DE102010048853A1

DE102010048853A1 - Klimatisierungssystem für ein Kraftfahrzeug sowie Verfahren zum Betrieb eines Klimatisierungssystems eines Kraftfahrzeuges

Info

Publication number: DE102010048853A1
Application number: DE102010048853A
Authority: DE
Inventors: Dr. Beschieru Vladimir; Ioannis LAZARIDIS
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2010-10-19
Filing date: 2010-10-19
Publication date: 2012-04-19
Also published as: US20120090806A1; US9233593B2; CN102452294A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Klimatisierungssystem (2; 102) für ein Kraftfahrzeug, mit einem Innenraumklimatisierungsmodul (38; 138), das mit wenigstens zwei Kühlmittel führenden Kühlkreisläufen (4, 6; 104, 106) des Kraftfahrzeuges über steuer- oder regelbare Ventile (32, 52; 132, 152) Wärme transportierend verbindbar ist, wobei eine Regelung oder Steuerung (64; 164) vorgesehen ist, die dazu ausgebildet ist, die steuer- oder regelbaren Ventile (32, 52; 132, 152) derart zu steuern, dass derjenige der Kühlkreisläufe (4, 6; 104, 106) mit der höheren Kühlmitteltemperatur mit dem Innenraumklimatisierungsmodul (38; 138) Wärme transportierend verbindbar ist. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Betrieb eines Klimatisierungssystems (2; 102)

Description

Die Erfindung betrifft ein Klimatisierungssystem und ein Verfahren zum Betrieb eines Klimatisierungssystems, das wenigstens zwei kühlmittelführende Kühlkreisläufe sowie ein Innenraumklimatisierungsmodul aufweist.
Klimatisierungssysteme sind im Stand der Technik bekannt. Nahezu jedes Kraftfahrzeug weist eine Heizung für den Passagierraum auf, um im Passagierraum angenehme Temperaturen zu erreichen und um ein Anlaufen der Scheiben, insbesondere der Windschutzscheibe, zu verhindern. Häufig weisen die Kraftfahrzeuge auch Klimaanlagen auf, mit denen Innenräume gekühlt werden können.
Bei herkömmlichen Kraftfahrzeugen bezieht das Klimatisierungssystem die notwendige Wärmeenergie aus der Abwärme eines Verbrennungsmotors. Bei hocheffizienten Verbrennungsmotoren, beispielsweise moderne dieselbetriebene Motoren und/oder bei großen Innenraumvolumien sind teilweise Zuheizungen vorgesehen, um den Innenraum schneller aufheizen zu können.
Fahrzeuge mit Elektroantrieb produzieren prinzipbedingt weniger Abwärme als Fahrzeuge mit Verbrennungsantrieb. Daher sind insbesondere elektrische Zuheizer bei derartigen Fahrzeugen zwingend erforderlich. Da die Reichweite von Elektrofahrzeugen beschränkt ist, bedingt die Verwendung von elektrischen Zuheizern eine erhebliche Reduzierung der möglichen Reichweite der Elektrofahrzeuge.
Aus der US 2009/0280395 A1 ist ein thermisches System für eine Batterie eines Kraftfahrzeuges bekannt, welches mit einer Klimaanlage des Kraftfahrzeuges gekoppelt ist.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Klimatisierungssystem anzugeben, welches eine hohe Ausbeute der entstehenden Abwärme gewährleistet, um damit den zur Innenraumbeheizung notwendigen Energieverbrauch zu reduzieren.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Klimatisierungssystem nach Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren zum Betrieb eines Klimatisierungssystems gemäß dem nebengeordneten Anspruch 12. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Ein erfindungsgemäßes Klimatisierungssystem eines Kraftfahrzeuges weist ein Innenraumklimatisierungsmodul auf, das mit wenigstens zwei kühlmittelführende Kühlkreisläufen des Kraftfahrzeuges über steuer- oder regelbare Ventile wärmetransportierend verbindbar ist. Ein derartiges Innenraumklimatisierungsmodul weist in der Regel einen Wärmetauscher auf, über den durch das Kühlmittel transportierte Wärme an den Innenraum abgebbar ist. Hierzu kann beispielsweise ein Gebläse vorgesehen sein, welches die Wärme des Wärmetauschers an Luft abgibt, die in den Innenraum geblasen wird.
