专利名称：电气驱动部件的主动冷却的制作方法
技术领域：
本发明涉及ー种用于车辆驱动(例如混合动カ或电动车辆驱动)的冷却系统。
背景技术：
带有内燃机作为驱动単元的传统的车辆驱动的冷却通常实施为水冷却或空气冷却。发动机的废热经由热交換器被向外引出并且/或者用于内部空间供暖。图I示意性地显示了一种用于内燃机式的驱动单元VA’(例如内燃机)的以水冷却的形式的带有通风机/风扇2'和热交換器3’的冷却循环4’的实施方案。此处且在接下来所有功能图中为了简单起见省略在冷却循环中必要的水泵或者循环泵。为了内燃机式的驱动单元VA’的在能量消耗和磨损方面最佳的运行，冷却剂温度通常处于大约60°C与大约120°C之间的温度范围中。相对于外部温度，在内燃机式的驱动单元VA’的冷却循环4'中的 温度是明显更高，从而一方面在较高的、例如热带的外部温度的情况下保证可靠的散热并且另一方面例如在冬天有效的内部空间供暖是可能的。參考在图2中示出的功能图，对于带有另外的驱动单元(例如电机式的驱动单元EA’)的所谓的备选的驱动(例如混合动カ或电气驱动)，其尤其包括电机5’、逆变器6’和蓄能器V (例如电池、超级电容等等)，现在经常使用简单的空气冷却作为被动式的解决方案(大多仅散热片)或作为带有风扇8’的主动式的解决方案。此外，在高功率运行中还使用带有用于电气的功能元件的液体冷却的冷却循环FK’。在这样的冷却循环FK’中的损失热量(Verlustwaerme)那么借助于风扇8’和热交换器9’优选地被向外引出。到内燃机式的驱动单元VA’的冷却循环4’处的传统的连结通常不实现，尤其因为在那里温度水平太高并且这将导致电气的功能元件的明显更大的尺寸设计。然而内燃机式的驱动单元(例如内燃机)为了最佳的运行需要相对高的冷却剂温度，这对于大多关联于电机式的驱动单元的电气部件完全不同。其为了最佳的运行和/或为了紧凑的设计需要尽可能低的温度。因此，例如电机具有磁体和铜线圈，其损失随着升高的温度増加。此外，最大的温度通过漆绝缘和去磁的耐温度性明显受限。在线圈中和在磁体中的温度可被保持得越低，则功率损失越低且电机可设计得越小或者越紧凑。例如逆变器使用高负载的半导体(例如MOSFET、IGBT)，其还在仅短时间的过热(阻挡层温度>大约175で)中被不可逆地破坏。功率半导体中的温度可被保持得越低，则损失越低且需用于该控制任务的半导体越少。这因此不仅影响逆变器的尺寸、而且影响成本。例如蓄能器根据技术在性能上是不同的。然而，所有通常具有相同的特性，即更低的温度在效率和使用寿命方面是有利的。对冷却温度的要求即对于带有内燃机式的驱动单元的传统的驱动明显不同于带有电气的功率部件的备选的驱动。此外，尤其对于备选的驱动，驱动単元的功率损失不足以以此还在冬天令人满意地给车辆的内部空间供暖。所以电机式的驱动单元的相对小的功率损失本身会有益于车辆的内部空间的供暖或调温。然而，两者的集成由于不同的温度要求是困难且昂贵的。
发明内容
从前面所提及的得出的目的尤其可利用本发明的独立权利要求的特征来实现。然而，本发明不局限于排除现有技术的所有的开头所提及的问题或缺点的实施形式。而本发明还普遍地要求对下面所描述的实施例的保护。根据本发明提供ー种用于车辆的车辆驱动、尤其用于混合动カ或电气车辆驱动和其它备选的车辆驱动的冷却系统。冷却系统包括例如用于优选地主动冷却车辆的至少ー个电气部件的冷却循环和至少ー个例如用于冷却车辆的内燃机式的驱动单元的功能循环。备选地或补充地，冷却系 统包括例如用于内部空间调温、尤其内部空间供暖或车辆的内部空间的供暖的功能循环。前面所提及的功能循环例如可以是不同的功能循环或构造为一个功能循环。可能的是，用于冷却至少ー个电气部件和/或用于内部空间调温的冷却循环和功能循环优选地在能量上相互连接或者彼此相连结、尤其借助于热泵。热泵例如可根据压缩机原理起作用或根据其它的优选地主动冷却原理(例如吸收冷却、借助于Peltier元件的冷却等等)或者其它的合适的原理或方法。