DE102014103909A1 - Kühlkreislauf für ein Kraftfahrzeug sowie Verwendung einer elektrisch nichtleitenden Kühlflüssigkeit - Google Patents

Kühlkreislauf für ein Kraftfahrzeug sowie Verwendung einer elektrisch nichtleitenden Kühlflüssigkeit Download PDF

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Abstract

Kühlkreislauf für ein Kraftfahrzeug mit einem Motorkühlabschnitt (16) zum Kühlen eines Kraftfahrzeugmotors, einem Batteriekühlabschnitt (14) zum Kühlen einer Kraftfahrzeugbatterie und einer sowohl den Motorkühlabschnitt (16) als auch den Batteriekühlabschnitt (14) durchströmenden Kühlflüssigkeit, wobei die Kühlflüssigkeit elektrisch isolierend ist und mit elektrischen Kontaktflächen der Kraftfahrzeugbatterie in direktem Kontakt steht. Durch die Verwendung der Kühlflüssigkeit sowohl zum Kühlen des Kraftfahrzeugmotors als auch zur direkten Kühlung von elektrischen Kontakten der Kraftfahrzeugbatterie in einem gemeinsamen Kühlkreislauf (10) ist mit einem geringen apparativen Aufwand eine gute Deckung des Kühlungsbedarfs eines Kraftfahrzeugs ermöglicht.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Kühlkreislauf für ein Kraftfahrzeug sowie eine Verwendung einer elektrisch nichtleitenden Kühlflüssigkeit, mit deren Hilfe ein Kraftfahrzeugmotor eines Kraftfahrzeugs gekühlt werden kann.
  • Aus WO 95/07323 A1 ist eine im Wesentlichen wasserlose synthetische Kühlflüssigkeit bekannt, die zum Kühlen eines Kraftfahrzeugmotors eingesetzt werden kann und aufgrund des sehr geringen Wasseranteils von unter 0,5 Gew.% eine geringe Korrosion der metallischen Komponenten in einem Kühlkreislauf ermöglicht.
  • Es besteht ein ständiges Bedürfnis den Kühlungsbedarf eines Kraftfahrzeugs mit möglichst geringem apparativem Aufwand zu decken.
  • Es ist die Aufgabe der Erfindung Maßnahmen aufzuzeigen, die mit einem geringen apparativen Aufwand eine gute Deckung des Kühlungsbedarfs eines Kraftfahrzeugs ermöglichen.
  • Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch einen Kühlkreislauf mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eine Verwendung mit den Merkmalen des Anspruchs 8. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben, die jeweils einzeln oder in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können.
  • Erfindungsgemäß ist ein Kühlkreislauf für ein Kraftfahrzeug vorgesehen mit einem Motorkühlabschnitt zum Kühlen eines Kraftfahrzeugmotors, einem Batteriekühlabschnitt zum Kühlen einer Kraftfahrzeugbatterie und einer sowohl den Motorkühlabschnitt als auch den Batteriekühlabschnitt durchströmenden Kühlflüssigkeit, wobei die Kühlflüssigkeit elektrisch isolierend ist und mit elektrischen Kontaktflächen der Kraftfahrzeugbatterie in direktem Kontakt steht.
  • Da die Kühlflüssigkeit elektrisch isolierend ist kann ein Kurzschluss der elektrischen Kontakte der Kraftfahrzeugbatterie über die Kühlflüssigkeit vermieden werden. Dies ermöglicht es die elektrischen Kontakte mit der Kühlflüssigkeit direkt zu umspülen, so dass eine besonders hohe Wärmeübertragungsleistung zwischen der Kraftfahrzeugbatterie und der Kühlflüssigkeit erreicht werden kann. Ein zwischengeschaltetes Medium oder ein Luftspalt zwischen den elektrischen Kontakten der Kraftfahrzeugbatterie und der Kühlflüssigkeit kann dadurch vermieden werden, so dass eine entsprechend hohe Kühlleistung erreicht werden kann. Zusätzlich kann die Kühlung der Kraftfahrzeugbatterie sowie die Kühlung des Kraftfahrzeugmotors durch einen gemeinsamen Kühlkreislauf erreicht werden. Dadurch ist es möglich nur einen einzigen gemeinsamen Kühlkreislauf zum Kühlen sowohl des Kraftfahrzeugmotors als auch der Kraftfahrzeugbatterie vorzusehen. Dadurch kann der apparative Aufwand für die Kühlung des Kraftfahrzeugmotors und der Kraftfahrzeugbatterie reduziert werden. Im Vergleich zu zwei separaten Kühlkreisläufen für den Kraftfahrzeugmotor und die Kraftfahrzeugbatterie kann beispielsweise eine gemeinsame Förderpumpe und/oder ein gemeinsamer Wärmetauscher und/oder ein gemeinsamer Kondensator oder ähnliches verwendet werden, so dass die Anzahl der Apparatekomponenten reduziert werden kann. Durch die Verwendung der Kühlflüssigkeit sowohl zum Kühlen des Kraftfahrzeugmotors als auch zur direkten Kühlung von elektrischen Kontakten der Kraftfahrzeugbatterie in einem gemeinsamen Kühlkreislauf ist mit einem geringen apparativen Aufwand eine gute Deckung des Kühlungsbedarfs eines Kraftfahrzeugs ermöglicht.
