DE102013206630A1

DE102013206630A1 - Kühl- und Heizsystem für ein Elektro- oder Hybrid-Fahrzeug sowie Verfahren zum Betreiben eines derartigen Kühl- und Heizsystems

Info

Publication number: DE102013206630A1
Application number: DE102013206630.9A
Authority: DE
Inventors: Martin Knott; Robert HERBOLZHEIMER; Oliver Horn; Peter Satzger
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2013-04-15
Filing date: 2013-04-15
Publication date: 2014-10-16
Anticipated expiration: 2033-04-16
Also published as: DE102013206630B4

Abstract

Um bei einem Elektro- oder Hybridfahrzeug ein energieschonendes Beheizen des Fahrgastinnenraus auch bei niedrigen Außentemperaturen zu ermöglichen, weist das Kühl- und Heizsystem einen Kältekreislauf, einen NT-Kühlkreislauf sowie eine HT-Kühlkreislauf auf. Der NT-Kühlkreislauf dient zum Kühlen von elektrischen Komponenten des elektrischen Antriebs, der HT-Kühlkreislauf dient zur Kühlung eines Verbrennungsmotors, sofern dieser vorhanden ist. Zur Beheizung des Fahrgastinnenraums ist ein Heizwärmetauscher angeordnet, welcher wahlweise mit einem Kondensator des Kältekreislaufs oder direkt mit dem HT-Kühlkreislauf verbindbar ist. Zusätzlich zum Verdampfer ist sowohl im NT-Kühlkreislauf als auch im HT-Kühlkreislauf jeweils ein weiterer Wärmetauscher als Verdampfer in den Kältekreislauf eingebunden. Dadurch kann über den Kältekreislauf Wärme aus den beiden Kreisläufen über die zusätzlichen Verdampfer zunächst in den Kältekreislauf, von dort über den Kondensator in einen Heizkreislauf und von diesem schließlich an die zu erwärmende Fahrzeuginnenluft mit höherem Temperaturniveau gehoben werden. Durch die Verschaltung der verschiedenen Komponenten lässt sich das Kühl- und Heizsystem für verschiedene Betriebsmodi bei geringem Energieverbrauch betreiben.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kühl- und Heizsystem für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug sowie ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen Kühl- und Heizsystems.
Bei Elektro- oder Hybridfahrzeugen besteht das Problem, dass nur noch eine geringe Abwärme beispielsweise des Verbrennungs- oder Elektroantriebs zur Verfügung steht, die für andere Zwecke, insbesondere für die Beheizung des Fahrgast-Innenraums herangezogen werden kann. Hybrid-Fahrzeuge weisen üblicherweise zwei Kühlkreisläufe auf, nämlich einen Niedertemperatur-Kühlkreislauf, im Folgenden als NT-Kühlkreislauf bezeichnet, sowie einen Hochtemperatur-Kühlkreislauf, im Folgenden als HT-Kühlkreislauf bezeichnet. Der NT-Kühlkreislauf dient zur Kühlung der elektrischen Komponenten des elektrischen Fahrantriebs, beispielsweise des Elektromotors, einer Hochleistungselektronik sowie einer Hochleistungsbatterie als Energiequelle für den Fahrantrieb. Das Temperaturniveau des NT-Kühlkreislaufs liegt im normalen, warmen Fahrbetrieb typischerweise zwischen etwa 30 und 85° Celsius. Demgegenüber dient der HT-Kühlkreislauf zur Kühlung der verbrennungsmotorischen Komponenten, insbesondere des Verbrennungsmotors und weist im normalen, warmen Betrieb typischerweise ein Temperaturniveau im Bereich von 90° Celsius bis 125° Celsius auf.
Um eine möglichst effiziente Erwärmung des Fahrgast-Innenraums bei tiefen Außentemperaturen zu ermöglichen, ist grundsätzlich der Einsatz von Wärmepumpen bekannt, mit deren Hilfe Wärme aus der Umgebung nach dem Wärmepumpenprinzip auf ein höheres Temperaturniveau angehoben und dann an den Innenraum weitergegeben wird.
In der WO 2011/029538 A1 ist ergänzend zu der Ausnutzung der Umgebungswärme auch die Ausnutzung der Abwärme beispielsweise einer Batterie zu entnehmen. Die Abwärme wird dabei einem Verdampfer eines Kältekreislaufs der Wärmepumpe zugeführt, über den das Kältemittel des Kältekreislaufs verdampft wird. Zur ergänzenden Ausnutzung der Umgebungswärme wird ein kühlerseitiger Wärmetauscher ebenfalls als Verdampfer für den Kältekreislauf eingesetzt. In den Kältekreislauf selbst ist weiterhin ein herkömmlicher Verdampfer eines Klimageräts zur Innenraum-Klimatisierung eingebunden. In einem Heizmodus zur Erwärmung des Innenraums bei niedrigen Außentemperaturen wird dieser normale Verdampfer nicht aktiviert, also nicht vom Kältemittel durchströmt. Die Wärme wird vielmehr wahlweise über den der Batterie zugeordneten Verdampfer oder den kühlerseitigen Umgebungswärme-Verdampfer aufgenommen und über einen Kondensator an die Luft zur Innenraum-Beheizung abgegeben.
In der DE 101 23 830 A1 ist ebenfalls eine Wärmepumpe beschrieben, mit deren Hilfe mittels eines Verdampfers aus der Umgebung Wärme aufgenommen und an den Fahrgast-Innenraum auf höherem Temperaturniveau abgegeben wird. Hierzu ist ein als Kondensator des Kältekreislaufs ausgebildeter Koppelwärmetauscher angeordnet, welcher die im Wärmepumpenbetrieb erzeugte Wärme in den Hochtemperatur-Kühlkreislauf einkoppelt. Dieser wiederum weist einen Heizwärmetauscher auf, der zur Erwärmung des Innenraums in einem Belüftungskanal angeordnet ist.
In der DE 10 2011 109 055 A1 ist schließlich eine Klimaanlage für ein Fahrzeug beschrieben, bei dem ähnlich wie bei der WO 2011/029538 A1 mehrere Verdampfer zuschaltbar sind, um Wärme aus unterschiedlichen Wärmequellen ausnützen zu können.
Bei einer Wärmepumpe wird allgemein ein Kältemittel im Kreislauf geführt. Dabei wird es zwischen einem Verdichter, einem Kondensator, einem Drosselorgan, einem Verdampfer und dann wieder zum Verdichter geführt. Im Verdichter wird das gasförmige Kältemittel auf ein höheres Druck- und Temperaturniveau gebracht. Das gasförmige Kältemittel kondensiert im Kondensator unter Wärmeabgabe, wobei das Temperaturniveau abnimmt. Durch das Drosselorgan wird das Kältemittel wieder auf ein niedrigeres Druckniveau gebracht und kühlt dabei deutlich ab, so dass es wieder als kaltes flüssiges Fluid dem Verdampfer zugeführt wird. Am Verdampfer nimmt das Kältemittel Wärme durch Wärmetausch mit einer Wärmequelle, beispielsweise Umgebungsluft etc., auf und wird dabei verdampft.
