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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebsvorrichtung,
insbesondere Hybridantriebsvorrichtung, mit mindestens einer elektrischen
Maschine, der mindestens ein Kühlmittelkanal zugeordnet
ist, durch den ein Kühlmittel mittels einer Kühlmittelpumpe
gefördert wird.
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Ferner
betrifft die Erfindung eine Antriebsvorrichtung, insbesondere zur
Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens, insbesondere
Hybridantriebsvorrichtung, mit mindestens einer elektrischen Maschine,
der mindestens ein Kühlmittelkanal zugeordnet ist, und
mit mindestens einer ein Kühlmittel durch den Kühlmittelkanal
fördernden Kühlmittelpumpe.
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Stand der Technik
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Moderne
Antriebsvorrichtungen weisen häufig eine elektrische Maschine
zur Erzeugung eines Drehmoments beziehungsweise Antriebdrehmoments
auf. Insbesondere bei Hybridfahrzeugen wird neben einer konventionellen
Brennkraftmaschine die elektrische Maschine als zusätzliche
oder alternative Drehmomentquelle und/oder als elektrischer Generator
verwendet. Üblicherweise liegt der maximale Drehzahlbereich
der elektrischen Maschinen zwischen 6.000 bis 7.000 Umdrehungen
pro Minute. Die im Betrieb der elektrischen Maschine entstehende Wärme
wird dabei in der Regel durch ein entsprechendes Kühlsystem
beispielsweise an die Umgebung abgeleitet. In der einfachsten Ausführungsform wird
die Wärme direkt von einem Gehäuse der elektrischen
Maschine an die Umgebung abgegeben, wobei zur Vergrößerung
der Oberfläche des Gehäuses Kühlrippen
vorgesehen werden. Um eine höhere Kühlleistung
für die elektrische Maschine zu erzielen, ist es ebenfalls
bekannt, die elektrische Maschine mit zumindest einem Kühlmittelkanal
zu versehen, durch den Kühlmittel gefördert werden
kann. Aus der
DE 103
44 630 A1 ist beispielsweise eine elektrische Maschine
bekannt, deren Stator ein Kühlmittelkanal zugeordnet ist,
der formschlüssig und kraftschlüssig mit einer
Außenmantelfläche des Stators verbunden ist. Die
Abwärme der elektrischen Maschine wird somit auf das durch
den Kühlkanal geförderte Kühlmittel übertragen
und abgeführt. Nach Einschalten des Kühlsystems
wird heutzutage ein konstanter Kühlmittelstrom durch das
Kühlsystem beziehungsweise durch den Kühlmittelkanal
gefördert, sodass der elektrischen Maschine stets eine
konstante Kühlleistung zur Verfügung steht.
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Offenbarung der Erfindung
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Das
erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer
Antriebsvorrichtung sieht nunmehr gemäß den kennzeichnenden
Merkmalen des Anspruchs 1 vor, dass die Förderleistung
der Kühlmittelpumpe in Abhängigkeit von einer
aktuellen Betriebstemperatur und/oder von einem aktuellen Antriebsmoment
der elektrischen Maschine variiert wird. Es ist also vorgesehen,
dass die Förderleistung der Kühlmittelpumpe nicht über
jeden Betriebspunkt der elektrischen Maschine hinweg konstant beibehalten, sondern
entsprechend variiert wird. Durch die Berücksichtigung
der aktuellen Betriebstemperatur der elektrischen Maschine kann
dabei auf einfache Art und Weise auf den Kühlleistungsbedarf
der elektrischen Maschine eingegangen werden. Wird die elektrische
Maschine nur selten oder auch nur bei niedrigen Drehzahlen genutzt,
so fällt auch die Förderleistung der Kühlmittelpumpe
und somit die Kühlung der elektrischen Maschine gering
aus. Das aktuelle Antriebsmoment der elektrischen Maschine beeinflusst direkt
die Wärmeentwicklung in der elektrischen Maschine, sodass
das Antriebsmoment entweder direkt als Stellgröße
für die Förderleistung der Kühlmittelpumpe
und/oder als Ausgangspunkt zur Bestimmung der aktuellen Betriebstemperatur
verwendet werden kann.
