Die Erfindung betrifft einen Antrieb für ein Hybridfahrzeug.

Hybridfahrzeuge sind sowohl mit einem Verbrennungsmotor als auch mit einer elektrischen Antriebseinheit ausgestattet, wobei die elektrische Antriebseinheit in vielen Fällen motorisch oder generatorisch betrieben werden kann. Die elektrische Antriebseinheit umfasst dabei eine Leistungselektronik, deren Verlustleistung in Form von Wärme abgeführt werden muss. Hierzu ist es erforderlich, die Elektronik in einen Kühlkreislauf einzubinden.

Häufig liegen die maximal zulässigen Temperaturen des Kühlmediums für die Elektronik unter dem Niveau der im Motorkreislauf vorherrschenden Temperaturen, sodass eine einfache Einbindung der Leistungselektronik in diesen Hochtemperatur-Kühlkreislauf nicht möglich ist.

Stattdessen kann beispielsweise ein eigener Kühlkreislauf vorgesehen werden. In diesem Fall muss der benötigte Kühlmediumkühler so ausgelegt sein, dass er alle kritischen Betriebspunkte abdeckt. Als besonders kritisch hat sich hierbei der Stillstand oder eine sehr langsame Fahrt des Fahrzeugs herausgestellt, da die elektrischen Verbraucher zwar eine hohe Verlustleistung produzieren, gleichzeitig aber nur ein geringer Kühlluft-Volumenstrom über den Kühlmediumkühler zur Verfügung steht. Aufgrund dieses kritischen Betriebspunkts muss der Kühlmediumkühler relativ groß ausgeführt werden, obwohl er damit für die meisten anderen Betriebspunkte überdimensioniert ist. Dementsprechend ist der Kühlmediumkühler in einem separaten Elektronik- Kühlkreis unerwünscht groß, schwer und teuer.

Aus der DE 10 2005 047 653 AI ist bereits eine Hybridantriebseinheit für ein Kraftfahrzeug bekannt, bei der ein Niedertemperatur-Kühlkreis vorgesehen ist, der einen Ladeluftkühler sowie eine elektrische Maschine und/öder der elektrischen Maschine zugeordnete elektronische Bauelemente einschließt. Durch die Einbindung des Ladeluftkühlers zur Kühlung der. Verbrennungslüft und der elektrischen Maschine zur Kühlung der Leistungselektronik in einen gemeinsamen Niedertemperatur-Kühlkreis lassen sich erhebliche Gewichts-, Bauraum- und Kostenvorteile erzielen. Im Übrigen sind die Anforderungen der Leistungselektronik und des Ladeluftkühlers so verschieden, dass beispielsweise an dem oben erwähnten, für die Leistungselektronik besonders kritischen Betriebspunkt (Fahrzeugstillstand oder Langsamfahrt) nur wenig Kühlleistung vom Ladeluftkühler abgerufen wird und somit nahezu die gesamte Kühlkapazität für die Leistungselektronik zur Verfügung steht.

Bei einem gemeinsamen Kühlkreis ist es jedoch schwierig, die zu kühlende Elektronik unterhalb eines vorgegebenen Grenzwerts auf einem weitgehend konstanten Temperaturniveau zu halten. Für die elektronischen Bauteile ist ein möglichst konstantes Temperaturniveau allerdings von großer Bedeutung, da sich Temperaturschwankungen negativ auf deren Lebensdauer auswirken können.

Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung eines Antriebs für ein Hybrid- fahrzeug, bei dem sich die Leistungselektronik mit geringem Aufwand kühlen und auf einem weitgehend konstanten Temperaturniveau halten lässt.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch einen Antrieb für ein Hybridfahrzeug, mit einem Verbrennungsmotor, einem Ladeluftkühler zur Kühlung einer dem Verbrennungsmotor zugeführten Verbrennungsluft, einem Kühlmediumkühler zur Kühlung eines für den Ladeluftkühler verwendeten ersten Kühlmediums, einer ersten Pumpe zum Umwälzen des ersten Kühlmediums in einem den Ladeluftkühler und den Kühlmediumkühler umfassenden Ladeluft- Kühlkreislauf, einer elektrischen Antriebseinheit sowie einer zweiten Pumpe zum Umwälzen eines zweiten Kühlmediums in einem die elektrische Antriebseinheit umfassenden Elektronik-Kühlkreislauf, wobei der Ladeluft-Kühlkreislauf und der Elektronik-Kühlkreislauf thermisch gekoppelt sind. Infolge dieser thermischen Kopplung wird lediglich ein einziger Kühlmediumkühler benötigt, was sich positiv auf das Gesamtgewicht, den benötigten Bauraum und die Kosten auswirkt. Die beiden Kühlkreisläufe sind dabei zwar thermisch gekoppelt, lassen sich aber im übrigen durch jeweils eine: eigene Pumpe weitgehend unabhängig voneinander ansteuern. . Das Erfordernis einer möglichst konstanten Kühltemperatur der Leistungselektronik lässt sich somit auf einfache und vorteilhafte Art und Weise realisieren. In einer bevorzugten Ausführungsform des Antriebs weist die zweite Pumpe im Betrieb ein weitgehend konstantes Fördervolumen auf, welches eine vorgegebene Volumenstrommindestanforderung im Elektronik-Kühlkreislauf erfüllt. Durch diese steuerungstechnisch und/oder konstruktiv vereinfachte Ausführung der zweiten Pumpe lassen sich die Gesamtkosten des Antriebs weiter reduzieren.

Hingegen weist die erste Pumpe bevorzugt eine variable Pumpleistung auf, wobei diese Pumpleistung von Anforderungen im Ladeluft-Kühlkreislauf und von Anforderungen im Elektronik-Kühlkreislauf abhängig ist. Diese Pumpleistung der ersten Pumpe kann zusätzlich auch von

Umgebungsbedingungen, insbesondere der Umgebungstemperatur abhängig sein. Damit kann über die gezielte Ansteuerung der ersten Pumpe auf spezielle Anforderungen und Umgebungsbedingungen eingegangen werden, ohne dass der Volumenstrom im Elektronik-Kühlkreislauf beeinflusst wird. In einer Ausführungsvariante steht der Elektronik-Kühlkreislauf mit dem Ladeluft-Kühlkreislauf in Fluidverbindung, und das erste Kühlmedium ist mit dem zweiten Kühlmedium identisch. Die thermische Kopplung der Kreisläufe ist in diesem Fall also durch einen Stoffaustausch realisiert.

In dieser Ausführungsvariante weisen der Elektronik-Kühlkreislauf und der Ladeluft-Kühlkreislauf bevorzugt einen gemeinsamen Ausgleichsbehälter auf, in dem sich das erste Kühlmedium und das zweite Kühlmedium vermischen.

In einer anderen Ausführungsvariante des Antriebs ist das erste Kühlmedium vom zweiten Kühlmedium getrennt, und die Kühlkreisläufe sind über einen Wärmetauscher thermisch gekoppelt. Hier ist die Wärmeübertragung oder thermische Kopplung somit ohne Stoffaustausch realisiert. Weitere -zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung und deren Vorteile er- geben sieh aus den Unteransprüchen.

^' /, Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsformen beschrieben, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. In diesen zeigt: V - Figur 1 ; einen schematisch skizzierten, erfindungsgemäßen Antrieb gemäß einer ersten Ausführungsform; ^{" ■} : - Figur 2 einen schematisch skizzierten, erfindungsgemäßen Antrieb gemäß einer zweiten Ausführungsform;

- Figur 3 einen schematisch skizzierten, erfindungsgemäßen Antrieb gemäß einer dritten Ausführungsform; und - Figur 4 eine beispielhafte Darstellung von Kühlkreisläufen für den Antrieb gemäß Figur 1.

Die Figuren 1 und 2 zeigen einen schematischen Ausschnitt eines Antriebs 10 für ein Hybridfahrzeug mit indirekter Ladeluftkühlung. Der Antrieb 10 umfasst einen Verbrennungsmotor 12, einen Ladeluftkühler 14 zur Kühlung einer dem Verbrennungsmotor 12 zugeführten Verbrennungsluft, einen Kühlmediumkühler 16 zur Kühlung eines für den Ladeluftkühler 14 verwendeten ersten Kühlmediums 18, eine erste Pumpe 20 zur Umwälzen des ersten Kühlmediums 18 in einem den Ladeluftkühler 14 und den Kühlmediumkühler 16 umfassenden Ladeluft-Kühlkreislauf 22, einer elektrischen Antriebseinheit 24, sowie einer zweiten Pumpe 26 zum Umwälzen eines zweiten Kühlmediums 28 in einem die elektrische Antriebseinheit 24 umfassenden Elektronik-Kühlkreislauf 30, wobei der Ladeluft-Kühlkreislauf 22 und der Elektronik-Kühlkreislauf 30 thermisch gekoppelt sind. Gestrichelte Pfeile in Figur 2 symbolisieren eine Wärmeübertragung ohne Stoffaustausch zwischen den Kreisläufen 22, 30, wohingegen in Figur 1 eine Wärmeübertragung mit Stoffaustausch mit durchgezogenen Pfeilen dargestellt ist.

