 5 überträgt Wärme zwischen den Kühlmitteln des ersten und zweiten Kühlkreises 3, 4. Derartige Wärmetauscher 5 sind an sich bereits bekannt. Der Wärmetauscher 5 kann beispielsweise als Plattenwärmetauscher ausgebildet sein.
Die beiden Teile 31, 32 werden stromab von Wechselrichters 1 und Wärmetauscher 5 und stromauf eines Luftkühlers 34, wieder vereint. Der Luftkühler 34 ist somit strömungstechnisch seriell zu den beiden Kühlkreisteilen 31, 32 geschaltet. Der Luftkühler 34 dient zur Abgabe von Wärme aus dem Kühlmittel des ersten Kühlkreises 3 an die Umgebungsluft, beispielsweise durch Fahrtwind, Konvektion oder ein Gebläse. Vom Luftkühler 34 gelangt das Kühlmittel wieder zurück zur Kühlmittelpumpe 31.
An geeigneter Stelle verfügt der erste Kühlkreis 3 über einen Ausgleichsbehälter 37. Dieser ist beispielsweise strömungstechnisch zwischen dem Luftkühler 34 und der Pumpe 33 angeordnet.
Stromauf vor dem Luftkühler 34 kann ein Thermostat (siehe 2) vorgesehen sein, das den Kühler 34 überbrückt, wenn die dortige Kühlmitteltemperatur unterhalb einer Temperaturschwelle liegt. Dadurch kann verhindert werden, dass Wärme über den Kühler 34 abgegeben wird, wenn der Wärmetauscher 1 noch keine optimale Temperatur erreicht hat.
Um zu verhindern, dass Kühlmittel des ersten Kühlkreises 3 ständig durch den Wärmetauscher 5 gelangt und hierüber Wärme aufnimmt oder abgibt, ist im zweiten Teil 32 des Kühlkreises 3 ein erstes Ventil 36 vorgesehen, mittels dessen die Durchflussmenge an Kühlmittel durch den Wärmetauscher 5 einstellbar ist. Die Komponenten 1 und das Ventil 36 sind somit strömungstechnisch parallelgeschaltet. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Ventil 36, wie in 1 gezeigt, um ein 4/2-Wegeventil.
Das erste Ventil 36 sperrt in seiner zweiten Ventilstellung, die in 1 gerade eingestellt ist, den Durchfluss durch den Wärmetauscher 5 für den Kühlmittelstrom des ersten Kreises 3 und gibt ihn in der ersten Ventilstellung wiederfrei. Der durch den Wärmetauscher 5 führende Strömungspfad wird in der zweiten Ventilstellung im Ventil 36 vollständig abgesperrt. Der Durchfluss an Kühlmittel durch den Wärmetauscher 5 hindurch ist damit weitestgehend stillgelegt.
Alternativ kann das Ventil 36 so gestaltet sein, dass es in der zweiten Ventilstellung den Strömungspfad des Wärmetauschers 5 als separater Kreislauf durch das Ventil 36 hindurchschaltet. Dies ist beispielsweise in 3 und 4 realisiert. Dann entsteht in der zweiten Ventilstellung des Ventils 36 ein separater Kreislauf, bestehend aus dem Wärmetauscher 5 und der Durchleitung im Ventil 36. Dies ermöglicht in der zweiten Ventilstellung des Ventils 36 einen gewissen Kühlmittelstrom durch den Wärmetauscher 5 hindurch, beispielsweise durch Konvektion, wobei er thermisch allerdings vom ersten Kreis 3 abgetrennt ist.
Es ist optional möglich, dass eines oder beide der Ventile 36, 41 Zwischenstellungen einnehmen können. Dadurch ist die jeweilige Durchflussmenge durch den Wärmetauscher 5 und damit die vom Wärmetauscher 5 zwischen den Kühlkreisen 3, 4 übertragene Wärmemenge fein einstellbar. Vorzugsweise werden die Ventile 36, 41 jeweils von einem Elektromagneten elektrisch betätigt.
