DE-102024131983-A1 - Thermomanagementsystem sowie Verfahren zum Betreiben eines solchen Thermomanagementsystems

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Thermomanagementsystem in einem elektrisch betriebenen Fahrzeug, mit zumindest einer nasslaufenden Lamellenbremse und/oder -kupplung (5, 7), mittels der eine Bremsbetätigung, etwa für eine Fahrzeugbremsung, durchführbar ist, wobei die Lamellenbremse und/oder - kupplung (5, 7) in einem Bremskreislauf (B) geschaltet ist, in dem Kühlmittel umwälzbar ist, um die beim Bremsvorgang erzeugte Abwärme abzuführen. Erfindungsgemäß ist zum Abführen der Abwärme der Bremskühlkreislauf (B) über einen Luft/Flüssigkeitswärmetauscher (30) mit einem Luftkanal (31) thermisch gekoppelt, der von einem Abluftstrom (I) durchströmbar ist.

Inventors

• Paul Böckenhoff
• Alexander Gummer

Assignees

• AUDI AKTIENGESELLSCHAFT

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20241104

Claims (10)

1. Thermomanagementsystem in einem elektrisch betriebenen Fahrzeug, mit zumindest einer nasslaufenden Lamellenbremse und/oder -kupplung (5, 7), mittels der eine Bremsbetätigung, etwa für eine Fahrzeugbremsung, durchführbar ist, wobei die Lamellenbremse und/oder -kupplung (5, 7) in einem Bremskreislauf (B) geschaltet ist, in dem Kühlmittel umwälzbar ist, um die beim Bremsvorgang erzeugte Abwärme abzuführen, dadurch gekennzeichnet , dass zum Abführen der Abwärme der Bremskühlkreislauf (B) über einen Luft/Flüssigkeitswärmetauscher (30) mit einem Luftkanal (31) thermisch gekoppelt ist, der von einem Abluftstrom (I) durchströmbar ist.
2. Thermomanagementsystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , dass der Luftkanal (31) stromab des Luft/Flüssigkeitswärmetauschers (30) ein Stellventil (35) aufweist, das in einer ersten Schaltstellung den Abluftstrom (I) aus dem Fahrzeug führt, und in einer zweiten Schaltstellung den Abluftstrom (I) einem fahrzeugseitigen Klimagerät (37) zuführt, über das der Abluftstrom (I) weitere in den Fahrzeuginnenraum führbar ist.
3. Thermomanagementsystem nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet , dass der Abluftstrom (I) im Fahrbetrieb durch Fahrtwind erzeugbar ist und von fahrzeugaußen in den Luftkanal (31) führbar ist, und dass insbesondere der Luftkanal (31) stromauf des Luft/Flüssigkeitswärmetauschers (30) ein Sperrventil (39) aufweist, mittels dem der Abluftstrom (I) unterbrechbar ist, um insbesondere die Aerodynamik des Fahrzeugs zu verbessern.
4. Thermomanagementsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass zur Nutzung der Abwärme der Bremskühlkreislauf (B) über einen Flüssigkeits-/Flüssigkeitswärmetauscher (41) mit einem Batterie-Kühlkreislauf (E) thermisch koppelbar ist, in dem Kühlmittel umwälzbar ist, und dass insbesondere der Batterie-Kühlkreislauf (E) eine Ventilanordnung (43) aufweist, mittels der die thermische Kopplung zwischen dem Flüssigkeits-/Flüssigkeitswärmetauscher (41) und der Batterie /Elektromaschine unterbrechbar ist.