本发明的优点是，可以(然而不必强制)取消该至少一个电气部件的空气冷却。空气冷却是相对功率弱的且尤其对于高温是非常昂贵且保养密集的。例如以ー个或多个电机的形式的该至少一个电气部件可更紧凑且更成本有利来构造，由此可考虑例如新的保证设计。同样地，例如以电子逆变器的形式的该至少一个电气部件可更紧凑且以更少的半导体且因此更成本有利来构造。此外，车辆的改善的内部空间供暖对于效率优化的备选的驱动(太少废热)也是可能的。可能的是，冷却循环适宜地是低温冷却循环并且/或者功能循环适宜地是高温功能循环。这意味着，在运行中冷却循环的冷却剂的温度低于功能循环的冷却剂的温度。尤其地，用于冷却至少ー个电气部件的冷却循环可以是低温冷却循环或者包括这样的低温冷却循环。此外，用于冷却内燃机式的驱动单元的功能循环可以是高温冷却循环或者包括这样的高温冷却循环。此外，用于内部空间调温的功能循环可以是加热和/或冷却循环或者包括这样的加热和/或冷却循环。特别优选的是，用于内部空间调温的功能循环是用于车辆的内部空间的供暖的加热循环。功能循环优选地是基于冷却剂的功能循环。功能循环的冷却剂的温度在运行中优选地在大约60°C与大约120°C之间。冷却剂优选地是液体。冷却循环优选地是基于冷却剂的冷却循环。冷却循环的冷却剂的温度在运行中优选地大约比功能循环的冷却剂的温度低大约30°C至大约60°C。冷却剂优选地是带有良好的导热性的液体。优选地，冷却循环与功能循环如此相互连接，使得热量可从冷却循环输送到功能循环中并且/或者至少ー个电气部件的损失热量可输送到功能循环中，例如用于车辆的内部空间供暖。
优选地，该至少一个电气部件是产生损失热量的电气部件。可能的是，该至少ー个电气部件包括至少ー个电机式的驱动单元、至少ー个优选地可发电机式和/或马达式地运转的电机、至少ー个电子逆变器、至少ー个电气蓄能器(例如电池、超级电容等等)、功率电子仪器和/或马达控制部或者这样来构造。该至少ー个电气部件优选地包括一个或多个关联于电机式驱动单元的尤其电气的或者电子的功能元件。优选地，冷却循环包括压缩机(Verdichter)、节气门、蒸发器、冷凝器和/或压缩器(Kompressor)。可能的是，压缩机的驱动借助于电机实现，其例如经由至少ー个电子逆变器优选地被从汽车电气网络或从电气蓄能器中供给以能量。备选地或补充地可能的是，压缩机的驱动借助于内燃机式的驱动单元实现。优选地，至少ー个功能単元与功能循环例如借助于热泵和/或热交换装置这样相连接，使得由功能单元产生的和/或存储的热量(加热或致冷)和/或功能単元的损失热 量可输送到功能循环中，尤其用于车辆的内部空间供暖。可能的是，至少ー个功能单元包括附加加热装置和/或蓄热器或者构造为这样的附加加热装置和/或蓄热器。可能的是，以下中的至少两个集成在单元和/或壳体中附加加热装置、蓄热器、热交换装置和/或热泵。优选地，热泵构造成以便从环境空气或者外部空气夺取热量(加热或制冷)，尤其用于内部空间调温、优选地用于内部空间供暖。在此可以是在冷却循环与功能循环之间的热泵。然而，其同样可以设置有用于该目的的另外的热泵，例如在功能循环与功能元件之间的热泵。本发明还包括ー种车辆驱动、尤其混合动カ或电动车辆驱动和其它的备选的车辆驱动，其带有如这里所描述的冷却系统。此外，本发明包括一种车辆、尤其混合动カ或电动车辆和其它的备选的车辆，其带有如这里所描述的这样的车辆驱动或冷却系统。车辆驱动优选地包括内燃机式的驱动单元和/或电机式的驱动单元。电机式的驱动单元优选地包括至少ー个可发电机式地并且/或者马达式地运转的电机。在本发明的范畴中，该至少一个电气部件尤其包括电子的和/或电气的部件。
本发明的在上面所说明的特征和优选的实施例可彼此任意组合。本发明的其它的有利的改进方案在从属权利要求中公开或从优选的实施例的接下来的说明中结合附图得出。图I显示了根据现有技术的内燃机式的驱动单元和冷却系统的功能图，图2显示了根据现有技术的电机式的驱动单元的分离的冷却系统和内燃机式的驱动单元的冷却系统的功能图，图3显示了根据本发明的一个实施形式的电机式的驱动单元、内燃机式的驱动单元和冷却系统的功能图，以及图4显示了根据本发明的另ー实施形式的电机式的驱动单元和冷却系统的功能图。