Der Kühlkreis 4 verfügt ebenfalls über eine Pumpe zur Förderung des Kühlmittels innerhalb des Kühlkreises 3. Diese Pumpe ist zur besseren Übersicht in 1 nicht gezeigt. Sie ist insbesondere in die E-Maschine 2 integriert. Diese Pumpe wird ebenfalls vorzugsweise mechanisch von der E-Maschine 2 angetrieben. Dann ist auch hier die Pumpendrehzahl stets an die Motordrehzahl gekoppelt. Auch diese Pumpe weist insbesondere ein konstantes Fördervolumen je Umdrehung auf und ist beispielsweise eine Zahnradpumpe.
Der Kühlkreis 4 führt durch die E-Maschine 2, um Wärme von dieser Aufzunehmen und gegebenenfalls auch Wärme an diese abzugeben. Stromab hinter der E-Maschine 2 ist der Kühlkreis 4 durch den Wärmetauscher 5 geführt. Wie oben bereits erläutert, dient der Wärmetauscher 5 zur Wärmeübertragung zwischen den beiden Kreisen 3, 4.
Auch im zweiten Kreis 4 ist ein Ventil 41 (zweites Ventil) vorgesehen, um zu verhindern, dass Kühlmittel dieses Kühlkreises 4 ständig durch den Wärmetauscher 5 gelangt und hierüber Wärme aufnimmt oder abgibt. Mit diesem zweiten Ventil 41 ist, in Analogie zum ersten Ventil 36, die Durchflussmenge an Kühlmittel des zweiten Kreises 4 durch den Wärmetauscher 5 einstellbar.
Eines oder beide der Ventile 36, 41 werden durch ein Steuergerät 6 des Traktionsantriebs betätigt. Das Steuergerät 6 gibt also entsprechende Befehle zum Öffnen und Schließen des jeweiligen Ventils 36, 41 aus. Das Steuergerät 6 verarbeitet hierzu Informationen des Traktionsantriebs, wie insbesondere Leistungsinformationen und/oder Informationen zur Temperatur der Kühlmittel in den Kreisen 3, 4 und/oder der Antriebskomponenten 1, 2. Bevorzugt ist im Steuergerät 6 ein Temperaturmodel des Traktionsantriebs hinterlegt, anhand dessen es das jeweilige Ventil 36, 41 betätigt.
Alternativ ist es möglich, dass eines oder beide Ventile 36, 41 selbständig arbeiten. Dann verfügt das jeweilige Ventil 36, 41 über einen entsprechenden Aktor, der das Ventil 36, 41 anhand der daran anliegenden Temperatur automatisch einstellt.
Vorzugsweise ist in einem der oder beiden der Kreise 3, 4 ein zusätzliches Überdruckventil (Druckbegrenzungsventil) vorgesehen, dass den Druck im jeweiligen Kreis 3, 4 und/oder an der Pumpe des jeweiligen Kreises 3, 4 auf ein bestimmtes Druckniveau begrenzt. Ein solches Überdruckventil kann insbesondere dann zum Tragen kommen, wenn das Ventil 36 oder 41 zumindest teilweise geschlossen ist und damit der Strömungswiderstand entsprechend erhöht ist.
Um bei geöffnetem Ventil 36 die Verteilung der Durchflussmengen an Kühlmittel durch die beiden Teile 31, 32 des ersten Kühlkreises 3 besser einstellen zu können, kann in einem oder beiden der beiden Kreise 31, 32 ein zusätzliches Begrenzungsventil oder eine Drossel vorgesehen sein, siehe beispielsweise 3.
Der gezeigte Traktionsantrieb kann auch über die elektrische Traktionsbatterie verfügen, um zumindest den Wechselrichter 1 und die E-Maschine 2 mit elektrischer Energie zu versorgen. Die Batterie ist in 1 nicht gezeigt. Auch diese Batterie sollte vorteilhafterweise temperiert werden. Zu diesem Zweck kann sie in den ersten Kühlkreis 3 eingebunden sein, beispielsweise indem sie parallel oder seriell zur E-Maschine 2 im Kühlkreis 3 angeordnet ist.
