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Die Erfindung betrifft ein Kühlsystem für eine elektrische Traktionsmaschine für ein Kraftfahrzeug. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Thermo-Management-Modul mit einem solchen Kühlsystem für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, einen Antriebsstrang mit einem solchen Thermo-Management-Modul für ein Kraftfahrzeug, sowie ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Antriebsstrang.
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Aus dem Stand der Technik sind Kühlsysteme für elektrische Traktionsmaschinen bekannt, um die entstehende Abwärme bei einer Leistungsabfrage abzuführen. Für eine gesteigerte Kühlleistung ist die Idee, zumindest den Stator einer elektrischen Traktionsmaschine mit einem Kühlmittel unmittelbar zu durchströmen, wobei dafür das Kühlmittel als dielektrische Kühlflüssigkeit auszuführen ist. Es ist sinnvoll, möglichst wenige Komponenten in diesem Dielektrikum-Kühlsystem zu kühlen. Andere Komponenten eines Antriebsstrangs, in welchen eine solche elektrische Traktionsmaschine eingebunden ist, wie beispielsweise ein Getriebe und ein Puls-Wechsel-Richter werden bevorzugt in zumindest einem davon getrennten Kühlkreislauf gekühlt. Ein Getriebe ist beispielsweise mittels eines Ölkreislaufs gekühlt, sodass das Kühlmittel (Öl) zugleich zum Schmieren der Getriebekomponenten eingerichtet ist. Ein Puls-Wechsel-Richter ist beispielsweise in einem Wasserkreislauf angeordnet, mit welchem bevorzugt noch weitere Fahrzeugkomponenten kühlbar sind.
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Problematisch bei einer dielektrischen Kühlflüssigkeit ist, dass es in der Regel leichter flüchtig ist als Wasser. In einem Ausgleichsbehälter kommt es daher bei dem Abführen von Luft zugleich zu einem Abführen von einem infolge des Partialdrucks gasförmigen Anteils der dielektrischen Kühlflüssigkeit, also zu übermäßigen Verlusten.
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Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zumindest teilweise zu überwinden. Die erfindungsgemäßen Merkmale ergeben sich aus den unabhängigen Ansprüchen, zu denen vorteilhafte Ausgestaltungen in den abhängigen Ansprüchen aufgezeigt werden. Die Merkmale der Ansprüche können in jeglicher technisch sinnvollen Art und Weise kombiniert werden, wobei hierzu auch die Erläuterungen aus der nachfolgenden Beschreibung sowie Merkmale aus den Figuren hinzugezogen werden können, welche ergänzende Ausgestaltungen der Erfindung umfassen.
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Die Erfindung betrifft ein Kühlsystem für eine elektrische Traktionsmaschine für ein Kraftfahrzeug, aufweisend zumindest die folgenden Komponenten:
- - ein Kreisleitungssystem zum Leiten von einer umzuwälzenden ersten Kühlflüssigkeit;
- - eine Umwälzpumpe zum Fördern von der ersten Kühlflüssigkeit in dem Kreisleitungssystem in einer ersten Umwälzrichtung;
- - einen Ausgleichsbehälter, welcher mindestens teilweise mit der im Kreisleitungssystem umzuwälzenden ersten Kühlflüssigkeit und mindestens teilweise mit einem Gas gefüllt ist;
- - einen Motoreingangsanschluss zum eingangsseitigen fluidischen Verbinden des Kreisleitungssystems mit einer zu temperierenden elektrischen Traktionsmaschine;
- - einen Motorausgangsanschluss zum ausgangsseitigen fluidischen Verbinden des Kreisleitungssystems mit der zu temperierenden elektrischen Traktionsmaschine; und
- - einen ersten Wärmetauscher zum Wärme Abführen aus der und/oder Zuführen in die in dem Kreisleitungssystem umzuwälzende erste Kühlflüssigkeit.
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Das Kühlsystem ist vor allem dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Umwälzrichtung der erste Wärmetauscher in dem Kreisleitungssystem hinter einer über den Motoreingangsanschluss und Motorausgangsanschluss verbundenen und zu temperierenden elektrischen Traktionsmaschine und vor dem Ausgleichsbehälter angeordnet ist.
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In der vorhergehenden und nachfolgenden Beschreibung verwendete Ordinalzahlen dienen, sofern nicht explizit auf das Gegenteilige hingewiesen wird, lediglich der eindeutigen Unterscheidbarkeit und geben keine Reihenfolge oder Rangfolge der bezeichneten Komponenten wieder. Eine Ordinalzahl größer eins bedingt nicht, dass zwangsläufig eine weitere derartige Komponente vorhanden sein muss.
