WO2024114859A1 - Elektrisch betreibbarer antriebsstrang eines kraftfahrzeugs - Google Patents

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drive train
battery
vehicle
electric machine
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Simon Ortmann
Benedikt Grubauer
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Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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    • B60L2240/54—Drive Train control parameters related to batteries
    • B60L2240/545—Temperature

Definitions

  • the present invention relates to an electrically operable drive train of a motor vehicle, comprising an electric machine for driving the motor vehicle and a first rechargeable vehicle battery permanently installed with the motor vehicle for supplying power to the electric machine.
  • 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.
  • 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.
  • the combustion engine is generally not used as a heat supplier.
  • there are additional temperature control requirements for drive components such as the battery, the power electronics and the electric drive machine itself.
  • the ambient temperature boundary condition can lead to a significant loss of range in vehicles with electric drive motors.
  • preconditioning the battery by heating which is necessary for an upcoming quick-charge phase, is one of the energy-intensive thermal management functions, along with heating the passenger compartment.
  • An example of such a thermal management system can be found in DE102012208992A1.
  • Slow charging reduces the internal resistance of a battery and makes it practically negligible.
  • this resistance increases significantly. This procedure damages the battery and in the long term results in a shorter battery life and a rapid degradation of the amount of energy that can be stored in the battery.
  • recuperation i.e. charging the vehicle battery in generator mode of the electric machine, as effectively and as gently as possible to protect the battery.
  • Typical recuperation power is currently between around 100kW and 300kW. The same applies to the recuperation process: the colder the battery, the higher the internal resistance and the lower the maximum possible charging power.
  • the object of the invention is therefore to provide an electrically operable drive train of a motor vehicle which avoids or at least reduces the problems known from the prior art and uses the energies available in the drive train as efficiently as possible.
  • an electrically operable drive train of a motor vehicle comprising an electric machine for driving the motor vehicle and a first rechargeable vehicle battery permanently installed with the motor vehicle for supplying power to the electric machine, wherein the drive train has a second rechargeable vehicle battery detachable from the motor vehicle for supplying power to the electric machine, wherein the storage capacity of the first vehicle battery is greater than the storage capacity of the second vehicle battery.
  • the drive train thus has an architecture in which at least two different vehicle batteries are installed, whereby these preferably differ significantly in their “size”, measured in terms of their storage capacity.
  • the invention is based on the idea that the storage capacity also determines the physical size of the corresponding vehicle battery and its weight.
  • a vehicle battery with a high storage capacity is larger and heavier than a vehicle battery with a smaller storage capacity.
  • the smaller of the two vehicle batteries is intended as a replaceable unit, while the larger vehicle battery is preferably installed as an integral part of the vehicle.
  • the second i.e. the smaller vehicle battery
  • the first i.e. the large integral vehicle battery
  • a vehicle battery is an accumulator that is primarily intended to supply electrical energy to the electrical machines that provide propulsion in electric vehicles.
  • vehicle battery also includes buffer batteries in fuel cell vehicles and hybrid drives.
  • a vehicle battery is sometimes also referred to as a high-voltage storage device, traction battery or cyclic battery.
  • the nominal voltage of the vehicle battery is greater than or equal to 400V, most preferably greater than or equal to 600V and most preferably greater than or equal to 800V.
  • a vehicle battery can preferably be selected from the group of lead accumulators, nickel-cadmium accumulators, nickel-metal hydride accumulators, lithium-ion accumulators, sodium-ion accumulators and/or thermal batteries.
  • Electrical 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.
  • an electrical machine can be designed in particular as a rotary machine.
  • a distinction is made in particular between A distinction is made 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.
  • an electric machine is intended in particular for use within a drive train of a hybrid or fully electric motor vehicle.
  • the electric machine is dimensioned such that vehicle speeds greater than 50 km/h, preferably greater than 80 km/h and in particular greater than 100 km/h can be achieved.
  • the electric machine particularly preferably has an output greater than 30 kW, preferably greater than 50 kW and in particular greater than 70 kW. It is further preferred that the electric machine provides speeds greater than 5,000 rpm, particularly preferably greater than 10,000 rpm, most particularly preferably greater than 12,500 rpm.
  • 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.
  • 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.
  • a rotor is the rotating part of an electrical machine.
  • the rotor comprises in particular a rotor shaft and one or more rotor bodies made of rotor laminations arranged on the rotor shaft.
  • 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 brake system.
  • 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.
  • the storage capacity of the first vehicle battery is at least twice, preferably three times as large as the storage capacity of the second vehicle battery.
  • the drive train has a control device to which at least the first vehicle battery, the second vehicle battery and the electric machine are connected and which controls the electrical power flow between these components.
  • a charger for an electrical energy source external to the vehicle can be connected to the control device, whereby an optimized charging control can take place not only during ferry operation, but also during stationary charging of the vehicle batteries.
  • the first vehicle battery has a first hydraulic battery cooling circuit, by means of which heat can be removed from the first vehicle battery and/or supplied to the first vehicle battery in a controlled manner by the control device.
  • the invention can also be further developed such that the second vehicle battery has a second hydraulic battery cooling circuit, by means of which heat can be removed from the second vehicle battery and/or supplied to the second vehicle battery in a controlled manner by the control device.
