DE102022131334A1 - Thermal management system, electric axle drive train and electrically powered motor vehicle - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Thermomanagement-System (1) für ein elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug (2) umfassend eine elektrische Maschine (3) zum Antrieb des Kraftfahrzeugs (2), eine Bremse (5) mit einem Bremskühlkreislauf (6) zu Abfuhr oder Zufuhr von Wärme aus oder zur Bremse (5), ein hydraulisches Steuersystem (7) zur Beeinflussung des Volumenstroms in dem Bremskühlkreislauf (6), eine elektronische Steuereinheit (8) zur Steuerung des hydraulischen Steuersystems (7), wobei der Bremskühlkreislauf (6) mit einem ersten thermischen Energiespeicher (9) gekoppelt ist.The invention relates to a thermal management system (1) for an electrically operated motor vehicle (2) comprising an electric machine (3) for driving the motor vehicle (2), a brake (5) with a brake cooling circuit (6) for dissipating or supplying heat from or to the brake (5), a hydraulic control system (7) for influencing the volume flow in the brake cooling circuit (6), an electronic control unit (8) for controlling the hydraulic control system (7), wherein the brake cooling circuit (6) is coupled to a first thermal energy store (9).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Thermomanagement-System für ein elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug umfassend eine elektrische Maschine zum Antrieb des Kraftfahrzeugs, eine Bremse mit einem Bremskühlkreislauf zu Abfuhr oder Zufuhr von Wärme aus oder zur Bremse, ein hydraulisches Steuersystem zur Beeinflussung des Volumenstroms in dem Bremskühlkreislauf, eine elektronische Steuereinheit zur Steuerung des hydraulischen Steuersystems.The present invention relates to a thermal management system for an electrically operated motor vehicle comprising an electric machine for driving the motor vehicle, a brake with a brake cooling circuit for dissipating or supplying heat from or to the brake, a hydraulic control system for influencing the volume flow in the brake cooling circuit, an electronic control unit for controlling the hydraulic control system.
Bei Kraftfahrzeugen werden für den Antrieb verstärkt Elektromotoren eingesetzt, um Alternativen zu Verbrennungsmotoren zu schaffen, die fossile Brennstoffe benötigen. Um die Alltagstauglichkeit der Elektroantriebe zu verbessern und zudem den Benutzern den gewohnten Fahrkomfort bieten zu können, sind bereits erhebliche Anstrengungen unternommen worden. Eine ausführliche Darstellung zu einem Elektroantrieb ergibt sich beispielsweise aus einem Artikel der Zeitschrift ATZ 113. Jahrgang, 05/2011, Seiten 360-365 von Erik Schneider, Frank Fickl, Bernd Cebulski und Jens Liebold mit dem Titel: Hochintegrativ und Flexibel Elektrische Antriebseinheit für E-Fahrzeuge. In diesem Artikel wird eine Antriebseinheit für eine Achse eines Fahrzeugs beschrieben, welche einen E-Motor umfasst, der koaxial zu einem Kegelraddifferenzial angeordnet ist.Electric motors are increasingly being used to drive motor vehicles in order to create alternatives to combustion engines that require fossil fuels. Considerable efforts have already been made to improve the everyday suitability of electric drives and also to be able to offer users the usual driving comfort. A detailed description of an electric drive can be found, for example, in an article in the magazine ATZ 113th year, 05/2011, pages 360-365 by Erik Schneider, Frank Fickl, Bernd Cebulski and Jens Liebold with the title: Highly integrated and flexible electric drive unit for electric vehicles. This article describes a drive unit for an axle of a vehicle, which includes an electric motor that is arranged coaxially to a bevel gear differential.
Bei Fahrzeugen mit einem derartigen elektrischen Antrieb ist das Heiz- und Kühlsystem für die Fahrgastzelle der größte energetische Nebenverbraucher, da bei vollelektrischen Antriebskonzepten in der Regel die Verbrennungskraftmaschine als Wärmeversorger entfällt. Zudem ergeben sich zusätzliche Temperierbedarfe bei Antriebskomponenten, wie etwa der Batterie, der Leistungselektronik und der elektrischen Antriebsmaschine selbst.In vehicles with such an electric drive, the heating and cooling system for the passenger compartment is the largest secondary energy consumer, since in fully electric drive concepts the combustion engine is generally not used as a heat supplier. In addition, there are additional temperature control requirements for drive components such as the battery, the power electronics and the electric drive machine itself.
Insbesondere durch die Randbedingung Umgebungstemperatur kann es bei Fahrzeugen mit elektrischer Antriebsmaschine zu erheblichen Reichweitenverlust komme. Situationsabhängig kann es vorkommen, dass gerade das Temperiersystem mehr elektrische Energie aufnimmt, als für den Antrieb des Fahrzeugs erforderlich ist. Die Energieeffizienz von Heiz- und Kühlsystemen für vollelektrische Kraftfahrzeuge steht deshalb vermehrt im Fokus von Entwicklungsanstrengungen.In particular, the ambient temperature boundary condition can lead to a significant loss of range in vehicles with electric drive motors. Depending on the situation, the temperature control system in particular can consume more electrical energy than is required to drive the vehicle. The energy efficiency of heating and cooling systems for fully electric vehicles is therefore increasingly the focus of development efforts.
Besonders das Vorkonditionieren der Batterie durch Heizen, welches für eine bevorstehende Schnellladephase notwendig ist, gehört neben dem Heizen des Fahrgastraums zu den energieintensiven Thermomanagementfunktionen. Ein gattungsbildendes Thermomanagement-System bestehend aus einem Kühlmittelkreislauf mit zwei Kreisen ist beispielsweise in der
In diesem Zusammenhang sind auch Vorrichtungen zur Speicherung von Wärme für Kraftfahrzeuge, z.B. aus der
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Thermomanagement-System für ein elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug bereitzustellen. Es ist ferner die Aufgabe der Erfindung einen optimierten elektrischen Achsantriebsstrang und Ein verbessertes elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug zu realisieren.It is therefore the object of the invention to provide an improved thermal management system for an electrically operated motor vehicle. It is also the object of the invention to realize an optimized electric axle drive train and an improved electrically operated motor vehicle.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Thermomanagement-System für ein elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug umfassend eine elektrische Maschine zum Antrieb des Kraftfahrzeugs, eine Bremse mit einem Bremskühlkreislauf zu Abfuhr oder Zufuhr von Wärme aus oder zur Bremse, ein hydraulisches Steuersystem zur Beeinflussung des Volumenstroms in dem Bremskühlkreislauf, eine elektronische Steuereinheit zur Steuerung des hydraulischen Steuersystems, wobei der Bremskühlkreislauf mit einem ersten thermischen Energiespeicher gekoppelt ist.This object is achieved by a thermal management system for an electrically operated motor vehicle comprising an electric machine for driving the motor vehicle, a brake with a brake cooling circuit for dissipating or supplying heat from or to the brake, a hydraulic control system for influencing the volume flow in the brake cooling circuit, an electronic control unit for controlling the hydraulic control system, wherein the brake cooling circuit is coupled to a first thermal energy store.
Hierdurch wird der Vorteil erzielt, dass eine Speicherung von durch den Bremsvorgang gewonnener thermischer Energie realisierbar wird und hierdurch mit der Bremse eine Wärmequelle für das Thermomanagement-System eines Kraftfahrzeugs erschlossen werden kann. Hierbei wird erfindungsgemäß auf Bremsen zurückgegriffen, die mit einer thermischen Energierückgewinnungseinrichtung, wie einem Bremskühlkreislauf, ausgerüstet sind.This provides the advantage that thermal energy gained through the braking process can be stored and the brake can thus be used as a heat source for the thermal management system of a motor vehicle. According to the invention, brakes are used that are equipped with a thermal energy recovery device, such as a brake cooling circuit.
Zunächst werden nun die einzelnen Elemente des beanspruchten Erfindungsgegenstandes erläutert und nachfolgend besonders bevorzugte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes beschrieben.First, the individual elements of the claimed subject matter of the invention will now be explained and particularly preferred embodiments of the subject matter of the invention will be described below.