具体实施形式图3显示了用于混合动カ车辆驱动的示例性的根据本发明的冷却系统。混合动カ车辆驱动包括内燃机式的驱动单元VA和电机式的驱动单元EA。该冷却系统包括用于冷却至少ー个电气部件(其关联于电机式的驱动单元EA)或者通常用于冷却电机式的驱动单元EA的冷却循环NTK。该至少一个电气部件包括至少ー个电机5和至少ー个电子逆变器6，然而也可包括至少ー个电气蓄能器(例如电池)、功率电子仪器、马达控制部(ECU:发动机控制単元)和其它的电子/电气功能元件。冷却循环NTK构造为低温冷却循环。附图标记2表示风扇或通风机，而附图标记3表示关于车辆的内部空间的热交換器。此外，冷却系统包括功能循环HTK，其尤其构造为用于冷却内燃机式的驱动单元VA和用于车辆的内部空间调温/供暖的高温冷却循环。冷却循环NTK和功能循环HTK借助于热泵W在能量上相互连接，以便将热量从冷 却循环NTK输送到功能循环HTK中，尤其以便将电气部件5、6的损失热量输送到功能循环HTK中且例如用于车辆的内部空间的供暖。此外，冷却循环NTK包括压缩机10、节气门11、蒸发器12和冷凝器13。压缩机10的驱动借助于电机16实现，其经由至少ー个电子逆变器被从汽车电气网络或从车辆的电气蓄能器中供给。备选地或补充地，压缩机10的驱动可借助于内燃机式的驱动单元VA实现。图4显示了用于纯电动车辆驱动的示例性的根据本发明的冷却系统。根据图4的实施形式部分地与前面所描述的实施形式一致，其中，类似的或相同的零件或部件设有相同的附图标记，且对于其阐述也參照前面所描述的实施形式的说明，以便避免重复。尤其对于纯电动车辆，为了车辆的内部空间供暖尽可能多的、优选地所有的、也还如此少的功率损失或者损失热量应聚集在一起且有利地帯到一温度水平上，由此尤其可获得高效的内部空间供暖。在图4中所显不的冷却系统包括用于冷却至少一个电气部件5、6的冷却循环NTK。冷却循环NTK构造为低温冷却循环。至少ー个电气部件5、6又可包括至少ー个电机5、至少一个电子逆变器6、至少ー个电气蓄能器、功率电子仪器、马达控制部(EOT :发动机控制单元)和其它的电子/电气功能元件。此外，冷却循环NTK包括蒸发器12和压缩器21 (<大约 2KW)。此外，在图4中所显示的冷却系统包括构造为加热/冷却循环HK的用于车辆的内部空间调温的功能循环。功能循环HK优选地是用于车辆的内部空间供暖的加热循环。冷却循环NTK是低温冷却循环，而功能循环HK是高温功能循环。因此，在运行中功能循环HK的冷却剂的温度高于冷却循环NTK的冷却剂的温度。冷却循环NTK和功能循环HK借助于热泵W相互连接，以便将热量从冷却循环NTK输送到功能循环HTK中，尤其以便将电气部件5、6的损失热量输送到功能循环HK中。如在图4中可见的那样，功能单元FE与功能循环HK借助于热交换装置19或必要时借助于热泵相连接，以便将由功能単元FE主动产生的或存储的热量输送到功能循环HK中并且/或者以便将由功能単元FE产生的损失热量输送到功能循环HK中且用于车辆的内部空间供暖。功能单元FE例如包括附加加热装置17和蓄热器18。附加加热装置17、蓄热器18和热交換器或热泵19集成在唯一的壳体20中。在图3和4中所显示的热泵W和在图4中必要时构造为热泵19的部件可构造成以便从环境空气夺取热量、尤其用于车辆的内部空间调温。本发明不局限于前面所描述的优选的实施例。而大量变体和变型方案是可能的，其同样利用本发明思想且因 此落到保护范围中。此外，本发明也独立于所參考的权利要求的特征要求保护从属权利要求的对象和特征。
权利要求