2 zeigt einen Traktionsantriebe, um ein Fahrzeug zumindest zweitweise mittels eines Verbrennungsmotors 1 * voranzutreiben. Der Verbrennungsmotor 1 * dient daher als Traktionsmotor des Traktionsantriebes. An den Verbrennungsmotor 1* ist ein Getriebe 2* antriebstechnisch angekoppelt. Hierbei handelt es sich insbesondere um ein mehrstufiges Getriebe, also eines mit mehreren schaltbaren Gängen, wie beispielsweise ein Automatikgetriebe oder ein automatisiertes Schaltgetriebe. Der Verbrennungsmotor 1* und das Getriebe 2* bilden Antriebskomponenten des Traktionsantriebs. Optional kann eine E-Maschine als weitere Traktionsmotor vorgesehen sein (Hybridantrieb). Diese E-Maschine kann dann in den Verbrennungsmotor 1* oder in das Getriebe 2* integriert sein.
Der Traktionsantrieb aus 2 verfügt über ein Kühlsystem, das analog zu demjenigen aus 1 ausgebildet ist. Hierbei wird der Verbrennungsmotor 1* durch den ersten Kühlkreis 3 temperiert und das Getriebe 2* durch den zweiten Kühlkreis 4. Die obigen Erläuterungen zum Kühlsystem aus 1 gelten daher analog auch für das Kühlsystem aus 2.
Bei dem in 2 gezeigten Kühlsystem ist im Unterschied zur 1 das Thermostat 38 stromauf des Kühlers 34 im ersten Kühlkreis 3 eingezeichnet. Wie oben erläutert, überbrückt das Thermostat 38 bei einer Kühlmitteltemperatur unterhalb der vorbestimmten Temperaturschwelle den Luftkühler 34. Hierzu leitet es das Kühlmittel durch ein strömungstechnisch parallel zum Luftkühler 34 angeordneten Bypass 39 anstelle des Kühlers 34. Der Bypass mündet stromauf der Pumpe 33 in die zwischen Kühler 34 und Pumpe 33 führende Leitung.
3 zeigt eine Abwandlung des Traktionsantriebs aus 1. Die Erläuterungen zur 1 gelten, bis auf die im Folgenden genannten Unterschiede, daher auch auf die Variante aus 3.
Bei der Variante aus 3 ist im zweiten Kühlkreisteil 32 des ersten Kühlkreises 3 eine Drossel 310 vorgesehen. Diese ist strömungstechnisch parallel zur ersten Antriebskomponenten 1 und zum Wärmetauscher 5 geschaltet und seriell zum Ventil 36. Das erste Ventil 36 ist hier insbesondere als 6/2-Wegeventil ausgebildet. Die Drossel 310 liegt in einem alternativen Strömungspfad, der dann aktiviert ist, wenn der Strömungspfad über den Wärmetauscher 5 für den Kühlmittelstrom geschlossen ist. Das Ventil 36 ist also eingerichtet, dass es in seiner in 3 eingelegten zweiten Ventilstellung den Kühlmittelstrom aus dem ersten Kreis 3 durch die Drossel 310 anstelle des Wärmetauschers 5 leitet. In seiner ersten Ventilstellung sperrt das Ventil 36 den Kühlmittelstrom des ersten Kühlkreises 3 durch die Drossel 310 und gibt im Gegenzug den Wärmetauscher 5 frei.
Diese Konfiguration hat den Vorteil, dass bei abgetrenntem Wärmetauscher 5 weiterhin ein gewisser Kühlmittelstrom durch den zweiten Kühlkreisteil 32 über die Drossel 310 und das Ventil 36 strömt, ohne dass dieser Kühlmittelstrom Wärme vom Wärmetauscher 5 abgibt oder aufnimmt. Ein zu hoher Druckanstieg im ersten Kühlkreisteil 31 wegen der Abtrennung des Wärmetauschers 5 durch das Ventil 36 wird dadurch verhindert. Auch wird somit sichergestellt, dass stets ausreichend Kühlmittel die erste Komponente 1 durchströmt und dass der Strömungswiderstand im ersten Kühlkreis 3 stets ausreichend gering bleibt.
Um die Regelbarkeit des Kühlmittelstroms im ersten Kühlkreis 3 zu vereinfachen, weist der vom Ventil 36 freigebbare Strömungspfad durch den Wärmetauscher 5 möglichst denselben Strömungswiderstand auf, wie der vom Ventil 36 alternativ freigebbare Strömungspfad durch die Drossel 310.