  • the one vehicle battery has a battery cooling circuit for dissipating or supplying heat from or to the vehicle battery, wherein a hydraulic control unit for influencing the volume flows in the corresponding battery cooling circuit acts on the battery cooling circuit by means of at least one hydraulic switching element.
  • control device is configured in such a way that when a predefined first temperature is present, the second vehicle battery is first charged by the electric machine in generator mode. It can also be correspondingly advantageous to implement the invention to further develop the control device in such a way that when a predefined second temperature is present, the second vehicle battery is first charged via the charger.
  • the drive train has a thermal management system which comprises the electric machine for driving the motor vehicle, the first battery cooling circuit, the second battery cooling circuit, and a hydraulic control system for influencing the volume flows in the cooling circuits, wherein the control device for controlling the hydraulic control system is coupled to the latter.
  • thermal management refers to the needs-based and efficient control of thermal energy flows in a particularly battery-operated, electrically driven motor vehicle according to the prevailing operating or load condition.
  • 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.
  • the thermal management system comprises a brake with a brake cooling circuit connected to the hydraulic control system for dissipating or supplying heat from or to the brake.
  • 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 in order to influence the volume flows in the brake cooling circuit.
  • the 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, completely or partially throttle a volume flow and/or distribute it to the relevant heat sources and sinks in sub-circuits of the thermal management system of a motor vehicle.
  • the hydraulic switching elements are preferably controlled and switched by an electronic control unit.
  • 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.
  • 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.
  • the brake of the thermal management system 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.
  • 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.
  • the brake housing protects the brake from external mechanical and/or chemical influences.
  • a brake housing can in particular be made of a metallic material.
  • the brake housing can advantageously be made of a metallic cast material, such as gray cast iron or cast steel. shaped. 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 designed in one piece or in multiple parts.
  • the brake housing can also be designed entirely or partially as part of a motor housing of an electric machine or a gearbox housing of a gearbox coupled to the electric machine.
  • the brake housing and the motor housing or the gearbox housing preferably form a structural unit.
  • the brake housing can be screwed to the motor housing or the gearbox housing, for example.
  • the brake housing is preferably designed in such a way that abrasion generated during braking cannot escape from the brake housing. This can prevent unwanted pollution of the environment with brake abrasion.
  • encapsulation of the brake system can also reduce braking noise to 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 motor vehicle.
  • Figure 1 shows a motor vehicle with an electric drive train in a schematic block diagram
  • Figure 2 shows an embodiment of a thermal management system for an electrically powered motor vehicle in a schematic hydraulic circuit diagram.
  • Figure 1 shows an electrically operable drive train 1 of a motor vehicle 2, comprising an electric machine 3 for driving the motor vehicle 2 and a first rechargeable vehicle battery 4 permanently installed with the motor vehicle 2 for supplying power to the electric machine 3.
  • the drive train 1 also has a second rechargeable vehicle battery 5 that can be detached from the motor vehicle 2 for supplying power to the electric machine 3, wherein the storage capacity of the first vehicle battery 4 is greater than the storage capacity of the second vehicle battery 5, which is also indicated by the size of the rectangles symbolizing the vehicle batteries 4, 5 in Figure 1.
  • both vehicle batteries 4, 5 are able to directly operate the drive of the motor vehicle 2 via the electric machine 3 and do not require any further voltage conversion apart from the inverter 15.
  • the second vehicle battery 5 is, however, significantly smaller than the first vehicle battery 4, so that the handling and weight of the second vehicle battery 5 is significantly optimized, i.e. reduced.
  • the drive train 1 has a control device 6 to which the first vehicle battery 4, the second vehicle battery 5 and the electric machine 3 are connected and which controls the electrical power flow between these components.
  • a charger 7 for an electrical energy source 8 external to the vehicle is also connected to the control device 6.
  • the first vehicle battery 4 has a first hydraulic battery cooling circuit 9, by means of which heat can be removed from the first vehicle battery 4 and/or supplied to the first vehicle battery 4 under the control of the control device 6.
  • the second vehicle battery 5 also has a second hydraulic battery cooling circuit 10, by means of which heat can be removed from the second vehicle battery 5 and/or supplied to the second vehicle battery 5 under the control of the control device 6.
  • the control device 6 is configured in such a way that, when a predefined first temperature is present, the second vehicle battery 5 is first charged by the electric machine 3 in generator mode.
  • the control device 6 can also be configured in such a way that, when a predefined second temperature is present, the second vehicle battery 5 is first charged via the charger 7.
  • the motor vehicle 2 can, for example, access the recuperation capability much more quickly in cold temperatures, since the small vehicle battery 5 already has a lower internal resistance than the large vehicle battery 4.
  • This division is also advantageous during regular charging via the charger 7 at a stationary energy source 8.
  • the small vehicle battery 5 is warmed up first before it can be quickly charged, for example.
  • the arrangement means that the small vehicle battery 5 can be quickly heated, supplied with a high charging current, and then, with a time delay, the large vehicle battery 4 can then be quickly charged.
  • the small vehicle battery 5 is therefore preferably used for Recuperation of braking energy from the electric machine 3 in generator mode. This avoids charging cycles for the large vehicle battery 4, which significantly improves its service life and wear rate.
