Beschreibungseinleitung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Temperatursteuerung eines Elektromotors nach dem Oberbegriff von Anspruch 1. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Fluidversorgungsvorrichtung.

In WO 2015/067259 A1 ist ein Verfahren zum Kühlen einer Kraftfahrzeugkomponente beschrieben, bei dem eine in der Drehrichtung umkehrbare Fluidpumpe einen Fluidstrom zur Kühlung der Kraftfahrzeugkomponente bereitstellt.

In WO 2021/073681 A1 ist beschrieben, dass der Fluidstrom zur Kühlung abhängig von der Drehzahl der Pumpe und deren Wirkungsgrad eingestellt wird.

In einem Fahrzeugantriebsstrang kann ein Elektromotor ein Antriebsdrehmoment zur Fortbewegung des Fahrzeugs bereitstellen. Dabei kann durch den Betrieb des Elektromotors und der dabei entstehenden elektrischen Verlustleistung und weiterhin durch die Bewegungen in dem Fahrzeugantriebsstrang und der dabei entstehenden mechanischen Verlustleistung Wärme entstehen, die zur Vermeidung einer übermäßigen thermischen Belastung abgeführt werden muss.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, eine Motorbetriebstemperatur des Elektromotors adaptiver einzustellen und den Elektromotor effizienter zu betreiben. Weiterhin soll die Temperatursteuerung des Elektromotors zuverlässiger und energiesparender durchgeführt werden.

Wenigstens eine dieser Aufgaben wird durch ein Verfahren zur Temperatursteuerung wenigstens eines Elektromotors mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Dadurch kann der Elektromotor effizienter betrieben werden. Die Motorbetriebstemperatur des Elektromotors kann genauer und energiesparender eingestellt werden. Die mechanischen und elektrischen Verluste des Fahrzeugantriebsstrangs im Betrieb des Elektromotors können verringert werden.

Der Fahrzeugantriebsstrang kann in einem Fahrzeug, bevorzugt in einem Elektrofahrzeug oder einem Hybridfahrzeug, angeordnet sein. Der Elektromotor kann ein Antriebsdrehmoment zur Fortbewegung des Fahrzeugs bereitstellen. Der Elektromotor kann einen gehäusefesten Stator und einen gegenüber diesem drehbaren Rotor aufweisen. Die Motorbetriebstemperatur kann eine Statortemperatur sein.

Der Fahrzeugantriebsstrang kann neben dem Elektromotor als erster Elektromotor einen weiteren zweiten Elektromotor aufweisen. Der zweite Elektromotor kann ein Antriebsdrehmoment zur Fortbewegung des Fahrzeugs bereitstellen.

Das Fluid kann ein Kühlmittel, beispielsweise ein Kühlöl, sein. Der Fluidkreislauf kann ein Kühlmittelkreislauf sein. Der Fluidstrom kann ein Kühlmittelstrom sein. Der Kühlmittelstrom kann den Elektromotor kühlen.

Eine Temperatursteuerung kann eine Temperaturregelung einbeziehen.

Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist es vorteilhaft, wenn der vorgegebene Betriebskennwert eine vorgegebene Motorbetriebstemperatur des Elektromotors ist, bei der dieser bei an dem Elektromotor im Betrieb vorhandener Motordrehzahl und/oder vorhandenem Motordrehmoment eine maximale Effizienz aufweist. Der Betriebskennwert kann während des Betriebs des Elektromotors abhängig von der vorhandenen Motordrehzahl und/oder dem vorhandenen Motordrehmoment verändert werden.

Bei einer vorzugsweisen Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Motorbetriebstemperatur des Elektromotors abhängig von an dem Elektromotor im Betrieb vorhandener Motordrehzahl und/oder vorhandenem Motordrehmoment berechnet und als vorgegebener Betriebskennwert bereitgestellt wird. Der Betriebskennwert kann über eine Lookup-Tabelle abhängig von der im Betrieb des Elektromotors vorhandenen Motordrehzahl und/oder dem vorhandenen Motordrehmoment berechnet werden. Der Fluidstrom wiederum kann abhängig von dem Betriebskennwert, beispielsweise über eine weitere Lookup-Tabelle, berechnet werden, insbesondere mit dem Betriebskennwert als Regelparameter geregelt werden.

Die berechnete Motorbetriebstemperatur, bei der der Elektromotor eine maximale Effizienz aufweist, kann mitzunehmendem Motordrehmoment abnehmen und mitzunehmender Motordrehzahl zunehmen.

Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist es vorteilhaft, wenn bei dem ersten Betriebszustand der Fluidstrom oder die Motorbetriebstemperatur über den Fluidstrom abhängig von wenigstens einem gemessenen Eingabebetriebskennwert geregelt wird. Der Eingabebetriebskennwert kann ein gemessener Betriebskennwert, beispielsweise eine gemessene Motorbetriebstemperatur, eine gemessene Motordrehzahl und/oder ein gemessenes Motordrehmoment des Elektromotors sein.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist vorteilhaft, bei der jeweils bei einem Betrieb des Elektromotors ein eine elektrische Verlustleistung des Elektromotors kennzeichnender erster Verlustkennwert und ein eine mechanische Verlustleistung kennzeichnenderzweiter Verlustkennwert erfasst wird und wenn der zweite Verlustkennwert unterhalb des ersten Verlustkennwerts liegt, jeweils bei dem ersten Betriebszustand der Fluidstrom abhängig von dem vorgegebenen Betriebskennwert des Elektromotors und ansonsten abhängig von einer Fluidbetriebstemperatur der Fluidversorgungsvorrichtung berechnet wird. Dadurch kann eine Begrenzung der elektrischen und mechanischen Verlustleistung bei dem Betrieb des Elektromotors umgesetzt werden. Der erste Verlustkennwert kann die durch mechanische Bewegungen beim Betrieb des Elektromotors entstehende Wärmeleistung als mechanische Verlustleistung kennzeichnen. Der elektrische Verlustkennwert kann die durch den elektrischen Betrieb des Elektromotors entstehende Wärmeleistung als elektrische Verlustleistung kennzeichnen.

Mit der Einstellung des Fluidstroms abhängig von der Fluidbetriebstemperatur kann eine Schmierleistung zur Schmierung der die Wärmeenergie bewirkenden mechanischen Bauteile erhöht werden. Abhängig von dem ersten und zweiten Verlustkennwert kann der Fluidstrom wechselweise angepasst werden, um die mechanische und elektrische Verlustleistung zu verringern.

Bei einer speziellen Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft, wenn der Sicherheitskennwert eine Motorbetriebstemperatur des Elektromotors, eine Fluidbetriebstemperatur des Fluids in der Fluidversorgungsvorrichtung und/oder eine Motordrehzahl des Elektromotors ist. Der Grenzwert des jeweiligen Sicherheitskennwerts kann entsprechend eine maximale Motorbetriebstemperatur, eine maximale Fluidbetriebstemperatur und/oder eine maximale Motordrehzahl sein. Die Fluidbetriebstemperatur kann die Temperatur des Fluids in einem Fluidspeicher sein.

Bei einer vorzugsweisen Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass der zweite Betriebszustand eingestellt wird, wenn der Sicherheitskennwert den Grenzwert überschreitet. Der erste Betriebszustand kann ausschließlich dann eingestellt sein, wenn der Sicherheitskennwert den Grenzwert unterschreitet oder erreicht.

Liegt der Istwert des Sicherheitskennwerts unterhalb des Grenzwerts, kann ein gefahrloser und zuverlässiger Betrieb des Elektromotors erfolgen. Bei Überschreiten des Sicherheitskennwerts kann der Elektromotor oder damit verbundene Bauteile, insbesondere abhängig von der Dauer und/oder der Höhe der Überschreitung, beschädigt werden.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist vorteilhaft, bei der die Umschaltung abhängig von dem Istwert des Sicherheitskennwerts des Elektromotors als erster Sicherheitskennwert in Bezug auf einen vorgegebenen Grenzwert des ersten Sicherheitskennwerts und weiterhin abhängig von einem Istwert eines zweiten Sicherheitskennwerts der Fluidversorgungsvorrichtung in Bezug auf einen vorgegebenen Grenzwert des zweiten Sicherheitskennwerts eingestellt wird. Sobald der erste Sicherheitskennwert den vorgegebenen Grenzwert des ersten Sicherheitskennwerts oder der zweite Sicherheitskennwert den vorgegebenen Grenzwert des zweiten Sicherheitskennwert überschreitet, kann der zweite Betriebszustand ausgelöst werden.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist vorteilhaft, bei der der zweite Sicherheitskennwert eine Fluidbetriebstemperatur des Fluids ist. Der erste Sicherheitskennwert kann eine Motorbetriebstemperatur des Elektromotors und/oder eine Motordrehzahl des Elektromotors sein.