Wie in 3 gezeigt, kann vorgesehen sein, dass das Ventil 36 in seiner zweiten Ventilstellung den Strömungspfad durch den Wärmetauscher 5 nicht vollständig blockiert (wie in 1 gezeigt), sondern zu einem separaten Kreislauf durchschaltet. Das im Wärmetauscher 5 und im zugehörigen Strömungspfad befindliche Kühlmittel kann somit durch das Ventil 36 hindurch eingeschränkt zirkulieren, beispielsweise durch Konvektion, ohne dass davon der Kühlmittelstrom im übrigen Kühlkreis 3 betroffen ist. Dadurch kann über den Wärmetauscher 5 selbst dann eine gewisse Wärmeaufnahme und Abgabe erfolgen, wenn das Ventil 36 in seiner zweiten Ventilstellung den Wärmetauscher 5 strömungstechnisch vom zweiten Kühlkreisteil 32 abtrennt. Dies kann vorteilhaft sein, wenn der Wärmetauscher 5 im begrenzten Maß als Wärmequelle oder Wärmesenke für den zweiten Kühlkreis 4 dienen soll, gleichzeitig darüber aber keine Wärme an den übrigen ersten Kühlkreis 3 abgegeben oder davon aufgenommen werden soll.
4 zeigt eine weitere Abwandlung des Traktionsantriebs aus 1. Die Erläuterungen zur 1 gelten, bis auf die im Folgenden genannten Unterschiede, daher auch auf die Variante aus 4.
Gemäß 4 ist die erste Antriebskomponenten 1 strömungstechnisch seriell zum ersten Ventil 36 geschaltet. Somit werden im Gegensatz zur Variante aus 1 bis 3 keine zwei Kühlkreisteile 31, 32 für den zweiten Kreis 3 benötigt - es reicht ein einziger Teil. Auch hier ist das Ventil 36 insbesondere als 4/2-Wegeventil ausgebildet. In der gezeigten zweiten Ventilposition des Ventils 36 ist der Wärmetauscher 5 für den Kühlmittelstrom des ersten Kühlkreises 3 abgetrennt. Stattdessen durchströmt das Kühlmittel dann das erste Ventil 36 unter Umgehung des Wärmetauschers 5.
Analog zur 3 blockiert das Ventil 36 den Strömungspfad des Wärmetauscher 5 in der zweiten Ventilstellung jedoch nicht vollständig, sondern schafft einen separaten Kreislauf, umfassend die Durchleitung durch das erste Ventil 36 und den Wärmetauscher 5. Dadurch können auch hier die oben bereits genannten Vorteile erreicht werden. Alternativ ist es möglich, dass das Ventil 36 in seiner zweiten Ventilstellung den Strömungspfad durch den Wärmetauscher 5 analog zur Variante aus 1 vollständig unterbricht und dadurch den Durchfluss an Kühlmittel durch den Wärmetauscher 5 hindurch weitestgehend stilllegt.
Bei den in den Figuren gezeigten Kühlsysteme wird der Kühlmittelfluss im ersten Kühlkreis 3 so eingestellt, dass nur dann der Durchfluss durch den Wärmetauscher 5 bereitgestellt wird, wenn die Temperatur der Antriebskomponenten 1, 2 gezielt angehoben oder abgesenkt werden sollen. Insbesondere wird der Durchfluss durch den Wärmetauscher 5 auf ein Minimum reduziert oder ganz gestoppt, wenn der Traktionsantrieb abgekühlt ist oder wenn er bereits den gewünschten Temperaturbereich (optimale Betriebstemperatur) erreicht hat oder wenn sich die Antriebskomponenten 1, 2 gerade selbst aufwärmen, hierbei den gewünschten Temperaturbereich aber noch nicht erreicht haben. Dies ermöglicht, die Verluste der Pumpen 33 auf das Notwendigste zu reduzieren und das Gesamtantriebssystem im Temperaturbereich des optimalen Wirkungsgrades zu betreiben.