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Besonders
bevorzugt wird die Förderleistung der Kühlmittelpumpe
verbrauchsoptimiert im Bezug auf einen mit der Kühlmittelpumpe
elektrisch verbundenen Energiespeicher variiert. Gerade bei Hybridantriebsvorrichtungen
wird die Kühlmittelpumpe nicht direkt von der Brennkraftmaschine
angetrieben, sondern wird durch einen Energiespeicher mit elektrischer
Energie versorgt. Das vorteilhafte Verfahren sieht vor, dass die
Förderleistung im Bezug auf eben diesen Energiespeicher
verbrauchsoptimiert betrieben wird. Das bedeutet, dass der Energiespeicher nur
im Bedarfsfall durch die Kühlmittelpumpe belastet wird.
Ist nur eine geringe Kühlleistung erforderlich, so wird
die Förderleistung der Kühlmittelpumpe und damit
der den Energiespeicher belastende Stromverbrauch verringert.
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Vorteilhafterweise
wird das Antriebsmoment in Abhängigkeit von einem aktuellen
Betriebsstrom der elektrischen Maschine bestimmt. Der Betriebsstrom
ist äquivalent zu der zum Einstellen des aktuellen Antriebsmoments
erforderlichen Stromaufnahme durch die elektrische Maschine. Bei
dem aktuellen Antriebsmoment kann es sich dabei sowohl um ein Soll-Antriebsmoment
als auch um ein Ist-Antriebsmoment der elektrischen Maschine handeln.
Der Betriebsstrom der elektrischen Maschine kann auf einfach Art
und Weise erfasst und in Abhängigkeit davon die Förderleistung
der Kühlmittelpumpe bestimmt beziehungsweise variiert werden.
Zweckmäßigerweise wird bei geringen Betriebsströmen
und/oder geringen Betriebstemperaturen eine kleinere Förderleistung der
Kühlmittelpumpe gewählt beziehungsweise eingestellt,
als bei hohen Betriebsströmen beziehungsweise Betriebstemperaturen.
Dadurch wird stets eine ausreichende Kühlung der elektrischen
Maschine zu jedem Zeitpunkt gewährleistet. Durch das Variieren der
Förderleistung wird dem Energiespeicher entsprechend unterschiedlich
viel Leistung entzogen. Dadurch ist die Leistungsabgabe des Energiespeichers
in Summe weitaus geringer als bei einer konstanten Förderleistung
der Kühlmittelpumpe. Die geringe Beanspruchung beziehungsweise
die betriebspunktbedingte Beanspruchung des Energiespeichers hat
außerdem zur Folge, dass vorteilhafterweise ein Wiederaufladen
des Energiespeichers im Betrieb nicht oder erst viel später
notwendig wird.
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Weiterhin
ist vorgesehen, dass die (aktuelle) Betriebstemperatur der elektrischen
Maschine in Abhängigkeit zumindest von dem aktuellen Betriebsstrom,
der Drehzahl der elektrischen Maschine und/oder der aktuellen Umgebungstemperatur
bestimmt wird. In diesem Fall wird die Temperatur der elektrischen
Maschine also nicht direkt erfasst, sondern bestimmt, wodurch beispielsweise
das Anbringen eines Temperatursensors an die elektrische Maschine
entfällt. Im Motor-Betrieb sowie im Generator-Betrieb der
elektrischen Maschine steigt ihre Betriebstemperatur bei konstanter
Last exponentiell bis zu einem Maximalwert an, der unter anderem
auch von der Drehzahl der elektrischen Maschine abhängig
ist und als Offset zur Umgebungstemperatur wirkt. Als ein weiterer
Offset kann bei motornahem Anbau der elektrischen Maschine die Betriebstemperatur
der Brennkraftmaschine wirken. Mit anderen Worten kann die Umgebungstemperatur
der elekt rischen Maschine stark durch die in der Nähe dazu
angeordnete Brennkraftmaschine beeinflusst werden.