Ein hydraulisches Steuersystem lenkt die Volumenströme innerhalb eines Thermomanagement-Systems eines Kraftfahrzeugs mittels hydraulisch auf ein Fluid einwirkender Schaltelemente, wie beispielsweise Ventile, Schieber, Pumpen und dergleichen. Das hydraulische Steuersystem kann hierzu beispielsweise insbesondere einen Volumenstrom völlig oder teilweise abdrosseln und/oder an die relevanten Wärmequellen und -senken in Subkreisläufen des Thermomanagement-Systems eines Kraftfahrzeugs verteilen. Hierzu werden die hydraulischen Schaltelemente bevorzugt durch eine elektronische Steuereinheit gesteuert und geschaltet.A hydraulic control system controls the volume flows within a thermal management system of a motor vehicle by means of switching elements that act hydraulically on a fluid, such as valves, slides, pumps and the like. The hydraulic control system can, for example, in particular have a volume current completely or partially throttled and/or distributed to the relevant heat sources and sinks in sub-circuits of the thermal management system of a motor vehicle. For this purpose, the hydraulic switching elements are preferably controlled and switched by an electronic control unit.
Ein hydraulisches Schaltelement kann eine Hydraulikpumpe, ein Schaltventil, ein steuerbares Drosselventil und dergleichen sein. Bevorzugt ist ein hydraulisches Schaltelement elektrisch ansteuerbar. Des Weiteren weist ein hydraulisches Schaltelement bevorzugt wenigstens zwei voneinander verschiedene, schaltbare Betriebszustände auf, in denen das hydraulische Schaltelement in unterschiedlicher Weise auf das entsprechende Fluid in einem Kreislauf einwirkt.A hydraulic switching element can be a hydraulic pump, a switching valve, a controllable throttle valve and the like. A hydraulic switching element can preferably be controlled electrically. Furthermore, a hydraulic switching element preferably has at least two different, switchable operating states in which the hydraulic switching element acts in different ways on the corresponding fluid in a circuit.
Die Bremse des erfindungsgemäßen Thermomanagement-Systems hat die Funktion eine zu bremsende Welle, beispielsweise mittels eines Reibschlusses, abzubremsen. Die Bremse kann insbesondere basierend auf dem Funktionsprinzip einer trockenen oder nassen Lamellenbremse, einer Scheibenbremse oder auch einer Trommelbremse ausgeführt sein.The brake of the thermal management system according to the invention has the function of braking a shaft to be braked, for example by means of a frictional connection. The brake can be designed in particular based on the functional principle of a dry or wet multi-disk brake, a disc brake or even a drum brake.
Eine Bremse kann des Weiteren auch einen Bremsaktuator aufweisen. Ein Bremsaktuator hat insbesondere die Funktion, die Bremse zu aktuieren, also in einen reibschlüssigen Betriebszustand und einem vom Reibschluss gelösten Betriebszustand zu versetzen. Der Bremsaktuator kann hierzu insbesondere pneumatisch, hydraulisch, elektromotorisch, mechanisch, elektromagnetisch oder aus einer beliebigen Kombination hieraus betätigt werden. Der Bremsaktuator kann bevorzugt wenigstens einen linearverschieblichen Kolben aufweisen, welcher bevorzugt in axialer Richtung versetzbar ist.A brake can also have a brake actuator. A brake actuator has the function in particular of actuating the brake, i.e. putting it into a frictionally engaged operating state and an operating state released from the frictional engagement. The brake actuator can be actuated in particular pneumatically, hydraulically, by electric motor, mechanically, electromagnetically or any combination thereof. The brake actuator can preferably have at least one linearly displaceable piston, which can preferably be displaced in the axial direction.
Die Bremse besitzt einen Bremskühlkreislauf zu Abfuhr oder Zufuhr von Wärme aus oder zur Bremse, wobei die hydraulische Steuereinheit zur Beeinflussung der Volumenströme in dem Bremskühlkreislauf mittels wenigstens eines hydraulischen Schaltelements auf den Bremskühlkreislauf einwirkt.The brake has a brake cooling circuit for dissipating or supplying heat from or to the brake, wherein the hydraulic control unit acts on the brake cooling circuit by means of at least one hydraulic switching element to influence the volume flows in the brake cooling circuit.
Die Bremse ist bevorzugt in einem Bremsgehäuse angeordnet. Das Bremsgehäuse umhaust die Bremse. Ein Bremsgehäuse kann darüber hinaus auch einen oder mehrere Bremsaktuatoren aufnehmen. Das Bremsgehäuse kann darüber hinaus auch Bestandteil eines Kühlsystems und derart ausgebildet sein, dass Kühlfluid über das Bremsgehäuse dem Bremssystem zugeführt wird und/oder die Wärme über die Gehäuseflächen nach außen abgeführt werden kann. Darüber hinaus schützt das Bremsgehäuse die Bremse vor äußeren mechanischen und/oder chemischen Einflüssen. Ein Bremsgehäuse kann insbesondere aus einem metallischen Material gebildet sein. Vorteilhafter Weise kann das Bremsgehäuse aus einem metallischen Gussmaterial, wie zum Beispiel Grauguss oder Stahlguss geformt sein. Grundsätzlich ist es auch denkbar, das Bremsgehäuse ganz oder teilweise aus einem Kunststoff auszubilden. Ferner ist es möglich, dass das Bremsgehäuse einstückig oder mehrteilig ausgeführt ist. Das Bremsgehäuse kann auch vollständig oder teilweise als ein Teil eines Motorgehäuses einer elektrischen Maschine oder eines Getriebegehäuses eines mit der elektrischen Maschine gekoppelten Getriebes ausgebildet sein. Bevorzugt bilden das Bremsgehäuse und das Motorgehäuse oder das Getriebegehäuse eine bauliche Einheit. Hierzu kann das Bremsgehäuse beispielsweise mit dem Motorgehäuse oder dem Getriebegehäuse verschraubt sein. Bevorzugt ist das Bremsgehäuse derart ausgeführt, dass beim Bremsen entstehender Abrieb nicht aus dem Bremsgehäuse entweichen kann. Hierdurch kann eine ungewollte Belastung der Umwelt mit Bremsabrieb vermieden werden. Ferner lassen sich durch eine derartige Kapslung des Bremssystems auch Bremsgeräusche gegenüber der Umwelt reduzieren. Ein weiterer vorteilhafter Aspekt dieser Kapslung ist es, dass die Bremsleistung des Bremssystems unabhängig von den Witterungsbedingungen außerhalb des Kraftfahrzeugs ist.The brake is preferably arranged in a brake housing. The brake housing encloses the brake. A brake housing can also accommodate one or more brake actuators. The brake housing can also be part of a cooling system and designed in such a way that cooling fluid is supplied to the brake system via the brake housing and/or the heat can be dissipated to the outside via the housing surfaces. In addition, the brake housing protects the brake from external mechanical and/or chemical influences. A brake housing can in particular be made from a metallic material. The brake housing can advantageously be formed from a metallic cast material, such as gray cast iron or cast steel. In principle, it is also conceivable to form the brake housing entirely or partially from a plastic. It is also possible for the brake housing to be made in one piece or in several parts. The brake housing can also be designed entirely or partially as part of a motor housing of an electrical machine or a transmission housing of a transmission coupled to the electrical machine. The brake housing and the motor housing or the transmission housing preferably form a structural unit. For this purpose, the brake housing can be screwed to the engine housing or the transmission housing, for example. The brake housing is preferably designed in such a way that abrasion that occurs during braking cannot escape from the brake housing. This can prevent unwanted pollution of the environment with brake abrasion. Furthermore, encapsulating the brake system in this way can also reduce braking noise in the environment. Another advantageous aspect of this encapsulation is that the braking performance of the brake system is independent of the weather conditions outside the vehicle.
Die Bremse kann als eine Scheibenbremse ausgeführt sein. Die Bremsscheibe ist hierbei der sich drehende Teil einer Scheibenbremse, auf deren Stirnflächen die Bremsbacken lösbar einwirken, um im Betrieb der Scheibenbremse die Drehbewegung der Bremsscheibe mittels Reibschlusses zu verzögern. Die Bremsscheibe weist bevorzugt einen Bremsscheibenkörper auf.The brake can be designed as a disc brake. The brake disc is the rotating part of a disc brake, on whose front surfaces the brake shoes act in a releasable manner in order to slow down the rotational movement of the brake disc by means of frictional engagement when the disc brake is in operation. The brake disc preferably has a brake disc body.