Als Kältemittel können unterschiedliche, marktübliche Kältemittel eingesetzt werden, wie beispielsweise Kältemittel mit der Bezeichnung R134a, R1234yf etc. Daneben besteht auch die Möglichkeit, ein Kältemittel mit zum Teil überkritischer Betriebsweise, insbesondere Kohlendioxid (CO₂) einzusetzen. In diesem Fall erfolgt in der überkritischen Betriebsweise im Kondensator keine Kondensation. Die Wärmeabgabe erfolgt im gasförmigen Zustand im überkritischen Bereich. Hierbei wird die bisher als Kondensator bezeichnete Komponente als Gaskühler bezeichnet. Der Einfachheit halber wird nachfolgend jedoch allgemein von Kondensator gesprochen, ohne dass damit ein Ausschluss derartiger Kältemittel mit überkritischer Betriebsweise verbunden wäre.
Bei der Verwendung des kühlerseitigen (Umgebungs-)Wärmetauschers als Verdampfer für den Kältekreislauf besteht bei niedrigen Temperaturen das Problem der Vereisungsgefahr. Auskondensierte Feuchtigkeit schlägt sich dabei an den Wärmetauscherflächen nieder, vereist und verringert dadurch die Wärmeübertragungs-Fähigkeit und damit die Effizienz erheblich. Unter bestimmten Betriebsbedingungen kann daher ein derartiger Umgebungs-Wärmetauscher nicht als Verdampfer eingesetzt werden, beziehungsweise sind zusätzliche Enteisungsmaßnahmen erforderlich. Hierzu ist jedoch wiederum der Eintrag von Wärme notwendig, die gerade im kalten Zustand nicht zur Verfügung steht.
Es besteht daher generell das Problem, bei niedrigen Temperaturen zuverlässig und mit Einsatz möglichst wenig elektrischer Energie eine komfortable Innenraum-Beheizung sicherzustellen. Dies betrifft nicht nur den (Kalt-)Startvorgang, sondern auch den normalen Fahrbetrieb insbesondere wenn dieser durch einen hohen elektrischen Fahranteil bereitgestellt wird.
Ein weiteres Problem ist, dass im Mischbetrieb, wenn also wechselseitig der Elektro- und der Verbrennungsmotor zugeschalten werden, eine Abwärme aus dem Hochtemperatur-Kühlkreislauf nicht unbegrenzt zur Verfügung steht, da dies zu einer Auskühlung des Verbrennungsmotors führen würde, welche während eines Fahrbetriebs unerwünscht ist, da dadurch die Schadstoffbilanz bei einem erneuten Start des Verbrennungsmotors verschlechtert wird.
Ausgehend hiervor liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein effizientes Kühl- und Heizsystem für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Kühl- und Heizsystem für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren zum Betrieb eines derartigen Systems mit den Merkmalen des Anspruchs 15.
Das Kühl- und Heizsystem umfasst einen Kältekreislauf mit einem Kondensator und einem Verdampfer, einen NT-Kühlkreislauf, in dem zu kühlende elektrische Komponenten eines elektrischen Fahrantriebs eingebunden sind und der einen kühlerseitigen NT-Wärmetauscher für den Wärmetausch mit Außenluft aufweist. Weiterhin weist das System einen zusätzlichen HT-Kühlkreislauf im Falle eines zusätzlichen Verbrennungsmotors (Hybrid-Fahrzeug) auf, wobei dieser Verbrennungsmotor in den HT-Kühlkreislauf eingebunden ist und der Kühlkreislauf einen kühlerseitigen HT-Wärmetauscher zum Wärmetausch mit der Umgebungsluft aufweist. Der NT- sowie der HT-Wärmetauscher dienen daher als übliche Kühler, die typischerweise an der Frontseite des Fahrzeugs von Außenluft durchströmt werden. Weiterhin weist das System einen Heizwärmetauscher zur Beheizung des Fahrgast-Innenraums auf, welcher in einem Luftkanal zur Erwärmung der Innenluft des Fahrgast-Innenraums angeordnet ist. Der Heizwärmetauscher ist an einen Kreislauf angeschlossen, über den ihm Wärme zugeführt wird. Wahlweise ist er hierbei mit dem Kondensator des Kältekreislaufs über einen Heizkreislauf mit vorzugsweiser einer eigenen Heizkreislauf-Pumpe verbindbar. Alternativ ist der Heizwärmetauscher mit einem der beiden Kühlkreisläufe, insbesondere dem HT-Kühlkreislauf verbindbar, so dass die Wärme des Kühlkreislaufs direkt für die Beheizung des Innenraums herangezogen werden kann. Beim Anschluss des Heizwärmetauschers an den Kondensator über den Heizkreislauf wird daher die von der Wärmepumpe erzeugte Wärme ausgenutzt.
Bei dem Kühl- und Heizsystem ist sowohl im NT-Kühlkreislauf als auch im HT-Kühlkreislauf zusätzlich jeweils ein weiterer Wärmetauscher zuschaltbar angeordnet, welche als NT-Verdampfer bzw. als HT-Verdampfer im Kältekreislauf eingebunden sind. Bei diesen beiden Verdampfern handelt es sich daher um Kältemittel-Flüssigkeits-Wärmetauscher, welche als Verdampfer die Wärme aus dem jeweiligen Kühlkreislauf in den Kältekreislauf übertragen.
Im Unterschied zu beispielsweise der DE 101 23 830 A1 , bei der gerade der umgekehrte Weg gegangen wird und Wärme über einen Kopplungswärmetauscher vom Kältekreislauf in den HT-Kreislauf eingebracht wird, wird vorliegend durch die Einbindung des HT-Verdampfers in effizienter Weise die Möglichkeit eröffnet, ein niedriges Temperaturniveau des HT-Kreislaufes anzuheben und über den Kondensator des Kältekreislaufs an den Heizkreislauf zur Innenraum-Beheizung abzugeben. Durch die zusätzliche Anordnung auch eines NT-Verdampfers werden allgemein durch das System vorzugsweise sämtliche Wärmequellen, die innerhalb des Fahrzeuges Wärme erzeugen, zur Innenraum-Beheizung zur Verfügung gestellt. Dies erfolgt jeweils über die Aufnahme der Wärme über einen jeweiligen Verdampfer in den Kältekreislauf. Insgesamt ist dadurch ein sehr energieeffizienter Betrieb für unterschiedlichste Betriebssituationen ermöglicht, so dass selbst bei niedrigen Außentemperaturen von < 0°C eine komfortable Innenraumbeheizung bei geringem Energieeinsatz ermöglicht ist. Dadurch ist insgesamt eine hohe elektrische Reichweite für den Fahrbetrieb auch im Winter ermöglicht.
Das gesamte System weist eine Vielzahl von ansteuerbaren Steuer- und/oder Regelventilen zum Betrieb in verschiedenen Betriebsmodi auf. Diese Ventile sowie ergänzend auch die verschiedenen im System angeordneten Kältemittel- oder Kühlmittelpumpen etc. sind über eine Steuereinheit in geeigneter Weise zum Betrieb in den verschiedenen Betriebsmodi ansteuerbar.