  • the small vehicle battery 5 may wear out more quickly due to the higher charging and cycle load, but it can also be easily replaced and renewed.
  • the drive train 1 can have a thermal management system 11, which includes the electric machine 3 for driving the motor vehicle 2, the first battery cooling circuit 9, the second battery cooling circuit 10, and a hydraulic control system 12 for influencing the volume flows in the cooling circuits 9, 10, wherein the control device 6 for controlling the hydraulic control system 12 is coupled to the latter.
  • the thermal management system 11 also has a brake 13 with a brake cooling circuit 14 connected to the hydraulic control system 12 for dissipating or supplying heat from or to the brake 13.
  • FIG. 2 shows an embodiment of the thermal management system 11 in which the brake cooling circuit 14 is formed with the engine cooling circuit 16, so that the brake 13 and the electric machine 3 are arranged in a common cooling circuit.
  • a hydraulic switching element 17 designed as a hydraulic pump 18 is provided to provide the volume flow of the coolant in the common cooling circuit.
  • the volume flow of the coolant is distributed downstream of the switching element 17 designed as a hydraulic pump 18 - the brake 13 is arranged parallel to the electric machine 3.
  • the volume flow of the coolant can be switched on or off via the switching element 17 of the hydraulic control system designed as a switching valve 19.
  • the exchange of thermal energy in the inverter cooling circuit 23 takes place via the heat exchanger 20. This requires the use of a coolant in the common cooling circuit which, in terms of its material composition, is equally compatible with the requirements of the brake 13 and the requirements of the electric machine 3.
  • the hydraulic control system 12 is designed as a distribution device to which the battery cooling circuits 9, 10 and the inverter cooling circuit 23 are connected, wherein the distribution device is configured to connect at least these cooling circuits 9, 10, 23 to one another.
  • the thermal management system 11 also has, among other things, an inverter 15 with the inverter cooling circuit 23 for dissipating or supplying heat from or to the inverter 15, wherein the hydraulic control system 12 acts on the inverter cooling circuit 23 by means of at least one hydraulic switching element 17 to influence the volume flows in the inverter cooling circuit 15.
  • the hydraulic switching element 17 is also designed as a hydraulic pump 22.
  • a charger 7, also known as an “on-board charger”, and the inverter 15 are also connected in series.
  • the heat exchanger 20 of the separate engine cooling circuit 16 of the electric machine 3 is arranged downstream of the inverter cooling circuit 23 in the same sub-circuit of the thermal management system 11.
  • a heat exchange between the battery cooling circuits 9, 10 and the passenger compartment air conditioning circuit 26 is possible via the heat exchanger 25 fed by the hydraulic pump 21.
  • the passenger compartment air conditioning circuit 26 is switchably connected to the third heat exchanger 25 and the battery cooling circuits 9, 10. This enables both the heating and the cooling of the vehicle batteries 4, 5 provided for supplying power to the electric machine 3.
  • an ambient heat transfer unit 24 which enables heat to be released to the environment. This provides two options for lowering the temperature of the inverter cooling circuit 15, namely via the ambient heat transfer unit 24 and via the third heat exchanger 25 by means of the passenger compartment air conditioning circuit 26.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen elektrisch betreibbaren Antriebsstrang (1) eines Kraftfahrzeugs (2) umfassend eine elektrische Maschine (3) zum Antrieb des Kraftfahrzeugs (2) und eine erste mit dem Kraftfahrzeug (2) fest verbaute aufladbare Fahrzeugbatterie (4) zur Bestromung der elektrischen Maschine (3), wobei der Antriebsstrang (1) eine von dem Kraftfahrzeug (2) lösbare zweite aufladbare Fahrzeugbatterie (5) zur Bestromung der elektrischen Maschine (3) aufweist, wobei die Speicherkapazität der ersten Fahrzeugbatterie (4) größer ist als die Speicherkapazität der zweiten Fahrzeugbatterie (5).

Description

Elektrisch betreibbarer Antriebsstranq eines Kraftfahrzeugs
Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrisch betreibbaren Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, umfassend eine elektrische Maschine zum Antrieb des Kraftfahrzeugs und eine erste mit dem Kraftfahrzeug fest verbaute aufladbare Fahrzeugbatterie zur Bestromung der elektrischen Maschine.
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.
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.
Insbesondere durch die Randbedingung Umgebungstemperatur kann es bei Fahrzeugen mit elektrischer Antriebsmaschine zu erheblichen Reichweitenverlust kommen. 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 Beispiel für ein derartiges Thermomanagement-System kann der DE102012208992A1 entnommen werden. Um Batterien möglichst schonend zu laden, und um möglichst kleine Ladeverluste zu erzielen, ist es zielführend die Fahrzeugbatterien möglichst schonend, sprich langsam zu laden. Durch langsames Laden sinken die inneren Widerstände einer Batterie und werden praktisch vernachlässigbar. Beim sogenannten Schnelladen mit großen Strömen, steigen diese jedoch signifikant an. Dieses Vorgehen schädigt die Batterie und bedingt auf Dauer kürzere Lebensdauern der Batterie sowie ein rasches Degradieren der in der Batterie speicherbaren Energiemenge.