Weiterhin wird wenigstens eine der zuvor angegebenen Aufgaben durch eine Fluidversorgungsvorrichtung zur Temperatursteuerung wenigstens eines Elektromotors eines Fahrzeugantriebsstrangs gelöst, die eine Fluidpumpe zur Förderung eines den Elektromotor versorgenden Fluidstroms aufweist, der abhängig von einem mit einem Verfahren mit wenigstens einem der zuvor beschriebenen Merkmale geschalteten Betriebszustand eingestellt ist.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Figurenbeschreibung und den Abbildungen.

Figurenbeschreibung

Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Abbildungen ausführlich beschrieben. Es zeigen im Einzelnen:

Figur 1: Ein schematisches Funktionsschaltbild einer Fluidversorgungsvorrichtung in einer speziellen Ausführungsform der Erfindung.

Figur 2: Ein Blockschaltbild eines Verfahrens in einer speziellen Ausführungsform der Erfindung. Figur 3: Eine Lookup-Tabelle eines Betriebskennwerts zur Anwendung bei einem Verfahren in einer speziellen Ausführungsform der Erfindung.

Figur 1 zeigt ein schematisches Funktionsschaltbild einer Fluidversorgungsvorrichtung in einer speziellen Ausführungsform der Erfindung. Die Fluidversorgungsvorrichtung 10 ist in einem Fahrzeugantriebsstrang eines Fahrzeugs angeordnet, der einen Elektromotor 12 zur Bereitstellung eines Antriebsdrehmoments zur Fortbewegung des Fahrzeugs aufweist. Der Elektromotor 12 weist einen gehäusefesten Stator und einen gegenüber diesem um eine Drehachse drehbaren Rotor auf. Im Betrieb des Elektromotors 12 kann eine Motorbetriebstemperatur Tm vorliegen, die beispielsweise eine Statortemperatur des Stators ist.

Die Fluidversorgungsvorrichtung 10 weist einen geschlossenen Fluidkreislauf 14, hier einen Kühlölkreislauf auf, der eine Fluidpumpe 16, hier eine Kühlölpumpe umfasst, die einen Fluidstrom Vs, hier einen Kühlölstrom, zur Versorgung des Elektromotors 12 mit dem Fluid, hier dem Kühlöl, bereitstellt. Die Motorbetriebstemperatur Tm des Elektromotors 12 wird dabei durch den an dem Elektromotor 12 anliegenden Fluidstrom Vs verändert, hier insbesondere durch den als Kühlölstrom wirkenden Fluidstrom Vs verringert.

Das Fluid nimmt Wärmeenergie von dem Elektromotor 12 auf und gibt diese über einen Wärmetauscher 20 an einen geschlossenen Wasserkreislauf 22 ab. Der Wasserkreislauf 22 weist eine Wasserpumpe 24 zur Förderung eines Wasserstroms 26 innerhalb des Wasserkreislaufs 22 auf. Eine Kühlung des Wassers erfolgt über einen Wasserkühler 28, der Wärmeenergie von dem Wasser an die umgebende Luft abgibt. Der Wasserstrom 26 kann eine Leistungselektronik 30 und einen Umrichter 32 des Elektromotors 12 kühlen.

Die Fluidpumpe 16 kann in eine erste Drehrichtung oder in eine zweite Drehrichtung drehbar sein. Die Fluidpumpe 16 kann eine Reversierpumpe sein, die durch einen elektrischen Pumpenaktor 33 betätigt wird. Bei einer Drehbewegung in die erste Drehrichtung kann der Fluidstrom Vs zur Kühlung des Elektromotors 12 und einer in dem Fahrzeugantriebsstrang angeordneten Kupplung 34, beispielsweise einer K0-Kupplung, bereitgestellt werden. Bei einer Drehbewegung in die entgegengesetzte zweite Drehrichtung kann ein Fluiddruck 36 zur Betätigung der Kupplung 34 über eine Kupplungsbetätigungsvorrichtung 38 aufgebaut werden. Dabei kann der Fluiddruck 36 als Betätigungsdruck über ein Rückschlagventil 40 zwischen der Fluidpumpe 16 und einem Fluidspeicher 42 aufrecht erhalten werden.