Neben den erwähnten HT- und NT-Verdampfern sind vorzugsweise weitere Verdampfer in den Kältekreislauf eingebunden, um weitere innere Wärmequellen zu nutzen, die beim Betrieb Abwärme erzeugen. Insbesondere ist ein sogenannter Hochvoltspeicher-Verdampfer angeordnet, der zur Kühlung eines Hochvoltspeichers (Hochleistungsakkumulator) dient. Der Hochvoltspeicher weist oftmals einen eigenen Kältekreislauf auf.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung sind der HT-Wärmetauscher und der NT-Wärmetauscher jeweils individuell und unabhängig voneinander über eine jeweilige Bypass-Leitung abschaltbar. Insbesondere bei einem hohen Heizenergiebedarf und bei geringen Außentemperaturen wird damit sichergestellt, dass keine Wärme an die Umgebung abgegeben wird.
Um eine Vereisung eines Verdampfers auszuschließen werden in zweckdienlicher Weiterbildung in dem Kältekreislauf ausschließlich innere Verdampfer eingesetzt, welche Wärme aus dem Fahrzeug selbst aufnehmen können. Es sind daher keine Umgebungs-Wärmetauscher vorgesehen, welche ausschließlich Wärme aus der Umgebung aufnehmen können. Als Verdampfer werden daher bei dieser bevorzugten Alternative lediglich der sowieso vorhandene Verdampfer, also der Verdampfer eines üblicherweise vorhandenen Klimageräts, sowie die bereits erwähnten HT- und NT-Verdampfer oder der Hochvoltspeicher-Verdampfer eingesetzt. Der Verdampfer des Kältekreislaufs ist wie erwähnt der Verdampfer eines üblichen Klimageräts, welches zur Klimatisierung des Fahrgast-Innenraums in einem Luftkanal zur Belüftung des Fahrgast-Innenraums angeordnet ist. Da diesem im Betrieb typischerweise zumindest anteilsmäßig Luft auch aus dem Innenraum selbst zugeführt wird, bildet dieser Verdampfer einen inneren Verdampfer und keinen Umgebungs-Wärmetauscher. Neben diesem Verdampfer des Klimageräts werden daher vorzugsweise lediglich Kältemittel-Flüssigkeits-Wärmetauscher eingesetzt, bei denen keine Gefahr einer Vereisung durch eine Umströmung mit Außenluft besteht.
In einer weiteren Ausführungsvariante ist vorzugsweise auch die Verwendung des HT-Wärmetauscher und/oder des NT-Wärmetauschers zusätzlich als Wärmequelle vorgesehen. Hierzu wird dem Kühlmittel der Kühlkreisläufe mit Hilfe des HT- oder NT-Verdampfers Wärme entzogen und auf das Kältemittel des Kältekreislaufs übertragen, wobei diese Wärme aus der Umgebungsluft über den HT- oder NT-Wärmetauscher aufgenommen wird. Über die Steuerung wird dabei in Abhängigkeit der aktuellen Betriebszustände, nämlich der Temperatur der Luft insbesondere an den Wärmetauscherflächen, Feuchte der Luft, Temperatur des Kältemittels, des Kühlmittels sowie gegebenenfalls Luftdruck, der Umgebungs-Wärmetauscher nur dann als Wärmequelle zugeschaltet, wenn eine Vereisungsgefahr sicher vermieden ist.
In zweckdienlicher Weiterbildung sind die beiden HT- und NT-Wärmetauscher in Strömungsrichtung der Umgebungsluft hintereinander angeordnet. Insbesondere ist der NT-Wärmetauscher in Strömungsrichtung vor dem HT-Wärmetauscher angeordnet. Vorzugsweise ist lediglich der in Strömungsrichtung hintere Wärmetauscher, also insbesondere der HT-Wärmetauscher als weitere Wärmequelle bei bestehender Vereisungsgefahr zuschaltbar. Der vordere Wärmetauscher dient in diesem Fall als Schutz beispielsweise gegen Spritzwasser beim Fahrbetrieb, welches die Vereisungsgefahr erhöhen würde.
Sofern die zur Verfügung stehenden Wärmequellen nicht ausreichen, ist in einer bevorzugten ersten Alternative zusätzlich ein Zusatzheizer, beispielsweise ein elektrischer Zusatzheizer, zuschaltbar. Alternativ kann dies auch ein mit Brennstoff betriebener Zusatzheizer sein. Dieser ist in einer ersten Ausführungsvariante unmittelbar in den Heizkreislauf geschaltet und damit unmittelbar zur Zuführung von Wärme zum Heizwärmetauscher.
In einer zweiten vorteilhaften Ausführungsvariante wird der Zusatzheizer in einen der beiden Kreisläufe, vorzugsweise in den NT-Kreislauf, geschaltet und bei Bedarf aktiviert. Durch diese Maßnahme besteht die vorteilhafte Möglichkeit, den Zusatzheizer kleiner zu dimensionieren, da die von ihm eingebrachte Wärme zusätzlich noch durch die Wärmepumpe über den NT-Verdampfer bzw. HT-Verdampfer auf ein höheres Temperaturniveau gebracht und dadurch auch die Leistung des Verdichters erhöht wird. Aufgrund der geringeren Leistungsanforderung besteht dadurch beispielsweise die Möglichkeit einen Niedervolt-Zusatzheizer vorzusehen, welcher gerätetechnisch weniger aufwändig und kostengünstiger ist. Unter Niedervolt wird hierbei eine Spannung bis unter 60 Volt verstanden.
Schließlich besteht gemäß einer bevorzugten zweiten Alternative grundsätzlich die Möglichkeit, gänzlich auf den Zusatzheizer zu verzichten, da durch die Ausnutzung sämtlicher sonstiger zur Verfügung stehender Wärmequellen in der Regel bereits eine ausreichende Wärmeversorgung sichergestellt ist.
Der Kondensator des Kältekreislaufs ist weiterhin vorzugsweise als ein reiner flüssigkeitsgekühlter Wärmetauscher ausgebildet, ist daher nicht von Luft durchströmt. Die Wärmeabgabe an die Innenraumluft erfolgt ausschließlich durch den Heizwärmetauscher.
Über die Steuerung lassen sich verschiedene Betriebsmodi zum Erwärmen des Fahrgast-Innenraums einstellen. Dabei wird vorzugsweise zwischen einem reinen Heizbetrieb und einem sogenannten Reheat-Betrieb unterschieden. Bei Letzterem wird die Innenraumluft entfeuchtet und erwärmt, wohingegen beim reinen Heizbetrieb lediglich eine Erwärmung erfolgt.
Zweckdienlicher weise ist bei dem reinen Heizbetrieb der Verdampfer des Kältekreislaufs abgeschaltet. Zugleich bleibt jedoch der Kältekreislauf aktiv, d. h. das Kältemittel wird umgepumpt. Als Verdampfer wird der HT-Verdampfer und/oder der NT-Verdampfer eingesetzt. Bei dem Heizbetrieb stehen dabei allgemein mehrere, und vorzugsweise alle der nachfolgenden Betriebsmodi zur Verfügung, die jeweils in Abhängigkeit der aktuellen (Umgebungs-)Bedingungen von der Steuereinrichtung aktiviert werden.

