DE-112011106195-B4 - Antriebsstrangkühlsystem für ein Hybridfahrzeug

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Abstract

Hybridfahrzeugkühlsystem, mit: einem Verbrennungsmotor (206); einem Kühler (209); einer elektrischen Maschine; Leistungselektronikkomponenten, die dazu betreibbar sind, der elektrischen Maschine Energie zuzuführen; einem Kühlmittelkreislauf (220), der mit dem Verbrennungsmotor (206), dem Kühler (209), der elektrischen Maschine und den Leistungselektronikkomponenten in Wärmeaustausch steht; wobei die elektrische Maschine und die Leistungselektronikkomponenten parallel zueinander in dem Kühlmittelkreislauf (220) angeordnet sind, um jeweils selektiv Kühlmittel von dem Kühler (209) zu erhalten, und wobei der Verbrennungsmotor (206) und der Kühler (209) in Reihe in dem Kühlmittelkreislauf (220) und in Reihe zu jeder der elektrischen Maschine und den Leistungselektronikkomponenten angeordnet sind, und ferner umfassend einen Verbrennungsmotorbypass (226), der dazu eingerichtet ist, den Kühlmittelstrom um den Verbrennungsmotor (206) herum zu leiten, und ein Ventil, das so betreibbar ist, dass es Kühlmittel selektiv durch den Verbrennungsmotor (206) oder durch den Verbrennungsmotorbypass (226) leitet; einer mechanisch angetriebenen Kühlmittelpumpe (204), um Kühlmittel durch den Verbrennungsmotor (206) zu pumpen, wobei der Verbrennungsmotorbypass (226) ferner dazu eingerichtet ist, die mechanisch angetriebene Kühlmittelpumpe (204) zu umgehen, und einer elektrisch angetriebenen Kühlmittelpumpe (202), die betreibbar ist, dass sie Kühlmittel durch den Kühlmittelkreislauf (220) durch den Verbrennungsmotorbypass (226) und durch die mechanisch angetriebene Kühlmittelpumpe (204) und den Verbrennungsmotor (206) zirkulieren lässt, wobei jede der mechanisch angetriebenen Kühlmittelpumpe (204) und der elektrisch angetriebenen Kühlmittelpumpe (202) in Reihe zueinander und in Reihe zu jeder der elektrischen Maschine und den Leistungselektronikkomponenten in dem Kühlmittelkreislauf (220) angeordnet ist, um einen Kühlmittelstrom durch den Verbrennungsmotor (206) zum Kühler (209) und vom Kühler (209) zur elektrischen Maschine und den Leistungselektronikkomponenten bereitzustellen; und einem Steuergerät, das dazu betreibbar ist, die elektrische Maschine und die Leistungselektronikkomponenten zu steuern, um der elektrischen Maschine Energie zuzuführen, wobei das Steuergerät dazu betreibbar ist, wahlweise die Temperatur des Verbrennungsmotors (206) durch Steuern der elektrischen Maschine und/oder der Leistungselektronikkomponenten zum Liefern von mehr Wärme an das Kühlmittel, das in Wärmeaustausch mit dem Verbrennungsmotor (206) steht, zu erhöhen und indem das Kühlmittel durch mindestens eine der mechanisch angetriebenen Kühlmittelpumpe (204) und der elektrisch angetriebenen Kühlmittelpumpe (202) zum Verbrennungsmotor (206) zirkuliert.

Inventors

Mahesh Madurai Kumar
Morgan M. Andreae

Assignees

CUMMINS INC.

Dates

Publication Date: 20260507
Application Date: 20111228
Priority Date: 20101231

Claims (9)

