Titel

Antriebsstrang-Kühleinheit für ein Fahrzeug

Die Erfindung betrifft eine Antriebsstrang-Kühleinheit für ein teilelektrisch oder vollelektrisch angetriebenes Fahrzeug. Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einem Elektrotraktionsmotor.

Stand der Technik

Die Wärme eines Antriebsstrangs, einer Batterie und/oder anderer Komponenten eines teilelektrisch oder vollelektrisch angetriebenen Fahrzeugs wird über einen Kühlmittel-Luft-Wärmetauscher, im Folgenden als Kühler bezeichnet, an die Umgebung abgegeben. - Der Kühler ist einerseits Teil eines verzweigten Kühlmittelkreislaufs, welcher als Hauptkomponenten eine Kühlmittelpumpe, ein Kühlmittelventil und einen Kühlmittelausgleichsbehälter aufweist. Als ein Kühlmittel kommt Wasser, ein Wasser-Glykol-Gemisch oder ein Öl zum Einsatz. Andererseits ist der Kühler Teil eines sogenannten Kondensator-Kühler-Lüfter-Moduls (Condenser Radiator Fan Module: CRFM), das auch als Antriebsstrang-Kühleinheit bzw. Antriebsstrang-Kühlmodul bezeichenbar ist. - Der Kondensator wiederum ist Teil eines Kältemittelkreislaufs des Fahrzeugs, wobei als ein Kältemittel z. B. R1234yf, R744 (Kohlenstoffdioxid) zum Einsatz kommen kann.

Aufgabenstellung

Teilelektrisch und/oder vollelektrisch angetriebene Fahrzeuge stellen die Entwickler vor vollkommen neue Herausforderungen in Bezug auf eine Konzeption solcher Fahrzeuge. Eines dieser Felder ist ein zweifaches Thermomanagement der Fahrzeuge, einerseits das Thermomanagement der Antriebsstränge solcher Fahrzeuge sowie andererseits das Thermomanagement der Fahrzeuge abseits der Antriebsstränge (Batterien, Fahrgastzellen etc.). - Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine kostengünstige Antriebsstrang-Kühleinheit (CRFM) anzugeben.

Offenbarung der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung ist mittels einer Antriebsstrang-Kühleinheit für ein teilelektrisch oder vollelektrisch angetriebenes Fahrzeug; sowie mittels eines Fahrzeugs mit einem Elektrotraktionsmotor gelöst. - Vorteilhafte Weiterbildungen, zusätzliche Merkmale und/oder Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der folgenden Beschreibung.

Die erfindungsgemäße Antriebsstrang-Kühleinheit umfasst einen Lüfter, einen Kondensator für einen Kältemittelkreislauf des Fahrzeugs und einen Kühler für einen Kühlmittelkreislauf des Fahrzeugs, wobei in einer vom Lüfter verursachbaren Luftströmungsrichtung, der Lüfter selbst, der Kondensator und der Kühler hintereinander in Reihe zu einer Kühleinheit für einen Antriebsstrang des Fahrzeugs zusammengeschaltet sind, wobei in die Antriebsstrang-Kühleinheit abgesehen von dem Kühler als Hauptkomponente des Kühlmittelkreislaufs eine weitere Hauptkomponente des Kühlmittelkreislaufs des Fahrzeugs integriert ist. - In einer Richtung eines Hauptkühlluftstroms des Lüfters gesehen kann der Kondensator vor dem Kühler oder der Kühler vor dem Kondensator in der Antriebsstrang-Kühleinheit eingerichtet sein.

Unter einer Hauptkomponente ist eine Unterbaugruppe (vgl. unten) und kein einfaches Bauteil, wie z. B. ein Rohr, ein Schlauch, eine Halterung, eine Klemme, eine Schelle, ein Befestigungsmittel etc. des Kühlmittelkreislaufs verstanden. Hierbei kann die weitere Hauptkomponente innen in und/oder außen an die Antriebsstrang-Kühleinheit integriert sein. Gemäß der Erfindung entfällt eine aufwändige und kostenintensive Konstruktion sowie eine aufwändige und kostenintensive Montage von Kühlkomponenten als Einzelkomponenten des Fahrzeugs. Je nach einem Integrationsgrad der Antriebsstrang-Kühleinheit kann wenigstens ein Kabelbaum, wenigstens ein Kommunikationsanschluss, wenigstens eine (Leistungs-)Elektronik, wenigstens eine mechanische Schnittstelle, wenigstens eine hydraulische Schnittstelle etc. entfallen. Ferner entfällt ein vergleichsweise hoher Aufwand für eine mechanische und elektrische Komponentenintegration sowie einen Aufbau der Kommunikation. - Hierdurch ergibt sich insgesamt eine signifikante Kostenreduzierung für eine Kühlung der Komponenten in einem teilelektrisch oder vollelektrisch angetriebenem Fahrzeug.