– Bei einer überschüssigen Abwärme des Verbrennungsmotors mit einem ausreichend hohen Temperaturniveau zur direkten Beheizung erfolgt eine Zuschaltung des Heizwärmetauschers ausschließlich über den HT-Kühlkreislauf. In diesem Fall ist daher die Wärmepumpe und der Kältekreislauf komplett abgeschaltet, da ausreichend Wärme vom Verbrennungsmotor zur Verfügung steht. Dies ist der Fall bei einem längeren Betrieb des Verbrennungsmotors, wenn also der HT-Kreislauf auf heißem Niveau ist.
– Bei einem für die direkte Nutzung nicht ausreichenden Temperaturniveau der Abwärme des Verbrennungsmotors erfolgt eine Zuschaltung des HT-Verdampfers und Einbindung des Kondensators in den Heizkreislauf. Es wird also Wärme aus dem HT-Kühlkreislauf in den Kältekreislauf übertragen. Ergänzend ist der HT-Wärmetauscher vorzugsweise mit Hilfe eines Bypasses abgeschaltet. Reicht jedoch die Kühlleistung des HT-Verdampfers zur erforderlichen Abfuhr der Wärme aus dem HT-Kühlkreislauf nicht aus, so kann ergänzend noch der HT-Wärmetauscher zugeschaltet werden. Eine derartige ausreichende Abwärme auf der Verbrennungsmotor-Seite liegt beispielsweise nach Betrieb des Verbrennungsmotors als Restwärme vor oder anfangs nach dem Starten, wenn das Temperaturniveau im HT-Kreislauf noch nicht den des erforderlichen Heiztemperaturniveaus erreicht hat.
– Liegt Abwärme aus dem elektrischen Antriebsstrang vor, so wird der NT-Verdampfer zugeschaltet und der Kondensator in den Heizkreislauf eingebunden. Es erfolgt also ein Wärmeeintrag vom NT-Kühlkreislauf in den Kältekreislauf. Auch hier ist der NT-Wärmetauscher bei Bedarf über einen Bypass abschaltbar. Zugeschalten wird der NT-Wärmetauscher für den Fall, dass die Kühlleistung des NT-Verdampfers zur Abfuhr der Wärme aus dem NT-Kühlkreislauf nicht ausreicht.
– In Betriebssituationen, bei denen aufgrund der herrschenden Umweltverhältnisse eine Vereisungsgefahr für den HT- und/oder den NT-Wärmetauscher besteht, werden diese beiden Wärmetauscher parallel betrieben und zugleich werden auch beide zugeordnete Verdampfer (HT, NT-Verdampfer) aktiviert. Da beide Wärmetauscher parallel betrieben werden, ist die Vereisungsgefahr für den einzelnen Wärmetauscher verringert, so dass insgesamt mehr Wärme aus der Luft entnommen werden kann.
– Bei kaltem HT- und/oder NT-Kühlkreislauf, bei dem die Komponenten des HT- und/oder des NT-Kühlkreislauf noch kühl sind, jedoch bereits eine gewisse Abwärme erzeugen, erfolgt bei bestehender Vereisungsgefahr für den HT- und/oder NT-Wärmetauscher eine Aktivierung des HT- und/oder NT-Bypass sowie eine Aktivierung zumindest eines der Verdampfer HT-Verdampfer, NT-Verdampfer oder Hochvoltspeicher-Verdampfer. Bei dieser Variante wird Wärme aus den Kühlkreisläufen entzogen, was unter Umständen zu einer weiteren Abkühlung der Komponenten in den Kreisläufen führen kann, wenn diese keine weitere Wärme erzeugen.

Darüber hinaus besteht die Option eines weiteren Betriebsmodus, bei dem als weitere Wärmequelle weiterhin insbesondere der HT-Wärmetauscher genutzt wird, so dass also Wärme aus der Umgebungsluft an den Kältekreislauf übertragen wird. Dies erfolgt mittelbar über die Aufnahme von Wärme aus der Umgebungsluft in den Kühlkreislauf und von dort über den HT-Verdampfer oder auch den NT-Verdampfer in den Kältekreislauf. Hierdurch wird auch die Umgebung als Wärmequelle erschlossen, ohne dass jedoch eine Luft-Kältemittel-Verdampfer angeordnet ist. Insgesamt ist daher vorzugsweise in keiner Betriebssituation eine direkte Wärmeaufnahme aus der Umgebungsluft in den Kältekreislauf über einen Luft-Kältemittel-Wärmetauscher vorgesehen.
Im Wesentlichen die gleichen Betriebsmodi stehen vorzugsweise auch für einen Reheat-Betrieb zur Verfügung. Im Unterschied zu dem reinen Heizbetrieb ist im Reheat-Betrieb jedoch grundsätzlich der Verdampfer des Kältekreislaufs zugeschaltet. Abgesehen von dem heißen Zustand des HT-Kühlkreislaufs sind zusätzlich zu dem Verdampfer jeweils zumindest noch der HT-Verdampfer und/oder der NT-Verdampfer als Wärmequellen zugeschaltet.
Beim Reheat-Betrieb mit dem zugeschalteten Verdampfer des Kältekreislaufs wird zusätzlich Wärme in den Kältekreislauf eingebracht, die über den Kondensator abgeführt werden muss. Daher ist der Kondensator zur Wärmeabgabe zusätzlich noch an einem der beiden Kühlkreisläufe, vorzugsweise in den NT-Kreislauf anschließbar. Hierunter wird die Möglichkeit der strömungstechnischen Ankoppelung im Fahrbetrieb verstanden, so dass bei Bedarf der Kondensator über Wärmetausch mit der Kühlflüssigkeit Wärme an den NT-Kühlkreislauf abgeben kann.
Im Falle einer überschüssigen Abwärme des Verbrennungsmotors ist im Reheat-Modus eine Trennung des Kondensators vom Heizkreislauf vorgesehen, um in effizienter Weise die Wärme aus dem Kältekreislauf abgeben zu können und nicht für eine zusätzliche Erwärmung zu sorgen.
Für alle anderen Fälle ist der Kondensator in den Heizkreislauf eingebunden, und zwar ist der Kondensator eingangsseitig insbesondere mit dem NT-Kühlkreislauf verbunden und der Heizwärmetauscher des Heizkreislaufs ausgangsseitig ebenfalls mit dem NT-Kühlkreislauf verbunden. Der Heizkreislauf ist daher quasi in Serie in den NT-Kühlkreislauf geschaltet.
In zweckdienlicher Weiterbildung ist für den Reheat-Betrieb ein Mischventil vorgesehen, über das gesteuert werden kann, wie groß der Teilstrom ist, welcher über den Heizkreislauf zur Abfuhr der Wärme aus den Kondensator ausgebildet ist.
