DE102009054186A1 - System für ein Kraftfahrzeug zum Erwärmen und/oder Kühlen einer Batterie und eines Kraftfahrzeuginnenraumes - Google Patents
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Abstract
Bei einem System (1) für ein Kraftfahrzeug zum Erwärmen und/oder Kühlen einer Batterie (3) und eines Kraftfahrzeuginnenraumes, umfassend einen Kühlmittelkreislauf (2), der thermisch, insbesondere mit einem Batterie-Wärmeübertrager (4), mit der Batterie (3) gekoppelt ist, einen Kältekreis (6) mit einem Kondensator (11), einem Verdichter (7), einem ersten Verdampfer (8) zum Kühlen des Kraftfahrzeuginnenraumes und einem zweiten Verdampfer (9) zum Kühlen der Batterie (3), indem der zweite Verdampfer (9) mit einem Verdampfer-Wärmeübertrager (10) mit dem Kühlmittelkreislauf (2) thermisch gekoppelt ist und vorzugsweise einen Umgebungsluft-Wärmeübertrager, der thermisch mit dem Kühlmittelkreislauf (2) gekoppelt ist, zur Übertragung von Abwärme der Batterie (3) an die Umgebungsluft, soll dem die Abwärme der Batterie (3) mit einem geringen technischen Aufwand zum Erwärmen des Kraftfahrzeuginnenraumes genutzt werden können. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Verdampfer-Wärmeübertrager (10) mit wenigstens einem Mittel (12) zur Übertragung von Wärme von dem Verdampfer-Wärmeübertrager (10) an die Umgebungsluft und/oder den Kraftfahrzeuginnenraum versehen ist zur Übertragung von Abwärme der Batterie (3) an die Umgebungsluft und/oder den Kraftfahrzeuginnenraum bei einem abgeschalteten Kältekreis (6) und/oder vorzugsweise der Umgebungsluft-Wärmeübertrager mit wenigstens einem Mittel (12) zur Übertragung von Wärme von dem Umgebungsluft-Wärmeübertrager an die Umgebungsluft ...
Description
- Die Erfindung betrifft ein System für ein Kraftfahrzeug zum Erwärmen und/oder Kühlen einer Batterie und eines Kraftfahrzeuginnenraumes gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1, einen Wärmeübertrager gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 7 und ein Verfahren zum Erwärmen und/oder Kühlen einer Batterie und eines Kraftfahrzeuginnenraumes gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 10.
- In Hybridfahrzeugen mit einem Verbrennungsmotor und einem Elektromotor sowie auch in Elektrofahrzeugen, die ausschließlich von einem Elektromotor angetrieben werden, ist im Allgemeinen eine elektrische Heizeinrichtung zum Erwärmen der Luft des Fahrzeuginnenraumes erforderlich. In Hybridfahrzeugen mit einem Verbrennungsmotor reicht im Allgemeinen die Abwärme des Verbrennungsmotors nicht aus, um den Fahrzeuginnenraum zu erwärmen. Bei Elektrofahrzeugen ist kein Verbrennungsmotor vorhanden, so dass Wärme zum Erwärmen der Luft des Fahrzeuginnenraumes ausschließlich von der elektrischen Heizeinrichtung zur Verfügung gestellt wird.
- Die Batterie des Hybridfahrzeuges oder des Elektrofahrzeuges muss erwärmt oder gekühlt werden, um eine ausreichende Betriebstemperatur der Batterie, beispielsweise in einem Temperaturbereich zwischen 0°C und 40°C zu erhalten. Bei einer Entnahme von elektrischer Energie aus der Batterie gibt die Batterie Wärme ab, so dass die Batterie gekühlt werden muss, damit sich diese nicht auf Temperaturen von mehr als 30°C oder 40°C erwärmt. Bei geringen Außentemperaturen, die beispielsweise unterhalb von 0°C liegen, ist ein Erwärmen der Batterie erforderlich, damit elektrische Energie von der Batterie entnommen werden kann als auch eine Aufladung mit elektrischer Energie möglich ist. Hierzu weist das Hybrid- oder Elektrofahrzeug einen Kühlmittelkreislauf auf, mit dem die Batterie gekühlt, insbesondere mit Umgebungsluft gekühlt werden kann.
