用于电动车的冷却系统以及用于制造冷却系统的方法.pdf

本发明涉及一种用于电动车的冷却系统以及一种用于运行用于电动车的冷却系统的方法。为此，本发明提供一种用于对具有路程扩展器的电动车进行热管理的构思方案。在此，由单独的冷却回路对所述电动车的、电驱动系统的组件和所述路程扩展器的、内燃机-发电机-单元的至少所述内燃机进行恒温处理。所述电驱动装置的冷却回路和所述内燃机的冷却回路在此借助于换热器来彼此进行热耦合。由此一方面仅仅需要一个共同的、用于将所产生的热量散发给环境的冷却装置；除此以外，另一方面也可以对内燃机及电驱动系统的、不同的最佳的运行温度加以考虑。

权利要求书
1.   用于具有电驱动装置（11）和内燃机（21）的电动车的冷却系统，具有：
-第一冷却回路（1），该第一冷却回路被设计用于对所述电驱动装置（11）进行恒温处理；
-第二冷却回路（2），该第二冷却回路被设计用于对所述内燃机（21）进行恒温处理；以及
-换热器（3），该换热器被设计用于使所述第一冷却回路（1）和所述第二冷却回路（2）彼此热耦合。

2.   按权利要求1所述的冷却系统，其中所述第一冷却回路（1）被第一冷却介质贯穿流过，并且所述第二冷却回路（2）被第二冷却介质贯穿流过；并且其中所述第一冷却介质和/或所述第二冷却介质是水。

3.   按权利要求1或2所述的冷却系统，其中所述第一冷却回路（1）另外具有散热装置（14），该散热装置被设计用于将热量从所述第一冷却回路（1）散发到环境中。

4.   电动车，具有
-电驱动装置（11）；
-内燃机（21）；以及
-按权利要求1到3中任一项所述的冷却系统。

5.   按权利要求4所述的电动车，具有：
-发电机（23），该发电机与所述内燃机（21）机械地耦合，并且该发电机被设计用于提供电能；
-功率电子装置（24），该功率电子装置被设计用于变换由所述发电机（23）提供的电能。

6.   按权利要求5所述的电动车，其中所述第一冷却回路（1）另外被设计用于：对所述发电机（23）和/或所述功率电子装置（24）进行恒温处理。

7.   按权利要求5所述的电动车，其中所述第二冷却回路（2）另外被设计用于：对所述发电机（23）和/或所述功率电子装置（24）进行恒温处理。

8.   按权利要求4到7中任一项所述的电动车，其中所述第一冷却回路（1）另外具有加热装置（15），该加热装置被设计用于：对在所述第一冷却回路（1）中的冷却介质进行加热。

9.   按权利要求8所述的电动车，其中所述换热器（3）沿着所述冷却介质的流动方向看布置在所述加热装置（16）的后面。

10.   用于运行用于具有电驱动装置（11）和内燃机（21）的电动车的冷却系统的方法（100），具有以下步骤：
-用第一冷却回路（1）对所述电驱动装置（11）进行恒温处理（110）；
-用第二冷却回路（2）对所述内燃机（21）进行恒温处理（120）；并且
-用换热器（3）使所述第一冷却回路（1）与所述第二冷却回路（2）热耦合（130）。