Des Weiteren ist eine Regelung oder eine Steuerung vorgesehen, die dazu ausgebildet ist, die steuer- oder regelbaren Ventile derart zu steuern, dass derjenige der Kühlkreisläufe mit der höheren Kühlmitteltemperatur mit dem Innenraumklimatisierungsmodul Wärme transportierend verwendbar ist. Auf diese Weise kann die von einem Aggregat des Kraftfahrzeuges abgeführte Abwärme zur Heizung des Innenraums verwendet werden und der Gesamtwirkungsgrad des Kraftfahrzeuges verbessert werden.
Gemäß einer ersten möglichen Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die wenigstens zwei Kühlmittelkreisläufe Kühlmittelkreisläufe eines Elektro- oder Hybridfahrzeuges sind. Insbesondere Elektrofahrzeuge oder elektromotorisch unterstützt angetriebene Fahrzeuge produzieren verglichen mit Verbrennungsmotoren sehr wenig Abwärme, so dass eine Optimierung des Klimatisierungssystems besonders zur Verringerung des Energieverbrauchs und damit zur Erhöhung der Reichweite beitragen kann.
Gemäß einer weiteren möglichen Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die wenigstens zwei Kühlkreisläufe jeweils Temperatursensoren aufweisen, die mit der Steuerung oder Regelung signalleitend verbunden sind. Damit kann zuverlässig der Kühlkreislauf ausgewählt werden, der die höhere Temperatur aufweist.
Gemäß einer weiteren möglichen Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass wenigstens einer der Kühlkreisläufe ein Antriebskühlkreislauf, ein Leistungselektronikkühlkreislauf, ein Ladegerätkühlkreislauf, ein Batteriekühlkreislauf und/oder ein Klimaanlagenkühlkreislauf ist. Bei Elektro- oder Hybridfahrzeugen geben die vorgenannten Aggregate Antrieb, Leistungselektronik, Ladegerät, Batterie und/Klimaanlage Abwärme ab, die zur Innenraumheizung verwendbar sind.
Gemäß einer weiteren möglichen Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die wenigstens zwei Kühlkreisläufe einen gemeinsamen Kühler aufweisen. Auf diese Weise lässt sich die Anzahl der notwendigen Bauteile begrenzen.
Alternativ dazu kann gemäß einer Weiterbildung vorgesehen sein, dass die wenigstens zwei Kühlkreisläufe getrennte Kühler aufweisen. Damit lässt sich die Größe der einzelnen Kühler gegenüber einem gemeinsamen Kühler reduzieren, was die Anordnung der Kühler im Fahrzeug erleichtert.
Gemäß einer weiteren möglichen Weiterbildung der Erfindung kann ein Kühlsystem zur Innenraumkühlung vorgesehen sein. Ein derartiges Kühlsystem bzw. eine derartige Klimaanlage erhöht den Komfort bedeutend.
Gemäß einer weiteren möglichen Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Kühlsystem zur Kühlung von Aggregaten des Kraftfahrzeuges ausgebildet ist. Bei manchen Aggregaten, beispielsweise einer Batterie eines Elektro- oder Hybridfahrzeuges, ist die Einhaltung der passenden Betriebstemperatur notwendig. Im Falle der Batterie wird eine vollständige Energieausbeute nur innerhalb eines bestimmten Temperaturbereichs erreicht. Bei hohen Außentemperaturen kann teilweise die Kühlleistung normaler Abwärmesysteme nicht ausreichen, um die passende Betriebstemperatur sicherzustellen. Mit Hilfe einer Kopplung eines derartigen Aggregats mit einem Klimaanlagenkühlsystem kann dies hingegen erreicht werden.
Gemäß einer weiteren möglichen Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass wenigstens einer oder mehrere der wenigstens zwei Kühlkreisläufe jeweils einen Bypass für die zu kühlenden Aggregate aufweist. Auf diese Weise kann ein unerwünschter Wärmeabtransport von den Aggregaten, insbesondere bei niedrigen Umgebungstemperaturen, verhindert und ein schnelles Erreichen der Betriebstemperatur erzielt werden.
Gemäß einer weiteren möglichen Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass für die wenigstens zwei Kühlkreisläufe wenigstens ein Bypass um das Innenraumklimatisierungsmodul vorgesehen ist. Auf diese Weise kann eine Wärmeübertragung auf das Innenraumklimatisierungsmodul verhindert werden, wenn keine Wärme zur Heizung des Innenraums benötigt wird.