5. Thermomanagementsystem nach Anspruch 4 , dadurch gekennzeichnet , dass das Kühlmittel mit einer Umwälzpumpe (54) von dem Flüssigkeits-/Flüssigkeitswärmetauscher (41) über eine Zulaufleitung (47) zur Batterie/Elektromaschine und über eine Ablaufleitung (49) zurück zum Flüssigkeits-/Flüssigkeitswärmetauscher (41) umwälzbar ist, und dass die Zu- und Ablaufleitungen (47, 49) über eine parallel zur Batterie/Elektromaschine geschaltete Bypassleitung (51) verbunden sind, und dass insbesondere in einer ersten Schaltstellung der Ventilanordnung (43) die Kühlmittel-Umwälzung über die Batterie/Elektromaschine erfolgt, während die Bypassleitung (51) stillgelegt ist, und/oder dass in einer zweiten Schaltstellung der Ventilanordnung (43) die Kühlmittel-Umwälzung über die Bypassleitung (51) erfolgt, während der Kühlmittelweg durch die Batterie/Elektromaschine stillgelegt ist.
6. Thermomanagementsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet , dass die Steuerkomponenten des Thermomanagementsystems, das heißt das Abluftstrom-Stellventil (35), das Abluftstrom-Sperrventil (39) und die Kühlmittel-Ventilanordnung (43), je nach Heiz- oder Kühlbedarf in der Lamellenbremse/-kupplung (5, 7), in der Batterie/Elektromaschine und/oder im Klimagerät (37) mittels einer elektronischen Steuereinheit (53) ansteuerbar sind.
7. Thermomanagementsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass der Steuereinheit (53) Temperatursensoren (55, 57) zugeordnet sind, die eine Ist-Temperatur (T1, T2) im Bremskühlkreislauf (B) und im Batterie-Kühlkreislauf (E) erfassen, und dass die Steuereinheit (53) in Abhängigkeit von den erfassten Ist-Temperaturen (T1, T2) die Steuerkomponenten ansteuert.
8. Thermomanagementsystem nach Anspruch 7 , dadurch gekennzeichnet , dass die Steuereinheit (53) durch Mustererkennung auf Basis künstlicher Intelligenz eine Antizipation durchführt, wodurch frühzeitig Steuer/Regelbefehle erzeugbar sind, um systeminhärente Totzeiten im Thermomanagementsystem zu reduzieren.
9. Thermomanagementsystem nach Anspruch 8 , dadurch gekennzeichnet , dass die Steuereinheit (53) die Steuer/Regelbefehle auf der Grundlage eines werksseitig vortrainierten neuronalen Netzes erzeugt, und dass das neuronale Netz im Laufe der Fahrzeug-Nutzungsdauer zusätzlich auf Basis der Historie aus Kühl-/Wärmeleistungsanforderungen aller Kreisläufe, sowie der jeweils herrschenden Temperaturen, der orts- und straßenabhängigen Geschwindigkeitsprofile und der Fahreridentität im Fahrzeug trainiert wird.
10. Verfahren zum Betreiben eines Thermomanagementsystems in einem elektrisch betriebenen Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche.