Hybridfahrzeugkühlsystem, mit: einem Verbrennungsmotor (206); einem Kühler (209); einer elektrischen Maschine; Leistungselektronikkomponenten, die dazu betreibbar sind, der elektrischen Maschine Energie zuzuführen; einem Kühlmittelkreislauf (220), der mit dem Verbrennungsmotor (206), dem Kühler (209), der elektrischen Maschine und den Leistungselektronikkomponenten in Wärmeaustausch steht; wobei die elektrische Maschine und die Leistungselektronikkomponenten parallel zueinander in dem Kühlmittelkreislauf (220) angeordnet sind, um jeweils selektiv Kühlmittel von dem Kühler (209) zu erhalten, und wobei der Verbrennungsmotor (206) und der Kühler (209) in Reihe in dem Kühlmittelkreislauf (220) und in Reihe zu jeder der elektrischen Maschine und den Leistungselektronikkomponenten angeordnet sind, und ferner umfassend einen Verbrennungsmotorbypass (226), der dazu eingerichtet ist, den Kühlmittelstrom um den Verbrennungsmotor (206) herum zu leiten, und ein Ventil, das so betreibbar ist, dass es Kühlmittel selektiv durch den Verbrennungsmotor (206) oder durch den Verbrennungsmotorbypass (226) leitet; einer mechanisch angetriebenen Kühlmittelpumpe (204), um Kühlmittel durch den Verbrennungsmotor (206) zu pumpen, wobei der Verbrennungsmotorbypass (226) ferner dazu eingerichtet ist, die mechanisch angetriebene Kühlmittelpumpe (204) zu umgehen, und einer elektrisch angetriebenen Kühlmittelpumpe (202), die betreibbar ist, dass sie Kühlmittel durch den Kühlmittelkreislauf (220) durch den Verbrennungsmotorbypass (226) und durch die mechanisch angetriebene Kühlmittelpumpe (204) und den Verbrennungsmotor (206) zirkulieren lässt, wobei jede der mechanisch angetriebenen Kühlmittelpumpe (204) und der elektrisch angetriebenen Kühlmittelpumpe (202) in Reihe zueinander und in Reihe zu jeder der elektrischen Maschine und den Leistungselektronikkomponenten in dem Kühlmittelkreislauf (220) angeordnet ist, um einen Kühlmittelstrom durch den Verbrennungsmotor (206) zum Kühler (209) und vom Kühler (209) zur elektrischen Maschine und den Leistungselektronikkomponenten bereitzustellen; und einem Steuergerät, das dazu betreibbar ist, die elektrische Maschine und die Leistungselektronikkomponenten zu steuern, um der elektrischen Maschine Energie zuzuführen, wobei das Steuergerät dazu betreibbar ist, wahlweise die Temperatur des Verbrennungsmotors (206) durch Steuern der elektrischen Maschine und/oder der Leistungselektronikkomponenten zum Liefern von mehr Wärme an das Kühlmittel, das in Wärmeaustausch mit dem Verbrennungsmotor (206) steht, zu erhöhen und indem das Kühlmittel durch mindestens eine der mechanisch angetriebenen Kühlmittelpumpe (204) und der elektrisch angetriebenen Kühlmittelpumpe (202) zum Verbrennungsmotor (206) zirkuliert.
Hybridfahrzeugkühlsystem nach Anspruch 1 , wobei das Steuergerät dazu betreibbar ist, die elektrisch angetriebene Kühlmittelpumpe (202) selektiv in Betrieb zu nehmen, um den Kühlmitteldurchsatz zu erhöhen, der durch die durch den Verbrennungsmotor (206) mechanisch angetriebene Kühlmittelpumpe (204) bereitgestellt wird.