  • Der Motorkühlabschnitt kann insbesondere Kühlleitungen aufweisen, die durch den Kraftfahrzeugmotor hindurchgeführt sind. Beispielsweise kann der Motorkühlabschnitt einen Verbrennungszylinder des Kraftfahrzeugmotors zumindest teilweise umgebene Kühlmantel aufweisen, der zur Abfuhr eines Teils der bei der Verbrennung im Verbrennungszylinder entstehenden Wärme von der Kühlflüssigkeit durchströmt werden kann. Der Batteriekühlabschnitt kann insbesondere eine mit der Kraftfahrzeugbatterie verbundenen Abdeckung aufweisen, so dass die Kühlflüssigkeit zwischen der Abdeckung und der Kraftfahrzeugbatterie an der von der Abdeckung abgedeckten Oberfläche der Kraftfahrzeugbatterie entlang strömen kann und hierbei auch die elektrischen Kontaktfläche, insbesondere die Pole einzelner Batteriezellen, direkt umströmen kann. Der Motorkühlabschnitt und der Batteriekühlabschnitt können über eine Verbindungsleitung zur Durchfuhr der Kühlflüssigkeit miteinander verbunden sein. In dem Kühlkreislauf ist insbesondere eine Förderpumpe, insbesondere eine einzige Förderpumpe, zum Fördern der Kühlflüssigkeit vorgesehen. Falls die Kühlflüssigkeit einen Phasenwechsel erfahren soll und insbesondere für eine entsprechend hohe Kühlleistung verdampfen soll, kann der Kühlkreislauf mindestens einen Kondensator, vorzugsweise genau einen Kondensator, zum Verflüssigen gasförmiger Kühlflüssigkeit aufweisen. Eine geeignete Kühlflüssigkeit ist beispielsweise in WO 95/07323 A1 beschrieben, auf deren Inhalt hiermit als Teil der Erfindung Bezug genommen wird.
  • Insbesondere sind der Motorkühlabschnitt und der Batteriekühlabschnitt in Strömungsrichtung der Kühlflüssigkeit in Reihe geschaltet. Dadurch kann die Kühlflüssigkeit nacheinander den Motorkühlabschnitt und den Batteriekühlabschnitt durchströmen. Eine Aufzweigung des Massenstroms der Kühlflüssigkeit in zwei parallele Strömungsabschnitte ist dadurch vermieden. Dadurch steht der gesamte Massenstrom der Kühlflüssigkeit und damit die gesamte Wärmekapazität der Kühlflüssigkeit für die Kühlung des Kraftfahrzeugmotors und der Kraftfahrzeugbatterie zur Verfügung. Für eine Erwärmung der Kühlflüssigkeit auf eine höhere Temperatur wird dadurch eine entsprechend höhere Wärmemenge benötigt. Hierbei wird insbesondere die Erkenntnis ausgenutzt, dass bei einem Hybridfahrzeug, bei dem die Kraftfahrzeugbatterie als Traktionsbatterie zum rein elektrischen Antrieb des Kraftfahrzeugs ausgestaltet ist, in den meisten Betriebszuständen entweder nur rein elektrisch oder nur rein motorisch gefahren wird, so dass abzuführende zusätzliche Wärme in der Regel entweder nur beim Kraftfahrzeugmotor oder nur bei der Kraftfahrzeugbatterie auftritt. Eine zu starke Erwärmung der Kühlflüssigkeit ist daher grundsätzlich nicht zu erwarten.