- Die
DE 101 28 164 A1 zeigt ein Fahrzeug-Kühlsystem für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug. Das Fahrzeug-Kühlsystem weist einen Kühlmittelkreislauf auf, der thermisch mit einer Batterie gekoppelt ist. In den Kühlmittelkreislauf mit der Batterie ist ferner ein Verdampfer eines Kältekreises mit einem Kondensator, einem Kompressor und einem Expansionsventil eingebaut. Mittels des Verdampfers kann der Kühlmittelkreislauf mit der Batterie gekühlt werden, so dass dadurch mittels des Kältekreises auch die Batterie gekühlt werden kann. Außerdem ist es bekannt, in einem derartigen Fahrzeug-Kühlsystem den Kühlmittelkreislauf für die Batterie mit einem Umgebungsluft-Wärmeübertrager zu koppeln, so dass bei niedrigen Außentemperaturen die Batterie durch Abgabe der Wärme an die Umgebungsluft gekühlt werden kann, ohne dass der Kältekreis in Betrieb ist. In nachteiliger Weise steht jedoch die Abwärme der Batterie damit nicht zum erwärmen des Kraftfahrzeuginnenraumes zur Verfügung und ein zusätzlicher Umgebungsluft-Wärmeübertrager ist erforderlich. - Aus der
DE 10 2008 017 113 A1 ist ein Verdampfer als Wärmeübertrager für ein Kraftfahrzeug bekannt. Eine Mehrzahl von Platten sind parallel zueinander in Hochrichtung gestapelt als Wärmeübertrager in Platten- bzw. Scheibenbauweise. Zwischen den Platten bildet sich ein erster Strömungsraum für Kältemittel als erstes Fluid und ein zweiter Strömungsraum für ein zweites Fluid, so dass Wärme von dem zweiten Fluid auf das Kältemittel übertragen werden kann. - Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, ein System für ein Kraftfahrzeug zum Erwärmen und/oder Kühlen einer Batterie und eines Kraftfahrzeuginnenraumes, einen Wärmeübertrager und ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, bei dem die Abwärme der Batterie mit einem geringen technischen Aufwand zum Erwärmen des Kraftfahrzeuginnenraumes genutzt werden kann.
- Diese Aufgabe wird gelöst mit einem System für ein Kraftfahrzeug zum Erwärmen und/oder Kühlen einer Batterie und eines Kraftfahrzeuginnenraumes, umfassend einen Kühlmittelkreislauf, der thermisch, insbesondere mit einem Batterie-Wärmeübertrager, mit der Batterie gekoppelt ist, einen Kältekreis mit einem Kondensator, einem Verdichter, einem ersten Verdampfer zum Kühlen des Kraftfahrzeuginnenraumes und einem zweiten Verdampfer zum Kühlen der Batterie, indem der zweite Verdampfer mit einem Verdampfer-Wärmeübertrager mit dem Kühlmittelkreislauf thermisch gekoppelt ist und vorzugsweise einen Umgebungsluft-Wärmeübertrager, der thermisch mit dem Kühlmittelkreislauf gekoppelt ist, zur Übertragung von Abwärme der Batterie an die Umgebungsluft, wobei der Verdampfer-Wärmeübertrager mit wenigstens einem Mittel zur Übertragung von Wärme von dem Verdampfer-Wärmeübertrager an die Umgebungsluft und/oder den Kraftfahrzeuginnenraum versehen ist zur Übertragung von Abwärme der Batterie an die Umgebungsluft und/oder den Kraftfahrzeuginnenraum insbesondere bei einem abgeschalteten Kältekreis und/oder vorzugsweise der Umgebungsluft-Wärmeübertrager mit wenigstens einem Mittel zur Übertragung von Wärme von dem Umgebungsluft-Wärmeübertrager an die Umgebungsluft und/oder den Kraftfahrzeuginnenraum versehen ist zur Übertragung von Abwärme der Batterie an die Umgebungsluft und/oder den Kraftfahrzeuginnenraum insbesondere bei einem abgeschalteten Kältekreis.
- Die von der Batterie abgegebene Abwärme kann dadurch entweder an die Umgebungsluft oder an den Kraftfahrzeuginnenraum abgegeben werden, indem mittels des wenigstens einen Mittels die Abwärme von dem Verdampfer-Wärmeübertrager an die Umgebungsluft oder an dem Kraftfahrzeuginnenraum zuzuführende Luft abgegeben werden kann. Damit ist es möglich, dass die Abwärme der Batterie zum Erwärmen des Kraftfahrzeuginnenraumes genutzt werden kann. Die Ausnutzung der Abwärme der Batterie zum Erwärmen des Kraftfahrzeuginnenraumes kann auch ergänzend dadurch ausgeführt werden, dass mittels des wenigstens einen Mittels, das zusätzlich auch an dem vorzugsweise vorhandenen Umgebungsluft-Wärmeübertrager vorhanden ist, die dem Kraftfahrzeuginnenraum zuzuführende Luft vor der Zuführung in den Kraftfahrzeuginnenraum an den Umgebungsluft-Wärmeübertrager erwärmt wird.
- Insbesondere umfasst das wenigstens eine Mittel ein Gebläse und/oder ein Gehäuse mit einer Luftein- und Luftauslassöffnung und/oder wenigstens eine Luftleiteinrichtung, insbesondere wenigstens eine Luftklappe, und/oder wenigstens einen Luftkanal.
- Zweckmäßig ist der Verdampfer-Wärmeübertrager und/oder vorzugsweise der Umgebungsluft-Wärmeübertrager von dem Gehäuse umgeben, so dass die dem Kraftfahrzeuginnenraum zuzuführende Luft zunächst durch den von dem Gehäuse eingeschlossenen Raum, in dem sich der Verdampfer-Wärmeübertrager befindet, durchgeleitet wird und sich dadurch die Luft an dem Verdampfer-Wärmeübertrager erwärmen kann.
- In einer weiteren Ausgestaltung ist der Verdampfer-Wärmeübertrager in Scheibenbauweise ausgebildet.
- In einer ergänzenden Ausführungsform ist der Verdampfer-Wärmeübertrager als ein in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebener Wärmeübertrager ausgebildet.