Hybridfahrzeugkühlsystem nach Anspruch 1 , wobei das Steuergerät dazu betreibbar ist, das Kühlmittel wahlweise zu dem Verbrennungsmotorbypass (226) zu leiten, um das Kühlmittel um die mechanisch angetriebene Kühlmittelpumpe (204) und den Verbrennungsmotor (206) herum zu leiten.
Hybridfahrzeugkühlsystem nach Anspruch 1 , wobei die elektrische Maschine einen Motorgenerator umfasst.
Verfahren mit den Schritten: Betreiben eines Verbrennungsmotors (206) Pumpen eines Kühlmittels mittels einer durch den Verbrennungsmotor (206) angetriebenen Kühlmittelpumpe (204) bis zu einem Kühlmitteldurchsatz-Schwellenwert durch einen geschlossenen Kühlmittelkreislauf (220), der mit dem Verbrennungsmotor (206), einem Kühler (209), einem Elektromotor, Leistungselektronikkomponenten, und einer elektrisch angetriebenen Kühlmittelpumpe (202) in Wärmeaustausch steht, wobei der Verbrennungsmotor (206) in dem Kühlmittelkreislauf (220) in Reihe mit dem Kühler (209) und jedem von dem Elektromotor und den Leistungselektronikkomponenten angeordnet ist, und wobei der Elektromotor und die Leistungselektronikkomponenten in dem Kühlmittelkreislauf (220) parallel zueinander und in Reihe mit der elektrisch angetriebenen Kühlmittelpumpe (204), der durch den Verbrennungsmotor (206) angetriebenen Kühlmittelpumpe (204), dem Verbrennungsmotor (206) und dem Kühler (209) angeordnet sind; Bestimmen eines Verbrennungsmotortemperaturzustands; Steuern des Betriebs des Elektromotors oder der Leistungselektronikkomponenten zum Erhöhen der Wärmeübertragung an das Kühlmittel zum Erwärmen des Verbrennungsmotors basierend auf dem Verbrennungsmotortemperaturzustand; und Pumpen von Kühlmittel durch den Verbrennungsmotor (206), den Kühler (209), und jede der elektrischen Maschine und den Leistungselektronikkomponenten durch den geschlossenen Kühlmittelkreislauf (220) mit der durch den Verbrennungsmotor (206) angetriebenen Kühlmittelpumpe (204) in Kombination mit der elektrisch angetriebenen Kühlmittelpumpe (202), wodurch ein erhöhter Kühlmitteldurchfluss zu der durch den Verbrennungsmotor (206) angetriebenen Kühlmittelpumpe (204) oberhalb des Kühlmitteldurchsatz-Schwellenwertes bereitgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 5 , wobei das Steuern des Betriebs des Elektromotors oder der Leistungselektronikkomponenten zum Erhöhen der Wärmeübertragung an das Kühlmittel zum Erwärmen des Verbrennungsmotors (206) das Steuern des Elektromotors oder der Leistungselektronikkomponenten derart aufweist, dass die auf das Kühlmittel abgestrahlte Wärmemenge erhöht wird, indem der Elektromotor oder die Leistungselektronikkomponenten mit vermindertem Wirkungsgrad betrieben werden, während der Leistungsbedarf damit gedeckt wird.
Verfahren nach Anspruch 5 , umfassend Steuern eines Ventils zum selektiven Leiten eines Kühlmittelstroms durch den Verbrennungsmotor (206) oder durch einen Verbrennungsmotorbypass (226).
Verfahren nach Anspruch 5 , umfassend Pumpen von Kühlmittel durch den geschlossenen Kühlmittelkreislauf mittels einer elektrisch angetriebenen Kühlmittelpumpe (202) und Leiten von Kühlmittel um den Verbrennungsmotor (206) herum, während der Verbrennungsmotor (206) ausgeschaltet ist.
Verfahren nach Anspruch 5 , umfassend ein selektives Kühlen des Kühlmittels durch Übertragen von Wärme aus dem Kühlmittel mittels des Kühlers (209).