说明书用于电动车的冷却系统以及用于制造冷却系统的方法
技术领域
本发明涉及一种用于电动车的冷却系统以及一种用于制造冷却系统的方法。本发明尤其涉及一种用于具有电驱动装置和内燃机的电动车的冷却系统。
背景技术
用电动机来驱动的电动车为人所知。其中为了运行所述用来驱动电动车的电动机而需要的电能在此优选由布置在所述电动车中的电池来提供。在此必须定期地在所述电动车停止时在外部的电力网上对这个电池进行充电。但是，所述用于储存所需要的电能的电池的容量受到了限制。当前可得到的电动车一般拥有一种电池，该电池在必须重新对其进行充电之前允许大约50km直到大约200km的行程长度。
为了扩大电动车的行程长度，除此以外知道所谓的路程扩展器（Range Extender）。在此涉及一种内燃机-发电机-单元。通过这样的路程扩展器，可以在较长的行车距离中借助于所述内燃机-发电机-单元来附加地向所述电动车供给电能，所述电能可以用于给所述电池充电，或者可以直接被输送给所述电动机。
德国专利申请DE 10 2009 054 839 A1公开了一种具有用于电动车的内燃机-发电机-单元的路程扩展器，其中所述发电机首先产生交流电，随后对所述交流电进行整流，并且其中通过对于所述发电机的转速的调整来控制所述直流电的电压。
对于这样的路程扩展器来说，在所述路程扩展器的运行过程中通过所述内燃机-发电机-单元的内燃机来产生热量，为了对所述路程扩展器进行冷却，必须将所述热量散发到环境中。为此，对于所述路程扩展器的冷却来说，需要一种相应的冷却系统。
因此，存在着对于一种紧凑而有效的、用于具有内燃机-发电机-单元的电动车的冷却系统的需求。
发明内容
按照第一方面，本发明为此提供一种用于具有电驱动装置和内燃机的电动车的冷却系统，该冷却系统具有：第一冷却回路，所述第一冷却回路被设计用于对所述第一电驱动装置进行恒温处理；第二冷却回路，所述第二冷却回路被设计用于对所述内燃机进行恒温处理；以及换热器，所述换热器被设计用于使所述第一冷却回路与所述第二冷却回路彼此实现热耦合。
按照另一方面，本发明提供一种用于制造具有电驱动装置和内燃机的电动车用的冷却系统的方法，该方法具有以下步骤：用第一冷却回路对所述电驱动装置进行恒温处理；用第二冷却回路对所述内燃机进行恒温处理；并且用换热器使所述第一冷却回路与所述第二冷却回路进行热耦合。
本发明在此以以下构思为基础：借助于单独的冷却回路对电动车的电驱动装置的组件和路程扩展器的内燃机-发电机-单元的组件进行冷却或者进行恒温处理。在此，通过换热器使这两条单独的冷却回路彼此相耦合。通过借助于换热器来使所述两条冷却回路进行这种热耦合的方式，可以对所述电动车的和所述路程扩展器的驱动组件的不同的工作温度加以考虑。
这种结构能够通过一个简单的调温器来实现对于所述内燃机的温度调节。附加地存在着以下可能性：在所述内燃机的停止时间里利用来自所述电驱动系统的驱动组件的废热来对所述内燃机进行恒温处理，并且不仅提高所述内燃机的总效率而且提高其使用寿命。
因为所述内燃机的冷却回路通过所述换热器来将其热量首先散发给所述电驱动系统的主冷却回路，所以对于所述内燃机的这条冷却回路来说不需要附加的辐射器或者类似装置来将所述热量散发给环境。由此可以减少必需的、用于这条冷却回路的组件，并且能够实现所述冷却系统的紧凑而价廉的结构。
因为电驱动装置和路程扩展器通过单独的冷却回路来运行，所以除此以外整个系统的维护也得到简化。不仅将有故障的路程扩展器更换为新的路程扩展器的作业而且所述路程扩展器的完整的拆卸作业以及所述电动车的、在无路程扩展器的情况下的继续运行，都由此变得特别简单。
在一种实施方式中，所述第一冷却回路被第一冷却介质贯穿流过，并且所述第二冷却回路被第二冷却介质贯穿流过。在此，所述第一冷却介质和/或所述第二冷却介质优选是水。如果有必要，可以向这种水添加其它的添加物，用于比如保证防腐特性，或者提高水的沸点。除此以外，同样可以使用其它的冷却介质、尤其是其它的液态的冷却介质。
在一种实施方式中，所述第一冷却回路另外具有散热装置，该散热装置被设计用于将热量从所述第一冷却回路散发到环境中。这种散热装置比如可以是换热器，该换热器被所述第一冷却回路的冷却介质贯穿流过，并且在这过程中将所述热量散发给环境空气。因此，通过这种散热装置可以将热量从所述第一冷却回路直接散发给环境。除此以外，通过这种散热装置可以间接地通过所述换热器的、在第一与第二冷却回路之间的中间步骤来将所述内燃机的废热散发给环境。由此所述路程扩展器的内燃机-发电机-单元的内燃机可以在所述内燃机-发电机-单元的冷却回路中没有单独的液体-空气-冷却装置的情况下得到冷却。通过这种方式来减少必需的、用于路程扩展器的、结构元件的数目，并且也可以将所述路程扩展器的结构尺寸和重量降低到最低限度。