Die Antriebsstrang-Kühleinheit kann als eine einzige funktionale und/oder konstruktiv geschlossene Baugruppe zum Kühlen des Antriebsstrangs des Fahrzeugs ausgebildet sein, welche als solche am/im Fahrzeug verbaubar ist. Eine Baugruppe ist ein räumlich abgeschlossener, aus zwei oder mehr Unterbaugruppen niederer Ordnung und/oder Bauteilen bestehender zusammengesetzter Gegenstand, welcher wieder zerlegbar ist. Ein Einzelteil oder Bauteil hingegen ist ein technisch beschriebener und gefertigter Gegenstand, welcher nicht zerstörungsfrei zerlegbar ist. - Hierbei ist eine Unterbaugruppe derart definiert, dass ohne diese das Fahrzeug nur eingeschränkt funktionsfähig ist, wohingegen eine Baugruppe derart definiert ist, dass ohne diese das Fahrzeug noch eingeschränkter funktionsfähig oder eigentlich gar nicht mehr funktionsfähig ist.

Die weitere Hauptkomponente kann abgeschirmt gegenüber einem Kühlluftstrom des Lüfters durch die Antriebsstrang-Kühleinheit hindurch, in die Antriebsstrang- Kühleinheit integriert sein. Ferner kann weitere Hauptkomponente abseits eines Hauptkühlluftstroms des Lüfters durch die Antriebsstrang-Kühleinheit hindurch, in die Antriebsstrang-Kühleinheit integriert sein. Des Weiteren kann weitere Hauptkomponente in einen Nebenkühlluftstrom und/oder den Hauptkühlluftstrom des Lüfters durch die Antriebsstrang-Kühleinheit hindurch, in die Antriebsstrang-Kühleinheit integriert sein. Darüber hinaus kann die weitere Hauptkomponente in einen separaten Kühlluftstrom des Lüfters abseits des Hauptkühlluftstroms durch die Antriebsstrang-Kühleinheit hindurch, in die Antriebsstrang-Kühleinheit integriert sein.

In der Antriebsstrang-Kühleinheit kann eine Fluidkommunikation der weiteren Hauptkomponente mit dem Kühler eingerichtet sein. In der Antriebsstrang-Kühleinheit kann eine Fluidkommunikation einer ersten weiteren Hauptkomponente mit einer zweiten weiteren Hauptkomponente eingerichtet sein. Die Antriebsstrang-Kühleinheit kann einen Fluidanschluss der weiteren Hauptkomponente aufweisen. Hierdurch subsituiert sich bevorzugt ein Fluidanschluss des Kühlers, wobei zwei Fluidanschlüsse wegfallen, nämlich einer am Kühler und einer an der weiteren Hauptkomponente. Ferner kann die Antriebsstrang-Kühleinheit nur einen einzigen direkten Fluidanschluss für den Kühler aufweisen. Die Antriebsstrang-Kühleinheit kann einen elektrischen Stromanschluss und/oder einen elektrischen Kommunikationsanschluss für die weitere Hauptkomponente aufweisen. Die Antriebsstrang-Kühleinheit kann einen einzigen elektrischen Stromanschluss und/oder einen einzigen elektrischen Kommunikationsanschluss für sämtliche seiner Hauptkomponenten aufweisen. Der elektrische Stromanschluss und der elektrische Kommunikationsanschluss der Antriebsstrang-Kühleinheit können dabei zu einem einzigen elektrischen Anschluss zusammengefasst sein. In der Antriebsstrang-Kühleinheit kann eine zweite weitere Hauptkomponente über eine erste weitere Hauptkomponente oder getrennt davon ihren elektrischen Strom erhalten. In der Antriebsstrang-Kühleinheit kann eine elektrische Kommunikation einer ersten Hauptkomponente durch eine zweite weitere Hauptkomponente hindurch erfolgen.

Die Antriebsstrang-Kühleinheit kann neben dem Kühler als Hauptkomponente des Kühlmittelkreislaufs, als eine weitere Hauptkomponente des Kühlmittelkreislaufs: ein Kühlmittelventil, eine Antriebsstrang-Kühlmittelpumpe, einen Kühlmittelausgleichsbehälter und/oder einen Sensor aufweisen, wobei das Kühlmittelventil bevorzugt eine Bypass-Funktionalität umfasst. - Hierbei kann das Kühlmittelventil zwei, drei, vier, fünf oder mehr Fluidanschlüsse aufweisen. Ein Sensor kann z. B. als ein Drucksensor, ein Temperatursensor oder ein Druck- und Temperatursensor ausgebildet sein.