  • Vorzugsweise ist in Strömungsrichtung der Kühlflüssigkeit entweder zwischen dem Motorkühlabschnitt und dem Batteriekühlabschnitt oder zwischen dem Batteriekühlabschnitt und dem Motorkühlabschnitt mindestens eine Kühleinrichtung, insbesondere ein Wärmetauscher, zum Kühlen der Kühlflüssigkeit vorgesehen. Dadurch ist nur an einer Stelle im Kühlkreislauf die Kühleinrichtung vorgesehen, die eine Erwärmung der Kühlflüssigkeit beim Kühlen des Kraftfahrzeugmotors und der Kraftfahrzeugbatterie kompensieren kann. Der apparative Aufwand zur Ausbildung des Kühlkreislaufs ist dadurch besonders gering. Die Kühleinrichtung ist insbesondere durch einen luftumströmten Frontkühler des Kraftfahrzeugs ausgebildet.
  • Besonders bevorzugt ist als Kühlflüssigkeit eine wasserlose Kühlflüssigkeit mit einem Wassergehalt von ≤ 0,5 Gew.% vorgesehen. Durch den geringen Wassergehalt ist eine geringe Korrosion der metallischen Komponenten in einem Kühlkreislauf ermöglicht. Beispielsweise kann eine Korrosion eines Wärmetauschers und/oder eine Korrosion der elektrischen Kontaktflächen der Kraftfahrzeugbatterie vermieden oder zumindest deutlich reduziert werden. Ferner kann ein sich durch Korrosion vergrößernder Wärmeübergangswiderstand vermieden werden, so dass eine hohe Kühlleistung über die Lebensdauer des Kraftfahrzeugs beibehalten werden kann.
  • Insbesondere weist die Kühlflüssigkeit eine elektrische Leitfähigkeit σ von 0 S/m ≤ σ ≤ 10–2 S/m, insbesondere 10–11 S/m ≤ σ ≤ 10–4 S/m, vorzugsweise 10–10 S/m ≤ σ ≤ 10–6 S/m und besonders bevorzugt 10–9 S/m ≤ σ ≤ 10–8 S/m auf. Eine geeignete Kühlflüssigkeit ist beispielsweise eine Mischung aus 50 Gew.% Glykol und 50 Gew.% demineralisiertes Wasser, insbesondere Reinstwasser, mit einer elektrischen Leitfähigkeit von ca. σ = 3,25 10–3 S/m und/oder das synthetische Kühlmittel „EVS-MBN-03“ von Evans Cooling Systems UK mit einer elektrischen Leitfähigkeit von ca. σ = 5 10–4 S/m. Bei einer derartigen elektrischen Leitfähigkeit tritt ein signifikanter Kurzschlussstrom zwischen den elektrischen Kontaktflächen der Kraftfahrzeugbatterie nicht auf. Stattdessen wirkt die Kühlflüssigkeit zwischen den elektrischen Kontaktflächen als Isolator und/oder Dielektrikum.
  • Vorzugsweise ist die Kraftfahrzeugbatterie als eine Traktionsbatterie zum rein elektrischen Antrieb des Kraftfahrzeugs ausgestaltet, wobei die Traktionsbatterie insbesondere eine Vielzahl von Batteriezellen mit jeweils einem von der Kühlflüssigkeit umströmbaren Paar elektrischer Kontaktflächen aufweist. Hierbei wird insbesondere die Erkenntnis ausgenutzt, dass bei einem Hybridfahrzeug in den meisten Betriebszuständen entweder nur rein elektrisch oder nur rein motorisch gefahren wird, so dass abzuführende zusätzliche Wärme in der Regel entweder nur beim Kraftfahrzeugmotor oder nur bei der Kraftfahrzeugbatterie auftritt. Eine zu starke Erwärmung der Kühlflüssigkeit ist daher grundsätzlich nicht zu erwarten. Zudem weist die Traktionsbatterie eine Vielzahl von zu kühlenden Batteriezellen auf, die über die Kühlung der elektrischen Kontaktflächen, die insbesondere tief in die Batteriezelle hineinragen und einen hohen Wärmeleitungskoeffizienten aufweisen, gut gekühlt werden können.
  • Die Erfindung betrifft ferner eine Verwendung einer elektrisch nichtleitenden Kühlflüssigkeit, insbesondere in einem Kühlkreislauf, der wie vorstehend beschrieben aus- und weitergebildet sein kann, sowohl zum Kühlen eines Kraftfahrzeugmotors als auch zum Kühlen einer Kraftfahrzeugbatterie, wobei die Kühlflüssigkeit mit elektrischen Kontaktflächen der Kraftfahrzeugbatterie in direktem Kontakt steht. Eine geeignete Kühlflüssigkeit ist beispielsweise in WO 95/07323 A1 beschrieben, auf deren Inhalt hiermit als Teil der Erfindung Bezug genommen wird. Durch die Verwendung der Kühlflüssigkeit sowohl zum Kühlen des Kraftfahrzeugmotors als auch zur direkten Kühlung von elektrischen Kontakten der Kraftfahrzeugbatterie in einem gemeinsamen Kühlkreislauf ist mit einem geringen apparativen Aufwand eine gute Deckung des Kühlungsbedarfs eines Kraftfahrzeugs ermöglicht.
  • Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigt:
  • 1: eine schematische Prinzipdarstellung eines Kühlkreislaufs.
  • Der in 1 dargestellte Kühlkreislauf 10 weist eine Förderpumpe 12 auf, die eine elektrisch nichtleitende Kühlflüssigkeit zunächst in einen Batteriekühlabschnitt 14 pumpt, wo die Kühlflüssigkeit elektrische Kontakte einer insbesondere als Traktionsbatterie für ein Hybrid-Fahrzeug ausgestalteten Kraftfahrzeugbatterie zu Kühlungszwecken umströmen kann. Danach gelangt die Kühlflüssigkeit in einen Motorkühlabschnitt 16, wo die Kühlflüssigkeit insbesondere in Verbrennungszylindern entstehende Verbrennungswärme aufnehmen kann. Nachfolgend strömt die Kühlflüssigkeit in einen insbesondere durch einen Frontkühler ausgebildeten Wärmetauscher 18, in dem die Kühlflüssigkeit insbesondere auf ihre vorherige Betriebstemperatur in der Förderpumpe 12 herunter gekühlt wird. Zur Kühlung der Kraftfahrzeugbatterie und des Kraftfahrzeugmotors ist nur ein Kühlkreislauf 10, der insbesondere nur eine einzige Förderpumpe 12 und/oder nur einen einzigen Wärmetauscher 18 aufweist, und ein gemeinsames Kühlmittel erforderlich.
  • 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 95/07323 A1 [0002, 0008, 0014]

Claims (7)

  1. Kühlkreislauf für ein Kraftfahrzeug mit einem Motorkühlabschnitt (16) zum Kühlen eines Kraftfahrzeugmotors, einem Batteriekühlabschnitt (14) zum Kühlen einer Kraftfahrzeugbatterie und einer sowohl den Motorkühlabschnitt (16) als auch den Batteriekühlabschnitt (14) durchströmenden Kühlflüssigkeit, wobei die Kühlflüssigkeit elektrisch isolierend ist und mit elektrischen Kontaktflächen der Kraftfahrzeugbatterie in direktem Kontakt steht.
  2. Kühlkreislauf nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Motorkühlabschnitt (16) und der Batteriekühlabschnitt (14) in Strömungsrichtung der Kühlflüssigkeit in Reihe geschaltet sind.
  3. Kühlkreislauf nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass in Strömungsrichtung der Kühlflüssigkeit entweder zwischen dem Motorkühlabschnitt (16) und dem Batteriekühlabschnitt (14) oder zwischen dem Batteriekühlabschnitt (14) und dem Motorkühlabschnitt (16) mindestens eine Kühleinrichtung, insbesondere ein Wärmetauscher (18), zum Kühlen der Kühlflüssigkeit vorgesehen ist.
  4. Kühlkreislauf nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass als Kühlflüssigkeit eine wasserlose Kühlflüssigkeit mit einem Wassergehalt von ≤ 0,5 Gew.% vorgesehen ist.
  5. Kühlkreislauf nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlflüssigkeit eine elektrische Leitfähigkeit σ von 0 S/m ≤ σ ≤ 10–2 S/m, insbesondere 10–11 S/m ≤ σ ≤ 10–4 S/m, vorzugsweise 10–10 S/m ≤ σ ≤ 10–6 S/m und besonders bevorzugt 10–9 S/m ≤ σ ≤ 10–8 S/m aufweist.
  6. Kühlkreislauf nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftfahrzeugbatterie als eine Traktionsbatterie zum rein elektrischen Antrieb des Kraftfahrzeugs ausgestaltet ist, wobei die Traktionsbatterie insbesondere eine Vielzahl von Batteriezellen mit jeweils einem von der Kühlflüssigkeit umströmbaren Paar elektrischer Kontaktflächen aufweist.
  7. Verwendung einer elektrisch nichtleitenden Kühlflüssigkeit, insbesondere in einem Kühlkreislauf (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, sowohl zum Kühlen eines Kraftfahrzeugmotors als auch zum Kühlen einer Kraftfahrzeugbatterie, wobei die Kühlflüssigkeit mit elektrischen Kontaktflächen der Kraftfahrzeugbatterie in direktem Kontakt steht.
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