In einer ersten Ausführungsform des Antriebs 10 gemäß Figur 1 ist die thermische Kopplung durch einen Stoffaustausch zwischen den Kühlkreisläufen 22, 30 realisiert. Dies bedeutet, dass der Elektronik-Kühlkreislauf 30 mit dem Ladeluft-Kühlkreislauf 22 in Fluidverbindung steht und das erste Kühlmedium 18 mit dem zweiten Kühlmedium 28 identisch ist. Als gemeinsames Kühlmedium können -dabei -sowohl -flüssige als- auch gasförmige- Medien -verwendet werden. Vorzugsweise ist das gemeinsame Kühlmedium 18, 28 flüssig, besonders bevorzugt eine Wasser/Kühlmittel-Mischung, bei der das Kühlmittel z.B. auf Glykol- Basis hergestellt ist. Alternati wären auch Wasser oder öle als flüssige Kühlmedien geeignet. - -

Eine zweite Ausführungsform des Antriebs 10 gemäß Figur 2 unterscheidet sich lediglich dadurch von der ersten Ausführungsgemäß gemäß Figur 1 , dass die thermische Kopplung der Kühlkreisläufe 22, 30 hier ohne Stoffaustausch realisiert ist. Dies bedeutet, dass das erste Kühlmedium 18 und das zweite Kühlmedium 28 getrennt und die Kühlkreisläufe 22, 30 über einen herkömmlichen Wärmetauscher 32 thermisch gekoppelt sind.

Demzufolge ist es möglich, für die beiden Kühlkreisläufe 22, 30 unterschiedliche Kühlmedium 18, 28 zu verwenden. Insbesondere sind aber auch in dieser zweiten Ausführungsform sowohl das erste Kühlmedium 18 als auch das zweite Kühlmedium 28 flüssig, besonders bevorzugt ein Wasser/Kühlmittel-Gemisch. Alternativ können aber auch hier für das erste Kühlmedium 18 und/oder das zweite Kühlmedium 28 gasförmige Medien oder andere Flüssigkeiten wie Wasser oder Öl zum Einsatz kommen.

Aufgrund der thermischen Kopplung der beiden Kühlkreisläufe 22, 30 reicht der Kühlmediumkühler 16 im Ladeluft-Kühlkreislauf 22 aus, um sowohl den Ladeluftkühler 14 im Ladeluft-Kühlkreislauf 22 als auch (über den Wärmetauscher 32 oder ein gemeinsames Kühlmedium 18, 28) die elektrische Antriebseinheit 24 im Elektronik-Kühlkreislauf 30 zu kühlen. Gleichzeitig lassen sich die beiden Kühlkreisläufe 22, 30 über ihre jeweilige Pumpe 20, 26 trotzdem individuell und bedarfsgerecht auf bestimmte Kühlanforderungen einstellen.

Die elektrische Antriebseinheit 24 umfasst Elektronikkomponenten 34 sowie zu deren Kühlung einen Kühlkörper 36, der an den Elektronik-Kühlkreislauf 30 angeschlossen ist. Die Elektronikkomponenten 34 umfassen dabei insbesondere die Leistungselektronik der elektrischen Antriebseinheit 24, unter Umständen aber auch Temperatursensoren 38 oder Energiespeicher wie Akkus oder Batterien. Der- Kühlmedium-Volumenstrom im Elektronik-Kühlkreislauf 30 ist in. der

Regel Mindestanforderungen unterworfen, um eine kontinuierliche Entwärmung der Elektronikkomponenten 34 zu gewährleisten und ein Auftreten lokaler„Hot- Spots" zu vermeiden. Wenn überhaupt, iässt sich der Volumenstrom im Elektronik-Kühlkreislauf 30 also nur in engen Grenzen variieren. Folglich wird in ^• einer besonders kostengünstigen Ausführungsvariante des Antriebs 10 als zweite Pumpe 26 eine hinsichtlich ihrer Ansteuermöglichkeiteh stark vereinfachte - -