Gemäß einer weiteren möglichen Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die steuer- oder regelbaren Ventile zumindest teilweise als Dreiwegeventile ausgebildet sind. Mit Hilfe von Dreiwegeventilen lassen sich die Kühlmittelströme im Klimatisierungssystem zuverlässig steuern und die Komplexität des Systems reduzieren.
Ein unabhängiger Gegenstand der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Klimatisierungssystems eines Kraftfahrzeuges, das wenigstens zwei kühlmittelführende Kühlkreisläufe, steuer- oder regelbare Ventile zur Steuerung oder Regelung des Kühlmittelstroms, eine Regelung oder Steuerung sowie ein Innenraumklimatisierungsmodul aufweist, wobei die Steuerung die steuer- oder regelbaren Ventile derart steuert, dass jeweils der Kühlkreislauf mit der höheren Kühlmitteltemperatur mit dem Innenraumklimatisierungsmodul wärmetransportierend verbunden ist, sofern eine Wärmeabgabe zur Innenraumklimatisierung erforderlich ist.
Weitere Ziele, Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung anhand der Zeichnung.
Es zeigen schematisch:
1 ein Innenraumklimatisierungssystem gemäß einer ersten Ausführungsform sowie
2 ein Innenraumklimatisierungssystem gemäß einer zweiten Ausführungsform.
1 zeigt ein erfindungsgemäßes Klimatisierungssystem 2 gemäß einer ersten Ausführungsform.
Das erfindungsgemäße Klimatisierungssystem 2 weist zwei Kühlkreisläufe 4 und 6 auf, wobei der Kühlkreislauf 4 zur Kühlung eines Antriebselektromotors 8 dient und der Kühlkreislauf 6 als Klimaanlagenkühlkreislauf ausgebildet ist und gleichzeitig zur Kühlung eines Batteriemoduls 10 dient. Beide Kühlkreisläufe 4, 6 führen Abwärme über einen gemeinsamen Kühler 20 an die Umgebung ab.
Das Batteriemodul 10 weist einen Temperierkreislauf 12 auf, in dem ein Kühlmittel über eine Pumpe 14 durch einen Wärmetauscher 16 gepumpt wird, der vermittels eines Kühlkreislaufes 50 mit dem Klimaanlagenkühlkreislauf 6 thermisch gekoppelt ist. Des Weiteren ist ein Zuheizer 18 vorgesehen. Je nach Temperatur des Batteriemoduls 10 kann dem Temperierkreislauf 12 mittels des Wärmetauschers 16 Wärme entzogen oder mittels des Zuheizers 18 Wärme zugeführt werden, um das Batteriemodul 10 auf Betriebstemperatur zu bringen oder zu halten.
Der Kühlkreislauf 4 zur Kühlung des Antriebselektromotors 8 wird ausgehend vom Kühler 20 beschrieben. In Flussrichtung des Kühlmittels ist dem Kühler 20 ein Y-Verteiler 22 nachgeschaltet mit einem Eingang a und Ausgängen b, c. Entlang der Verbindung a–c ist eine Pumpe 24 zur Förderung des Kühlmittels vorgesehen, welche das Kühlmittel einer zu kühlenden Leistungselektronik 26 zuführt.
Ein Dreiwegeventil 28 mit einem Eingang a und Ausgängen b, c stellt über den Ausgang c eine Verbindung mit dem Antriebselektromotor 8 her, wenn die Verbindung a–c offen geschaltet ist. Ist die Verbindung a–b offen geschaltet, wird der Antriebselektromotor 8 umgangen, was beispielsweise bei niedrigen Umgebungstemperaturen ein schnelleres Erwärmen des Antriebselektromotors 8 bewirken kann.
Hinter dem Antriebselektromotor 8 ist im Kühlkreislauf 4 ein Temperatursensor 30 vorgesehen, der die Kühlmitteltemperatur, insbesondere die nunmehr maximale Kühlmitteltemperatur, im Kühlkreislauf 4 misst.