Bremsscheiben können bevorzugt aus einem Metallguss, wie insbesondere Grauguss, Sphäroguss oder Stahlguss urgeformt und anschließend bevorzugt durch Drehen und/oder Fräsen spanend bearbeitet sein. Es ist auch möglich, um ein besonders geringes Gewicht einer Bremsscheibe zu realisieren, mit Kohlenstofffasern verstärktes Siliziumkarbid und/oder einen kohlenstofffaserverstärkten Keramikwerkstoff zu verwenden. Auch ist es denkbar, insbesondere für eine besonders kostengünstige Bereitstellung einer Bremsscheibe, diese aus einem Blech zu stanzen.Brake discs can preferably be formed from a metal casting, such as in particular gray cast iron, spheroidal cast iron or cast steel, and then machined preferably by turning and/or milling. It is also possible to use silicon carbide reinforced with carbon fibers and/or a carbon fiber-reinforced ceramic material in order to achieve a particularly low weight of a brake disc. It is also conceivable, in particular for a particularly cost-effective provision of a brake disc, to punch it out of a sheet metal.
Eine Bremsscheibe besitzt bevorzugt eine hohlzylindrische Raumform, deren axiale Erstreckung wesentlich kleiner ist als ihr Durchmesser. Die Bremsscheibe kann einteilig oder auch mehrteilig ausgebildet sein. Bei einer mehrteiligen Bremsscheibe können die einzelnen Bremsscheibenelemente bevorzugt in axialer Richtung geschichtet angeordnet sein, so dass sich eine Art Sandwichbauweise ergibt.A brake disc preferably has a hollow cylindrical spatial shape, the axial extent of which is significantly smaller than its diameter. The brake disc can be designed in one piece or in multiple pieces. In a multiple-piece brake disc, the individual brake disc elements can preferably be arranged in layers in the axial direction, resulting in a type of sandwich construction.
Der Bremsscheibenkörper ist der Teil der Bremsscheibe, auf den die Bremsbacken reibungsbehaftet zur Reduzierung der Drehgeschwindigkeit der Bremsscheibe einwirken. Der Bremsscheibenkörper kann eine Mehrzahl von Bremsscheibenkühlkanälen aufweisen, mittels derer insbesondere Wärme und/oder Bremsabrieb von dem Bremsscheibenkörper abgeführt werden kann.The brake disc body is the part of the brake disc on which the brake shoes act with friction to reduce the rotational speed of the brake disc. The brake disc body can have a plurality of brake disc cooling channels, by means of which in particular heat and/or brake abrasion can be dissipated from the brake disc body.
Das Bremssystem kann ferner eine Wellenanbindung aufweisen. Die Wellenanbindung der Bremsscheibe verbindet den Bremsscheibenkörper mit der zu bremsenden rotierenden Welle, die auch als Bremswelle bezeichnet wird. Hierbei kann die Wellenanbindung als ein separates Bauteil ausgeführt sein, das im Momentenfluss zwischen dem Bremsscheibenkörper und der zu bremsenden Welle angeordnet ist oder als eine Verbindung zwischen dem Bremsscheibenkörper und der zu bremsenden Welle. Hierbei ist es möglich, dass die zu bremsende Welle und die Wellenanbindung einstückig, insbesondere monolithisch, ausgeformt sind. Grundsätzlich ist es auch denkbar, dass die Wellenanbindung und der Bremsscheibenkörper einstückig ausgeführt werden. Es kann auch bevorzugt sein, dass die zu bremsende Welle, die Wellenanbindung sowie der Bremsscheibenkörper einstückig, insbesondere monolithisch, ausgeformt sind. Die Wellenanbindung kann beispielsweise auch mittels Formschluss, Kraftschluss und/oder Stoffschluss zwischen der zu bremsenden Welle und dem Bremsscheibenkörper hergestellt sein. Beispielsweise kann die Wellenanbindung mittels einer Presspassung, einer Steckverzahnung oder auch durch ein Verschweißen erfolgen.The braking system can also have a shaft connection. The shaft connection of the brake disc connects the brake disc body to the rotating shaft to be braked, which is also referred to as the brake shaft. The shaft connection can be designed as a separate component that is arranged in the torque flow between the brake disc body and the shaft to be braked, or as a connection between the brake disc body and the shaft to be braked. It is possible for the shaft to be braked and the shaft connection to be formed in one piece, in particular monolithically. In principle, it is also conceivable for the shaft connection and the brake disc body to be formed in one piece. It can also be preferred for the shaft to be braked, the shaft connection and the brake disc body to be formed in one piece, in particular monolithically. The shaft connection can also be made, for example, by means of a positive connection, a frictional connection and/or a material connection between the shaft to be braked and the brake disc body. For example, the shaft connection can be made by means of a press fit, a spline or by welding.
Die Scheibenbremse kann ein hydraulisches Bremsscheibenkühlsystem aufweisen. Ein hydraulisches Bremsscheibenkühlsystem verwendet ein Bremsscheibenkühlfluid zur Kühlung der Bremsscheibe. Hierbei kann das Bremsscheibenkühlfluid die Bremsscheibe zumindest abschnittsweise beaufschlagen und/oder durch die Bremsscheibe hindurchgeführt werden. Bevorzugt ist das hydraulische Bremsscheibenkühlsystem so ausgebildet, dass das Bremsscheibenkühlfluid nicht an die Reibflächen zwischen den Bremsbacken und dem Bremsscheibenkörper gelangen kann.The disc brake can have a hydraulic brake disc cooling system. A hydraulic brake disc cooling system uses a brake disc cooling fluid to cool the brake disc. The brake disc cooling fluid can act on the brake disc at least in sections and/or be guided through the brake disc. The hydraulic brake disc cooling system is preferably designed in such a way that the brake disc cooling fluid cannot reach the friction surfaces between the brake shoes and the brake disc body.
Hierzu kann das hydraulische Bremsscheibenkühlsystem wenigstens einen, bevorzugt jedoch eine Mehrzahl von Bremsscheibenkühlkanälen aufweisen, in denen das Bremsscheibenkühlfluid geführt ist.For this purpose, the hydraulic brake disc cooling system can have at least one, but preferably a plurality of brake disc cooling channels in which the brake disc cooling fluid is guided.
Es ist ferner bevorzugt, dass das hydraulische Bremsscheibenkühlsystem an einen Bremsscheibenkühlkreislauf angeschlossen ist, innerhalb dessen die von dem Bremsscheibenkühlfluid aufgenommene Reibungswärme aus der Scheibenbremse abgeführt und einer Wärmesenke, wie beispielsweise einem Wärmetauscher zugeführt wird. Der Bremsscheibenkühlkreislauf kann bevorzugt einen Teil des Bremskühlkreislaufs des Thermomanagement-Systems bilden. Höchst bevorzugt ist der Bremsscheibenkühlkreislauf der Bremskühlkreislauf des Thermomanagement-Systems.It is further preferred that the hydraulic brake disc cooling system is connected to a brake disc cooling circuit, within which the frictional heat absorbed by the brake disc cooling fluid is dissipated from the disc brake and fed to a heat sink, such as a heat exchanger. The brake disc cooling circuit can preferably form part of the brake cooling circuit of the thermal management system. Most preferably, the brake disc cooling circuit is the brake cooling circuit of the thermal management system.
Zur Herstellung eines Reibschlusses zwischen den Bremsbacken und der Bremsscheibe werden die Bremsbacken, insbesondere mit ihren Bremsbackenreibbelägen, mittels eines Bremsaktuators bevorzugt axial gegen die Bremsscheibe gedrückt.In order to create a frictional connection between the brake shoes and the brake disc, the brake shoes, in particular with their brake shoe friction linings, are pressed preferably axially against the brake disc by means of a brake actuator.