Description

Die Erfindung betrifft ein Thermomanagementsystem nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Thermomanagementsystems nach dem Oberbegriff des Anspruches 10. Ein elektrisch betriebenes Fahrzeug kann zumindest eine Fahrzeugachse aufweisen, an der die Fahrzeugräder nicht mit herkömmlichen, trockenlaufenden Scheiben- oder Trockenbremsen gebremst werden, sondern mit zumindest einer nasslaufenden Lamellenbremse. Wenn daher die Elektromaschine des Fahrzeugs nicht oder nur teilweise in der Lage ist, zu rekuperieren, dann kann die Lamellenbremse die Bremsaufgabe zumindest teilweise oder vollständig übernehmen. Beispielhaft kann die Lamellenbremse in Abhängigkeit eines aktuellen Rekupiervermögens eine Fahrzeugbremsung bewirken. In einer gattungsgemäßen Fahrzeug ist die nasslaufende Lamellenbremse zusammen mit der Elektromaschine sowie dem Achsgetriebe in einem Kühl-/Schmiermittelkreislauf eingebunden, in dem die Lamellenbremse während der Fahrzeugbremsung mit Öl durchströmt wird, um die beim Bremsvorgang erzeugte Abwärme abzuführen. Bei dem gattungsgemäßen Fahrzeug besteht die Problematik, dass die Kombination aus der Lamellenbremse und der Anbindung an den Kühlkreislauf eines batteriebetriebenen Fahrzeugs nicht nur zu einer Verbrauchserhöhung, sondern zusätzlich auch zu einer Reichweitenreduzierung führt. Aus der DE 10 2009 026 985 A1 Es ist eine Anordnung zum Kühlen und/oder Schmieren zumindest eines Lamellenpaketes einer Lamellenkupplung oder einer Lamellenbremse eines Fahrzeuges bekannt. Die Anordnung weist eine Pumpe zum Bereitstellen eines Kühlmittel- und/oder Schmiermittelstromes auf, dessen Volumenstrom zumindest in Abhängigkeit der Betätigung der Lamellenkupplung oder der Lamellenbremse veränderbar ist. Der Volumenstrom ist über eine Ansteuereinrichtung bedarfsabhängig elektronisch ansteuerbar. Aus der WO 2020/245021 A1 ist eine Lamellenbremse für ein Kraftfahrzeug bekannt, die zwei Lamellenvorrichtungen und eine Betätigungseinrichtung zum Bremsbetätigen und/oder Bremslösen der Lamellenvorrichtungen sowie einen elektrischen Antrieb zur translatorischen Betätigung (Spreizung) der Betätigungseinrichtung, wie insbesondere der Rampeneinheit, aufweist. Bei einer Spreizung werden die Lamellenvorrichtungen durch die Betätigungseinrichtung dosiert vorgespannt und erzeugen einen gewünschten Reibschluss. Eine entsprechend reversierte Ansteuerung der Stellvorrichtung ermöglicht ein entsprechend dosiertes Bremslösen. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Thermomanagementsystem sowie ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Thermomanagementsystems bereitzustellen, bei dem im Vergleich zum Stand der Technik eine Verbrauchserhöhung bei einer Anbindung der Lamellenbremse/-kupplung an einen Bremskühlkreislauf des batteriebetriebenen Fahrzeugs reduziert ist. Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruches 1 oder des Anspruches 10 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart. Die Erfindung betrifft eine Thermomanagementsystem in einem Fahrzeug mit zumindest einer nasslaufenden Lamellenbremse oder -kupplung. Die Lamellenbremse oder -kupplung ist in einem Bremskühlkreislauf geschaltet, in dem ein Kühlmittel umwälzbar ist. Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 sind folgende Maßnahmen getroffen, um die beim Bremsvorgang erzeugte Abwärme effizient abzuführen: So ist der Bremskühlkreislauf über einen Luft/Flüssigkeits-Wärmetauscher mit einem Luftkanal thermisch gekoppelt, der von einem Abluftstrom durchströmbar ist. Die Erfindung beruht auf folgender Erkenntnis: So ermöglicht eine generatorbasierte (Primär-)Rekuperation in einem elektrifizierten Fahrzeug eine durchschnittliche Energierückgewinnung in Höhe von 60 % bis 70 %; bei Vollbremsung oder im Falle eines instabilen Fahrzustands wird das Fahrzeug jedoch weiterhin fast ausschließlich über die Reibungsbremse verzögert. Ein Kern der Erfindung betrifft eine (zusätzliche) sekundäre Rekuperation der restlichen, nicht generatorbasiert regenerierbaren kinetischen Energie durch intelligente und bei Bedarf vollumfängliche Nutzung der durch das Bremssystem erzeugten Abwärme. Ein Kern der Erfindung besteht zusammengefasst in einem Thermomanagementsystem, das durch innenliegende, nasslaufende Lamellenbremsen an der Vorderachse in Kombination mit einer intelligenten Steuerung des Wärmeflusses aus der Lamellenbremse/-kupplung heraus über zwei Wärmetauscher (ein Flüssigkeits-/Flüssigkeitswärmetauscher und ein Luft-/Flüssigkeitswärmetauscher) die üblicherweise als Verlustwärme abgeschiedene Energie zielgerichtet weiterverwendet. Über eine Ventilanordnung kann der Batteriekühlkreislauf vom Wärmetauscher getrennt oder verbunden werden. Der Flüssigkeits-/Flüssigkeitswärmetauscher ermöglicht eine Wärmeübertragung vom Bremskühlkreislauf auf den Batteriekühlkreislauf und umgekehrt. Über ein weiteres Abluft-Ventil kann der Luftstrom zum Luft-/Flüssigkeitswärmetauscher getrennt werden, so dass die A