Ein dahinter geschaltetes weiteres Dreiwegeventil 32 stellt über die Verbindung a–c eine Verbindung mit einem Y-Verteiler 34 her, welcher seinerseits mit einem weiteren Dreiwegeventil 36 verbunden ist. Über die Verbindung a–c des Dreiwegeventils 36 wird der Kühlkreislauf zum Kühler 20 hin geschlossen.
Über die Verbindung c–b des Dreiwegeventils 36 wird ein Bypass um den Kühler 20 herum bereitgestellt, welcher bei niedrigen Umgebungstemperaturen ein schnelleres Erreichen der Betriebstemperatur des Kühlmittels ermöglicht.
Über die Verbindung a–b des Dreiwegeventils 32 wird der Kühlkreislauf 4 mit einem Klimatisierungsmodul 38 verbunden, welches einen Wärmetauscher 40 zur Heizung des Innenraums sowie einen Wärmetauscher 42 zur Kühlung des Innenraums aufweist. Der Kühlkreislauf 4 stellt dann eine Verbindung mit dem Wärmetauscher 40 her.
Dem Wärmetauscher 40 ist ein Zuheizer 44 vorgeschaltet. Der Wärmetauscher 40 ist mit dem Y-Stück 34 verbunden und schließt damit den ersten Kühlkreislauf 4.
Abhängig von der Stellung des Dreiwegeventils 32 wird also entweder der Wärmetauscher 40 im ersten Kühlkreislauf 4 durchströmt oder nicht.
Der Klimaanlagenkühlkreislauf 6 wird ebenfalls ausgehend von dem Kühler 20 beschrieben. Kühlmittel, das über den Y-Verteiler 22 über die Verbindung a–b strömt, wird mit Hilfe einer Pumpe 46 zu einem Kondensator 48 befördert, an dem ein Kühlkreislauf 50 seine Wärme an den Klimaanlagenkühlkreislauf 6 abgibt.
An der Stelle der maximalen Temperatur des Kühlmittels im zweiten Kühlkreislauf 6 ist ein zweiter Temperatursensor 49 vorgesehen.
Dem Kondensator 48 ist ein Dreiwegeventil 52 nachgeschaltet, welches über seine Verbindung a–b eine Verbindung zum Wärmetauscher 40 herstellt und über seine Verbindung a–c den Wärmetauscher 40 umgeht. Abhängig von der Stellung des Dreiwegeventils 52 kann also Wärme aus dem Klimaanlagenkühlkreislauf 6 an den Wärmetauscher 40 des Klimatisierungsmoduls 38 zur Heizung des Innenraumes des Kraftfahrzeuges abgegeben werden.
Der Kühlkreislauf 50 wird ausgehend von dem Wärmetauscher 16 zum Temperierkreislauf 12 des Batteriemoduls 10 hin beschrieben. Eine Förderung des Kühlmittels im Kühlkreislauf 50 wird mit Hilfe einer Pumpe 54, bewerkstelligt. Hinter der Pumpe 54 mündet der Kühlkreislauf 50 in den Kondensator 48. Da der Kühlkreislauf 50 sowohl zur Innenraumkühlung über den Wärmetauscher 42 als auch zur Kühlung des Batteriemoduls 10 dient, sind zwei Expansionsventile 56, 58 vorgesehen. Über einen Abzweig 60 wird Kühlmittel im Kühlkreislauf 50 teilweise durch den Wärmetauscher 42 befördert und teilweise durch den Wärmetauscher 16.
Der Kühlkreislauf 50 wird bevorzugt mit einem Kältemittel als Kühlmittel betrieben. Das Kältemittel kann beispielsweise Tetrafluorethan (R-134a) oder Tetrafluorpropen (R-1234yf) sein. Die Pumpe 54 ist bevorzugt als Verdichter bzw. Kompressor ausgebildet, durch welchen das Kältemittel verdichtet wird. Das Kältemittel wird anschließend dem Kondensator 48 zugeführt, in dem das Kältemittel durch Abgabe seiner Wärme an den Klimaanlagenkühlkreislauf 6 abgekühlt wird.