- Vorzugsweise ist bezüglich des Wärmeübertragers das erste Fluid Kältemittel des Kältekreises, das zweite Fluid das Kühlmittel des Kühlmittelkreislaufes und das dritte Fluid Luft, insbesondere dem Kraftfahrzeuginnenraum zuzuführende Luft oder in die Umgebungsluft geleitete Luft. Der Verdampfer-Wärmeübertrager ist in Scheibenbauweise ausgebildet. Damit weist der Verdampfer-Wärmeübertrager ersten Fluidkanal zum Durchleiten des Kältemittels und einen zweiten Fluidkanal zum Durchleiten des Kühlmittels des Kühlmittelkreislaufes auf. Soll die Batterie mittels des Kältekreises gekühlt werden, wird ein Ventil an dem Kältekreis geöffnet, so dass durch den Verdampfer-Wärmeübertrager das Kältemittel strömt und dabei das Kältemittel Wärme von dem Kühlmittel des Kältekreises aufnimmt. Bei einem abgeschalteten Kältekreis kann zusätzlich die Batterie gekühlt werden und optional der Kraftfahrzeuginnenraum erwärmt werden, indem zu dem Wärmeübertrager Luft geleitet wird, diese Luft an dem Wärmeübertrager erwärmt wird und anschließend in die Umgebungsluft oder in den Kraftfahrzeuginnenraum geleitet wird. Bei einem abgeschalteten Kältekreis, d. h. dass kein Kältemittel durch den ersten Fluidkanal strömt, kann somit Wärme von dem Kühlmittel in dem zweiten Fluidkanal auf ein drittes Fluid, nämlich Luft, insbesondere dem Kraftfahrzeuginnenraum zuzuführende Luft, übertragen werden.
- In einer Variante ist die dem Kraftfahrzeuginnenraum zuzuführende Luft an dem Verdampfer-Wärmeübertrager, insbesondere Wärmeübertrager, erwärmbar.
- Erfindungsgemäßer Wärmeübertrager in Scheibenbauweise, umfassend eine Vielzahl von übereinander gestapelten Scheiben, so dass zwischen den Scheiben ein erster Fluidkanal für ein erstes Fluid und ein zweiter Fluidkanal für ein zweites Fluid ausgebildet ist, eine Ein- und Auslassöffnung für das erste Fluid und eine Ein- und Auslassöffnung für das zweite Fluid, wobei der Wärmeübertrager mit Wellrippen versehen ist zur außenseitigen Temperierung, d. h. Erwärmen und/oder Kühlen, eines dritten Fluides an dem Wärmeübertrager und/oder der Wärmeübertrager mit Öffnungen, vorzugsweise Schlitzen, versehen ist zum Durchleiten und Temperieren des dritten Fluides und/oder der Wärmeübertrager mit einem dritten Fluidkanal zum Durchleiten des dritten Fluides, insbesondere Luft, durch den Wärmeübertrager versehen ist. Der Wärmeübertrager kann damit in vorteilhafter Weise nicht nur dazu benutzt werden, um Wärme von dem ersten Fluid auf das zweite Fluid und umgekehrt zu übertragen, sondern auch dazu Wärme von dem ersten Fluid und/oder dem zweiten Fluid an ein drittes Fluid zu übertragen und umgekehrt. Dies ist möglich, weil der Wärmeübertrager entweder außenseitig mit entsprechenden Wellrippen versehen ist oder zusätzlich Öffnungen aufweist, so dass die Wärme auch außenseitig an den Wärmeübertrager in ausreichendem Umfang auf das dritte Fluid übertragen werden kann.
- Zweckmäßig sind die Wellrippen außenseitig an einem Block aus übereinander gestapelten Scheiben angeordnet und/oder die Wellrippen sind zwischen den Scheiben angeordnet.
- In einer weiteren Ausführungsform sind die Scheiben als ebene Platten ausgebildet.
- Erfindungsgemäßes Verfahren zum Kühlen und/oder Erwärmen einer Batterie eines Kraftfahrzeuges und/oder eines Kraftfahrzeuginnenraumes mit einem Kältekreis mit einem Kondensator, einem Verdichter, einem ersten Verdampfer und einem zweiten Verdampfer und mit einem Kühlmittelkreislauf, der thermisch mit der Batterie gekoppelt ist, indem zum Kühlen der Batterie Wärme von der Batterie mittels des Kühlmittelkreislaufes zu dem zweiten Verdampfer mittels eines Verdampfer-Wärmeübertragers übertragen wird und zum Kühlen des Kraftfahrzeuginnenraumes Luft an dem ersten Verdampfer gekühlt wird, und vorzugsweise mittels eines Umgebungsluft-Wärmeübertragers Wärme von dem Kühlmittelkreislauf an die Umgebungsluft abgeführt wird zum Kühlen der Batterie, insbesondere mittels eines in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebenen Systems, wobei an dem Verdampfer-Wärmeübertrager Luft erwärmt wird bei einem ausgeschalteten Kältekreis und die erwärmte Luft dem Kraftfahrzeuginnenraum und/oder der Umgebungsluft zugeführt wird und vorzugsweise an dem Umgebungsluft-Wärmeübertrager Luft erwärmt wird bei einem ausgeschalteten Kältekreis und die erwärmte Luft dem Kraftfahrzeuginnenraum und/oder der Umgebungsluft zugeführt wird.