In einer ersten Ausführungsform weist die Antriebsstrang-Kühleinheit das Kühlmittelventil mit Bypass-Funktionalität auf. In einer zweiten Ausführungsform weist die Antriebsstrang-Kühleinheit das Kühlmittelventil mit Bypass-Funktionalität sowie die Antriebsstrang-Kühlmittelpumpe auf. In einer dritten Ausführungsform weist die Antriebsstrang-Kühleinheit das Kühlmittelventil mit Bypass-Funktionalität, die Antriebsstrang-Kühlmittelpumpe sowie den Kühlmittelausgleichsbehälter auf. In einer vierten Ausführungsform weist die Antriebsstrang-Kühleinheit das Kühlmittelventil mit Bypass-Funktionalität sowie den Kühlmittelausgleichsbehälter auf. In einer fünften Ausführungsform weist die Antriebsstrang-Kühleinheit die Antriebsstrang-Kühlmittelpumpe sowie den Kühlmittelausgleichsbehälter auf. In einer sechsten Ausführungsform weist die Antriebsstrang-Kühleinheit den Kühlmittelausgleichsbehälter auf. Diese Aufzählungen sind in Bezug auf die drei Hauptkomponenten: Kühlmittelventil mit Bypass-Funktionalität, Antriebsstrang-Kühlmittelpumpe und Kühlmittelausgleichsbehälter abschließend. Jede dieser sechs Ausführungsformen kann ferner wenigstens einen zusätzlichen, d. h. im Stand der Technik nicht vorhandenen, Sensor umfassen oder nicht umfassen. Des Weiteren kann eine hier nicht genannte Hauptkomponente des Kühlmittelkreislaufs des Fahrzeugs anwesend sein.

Die Antriebsstrang-Kühleinheit kann als eine weitere Hauptkomponente wenigstens eine/die Antriebsstrang-Kühlmittelpumpe umfassen, wobei die Antriebsstrang-Kühlmittelpumpe und/oder eine Elektronik der Antriebsstrang-Kühlmittelpumpe derart in der Antriebsstrang-Kühleinheit eingerichtet ist, dass diese mit einem Kühlluftstrom des Lüfters beaufschlagbar ist/sind. Der Kühlluftstrom kann dabei der Hauptkühlluftstrom, der Nebenkühlluftstrom und/oder der separate Kühlluftstrom des Lüfters sein (vgl. oben).

Mittels der Bypass-Funktionalität des Kühlmittelventils kann der Kühler der Antriebsstrang-Kühleinheit überbrückbar sein. Der Kühlmittelausgleichsbehälter kann seriell oder parallel in den Kühlmittelkreislauf eingebunden sein. Die Antriebsstrang-Kühleinheit kann eine, insbesondere eine einzige, zentralisierte Elektronik für ihre Hauptkomponenten des Kühlmittelkreislaufs aufweisen. Diese Elektronik kann natürlich nicht nur für die Hauptkomponenten des Kühlmittelkreislaufs, sondern auch noch für andere Aufgaben, z. B. die der Antriebsstrang-Kühleinheit, eingerichtet sein. - Der Lüfter, der Kondensator, der Kühler und wenigstens eine weitere Hauptkomponente oder die weiteren Hauptkomponenten können in einer einzigen Zarge der Antriebsstrang-Kühleinheit eingerichtet sein. Hierbei ist die Zarge natürlich lüftervorderseitig und kühlerrückseitig offen ausgebildet, damit der Hauptkühlluftstrom des Lüfters die Antriebsstrang-Kühleinheit passieren kann.

Die Erfindung integriert fluidmechanisch, elektrisch und/oder mechanisch mehrere thermische Hauptkomponenten und ggf. deren notwendige Zusatzkomponenten des Kühlmittelkreislaufs in eine Antriebsstrang-Kühleinheit, was, je nach einem Integrationsgrad der Antriebsstrang-Kühleinheit, zu den folgenden Vorteilen führen kann. Es ergeben sich weniger Bauteile, da Schellen, Halterungen, elektrische Verbinder etc. eingespart werden. Ein Verpackungs- und/oder Montageaufwand auf Fahrzeugebene reduziert sich. Es ergeben sich insgesamt weniger hydraulische Schnittstellen und damit ein reduziertes Leckagerisiko. Es ergeben sich signifikant reduzierte Kosten durch eine gemeinsame Zarge (Gehäuse) und eine gemeinsame Elektronik. Ein Beschaffungsaufwand ist reduziert. Es ergibt sich nur ein Kommunikationsanschluss, der im Fahrzeug-Steuergerät programmiert und konfiguriert werden muss. Es ergibt sich eine verbesserte Systemeffizienz durch reduzierte Druckverluste und reduzierte thermische Verluste durch verkürzte Rohr- und Schlauchlängen. Etc.