1.一种用于车辆驱动、尤其用于混合动力或电动车辆驱动的冷却系统，其带有 -用于冷却车辆的至少一个电气部件(5，6)的冷却循环(NTK)， -至少一个用于冷却车辆的内燃机式的驱动单元(VA)并且/或者用于车辆的内部空间调温的功能循环(HTK，HK)， 其中 -所述冷却循环(NTK)和所述至少一个功能循环(HTK，HK)优选地借助于热泵(W)相互连接。
2.根据权利要求I所述的冷却系统，其特征在于，所述冷却循环(NTK)是低温冷却循环而所述功能循环(HTK，HK)是高温功能循环。
3.根据权利要求I或2所述的冷却系统，其特征在于， -所述冷却循环(NTK)是低温冷却循环， -所述用于冷却所述内燃机式的驱动单元(VA)的功能循环是高温冷却循环(HTK)，并且/或者 -所述用于内部空间调温的功能循环是加热/冷却循环(HK)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的冷却系统，其特征在于， -所述冷却循环(NTK)和所述功能循环(HTK，HK)相互连接，以便将热量从所述冷却循环(NTK)输送到所述功能循环(HTK，HK)中，并且/或者 -所述冷却循环(NTK)和所述功能循环(HTK，HK)相互连接，以便将所述至少一个电气部件(5，6)的损失热量输送到所述功能循环(HTK，HK)中。
5.根据前述权利要求中任一项所述的冷却系统，其特征在于，所述至少一个电气部件(5,6)包括或者是以下中的至少一个 -电机式的驱动单元(EA)和/或至少一个与所述电机式的驱动单元(EA)相关联的功能部件， -至少一个能够发电机式并且/或者马达式运转的电机， -至少一个电子逆变器， -至少一个电气蓄能器 -功率电子仪器和/或马达控制部(ECU)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的冷却系统，其特征在于，所述冷却循环(NTK)包括以下中的至少一个 -压缩机(10)， -节气门(11)， -蒸发器(12)， -冷凝器(13)， -压缩器(21)。
7.根据权利要求6所述的冷却系统，其特征在于，所述压缩机(10)的驱动 -借助于电机(16)实现，其经由至少一个逆变器被从汽车电气网络或从电气蓄能器供给，或者 -借助于所述内燃机式的驱动单元(VA)实现。
8.根据前述权利要求中任一项所述的冷却系统，其特征在于，至少一个功能单元(FE)与所述功能循环(HTK，HK)优选地借助于热泵和/或热交换装置(19)相连接，以便将由所述功能单元(FE)产生的或存储的热量和/或所述功能单元(FE)的损失热量输送到所述功能循环(HTK，HK)中、尤其用于车辆的内部空间供暖。
9.根据权利要求8所述的冷却系统，其特征在于，所述功能单元(FE)包括或者是附加加热装置(17)和/或蓄热装置(18)。
10.根据权利要求9所述的冷却系统，其特征在于，以下中的至少两个集成在单元、尤其壳体(20)中 -所述附加加热装置(17)， -所述蓄热器(18)， -所述热交换装置和/或所述热泵(19)。
11.根据前述权利要求中任一项所述的冷却系统，其特征在于，所述热泵(W，19)构造成以便从环境空气夺取热量，尤其用于内部空间供暖并且/或者用于输送到所述功能循环(HTK，HK)中。
12.—种车辆驱动、尤其混合动力或电动车辆驱动，其带有根据前述权利要求中任一项所述的冷却系统。
13.—种车辆、尤其混合动力或电动车辆，其带有根据权利要求12所述的车辆驱动。
全文摘要
本发明涉及一种用于车辆驱动、尤其用于混合动力或电动车辆驱动的冷却系统。该冷却系统包括用于冷却车辆的至少一个电气部件的冷却循环和用于冷却车辆的内燃机式的驱动单元并且/或者用于车辆的内部空间供暖的功能循环。冷却循环和功能循环优选地借助于热泵相互连接。
文档编号F01P3/20GK102852619SQ20121014882
公开日2013年1月2日 申请日期2012年5月4日 优先权日2011年5月6日
发明者H-J·韦尔费尔斯 申请人:曼卡车和巴士股份公司