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Bei dem hier vorgeschlagenen Kühlsystem wird der Umstand ausgenutzt, dass die Flüchtigkeit mit der Temperatur einer (vor allem dielektrischen) Kühlflüssigkeit abnimmt. Indem der Ausgleichsbehälter hinter dem (ersten) Wärmetauscher angeordnet ist, während die elektrische Traktionsmaschine (als Haupt-Wärmequelle) vor dem (ersten) Wärmetauscher angeordnet ist, ist die Temperatur der ersten Kühlflüssigkeit in dem Ausgleichsbehälter sehr gering bis hin zu der geringsten Temperatur in dem Kühlsystem. Damit ist der Verlust von der ersten Kühlflüssigkeit im Ausgleichsbehälter deutlich reduziert. Dieses Kühlsystem ist besonders vorteilhaft, wenn als erste Kühlflüssigkeit eine dielektrische Kühlflüssigkeit zum Einsatz kommt, weil diese leichter flüchtig ist als Wasser. Gleichwohl ist das Kühlsystem auch für andere Kühlflüssigkeiten mit temperatur-abhängiger Flüchtigkeit vorteilhaft.
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Vorab sei darauf hingewiesen, dass mit dem hier vorgeschlagenen Kühlsystem in erster Linie Abwärme abzuführen ist, aber auch ein Anheben der Temperatur von mittels des Kühlsystems temperierten Komponenten ein möglicher Betriebszustand ist, beispielsweise bei winterlichen Temperaturen, sodass die Komponenten schnell auf Betriebstemperatur gebracht sind. Bei den meisten Anwendungen ist aber auch bei winterlichen Temperaturen im Betrieb einer elektrischen Traktionsmaschine eines Kraftfahrzeugs Abwärme abzuführen, also eine Kühlung das Ziel.
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Es sei weiterhin darauf hingewiesen, dass für die Übersichtlichkeit mit später erläuterten Komponenten und Eigenschaften gleichnamige Komponenten beziehungsweise Eigenschaften des Kühlsystems jeweils als erste Komponente beziehungsweise Eigenschaft bezeichnet sind, wobei dies in einem eindeutigen Kontext nicht immer aufgegriffen wird.
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Das Kühlsystem umfasst ein Kreisleitungssystem, welches eine Mehrzahl von Leitungen und/oder Leitungsabschnitten zwischen den Komponenten des Kühlsystems umfasst. Innerhalb des Kreisleitungssystems ist die erste Kühlflüssigkeit vor einer Umgebung abgekapselt und somit tritt dort ein Verlust von gasförmigen Anteilen höchstens in vernachlässigbarer Menge (beispielsweise infolge von Undichtigkeiten) auf. Zum Umwälzen der erste Kühlflüssigkeit ist eine (erste) Umwälzpumpe vorgesehen. Von der Umwälzpumpe wird ein Druckgefälle mit der Folge einer (ersten) Umwälzrichtung in dem Kreisleitungssystem erzeugt. In einer Ausführungsform ist die Umwälzpumpe umkehrbar betreibbar, aber die erste Umwälzrichtung ist die Hauptbetriebsrichtung, zumindest beim Abführen von Abwärme aus der eingebundenen elektrischen Traktionsmaschine. Ein Umkehren der Richtung ist beispielsweise mittels Umkehr der Drehrichtung eines Pumpenrads, bevorzugt aber mittels eines entsprechenden Wege-Ventils, einstellbar.
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Der Ausgleichsbehälter ist zum Volumenausgleich zwischen dem Kreisleitungssystem mit einer (zumindest näherungsweise inkompressiblen) ersten Kühlflüssigkeit und einem kompressiblen Gas, beispielsweise Luft aus einer Umgebung eingerichtet, um zu vermeiden, dass in Abhängigkeit von Temperaturänderungen in dem Kreisleitungssystem eine vorbestimmte Druckgrenze überschritten wird. Optional ist eine weitere Aufgabe des Ausgleichsbehälters, dass hier Gaseinschlüsse in der ersten Kühlflüssigkeit infolge eines zu dem Gas vorliegenden Druckgefälles abscheidbar sind. Wie oben beschrieben, kommt es hierbei zu Verlusten von gasförmigen Anteilen der ersten Kühlflüssigkeit.