Das erfindungsgemäße Fahrzeug weist einen Elektrotraktionsmotor und eine erfindungsgemäße Antriebsstrang-Kühleinheit auf. Unter einem Fahrzeug - insbesondere einem Kraftfahrzeug (Straßenfahrzeug), aber auch: einem Schienenfahrzeug, einem Wasserfahrzeug und/oder einem Luftfahrzeug - mit einem Elektrotraktionsmotor ist ein Motorfahrzeug verstanden, das neben einem Elektrotraktionsmotor einen weiteren nicht-elektrischen Antrieb, wie z. B, einen Verbrennungsmotor, aufweisen kann. D. h. unter einem Fahrzeug mit einem Elektrotraktionsmotor kann z. B. ein Hybridelektrofahrzeug, ein Elektrofahrzeug (lediglich elektromotorischer Antrieb), ein Brennstoffzellenfahrzeug etc. verstanden sein.

Kurzbeschreibung der Figuren

Die Erfindung ist im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügte schematische und nicht maßstabsgetreue Zeichnung näher erläutert. Bei der Erfindung kann ein Merkmal positiv, d. h. vorhanden, o- der negativ, d. h. abwesend, ausgestaltet sein. In dieser Spezifikation ist ein negatives Merkmal als Merkmal nicht explizit erläutert, wenn nicht gemäß der Erfindung Wert daraufgelegt ist, dass es abwesend ist. D. h. die tatsächlich gemachte und nicht eine durch den Stand der Technik konstruierte Erfindung darin besteht, dieses Merkmal wegzulassen. Das Fehlen eines Merkmals (negatives Merkmal) in einem Ausführungsbeispiel zeigt, dass das Merkmal optional ist.

In den lediglich beispielhaften Figuren (Fig.) der Zeichnung zeigen: die Fig. 1 einen wesentlichen Abschnitt eines Kühlmittelkreislaufs gemäß dem Stand der Technik für ein Fahrzeug mit einem Elektrotraktionsmotor, mit einer Antriebsstrang-Kühleinheit gemäß dem Stand der Technik, und die Fig. 2 eine Übersicht über eine Mehrzahl von Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Antriebsstrang-Kühleinheit für ein Fahrzeug mit einem Elektrotraktionsmotor.

Ausführungsformen der Erfindung

Die Erfindung ist ausgehend vom Stand der Technik (Fig. 1) anhand von Ausführungsbeispielen einer Mehrzahl von Ausführungsformen einer Antriebsstrang- Kühleinheit 10 (Fig. 2) für ein teilelektrisch oder vollelektrisch angetriebenes Fahrzeug näher erläutert. In der Zeichnung sind nur diejenigen Abschnitte der Antriebsstrang-Kühleinheit 10 sowie eines relevanten Abschnitts eines Kühlmittelkreislaufs 2 des Fahrzeugs dargestellt, welche für ein Verständnis der Erfindung notwendig sind. Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher beschrieben und illustriert ist, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Ausführungsbeispiele eingeschränkt. Andere Variationen können hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Die Fig. 1 zeigt einen wesentlichen Abschnitt eines Kühlmittelkreislaufs 2 eines Fahrzeugs gemäß dem Stand der Technik, wobei vier Hauptkomponenten 12, 20, 30, 40 des Kühlmittelkreislaufs 2 dargestellt sind. Dies sind: ein Kühler 12, ein Kühlmittelventil 20, eine Kühlmittelpumpe 30 und ein Kühlmittelausgleichsbehälter 40. Hierbei ist der Kühler 12 Teil einer Antriebsstrang-Kühleinheit 10 (Konden- sator-Kühler-Lüfter-Modul, CRFM).