Die Bremse kann bevorzugt auch als eine Lamellenbremse ausgebildet sein. Eine Lamellenbremse hat die Funktion, eine lösbare, reibschlüssige Verbindung zwischen einer Bremswelle und einer hierzu in der Regel drehfest angeordneten Anbindungsstruktur zur Abstützung eines Bremsmoments herzustellen. Die abwechselnd zueinander angeordneten Innenlamellen und Außenlamellen des Lammellenpakets können hierzu über ein axiales Verschieben und Zusammenpressen über ihre jeweiligen Reibbeläge durch einen Einkupplungsvorgang in einen kraftschlüssigen bzw. reibschlüssigen Kontakt gebracht werden, so dass sich die Innenlamellen relativ zu den Außenlamellen reibbehaftet um die gemeinsame Drehachse des entsprechenden Lamellenpakets drehen oder bei einem vollständigen Reibschluss zueinander drehfest angeordnet sind. Werden die Innenlamellen und Außenlamellen hingegen durch einen Auskupplungsvorgang axial voneinander weggeschoben, so besteht kein kraftschlüssiger Kontakt mehr zwischen den Innenlamellen und den Außenlamellen, so dass sich diese frei gegeneinander drehen können und folglich kein Dreh- bzw. Bremsmoment zwischen den Innenlamellen und den Außenlamellen übertragen wird.The brake can preferably also be designed as a multi-disk brake. A multi-disk brake has the function of creating a detachable, frictional connection between a brake shaft and a connecting structure, which is generally arranged in a rotationally fixed manner, to support a braking torque. The inner and outer disks of the disk pack, which are arranged alternately with respect to one another, can be brought into force-locking or frictional contact by axially moving and pressing together via their respective friction linings through a coupling process, so that the inner disks rotate relative to the outer disks with friction around the common axis of rotation of the corresponding disk pack or are arranged in a rotationally fixed manner with respect to one another in the case of a complete frictional connection. If, on the other hand, the inner and outer disks are pushed axially away from one another by a coupling process, there is no longer any force-locking contact between the inner and outer disks, so that they can rotate freely against one another and consequently no rotational or braking torque is transmitted between the inner and outer disks.
Eine Lamellenbremse besteht in der Regel aus wenigstens zwei Innen- und/oder zwei Außenlamellen. Die Innenlamellen sind bevorzugt drehfest an einem Innenlamellenträger angeordnet und die Außenlamellen bevorzugt drehfest an einem Außenlamellenträger. Der Innenlamellenträger ist insbesondere bevorzugt mit einer Bremswelle und der Außenlamellenträger insbesondere mit einer drehfesten Anbindungsstruktur verbunden oder umgekehrt.A multi-disk brake generally consists of at least two inner and/or two outer disks. The inner disks are preferably arranged in a rotationally fixed manner on an inner disk carrier and the outer disks are preferably arranged in a rotationally fixed manner on an outer disk carrier. The inner disk carrier is particularly preferably connected to a brake shaft and the outer disk carrier is particularly preferably connected to a rotationally fixed connection structure or vice versa.
Die Innenlamellen und Außenlamellen bilden das Lamellenpaket der Lamellenbremse. In dem Lamellenpaket sind bevorzugt eine Mehrzahl von Innenlamellen und Außenlamellen in der Regel in axialer Richtung abwechselnd zueinander angeordnet. Das durch die Lamellenbremse übertragbare Dreh- bzw. Bremsmoment zwischen den Innenlamellen und Außenlamellen kann durch die Anzahl der und Ausgestaltung der Innenlamellen und Außenlamellen eingestellt werden.The inner and outer disks form the disk pack of the multi-disk brake. In the disk pack, a plurality of inner and outer disks are preferably arranged alternately in the axial direction. The torque or braking torque that can be transmitted by the multi-disk brake between the inner disks The number and design of the inner and outer slats can be adjusted by the number and design of the inner and outer slats.
Die Innenlamellen haben die Funktion, ein Drehmoment insbesondere kraftschlüssig bzw. reibschlüssig von den Außenlamellen auf den Innenlamellenträger zu übertragen. Die Innenlamellen können insbesondere als kreisringförmige Scheiben ausgebildet sein. Die Innenlamellen können drehfest mit dem Innenlamellenträger der Lamellenbremse verbunden sein. Es kann ferner vorgesehen sein, dass sich die Innenlamellen, beispielsweise über eine entsprechende Verzahnung in axialer Richtung gegenüber dem Innenlamellenträger verschieben lassen, um den Reibschluss mit den Außenlamellen herzustellen.The inner plates have the function of transferring a torque, in particular in a force-locking or frictional manner, from the outer plates to the inner plate carrier. The inner plates can in particular be designed as circular ring-shaped disks. The inner plates can be connected in a rotationally fixed manner to the inner plate carrier of the multi-disk brake. It can also be provided that the inner plates can be moved in the axial direction relative to the inner plate carrier, for example via a corresponding toothing, in order to create a frictional connection with the outer plates.
Die Außenlamellen haben die Funktion, ein Drehmoment insbesondere kraftschlüssig bzw. reibschlüssig von den Innenlamellen auf den Außenlamellenträger zu übertragen. Die Außenlamellen können insbesondere als kreisringförmige Scheiben ausgebildet sein. Die Außenlamellen können drehfest mit dem Außenlamellenträger der Lamellenkupplung verbunden sein. Es kann ferner vorgesehen sein, dass sich die Außenlamellen, beispielsweise über eine entsprechende Verzahnung in axialer Richtung gegenüber dem Außenlamellenträger verschieben lassen, um den Reibschluss mit den Innenlamellen herzustellen. Der Außenlamellenträger kann beispielsweise als Außenlamellenkupplungskorb ausgebildet sein.The outer plates have the function of transferring a torque, in particular in a force-locking or frictional manner, from the inner plates to the outer plate carrier. The outer plates can be designed in particular as circular disks. The outer plates can be connected in a rotationally fixed manner to the outer plate carrier of the multi-plate clutch. It can also be provided that the outer plates can be moved in the axial direction relative to the outer plate carrier, for example via a corresponding toothing, in order to create a frictional connection with the inner plates. The outer plate carrier can be designed, for example, as an outer plate clutch basket.
Ein Lamellenpaket kann in einem oder mehreren Lamellenträgern aufgenommen und insbesondere auch linearbeweglich geführt sein. Hierzu können die Innenlamellen in einem Innenlamellenträger und die Außenlamellen in einem Außenlamellenträger aufgenommen sein. Zur Ausbildung eines linearverschieblichen Versatzes der Innenlamellen gegenüber den Außenlamellen (oder umgekehrt) können die Innenlamellen mit dem Innenlamellenträger über eine innere Steckverzahnung und/oder die Außenlamellen mit dem Außenlamellenträger über eine äußere Steckverzahnung drehmomentübertragend verbunden sein.A disk pack can be accommodated in one or more disk carriers and in particular can also be guided in a linearly movable manner. For this purpose, the inner disks can be accommodated in an inner disk carrier and the outer disks in an outer disk carrier. To form a linearly movable offset of the inner disks in relation to the outer disks (or vice versa), the inner disks can be connected to the inner disk carrier via an inner spline and/or the outer disks can be connected to the outer disk carrier via an outer spline in a torque-transmitting manner.
Die Lamellenbremse kann bevorzugt ein Federelement umfassen. Das Federelement hat die Aufgabe, die Innenlamellen und die Außenlamellen federkraftbewirkt in eine vordefinierte Position zueinander zu bewegen. Üblicherweise entspricht diese vordefinierte Position einem „normally open“ oder „normally closed“ Betriebszustand der Lamellenbremse, was bedeutet, dass bei einer Nichtbetätigung des Bremsaktors die Innenlamellen und die Außenlamellen durch das Federelement entweder gegeneinander verpresst oder gelöst sind.The multi-disk brake can preferably comprise a spring element. The spring element has the task of moving the inner and outer disks into a predefined position relative to one another using spring force. This predefined position usually corresponds to a "normally open" or "normally closed" operating state of the multi-disk brake, which means that when the brake actuator is not actuated, the inner and outer disks are either pressed against one another or released by the spring element.
Ferner kann eine Lamellenbremse auch einen Schaltkolben besitzen. Der Schaltkolben hat die Funktion, die von Bremsaktuator vorgegebenen Ein- bzw. Auskupplungsvorgänge in eine axiale Verschiebung der Innenlamellen und/oder der Außenlamellen zum Zwecke des Herstellens eines Reibschlusses beim Bremsen oder Lösen eines Reibschlusses beim Lösen der Lamellenbremse umzuwandeln.Furthermore, a multi-disk brake can also have a switching piston. The switching piston has the function of converting the engagement and disengagement processes specified by the brake actuator into an axial displacement of the inner and/or outer disks for the purpose of establishing a frictional connection when braking or releasing a frictional connection when releasing the multi-disk brake.