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Vorteilhafterweise
wird zur Bestimmung der Betriebstemperatur wenigstens eine Kennlinie
oder ein Kennfeld verwendet beziehungsweise in einem nicht flüchtigen
Speicher der Antriebsvorrichtung hinterlegt. Wobei die Kennlinie
beziehungsweise das Kennfeld die Bestimmung der Förderleistung
der Kühlmittelpumpe in Abhängigkeit von dem aktuellen Betriebsstrom,
der Drehzahl und/oder der aktuellen Umgebungstemperatur erlaubt.
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Alternativ
dazu ist es vorgesehen, die Betriebstemperatur mittels eines Temperatursensors
zu erfassen beziehungsweise zu ermitteln. Der Temperatursensor wird
dann an entsprechender Stelle an der elektrischen Maschine angeordnet
und kann somit direkt die Betriebstemperatur der Maschine ermitteln.
Im einfachsten Fall kann in Abhängigkeit von den Daten
des Temperatursensors die Förderleistung der Kühlmittelpumpe
bestimmt werden. Wobei auch hier zweckmäßigerweise
eine Kennlinie und/oder ein Kennfeld zur Bestimmung der Förderleistung
verwendet wird.
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Schließlich
ist vorgesehen, dass mindestens ein Temperaturschwellwert vorgegeben
wird, bei dessen Überschreiten die Förderleistung
erhöht oder verringert wird. Hierdurch wird ein stufenweises
Variieren der Förderleistung der Kühlmittelpumpe
realisiert. Alternativ ist natürlich auch eine kontinuierliche Variierung
der Förderleistung denkbar. Ebenso ist es möglich,
einen weiteren Temperaturschwellwert vorzusehen, bei dessen Unterschreiten
die Kühlmittelpumpe ausgeschaltet beziehungsweise die Förderleistung
gleich Null gesetzt wird. In diesem Fall wird beispielsweise die
Kühlung der elektrischen Maschine nur durch die Kühlfunktion
des Gehäuses gewährleistet.
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Die
erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung zeichnet
sich durch eine Einrichtung zum Ansteuern der Kühlmittelpumpe
derart aus, dass ihre Förderleistung in Abhängigkeit
von einer aktuellen Betriebstemperatur und/oder von einem aktuellen
Antriebsmoment der elektrischen Maschine variiert wird.
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Vorteilhafterweise
weist die Einrichtung mindestens einen der elektrischen Maschine
zugeordneten Strom- und/oder Temperatursensor auf. Durch Erfassung des
Betriebsstroms der elektrischen Maschine mittels des Stromsensors
kann auf einfach Art und Weise auf ein Soll- und/oder Ist-Antriebsmoment der
elektrischen Maschine und somit auch auf eine Betriebstemperatur
der elektrischen Maschine geschlossen werden. Zweckmäßigerweise
weist die Einrichtung weiterhin eine entsprechende Schaltung auf,
die ein Steuern beziehungsweise Regeln der Kühlmittelpumpe
erlaubt. Die Kühlmittelpumpe ist dabei elektrisch mit einem
Energiespeicher der Antriebsvorrichtung verbunden. Durch die vorteilhafte Steuerung
beziehungsweise Regelung der Förderleistung der Kühlmittelpumpe
wird die Leistung des Energiespeichers optimal ausgenutzt.
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Im
Folgenden soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels
näher erläutert werden. Dazu zeigt die
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Figur
ein Ausführungsbeispiel einer vorteilhaften Antriebsvorrichtung
in einer schematischen Darstellung.