Figur 2 zeigt ein Blockschaltbild eines Verfahrens in einer speziellen Ausführungsform der Erfindung. Das Verfahren 100 zur Temperatursteuerung des Elektromotors kann während eines Betriebs des Elektromotors ausgeführt werden. Der Fluidstrom der Fluidversorgungsvorrichtung wird abhängig von einer Abfrage 102 gesteuert. Bei der Abfrage 102 wird geprüft, ob ein Istwert eines Sicherheitskennwerts Ks des Elektromotors einen vorgegebenen Grenzwert Gs des Sicherheitskennwerts unterschreitet oder maximal erreicht. Ist dies der Fall, wird die Fluidversorgungsvorrichtung in einen ersten Betriebszustand B1 geschaltet, bei dem der Fluidstrom abhängig von einem vorgegebenen Betriebskennwert Km des Elektromotors eingestellt wird. Der Betriebskennwert Km ist bevorzugt eine Motorbetriebstemperatur Tm des Elektromotors, die in einem Berechnungsschritt 104 abhängig von einer im Betrieb des Elektromotors vorhandenen Motordrehzahl Nm und einem vorhandenen Motordrehmoment Mm berechnet und als vorgegebener Betriebskennwert Km bereitgestellt wird. Die Motorbetriebstemperatur Tm wird beispielsweise mit einer Lookup- Tabelle berechnet, bei der abhängig von der Motordrehzahl Nm und dem Motordrehmoment Mm eine Motorbetriebstemperatur Tm als optimale Motorbetriebstemperatur Tm vorgegeben ist, bei der der Elektromotor eine maximale Effizienz und damit eine minimale Verlustleistung aufweist.

In Figur 3 ist eine Zuordnung der optimalen Motorbetriebstemperatur Tm abhängig von der Motordrehzahl Nm und dem Motordrehmoment Mm des Elektromotors aufgeführt. Jedes der Kästchen entspricht dabei einem Wert der optimalen Motorbetriebstemperatur Tm. Wie aus Figur 3 hervorgeht, werden für die optimale Motorbetriebstemperatur Tm insgesamt drei verschiedene Werte angenommen, die abhängig von der Motordrehzahl Nm und dem Motordrehmoment Mm verteilt sind. Die ersten Werte Tm1 der Motor können 30°C, die zweiten Werte Tm2 der Motorbetriebstemperatur können 85° und die dritten Werte der Motorbetriebstemperatur können 150°C sein. Wie aus der Verteilung der ersten, zweiten und dritten Werte Tm 1 , Tm2, Tm3 ersichtlich ist, nimmt die optimale Motorbetriebstemperatur T m mit zunehmendem Motordrehmoment Mm ab und mit zunehmender Motordrehzahl Nm zu.

Zurückkommend auf Figur 2 wird die optimale Motorbetriebstemperatur Tm als vorgegebener Betriebskennwert Km in einem nachfolgenden Schritt 106 in einen einzustellenden Fluidstrom Vs umgerechnet, der durch einen Betrieb der Fluidpumpe eingestellt wird. Dabei wird die an dem Elektromotor vorhandene Motorbetriebstemperatur über den Fluidstrom Vs abhängig von wenigstens einem gemessenen Eingabebetriebskennwert E geregelt. Der Eingabebetriebskennwert E ist beispielsweise eine gemessene Motorbetriebstemperatur. Durch die Regelung kann in der Fluidversorgungsvorrichtung der tatsächliche Fluidstrom Vr zur Temperatursteuerung des Elektromotors anliegen. Dem Berechnungsschritt 104 ist eine Überprüfung 108 vorgeschaltet, bei der eine elektrische Verlustleistung über einen diese kennzeichnenden ersten Verlustkennwert L1 und eine mechanische Verlustleistung über einen diese kennzeichnenden zweiten Verlustkennwert L2 überprüft wird. Wird bei der Überprüfung 108 festgestellt, dass der erste Verlustkennwert L1 über dem zweiten Verlustkennwert L2 liegt, also die elektrische Verlustleistung größer als die mechanische Verlustleistung ist, dann wird jeweils bei dem ersten Betriebszustand der Fluidstrom Vs abhängig von dem vorgegebenen Betriebskennwert des Elektromotors über den Berechnungsschritt 104 und den Schritt 106 und ansonsten abhängig von einer Fluidbetriebstemperatur Tf des Fluids beispielsweise in einem Fluidspeicher in einem nachfolgenden Schritt 109 als einzustellender Fluidstrom Vs berechnet, der durch einen Betrieb der Fluidpumpe eingestellt wird. Dabei wird der tatsächliche Fluidstrom Vr abhängig von wenigstens einem gemessenen weiteren Eingabebetriebskennwert Ew geregelt. Der weitere Eingabebetriebskennwert Ew ist beispielsweise eine gemessene Fluidbetriebstemperatur des Fluids in dem Fluidspeicher. Damit kann in der Fluidversorgungsvorrichtung der tatsächliche Fluidstrom Vr zur Einstellung der Fluidbetriebstemperatur anliegen.