- Insbesondere wird Luft an dem Verdampfer-Wärmeübertrager vorbei- und/oder durchgeleitet.
- In einer weiteren Ausgestaltung wird die Luft nach dem Erwärmen an dem Verdampfer-Wärmeübertrager dem Kraftfahrzeuginnenraum zugeführt und/oder wird in die Umgebungsluft des Kraftfahrzeuges geleitet.
- In einer ergänzenden Variante wird die Luft von einem Gebläse oder mittels Konvention an dem Verdampfer-Wärmeübertrager vorbei- und/oder durchgeleitet.
- In einer weiteren Variante wird die an dem Verdampfer-Wärmeübertrager erwärmte Luft vor, nach oder während des Vorbeileitens an dem Verdampfer-Wärmeübertrager von einer elektrischen Heizeinrichtung, insbesondere PTC-Heizeinrichtung, erwärmt.
- Eine erfindungsgemäße Kraftfahrzeugklimaanlage umfasst ein in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebenes System und/oder die Kraftfahrzeugklimaanlage umfasst einen in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebenen Wärmeübertrager und/oder von der Kraftfahrzeugklimaanlage ist ein in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebenes Verfahren ausführbar.
- Im Nachfolgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:
-
1 eine stark schematisierte Darstellung eines Systems in einem ersten Ausführungsbeispiel für ein Kraftfahrzeug zum Erwärmen und/oder Kühlen einer Batterie und eines Kraftfahrzeuginnenraumes, -
2 eine stark schematisierte Darstellung des Systems in einem zweiten Ausführungsbeispiel für ein Kraftfahrzeug zum Erwärmen und/oder Kühlen der Batterie und des Kraftfahrzeuginnenraumes, -
3 eine perspektivische Ansicht eines Wärmeübertragers in einem ersten Ausführungsbeispiel, -
4 eine Vorderansicht des Wärmeübertragers gemäß3 , -
5 eine perspektivische Ansicht des Wärmeübertragers in einem zweiten Ausführungsbeispiel, -
6 eine perspektivische Ansicht des Wärmeübertragers in einem dritten Ausführungsbeispiel, -
7 eine Schnittdarstellung des Wärmeübertragers gemäß6 , -
8 eine perspektivische Ansicht des Wärmeübertragers in einem vierten Ausführungsbeispiel, -
9 eine Schnittdarstellung des Wärmeübertragers in einem fünften Ausführungsbeispiel, -
10 eine Schnittdarstellung des Wärmeübertragers in einem sechsten Ausführungsbeispiel und -
11 eine vereinfachte Darstellung des Wärmeübertragers gemäß3 bis5 ,8 und10 in einem Gehäuse. - In
1 ist ein System1 für ein Kraftfahrzeug zum Erwärmen und Kühlen einer Batterie3 und eines Kraftfahrzeuginnenraumes dargestellt. Die Batterie3 dient dabei zum Antrieb des Kraftfahrzeuges als Traktionsbatterie. Das System1 weist einen Kühlmittelkreislauf2 mit Leitungen22 auf, durch die als Kühlmittel Wasser mit einem Frostschutzmittel mittels einer Umwälzpumpe25 umgewälzt wird. Der erste Kühlmittelkreislauf2 ist dabei thermisch mit einem Batterie-Wärmeübertrager4 mit der Batterie3 gekoppelt. Zum Kühlen oder Erwärmen der Batterie3 wird um die Batterie3 Luft umgewälzt, welche an dem Batterie-Wärmeübertrager4 erwärmt oder abgekühlt wird. - Das System
1 umfasst ferner einen Kältekreis6 mit einem Verdichter7 , einem Kondensator11 , einem ersten Verdampfer8 und einem zweiten Verdampfer9 . Durch den Kältekreis6 strömt Kältemittel durch Leitungen23 des Kältekreises6 . An dem ersten Verdampfer8 ist ein erstes Gebläse14 angeordnet. Mittels des ersten Gebläses14 kann Luft aus der Umgebung oder aus dem Kraftfahrzeuginnenraum im Umluftbetrieb zu dem ersten Verdampfer8 geleitet werden, so dass bei dem Kältekreis6 in Betrieb die Luft an dem ersten Verdampfer8 gekühlt wird und anschließend diese gekühlte Luft dem Kraftfahrzeuginnenraum (nicht dargestellt) zugeleitet wird. Die der Luft an dem ersten Verdampfer8 entzogene Wärme wird dabei an dem Kondensator11 an die Umgebung des Kraftfahrzeuges abgegeben. In dem Kältekreis6 sind ferner zwei Ventile24 angeordnet. Mittels der Ventile24 kann gesteuert werden, ob das Kältemittel nur durch den ersten Verdampfer8 , nur den zweiten Verdampfer9 oder durch beide Verdampfer8 ,9 strömt und dadurch an dem ersten und/oder zweiten Verdampfer8 ,9 ein Fluid gekühlt werden kann. Der zweite Verdampfer9 stellt einen Verdampfer-Wärmeübertrager10 dar und ist dahingehend ausgebildet, dass mittels des Verdampfer-Wärmeübertragers10 Wärme von dem Kühlmittel in dem Kühlmittelkreislauf2 an das Kältemittel des Kältekreises6 übertragen werden kann. Dadurch ist es möglich, dass von dem Kältekreis6 mittels des zweiten Verdampfers9 bzw. des Verdampfer-Wärmeübertragers10 die Batterie3 gekühlt werden kann. Bei hohen Außentemperaturen im Sommer ist eine ausreichende Kühlung der Batterie3 zu gewährleisten. Hierzu wird der Kältekreis6 in Betrieb genommen und mittels des Kältekreises6 und dem Verdampfer-Wärmeübertrager10 bei einem geöffneten Ventil24 an dem Verdampfer-Wärmeübertrager10 kann die Batterie3 gekühlt werden. Der Verdampfer-Wärmeübertrager10 stellt somit auch einen Chiller dar. - An dem Verdampfer-Wärmeübertrager