In der Antriebsstrang-Kühleinheit 10 sind ein Lüfter 13, ein Kondensator 11 eines Kältemittelkreislaufs 1 des Fahrzeugs, und der Kühler 12 hintereinander in Reihe zu einer Kühleinheit für einen Antriebsstrang des Fahrzeugs zusammengeschaltet. In einem Betrieb der Antriebsstrang-Kühleinheit 10 erzeugt der Lüfter 13 einen einzigen Kühlluftstrom, welcher von der Antriebsstrang-Kühleinheit 10 durch den Kondensator 11 und den Kühler 12 geleitet wird und derart Wärme aus dem Kondensator 11 und dem Kühler 12 abführt.

Diese vier Hauptkomponenten 12, 20, 30, 40 sind als Einzelkomponenten 12, 20, 30, 40 des Kühlmittelkreislaufs 2 konzipiert, voneinander getrennt ausgelegt und je nach örtlichen Gegebenheiten in einem Fahrzeug verbaut und elektrisch sowie fluidmechanisch miteinander verbunden. Hierdurch ergeben sich eine Vielzahl von Kabelbäumen, Kommunikationsanschlüssen, (Leistungs-)Elektroniken, mechanischen Schnittstellen, hydraulischen Schnittstellen etc. Ferner ergibt sich beim Auslegen eines Kühlmittelkreislaufs 2 für ein Fahrzeug ein erhöhter Aufwand für eine Beschaffung der Einzelkomponenten, ein hoher Aufwand für eine mechanische und elektrische Komponentenintegration sowie einen Aufbau der Kommunikation. - Hierdurch ergeben sich insgesamt signifikante Kosten für eine Kühlung der Komponenten in einem teilelektrisch oder vollelektrisch angetriebenem Fahrzeug.

Die Erfindung, s. Fig. 2, integriert in die Antriebsstrang-Kühleinheit 10 (Ausführungsformen gestrichelt in der Fig. 2) aufweisend den Lüfter 13, den Kondensator 11 und den Kühler 12, wenigstens eine der folgenden weiteren Hauptkomponenten 14, 15, 16, 17: ein Kühlmittelventil 14, eine Antriebsstrang-Kühlmittelpumpe 15, einen Kühlmittelausgleichsbehälter 16 und/oder einen Sensor 17. Das Kühlmittelventil 14 besitzt dabei bevorzugt eine Bypass-Funktionalität. Eine weitere Hauptkomponente des Kühlmittelkreislaufs 2 des Fahrzeugs kann natürlich ebenfalls in die Antriebsstrang-Kühleinheit integriert sein.

Hierbei kann je nach Gegebenheit im Fahrzeug, einem gewünschten Grand an Integration etc. eine oder eine Mehrzahl der genannten weiteren Hauptkomponenten 14, 15, 16, 17 in die Antriebsstrang-Kühleinheit 10 integriert sein. Bevorzugt ist es dabei, dass, wenn ein Sensor 17 mit in die Antriebsstrang-Kühleinheit 10 integriert sein soll auch eine korrespondierende weitere Hauptkomponente 14, 15, 16, 17 in die Antriebsstrang-Kühleinheit 10 mitintegriert ist. - Bevorzugte Ausführungsformen sind oben in der Beschreibung der Erfindung genannt.

Die weitere Hauptkomponente 14, 15, 16, 17 ist dabei in/an eine Zarge bzw. ein Gehäuse der Antriebsstrang-Kühleinheit 10 integriert. - Die weitere Hauptkomponente 14, 15, 16, 17, insbesondere die Antriebsstrang-Kühlmittelpumpe 15, eine Elektronik der weiteren Hauptkomponente 14, 15, 16, 17 und/oder eine Leistungselektronik der Antriebsstrang-Kühlmittelpumpe 15 kann derart in die Antriebsstrang-Kühleinheit 10 eingerichtet sein, dass diese mit einem Kühlluftstrom des Lüfters 13 gekühlt werden kann. Der Kühlluftstrom kann dabei der Hauptkühlluftstrom 3, ein Nebenkühlluftstrom und/oder eine separater Kühlluftstrom des Lüfters 13 sein. ln Richtung des durch den Lüfter 13 erzeugten Hauptkühlluftstroms 3 kann der Kondensator 11 stromaufwärts des Kühlers 12 in der Antriebsstrang-Kühleinheit 10 eingerichtet sein. Es ist jedoch auch möglich, in Richtung des durch den Lüfter 13 erzeugten Hauptkühlluftstroms 3 den Kühler 12 stromaufwärts des Kondensators 11 in der Antriebsstrang-Kühleinheit 10 einzurichten. Bei beiden Ausführungsbeispielen ist der Lüfter 13 natürlich stromaufwärts sowohl des Kondensators 11 als auch des Kühlers 12 bzw. sowohl des Kühlers 12 als auch des Kondensators 11 vorgesehen.