Bei der Abfrage 102 zu dem Istwert des Sicherheitskennwerts Ks wird überprüft, ob ein vorhandener Sicherheitskennwert Ks einen vorgegebenen Grenzwert Gs des Sicherheitskennwerts überschreitet. Ist dies der Fall, dann wird anstelle des ersten Betriebszustands B die Fluidversorgungsvorrichtung in einen zweiten Betriebszustand B2 umgeschaltet, bei dem in einem Berechnungsschritt 110 ein gegenüber dem ersten Betriebszustand B1 höherer Fluidstrom Vs eingestellt wird. Liegt der Istwert des Sicherheitskennwerts Ks unterhalb des Grenzwerts Gs, kann ein gefahrloser und zuverlässiger Betrieb des Elektromotors erfolgen und die Steuerung des Fluidstroms Vs zur Verringerung der elektrischen und mechanischen Verluste mit dem ersten Betriebszustand B1 durchgeführt werden.

Bei Überschreiten des Sicherheitskennwerts Ks kann der Elektromotor oder damit verbundene Bauteile, insbesondere abhängig von der Dauer und/oder der Höhe der Überschreitung, beschädigt werden. Durch den erhöhten Fluidstrom Vs mit dem zweiten Betriebszustand B2 kann eine maximale Kühlleistung und/oder Schmierleistung bereitgestellt und damit die elektrische und mechanische Verlustleistung verringert werden.

Bevorzugt wird bei der Abfrage 102 neben dem Sicherheitskennwert Ks als erster Sicherheitskennwert Ks1, der beispielsweise eine Motorbetriebstemperatur Tm des Elektromotors ist, auch ein zweiter Sicherheitskennwert Ks2, der beispielsweise eine Fluidbetriebstemperatur Tf des Fluids beispielsweise in einem Fluidspeicher ist, einbezogen. Die Umschaltung zwischen dem ersten und zweiten Betriebszustand B1, B2 erfolgt abhängig von dem Istwert des ersten Sicherheitskennwerts Ks1, beispielsweise der Motorbetriebstemperatur Tm in Bezug auf einen vorgegebenen Grenzwert Gs1 des ersten Sicherheitskennwerts, beispielsweise einer maximalen Motorbetriebstemperatur und weiterhin abhängig von einem Istwert des zweiten Sicherheitskennwerts Ks2 der Fluidversorgungsvorrichtung, beispielsweise einer Fluidbetriebstemperatur in Bezug auf einen vorgegebenen Grenzwert Gs2 des zweiten Sicherheitskennwerts, beispielsweise einer maximalen Fluidbetriebstemperatur. Sobald der erste Sicherheitskennwert Ks1 den vorgegebenen Grenzwert Gs1 des ersten Sicherheitskennwerts oder der zweite Sicherheitskennwert Ks2 den vorgegebenen Grenzwert Gs2 des zweiten Sicherheitskennwert überschreitet, kann der zweite Betriebszustand B2 ausgelöst werden. Damit kann die Sicherheit des elektrischen und mechanischen Teils des Fahrzeugantriebsstrangs aufrecht erhalten werden.

Bezugszeichenliste

10 Fluidversorgungsvorrichtung

12 Elektromotor

14 Fluidkreislauf

16 Fluidpumpe

20 Wärmetauscher

22 Wasserkreislauf

24 Wasserpumpe

26 Wasserstrom

28 Wasserkühler

30 Leistungselektronik

32 Umrichter

33 elektrischer Pumpenaktor

34 Kupplung

36 Fluiddruck

38 Kupplungsbetätigungsvorrichtung

40 Rückschlagventil

42 Fluidspeicher

100 Verfahren

102 Abfrage

104 Berechnungsschritt

106 Schritt

108 Überprüfung

109 Schritt

110 Berechnungsschritt

Ks Sicherheitskennwert

Gs Grenzwert des Sicherheitskennwerts

B1 erster Betriebszustand

B2 zweiter Betriebszustand Tm Motorbetriebstemperatur

Tf Fluidbetriebstemperatur

Nm Motordrehzahl

Mm Motordrehmoment

Km Betriebskennwert

Vs Fluidstrom

Vr tatsächlicher Fluidstrom

E Eingabebetriebskennwert

Ew Eingabebetriebskennwert

L1 erster Verlustkennwert

L2 zweiter Verlustkennwert

Ks1 erster Sicherheitskennwert

Ks2 zweiter Sicherheitskennwert

Gs1 Grenzwert des ersten Sicherheitskennwerts

Gs2 Grenzwert des zweiten Sicherheitskennwerts