10 ist außerdem ein zweites Gebläse15 angeordnet. Mittels des zweiten Gebläses15 kann Luft zu dem Verdampfer-Wärmeübertrager10 geleitet werden und diese Luft wird anschließend dem Kraftfahrzeuginnenraum zugeführt. Bei niedrigen Außentemperaturen im Winter, beispielsweise bei Außentemperaturen von 0°C, ist für eine Kühlung der Batterie3 ein Betrieb des Kältekreises6 nicht erforderlich, weil die Außentemperaturen der Luft wesentlich geringer sind als die Solltemperatur der Batterie3 . Zum Kühlen der Batterie3 kann somit die Energie zum Betrieb des Verdichters7 eingespart werden. Der Verdampfer-Wärmeübertrager10 weist außenseitig eine ausreichend große Oberfläche auf, dass aufgrund des Vorbeileitens von Luft an dem Verdampfer Wärmeübertrager10 auch in einem ausreichenden Umfang die Wärme aus dem Kühlmittel des Kühlmittelkreislaufes2 an die an die Umgebung angesaugte Luft abgegeben werden kann und anschließend dem Kraftfahrzeuginnenraum zugeführt wird. - Das System
1 erfordert damit in vorteilhafter Weise keinen zusätzlichen Umgebungsluft-Wärmeübertrager29 , der lediglich dazu dient, bei niedrigen Außentemperaturen die Wärme aus dem Kühlmittelkreislauf2 an die Umgebung abzugeben. In vorteilhafter Weise kann der Verdampfer-Wärmeübertrager10 hierfür genützt werden. Aufgrund der an dem Verdampfer-Wärmeübertrager10 als Chiller vorbeigeleiteten Luft und dem anschließenden Einleiten in den Innenraum des Kraftfahrzeuges, kann die Abwärme der Batterie3 außerdem zusätzlich zum Erwärmen des Kraftfahrzeuginnenraumes genutzt werden, so dass in vorteilhafter Weise besonders bei Hybrid- oder Elektrofahrzeugen (nicht dargestellt) Energie zum Erwärmen des Kraftfahrzeuginnenraumes eingespart werden kann. Besteht kein Bedarf zum Erwärmen des Kraftfahrzeuginnenraumes und sind die Temperaturen in der Umgebung des Kraftfahrzeuges ausreichend niedrig um die Batterie3 zu kühlen, kann mittels einer Luftleiteinrichtung (nicht dargestellt), z. B. einer Luftklappe, die an dem Verdampfer-Wärmeübertrager10 vorbeigeleitete Luft nicht in den Kraftfahrzeuginnenraum, sondern an die Umgebung des Kraftfahrzeuges abgeleitet werden. Damit ist es auch möglich, die Batterie3 zu kühlen mittels Umgebungsluft ohne dass der Kraftfahrzeuginnenraum erwärmt wird. - In einem weiteren in
2 dargestellten Ausführungsbeispiel verfügt das System1 an dem Kühlmittelkreislauf2 neben dem Verdampfer-Wärmeübertrager10 über einen zusätzlichen Umgebungsluft-Wärmeübertrager29 , der von dem Kühlmittel des Kühlmittelkreislaufes2 durchströmt ist und durch den Luft mittels eines zusätzlichen Gebläses30 geleitet wird. Die Übertragung der Abwärme aus der Batterie3 bei einem eingeschalteten Kältekreis6 im Sommer wird somit mittels des Verdampfer-Wärmeübertragers10 ausgeführt und die Übertragung bei niedrigen Außentemperaturen bei einem ausgeschalteten Kältekreis6 wird mittels des zusätzlichen Umgebungsluft-Wärmeübertragers29 ausgeführt. Ein 3-Wege-Ventil38 steuert, ob das Kühlmittel nur durch den Verdampfer-Wärmeübertrager10 , nur durch den Umgebungsluft-Wärmeübertrager29 oder durch den Verdampfer-Wärmeübertrager10 und den Umgebungsluft-Wärmeübertrager29 strömt. Ansonsten entspricht dieses Ausführungsbeispiel im Wesentlichen dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß1 . - In den
3 bis10 sind Ausführungsbeispiele des Wärmeübertragers16 dargestellt. Der Wärmeübertrager16 entspricht dabei dem Verdampfer-Wärmeübertrager10 des Systems1 gemäß1 . - Der in