Die Bremse kann insbesondere bevorzugt einen Bremsaktuator umfassen. Ein Bremsaktuator hat insbesondere die Funktion, die Bremse zu aktuieren, also in einen reibschlüssigen Betriebszustand und einem vom Reibschluss gelösten Betriebszustand zu versetzen. Der Bremsaktuator kann hierzu insbesondere pneumatisch, hydraulisch, elektromotorisch, mechanisch, elektromagnetisch oder aus einer beliebigen Kombination hieraus betätigt werden. Der Bremsaktuator ist bevorzugt als elektromechanischer Bremsaktuator konfiguriert.The brake can particularly preferably comprise a brake actuator. A brake actuator has the particular function of actuating the brake, i.e. putting it into a frictionally engaged operating state and an operating state released from the frictional engagement. The brake actuator can be actuated in particular pneumatically, hydraulically, by an electric motor, mechanically, electromagnetically or by any combination thereof. The brake actuator is preferably configured as an electromechanical brake actuator.
Die Bremse ist für ein mittels einer elektrischen Maschine elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug vorgesehen. Elektrische Maschinen im Sinne dieser Anmeldung dienen zur Umwandlung elektrischer Energie in mechanische Energie und/oder umgekehrt, und umfassen in der Regel einen als Stator, Ständer oder Anker bezeichneten ortsfesten Teil sowie einen als Rotor oder Läufer bezeichneten und gegenüber dem ortsfesten Teil beweglich angeordneten Teil. Im Zusammenhang mit dieser Erfindung kann eine elektrische Maschine insbesondere als Rotationsmaschine ausgebildet sein. Bei derartigen elektrischen Rotationsmaschinen wird insbesondere zwischen Radialflussmaschinen und Axialflussmaschinen unterschieden. Dabei zeichnet sich eine Radialflussmaschine dadurch aus, dass die Magnetfeldlinien in dem zwischen Rotor und Stator ausgebildeten Luftspalt, sich in radialer Richtung erstrecken, während im Falle einer Axialflussmaschine sich die Magnetfeldlinien in dem zwischen Rotor und Stator gebildeten Luftspalt in axialer Richtung erstrecken. Eine elektrische Maschine ist im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung insbesondere für die Verwendung innerhalb eines Antriebsstrang eines hybrid- oder vollelektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs vorgesehen. Insbesondere ist die elektrische Maschine so dimensioniert, dass Fahrzeuggeschwindigkeiten größer als 50 km/h, vorzugsweise größer als 80 km/h und insbesondere größer als 100 km/h erreicht werden können. Besonders bevorzugt weist die elektrische Maschine eine Leistung größer als 30 kW, vorzugsweise größer als 50 kW und insbesondere größer als 70 kW auf. Es ist des Weiteren bevorzugt, dass die elektrische Maschine Drehzahlen größer als 5.000 U/min, besonders bevorzugt größer als 10.000 U/min, ganz besonders bevorzugt größer als 12.500 U/min bereitstellt.The brake is intended for a motor vehicle that can be driven electrically by means of an electric machine. Electric machines in the sense of this application serve to convert electrical energy into mechanical energy and/or vice versa, and generally comprise a stationary part referred to as a stator, stand or armature and a part referred to as a rotor or runner and arranged to be movable relative to the stationary part. In connection with this invention, an electric machine can be designed in particular as a rotary machine. In such rotary electric machines, a distinction is made in particular between radial flux machines and axial flux machines. A radial flux machine is characterized in that the magnetic field lines in the air gap formed between the rotor and stator extend in the radial direction, while in the case of an axial flux machine the magnetic field lines in the air gap formed between the rotor and stator extend in the axial direction. In connection with the present invention, an electric machine is intended in particular for use within a drive train of a hybrid or fully electrically driven motor vehicle. In particular, the electric machine is dimensioned such that vehicle speeds of more than 50 km/h, preferably more than 80 km/h and in particular more than 100 km/h can be achieved. The electric machine particularly preferably has an output of more than 30 kW, preferably more than 50 kW and in particular more than 70 kW. It is further preferred that the electric machine provides speeds of more than 5,000 rpm, particularly preferably more than 10,000 rpm, very particularly preferably more than 12,500 rpm.
Die elektrische Maschine kann ein Gehäuse aufweisen, das auch als Motorgehäuse bezeichnet wird. Das Motorgehäuse umhaust die elektrische Maschine. Ein Motorgehäuse kann darüber hinaus auch die Steuer- und Leistungselektronik, sowie bevorzugt auch zumindest Teile des Bremssystems aufnehmen. Das Motorgehäuse kann darüber hinaus auch Bestandteil eines Kühlsystems für die elektrische Maschine und derart ausgebildet sein, dass Kühlfluid über das Motorgehäuse der elektrischen Maschine zugeführt wird und/oder die Wärme über die Motorgehäuseflächen nach außen abgeführt werden kann. Darüber hinaus schützt das Motorgehäuse die elektrische Maschine sowie die ggf. vorhandene Elektronik vor äußeren mechanischen und/oder chemischen Einflüssen. Ein Motorgehäuse der elektrischen Maschine kann insbesondere aus einem metallischen Material gebildet sein. Vorteilhafter Weise kann das Motorgehäuse aus einem metallischen Gussmaterial, wie zum Beispiel Grauguss oder Stahlguss geformt sein. Grundsätzlich ist es auch denkbar, das Motorgehäuse ganz oder teilweise aus einem Kunststoff auszubilden. Ferner ist es möglich, dass das Motorgehäuse der elektrischen Maschine einstückig oder mehrteilig ausgeführt ist. The electric machine can have a housing, which is also referred to as a motor housing. The motor housing encloses the electric machine. A motor housing can also accommodate the control and power electronics, and preferably also at least parts of the braking system. The motor housing can also be part of a cooling system for the electric machine and can be designed in such a way that cooling fluid is supplied to the electric machine via the motor housing and/or the heat can be dissipated to the outside via the motor housing surfaces. In addition, the motor housing protects the electric machine and any electronics present from external mechanical and/or chemical influences. A motor housing of the electric machine can in particular be made of a metallic material. The motor housing can advantageously be formed from a metallic cast material, such as gray cast iron or cast steel. In principle, it is also conceivable to form the motor housing entirely or partially from a plastic. It is also possible for the motor housing of the electric machine to be made in one piece or in several parts.
Ein Rotor ist der sich drehende (rotierende) Teil einer elektrischen Maschine. Der Rotor umfasst insbesondere eine Rotorwelle und einen oder mehrere drehfest auf der Rotorwelle angeordnete, aus Rotorblechpaketen gebildete Rotorkörper. Die Rotorwelle kann hohl ausgeführt sein, was zum einen eine Gewichtsersparnis zur Folge hat und was zum anderen die Zufuhr von Schmier- oder Kühlmittel zum Rotorkörper erlaubt. Die Rotorwelle ist insbesondere mit der Bremswelle des Bremssystems koppelbar.A rotor is the rotating part of an electrical machine. The rotor comprises in particular a rotor shaft and one or more rotor bodies formed from rotor laminations arranged on the rotor shaft in a rotationally fixed manner. The rotor shaft can be hollow, which on the one hand results in a weight saving and on the other hand allows the supply of lubricant or coolant to the rotor body. The rotor shaft can be coupled in particular to the brake shaft of the braking system.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das die elektrische Maschine einen Motorkühlkreislauf zu Abfuhr oder Zufuhr von Wärme aus oder zur elektrischen Maschine aufweist, wobei die hydraulische Steuereinheit zur Beeinflussung der Volumenströme in dem Motorkühlkreislauf mittels wenigstens eines hydraulischen Schaltelements auf den Motorkühlkreislauf einwirkt.According to an advantageous embodiment of the invention, it can be provided that the electric machine has an engine cooling circuit for dissipating or supplying heat from or to the electric machine, wherein the hydraulic control unit acts on the engine cooling circuit by means of at least one hydraulic switching element to influence the volume flows in the engine cooling circuit.