Im Betrieb des Kraftfahrzeugs besteht des Weiteren die Herausforderung, die Rekuperation, also die Aufladung der Fahrzeugbatterie im generatorbetrieb der elektrischen Maschine, möglichst effektiv und batterieschonend zu nutzen. Typische Rekuperationsleistungen liegen bei üblicherweise derzeit zwischen rund 100kW- 300kW. Auch für den Rekuperationsvorgang gilt, je kälter die Batterie, umso höher der innere Widerstand, umso kleiner fällt die maximal mögliche Ladeleistung aus.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen elektrisch betreibbaren Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs bereitzustellen, der die aus dem Stand der Technik bekannten Probleme vermeidet oder zumindest reduziert sowie so effizient wie möglich mit den im Antriebsstrang verfügbaren Energien umgeht.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen elektrisch betreibbarer Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs umfassend eine elektrische Maschine zum Antrieb des Kraftfahrzeugs und eine erste mit dem Kraftfahrzeug fest verbaute aufladbare Fahrzeugbatterie zur Bestromung der elektrischen Maschine, wobei der Antriebsstrang eine von dem Kraftfahrzeug lösbare zweite aufladbare Fahrzeugbatterie zur Bestromung der elektrischen Maschine aufweist, wobei die Speicherkapazität der ersten Fahrzeugbatterie größer ist als die Speicherkapazität der zweiten Fahrzeugbatterie.
Der Antriebsstrang verfügt somit über eine Architektur, bei der mindestens zwei unterschiedliche Fahrzeugbatterien verbaut sind, wobei sich diese sich in Ihrer „Größe“, gemessen an ihrer Speicherkapazität, bevorzugt signifikant unterscheiden. Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, dass die Speicherkapazität auch die physische Größe der entsprechenden Fahrzeugbatterie sowie deren Gewicht bestimmt. Anders ausgedrückt, eine Fahrzeugbatterie mit einer hohen Speicherkapazität is größer und schwerer als eine Fahrzeugbatterie mit einer kleineren Speicherkapazität. Die kleinere der beiden Fahrzeugbatterien wird hierbei als austauschbare Einheit vorgesehen, während die größere Fahrzeugbatterie bevorzugt als integraler Teil des Kraftfahrzeugs verbaut ist.
Hierbei ist die zweite, also die kleinere Fahrzeugbatterie bevorzugt vorgesehen zur Rekuperation und/oder zum Schnellladen sowie ebenfalls bevorzugt zum Abfangen großer Ladeströme, während die erste, also die große integrale Fahrzeugbatterie für ein möglichst konstantes Laden und kleine Ladeströme vorgehalten wird.
Eine Fahrzeugbatterie ist ein Akkumulator, der primär dazu bestimmt ist, die für den Vortrieb sorgenden elektrischen Maschinen in Elektrofahrzeugen mit elektrischer Energie zu versorgen. Im Sinne dieser Anmeldung umfasst der Begriff Fahrzeugbatterie auch Puffer-Batterien in Brennstoffzellen-Fahrzeugen und bei Hybridantrieben. Eine Fahrzeugbatterie wird gelegentlich auch als Hochvoltspeicher, Traktionsbatterie oder Zyklenbatterie bezeichnet.
Bevorzugt ist die Nennspannung der Fahrzeugbatterie größer oder gleich 400V, höchst bevorzugt größer oder gleich 600V und ganz besonders bevorzugt größer oder gleich 800V.
Eine Fahrzeugbatterie kann bevorzugt ausgewählt sein aus der Gruppe der Bleiakkumulatoren, Nickel-Cadmium-Akkumulatoren, Nickel-Metallhydrid- Akkumulatoren, Lithium-Ionen-Akkumulatoren, Natrium-Ionen-Akkumulatoren und/oder Thermalbatterien.
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.
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. Vorteilhafterweise 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. Ein Rotor ist der sich drehende (rotierende) Teil einer elektrischen Maschine. Der Rotor umfasst insbesondere eine Rotorwelle und einen oder mehrere drehtest 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.
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.
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.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Speicherkapazität der ersten Fahrzeugbatterie wenigstens doppelt, bevorzugt dreimal so groß ist wie die Speicherkapazität der zweiten Fahrzeugbatterie.
Hierdurch kann das Konzept der „kleinen, schnellladenden“ und der „großen, langsamladenden“ Fahrzeugbatterien weiter optimiert werden.
Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass der Antriebsstrang eine Steuereinrichtung aufweist, an der wenigstens die erste Fahrzeugbatterie, die zweite Fahrzeugbatterie und die elektrische Maschine angeschlossen sind und welche den elektrischen Leistungsfluss zwischen diesen Komponenten steuert. Des Weiteren kann es gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass an der Steuereinrichtung ein Ladegerät für eine fahrzeugexterne elektrische Energiequelle angeschlossen ist, wodurch eine optimierte Ladesteuerung nicht nur im Fährbetrieb, sondern auch während der stationären Aufladung der Fahrzeugbatterien erfolgen kann.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die erste Fahrzeugbatterie einen ersten hydraulischen Batteriekühlkreislauf aufweist, mittels dessen durch die Steuereinrichtung gesteuert Wärme aus der ersten Fahrzeugbatterie abführbar und/oder der ersten Fahrzeugbatterie zuführbar ist. Des Weiteren kann die Erfindung auch dahingehend weiterentwickelt sein, dass die zweite Fahrzeugbatterie einen zweiten hydraulischen Batteriekühlkreislauf aufweist, mittels dessen durch die Steuereinrichtung gesteuert Wärme aus der zweiten Fahrzeugbatterie abführbar und/oder der zweiten Fahrzeugbatterie zuführbar ist.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann in diesem Zusammenhang ferner vorgesehen sein, dass das eine Fahrzeugbatterie einen Batteriekühlkreislauf zu Abfuhr oder Zufuhr von Wärme aus oder zur Fahrzeugbatterie aufweist, wobei eine hydraulische Steuereinheit zur Beeinflussung der Volumenströme in dem entsprechenden Batteriekühlkreislauf mittels wenigstens eines hydraulischen Schaltelements auf den Batteriekühlkreislauf einwirkt.
Hierdurch wird es beispielsweise möglich, zunächst die kleine Batterie auf eine vordefinierte Ladetemperatur zu Erwärmen und rekuperatorisch oder stationär zu Laden, da sich diese aufgrund ihrer Größe schnelle eine vordefinierte Ladetemperatur erwärmen lässt, als die thermisch schwerfälligere große Fahrzeugbatterie.
In einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann es daher auch vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung so konfiguriert ist, dass beim Vorliegen einer vordefinierten ersten Temperatur zunächst die zweite Fahrzeugbatterie durch die in einem Generatorbetrieb befindliche elektrische Maschine geladen wird. Auch kann es entsprechend vorteilhaft sein, die Erfindung dahingehend weiterzuentwickeln, dass die Steuereinrichtung so konfiguriert ist, dass beim Vorliegen einer vordefinierten zweiten Temperatur zunächst die zweite Fahrzeugbatterie über das Ladegerät geladen wird.
Gemäß einer weiteren zu bevorzugenden Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes kann vorgesehen sein, dass der Antriebsstrang ein Thermomanagement-System aufweist, welches die elektrische Maschine zum Antrieb des Kraftfahrzeugs, den ersten Batteriekühlkreislauf, den zweiten Batteriekühlkreislauf, sowie ein hydraulisches Steuersystem zur Beeinflussung der Volumenströme in dem Kühlkreisläufen, umfasst, wobei die Steuereinrichtung zur Steuerung des hydraulischen Steuersystems mit diesem gekoppelt ist.
Der Begriff Thermomanagement bezeichnet im Rahmen dieser Erfindung die bedarfsgerechte und effiziente Lenkung der thermischen Energieströme in einem insbesondere batteriebetriebenen, elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeug entsprechend dem jeweils vorherrschenden Betriebs- bzw. Lastzustand.
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.
Schließlich kann die Erfindung auch in vorteilhafter Weise dahingehend ausgeführt sein, dass das Thermomanagement-System eine Bremse mit einem an das hydraulische Steuersystem angeschlossenen Bremskühlkreislauf zur Abfuhr oder Zufuhr von Wärme aus oder zur Bremse umfasst.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Bremse einen Bremskühlkreislauf zu Abfuhr oder Zufuhr von Wärme aus oder zur Bremse aufweist, wobei die hydraulische Steuereinheit zur Beeinflussung der Volumenströme in dem Bremskühlkreislauf mittels wenigstens eines hydraulischen Schaltelements auf den Bremskühlkreislauf einwirkt. Das hydraulische 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.
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.
Die Bremse des 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.
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. Vorteilhafterweise 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.
Abschließend kann somit noch einmal zusammengefasst werden, dass durch die geschickte Aufteilung der Batteriesystems in eine „kleine austauschbare“ und eine „große stationäre“ Fahrzeugbatterie und deren geschickte Einbindung ins Thermomanagementsystems des Kraftfahrzeugs, für einen Ladevorgang vorteilhafte Betriebszustände schneller erreicht und herbeigeführt werden können, um hierdurch die Gesamteffizienz des Kraftfahrzeugs, die Ladeeffizienz und die Rekuperationsfähigkeit zu steigern. Gleichzeitig wird durch die auswechselbare kleinere Fahrzeugbatterie für mehr Nachhaltigkeit gesorgt und die Lebensdauer der integralen, größeren Fahrzeugbatterie durch eine optimierte Ladestrategie verlängert.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden.
Es zeigt: Figur 1 ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Antriebsstrang in einer schematischen Blockschaltdarstellung,
Figur 2 eine Ausführungsform eines Thermomanagement-Systems für ein elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug in einem schematischen Hydraulikschaltbild.
Die Figur 1 zeigt einen elektrisch betreibbaren Antriebsstrang 1 eines Kraftfahrzeugs 2, umfassend eine elektrische Maschine 3 zum Antrieb des Kraftfahrzeugs 2 und eine erste mit dem Kraftfahrzeug 2 fest verbaute auf ladbare Fahrzeugbatterie 4 zur Bestromung der elektrischen Maschine 3.