3 und4 dargestellte Wärmeübertrager16 in einem ersten Ausführungsbeispiel weist eine Vielzahl von übereinander angeordneten Scheiben17 auf, so dass diese einen Block18 bilden. Zwischen den Scheiben17 bildet sich dabei ein erster Fluidkanal35 zum Durchleiten von Kältemittel des Kältekreises6 und ein zweiter Fluidkanal36 zum Durchleiten des Kühlmittels des Kühlmittelkreislaufes2 . Damit kann die Wärme von dem Kühlmittel des Kühlmittelkreislaufes2 auf das Kältemittel des Kältekreises6 übertragen werden und damit im Sommerbetrieb die Batterie3 gekühlt werden. Der in3 und4 dargestellte Wärmeübertrager16 weist dabei außenseitig an dem Block18 mit den Scheiben17 Wellrippen19 auf, so dass dadurch die außenseitige Oberfläche des Wärmeübertragers16 vergrößert wird und die an den Wärmeübertrager16 mittels des zweiten Gebläses15 vorbeigeleitete Luft bei niedrigen Temperaturen im Winter Wärme in einem ausreichend großen Umfang aus dem Kühlmittel des Kühlmittelkreislaufes2 aufnehmen kann. Durch eine Einlassöffnung20 wird Kühlmittel in den Wärmeübertrager16 eingeleitet und aus einer Auslassöffnung21 wird das Kühlmittel ausgeleitet. Durch eine Einlassöffnung31 wird Kältemittel in den Wärmeübertrager16 eingeleitet und aus einer Auslassöffnung32 wird das Kältemittel ausgeleitet. - Das in
5 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel des Wärmeübertragers16 unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel lediglich durch die andere Ausrichtung der seitlich angeordneten Wellrippen19 . - In
6 ist ein drittes Ausführungsbeispiel des Wärmeübertragers16 dargestellt. Eine Vielzahl von Scheiben17 sind zu dem Block18 übereinander angeordnet, so dass sich zwischen den Scheiben ein erster Fluidkanal35 zum Durchleiten von Kältemittel des Kältekreises6 , ein zweiter Fluidkanal36 zum Durchleiten des Kühlmittels des Kühlmittelkreislaufes2 und ein dritter Fluidkanal37 zum Durchleiten von Luft ausbildet (7 ). Die Strömungsführung ist in7 dargestellt. Damit kann die Wärme von dem Kühlmittel des Kühlmittelkreislaufes2 auf das Kältemittel des Kältekreises6 übertragen werden und damit im Sommerbetrieb die Batterie3 gekühlt werden und im Winter die Wärme von dem Kühlmittel auf die Luft übertragen werden. Durch die Einlassöffnung20 wird Kühlmittel in den Wärmeübertrager16 eingeleitet und aus der Auslassöffnung21 wird das Kühlmittel ausgeleitet. Durch die Einlassöffnung31 wird Kältemittel in den Wärmeübertrager16 eingeleitet und aus der Auslassöffnung32 wird das Kältemittel ausgeleitet (Sommer) oder durch eine Einlassöffnung33 wird Luft in den Wärmeübertrager16 eingeleitet und aus einer Auslassöffnung34 wird Luft ausgeleitet (Winter). Anstelle des Vorbeileitens der Luft wie in dem ersten Ausführungsbeispiel wird somit im dritten Ausführungsbeispiel die Luft durch den Wärmeübertrager16 geleitet. - In
8 ist ein viertes Ausführungsbeispiel des Wärmeübertragers16 dargestellt, dessen Wellrippen19 nicht abgebildet sind. Die Ein- und Auslassöffnung20 ,21 für das Kühlmittel und die Ein- und Auslassöffnung31 ,32 für das Kältemittel sind dabei diagonal angeordnet, so dass das Kühlmittel und das Kältemittel diagonal den Wärmeübertrager16 in dem ersten und zweiten Fluidkanal35 ,36 durchströmt. - In
9 ist eine Schnittdarstellung des Wärmeübertragers16 in einem fünften Ausführungsbeispiel dargestellt. Die Ein- und Auslassöffnung20 ,21 für das Kühlmittel und die Ein- und Auslassöffnung31 ,32 für das Kältemittel sind obenseitig angeordnet und der erste und zweite Fluidkanal35 ,36 bildet sich jeweils zwischen den Scheiben17 aus. Zwischen mehreren Scheiben17 ist der dritte Fluidkanal37 für die Luft ausgebildet und die Luft strömt seitlich durch Einlassöffnungen33 für die Luft ein und strömt seitlich durch Auslassöffnungen34 aus. - In
10 ist eine Schnittdarstellung des Wärmeübertragers16 in einem sechsten Ausführungsbeispiel dargestellt. Die Ein- und Auslassöffnung31 ,32 für das Kältemittel ist obenseitig ausgebildet; dies gilt auch für die nicht dargestellte Ein- und Auslassöffnung20 ,21 für das Kühlmittel. Seitlich an dem von den zu einem Block18 übereinander angeordneten Scheiben17 sind Wellrippen19 vorhanden. Zur Kühlung des Kühlmittels wird somit der Wärmeübertrager16 außenseitig von Luft umströmt und mittels der Wellrippen19 die Wärme von dem Kühlmittel an die Luft übertragen (Winter), sofern das Kühlmittel nicht von dem Kältemittel gekühlt wird. - Der in den