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Eine elektrische Traktionsmaschine ist zum Temperieren eingebunden in das Kühlsystem, indem sie über einen Motoreingangsanschluss mit der ersten Kühlflüssigkeit versorgt wird und über einen Motorausgangsanschluss die eingebrachte erste Kühlflüssigkeit wieder aus der elektrischen Traktionsmaschine abgeführt wird. Der Motoreingangsanschluss ist bevorzugt bei der Kopfwicklung der elektrischen Traktionsmaschine angeschlossen und der Motorausgangsanschluss am motor-axial (bezogen auf die Rotationsachse der Rotorwelle der elektrischen Traktionsmaschine) gegenüberliegenden Ende angeschlossen. Es sei darauf hingewiesen, dass bei einer Umkehr der (ersten) Umwälzrichtung von dem Motoreingangsanschluss ein Ausgang und von dem Motorausgangsanschluss ein Eingang gebildet ist. Bevorzugt bleibt aber auch dann die Flussrichtung über die elektrische Traktionsmaschine gleich, also der Motoreingangsanschluss ein Eingang und der Motorausgangsanschluss ein Ausgang für die erste Kühlflüssigkeit, wobei dies beispielsweise mittels entsprechender Leitungsführung und/oder zumindest ein schaltbares Wege-Ventil bewerkstelligt ist.
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Der (erste) Wärmetauscher ist zum Übertragen von Wärme zwischen zwei Fluiden, also der ersten Kühlflüssigkeit und einem weiteren Fluid (beispielsweise Wasser oder Umgebungsluft), eingerichtet. Bei einer Ausführungsform zum gegen Luft Kühlen ist beispielsweise ein Ventilator umfasst.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Leitungsabstand zwischen dem Ausgleichsbehälter und dem Wärmetauscher in dem Kreisleitungssystem möglichst kurz, sodass ein Wärmeeintrag bis zum Erreichen des Ausgleichsbehälters gering ist. Aus gleichem Grund ist alternativ oder zusätzlich ein Leitungsabschnitt zwischen dem Ausgleichsbehälter und dem Wärmetauscher in dem Kreisleitungssystem wärmeisoliert und/oder von anderen Wärmequellen, besonders von der zu temperierenden elektrischen Traktionsmaschine, möglichst weit beabstandet.
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Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform des Kühlsystems vorgeschlagen, dass das Kreisleitungssystem einen Filter umfasst, welcher leitungsseitig vor dem Motoreingangsanschluss angeordnet ist.
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Bei dieser Ausführungsform ist ein Filter zum Zurückhalten von Partikeln in dem Kreisleitungssystem vorgesehen, um die elektrische Traktionsmaschine, aber auch den (ersten) Wärmetauscher und/oder andere Komponenten in dem Kühlsystem vor einer abrasiven Beschädigung zu schützen und/oder ein Zusetzen von Leitungsengpässen zu verhindern. Die Position in dem Kreisleitungssystem leitungsseitig vor, bevorzugt unmittelbar vor dem Motoreingangsanschluss, ist besonders vorteilhaft, weil hier von der Umwälzpumpe Partikel neu erzeugt oder aufgewirbelt sind. Die elektrische Traktionsmaschine ist für (vor allem metallische, also elektrisch-leitfähige) Partikel aufgrund der geringen Kanalquerschnitte und der erforderlichen Leistungsdichte beziehungsweise Wirkungsgrad besonders empfindlich. Zudem ist hier in der (ersten) Umwälzrichtung der ebenfalls empfindliche (erste) Wärmetauscher der elektrischen Traktionsmaschine nachgeschaltet und damit ebenfalls mittels des Filters effizient geschützt. Es sei weiterhin darauf hingewiesen, dass die elektrische Traktionsmaschine vor dem Wärmetauscher und dem Ausgleichsbehälter angeordnet ist, bevorzugt nahezu unmittelbar hinter der Umwälzpumpe. Damit liegen dort hohe Drücke in der ersten Kühlflüssigkeit vor, sodass dort in der elektrischen Traktionsmaschine ohne den Filter eine abrasive Wirkung von Partikeln am häufigsten und stärksten auftreten würden. Leitungsseitig vor dem Motoreingangsanschluss ist in dem Kreisleitungssystem in der ersten Umwälzrichtung vor dem Motoreingangsanschluss beströmt und motorseitig nach dem Motoreingangsanschluss ist in dem Kreisleitungssystem nach dem Motoreingangsanschluss beströmt. Diese Definition gilt im Weiteren analog.
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Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform des Kühlsystems vorgeschlagen, dass der erste Wärmetauscher ein Dielektrikum-Wasser-Wärmetauscher ist.
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Bei dieser Ausführungsform ist die Abwärme der zu temperierenden elektrischen Traktionsmaschine an einen Wasserkreislauf abgebbar. In einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Wasserkreislauf für weitere Fahrzeugkomponenten eingerichtet, besonders bevorzugt für einen Puls-Wechsel-Richter für die zu temperierende elektrische Traktionsmaschine. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der erste Wärmetauscher die einzige flüssigkeitsgebundene Wärmesenke des Kühlsystems mit der ersten Kühlflüssigkeit.