Das Kältemittel liegt nach dem Durchströmen des Kondensators 48 im Wesentlichen in flüssiger Form vor. Anschließend wird das Kältemittel dem Expansionsventil 56 zugeführt, durch welches der Druck des Kältemittels vermindert wird. Von dem Expansionsventil 56 wird das Kältemittel dem Wärmetauscher 42 zugeführt, welcher bevorzugt als Verdampfer wirkt, so dass das Kältemittel beim Durchströmen des Wärmetauschers 42 erwärmt wird. Dazu wird die Wärme der Luft aus dem Innenraum der Fahrgastzelle des Kraftfahrzeuges verwendet, so dass auf diese Weise die Luft des Innenraumes der Fahrgastzelle gekühlt wird. Das Kältemittel liegt nach dem Durchströmen des Wärmetauschers 42 im Wesentlichen in gasförmiger Form vor.
An dem Abzweig 60 wird ein Teil des Kältemittels über das Expansionsventil 58 dem Wärmetauscher 16 zugeführt, welcher bevorzugt als Verdampfer wirkt. Mittels des Wärmetauschers 16 wird dem Kühlmedium zum Kühlen des Batteriemoduls 10 Wärme entzogen und dem Kältemittel zugeführt.
Auf diese Weise wird die von dem Batteriemodul 10 erzeugte Wärme über den Kühlkreislauf 12 an das Kältemittel des Kühlkreislaufes 50 abgegeben und das Batteriemodul 10 gekühlt. Das Kältemittel liegt nach dem Durchströmen des Wärmetauschers 16 im Wesentlichen in gasförmiger Form.
Die Kühlkreisläufe 4, 6 und 12 werden bevorzugt mit einer Kühlflüssigkeit als Kühlmittel, insbesondere mit Wasser oder einem Gemisch aus Glykol und Wasser betrieben, dessen Aggregatszustand innerhalb des jeweiligen Kühlkreislaufes 4, 6 bzw. 12 unverändert bleibt.
Den Kühlkreisläufen 4, 6 und 12 ist ein gemeinsamer Ausgleichsbehälter 60 zugeordnet. Auch kann es sein, dass den Kühlkreisläufen 4, 6 und 12 jeweils ein separater Ausgleichsbehälter zugeordnet ist. Der Ausgleichsbehälter 60 ist bevorzugt ein Ausdehnungsgefäß. Durch den Ausgleichsbehälter 60 kann der vorgegebene bzw. eingestellte Druck innerhalb der Kühlkreisläufe 4, 6, 12 annähernd auf gleichem Niveau gehalten werden, so dass etwaige Temperaturänderungen des Kühlmittels der Kühlkreisläufe 4, 6 und 12 und damit einhergehende Volumenänderungen des Kühlmittels sich in einer Änderung des Druckes innerhalb des Kühlkreislaufes 4, 6 bzw. 12 nicht oder nur unwesentlich bemerkbar machen.
Im Betrieb hängt die Steuerung des erfindungsgemäßen Klimatisierungssystems 2 von den Kühlmitteltemperaturen an den Temperatursensoren 30, 49 und von dem Wärmebedarf im Innenraum ab. Hierzu ist eine Steuerung 64 vorgesehen, mit den Dreiwegeventilen 32 und 52 sowie den Temperatursensoren 30, 49 verbunden ist.
Sofern der Innenraum des Kraftfahrzeuges geheizt werden muss, wird von der Steuerung 64 mit Hilfe der Temperatursensoren 30, 49 festgestellt, welcher der Kühlmittelkreisläufe 4, 6 die höhere Kühlmitteltemperatur aufweist. Sofern die Kühlmitteltemperatur im Kühlkreislauf 4 höher ist, wird mit Hilfe der Steuerung 64 das Dreiwegeventil 32 derart geschaltet, dass Eingang a mit Ausgang b verbunden ist. Das Dreiwegeventil 52 wird derart geschaltet, dass Eingang a mit Ausgang c verbunden ist. Somit wird der Wärmetauscher 40 nur von Kühlmittel aus dem Kühlmittelkreislauf 4 durchströmt.
Wenn im Kühlmittelkreislauf 6 eine höhere Temperatur vorherrscht, wird das Dreiwegeventil 52 von der Steuerung 64 derart geschaltet, dass Eingang a mit Ausgang b verbunden ist und Dreiwegeventil 32 derart, dass Eingang a mit Ausgang c verbunden ist. Auf diese Weise strömt das Kühlmittel aus Kühlmittelkreislauf 6 durch den Wärmetauscher 40. Kühlmittel aus dem Kühlmittelkreislauf 4 wird um den Wärmetauscher 40 herum zu dem Y-Verteiler 34 geleitet.