Die Verwendung eines Temperaturmodels für den Traktionsantrieb ermöglicht es, Schwellwerte für das Zu- und Abschalten der Kühlmittelströmung auf die lokalen Umgebungsbedingungen softwareseitig im Steuergerät 6 anzupassen oder dort zu hinterlegen und somit passende Einstellungen für alle Klimazonen zu erreichen. Optional kann die Temperatur der Traktionsbatterie bei der Betätigung der Ventile 36, 41 mitberücksichtigt werden. Das Temperaturmodel kann somit softwareseitig mit einem oder mehreren Temperatursensoren der Traktionsbatterie gekoppelt werden. Sind entsprechende Kennfelder im Steuergerät 6 vorhanden, kann die Kühlung dann auch direkt kennfeldbasiert eingestellt werden, also unter Verzicht von Temperatursensoren in den beiden Kühlkreisen 3, 4 oder ohne Berücksichtigung von Temperaturmesswerten solcher Sensoren. Die Einstellung des Ventilposition des ersten und/oder zweiten Ventils 36, 41 erfolgt dann durch zumindest ein Kennfeld, wobei das Temperaturmodel eine von mehreren Eingangsgrößen des Kennfeldes oder die einzige Eingangsgröße des Kennfeldes bereitstellt.
Eines oder bei der Ventile 36, 41 wird vorzugsweise anhand der Kühlmitteltemperatur im ersten Kühlkreis 3 oder der Temperatur der ersten Antriebskomponenten 1, 1* im Vergleich zur Kühlmitteltemperatur im zweiten Kühlkreis 4 oder der Temperatur der zweiten Antriebskomponenten 2, 2* betätigt. Es wird hierbei das jeweilige Ventil 36, 41 geöffnet, wenn ein ausreichender Temperaturunterschied zwischen diesen Temperaturen vorhanden ist, denn dann liegt ein ausreichendes Temperaturgefälle im Wärmetauscher 5 vor. Dieses Temperaturgefälle wird zum Erreichen der gewünschten Temperatur der Komponenten 1, 1*, 2, 2* genutzt. Die jeweilige Temperatur kann durch entsprechende Sensoren gemessen werden oder durch das Temperaturmodell im Steuergerät 6 errechnet werden. Wie erläutert, kann alternativ das jeweilige Ventil 36, 41 auch durch eine sonstige geeignete technische Steuereinheit angesteuert werden oder der durchströmbare Querschnitt des Kühlmittelstroms des Ventils 36, 41 mit Hilfe temperaturaktive Werkstoffe, wie beispielsweise einem Bimetall, einem Formgedächtniswerkstoff oder einem Wachsmotor, selbständig verjüngt oder erweitert werden. Wenn das oder die Ventile 36, 41 mit dem Temperaturmodell betrieben werden, kann auf Temperatursensoren in den Kühlkreisen 3, 4 und/oder den Antriebskomponenten 1, 1*, 2, 2* verzichtet werden.
Möglich ist es auch, dass die Pumpe 33 für den ersten Kühlkreis 3 und/oder die Pumpe für den zweiten Kühlkreis 4 gezielt so betrieben wird, dass der jeweils vorgegebene Temperaturbereich der Antriebskomponenten 1, 1*, 2, 2* möglichst schnell erreicht wird. Hierbei wird insbesondere die Pumpwirkung ausgeschaltet, wenn der vorgegebene Temperaturbereich noch nicht erreicht ist. Dazu kann beispielsweise die jeweilige Pumpe abgekoppelt oder abgeschaltet werden oder ihre Fördermenge minimiert werden. Bei Erreichen des vorgegebenen Temperaturbereichs wird die Pumpwirkung dementsprechend eingeschaltet, sodass die Kühlung der Antriebskomponente 1, 1*, 2, 2* einsetzt. Dazu kann beispielsweise die jeweilige Pumpe angekoppelt oder angeschaltet werden oder ihre Fördermenge erhöhte werden.
Bei Verwendung eines Kühlsystem bei einem Traktionsantrieb, das aus einem einzigen Schmiermittelkreislauf mit einem Luft-Öl-Wärmetauscher besteht, kann ebenfalls ein Ventil vor oder nach dem Luft-Ölwärmetauscher angeordnet sein, das analog zum Ventil 36 arbeitet. Dann kann auch die Durchflussmenge durch diesen Luft-Öl-Wärmetauscher in Abhängigkeit eines Temperaturmodell des Traktionsantriebs eingestellt werden.