Der Antriebsstrang 1 verfügt darüber hinaus über eine von dem Kraftfahrzeug 2 lösbare zweite aufladbare Fahrzeugbatterie 5 zur Bestromung der elektrischen Maschine 3, wobei die Speicherkapazität der ersten Fahrzeugbatterie 4 größer ist als die Speicherkapazität der zweiten Fahrzeugbatterie 5, was auch durch die Größe der die Fahrzeugbatterien 4,5 symbolisierenden Rechtecke in der Figur 1 angedeutet ist.
Generell sind beide Fahrzeugbatterien 4,5 in der Lage direkt den Antrieb des Kraftfahrzeugs 2 über die elektrische Maschine 3 zu bedienen und benötigen keine weitere Spannungswandlung außer dem Inverter 15. Wie oben bereits erwähnt, ist die zweite Fahrzeugbatterie 5 allerdings deutlich kleiner ausgeführt als die erste Fahrzeugbatterie 4, sodass das Handling und das Gewicht der zweiten Fahrzeugbatterie 5 deutlich optimiert, sprich reduziert ist.
Der Figur 1 ist auch gut entnehmbar, dass der Antriebsstrang 1 eine Steuereinrichtung 6 aufweist, an der die erste Fahrzeugbatterie 4, die zweite Fahrzeugbatterie 5 und die elektrische Maschine 3 angeschlossen sind und welche den elektrischen Leistungsfluss zwischen diesen Komponenten steuert. An der Steuereinrichtung 6 ist ferner auch ein Ladegerät 7 für eine fahrzeugexterne elektrische Energiequelle 8 angeschlossen. Wie in der Figur 2 zu erkennen ist, weist die erste Fahrzeugbatterie 4 einen ersten hydraulischen Batteriekühlkreislauf 9 auf, mittels dessen durch die Steuereinrichtung 6 gesteuert Wärme aus der ersten Fahrzeugbatterie 4 abführbar und/oder der ersten Fahrzeugbatterie 4 zuführbar ist. Auch die zweite Fahrzeugbatterie 5 besitzt einen zweiten hydraulischen Batteriekühlkreislauf 10, mittels dessen durch die Steuereinrichtung 6 gesteuert Wärme aus der zweiten Fahrzeugbatterie 5 abführbar und/oder der zweiten Fahrzeugbatterie 5 zuführbar ist. Die Steuereinrichtung 6 ist hierbei so konfiguriert, dass beim Vorliegen einer vordefinierten ersten Temperatur zunächst die zweite Fahrzeugbatterie 5 durch die in einem Generatorbetrieb befindliche elektrische Maschine 3 geladen wird. Beim Laden des Kraftfahrzeugs 2 an einer stationären Energiequelle 8 kann die Steuereinrichtung 6 auch so konfiguriert sein, dass beim Vorliegen einer vordefinierten zweiten Temperatur zunächst die zweite Fahrzeugbatterie 5 über das Ladegerät 7 geladen wird.
Dies hat den großen Vorteil, dass eine kleine Fahrzeugbatterie 5 deutlich schneller auf Betriebstemperatur gebracht werden kann als die große Fahrzeugbatterie 4 - einfach aufgrund ihres geringeren Gewichts. Das bedeutet, dass besonders in kalten Umgebungen und nach dem Start der Fahrt bevorzugt zuerst die Antriebskomponenten und die kleine Fahrzeugbatterie 5 auf eine vorgesehene Betriebstemperatur gebracht werden und nachträglich die große Fahrzeugbatterie 4.
Somit kann das Kraftfahrzeug 2 z.B. deutlich schneller in kalten Temperaturen auf die Fähigkeit der Rekuperation zugreifen, da die kleine Fahrzeugbatterie 5 bereits einen geringeren inneren Widerstand aufweist als die große Fahrzeugbatterie 4. Ebenso vorteilhaft ist diese Aufteilung beim regulären Laden über das Ladegerät 7 an einer stationären Energiequelle 8. Auch hier wird zuerst die kleine Fahrzeugbatterie 5 aufgewärmt, bevor sie z.B. schnellladefähig ist. Man kann durch die Anordnung also die kleine Fahrzeugbatterie 5 schnell erwärmen, mit großem Ladestrom versorgen und mit einem Zeitverzug auch die große Fahrzeugbatterie 4 dann nachfolgend schnell aufladen.
Im Fährbetrieb wird die kleine Fahrzeugbatterie 5 somit bevorzugt verwendet zum Rekuperieren von Bremsenergie der elektrischen Maschine 3 im Generatorbetrieb. So werden Ladezyklen für die große Fahrzeugbatterie 4 vermieden, was ihre Lebensdauer und ihre Abnutzungsrate deutlich verbessert. Die kleine Fahrzeugbatterie 5 kann zwar durch die höhere Lade- bzw. Zyklenbelastung schneller verschleißen, kann aber dafür auch auf einfache Weise ausgewechselt und erneuert werden.