Kühlmediumpumpe eingesetzt. Im einfachsten Fall hat die zweite Pumpe 26 lediglich eine„Ein/Aus-Funktion" und weist im Betrieb ein weitgehend konstantes Fördervolumen auf, welches die von der elektrischen Antriebseinheit 24 vorgegebene Volumenstrommindestanforderung im Elektronik-Kühlkreislauf 30 erfüllt. Für den Fall, dass die Viskosität des zweiten Kühlmediums 28 bei den auftretenden Temperaturen stark schwankt, muss die Leistung der zweiten Pumpe 26 gegebenenfalls in mehreren, insbesondere in zwei oder drei Stufen veränderbar sein, um temperaturabhängig einen hinreichenden, weitgehend konstanten Volumenstrom bereitstellen zu können. Die erste Pumpe 20 weist hingegen eine variabel einstellbare Pumpleistung auf, wobei diese Pumpleistung von Anforderungen im Ladeluft-Kühlkreislauf 22 und von Anforderungen im Elektronik-Kühlkreislauf 30 abhängig ist. Zusätzlich können beim Einstellen der Pumpleistung auch Umgebungsbedingungen, insbesondere die Umgebungstemperatur berücksichtigt werden. Da Temperaturschwankungen die Lebensdauer der Elektronik beeinträchtigen, ist eine Steuerung oder Regelung der Kühlkreisläufe 22, 30 anzustreben, bei der das Temperaturniveau der Elektronikkomponenten 34 im wesentlichen konstant bleibt bzw. die Temperaturschwankungen innerhalb vorgegebener Grenzwerte liegen. Da der Volumenstrom im Elektronik-Kühlkreislauf 30 weitgehend konstant ist, lässt sich die Kühlung der Elektronikkomponenten 34 nur über die Temperatur des zweiten Kühlmediums 28 einstellen. Die Temperatur dieses zweiten Kühlmediums 28 hängt infolge der thermischen Kopplung der Kühlkreisläufe 22, 30 von der Temperatur des ersten Kühlmediums 18 und diese wiederum vom Volumenstrom im Ladeluft-Kühlkreislauf 22 ab. Um eine gewünschte Temperatur des ersten Kühlmediums 18 zu erhalten, ist bei der Bestimmung des Volumenstroms im Ladeluft-Kühlkreislauf 22 zusätzlich der Wärmeeintrag durch den Ladeluftkühler 14 zu berücksichtigen. Da die Kühlleistung des Kühlmediumkühlers 16 zusätzlich von der Umgebungstemperatur beeinflusst wird, ist auch diese idealerweise bei der Ansteuerung der ersten Pumpe 20 zu berücksichtigen.

. ^' Um die erste Pumpe 20 abhängig von den Anforderungen der elektrischen ^' V Antriebseinheit 24 ansteuern zu können, ist zumindest im Elektronik-Kühlkreislauf 30 ein Temperatursensor 38 vorgesehen. Häufig kann ein Temperatursensor 38 verwendet werden, der bereits standardmäßig als Elektronikkomponente 34 in der elektrischen Antriebseinheit 24 vorhanden ist. Alternativ kann der Temperatursensor 38 aber auch außerhalb der elektrischen Antriebseinheit 24 im Elektronik-Kühlkreislauf 30 angeordnet sein (vgl. Figuren 1 und 2).

Die Verwendung eines einzigen Temperatursensors 38 im Elektronik- Kühlkreislauf 30 ist für eine vorteilhafte Ansteuerung der ersten Pumpe 20 als Minimalanforderung anzusehen. Selbstverständlich können aus Gründen der Redundanz oder der höheren Genauigkeit weitere Temperatursensoren 38 im Elektronik-Kühlkreislauf 30 und/oder im Ladeluft-Kühlkreislauf 22 vorgesehen sein. Durch eine geeignete Einstellung der zweiten Pumpe 26 sowie eine geeignete Ansteuerung der ersten Pumpe 20 kann jedoch üblicherweise auf eine aufwendige und teure Regelung mittels eines Thermostaten verzichtet werden.