Liegt kein Heizbedarf vor, können Dreiwegeventil 52 derart geschaltet werden, dass Eingang a mit Ausgang c verbunden ist und Dreiwegeventil 32 derart, dass Eingang a mit Ausgang c verbunden ist. Damit wird von beiden Kühlmittelkreisläufen 4, 6 der Wärmetauscher 40 umgangen.
2 zeigt eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Klimatisierungssystems 102. Das Klimatisierungssystem 102 weist zwei Kühlkreisläufe 104, 106 auf, wobei der Kühlkreislauf 104 zur Kühlung eines Antriebselektromotors 108 dient.
Kühlkreislauf 106 ist als Klimaanlagenkühlkreislauf ausgebildet und dient unter anderem zur Kühlung eines Batteriemoduls 110. Das Batteriemodul weist einen Temperierkreislauf 112 auf mit einer Pumpe 114 und einem Wärmetauscher 116, mit dem der Temperierkreislauf 112 Wärme an den Klimaanlagenkühlkreislauf 106 abgeben kann. Ein Zuheizer 118 kann bedarfsweise die Kühlmitteltemperatur im Temperierkreislauf 112 erhöhen.
Der Kühlkreislauf 104 ist mit einem ersten Kühler 120 verbunden. Kühlmittelströmung wird mit Hilfe einer Pumpe 124 erreicht. Der Kühlkreislauf 104 kühlt eine Leistungselektronik 126.
Mittels eines Dreiwegeventils 128 kann über die Verbindung a–c der Antriebselektromotor 108 gekühlt werden und über die Verbindung a–b ein Bypass hierzu hergestellt werden.
Dem Antriebselektromotor 108 ist ein Temperatursensor 130 nachgeschaltet.
Ein Dreiwegeventil 132 stellt über die Verbindung a–b einen Kühlmittelfluss zurück zum Kühler 120 her. Mit Hilfe des Dreiwegeventils 136 kann zum Zwecke der schnelleren Erwärmung des Kühlmittels im ersten Kühlkreislauf 104 der Kühler 120 umgangen werden.
Über die Verbindung a–c des Dreiwegeventils 132 wird eine Verbindung mit einem Klimatisierungsmodul 138 hergestellt, welches einen ersten Wärmetauscher 140 und einen zweiten Wärmetauscher 142 aufweist, wobei der Wärmetauscher 140 von Kühlmittel des ersten Kühlkreislaufs 108 durchströmt wird.
Ein Zuheizer 144 dient bedarfsweise zur Erhöhung der Kühlmitteltemperatur im Wärmetauscher 140 des Klimatisierungsmoduls 138.
Ein Dreiwegeventil 145 stellt über die Verbindung b–c einen Schluss des ersten Kühlmittelkreislaufs 104 her.
Der zweite Kühlmittelkreislauf 106 weist eine Pumpe 146 auf, die einen Kühlmittelfluss bewirkt. Wärme wird an einen Kühler 147 abgegeben. Ein Kondensator 148 dient zur Aufnahme von Wärme in dem Klimaanlagenkühlkreislauf 106.
Mit Hilfe eines Temperatursensors 149 wird die höchste Temperatur im Klimaanlagenkühlkreislauf 106 gemessen.
Der Klimaanlagenkühlkreislauf 106 ist über den Kondensator 148 mit einem Kühlkreislauf 150 verbunden.
Ein Dreiwegeventil 152 stellt über seine Verbindung a–c eine Verbindung mit dem Kühler 147 her und über seine Verbindung a–b einen Kühlmittelfluss zum Klimatisierungsmodul 138.
Ein Dreiwegeventil 153 dient zum Umgehen des Kühlers 147, um das Kühlmittel im Klimaanlagenkühlkreislauf schneller auf Betriebstemperatur bringen zu können.
Der Kühlkreislauf 150 wird bevorzugt mit einem Kältemittel als Kühlmittel, beispielsweise R-134a oder R-1234yf betrieben. Der Kühlkreislauf 150 weist eine Pumpe 154 auf, welche bevorzugt ein Verdichter bzw. Kompressor ist. Mit Hilfe der Pumpe 154 wird ein Kältemittelfluss bewerkstelligt, wobei das Kältemittel verdichtet wird. Expansionsventile 156, 158, die dem Kondensator 148 nachgeschaltet sind, dienen zur Senkung der Temperaturen des Kältemittels. Dem Expansionsventil 156 nachgeschaltet ist der Wärmetauscher 142 des Klimatisierungsmoduls 138. Dem Expansionsventil 158 nachgeschaltet liegt der Wärmetauscher 160 zum Temperierkreislauf 112 des Batteriemoduls.