So ergibt sich auch die Möglichkeit, die kleine Fahrzeugbatterie 5 nach ihrer Lebensdauer durch bessere / schnellere oder potentere Formen von verfügbaren Fahrzeugbatterien 5 zu ersetzen. Ebenso ist es möglich die wechselbare kleinere Fahrzeugbatterie 5 zum „Turbo-Laden“ an speziellen Tauschstationen gegen volle Module auszutauschen. So können zwar nur die Energiemengen der kleinen Fahrzeugbatterie 5 übergeben werden, dafür kann dies jedoch in wenigen Minuten geschehen und unabhängig der Außentemperatur. Gerade im Winter könnten auch vortemperierte kleine Fahrzeugbatterien 5 in die Kraftfahrzeuge 2 verbracht werden und so die Effizienz von der entsprechenden Kraftfahrzeuge 2 massiv erhöht werden. Aktuell verliert ein batteriebetriebenes elektrisches Kraftfahrzeug 2 im Winter ca. 30% seiner Energiemenge nicht zum Fahren, sondern zum Temperieren von Antriebskomponenten und des Innenraums. Da aktuelle Batterien immer größer und schwerer werden, wird deutlich wie viel Energie man benötigt, um eine Batterie von beispielsweise 600kg Gewicht um 20 K zu erwärmen.
Zum Erwärmen der Fahrzeugbatterien 4,5 kann besitzt der Antriebsstrang 1 ein Thermomanagement-System 11 , welches die elektrische Maschine 3 zum Antrieb des Kraftfahrzeugs 2, den ersten Batteriekühlkreislauf 9, den zweiten Batteriekühlkreislauf 10, sowie ein hydraulisches Steuersystem 12 zur Beeinflussung der Volumenströme in dem Kühlkreisläufen 9,10 umfasst, wobei die Steuereinrichtung 6 zur Steuerung des hydraulischen Steuersystems 12 mit diesem gekoppelt ist. Das Thermomanagement-System 11 verfügt des Weiteren über eine Bremse 13 mit einem an das hydraulische Steuersystem 12 angeschlossenen Bremskühlkreislauf 14 zur Abfuhr oder Zufuhr von Wärme aus oder zur Bremse 13.
In Figur 2 ist eine Ausführungsform des Thermomanagement-Systems 11 gezeigt, bei der Bremskühlkreislauf 14 mit dem Motorkühlkreislauf 16 ausgebildet ist, so dass die Bremse 13 und die elektrische Maschine 3 in einem gemeinsamen Kühlkreislauf angeordnet sind. Für die Bereitstellung des Volumenstroms des Kühlmittels in dem gemeinsamen Kühlkreislauf ist ein als Hydraulikpumpe 18 ausgeführtes hydraulische Schaltelement 17 vorgesehen. Nach dem als Hydraulikpumpe 18 ausgeführtem Schaltelement 17 wird der Volumenstrom des Kühlmittels verteilt - die Bremse 13 ist parallel zur elektrischen Maschine 3 angeordnet. Der Volumenstrom des Kühlmittels ist über das als Schaltventil 19 ausgeführte Schaltelement 17 des hydraulischen Steuerungssystems zu- oder wegschaltbar. Der Austausch der Wärmeenergie in den Inverterkühlkreislauf 23 erfolgt über den Wärmetauscher 20. Dies bedingt die Verwendung eines Kühlmittels in dem gemeinsamen Kühlkreislauf, welches von seiner stofflichen Zusammensetzung gleichermaßen mit den Anforderungen der Bremse 13 als auch den Anforderungen der elektrischen Maschine 3 verträglich ist.
Das hydraulische Steuersystem 12 ist als eine Verteileinrichtung ausgeführt, an welcher der Batteriekühlkreisläufe 9,10 und der Inverterkühlkreislauf 23 angeschlossen sind, wobei die Verteileinrichtung konfiguriert ist, wenigstens die diese Kühlkreisläufe 9,10,23 miteinander zu verbinden.
Das Thermomanagement-System 11 weist u.a. auch einen Inverter 15 mit dem Inverterkühlkreislauf 23 zu Abfuhr oder Zufuhr von Wärme aus oder zum Inverter 15 auf, wobei das hydraulische Steuersystem 12 zur Beeinflussung der Volumenströme in dem Inverterkühlkreislauf 15 mittels wenigstens eines hydraulischen Schaltelements 17 auf den Inverterkühlkreislauf 23 einwirkt. Auch in dem Inverterkühlkreislauf 23 ist das hydraulische Schaltelement 17 als eine Hydraulikpumpe 22 ausgeführt.
In dem Inverterkühlkreislauf 23 ist ferner ein Ladegerät 7, auch als „on-board charger“ bekannt, und der Inverter 15 in Reihe geschaltet. Im selben Teilkreislauf des Thermomanagement-Systems 11 , dem Inverterkühlkreislauf 23, nachgeschaltet ist der Wärmetauscher 20 des separierten Motorkühlkreislaufs 16 der elektrischen Maschine 3 angeordnet. Über den von der Hydraulikpumpe 21 beschickten Wärmetauscher 25 ist ein Wärmeaustausch zwischen dem Batteriekühlkreisläufen 9,10 und dem Fahrgastzellenklimatisierungskreislauf 26 möglich. Hierbei sind der Fahrgastzellenklimatisierungskreislauf 26 am dritten Wärmetauscher 25 und die Batteriekühlkreisläufe 9,10 schaltbar verbunden. Dies ermöglicht sowohl die Erwärmung als auch das Kühlen der zur Bestromung der elektrischen Maschine 3 vorgesehenen Fahrzeugbatterien 4,5. Ebenfalls im Inverterkühlkreislauf 23 angeordnet ist eine Umgebungswärmeübertragungseinheit 24, welche eine Wärmeabgabe an die Umgebung ermöglicht. Hiermit liegen zwei Möglichkeiten vor, die Temperatur des dem Inverterkühlkreislauf 15 zu senken, nämlich über die Umgebungswärmeübertragungseinheit 24 und über den dritten Wärmetauscher 25 mittels des Fahrgastzellenklimatisierungskreislauf 26.