Soweit vorliegend von „Zuschalten” oder „Aktivieren” der verschiedenen Komponenten gesprochen wird, so wird hierunter allgemein verstanden, dass die jeweilige Komponente jeweils von der Kühlflüssigkeit bzw. dem Kältemittel durchströmt wird. Dies erfolgt wahlweise oder in Kombination durch eine entsprechende Steuerung von Regel- oder Steuerventilen oder durch Zu- bzw. Abschalten von entsprechenden Umwälzpumpen.
Ausführungsvarianten der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Diese zeigen jeweils in vereinfachten Darstellungen:
1 einen Überblick über einen Kältekreislauf, bei dem mehrere Verdampfer angeordnet sind,
2 ein Schaltungsbild für ein Kühlsystem gemäß einem ersten Betriebsmodus bei aktivem Verbrennungsmotor und deaktivem Elektromotor eines Hybrid-Fahrzeugs,
3 das Kühlsystem gemäß 2 in einem weiteren Betriebsmodus, bei dem der Verbrennungsmotor aus und der Elektromotor an ist,
4 das Kühlsystem gemäß den 2 und 3 in einem Reheat-Betriebsmodus mit Verbrennungsmotor aus und Elektromotor an sowie
5 das Kühlsystem im Reheat-Modus im Betriebsmodus des Verbrennungsmotors aus und des Elektromotors ein.
In den Figuren sind gleichwirkende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Der Kältekreislauf 2 weist einen Verdichter 4, einen Kondensator 6, einen Verdampfer 8 sowie weitere Verdampfer, nämlich einen NT-Verdampfer 10, einen HT-Verdampfer 12 sowie einen Hochvoltspeicher-Verdampfer 13, nachfolgend kurz als HVS-Verdampfer 13 bezeichnet. Der HVS-Verdampfer 13 dient zur Kühlung eines Hochvoltspeichers. Der Kältekreislauf 2 umfasst weiterhin mehrere Expansionsorgane 16, die den jeweiligen Verdampfer 8–13 in Strömungsrichtung eines Kältemittels vorgeschaltet sind. Den Verdampfern 10–13 ist jeweils noch ein Rückschlagventil 18 zugeordnet und weiterhin ist ein Druckregelventil 20 angeordnet, über das unterschiedliche Druckverhältnisse in verschiedenen Teilbereichen des Kältekreislaufs 2 angepasst werden können. Die einzelnen Verdampfer 8 bis 13 sind im Ausführungsbeispiel parallel zueinander angeordnet. Weiterhin ist im Kältekreislauf 2 ein Sammler 21 angeordnet. Die einzelnen Verdampfer 8 bis 13 sind bedarfsweise zuschalt- oder aktivierbar. Dies erfolgt beispielsweise über eine entsprechende Ansteuerung der als steuerbare Regelventile ausgebildeten Expansionsorgane 16.
Der Kältekreislauf 2 weist optional einen weiteren, beispielsweise über hier nicht näher dargestellte Ventile zuschaltbaren Wärmetauscher auf, nämlich einen sogenannten inneren Wärmetauscher 23, welcher als Kältemittel-Kältemittel-Wärmetauscher ausgebildet ist. Dieser dient zum Wärmetausch zwischen dem Kältemittel nach dem Kondensator 6 und dem Kältemittel vor dem Verdichter 4, wie es in 1 dargestellt ist. Hierdurch wird das Kältemittel vor den Verdampfern 10, 12, 13 zusätzlich gekühlt, was zu einer verbesserten Wärmeaufnahme in den Verdampfern 10, 12, 13 führt.
Die in der 1 dargestellten Komponenten, nämlich Kondensator 6, NT-Verdampfer 10 sowie HT-Verdampfer 12 finden sich in den 2 bis 5 wieder, anhand derer nachfolgend verschiedene Betriebsmodi erläutert werden. Deren Einbindung in den Kältekreislauf 2 ist in den 2 bis 5 nicht mehr explizit dargestellt. Sie erfolgt gemäß 1.
Das in den 2 bis 5 dargestellte Kühl- und Heizsystem ist im Ausführungsbeispiel in einem Hybrid-Fahrzeug integriert.
In den 2 bis 5 sind die jeweils aktiven Kühlmittel-Leitungen der verschiedenen Kreisläufe, 24, 34, 44 jeweils durch durchgezogene Linien repräsentiert, wohingegen die in den jeweiligen Betriebsmodus nicht aktiven Strömungspfade durch gestrichelte Linien charakterisiert sind. In allen drei Kreisläufen 24, 34, 44 ist ein üblicherweise wasserbasiertes Kühlmittel enthalten, welches im Kreislauf umgewälzt wird.
Das Heiz- und Kühlsystem umfasst einen HT-Kühlkreislauf 24m, in dem ein HT-Wärmetauscher 22, ein Verbrennungsmotor 26, eine HT-Pumpe 28, der bereits erwähnte HT-Verdampfer 12 sowie ein HT-Bypass 30 zur Umgehung des HT-Wärmetauschers 22 angeordnet sind.
Das Heiz- und Kühlsystem umfasst weiterhin einen NT-Kühlkreislauf 34, in dem als Wärmequelle elektrische Komponenten 36, insbesondere ein elektrischer Antriebsmotor, eine Hochleistungselektronik und/oder eine Hochvoltspeicher eingebunden sind. Weiterhin ist der bereits erwähnte NT-Verdampfer 10, ein NT-Wärmetauscher 32, eine NT-Pumpe 38 sowie ein NT-Bypass 40 ausgebildet. Letzterer dient zur Umgehung des als Kühler ausgebildeten NT-Wärmetauschers 34. Die beiden auch als Kühler zu bezeichnenden Wärmetauscher 22 und 32 sind im Kraftfahrzeug frontseitig in einem Kühlermodul angeordnet und werden im Fahrbetrieb von der Umgebungsluft durchströmt. Dabei ist in Strömungsrichtung der Luft betrachtet der HT-Wärmetauscher 22 hinter dem NT-Wärmetauscher 32 angeordnet. Zur Erhöhung der Kühlleistung kann bei Bedarf ein Ventilator 42 zugeschaltet werden.
Das Heiz- und Kühlsystem weist schließlich einen dritten Kreislauf, nämlich einen Heizkreislauf 44 auf, in den der Kondensator 6, ein Heizwärmetauscher 46, eine Heizpumpe 48 sowie bei Bedarf ein insbesondere elektrischer Zusatzheizer 50 angeordnet sind. Der Heizwärmetauscher 46 ist innerhalb eines Strömungskanals für die Innenraumluft angeordnet und wird im Betrieb von dieser in Richtung der dargestellten Pfeile durchströmt.