Das Kältemittel wird mit Hilfe eines Abzweiges 160 zu den Wärmetauschern 142 und 116 verteilt.
Bei der Ausführungsform des Klimaanlagenkühlkreislaufes gemäß der 2 ist – wie bei der Ausführungsform des Klimaanlagenkühlkreislaufes gemäß der 1 – ein Ausgleichsbehälter 162 vorgesehen, welcher bevorzugt in Art eines Ausdehnungsgefäßes ausgebildet ist. Der Ausgleichsbehälter 162 ist den Kühlkreisläufen 104, 106 und 112 zugeordnet und hält den Druck in diesen Kühlkreisläufen 104, 106 und 112 im Wesentlichen konstant, so dass Temperaturänderungen des Kühlmittels und damit einhergehende Volumenänderungen sich nicht oder nur unwesentlich in einer Änderung des Druckes innerhalb der jeweiligen Kühlkreisläufe 104, 106 und 112 bemerkbar machen. Die Kühlkreisläufe werden bevorzugt mit Wasser oder einem Gemisch aus Wasser und Glykol als Kühlmittel betrieben.
Im Betrieb hängt die Steuerung des erfindungsgemäßen Klimatisierungssystems 102 von den Kühlmitteltemperaturen an den Temperatursensoren 130, 149 und von dem Wärmebedarf im Innenraum ab. Hierzu ist eine Steuerung 164 vorgesehen, mit den Dreiwegeventilen 132 und 152 sowie den Temperatursensoren 130, 149 verbunden ist.
Abhängig von der Stellung der Dreiwegeventile 132 und 152 wird demnach der Wärmetauscher 140 entweder von dem ersten Kühlkreislauf 104, dem Klimaanlagenkühlkreislauf 106 oder keinem Kühlkreislauf mit Kühlmittel durchflossen.
Sofern eine höhere Kühlmitteltemperatur im Kühlkreislauf 104 vorliegt, als im Klimaanlagenkühlkreislauf 106, wird das Dreiwegeventil 132 auf die Verbindung a–c geschaltet und das Dreiwegeventil 152 ebenfalls auf die Verbindung a–c.
Sofern die Kühlmitteltemperatur im Klimaanlagenkühlkreislauf 106 höher ist, wird im Bedarfsfalle das Ventil 152 auf die Verbindung a–b geschaltet und das Dreiwegeventil 132 auf die Verbindung a–b.
Sofern kein Wärmebedarf im Wärmetauscher 140 vorliegt, wird das Dreiwegeventil 132 auf die Verbindung a–b geschaltet und das Dreiwegeventil 152 im Kühlkreislauf 106 auf die Verbindung a–c, so dass beide Kühlkreisläufe den Wärmetauscher 140 nicht durchströmen.