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.
Bezuqszeichenliste
1 Antriebsstrang
2 Kraftfahrzeug
3 elektrische Maschine
4 Fahrzeugbatterie
5 Fahrzeugbatterie
6 Steuereinrichtung
7 Ladegerät
8 Energiequelle
9 Batteriekühlkreislauf
10 Batteriekühlkreislauf
11 Thermomanagement-System
12 hydraulisches Steuersystem
13 Bremse
14 Bremskühlkreislauf
15 Inverter
16 Motorkühlkreislauf
17 hydraulisches Schaltelement
18 Hydraulikpumpe
19 Ventil
20 Wärmetauscher
21 Hydraulikpumpe
22 Hydraulikpumpe
23 Inverterkühlkreislauf
24 Umgebungswärmeübertragungseinheit
25 Wärmetauscher
26 Fahrgastzellenklimatisierungskreislauf

Claims

Ansprüche
1 . Elektrisch betreibbarer Antriebsstrang (1 ) eines Kraftfahrzeugs (2) umfassend eine elektrische Maschine (3) zum Antrieb des Kraftfahrzeugs (2) und eine erste mit dem Kraftfahrzeug (2) fest verbaute aufladbare Fahrzeugbatterie (4) zur Bestromung der elektrischen Maschine (3), dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsstrang (1 ) eine von dem Kraftfahrzeug (2) lösbare zweite aufladbare Fahrzeugbatterie (5) zur Bestromung der elektrischen Maschine (3) aufweist, wobei die Speicherkapazität der ersten Fahrzeugbatterie (4) größer ist als die Speicherkapazität der zweiten Fahrzeugbatterie (5).
2. Antriebsstrang (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Speicherkapazität der ersten Fahrzeugbatterie (4) wenigstens doppelt, bevorzugt dreimal so groß ist wie die Speicherkapazität der zweiten Fahrzeugbatterie (5).
3. Antriebsstrang (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsstrang (1 ) eine Steuereinrichtung (6) aufweist, an der wenigstens die erste Fahrzeugbatterie (4), die zweite Fahrzeugbatterie (5) und die elektrische Maschine (3) angeschlossen sind und welche den elektrischen Leistungsfluss zwischen diesen Komponenten steuert.
4. Antriebsstrang (1 ) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass an der Steuereinrichtung (6) ein Ladegerät (7) für eine fahrzeugexterne elektrische Energiequelle (8) angeschlossen ist.
5. Antriebsstrang (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Fahrzeugbatterie (4) einen ersten hydraulischen Batteriekühlkreislauf (9) aufweist, mittels dessen durch die Steuereinrichtung (6) gesteuert Wärme aus der ersten Fahrzeugbatterie (4) abführbar und/oder der ersten Fahrzeugbatterie (4) zuführbar ist. Antriebsstrang (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Fahrzeugbatterie (5) einen zweiten hydraulischen Batteriekühlkreislauf (10) aufweist, mittels dessen durch die Steuereinrichtung (6) gesteuert Wärme aus der zweiten Fahrzeugbatterie (5) abführbar und/oder der zweiten Fahrzeugbatterie (5) zuführbar ist. Antriebsstrang (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche 3-6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (6) so konfiguriert ist, dass beim Vorliegen einer vordefinierten ersten Temperatur zunächst die zweite Fahrzeugbatterie (5) durch die in einem Generatorbetrieb befindliche elektrische Maschine (3) geladen wird. Antriebsstrang (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche 3-7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (6) so konfiguriert ist, dass beim Vorliegen einer vordefinierten zweiten Temperatur zunächst die zweite Fahrzeugbatterie (5) über das Ladegerät (7) geladen wird. Antriebsstrang (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsstrang (1 ) ein Thermomanagement-System (11 ) aufweist, welches die elektrische Maschine (3) zum Antrieb des Kraftfahrzeugs (2), den ersten Batteriekühlkreislauf (9), den zweiten Batteriekühlkreislauf (10), sowie ein hydraulisches Steuersystem (12) zur Beeinflussung der Volumenströme in dem Kühlkreisläufen (9,10) umfasst, wobei die Steuereinrichtung (6) zur Steuerung des hydraulischen Steuersystems (12) mit diesem gekoppelt ist. Antriebsstrang (1 ) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Thermomanagement-System (11 ) eine Bremse (13) mit einem an das hydraulische Steuersystem (12) angeschlossenen Bremskühlkreislauf (14) zur Abfuhr oder Zufuhr von Wärme aus oder zur Bremse (13) umfasst.
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