Das Heiz- und Kühlsystem weist in allen drei Kreisläufen 24, 34 sowie 44 verschiedene Regel- oder Steuerventile S1 bis S8 auf, wobei das Steuerventil S8 als Mischventil ausgebildet sein kann, wie dies in den 4 und 5 für den Reheat-Modus dargestellt ist. Ergänzend ist ein weiteres Rückschlagventil 52 in einer Verbindung zwischen dem Heizkreislauf 44 und dem Hochtemperatur-Kreislauf 24 angeordnet. 2 zeigt den Betriebsmodus bei eingeschaltetem Verbrennungsmotor, wenn ausreichend Wärme im HT-Kühlkreislauf 24 zur Verfügung steht. In diesem Fall ist der Heizwärmetauscher 46 parallel zum Verbrennungsmotor 26 unmittelbar in den HT-Kühlkreislauf 24 geschaltet. Dies erfolgt durch die Umschaltventile S1 und S5. Die Umwälzung erfolgt mit Hilfe der HT-Pumpe 38. Der Kältekreislauf 2 ist in diesem Fall außer Betrieb, da die Wärme des Verbrennungsmotors 26 ausreicht. Der NT-Kühlkreislauf 34 ist durch Deaktivieren der NT-Pumpe 38 abgeschaltet.
Die 3 zeigt einen Betriebsmodus, bei dem mehrere Wärmequellen zur Innenraumheizung herangezogen werden. Dies ist beispielsweise dann erforderlich, wenn der Verbrennungsmotor 26 aus ist oder nicht ausreichend Abwärme zur Verfügung stellt und gleichzeitig der Elektromotor an ist. Beim Szenario der 3 ist in dem HT-Kühlkreislauf 24 noch Wärme enthalten. Gemäß dem Betriebsmodus nach 3 ist der HT-Verdampfer 12 in den HT-Kühlkreislauf 24 geschaltet. Über das Umschaltventil S2 wird der Kühlmittelstrom ergänzend über den HT-Wärmetauscher 22 geführt. Alternativ hierzu wird vorzugsweise durch Umschalten des Ventils S2 der HT-Bypass 30 für den Kühlmittelstrom verwendet, um keine Wärme an die Umgebung abzugeben. Ergänzend ist auch der NT-Verdampfer 10 in den NT-Kühlkreislauf 34 über das Steuerventil S3 geschaltet und über das Steuerventil S4 wird das Kühlmittel über den NT-Bypass 40 geleitet. Der Kältekreislauf 2 ist aktiv, wobei als Verdampfer sowohl der NT-Verdampfer 10 als auch der HT-Verdampfer 12 Wärme aus diesen beiden Kühlkreisläufen 24, 34 in den Kältekreislauf 2 übertragen. Die Wärme wird von diesem wieder über den Kondensator 6 an den in diesem Betriebsmodus aktiven Heizkreislauf 44 abgegeben. Im Heizkreislauf 44 durchströmt eine Heizflüssigkeit zunächst den Kondensator 6 zur Wärmeaufnahme, anschließend den vorzugsweise deaktiven Zusatzheizer 50, dann den Heizwärmetauscher 46 und wird anschließend über die Ventile S5, S6 wieder dem Kondensator 6 zugeführt. In diesem Betriebsmodus sind daher alle Kreisläufe 24, 34 und 44 aktiv, d. h. das jeweilige Kühlmittel wird umgewälzt.
Die 4 und 5 zeigen bei gleichen bzw. vergleichbaren Betriebssituationen, wie in 2 und 4 dargestellt, ähnliche Betriebsmodi, jedoch für den Reheat-Betrieb. 4 zeigt daher eine Betriebssituation mit aktivem Verbrennungsmotor 26 und inaktivem Elektromotor und 5 die Situation mit inaktivem Verbrennungsmotor und aktivem Elektromotor. In beiden Fällen ist der Kältekreislauf 2 aktiviert und der Verdampfer 8 (vgl. 1) ist zugeschaltet, um eine Entfeuchtung der Innenraumluft zu erreichen. Gleichzeitig wird diese, nachdem sie den Verdampfer 8 durchströmt hat, durch den Heizwärmetauscher 46 geführt und wieder auf die gewünschte Temperatur erhitzt. Der Verdampfer 8 ist daher in Strömungsrichtung der Innenraumluft vor dem Heizwärmetauscher 46 in einem gemeinsamen Strömungskanal angeordnet.
Aufgrund des aktiven Verdampfers 8 muss die über diesen in den Kältekreislauf 2 eingebrachte Wärme wieder über den Kondensator 6 abgeführt werden. Bei aktivem heißen Verbrennungsmotor 26 mit überschüssiger Wärme erfolgt dies nicht über den Heizkreislauf 44. Vielmehr ist der Kondensator 6 über das Schaltventil S7 und das vorzugsweise als Mischventil S8 ausgebildete Ventil direkt in einen Teilstrang 54 des NT-Kühlkreislaufes 34 geschalten. Dieser Teilstrang 54 ist dabei parallel zum NT-Wärmetauscher 32 angeordnet. Überschüssige Wärme des Kältekreislaufs 2 wird daher in diesem Betriebsmodus über den NT-Wärmetauscher 32 an die Umgebung abgegeben. Gleichzeitig ist – ähnlich wie zur 2 für den reinen Heizmodus beschreiben – der Heizwärmetauscher 46 direkt durch die Schaltventile S5 und S1 in den Hochtemperatur-Kühlkreislauf 24 eingebunden. Parallel wird das Kühlmittel im HT-Kühlkreislauf 24 auch über den HT-Wärmetauscher 22 geführt, sofern die Kühlleistung des Heizwärmetauschers 46 zur Kühlung des Kühlmittels nicht ausreichend ist. Die beiden weiteren Verdampfer 10, 12 sind in diesem Betriebsmodus inaktiv. Auch ist der NT-Kühlkreislauf 34 deaktiv, sofern nicht noch eine Rest-Abwärme abgeführt werden muss oder der Elektromotor parallel zum Verbrennungsmotor in Betrieb ist.
Bei der Betriebssituation gemäß 5 mit ausgeschaltetem Verbrennungsmotor 26, der jedoch noch Restwärme hat und eingeschaltetem Elektromotor ist der Heizkreislauf 44 quasi in Serie in den Teilstrang 54 geschaltet. Hierzu wird über das Ventil S7 der Kondensator 6 über eine Abzweigstelle mit dem NT-Kühlkreislauf 34 eingangsseitig verbunden. Vergleichbar zum normalen Heizkreismodus wird die Kühlflüssigkeit im Heizkreislauf 44 in diesem Betriebsmodus über den fakultativ zuschaltbaren Zusatzheizer 50 und anschließend über den Heizwärmetauscher 46 geführt. Im Unterschied zu dem reinen Heizmodus wird nunmehr die Kühlflüssigkeit nach dem Heizwärmetauscher 46 wieder in den NT-Kreislauf 34 mit Hilfe des Ventils S6 zurückgeführt, um die Kühlleistung des zugeschalteten NT-Wärmetauschers 32 bei Bedarf auszunutzen.