Bezugszeichenliste

2: Klimatisierungssystem
4: Kühlkreislauf
6: Klimaanlagenkühlkreislauf
8: Antriebselektromotor
10: Batteriemodul
12: Temperierkreislauf
14: Pumpe
16: Wärmetauscher
18: Zuheizer
20: Kühler
22: Y-Verteiler
24: Pumpe
26: Leistungselektronik
28: Drei-Wege-Ventil
30: Temperatursensor
32: Drei-Wege-Ventil
34: Y-Verteiler
36: Drei-Wege-Ventil
38: Klimatisierungsmodul
40: Wärmetauscher
42: Wärmetauscher
44: Zuheizer
46: Pumpe
48: Kondensator
49: Temperatursensor
50: Kühlkreislauf
52: Drei-Wege-Ventil
54: Pumpe, Verdichter
56, 58: Expansionsventil
60: Abzweig
62: Ausgleichsbehälter
64: Steuerung
102: Klimatisierungssystem
104: Kühlkreislauf
106: Klimaanlagenkühlkreislauf
108: Antriebselektromotor
110: Batteriemodul
112: Temperierkreislauf
114: Pumpe
116: Wärmetauscher
118: Zuheizer
120: Kühler
124: Pumpe
126: Leistungselektronik
128: Drei-Wege-Ventil
130: Temperatursensor
132: Drei-Wege-Ventil
136: Drei-Wege-Ventil
138: Klimatisierungsmodul
140: Wärmetauscher
142: Wärmetauscher
144: Zuheizer
145: Drei-Wege-Ventil
146: Pumpe
147: Kühler
148: Kondensator
149: Temperatursensor
150: Kühlkreislauf
152: Drei-Wege-Ventil
153: Drei-Wege-Ventil
154: Pumpe, Verdichter
156, 158: Expansionsventil
160: Abzweig
162: Ausgleichsbehälter
164: Steuerung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2009/0280395 A1 [0005]

Claims

Klimatisierungssystem für ein Kraftfahrzeug, mit einem Innenraumklimatisierungsmodul (38; 138), das mit wenigstens zwei Kühlmittel führenden Kühlkreisläufen (4, 6; 104, 106) des Kraftfahrzeuges über steuer- oder regelbare Ventile (32, 52; 132, 152) Wärme transportierend verbindbar ist, wobei eine Regelung oder Steuerung (64; 164) vorgesehen ist, die dazu ausgebildet ist, die steuer- oder regelbaren Ventile (32, 52; 132, 152) derart zu steuern, dass derjenige der Kühlkreisläufe (4, 6; 104, 106) mit der höheren Kühlmitteltemperatur mit dem Innenraumklimatisierungsmodul (38; 138) Wärme transportierend verbindbar ist.
Klimatisierungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in den wenigstens zwei Kühlkreisläufen (4, 6; 104, 106) jeweils Temperatursensoren (30, 49; 130, 149) vorgesehen sind, die mit der Steuerung (64; 164) oder Regelung signalleitend verbunden sind.
Klimatisierungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei Kühlkreisläufe als Kühlkreisläufe (4, 6; 104, 106) eines Elektro- oder Hybridfahrzeuges dienen.
Klimatisierungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der Kühlkreisläufe (4, 6; 104, 106) ein Antriebskühlkreislauf (4; 104), ein Leistungselektronikkühlkreislauf (4; 104), ein Ladegerätkühlkreislauf, ein Batteriekühlkreislauf und/oder ein Klimaanlagenkühlkreislauf (6; 106) ist.
Klimatisierungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei Kühlkreisläufe (4, 6) einen gemeinsamen Kühler (20) aufweisen.
Klimatisierungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei Kühlkreisläufe (104, 106) getrennte Kühler (120, 147) aufweisen.
Klimatisierungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kühlkreislauf (50) zur Innenraumkühlung vorgesehen ist.
Klimatisierungssystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkreislauf (50) zur Kühlung von Aggregaten (10) des Kraftfahrzeuges vorgesehen ist.
Klimatisierungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei Kühlkreisläufe (4, 6; 104, 106) Bypässe für die zu kühlenden Aggregate (8; 108) aufweisen.
Klimatisierungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die wenigstens zwei Kühlkreisläufe (4, 6; 104, 106) wenigstens ein Bypass um das Innenraumklimatisierungsmodul (38; 138) vorgesehen ist.
Klimatisierungssystem nach einem der vorhergehenden gegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die steuer- oder regelbaren Ventile zumindest teilweise als Dreiwegeventile (32, 52; 132, 152) ausgebildet sind.
Verfahren zum Betrieb eines Klimatisierungssystems eines Kraftfahrzeuges, welches wenigstens zwei Kühlmittel führende Kühlkreisläufe (4, 6; 104, 106), steuer- oder regelbare Ventile (32, 52; 132, 152) zur Steuerung oder Regelung des Kühlmittelstroms, eine Regelung oder Steuerung (64; 164) sowie ein Innenraumklimatisierungsmodul (38; 138) aufweist, wobei die Steuerung (64; 164) die steuer- oder regelbaren Ventile (32, 52; 132, 152) derart steuert, dass derjenige der Kühlkreisläufe (4, 6; 104, 106) mit der höheren Kühlmitteltemperatur mit dem Innenraumklimatisierungsmodul (38; 138) Wärme transportierend verbunden wird, sofern eine Wärmeabgabe zur Innenraumklimatisierung erforderlich ist.