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Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform des Kühlsystems vorgeschlagen, dass in dem Kreisleitungssystem die Reihenfolge in der ersten Umwälzrichtung von dem Ausgleichsbehälter, dem ersten Wärmetauscher und einer über den Motoreingangsanschluss und Motorausgangsanschluss verbundenen und zu temperierenden elektrischen Traktionsmaschine umkehrbar ist.
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Wie bereits oben erwähnt, ist der Druck an der zu temperierenden elektrischen Traktionsmaschine aufgrund der Reihenfolge der Komponenten in dem Kühlsystem mit am höchsten. In einem Betriebszustand, in welchem eine hohe Durchsatzrate erforderlich ist, ist es daher unter Umständen vorteilhaft, die erste Umwälzrichtung umzukehren, beziehungsweise infolge von einer entsprechenden Ventilstellung die Reihenfolge der Komponenten in dem Kreisleitungssystem umzukehren. Dann ist die zu temperierende elektrische Traktionsmaschine (bevorzugt unmittelbar) hinter dem (ersten) Wärmetauscher angeordnet, sodass die erste Kühlflüssigkeit dann sehr (bevorzugt maximal) kalt ist. Damit ist eine Durchsatzrate verringerbar und somit auch wieder der Druck verringerbar. Wenn dies nicht möglich ist, so ist aber schon aufgrund der Reihenfolge der höchste Druck in der Leitung aufgrund der Drosseleffekte in den in diesem Zustand vorgeschalteten Komponenten nicht bei der elektrischen Traktionsmaschine angeordnet.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Thermo-Management-Modul für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs vorgeschlagen, aufweisend zumindest die folgenden Komponenten:
- - für ein Getriebe, einen Ölkreislauf mit einer zweiten Umwälzrichtung und mit einem zweiten Wärmetauscher;
- - für zumindest eine Fahrzeugkomponente, einen Wasserkreislauf mit einer dritten Umwälzrichtung und mit einem dritten Wärmetauscher; und
- - für eine elektrische Traktionsmaschine, ein Kühlsystem nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung,
wobei bevorzugt ein Puls-Wechsel-Richter für die elektrische Traktionsmaschine in dem Wasserkreislauf angeordnet ist.
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Hier ist das zuvor beschriebene Kühlsystem in ein Thermo-Management-Modul für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs eingebunden, wobei dieses Thermo-Management-Modul [TMM] hinsichtlich seiner Funktionen und Aufgaben allgemein bekannt ist. Neben Komponenten eines Antriebsstrangs werden bevorzugt auch andere Fahrzeugkomponenten temperiert, beispielsweise eine (bevorzugt Traktions-) Batterie.
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Ein Getriebe, beispielsweise umfassend ein (bevorzugt schaltbares) Übersetzungsgetriebe und/oder ein Differential, ist mittels eines Ölkreislaufs mit einem Öl, bevorzugt direkt, gekühlt. Eine direkte Kühlung ist eine Komponenten des Getriebes (beispielsweise Zahnräder) unmittelbar kontaktierende Durchströmung, beispielsweise als Ersatz für ein Schmiermittel. Der Ölkreislauf ist beispielsweise konventionell ausgeführt. In einer vorteilhaften Ausführungsform ist eine zweite Umwälzpumpe zum Erzeugen einer zweiten Umwälzrichtung in dem Ölkreislauf mit der ersten Umwälzpumpe zum Erzeugen der ersten Umwälzrichtung in dem Kreisleitungssystem für die erste Kühlflüssigkeit als sogenannte Tandem-Pumpe gekoppelt, sodass ein einziger Antrieb für beide Umwälzpumpen ausreichend ist. Die Abwärme wird hierbei über den zweiten Wärmetauscher abgegeben.
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Es sei darauf hingewiesen, dass auch in dem Ölkreislauf und/oder dem Wasserkreislauf die jeweiligen Komponenten, beispielsweise bei winterlichen Temperaturen erwärmbar sind, wobei aber auch hier der Hauptzustand ein Abführen von Abwärme ist. Ebenfalls ist gegebenenfalls die jeweilige Umwälzrichtung umkehrbar.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform ist zum Temperieren ein Puls-Wechsel-Richter [PWR] für eine mittels des Kühlsystems mit der ersten Kühlflüssigkeit zu temperierende elektrische Traktionsmaschine in dem Wasserkreislauf angeordnet, also keine zu temperierende Komponente in dem Kühlsystem mit der ersten Kühlflüssigkeit. Es ist vorteilhaft, die Anzahl der Komponenten in dem besagten Kühlsystem für eine elektrische Traktionsmaschine gering zu halten. Bei einem Puls-Wechsel-Richter ist der Einsatz einer dielektrischen (ersten) Kühlflüssigkeit nicht notwendig. Es ist daher vorteilhaft, den Puls-Wechsel-Richter außerhalb des besagten Kühlsystems anzuordnen.