Description

Hintergrund Die vorliegende Anmeldung betrifft ein Kühlsystem für ein Hybridfahrzeug und insbesondere, aber nicht ausschließlich, ein Antriebstrangkühlsystem für ein Hybridelektrofahrzeug. Ein Antriebsstrang eines Hybridelektrofahrzeugs erhält typischerweise Leistung zum Antreiben eines Fahrzeugs von einem Verbrennungsmotor und/oder von einem elektrischen Antriebssystem. Ein derartiges System kann mehrere Antriebsstrangkomponenten aufweisen, wie beispielsweise einen Verbrennungsmotor, einen oder mehrere Motorgeneratoren, Leistungselektronikkomponenten, wie beispielsweise einen oder mehrere Wechselrichter oder Umsetzer, ein oder mehrere Energiespeichersysteme, einen oder mehrere DC/DC-Wandler und eine oder mehrere Kupplungen. Diese und andere Hybridfahrzeugkomponenten können Wärme abstrahlen und müssen gegebenenfalls gekühlt werden. Bei herkömmlichen Kühlsystemen für Hybridfahrzeuge bestehen eine Reihe von Einschränkungen und Problemen unter anderem beispielsweise hinsichtlich der entsprechenden Kosten, der Komplexität und der Leistungsfähigkeit. Es besteht Bedarf für die hierin beschriebenen besonderen und erfinderischen Verfahren, Systeme und Vorrichtungen. Aus der US 5 251 588 A ist ein Steuergerät für das Antriebssystem eines Hybridfahrzeugs bekannt. Die DE 103 00 294 A1 betrifft ein Kraftübertragungs-Wärmemanagementsystem für ein Hybridfahrzeug mit Vorrichtungen für das Anwärmen des Motors. Die DE 197 13 804 A1 betrifft ein Gerät zum Beheizen einer Fahrgastzelle eines Fahrzeugs unter Verwendung von Kühlwasser einer wassergekühlten Maschine als Heizquelle. Die DE 199 61 825 A1 betrifft einen Kühl-Heiz-Kreis für ein Fahrzeug mit zwei Teilkreisen, die bei unterschiedlichen Temperaturen vorliegen und jeweils einen Kühler enthalten, um jeweils ein Aggregat zu kühlen, wobei die Teilkreise strömungsmechanisch miteinander gekoppelt sind. Die DE 101 53 586 A1 betrifft ein System und ein Verfahren der Steuerung einer Kühlung für Komponenten eines Fahrzeugs mit Hybridantrieb. Kurzbeschreibung Die Erfindung ist in den unabhängigen Patentansprüchen definiert. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert. In einem ersten Aspekt der Erfindung ist ein Hybridfahrzeugkühlsystem vorgesehen, mit einem Verbrennungsmotor; einem Kühler; einer elektrischen Maschine; Leistungselektronikkomponenten, die dazu betreibbar sind, der elektrischen Maschine Energie zuzuführen; einem Kühlmittelkreislauf, der mit dem Verbrennungsmotor, dem Kühler, der elektrischen Maschine und den Leistungselektronikkomponenten in Wärmeaustausch steht; wobei die elektrische Maschine und die Leistungselektronikkomponenten parallel zueinander in dem Kühlmittelkreislauf angeordnet sind, um jeweils selektiv Kühlmittel von dem Kühler zu erhalten, und wobei der Verbrennungsmotor und der Kühler in Reihe in dem Kühlmittelkreislauf und in Reihe zu jeder der elektrischen Maschine und den Leistungselektronikkomponenten angeordnet sind, und ferner umfassend einen Verbrennungsmotorbypass, der dazu eingerichtet ist, den Kühlmittelstrom um den Verbrennungsmotor herum zu leiten, und ein Ventil, das so betreibbar ist, dass es Kühlmittel selektiv durch den Verbrennungsmotor oder durch den Verbrennungsmotorbypass leitet; einer mechanisch angetriebenen Kühlmittelpumpe, um Kühlmittel durch den Verbrennungsmotor zu pumpen, wobei der Verbrennungsmotorbypass ferner dazu eingerichtet ist, die mechanisch angetriebene Kühlmittelpumpe zu umgehen, und einer elektrisch angetriebenen Kühlmittelpumpe, die betreibbar ist, dass sie Kühlmittel durch den Kühlmittelkreislauf durch den Verbrennungsmotorbypass und durch die mechanisch angetriebene Kühlmittelpumpe und den Verbrennungsmotor zirkulieren lässt, wobei jede der mechanisch angetriebenen Kühlmittelpumpe und der elektrisch angetriebenen Kühlmittelpumpe in Reihe zueinander und in Reihe zu jeder der elektrischen Maschine und den Leistungselektronikkomponenten in dem Kühlmittelkreislauf angeordnet ist, um einen Kühlmittelstrom durch den Verbrennungsmotor zum Kühler und vom Kühler zur elektrischen Maschine und den Leistungselektronikkomponenten bereitzustellen; und einem Steuergerät, das dazu betreibbar ist, die elektrische Maschine und die Leistungselektronikkomponenten zu steuern, um der elektrischen Maschine Energie zuzuführen, wobei das Steuergerät dazu betreibbar ist, wahlweise die Temperatur des Verbrennungsmotors durch Steuern der elektrischen Maschine und/oder der Leistungselektronikkomponenten zum Liefern von mehr Wärme an das Kühlmittel, das in Wärmeaustausch mit dem Verbrennungsmotor steht, zu erhöhen und indem das Kühlmittel durch mindestens eine der mechanisch angetriebenen Kühlmittelpumpe und der elektrisch angetriebenen Kühlmittelpumpe zum Verbrennungsmotor zirkuliert. In einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren vorgesehen, mit den Schritten: Betreiben eines Verbrennungsmotors; Pumpen eines Kühlmittels mittels einer durch den Verbrennungsmotor angetriebenen Kühlmittelpumpe b