Im Ausführungsbeispiel der 5 ist zur Ausnutzung der Restwärme des Verbrennungsmotors 26 der HT-Verdampfer 10 zugeschaltet. Anders als in der 5 dargestellt, kann zur zusätzlichen Ausnutzung der Abwärme der elektrischen Komponenten 36 auch der NT-Verdampfer 10 zugeschaltet sein. Die noch nach dem Durchlauf des Heizwärmetauschers 46 im NT-Kühlmittel enthaltene Wärme kann dadurch über den Kältekreislauf 2 auf ein höheres Temperaturniveau gehoben werden. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn keine oder nicht mehr genügend Restwärme des Verbrennungsmotors 26 zur Verfügung steht. Alternativ zu der gezeigten Situation ist der NT-Bypass 40 aktiviert, so dass keine Wärmeabgabe an die Umgebung erfolgt, sondern vielmehr die Wärme ausschließlich über den Heizkreislauf 44 abgegeben wird. Zur Regulierung der in den Heizkreislauf 44 eingebrachten Wärmemenge ist das Ventil S8 vorzugsweise als ein Mischventil ausgebildet, so dass parallel ein erster Teilstrom über den Heizwärmetauscher 46 und ein zweiter Teilstrom unmittelbar auf direktem Wege in den NT-Kühlkreislauf 34 zurückgeführt wird.
Mit dem in den 2–5 dargestellten grundsätzlichen Schaltungsaufbau der unterschiedlichen Komponenten lassen sich unterschiedlichste Betriebsmodi in Abhängigkeit der aktuellen Bedingungen und in Abhängigkeit der aktuellen Anforderungen bedarfsgerecht zuschalten. Die Steuerung wird hierbei von einer hier nicht näher dargestellten Steuereinheit übernommen.
Die hier beschriebenen verschiedenen Betriebsmodi gelten generell für eine Betriebssituation bei sehr geringen Außentemperaturen von typischerweise unter 0°, insbesondere von unter –10°, was zu einem hohen Heizleistungsbedarf führt.
In der nachfolgenden Tabelle sind nochmals unterschiedliche Betriebsmodi beispielhaft dargestellt, die in effizienter Weis mit der hier beschriebenen Schaltungsanordnung zu verwirklichen sind. Die unterschiedlichen dargestellten Betriebsmodi sind dabei nicht abschließend, es können auch weitere Zwischenkombinationen ausgebildet werden.
In der linken Spalte wird der aktuelle Zustand jeweils beschrieben, wobei „HT heiß” den normalen Betriebszustand mit eingeschaltetem, heißem Verbrennungsmotor 26 mit einem ausreichend hohen Temperaturniveau betrifft. Der Betriebszustand „NT kalt” bedeutet, dass der Elektromotor deaktiv ist. „NT warm” ist typischerweise bei aktivem Elektromotor gegeben. Der Betriebszustand „HT warm” ergibt sich beispielsweise bei deaktivem Verbrennungsmotor 26 oder beim Kaltstart, wenn der Verbrennungsmotor 26 lediglich ein mittleres Temperaturniveau hat. „HT kalt” bedeutet, dass verbrennungsmotorisch keine, oder zumindest keine sinnvoll verwertbare Restabwärme zur Verfügung steht. Hierunter ist auch ein Betriebszustand zu verstehen, bei dem ein Wärmeentzug aus dem HT-Kühlkreislauf 24 nicht mehr gewünscht ist, um eine Auskühlung des Verbrennungsmotors 26 zu vermeiden. Weiterhin ist ein Betriebszustand mit Vereisungsgefahr dargestellt, bei dem beispielhaft beide Kühlkreisläufe 24, 34 (noch) kalt sind. In diesem Fall erfolgt eine Notheizung beispielsweise über den Zusatzheizer 50. Die jeweils zugeschalteten Komponenten sind in der Tabelle mit einem „x” und die deaktiven Komponenten mit einem „–” charakterisiert. Bei einigen Betriebssituationen kann die jeweilige Komponente sowohl aktiv als auf deaktiv sein, was durch das Zeichen „–/x” charakterisiert ist. In der Tabelle ist weiterhin die Verwendung des HT-Wärmetauschers 22 (ggf. auch die des NT-Wärmetauschers 32) als weitere Wärmequelle vorgesehen. In dieser Spalte ist durch „(x)” charakterisiert, dass die Umgebungswärme dann ausgenutzt wird, wenn keine Vereisungsgefahr besteht. In der Spalte „Wärme für Heizwärmetauscher” wird schließlich angegeben, woher der Heizwärmetauscher 46 seine Wärme erhält.
Bezugszeichenliste

2: Kältekreislauf
4: Verdichter
6: Kondensator
8: Verdampfer
10: NT-Verdampfer
12: HT-Verdampfer
13: HVS-Verdampfer
16: Expansionsorgan
18: Rückschlagventil
20: Druckregelventil
21: Sammler
22: HT-Wärmetauscher
23: innerer Wärmetauscher
24: HT-Kühlkreislauf
26: Verbrennungsmotor
28: HT-Pumpe
30: HT-Beipass
32: NT-Wärmetauscher
34: NT-Kühlkreislauf
36: elektrische Komponenten
38: NT-Pumpe
40: NT-Beipass
42: Ventilator
44: Heizkreislauf
46: Heizwärmetauscher
48: Heizpumpe
50: elektrischer Zusatzheizer
52: Rückschlagventil
54: Teilstrang
S1–S8: Steuerventile

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

WO 2011/029538 A1 [0004, 0006]
DE 10123830 A1 [0005, 0016]
DE 102011109055 A1 [0006]

Claims

Kühl- und Heizsystem für ein Elektro- oder Hybrid-Fahrzeug, – mit einem Kältekreislauf (2) umfassend einen Kondensator (6) und einen Verdampfer (8), – mit einem NT-Kühlkreislauf (34), in dem zu kühlende elektrische Komponenten (36) eines elektrischen Fahrantriebs eingebunden sind und der einen kühlerseitigen NT-Wärmetauscher (32) aufweist, – mit einem zusätzlichen HT-Kühlkreislauf im Falle eines zusätzlichen Verbrennungsmotors (26), wobei dieser Verbrennungsmotor (26) in den HT-Kühlkreislauf (24) eingebunden ist und der HT-Wärmekreislauf (24) einen kühlerseitigen HT-Wärmetauscher (22) aufweist, – mit einem Heizwärmetauscher (46) zur Beheizung des Fahrgastinnenraums, der zur Wärmeaufnahme wahlweise mit dem Kondensator (6) über einen Heizkreislauf (44) oder mit dem HT-Kühlkreislauf (24) verbindbar ist, – wobei im NT-Kühlkreislauf (34) als auch im HT-Kühlkreislauf (24) zusätzlich jeweils ein Wärmetauscher zuschaltbar angeordnet ist, die als NT-Verdampfer (10) bzw. als HT-Verdampfer (12) im Kältekreislauf (2) eingebunden sind.
Kühl- und Heizsystem nach Anspruch 1, bei dem der HT-Wärmetauscher (22) und der NT-Wärmetauscher (32) jeweils über einen Bypass (38, 40) abschaltbar sind.
Kühl- und Heizsystem nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Kondensator (6) ausschließlich flüssigkeitsgekühlt ist.
Kühl- und Heizsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem im Kältekreislauf (2) ausschließlich Verdampfer (8, 10, 12, 13) eingesetzt sind, die Wärme aus dem Fahrzeug selbst aufnehmen können.