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Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform des Thermo-Managementmoduls vorgeschlagen, dass der Wasserkreislauf mit dem ersten Wärmetauscher des Kühlsystems für eine elektrische Traktionsmaschine zum Wärmeübertragen, bevorzugt als einziges flüssigkeitsgebundenes Wärmeübertragen des Kühlsystems zur Umgebung, verbunden ist,
wobei bevorzugt in der dritten Umwälzrichtung des Wasserkreislaufs ein Puls-Wechsel-Richter für eine elektrische Traktionsmaschine vor dem ersten Wärmetauscher angeordnet ist.
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Hier ist vorgeschlagen, dass das Kühlsystem mit der ersten Kühlflüssigkeit und der Wasserkreislauf miteinander wärme-gekoppelt sind, also der Wasserkreislauf mittels des (ersten) Wärmetauschers zum Temperieren der ersten Kühlflüssigkeit eingerichtet ist. In dem ersten Wärmetauscher wird also, beispielsweise beim Kühlen der elektrischen Traktionsmaschine, (technisch ohne Flüssigkeitsaustausch) die Wärme aus der ersten Kühlflüssigkeit an das Wasser in dem Wasserkreislauf abgegeben.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist keine weitere (erzwungene) Konvektion zum Temperieren der elektrischen Traktionsmaschine (und bevorzugt auch nicht weiterer Komponenten in dem Kühlsystem) und zum Abführen von Wärme aus der ersten Kühlflüssigkeit vorgesehen. Vielmehr ist dann der erste Wärmetauscher die einzige Einheit des Kühlsystems zum Wärmeübertragen, und zwar mit dem Wasserkreislauf.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Puls-Wechsel-Richter in der (dritten) Umwälzrichtung des Wasserkreislaufs vor dem ersten Wärmetauscher angeordnet, sodass das Temperaturgefälle über dem Puls-Wechsel-Richter möglichst groß ist, während das Temperaturgefälle über dem ersten Wärmetauscher (aufgrund der meist sehr großen Wärmeleistung der elektrischen Traktionsmaschine) noch immer ausreichend ist.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform ist zum Umkehren der (ersten) Umwälzrichtung ein Umkehrventil vorgesehen. In einer Ausführungsform verläuft die erste Kühlflüssigkeit dann durch einen separaten Umkehrkanal. Bevorzugt wird die gleiche Leitung für beide Richtungen verwendet.
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In der Hauptrichtung ist die Reihenfolge der Komponenten also (beginnend bei der ersten Umwälzpumpe):
- 1
- die erste Umwälzpumpe
- 2
- die elektrische Traktionsmaschine;
- 3
- der erste Wärmetauscher; und
- 4
- der Ausgleichsbehälter.
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Und in der Nebenrichtung ist die Reihenfolge der Komponenten also:
- 1'
- die erste Umwälzpumpe;
- 2'
- der Ausgleichsbehälter;
- 3.
- der erste Wärmetauscher; und
- 4'
- die elektrische Traktionsmaschine.
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Es sei darauf hingewiesen, dass mögliche weitere Komponenten in dem Kühlsystem ebenfalls umgekehrt beströmt werden oder nur einige oder ausschließlich die genannten drei Komponenten in der umgekehrten Reihenfolge beströmt werden.
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Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform des Thermo-Managementmoduls vorgeschlagen, dass der Wasserkreislauf zudem mit dem zweiten Wärmetauscher des Ölkreislaufs zum Wärmeübertragen, bevorzugt als einziges flüssigkeitsgebundenes Wärmeübertragen des Kühlsystems zur Umgebung, verbunden ist,
wobei bevorzugt in der dritten Umwälzrichtung des Wasserkreislaufs der erste Wärmetauscher vor dem zweiten Wärmetauscher angeordnet ist.