Die elektrische Maschine ist bevorzugt mit einem Getriebe koppelbar, welches zur Erzeugung eines Antriebsdrehmoments für das Kraftfahrzeug ausgebildet ist. Bei dem Antriebsdrehmoment handelt es sich besonders bevorzugt um ein Hauptantriebsdrehmoment, so dass das Kraftfahrzeug ausschließlich durch das Antriebsdrehmoment angetrieben wird.The electric machine can preferably be coupled to a transmission which is designed to generate a drive torque for the motor vehicle. The drive torque is particularly preferably a main drive torque, so that the motor vehicle is driven exclusively by the drive torque.
Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass die elektrische Maschine und das Getriebe in einem gemeinsamen Antriebsstranggehäuse angeordnet sind. Alternativ wäre es natürlich auch möglich, dass die elektrische Maschine ein Motorgehäuse und das Getriebe ein Getriebegehäuse besitzt, wobei die bauliche Einheit dann über eine Fixierung der Getriebeanordnung gegenüber der elektrischen Maschine bewirkbar ist. Diese bauliche Einheit wird gelegentlich auch als E-Achse bezeichnet. Das Antriebsstranggehäuse ist bevorzugt aus einem metallischen Material, insbesondere bevorzugt aus Aluminium, Grauguss oder Stahlguss, insbesondere mittels einem Urformverfahren wie Gießen oder Druckguss geformt. Grundsätzlich wäre es jedoch auch möglich, das Antriebsstranggehäuse aus einem Kunststoff zu bilden. Das Antriebsstranggehäuse kann insbesondere bevorzugt eine topfartige Grundform aufweisen, so dass die elektrische Maschine und das Getriebe über die offene Stirnseite des Antriebsstranggehäuses in dieses eingesetzt werden können.In particular, it can be provided that the electric machine and the transmission are arranged in a common drive train housing. Alternatively, it would of course also be possible for the electric machine to have a motor housing and the transmission to have a transmission housing, in which case the structural unit can then be effected by fixing the transmission arrangement relative to the electric machine. This structural unit is sometimes also referred to as an e-axle. The drive train housing is preferably made of a metallic material, particularly preferably aluminum, gray cast iron or cast steel, in particular by means of a primary forming process such as casting or die casting. In principle, however, it would also be possible to form the drive train housing from a plastic. The drive train housing can particularly preferably have a pot-like basic shape, so that the electric machine and the transmission can be inserted into the drive train housing via the open front side of the drive train housing.
Die elektrische Maschine besitzt bevorzugt ein Motorgehäuse und/oder das Getriebe ein Getriebegehäuse, wobei die bauliche Einheit dann über eine Fixierung des Getriebes gegenüber der elektrischen Maschine bewirkbar ist. Das Getriebegehäuse ist ein Gehäuse zur Aufnahme eines Getriebes. Es hat die Aufgabe, vorhandene Wellen jeweils über die Lager zu führen und den Rädern (eventuell Kurvenscheiben) bei allen Belastungen diejenigen Freiheitsgrade zu gewähren, derer sie bedürfen, ohne sie in der Dreh- und eventuell Bahnbewegung zu behindern, sowie Lagerkräfte und Abstützmomente aufzunehmen. Ein Getriebegehäuse kann ein- oder mehrschalig, das heißt, ungeteilt oder geteilt ausgebildet sein. Das Getriebegehäuse sollte insbesondere auch sowohl Geräusche und Vibrationen dämpfen als auch Hydraulikfluid sicher aufnehmen können. Das Getriebegehäuse ist bevorzugt aus einem metallischen Material, insbesondere bevorzugt aus Aluminium, Grauguss oder Stahlguss, insbesondere mittels einem Urformverfahren wie Gießen oder Druckguss geformt.The electric machine preferably has a motor housing and/or the gearbox a gearbox housing, the structural unit then being able to be achieved by fixing the gearbox relative to the electric machine. The gearbox housing is a housing for accommodating a gearbox. Its job is to guide existing shafts via the bearings and to grant the wheels (possibly cam disks) the degrees of freedom they require under all loads without hindering their rotation and possible path movement, as well as to absorb bearing forces and support moments. A gearbox housing can be single- or multi-shell, i.e. undivided or divided. The gearbox housing should in particular also be able to dampen noise and vibrations and safely accommodate hydraulic fluid. The gearbox housing is preferably made of a metallic material, particularly preferably aluminum, gray cast iron or cast steel, in particular by means of a primary forming process such as casting or die casting.
Das Getriebe kann des Weiteren bevorzugt als ein Planetengetriebe konfiguriert sein oder ein Planetengetriebe umfassen. Das Planetengetriebe kann bevorzugt ein Sonnenrad und mehrere mit dem Sonnenrad in Eingriff stehende und in einem Planetenradträger drehbar gelagerte Planetenräder aufweisen, die sich rotatorisch um das Sonnenrad bewegen, sowie ein koaxial zum Sonnenrad angeordnetes Hohlrad, in welchem die Planetenräder wälzen.The transmission can further preferably be configured as a planetary transmission or comprise a planetary transmission. The planetary transmission can preferably have a sun gear and a plurality of planetary gears that mesh with the sun gear and are rotatably mounted in a planetary gear carrier, which move in rotation around the sun gear, as well as a ring gear arranged coaxially to the sun gear, in which the planetary gears roll.
Das Getriebe kann ferner ein Differentialgetriebe aufweisen. Ein Differentialgetriebe ist ein Planetengetriebe mit einem Antrieb und zwei Abtrieben. Es hat üblicherweise die Funktion, zwei Fahrzeugräder eines Kraftfahrzeugs so anzutreiben, dass sie in Kurven unterschiedlich schnell, aber mit gleicher Vortriebskraft drehen können.The transmission can also have a differential gear. A differential gear is a planetary gear with one input and two outputs. Its function is usually to drive two wheels of a motor vehicle so that they can turn at different speeds in curves but with the same propulsive force.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das das Getriebe einen Getriebekühlkreislauf zu Abfuhr oder Zufuhr von Wärme aus oder zum Getriebe aufweist, wobei die hydraulische Steuereinheit zur Beeinflussung der Volumenströme in dem Getriebekühlkreislauf mittels wenigstens eines hydraulischen Schaltelements auf den Getriebekühlkreislauf einwirkt.According to an advantageous embodiment of the invention, it can be provided that the transmission has a transmission cooling circuit for dissipating or supplying heat from or to the transmission, wherein the hydraulic control unit acts on the transmission cooling circuit by means of at least one hydraulic switching element in order to influence the volume flows in the transmission cooling circuit.
Um verschiedene Antriebs- bzw. Betriebsmodi für das Kraftfahrzeug zu realisieren, kann eine oder mehrere Trennkupplungen innerhalb des Drehmomentenpfads zwischen der elektrischen Maschine und einem Fahrzeugrad vorgesehen werden. Eine Trennkupplung kann beispielsweise zwischen dem Ausgang der elektrischen Maschine und dem Eingang des Getriebes angeordnet sein, so dass die elektrische Maschine von dem Getriebe entkoppelbar ist, wodurch sich ein Segelbetrieb des Kraftfahrzeugs bereitstellen lässt. Auch wäre es denkbar, eine Trennkupplung zwischen dem Ausgang des Getriebes und einem Fahrzeugrad oder den Fahrzeugrädern anzuordnen, wodurch ebenfalls ein Segelbetrieb des Kraftfahrzeugs realisierbar ist. Schließlich ist es auch möglich, eine Trennkupplung zwischen dem Eingang des Bremssystems und dem Ausgang der elektrischen Maschine anzuordnen, womit sich das Bremssystem vollständig von der elektrischen Maschine entkuppeln lässt.In order to implement different drive or operating modes for the motor vehicle, one or more separating clutches can be provided within the torque path between the electric machine and a vehicle wheel. A separating clutch can, for example, be arranged between the output of the electric machine and the input of the transmission, so that the electric machine can be decoupled from the transmission, thereby enabling the motor vehicle to coast. It would also be conceivable to arrange a separating clutch between the output of the transmission and a vehicle wheel or wheels, thereby also enabling the motor vehicle to coast. Finally, it is also possible to arrange a separating clutch between the input of the braking system and the output of the electric machine, whereby the braking system can be completely decoupled from the electric machine.