Kühl- und Heizsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der HT-Wärmetauscher (22) und/oder der NT-Wärmetauscher (32) zusätzlich als Wärmequelle für den Kältekreislauf (2) zuschaltbar sind.
Kühl- und Heizsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der NT-Wärmetauscher (32) von Umgebungsluft durchströmbar ist und in Strömungsrichtung vor dem HT-Wärmetauscher (22) angeordnet ist und dieser als Wärmequelle zuschaltbar ist.
Kühl- und Heizsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem in den Heizkreislauf (44) ein Zusatzheizer (50) geschalten ist.
Kühl- und Heizsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem in den NT-Kühlkreislauf (32) ein Zusatzheizer (50) geschaltet ist
Kühl- und Heizsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem auf einen Zusatzheizer verzichtet ist.
Kühl- und Heizsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem für einen Heizbetrieb zur Erwärmung eines Fahrgastinnenraums der Verdampfer (8) abgeschaltet ist und zugleich der Kältekreislauf (2) aktiv ist mit dem HT-Verdampfer (12) und/oder dem NT-Verdampfer (10) und/oder einem Hochvoltspeicher-Verdampfer (13) als Verdampfer.
Kühl- und Heizsystem nach Anspruch 10, bei dem für den Heizbetrieb nachfolgende Betriebsmodi zur Verfügung stehen: – bei überschüssiger Abwärme des Verbrennungsmotors (26) mit einem ausreichend hohen Temperaturniveau für eine direkte Beheizung erfolgt eine Zuschaltung des Heizwärmetauscher (46) ausschließlich über den HT-Kühlkreislauf (24) – bei einem für die direkte Nutzung nicht ausreichenden Temperaturniveau der Abwärme des Verbrennungsmotors (26) erfolgt eine Zuschaltung des HT-Verdampfers (12) und Einbindung des Kondensators (6) in den Heizkreislauf (44), wobei in Abhängigkeit der Kühlleistung des HT-Verdampfers für den HT-Kühlkreislauf (24) wahlweise der HT-Wärmetauscher (22) zugeschaltet oder über einen HT-Bypass (30) abgeschaltet ist – bei Abwärme der elektrischen Komponenten erfolgt eine Zuschaltung des NT-Verdampfers (10) und Einbindung des Kondensators (6) in den Heizkreislauf (44), wobei in Abhängigkeit der Kühlleistung des NT-Verdampfers (10) für den NT-Kühlkreislauf (34) wahlweise der NT-Wärmetauscher (32) zugeschaltet oder über einen NT-Bypass (40) abgeschaltet ist – bei bestehender Vereisungsgefahr des HT- und/oder NT-Wärmetauscher (22, 32) erfolgt zur Reduzierung der Vereisungsgefahr eine Zuschaltung sowohl des HT- als auch des NT-Wärmetauschers (22, 32) und zugleich Aktivierung sowohl des HT- als auch des NT-Verdampfers (10, 12) – bei kaltem HT- und/oder NT-Kühlkreislauf (24, 34) und bestehender Vereisungsgefahr für den HT- und/oder NT-Wärmetauscher (22, 32) erfolgt eine Aktivierung des HT- und/oder NT-Bypass (30, 40) sowie eine Aktivierung zumindest eines der Verdampfer HT-, NT- oder Hochvoltspeicher-Verdampfer 10, (12, 13).
Kühl- und Heizsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem für einen Reheat-Betrieb zur Entfeuchtung und Erwärmung des Fahrgastinnenraums der Kältekreislauf (2) aktiv und der Verdampfer (8) sowie der HT-Verdampfer (12) und/oder der NT-Verdampfer (10) zugeschaltet sind und der Kondensator (6) zur Wärmeabgabe in den HT-Kühlreislauf (24) oder NT-Kühlreislauf (34) eingebunden ist.
Kühl- und Heizsystem nach Anspruch 12, bei dem für den Reheat-Betrieb nachfolgende Betriebsmodi zur Verfügung stehen: – bei überschüssiger Abwärme des Verbrennungsmotors (26) mit einem ausreichend hohen Temperaturniveau für eine direkte Beheizung erfolgt eine Zuschaltung des Heizwärmetauscher (46) über den HT-Kühlkreislauf (24) und gleichzeitig Trennung des Kondensators (6) vom Heizkreislauf (44) – bei einem für die direkte Nutzung nicht ausreichenden Temperaturniveau der Abwärme des Verbrennungsmotors (26) erfolgt eine Zuschaltung des HT-Verdampfers (12) und Einbindung des Kondensators (6) in den Heizkreislauf (44), wobei in Abhängigkeit der Kühlleistung des HT-Verdampfers (12) für den HT-Kühlkreislauf (24) wahlweise der HT-Wärmetauscher (22) zugeschaltet oder über einen HT-Bypass (30) abgeschaltet ist – bei Abwärme der elektrischen Komponenten erfolgt eine Zuschaltung des NT-Verdampfers (10) und Einbindung des Kondensators (6) in den Heizkreislauf (44), wobei in Abhängigkeit der Kühlleistung des NT-Verdampfers (10) für den NT-Kühlkreislauf (34) wahlweise der NT-Wärmetauscher (32) zugeschaltet oder über einen NT-Bypass (40) abgeschaltet ist – bei bestehender Vereisungsgefahr des HT- und/oder NT-Wärmetauschers (22, 32) erfolgt zur Reduzierung der Vereisungsgefahr eine Zuschaltung sowohl des HT- als auch des NT-Wärmetauschers (22, 32) und zugleich Aktivierung sowohl des HT- als auch des NT-Verdampfers (10, 12) – bei kaltem HT- und/oder NT-Kühlkreislauf (24, 34) und bestehender Vereisungsgefahr für den HT- und/oder NT-Wärmetauscher (22, 32) erfolgt eine Aktivierung des HT- und/oder NT-Bypass (30, 40) sowie eine Aktivierung zumindest eines der Verdampfer HT-, NT- oder Hochvoltspeicher-Verdampfer 10, (12, 13). – bei Einbindung des Kondensators (6) in den Heizkreislauf (44) ist der Kondensator (6) eingangsseitig und der Heizwärmetauscher (46) ausgangsseitig mit dem HT- oder NT-Kühlreislauf (24, 34) verbunden
Kühl- und Heizsystem nach Anspruch 12 oder 13, bei dem für den Reheat-Betrieb ein Mischventil (S8) zur Steuerung eines Teilstroms des HT- bzw. NT-Kühlkreislaufs (24, 34) in den Heizkreislauf (44) angeordnet ist.
Verfahren zum Betreiben eines Kühl- und Heizsystem für ein Elektro- oder Hybrid-Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem Wärme aus dem HT-Kühlkreis (24) und/oder dem NT-Kühlkreis (34) über den HT-Verdampfer (12) bzw. den NT-Verdampfer (10) in den Kältekreislauf (2) übertragen wird und die Wärme über den Kondensator (6) über einen Heizkreislauf (44) an einen Heizwärmetauscher (46) zum Erwärmen des Fahrgastinnenraums abgegeben wird.