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Hier ist vorgeschlagen, dass der Ölkreislauf und der Wasserkreislauf miteinander wärme-gekoppelt sind, also der Wasserkreislauf mittels des (zweiten) Wärmetauschers zum Temperieren des Öls eingerichtet ist. In dem zweiten Wärmetauscher wird also, beispielsweise beim Kühlen des Getriebes, (technisch ohne Flüssigkeitsaustausch) die Wärme aus dem Öl in dem Ölkreislauf an das Wasser in dem Wasserkreislauf abgegeben.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist keine weitere (erzwungene) Konvektion zum Temperieren des Getriebes (und bevorzugt auch nicht weiterer Komponenten in dem Ölkreislauf) und zum Abführen von Wärme aus dem Öl vorgesehen. Vielmehr ist dann der zweite Wärmetauscher die einzige Einheit des Ölkreislaufs zum Wärmeübertragen, und zwar mit dem Wasserkreislauf.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist der erste Wärmetauscher in der (dritten) Umwälzrichtung des Wasserkreislaufs vor dem zweiten Wärmetauscher angeordnet, sodass das Temperaturgefälle über dem ersten Wärmetauscher möglichst groß ist, während das Temperaturgefälle über dem zweiten Wärmetauscher (aufgrund des meist im Vergleich zu einer elektrischen Traktionsmaschine höheren zulässigen Temperaturniveaus in einem Getriebe) noch immer ausreichend ist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, aufweisend zumindest die folgenden Komponenten:
- - zumindest eine elektrische Traktionsmaschine zum Bereitstellen eines Drehmoments;
- - zumindest ein Vortriebsrad zum Vortrieb des betreffenden Kraftfahrzeugs mittels eines Drehmoments der elektrischen Traktionsmaschine;
- - zumindest ein Getriebe zum Leiten eines Drehmoments zwischen der elektrischen Traktionsmaschine und zumindest einem der Vortriebsräder; und
- - ein Kühlsystem nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung für zumindest eine der elektrischen Traktionsmaschinen und/oder ein Thermo-Management-Modul nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung für zumindest eine der elektrischen Traktionsmaschinen, zumindest eines der Getriebe und zumindest eine Fahrzeugkomponente, sowie bevorzugt einen Puls-Wechsel-Richter für zumindest eine der elektrischen Traktionsmaschinen.
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Hier ist nun ein Antriebsstrang vorgeschlagen, welcher zumindest eine elektrische Traktionsmaschine umfasst, mittels welcher ein Drehmoment erzeugbar ist. Das Drehmoment der jeweiligen elektrischen Traktionsmaschine ist über ein Getriebe an zumindest ein Vortriebsrad übertragbar. Das zumindest eine Vortriebsrad ist zum Vortrieb des Kraftfahrzeugs eingerichtet. Das Temperieren der Komponenten des Antriebsstrangs wird von einem Kühlsystem oder einem Thermo-Management-Modul umfassend ein Kühlsystem nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung ausgeführt. Für den dritten Wärmetauscher wird bevorzugt die Luft der Umgebung genutzt, und zwar passiv mittels Fahrtwind und/oder aktiv mittels eines Ventilators.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, aufweisend ein Chassis mit einer Transportzelle und einen Antriebsstrang nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung zum Vortrieb des Kraftfahrzeugs.
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Das Kraftfahrzeug ist zum Transport von zumindest einem Fahrgast und/oder Transportgütern vorgesehen und weist dazu eine Fahrgastzelle und/oder eine Cargo-Zelle auf. Das Kraftfahrzeug wird über das zumindest eine Vortriebsrad mittels des Drehmoments von zumindest einer der elektrischen Traktionsmaschinen angetrieben.
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Die oben beschriebene Erfindung wird nachfolgend vor dem betreffenden technischen Hintergrund unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen, welche bevorzugte Ausgestaltungen zeigen, detailliert erläutert. Die Erfindung wird durch die rein schematischen Zeichnungen in keiner Weise beschränkt, wobei anzumerken ist, dass die Zeichnungen nicht maßhaltig sind und zur Definition von Größenverhältnissen nicht geeignet sind. Es wird dargestellt in
- 1 ein Thermo-Management-Modul in einem schematischen Schaltbild; und
- 2 ein Kraftfahrzeug mit Thermo-Management-Modul in schematischer Draufsicht.
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In 1 ist ein Thermo-Management-Modul 15 in einem schematischen Schaltbild gezeigt, welches ein Kühlsystem 1 für eine elektrische Traktionsmaschine 2 umfasst. Ein erster Wärmetauscher 13 des Kühlsystems 1 ist hier zum Wärmeübertragen mit einem Wasserkreislauf 21 (hier nur ausschnittsweise gezeigt) eingerichtet, sodass also die erste Kühlflüssigkeit 5 des Kreisleitungssystems 4 des Kühlsystems 1 und das Wasser 28 (-Gemisch) des Wasserkreislaufs 21 miteinander im Wärmeaustausch stehen. Ein zweiter Wärmetauscher 20 eines Ölkreislaufs 18 für ein Getriebe 17 ist hier ebenfalls zum Wärmeübertragen mit dem Wasserkreislauf 21 (hier nur ausschnittsweise gezeigt) eingerichtet, sodass also das Öl 29 des Ölkreislaufs 18 und das Wasser 28 (-Gemisch) des Wasserkreislaufs 21 miteinander im Wärmeaustausch stehen.