Ein Verfahren zum Einstellen einer vorgegebenen Temperatur einer oder mehrerer der Antriebskomponenten 1, 1*, 2, 2* des Traktionsantriebs sieht vor, dass das erste Ventil 36 und optional auch das zweite Ventil 41 betätigt wird, um das vom jeweiligen Kühlkreis 3, 4 durch den Wärmetauscher 5 geführte Kühlmittel einzustellen und um damit auch die vorgegebene Temperatur der Antriebskomponente 1, 1*, 2, 2* zu erreichen. Das Verfahren läuft insbesondere mittels des Steuergeräts 6 ab. Die vorgegebene Temperatur ist insbesondere im Steuergerät 6 hinterlegt oder wird vom Steuergerät 6 situationsspezifisch ermittelt.
Vorzugsweise wird bei dem Verfahren eine Temperaturänderung der jeweiligen Antriebskomponenten 1, 1*, 2, 2* für die Betätigung des ersten und/oder zweiten Ventils 36, 41 herangezogen. Dementsprechend fließt diese Temperaturänderung also in die Betätigung des jeweiligen Ventils 36, 41 ein. Dadurch kann der Temperaturverlauf der Antriebskomponenten 1, 1*, 2, 2* antizipiert werden und die Einstellung der vorgegebenen Temperatur verbessert werden.
Bezugszeichenliste

1: Wechselrichter, Antriebskomponenten
1*: Verbrennungsmotor, Traktionsantrieb, Antriebskomponenten
2: E-Maschine, Traktionsmotor, Antriebskomponente
2*: Getriebe, Antriebskomponenten
3: Kühlkreis
31: Kühlkreisteil
32: Kühlkreisteil
33: Pumpe
34: Luftkühler
36: Ventil
37: Ausgleichsbehälter
38: Thermostat
39: Bypass
310: Drossel
4: Kühlkreis
41: Ventil
5: Wärmetauscher
6: Steuergerät

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 2599651 A1 [0004]

Claims

Traktionsantrieb zum Vortrieb eines Fahrzeugs, aufweisend eine erste im Betrieb wärmeemittierende Antriebskomponente (1, 1*) und eine zweite im Betrieb wärmeemittierende Antriebskomponente (2, 2*) und ein Kühlsystem zur Temperierung der ersten und zweiten Antriebskomponente (1, 1*, 2, 2*), wobei das Kühlsystem einen ersten Kühlkreis (3) und einen zweiten Kühlkreis (4) und einen Wärmetauscher (5) aufweist, der Wärmetauscher (5) ist zum Austausch von Wärme zwischen dem ersten und zweiten Kühlkreis (3, 4) eingerichtet, der erste Kühlkreis (3) führt durch die erste Antriebskomponente (1, 1*) zur Temperierung der ersten Antriebskomponente (1, 1 *), der zweite Kühlkreis (4) führt durch die zweite Antriebskomponente (2, 2*) zur Temperierung der zweiten Antriebskomponente (2, 2*), gekennzeichnet durch ein im ersten Kühlkreis (3) angeordnetes erstes Ventil (36) zum Einstellen des vom ersten Kühlkreis (3) durch den Wärmetauscher (5) geführten Kühlmittels.
Traktionsantrieb nach Anspruch 1, wobei der erste Kühlkreis (3) zum Betrieb mit Kühlwasser als Kühlmittel ausgebildet ist und der zweite Kühlkreis (4) zum Betrieb mit Schmiermittel als Kühl- und Schmiermedium ausgebildet ist.
Traktionsantrieb nach Anspruch 1 oder 2, wobei das erste Ventil (36) eingerichtet ist, um in seiner ersten Ventilstellung den Wärmetauscher (5) für einen Kühlmittelstrom des ersten Kühlkreises (3) freizugeben und um in seiner zweiten Ventilstellung den Wärmetauscher (5) für diesen Kühlmittelstrom zu sperren, wobei das erste Ventil (36) insbesondere ein 4/2-Wegeventil oder ein 6/2-Wegeventil ist.