Als Kraftfahrzeuge im Sinne dieser Anmeldung gelten Landfahrzeuge, die durch Maschinenkraft bewegt werden, ohne an Bahngleise gebunden zu sein. Ein Kraftfahrzeug kann beispielsweise ausgewählt sein aus der Gruppe der Personenkraftwagen (PKW), Lastkraftwagen (LKW), Kleinkrafträder, Leichtkraftfahrzeuge, Krafträder, Kraftomnibusse (KOM) oder Zugmaschinen.For the purposes of this application, motor vehicles are land vehicles that are moved by mechanical power without being tied to railway tracks. A motor vehicle can, for example, be selected from the group of passenger cars (PCs), lorries (HGVs), mopeds, light motor vehicles, motorcycles, buses (KOM) or tractors.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Thermomanagement-System ferner einen Inverter mit einem Inverterkühlkreislauf zu Abfuhr oder Zufuhr von Wärme aus oder zum Inverter aufweist, wobei die hydraulische Steuereinheit zur Beeinflussung der Volumenströme in dem Inverterkühlkreislauf mittels wenigstens eines hydraulischen Schaltelements auf den Inverterkühlkreislauf einwirkt.According to an advantageous embodiment of the invention, it can be provided that the thermal management system further comprises an inverter with an inverter cooling circuit for dissipating or supplying heat from or to the inverter, wherein the hydraulic control unit acts on the inverter cooling circuit by means of at least one hydraulic switching element in order to influence the volume flows in the inverter cooling circuit.
Die elektrische Maschine zum Antrieb des Kraftfahrzeugs ist mittels eines Inverters bestrombar. Dabei ist die Leistungselektronik des Inverters bevorzugt in einem Invertergehäuse aufgenommen. Das Invertergehäuse kann bevorzugt aus einem metallischen Material, insbesondere bevorzugt aus Aluminium, Grauguss oder Stahlguss, insbesondere mittels einem Urformverfahren wie Gießen oder Druckguss geformt sein. Besonders bevorzugt besitzt das Invertergehäuse eine topfartige Raumform. In diesem Zusammenhang ist es besonders zu bevorzugen, dass der Gehäusedeckel in das topfartige Invertergehäuse einsetzbar ist. Alternativ wäre es auch denkbar, dass der Gehäusedeckel auf dem topfartigen Invertergehäuse aufliegt und dessen Öffnung überdeckt. Das Invertergehäuse kann auch Bestandteil des Motorgehäuses einer elektrischen Maschine sein oder umgekehrt. Dies bedeutet, dass das Invertergehäuse ganz oder teilweise einstückig, insbesondere monolithisch, mit dem Motorgehäuse ausgebildet ist.The electric machine for driving the motor vehicle can be powered by means of an inverter. The power electronics of the inverter are preferably accommodated in an inverter housing. The inverter housing can preferably be formed from a metallic material, particularly preferably from aluminum, gray cast iron or cast steel, in particular by means of a primary forming process such as casting or die casting. The inverter housing particularly preferably has a pot-like spatial shape. In this context, it is particularly preferable that the housing cover can be inserted into the pot-like inverter housing. Alternatively, it would also be conceivable for the housing cover to rest on the pot-like inverter housing and cover its opening. The inverter housing can also be part of the motor housing of an electric machine or vice versa. This means that the inverter housing is completely or partially formed in one piece, in particular monolithically, with the motor housing.
Die in dem Invertergehäuse aufgenommene Leistungselektronik kann insbesondere für eine elektrische Maschine zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs vorgesehen sein. Die Leistungselektronik ist bevorzugt ein Verbund verschiedener Komponenten, welche einen Strom an die elektrische Maschine des Achsantriebsstrang steuern oder regeln, bevorzugt inklusive hierzu benötigter peripherer Bauteile wie Kühlelemente oder Netzteile. Insbesondere enthält die Leistungselektronik ein oder mehrere Leistungselektronikbauteile, welche zur Steuerung oder Regelung eines Stroms eingerichtet sind. Dabei handelt es sich besonders bevorzugt um einen oder mehrere Leistungsschalter, z.B. Leistungstransistoren. Besonders bevorzugt weist die Leistungselektronik mehr als zwei, besonders bevorzugt drei voneinander getrennte Phasen bzw. Strompfade mit mindestens je einem eigenen Leistungselektronikbauteil auf. Die Leistungselektronik ist bevorzugt ausgelegt, pro Phase eine Leistung mit einer Spitzenleistung, bevorzugt Dauerleistung, von mindestens 10 W, bevorzugt mindestens 100 W besonders bevorzugt mindestens 1000 W zu steuern oder regeln. Bevorzugt weist die Leistungselektronik zusätzlich eine Steuereinheit, beispielsweise in Form einer Steuerelektronik und/oder einer Sensorelektronik, für die elektrische Maschine auf.The power electronics accommodated in the inverter housing can be provided in particular for an electric machine for driving a motor vehicle. The power electronics are preferably a combination of different components which control or regulate a current to the electric machine of the axle drive train, preferably including the peripheral components required for this, such as cooling elements or power supplies. In particular, the power electronics contain one or more power electronics components which are set up to control or regulate a current. These are particularly preferably one or more power switches, e.g. power transistors. The power electronics particularly preferably have more than two, particularly preferably three separate phases or current paths, each with at least one separate power electronics component. The power electronics are preferably designed to control or regulate a power per phase with a peak power, preferably continuous power, of at least 10 W, preferably at least 100 W, particularly preferably at least 1000 W. The power electronics preferably also have a control unit, for example in the form of control electronics and/or sensor electronics, for the electric machine.
Ein thermischer Energiespeicher kann insbesondere ausgewählt sein aus der Gruppe der sensiblen Wärmespeicher, Latentwärmespeicher, thermochemischen Wärmespeicher, Sorptionsspeicher und/oder Thermovoltaikspeicher.A thermal energy storage device can in particular be selected from the group of sensible heat storage devices, latent heat storage devices, thermochemical heat storage devices, sorption storage devices and/or thermovoltaic storage devices.
Im Sinne dieser Anmeldung ist ein Hochtemperatur-Energiespeicher ein thermischer Energiespeicher für Temperaturen >500°C und ein Niedertemperatur-Energiespeicher ein thermischer Energiespeicher für Temperaturen <120°C. Bei den Temperaturen handelt es sich um die Beschickungstemperaturen in den jeweiligen thermischen Energiespeicher bzw. um die Temperatur des entsprechenden thermischen Energiespeichermaterials.For the purposes of this application, a high-temperature energy storage device is a thermal energy storage device for temperatures >500°C and a low-temperature energy storage device is a thermal energy storage device for temperatures <120°C. The temperatures are the charging temperatures in the respective thermal energy storage device or the temperature of the corresponding thermal energy storage material.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängig formulierten Ansprüchen angegeben. Die in den abhängig formulierten Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Ansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden.Advantageous embodiments of the invention are specified in the dependent claims. The features listed individually in the dependent claims can be combined with one another in a technologically meaningful manner and can define further embodiments of the invention. In addition, the features specified in the claims are specified and explained in more detail in the description, with further preferred embodiments of the invention being presented.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der erste thermische Energiespeicher ein Niedertemperatur-Energiespeicher ist.According to an advantageous embodiment of the invention, it can be provided that the first thermal energy storage device is a low-temperature energy storage device.
Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass die elektrische Maschine elektrisch mit einem zweiten thermischen Energiespeicher gekoppelt ist. Es kann hierdurch erreicht werden, dass beispielsweise durch Rekuperation zurückgewonnene, elektrische Energie erneut einer Nutzfunktion zugeführt werden kann, beispielsweise einer thermischen Nutzung. Diese kann beispielsweise derart eingesetzt werden, dass elektrische Energie in vom von thermischer Energie in dem thermischen Energiespeicher im Fahrzeug gespeichert werden kann. Des Weiteren kann es gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass der zweite thermische Energiespeicher ein Hochtemperatur-Energiespeicher ist. Hierbei wird die thermische Energie zur Speicherung in dem Energiespeicher durch Umwandlung von elektrischer Energie bereitgestellt, beispielsweise durch ein elektrisches Heizelement.According to a further preferred development of the invention, it can also be provided that the electric machine is electrically coupled to a second thermal energy store. This can ensure that electrical energy recovered, for example through recuperation, can be fed back into a useful function, for example thermal use. This can be used, for example, in such a way that electrical energy can be stored in the form of thermal energy in the thermal energy store in the vehicle. Furthermore, according to a likewise advantageous embodiment of the invention, it can be provided that the second thermal energy store is a high-temperature energy store. The thermal energy for storage in the energy store is provided by converting electrical energy, for example by an electrical heating element.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die elektrische Maschine einen Motorkühlkreislauf zur Abfuhr oder Zufuhr von Wärme aus oder zur elektrischen Maschine aufweist und der Motorkühlkreislauf mit dem ersten thermischen Energiespeicher gekoppelt ist. Hierdurch lässt sich das Thermomanagement weiter optimieren.According to another particularly preferred embodiment of the invention, it can be provided that the electric machine has an engine cooling circuit for dissipating or supplying heat from or to the electric machine and that the engine cooling circuit is coupled to the first thermal energy storage device. This allows the thermal management to be further optimized.
Des Weiteren kann die Erfindung auch dahingehend weiterentwickelt sein, dass die Bremse eine bauliche Einheit mit der elektrischen Maschine bildet, was die Montage des Systems vereinfachen kann.Furthermore, the invention can also be further developed in such a way that the brake forms a structural unit with the electrical machine, which can simplify the assembly of the system.
In einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass die Bremse in einem Bremsgehäuse aufgenommen und gegenüber der Umwelt gekapselt ist. Hierdurch wird der Vorteil erzielt, dass Bremsabrieb aus der Bremse innerhalb des Bremsgehäuses gehalten werden kann, was zu einer unmittelbaren Entlastung der Umwelt beiträgt.In a likewise preferred embodiment of the invention, it can also be provided that the brake is accommodated in a brake housing and encapsulated from the environment. This has the advantage that brake abrasion from the brake can be kept within the brake housing, which contributes to an immediate reduction in the burden on the environment.
Auch kann es vorteilhaft sein, die Erfindung dahingehend weiterzuentwickeln, dass die elektrische Maschine einen ein Fahrzeugrad antreibbaren Rotor aufweist, welcher durch die Bremse mit einem Bremsmoment beaufschlagbar ist. Ein Vorteil dieser Ausführungsform ist, dass die ungefederte Masse am Fahrzeugrad reduziert werden kann. Auch ist es möglich, dass durch den Wegfall einer am Fahrzeugrad angeordneten Bremse, den Lenkwinkel der entsprechenden Fahrzeugräder zu vergrößern.It can also be advantageous to further develop the invention in such a way that the electric machine has a rotor that can drive a vehicle wheel and that can be subjected to a braking torque by the brake. One advantage of this embodiment is that the unsprung mass on the vehicle wheel can be reduced. It is also possible to increase the steering angle of the corresponding vehicle wheels by eliminating a brake arranged on the vehicle wheel.
Die Aufgabe der Erfindung kann ferner gelöst werden durch einen elektrischen Achsantriebsstrang für ein elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug, umfassend eine elektrische Maschine und eine mit der elektrischen Maschine drehmomentübertragende Getriebeanordnung sowie ein Thermomanagement-System nach einem der Ansprüche 1-8.The object of the invention can further be achieved by an electric axle drive train for an electrically operated motor vehicle, comprising an electric machine and a transmission arrangement transmitting torque with the electric machine, as well as a thermal management system according to one of claims 1-8.
Schließlich kann die Aufgabe der Erfindung auch gelöst sein durch ein elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug umfassen ein Thermomanagement-System nach einem der Ansprüche 1-8.Finally, the object of the invention can also be achieved by an electrically operated motor vehicle comprising a thermal management system according to one of claims 1-8.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail below with reference to figures without limiting the general inventive concept.
Es zeigt:
-
1 ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug mit einem Thermomanagement-System in einer schematischen Blockschaltdarstellung, -
2 ein Thermomanagement-System mit einer elektrischen Maschine in einer schematischen Blockschaltansicht, -
3 ein Thermomanagement-System mit einer elektrischen Maschine in einer schematischen Blockschaltansicht, -
4 ein Thermomanagement-System mit einer elektrischen Maschine in einer schematischen Blockschaltansicht.
-
1 an electrically driven motor vehicle with a thermal management system in a schematic block diagram, -
2 a thermal management system with an electrical machine in a schematic block diagram, -
3 a thermal management system with an electrical machine in a schematic block diagram, -
4 a thermal management system with an electrical machine in a schematic block diagram.
Die
Die
Das Thermomanagement-System 1 verfügt ferner über ein hydraulisches Steuersystem 7 zur Beeinflussung des Volumenstroms in dem Bremskühlkreislauf 6 sowie über eine elektronische Steuereinheit 8 zur Steuerung des hydraulischen Steuersystems 7. Man erkennt gut, dass der Bremskühlkreislauf 6 mit einem ersten thermischen Energiespeicher 9 gekoppelt ist. Der erste thermische Energiespeicher 9 ist als Niedertemperatur-Energiespeicher konfiguriert, was durch eine etwas kleinere Strichstärke in dem entsprechenden Kreislauf kenntlich gemacht wurde.The
Der
Auch ist in der
Die
Die
Die elektrische Maschine 3 ist in dem Thermomanagement-System 1 derart angeordnet, dass im Verzögerungsfall des Kraftfahrzeugs 2 rekuperierte elektrische Energie in die Fahrzeugbatterie 17 zurückgespeist werden kann. Ist die Energieaufnahmefähigkeit der Fahrzeugbatterie 17 nicht gegeben, kann elektrische Energie dazu benutzt werden, den zweiten thermischen Energiespeicher 10, der als Hochtemperaturspeicher konfiguriert ist, aufzuladen, indem die elektrische Energie in thermische Energie überführt wird. Dies kann beispielsweise über eine Widerstandsheizung geschehen.The
Beim Bremsvorgang kann über die Bremse 5 direkt thermische Energie rekuperiert werden, welche über den Bremskühlkreislauf 6 thermische Energie in den ersten thermischen Energiespeicher 9, der als Niedertemperatur-Energiespeicher konfiguriert ist, leitet. Die in der Fahrzeugbatterie 17 gespeicherte Energie kann bedarfsgerecht einer Nutzfunktion, etwa dem Betrieb der elektrischen Maschine 3, zugeführt werden, während die in den thermischen Energiespeichern 9,10 gespeicherte Energie bei Bedarf einer Nutzfunktion, vornehmlich im Thermomanagement des Kraftfahrzeugs 2, zugeführt werden kann.During braking, thermal energy can be recuperated directly via the
Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Patentansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Patentansprüche und die vorstehende Beschreibung ‚erste‘ und ‚zweite‘ Merkmal definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Merkmale, ohne eine Rangfolge festzulegen.The invention is not limited to the embodiments shown in the figures. The above description is therefore not to be regarded as restrictive, but as explanatory. The following patent claims are to be understood in such a way that a named feature is present in at least one embodiment of the invention. This does not exclude the presence of further features. If the patent claims and the above description define 'first' and 'second' features, this designation serves to distinguish between two similar features without establishing a ranking.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- Thermomanagement-SystemThermal management system
- 22
- KraftfahrzeugMotor vehicle
- 33
- elektrische Maschineelectric machine
- 44
- MotorkühlkreislaufEngine cooling circuit
- 55
- Bremsebrake
- 66
- BremskühlkreislaufBrake cooling circuit
- 77
- hydraulisches Steuersystemhydraulic control system
- 88th
- SteuereinheitControl unit
- 99
- EnergiespeicherEnergy storage
- 1010
- EnergiespeicherEnergy storage
- 1111
- bauliche Einheitstructural unit
- 1212
- BremsgehäuseBrake housing
- 1313
- FahrzeugradVehicle wheel
- 1414
- Rotorrotor
- 1515
- AchsantriebsstrangAxle drive train
- 1616
- GetriebeanordnungGear arrangement
- 1717
- FahrzeugbatterieVehicle battery
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- DE 102012208992 A1 [0005]DE 102012208992 A1 [0005]
- DE 819334 C [0006]DE 819334 C [0006]
Claims (10)
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