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Die
Figur zeigt in einer schematischen Darstellung eine Antriebsvorrichtung 1,
die als Hybridantriebsvorrichtung 2 ausgebildet ist und
dazu eine Brennkraftmaschine 3 sowie eine elektrische Maschine 4,
die in Serie geschaltet sind, aufweist. Eine Abtriebswelle der Brennkraftmaschine 3 ist
dabei über eine erste Kupplung 5 mit einer Rotorwelle
der elektrischen Maschine 4 wirkverbindbar. Weiterhin ist
die Rotorwelle der elektrischen Maschine 4 über
eine zweite Kupplung 6 mit einer Eingangswelle eines Getriebes 7 wirkverbindbar.
Von einer Ausgangswelle beziehungsweise Abtriebswelle des Getriebes 7 wird ein
durch die Brennkraftmaschine 3 und/oder die elektrische
Maschine 4 erzeugtes Drehmoment beispielsweise auf Antriebsräder
eines die Antriebsvorrichtung 1 aufweisenden Kraftfahrzeugs übertragen.
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Weiterhin
weist die Hybridantriebsvorrichtung 2 einen elektrischen
Energiespeicher 8 auf, der zum Betreiben der elektrischen
Maschine 4 im Motor-Betrieb genutzt wird. Wird die elektrische
Maschine 4 als Generator verwendet, so kann die durch sie erzeugte
Leistung beziehungsweise elektrische Energie dem elektrischen Speicher 8 zum
Wiederaufladen zugeführt werden.
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Weiterhin
weist die Hybridantriebsvorrichtung 2 eine Kühlmittelpumpe 9 eines
Kühlsystems 10 auf. Die Kühlmittelpumpe 9 fördert
ein Kühlmittel durch Leitun gen des Kühlsystems,
wobei die elektrische Maschine 4 derart in das Kühlsystem 10 miteingebunden
ist, dass das von der Kühlmittelpumpe 9 geförderte
Kühlmittel durch mindestens einen Kühlmittelkanal
der elektrischen Maschine 4 zum Kühlen dieser
gefördert wird. Dadurch wird auf einfach Art und Weise
die Abwärme der elektrischen Maschine 4 abgeführt.
Zweckmäßigerweise wird dem Kühlmittel im
weiteren Verlauf des Kühlsystems (hier nicht näher
dargestellt) die von der elektrischen Maschine 4 eingebrachte
Wärme wieder entzogen, sodass es dem Kühlkreislauf
des Kühlsystems 10 wieder zugeführt werden
kann. Die Kühlmittelpumpe 9 ist elektrisch mit
dem Energiespeicher 8 verbunden, sodass sie von diesem
elektrisch gespeist wird und dadurch ihre erforderliche Energie
erhält. Weiterhin ist der elektrischen Maschine 4 ein
Temperatursensor 11 zugeordnet. Der Sensor 11 ist
Bestandteil einer Einrichtung 12, die in Abhängigkeit
von der erfassten Betriebstemperatur der elektrischen Maschine 4 vorteilhafterweise
die Förderleistung der Kühlmittelpumpe 9 variiert.
In Abhängigkeit von der aktuellen Betriebstemperatur der
elektrischen Maschine 4 wird somit die Förderleistung
der Kühlmittelpumpe 9 variiert. Dadurch wird ein
optimierter Stromverbrauch der Kühlmittelpumpe 9 realisiert,
da diese den elektrischen Speicher 8 nur noch im Bedarfsfall
belastet. Zweckmäßigerweise wird bei einer geringen
Erwärmung der elektrischen Maschine 4 die Förderleistung geringer
als bei einer hohen Betriebstemperatur der elektrischen Maschine 4 gewählt/eingestellt.
Der Energieverbrauch der Kühlmittelpumpe 9 ist
somit weitaus geringer als bei fortwährend konstanter Kühlmittelpumpenleistung.
Der Energiespeicher wird weniger stark strapaziert beziehungsweise
entladen, sodass ein Aufladen des Energiespeichers 8 nicht
oder erst viel später notwendig wird.
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In
einer alternativen Ausführungsform wird die Förderleistung
der Kühlmittelpumpe 9 in Abhängigkeit
des einzustellenden Antriebsmoments der elektrischen Maschine 4 variiert.