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In dem Wasserkreislauf 21 ist hier ein Puls-Wechsel-Richter 24 für die in dem Kühlsystem 1 zu temperierende elektrische Traktionsmaschine 2 angeordnet, und zwar in der (dritten) Umwälzrichtung 22 des Wasserkreislaufs 21 vor dem ersten Wärmetauscher 13 des Kühlsystems 1 mit der ersten Kühlflüssigkeit 5. Zudem ist der zweite Wärmetauscher 20 in der dritten Umwälzrichtung 22 hinter dem ersten Wärmetauscher 13 angeordnet.
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In dem Ölkreislauf 18 ist in der (zweiten) Umwälzrichtung 19 hinter dem zweiten Wärmetauscher 20 ein Getriebe 17 und eine Getriebekomponente 30 angeordnet, welche hier zueinander parallel geschaltet sind. Nachfolgend ist ein Ölsumpf 31, daraufhin ein Grobfilter 32 und (darstellungsgemäß) zum Schluss eine zweite Umwälzpumpe 33 in dem Ölkreislauf 18 angeordnet. Die zweite Umwälzpumpe 33 ist hier (rein optional) als Tandempumpe mit der ersten Umwälzpumpe 6 des Kühlsystems 1 mit der ersten Kühlflüssigkeit 5 ausgeführt.
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Das Kühlsystem 1 umfasst ein Kreisleitungssystem 4, in welchem in (erster) Umwälzrichtung 7 (und wie zuvor in der genannten Reihenfolge) die folgenden Komponenten angeordnet sind:
- 1
- eine erste Umwälzpumpe 6;
- 2
- die elektrische Traktionsmaschine 2, welche über einen Motoreingangsanschluss 11 und einen Motorausgangsanschluss 12 beströmt ist;
- 3
- der erste Wärmetauscher 13; und
- 4
- ein Ausgleichsbehälter 8.
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Als optionale Bestandteile sind hier noch der Filter 14 vor dem Motoreingangsanschluss 11, sowie ein nachfolgend erläutertes Umkehrventil 34 in dem Kreisleitungssystem 4 dargestellt. Der Ausgleichsbehälter 8 ist zu einem Teil mit der ersten Kühlflüssigkeit 5 und zum anderen Teil mit einem Gas 9 gefüllt und somit ein aus einem temperaturbedingten Volumenanstieg resultierender Druckanstieg mittels des komprimierbaren Gases 9 ausgleichbar oder zumindest abgemildert.
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Bei der gezeigten Ausführungsform ist weiterhin ein Umkehrkanal 35 und ein Umkehrventil 34 gezeigt, wobei hier einzig für die einfachere Darstellung im Vergleich zu der Hauptrichtung (durchgezogene Linie) der ersten Umwälzrichtung 7 eine (gestrichelt dargestellte) weitere Leitung dargestellt ist. Bevorzugt wird dieselbe Leitung genutzt und einzig im Nebenbetrieb in umgekehrter Richtung beströmt. Es sei darauf hingewiesen, dass in der gezeigten Ausführungsform der Abschnitt des Kreisleitungssystems 4 bei der elektrischen Traktionsmaschine 2 stets in der gleichen Richtung beströmt, also durch den Motoreingangsanschluss 11 hin zu dem Motorausgangsanschluss 12 beströmt wird. Hier ist dafür weiterhin ein Drucksensor 36 beim Motoreingangsanschluss 11 gezeigt, um eine Steuerung des Umkehrventils 34 auf Basis eines Drucks zu ermöglichen. Alternativ oder zusätzlich ist ein Temperatursensor 37 vorgesehen, um eine Temperatur in der elektrischen Traktionsmaschine 2 (hier rein optional beispielsweise ausgangsseitig) zu erfassen.
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Es sei darauf hingewiesen, dass in der gezeigten Ausführungsform des Thermo-Management-Moduls 15 von dem Kühlsystem 1 und dem Ölkreislauf 18 kein Wärmetauscher zur Wärmeübertragung mit der Umgebung 10 vorgesehen ist. Vielmehr sind der erste Wärmetauscher 13 und der zweite Wärmetauscher 20 mit dem Wasserkreislauf 21 gekoppelt.