本发明的另一方面涉及一种电动车，该电动车具有电驱动装置、内燃机和按本发明的冷却系统。
在一种实施方式中，所述电动车另外具有：发电机，该发电机与所述内燃机相耦合并且被设计用于提供电能；以及功率电子装置，该功率电子装置被设计用于变换由所述发电机所提供的电能。尤其是，所述功率电子装置在此可以变换由所述发电机提供的电能，用于给所述电动车的牵引电池充电，或者变换所述电能，将其直接用于所述电动车的驱动系统。
在一种实施方式中，所述第一冷却回路另外被设计用于：对所述发电机和/或所述功率电子装置进行恒温处理。由此所述内燃机-发电机-单元的功率电子装置可以直接通过所述第一冷却回路来加热或者冷却到必需的运行温度。
在一种作为替代方案的实施方式中，所述第二冷却回路另外被设计用于：对所述发电机和/或所述功率电子装置进行恒温处理。通过将发电机和/或功率电子装置纳入到所述也对路程扩展器的内燃机进行冷却的第二冷却回路中这种方式，由此在内燃机-发电机-单元与第一冷却回路之间仅仅需要一个唯一的、借助于所述换热器构成的接口。这能够在所述内燃机-发电机-单元的冷却系统与所述电驱动装置的冷却系统之间实现特别简单的耦合。
在一种实施方式中，所述第一冷却回路另外具有加热装置，该加热装置被设计用于：对在所述第一冷却回路中的冷却介质进行加热。这种加热装置比如可以是电的附加加热装置。通过这种附加的加热装置，可以将所述第一冷却回路很快地加热到所期望的运行温度。这一点尤其是有利的，如果也应该将所述第一冷却回路同时用于比如在较凉的天气里对乘客车厢进行加热。通过对于所述第一冷却回路的很快的加热，由此也可以将所述电动车的所有运行组件很快地加热到最佳的运行温度，这不仅提高了所述组件的使用寿命而且提高了整个系统的效率。
在一种实施方式中，所述换热器沿着所述冷却介质的流动方向看布置在所述加热装置的后面。由此所述换热器可以特别好地参与所述加热装置的加热功率，并且也可以将由所述加热装置提供的热量特别有效地在所述第二冷却回路中用于对所述组件进行加热。
附图说明
本发明的其它实施方式和优点从以下参照附图所作的说明中获得。其中示出：
图1是按照第一种实施例的冷却系统的、拓扑结构的示意图；
图2是按照第二种实施例的冷却系统的、拓扑结构的示意图
图3是按照第三种实施例的冷却系统的示意图；并且
图4是如作为另一种实施例的基础那样的方法的示意图。
具体实施方式
图1示出了按照第一种实施例的冷却系统的、拓扑结构的示意图。第一冷却回路在此对电驱动装置11的组件进行冷却，并且也对配属于此的功率电子装置12的、比如驱动换流器的相应的组件进行冷却。为此，借助于泵13通过所述冷却回路来泵送优选液态的冷却介质。借助于一种散热装置14，在此将在这条冷却回路1中产生的热量散发给环境、尤其是环境空气。比如所述散热装置14可以是水-空气换热器。除此以外，当然同样可以使用其它的、将热量从所述第一冷却回路1散发给环境的散热装置。除此以外，在所述第一冷却回路1中也可以集成一加热装置15。比如这个加热装置15可以是电的加热装置。这样的电的加热装置比如可以是PTC加热装置，该PTC加热装置包括一具有正的温度系数的电阻丝。此外，在所述第一冷却回路1中也还可以布置另一用于对乘客车厢进行加热的散热装置16。优选所述另一个散热装置16沿着冷却介质的流动方向布置在所述加热装置15的后面。除此以外，为了控制所述冷却介质的、在第一加热回路1中的流动，所述第一加热回路1包括多个控制阀17。
此外，所述冷却系统包括第二加热回路2。通过这第二加热回路2，在此尤其对所述路程扩展器的内燃机-发电机-单元的内燃机21进行冷却。为此，借助于泵22通过所述第二冷却回路2来泵送第二冷却介质、例如水或者另一种液态的冷却介质。在这第二加热回路2中的温度在此可以借助于调温器阀27来控制。所述第二加热回路2在此借助于换热器3与所述第一冷却回路1相耦合。为此，所述换热器3拥有两个连接侧。第一连接侧、比如所述换热器3的初级侧在此与所述第一加热回路1相连接。除此以外，所述第二连接侧、比如所述换热器3的次级侧与所述第二加热回路2相连接。由此所述第一加热回路1可以与所述第二加热回路2进行热耦合，而所述两条加热回路1、2的冷却介质则彼此不相接触。
正如在图1中示出的那样，所述换热器3在此沿着所述冷却介质的流动方向看布置在所述电驱动系统的组件11和12与所述散热装置14之间。因此，在加热阶段中，可以将所述电驱动系统的废热用于对所述内燃机21进行加热。而如果所述内燃机21向此达到运行温度，则可以将所述内燃机21的废热通过所述换热器3散发到所述第一冷却回路1中，而这种废热没有太多地对所述电驱动系统的组件11和12进行加热。在将来自所述第二冷却回路的废热输送给所述第一冷却回路1中的冷却介质之后，所述冷却介质贯穿流过所述散热装置14，并且在那里在而后得到冷却的冷却介质被继续泵送给所述电驱动系统的组件之前又得到冷却。