Entsprechend dem einzustellenden Antriebsmoment variiert auch die Betriebstemperatur
der elektrischen Maschine 4, sodass durch Kenntnis des
Soll-Antriebsmoments oder auch des Ist-Antriebsmoments auf die Betriebstemperatur
der elektrischen Maschine 4 rückgeschlossen werden
kann. Zweckmäßigerweise wird das Antriebsmoment
der elektrischen Maschine 4 in Abhängigkeit von
einem aktuellen Betriebsstrom der elektrischen Maschine 4 bestimmt.
Dazu ist die Einrichtung 12 zweckmäßigerweise
mit der elektrischen Maschine 4 entsprechend elektrisch
verbunden, sodass der Betriebsstrom erfasst werden kann. Der aktuelle
Betriebsstrom lässt einen direkten Rückschluss
auf das einzu stellende Drehmoment beziehungsweise auf das Antriebsmoment
der elektrischen Maschine 4 zu. Letztendlich wird somit
die Förderleistung der Kühlmittelpumpe 9 in
Abhängigkeit von dem Betriebsstrom der elektrischen Maschine 4 gesteuert
und somit die Betriebstemperatur der elektrischen Maschine 4 begrenzt.
Alternativ ist auch ein Erfassen eines Antrieb-Steuersignals, wie
zum Beispiel ein Erfassen der Stellung eines Gaspedals, zur Bestimmung/Ermittlung
des Antriebmoments denkbar.
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In
einer vorteilhaften Weiterführung basiert die Variierung
der Förderleistung der Kühlmittelpumpe 9 auf
einem einfachen Temperaturmodell: Im Motor-Betrieb und im Generator-Betrieb
der elektrischen Maschine 4 steigt die Temperatur (TEM) bei konstanter Last exponentiell bis
zu einem Maximalwert (TEM,max) an, der auch
von der Drehzahl (n) der elektrischen Maschine 4, die beispielsweise
mittels eines Sensors 13 erfasst werden kann, abhängig
ist, und als Offset zu der Umgebungstemperatur (TUmg)
wirkt. Als weiterer Offset kann bei motornahem Anbau, also wenn die
elektrische Maschine 4 nahe zu der Brennkraftmaschine 3 angeordnet
ist, die Temperatur der Brennkraftmaschine 3 (TMot) wirken. Im Leerlauf der elektrischen
Maschine 4 fällt ihre Betriebstemperatur (TEM) auf einen minimalen Wert (TEM,min)
ab, der auf dieselbe Weise moduliert wird. Maximalwert:
TEM,max = f(I, n) + TUmg +
Offset(TMot) Minimalwert:
TEM,min = 0 + TUmg +
Offset(TMot) Zeitfunktion:
h(t) = (Tmax – Tmin)·(1 – exp(–t/tau)
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Tau
kann auch als Kennlinie über der Drehzahl (n) ausgelegt
werden. Die Temperatur (TEM) der elektrischen
Maschine 4 kann dabei aus einer Kennlinie oder einem Kennfeld
in Abhängigkeit von dem Strom (I) und/oder der Drehzahl
(n) bestimmt werden.
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Die
Förderleistung beziehungsweise der Durchfluss der Kühlmittelpumpe 9 kann
dann oberhalb eines Temperaturschwellwerts (TSchwell)
gestartet und unterhalb durch eine Hysterese wieder gestoppt oder
proportional zur Abweichung von diesem Temperaturschwellwert angesteuert
beziehungsweise variiert werden. Zweckmäßigerweise
wird die Förderleistung mittels einer Kennlinie und/oder
ei nes Kennfelds bestimmt. Für den Kühlmitteldurchsatz
(v) ergibt sich damit: v = f(I,T – TSchwell)
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Der
Betriebsstrom der elektrischen Maschine 4 kann mittels
eines gesonderten Stromsensors oder aus Signalen einer Steuereinrichtung
beziehungsweise Steuereinheit der Antriebsvorrichtung 1 beziehungsweise
Hybridantriebsvorrichtung 2 bestimmt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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