3 bis5 ,8 und10 dargestellte Verdampfer-Wärmeübertrager10 als Wärmeübertrager16 in Scheibenbauweise ist vorzugsweise innerhalb eines Gehäuses13 angeordnet (11 ). Das Gehäuse13 weist dabei eine Lufteinlassöffnung26 und eine Luftauslassöffnung27 auf, die jeweils in einen Luftkanal28 münden. Im Bereich der Lufteinlassöffnung26 ist das zweite Gebläse15 als Mittel12 zur Übertragung von Wärme von dem Wärmeübertrager16 bzw. Verdampfer-Wärmeübertrager10 an dem Kraftfahrzeuginnenraum zuzuführende Luft angeordnet. Innerhalb des Gehäuses13 ist neben dem Verdampfer-Wärmeübertrager10 eine elektrische Heizeinrichtung5 angeordnet. Reicht die Abwärme aus der Batterie3 zum Erwärmen des Kraftfahrzeuginnenraumes auf die gewünschte Solltemperatur nicht aus, kann mittels der elektrischen Heizeinrichtung5 die Luft zusätzlich erwärmt werden. - Insgesamt betrachtet sind mit dem erfindungsgemäßen System
1 und dem erfindungsgemäßen Verfahren wesentliche Vorteile verbunden. Der Wärmeübertrager16 bzw. Verdampfer-Wärmeübertrager10 als Chiller ist dabei aufgrund der Anordnung von Wellrippen19 dahingehend ausgebildet, dass dieser außenseitig eine ausreichend große Oberfläche aufweist, so dass die Wärme von dem Kühlmittelkreislauf2 nicht nur auf das Kältemittel des Kältekreises6 im Sommerbetrieb abgegeben werden kann, sondern auch in einem ausreichenden Umfang an die an dem Wärmeübertrager16 mittels des zweiten Gebläses15 vorbeigeleitete Luft. Damit kann der zusätzliche Umgebungsluft-Wärmeübertrager29 eingespart werden und außerdem aufgrund der Nutzung der Abwärme der Batterie3 zum Erwärmen des Kraftfahrzeuginnenraumes auch elektrische Energie bzw. Energie zum Erwärmen des Kraftfahrzeuginnenraumes eingespart werden. Dies ist insbesondere bei Hybrid- oder Elektrofahrzeugen von Vorteil, weil die Batterien3 des Hybrid- oder Elektrofahrzeuges ein geringes Energiespeichervermögen aufweisen. - ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008017113 A1 [0005]
Claims (15)
- System (
1 ) für ein Kraftfahrzeug zum Erwärmen und/oder Kühlen einer Batterie (3 ) und eines Kraftfahrzeuginnenraumes, umfassend – einen Kühlmittelkreislauf (2 ), der thermisch, insbesondere mit einem Batterie-Wärmeübertrager (4 ), mit der Batterie (3 ) gekoppelt ist, – einen Kältekreis (6 ) mit einem Kondensator (11 ), einem Verdichter (7 ), einem ersten Verdampfer (8 ) zum Kühlen des Kraftfahrzeuginnenraumes und einem zweiten Verdampfer (9 ) zum Kühlen der Batterie (3 ), indem der zweite Verdampfer (9 ) mit einem Verdampfer-Wärmeübertrager (10 ) mit dem Kühlmittelkreislauf (2 ) thermisch gekoppelt ist und – vorzugsweise einen Umgebungsluft-Wärmeübertrager (29 ), der thermisch mit dem Kühlmittelkreislauf (2 ) gekoppelt ist, zur Übertragung von Abwärme der Batterie (3 ) an die Umgebungsluft, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdampfer-Wärmeübertrager (10 ) mit wenigstens einem Mittel (12 ) zur Übertragung von Wärme von dem Verdampfer-Wärmeübertrager (10 ) an die Umgebungsluft und/oder den Kraftfahrzeuginnenraum versehen ist zur Übertragung von Abwärme der Batterie (3 ) an die Umgebungsluft und/oder den Kraftfahrzeuginnenraum insbesondere bei einem abgeschalteten Kältekreis (6 ) und/oder vorzugsweise der Umgebungsluft-Wärmeübertrager (29 ) mit wenigstens einem Mittel (12 ) zur Übertragung von Wärme von dem Umgebungsluft-Wärmeübertrager (29 ) an die Umgebungsluft und/oder den Kraftfahrzeuginnenraum versehen ist zur Übertragung von Abwärme der Batterie (3 ) an die Umgebungsluft und/oder den Kraftfahrzeuginnenraum insbesondere bei einem abgeschalteten Kältekreis (6 ). - System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Mittel (
12 ) ein Gebläse (15 ) und/oder ein Gehäuse (13 ) mit einer Luftein- und Luftauslassöffnung (26 ,27 ) und/oder wenigstens eine Luftleiteinrichtung, insbesondere wenigstens eine Luftklappe, und/oder wenigstens einen Luftkanal (28 ) umfasst. - System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdampfer-Wärmeübertrager (
10 ) in Scheibenbauweise ausgebildet ist. - System nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdampfer-Wärmeübertrager (
10 ) als ein Wärmeübertrager (16 ) gemäß Anspruch 7 ausgebildet ist. - System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass bezüglich des Wärmeübertragers (