如果借助于所述第一冷却回路1也还要对乘客车厢进行加热，那么所述换热器可以在所述第一冷却回路的内部沿着所述冷却介质的流动方向看布置在所述另一散热装置16的前面，用于对车辆内部空间进行加热。在这种情况下，也还可以将来自所述第二冷却回路的废热附加地用于对车辆内部空间进行加热。
所述路程扩展器的其它组件、比如发电机23、功率电子装置24等等在图1中的实施例中与所述第一加热回路1相连接。在此，借助于单独的泵25通过所述路程扩展器的、这些附加的组件23和24来泵送所述第一加热回路的冷却介质。
除此以外，正如可以进一步从图1中看出的那样，所述电池系统的组件拥有单独的冷却系统4，该冷却系统借助于另一换热器41同样与所述第一冷却回路1相耦合。除此以外，这条冷却回路4包括另一换热器42，该换热器被连接到空调设备或者合适的冷却装置上。这条单独的冷却回路4的冷却介质借助于泵43通过所述冷却回路4被泵送，并且在此对所述电池系统的电池44和功率电子装置45进行冷却。除此以外，这条单独的冷却回路4拥有自身的散热装置46，借助于该散热装置可以将所述另一冷却回路4的热量散发给环境。
图2示出了一种作为替代方案的、用于冷却系统的拓扑结构的实施例。这种实施例与图1的前面所描述的实施例在很大程度上相同。图2的实施例如此有别于图1中的实施例，从而通过所述第二冷却回路2对所述路程扩展器的所有组件进行恒温处理。所述第二冷却回路2的冷却介质借助于唯一的泵22通过所述第二冷却回路2被泵送，并且在此对所述内燃机21、所述功率电子装置24和所述发电机23进行冷却。也像在前一种实施例中一样，所述第二冷却回路2在此借助于换热器3与所述第一冷却回路1进行热耦合。
因为在这种实施例中所述路程扩展器的功率电子装置24和发电机23被一同集成到所述第二冷却回路2中，所以除此以外不需要附加地将所述路程扩展器与所述第一冷却回路1连接起来。在第一冷却回路1与第二冷却回路2之间由此仅仅存在着一个唯一的、通过所述换热器3的热接口。
对于属于所述电池系统分支的结构元件的恒温处理，在此与在图1中的实施例相类似地借助于单独的冷却回路4来进行。
图3示出了另一种用于冷却系统的拓扑结构的实施例。图3中的实施例在此如此有别于图1中的实施例，使得所述换热器3沿着所述第一冷却介质的流动方向看布置在加热装置15与散热装置14之间。由此尤其在所述电动车起动时并且在其加热阶段中，可以将由所述加热装置15提供的热量借助于所述换热器3也直接地输送给所述第二加热回路2。通过这种方式，所述第二冷却回路2也可以在所述加热阶段中很快地得到加热。由此可以使所述路程扩展器的内燃机21很快地达到所期望的运行温度，由此增加所述内燃机21的效率、降低受到预热的组件的磨损，并且由此提高使用寿命。
尽管在图3中所述路程扩展器的其它组件、比如发电机23和功率电子装置24直接与所述第一冷却回路1相耦合，但是除此以外同样可以将图3的实施例与图2的实施例组合起来。在这种情况中，而后所述路程扩展器的所有组件都被集成到所述第二冷却回路2中，其中所述使第一冷却回路1与第二冷却回路2相耦合的换热器在此也沿着所述第一冷却回路1的冷却介质的流动方向看布置在所述加热装置15的后面。
图4示出了一种用于运行用于电动车的冷却系统的、如作为另一种实施例的基础那样的方法100的示意图，其中所述电动车具有电驱动装置11和内燃机21。在步骤110中用第一冷却回路1对所述电驱动装置11进行恒温处理。按照运行状态，在此要么对所述电驱动装置进行冷却，要么对其进行加热，以便达到所需要的运行温度。在步骤120中用第二冷却回路2对所述内燃机22进行恒温处理。在这里，也可以按照运行状态对所述内燃机以及必要时其它的、布置在这条冷却回路中的标准组件进行冷却或者加热。在步骤130中，用换热器3使所述第一冷却回路1与所述第二冷却回路2彼此进行热耦合。通过这种热耦合，可以在计量的情况下在所述第一冷却回路1与所述第二冷却回路2之间传递热能。由此尤其也可以在一种与所述第二冷却回路2的温度范围有区别的温度范围内运行所述第一冷却回路1。
总之，本发明涉及一种用于利用路程扩展器对电动车进行热管理的构思方案。在此，由单独的冷却回路对所述电动车的电驱动系统的组件和所述路程扩展器的内燃机-发电机-单元的至少所述内燃机进行恒温处理。所述电驱动装置的冷却回路和所述内燃机的冷却回路在此借助于热交换器彼此进行热耦合。由此一方面仅仅需要一个共同的冷却装置，用于将所产生的热量排放给环境；除此以外，另一方面也可以对内燃机和电驱动系统的、不同的最佳的运行温度加以考虑。