Traktionsantrieb nach Anspruch 3, wobei das erste Ventil (36) eingerichtet ist, um in seiner ersten Ventilstellung den Wärmetauscher (5) für den Kühlmittelstrom des ersten Kühlkreises (3) anstelle einer parallel zum Wärmetauscher (5) geschalteten Drossel (310) freizugeben und um in seiner zweiten Ventilstellung den Wärmetauscher (5) für diesen Kühlmittelstrom zu sperren und die Drossle (310) für diesen Kühlmittelstrom freizugeben.
Traktionsantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Antriebskomponente (1, 1*) strömungstechnisch parallel zum ersten Ventil (36) geschaltet ist.
Traktionsantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die erste Antriebskomponente (1, 1*) strömungstechnisch seriell zum ersten Ventil (36) geschaltet ist.
Traktionsantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem im zweiten Kühlkreis (4) angeordnetes zweites Ventil (42) zum Einstellen des vom zweiten Kühlkreis (4) durch den Wärmetauscher (5) geführten Kühlmittels.
Traktionsantrieb nach Anspruch 7, wobei das zweite Ventil (41) ein 4/2-Wegeventil ist, wobei das zweite Ventil (41) eingerichtet ist, um in seiner ersten Ventilstellung für einen Kühlmittelstrom des zweiten Kühlkreises (4) durch den Wärmetauscher (5) zu öffnen und in seiner zweiten Ventilstellung durch den Wärmetauscher (5) zu sperren.
Traktionsantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste oder die zweite Antriebskomponente (1, 1*, 2, 2*) ein Wechselrichter (1), ein Verbrennungsmotor (1 *), eine E-Maschine (2) oder ein Getriebe (2*) ist.
Traktionsantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im ersten Kühlkreises (3) ein Luftkühler (34) zur Kühlung des Kühlmittels des ersten Kühlkreises (3) mittels Luft angeordnet ist.
Traktionsantrieb nach Anspruch 10, wobei stromauf des Luftkühlers (34) im ersten Kühlkreis (3) ein Thermostat (37) angeordnet ist, wobei das Thermostat (37) eingerichtet ist, um bei einer Temperatur des Kühlmittels des ersten Kühlkreises (3) unterhalb einer vorbestimmten Temperaturschwelle einen Weg des Kühlmittels durch den Luftkühler (34) zumindest teilweise zu verschließen und einen Bypass (39), der den Luftkühler (34) umgeht, für das Kühlmittel zumindest teilweise freizugeben, und um bei einer Temperatur des Kühlmittels des ersten Kühlkreises (3) oberhalb der vorbestimmten Temperaturschwelle den Weg des Kühlmittels durch den Luftkühler (34) zumindest teilweise freizugeben und den Bypass (39) zumindest teilweise zu schließen.
Traktionsantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Steuergerät (6) zur Betätigung zumindest des ersten Ventils (36), wobei das Steuergerät (6) dazu eingerichtet ist, um das erste Ventil (36) anhand eines im Steuergerät (6) hinterlegten Temperaturmodels zu betätigen.
Traktionsantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Steuergerät (6) zur Betätigung zumindest des ersten Ventils (36), wobei das Steuergerät (6) dazu eingerichtet ist, um das erste Ventil (36) anhand einer gemessenen Temperatur des Kühlmittels des ersten Kühlkreises (3) und/oder zweiten Kühlkreises (4) und/oder der ersten Antriebskomponenten (1, 1*) und/oder der zweiten Antriebskomponenten (2, 2*) zu betätigen.
Traktionsantrieb nach Anspruch 12 oder 13, wobei das Steuergerät (6) dazu eingerichtet ist, um die erste und zweite Antriebskomponente (1, 1*, 2, 2*) durch Betätigung zumindest des ersten Ventils (36) in einem vorgegebenen Temperaturbereich zu halten.
Verfahren zum Einstellen einer vorgegebenen Temperatur einer oder mehrerer Antriebskomponenten (1, 1*, 2, 2*) des Traktionsantriebs nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest das erste Ventil (36) betätigt wird, um das vom ersten Kühlkreis (3) durch den Wärmetauscher (5) geführte Kühlmittel und damit die vorgegebene Temperatur der Antriebskomponente (1, 1*, 2, 2*) einzustellen.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei eine Temperaturänderung einer Temperatur der Antriebskomponenten (1, 1*, 2, 2*) für die Betätigung des zumindest ersten Ventils (36) herangezogen wird.