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In 2 ist ein Kraftfahrzeug 3 mit Thermo-Management-Modul 15 in schematischer Draufsicht mit einem Antriebsstrang 16 gezeigt. Das Kraftfahrzeug 3 weist etwa mittig seines Chassis 26 eine Transportzelle 27, beispielsweise eine Fahrgastzelle, auf und seitlich seines Chassis 26 vier Vortriebsräder 25 zum Vortrieb des Kraftfahrzeugs 3. Vorne ist eine (hier rein optional koaxiale) elektrische Traktionsmaschine 2 und hinten eine weitere (hier rein optional achs-parallel angeordnete) elektrische Traktionsmaschine 2, sowie hinten ein Getriebe 17 und ein Differential 38 umfasst, wobei bevorzugt das Differential 38 in den Ölkreislauf 18 eingebunden ist (hier nicht dargestellt). Sowohl für die vordere als auch für die hintere elektrische Traktionsmaschine 2 ist jeweils ein Puls-Wechsel-Richter 24 vorgesehen. Ein Wasserkreislauf 21 ist zum Temperieren der Puls-Wechsel-Richter 24 und der ersten Wärmetauscher 13 und des zweiten Wärmetauschers 20 eingerichtet, wobei die Wärme des Wasserkreislaufs 21 über einen dritten Wärmetauscher 23 (hier mit Ventilator dargestellt) an die Umgebung 10 abführbar ist. Die hinführende Leitung ist hier jeweils mit durchgezogener und die rückführende Leitung jeweils in strichpunktierter Linie dargestellt, sodass die (dritte) Umwälzrichtung 22 des Wasserkreislaufs 21 in der Darstellung gegen den Uhrzeigersinn verläuft. Ebenso ist dies bei dem Kühlsystem 1 an den elektrischen Traktionsmaschinen 2 und in dem Ölkreislauf 18 so dargestellt. Beispielsweise sind die Kühlsysteme 1, der Ölkreislauf 18 und der Wasserkreislauf 21 wie (zumindest ausschnittsweise) in 1 dargestellt ausgeführt. Weiterhin ist hier ein Prozessor 39 angedeutet, mittels welchem die notwendige Steuerung und/oder Regelung von den gezeigten (und gegebenenfalls weiteren) Komponenten ausführbar ist. Der Prozessor 39 ist beispielsweise als CPU ausgeführt und/oder Teil eines Bordcomputers des Kraftfahrzeugs 3.
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Die Erfindung betrifft ein Kühlsystem für eine elektrische Traktionsmaschine für ein Kraftfahrzeug, aufweisend zumindest die folgenden Komponenten:
- - ein Kreisleitungssystem zum Leiten von einer umzuwälzenden ersten Kühlflüssigkeit;
- - eine Umwälzpumpe zum Fördern von der ersten Kühlflüssigkeit in einer ersten Umwälzrichtung;
- - einen Ausgleichsbehälter;
- - einen Motoreingangsanschluss zum eingangsseitigen fluidischen Verbinden des Kreisleitungssystems mit einer zu temperierenden elektrischen Traktionsmaschine;
- - einen Motorausgangsanschluss zum ausgangsseitigen fluidischen Verbinden des Kreisleitungssystems mit der zu temperierenden elektrischen Traktionsmaschine; und
- - einen ersten Wärmetauscher zum Wärme Abführen aus der und/oder Zuführen in die in dem Kreisleitungssystem umzuwälzende erste Kühlflüssigkeit. Das Kühlsystem ist vor allem dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Umwälzrichtung der erste Wärmetauscher in dem Kreisleitungssystem hinter einer über den Motoreingangsanschluss und Motorausgangsanschluss verbundenen und zu temperierenden elektrischen Traktionsmaschine und vor dem Ausgleichsbehälter angeordnet ist.
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Mit dem hier vorgeschlagenen Kühlsystem ist ein Verlust von dielektrischer Kühlflüssigkeit verringerbar.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kühlsystem
- 2
- elektrische Traktionsmaschine
- 3
- Kraftfahrzeug
- 4
- Kreisleitungssystem
- 5
- erste Kühlflüssigkeit
- 6
- erste Umwälzpumpe
- 7
- erste Umwälzrichtung
- 8
- Ausgleichsbehälter
- 9
- Gas
- 10
- Umgebung
- 11
- Motoreingangsanschluss
- 12
- Motorausgangsanschluss
- 13
- erster Wärmetauscher
- 14
- Filter
- 15
- Thermo-Management-Modul
- 16
- Antriebsstrang
- 17
- Getriebe
- 18
- Ölkreislauf
- 19
- zweite Umwälzrichtung
- 20
- zweiter Wärmetauscher
- 21
- Wasserkreislauf
- 22
- dritte Umwälzrichtung
- 23
- dritter Wärmetauscher
- 24
- Puls-Wechsel-Richter
- 25
- Vortriebsrad
- 26
- Chassis
- 27
- Transportzelle
- 28
- Wasser
- 29
- Öl
- 30
- Getriebekomponente
- 31
- Ölsumpf
- 32
- Grobfilter
- 33
- zweite Umwälzpumpe
- 34
- Umkehrventil
- 35
- Umkehrkanal
- 36
- Drucksensor
- 37
- Temperatursensor
- 38
- Differential
- 39
- Prozessor