16 ) das erste Fluid Kältemittel des Kältekreises (6 ), das zweite Fluid das Kühlmittel des Kühlmittelkreislaufes (2 ) ist und das dritte Fluid Luft, insbesondere dem Kraftfahrzeuginnenraum zuzuführende Luft, ist. - System nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Kraftfahrzeuginnenraum zuzuführende Luft an dem Verdampfer-Wärmeübertrager (
10 ), insbesondere Wärmeübertrager (16 ), erwärmbar ist. - Wärmeübertrager (
16 ) in Scheibenbauweise, umfassend – eine Vielzahl von übereinander gestapelten Scheiben (17 ), so dass – zwischen den Scheiben (17 ) ein erster Fluidkanal (35 ) für ein erstes Fluid und ein zweiter Fluidkanal (35 ) für ein zweites Fluid ausgebildet ist, – eine Ein- und Auslassöffnung (31 ,32 ) für das erste Fluid und – eine Ein- und Auslassöffnung (20 ,21 ) für das zweite Fluid, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeübertrager (16 ) mit Wellrippen (19 ) versehen ist zur außenseitigen Temperierung eines dritten Fluides an dem Wärmeübertrager (16 ) und/oder der Wärmeübertrager (16 ) mit Öffnungen, vorzugsweise Schlitzen, versehen ist zum Durchleiten und Temperieren des dritten Fluides und/oder der Wärmeübertrager (16 ) mit einem dritten Fluidkanal (37 ) zum Durchleiten des dritten Fluides, insbesondere Luft, versehen ist. - Wärmeübertrager nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellrippen (
19 ) außenseitig an einem Block (18 ) aus übereinander gestapelten Scheiben (17 ) angeordnet sind und/oder die Wellrippen (19 ) zwischen den Scheiben (17 ) angeordnet sind. - Wärmeübertrager nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheiben (
17 ) als ebene Platten ausgebildet sind. - Verfahren zum Kühlen und/oder Erwärmen einer Batterie (
3 ) eines Kraftfahrzeuges und/oder eines Kraftfahrzeuginnenraumes mit – einem Kältekreis (6 ) mit einem Kondensator (11 ), einem Verdichter (7 ), einem ersten Verdampfer (8 ) und einem zweiten Verdampfer (9 ) und – mit einem Kühlmittelkreislauf (2 ), der thermisch mit der Batterie (3 ) gekoppelt ist, – indem zum Kühlen der Batterie (3 ) Wärme von der Batterie (3 ) mittels des Kühlmittelkreislaufes (2 ) zu dem zweiten Verdampfer (9 ) mittels eines Verdampfer-Wärmeübertragers (10 ) übertragen wird und – zum Kühlen des Kraftfahrzeuginnenraumes Luft an dem ersten Verdampfer (8 ) gekühlt wird, – und vorzugsweise mittels eines Umgebungsluft-Wärmeübertragers (29 ) Wärme von dem Kühlmittelkreislauf (2 ) an die Umgebungsluft abgeführt wird zum Kühlen der Batterie (3 ), – insbesondere mittels eines Systems (1 ) gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Verdampfer-Wärmeübertrager (10 ) Luft erwärmt wird insbesondere bei einem ausgeschalteten Kältekreis (6 ) und die erwärmte Luft dem Kraftfahrzeuginnenraum und/oder der Umgebungsluft zugeführt wird und vorzugsweise an dem Umgebungsluft-Wärmeübertrager Luft erwärmt wird insbesondere bei einem ausgeschalteten Kältekreis (6 ) und die erwärmte Luft dem Kraftfahrzeuginnenraum und/oder der Umgebungsluft zugeführt wird. - Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass Luft an dem Verdampfer-Wärmeübertrager (
10 ) vorbei- und/oder durchgeleitet wird. - Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Luft nach dem Erwärmen an dem Verdampfer-Wärmeübertrager (
10 ) dem Kraftfahrzeuginnenraum zugeführt wird und/oder in die Umgebungsluft des Kraftfahrzeuges geleitet wird. - Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Luft von einem Gebläse (
15 ) oder mittels Konvektion an dem Verdampfer-Wärmeübertrager (10 ) vorbei- und/oder durchgeleitet wird. - Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die an dem Verdampfer-Wärmeübertrager (
10 ) erwärmte Luft vor, nach oder während des Vorbeileitens an dem Verdampfer-Wärmeübertrager (10 ) von einer elektrischen Heizeinrichtung (5 ), insbesondere PTC-Heizeinrichtung, erwärmt wird. - Kraftfahrzeugklimaanlage, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftfahrzeugklimaanlage ein System (
1 ) gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6 umfasst und/oder die Kraftfahrzeugklimaanlage einen Wärmeübertrager (16 ) gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 9 umfasst und/oder ein Verfahren gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 14 ausführbar ist.
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