Im Gegensatz dazu ist in Figur 3 eine dritte Ausführungsform des Antriebs 10 dargestellt, bei der die Kopplung der Kühlkreisläufe 22, 30 analog zu Figur 1 mit Stoffaustausch realisiert ist, allerdings nicht über einen gemeinsamen Ausgleichsbehälter 42, sondern über ein Stellventil oder einen Thermostaten. Das Stellventil bzw. der Thermostat fungiert dabei als Mischeinrichtung 44 für den Stoffaustausch zwischen den beiden Kreisläufen 22, 30. Die Temperaturregelung für den Elektronik-Kühlkreislauf 30 wird auf diese Weise unabhängiger von der Regelung der ersten Pumpe 20 im Ladeluft- Kühlkreislauf 22. Deren Regelung ist nur noch für die Bereitstellung einer hinreichend niedrigen Temperatur im Ladeluft-Kühlkreislauf 22 notwendig. Die entsprechende Mischung für ein gewünschtes Temperaturergebnis im Elektronik- Kühlkreislauf 30 wird durch die Mischeinrichtung 44 übernommen. Der Einsatz einer solchen Mischeinrichtung 44 ist zwar einerseits mit zusätzlichem Aufwand und zusätzlichen Kosten verbunden, ermöglicht andererseits im Vergleich zur ersten Ausführungsform gemäß Figur 1 im Elektronik-Kühlkreislauf 30 aber auch eine konstantere Temperaturregelung, welche deutlich unabhängiger von anderen Anforderungen im Ladeluft-Kühlkreislauf 22 ist:

Die Mischeinrichtung 44 ist beispielsweise ein Thermostat. Der Thermostat verfügt: über einen Mischabschnitt 46, der über einen Thermostataktor 48 angesteuert wird. Der Thermostataktor 48 kann ein Wachselement sein, dessen Öffnungstemperatur auf die gewünschte Temperatur im Elektronik-Kühlkreislauf 30 ausgelegt ist. Weiterhin ist es möglich, das Wachselement nach dem Prinzip eines Kennfeldthermostaten mit einer Heizpatrone zu versehen. Damit lassen sich dann elektronisch angesteuert niedrigere Öffnungstemperaturen und damit Regeltemperaturen für den Elektronik-Kühlkreislauf 30 umsetzen als dies mit dem reinen Wachselement möglich wäre. Da das Wachselement eine Temperaturregelung vornimmt ist für die regelungstechnische Arbeit prinzipiell kein Temperatursensor 38 im Elektronik-Kühlkreislauf 30 erforderlich, wenngleich dies in Kombination mit einem Kennfeldthermostaten sinnvoll sein kann und für das Erkennen von zu hohen Temperaturen notwendig ist.

Wird das Wachselement im Thermostaten durch einen rein elektrisch angesteuerten Aktor ersetzt, ist die Mischeinrichtung 44 ein Stellventil. Um mit diesem Stellventil eine Temperaturregelung darzustellen, ist eine Temperaturmessung im Elektronik-Kühlkreislauf 30 als Rückführgröße notwendig. Die Figur 4 zeigt eine praxisnahe Ausführung der. Kühlkreisläufe 22, 30 gemäß der ersten Ausführungsform des Antriebs 10 in Figur 1. Die beiden Kühlkreisläufe 22, 30 sind dabei über einen gemeinsamen Ausgleichsbehälter 40 thermisch gekoppelt, wobei sich in dem Ausgleichsbehälter 40 das erste Kühlmedium 18 und das (identische) zweite Kühlmedium 28 vermischen. An den Ladeluft-Kühlkreislauf 22 sind in diesem Ausführungsbeispiel zwei Ladeluftkühler 14 sowie zusätzlich ein Motorsteuergerät 42 des Verbrennungsmotors 12 angeschlossen.

Der beschriebene, vorteilhafte Antrieb 10 für Hybridfahrzeuge weist somit zwei Niedertemperatur-Kühlkreisläufe 22, 30 mit maximalen Kühlmediumtemperaturen in der Größenordnung von etwa 60°C bis 80°C auf, wobei die Kühlkreisläufe 22, 30 lediglich einen einzigen Kühlmediumkühler 16 benötigen und gleichzeitig aufgrund der individuellen Ansteuermöglichkeiten ihrer separaten Pumpen 20, 26 äußerst präzise die speziellen Kühiungsanforderungen der elektrischen Antriebseinheit 24, insbesondere der Elektronikkpmponenten 34 der elektrischen Antriebseinheit 24, erfüllen.