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Die Erfindung betrifft eine Kühleinrichtung für ein Elektrofahrzeug, das wenigstens einen wiederaufladbaren elektrischen Speicher und mindestens eine elektrische Antriebseinrichtung aufweist, wobei die Kühleinrichtung mindestens zwei Kühlkreise und mindestens zwei Wärmetauscher aufweist.
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Ferner betrifft die Erfindung ein Elektrofahrzeug mit einer entsprechenden Kühleinrichtung.
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Stand der Technik
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Kühleinrichtungen und Elektrofahrzeuge der Eingangs genannten Art sind bekannt. Aktuelle Kühlkonzepte sehen vor, dass mehrere Kühlkreisläufe beziehungsweise Kühlkreise vorgesehen sind, wobei jedem der Kühlkreisläufe jeweils ein Umgebungsluft/Flüssigkeit-Wärmetauscher zugeordnet ist. Das bedeutet, dass für den elektrischen Speicher ein Wärmetauscher zur Verfügung gestellt wird, und für die Antriebseinrichtung ein weiterer Wärmetauscher, die jeweils die erzeugte Wärme an die Umgebungsluft des Elektrofahrzeugs, also nach Außen abführen.
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Offenbarung der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Kühleinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass sie bei gleichbleibender Leistung und Einstellbarkeit weniger Bauraum beansprucht. Erfindungsgemäß ist hierzu vorgesehen, dass nur einer der Wärmetauscher, der einem ersten Kühlkreis zugeordnet ist, als Umgebungsluft/Flüssigkeit-Wärmetauscher ausgebildet ist, und dass mindestens ein anderer der Wärmetauscher als Flüssigkeit/Flüssigkeit-Wärmetauscher ausgebildet ist, der dem ersten Kühlkreis einerseits und einem zweiten Kühlkreis andererseits zugeordnet ist. Der zweite Kühlkreis wird somit an den ersten Kühlkreis durch eine Flüssigkeit/Flüssigkeit-Wärmetauscher angekoppelt. Ein Austausch von Wärme zu Umgebungsluft findet somit nur in dem beziehungsweise durch den ersten Kühlkreis statt. Der zweite Kühlkreis lässt sich somit auch über den ersten Kühlkreis temperieren. Durch eine entsprechende Zuordnung der Kühlkreise zu unterschiedlichen Komponenten lässt sich dadurch eine einfache und vorteilhafte Kühlung gewährleisten.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der erste Kühlkreis ein Niedertemperaturkühlkreis und der zweite Kühlkreis ein Hochtemperaturkühlkreis ist. Damit ist der erste Kühlkreis also den Komponenten des Elektrofahrzeugs zuordenbar beziehungsweise zugeordnet, die eine niedrigere Temperatur aufweisen, als die Komponenten, denen der zweite Kühlkreis zugeordnet ist.
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Ferner ist bevorzugt vorgesehen, dass der erste Kühlkreis dem Energiespeicher zugeordnet ist, und der zweite Kühlkreis der elektrischen Antriebseinrichtung. Hierdurch ergibt sich die Ausbildung des ersten Kühlkreises als Niedertemperaturkühlkreis und des zweiten Kühlkreises als Hochtemperaturkühlkreis. Die von der elektrischen Antriebseinrichtung erzeugte Wärme wird durch den Flüssigkeit/Flüssigkeit-Wärmetauscher an den ersten Kühlkreis abgegeben werden, welcher wiederum die hierdurch aufgenommene Wärme sowie insbesondere die durch den Energiespeicher abgegebene Wärme an die Umgebungsluft abgibt.
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Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass ein dritter Kühlkreis und ein zweiter Flüssigkeit/Flüssigkeit-Wärmetauscher vorgesehen sind, wobei der zweite Flüssigkeit/Flüssigkeit-Wärmetauscher dem ersten Kühlkreis einerseits und einem dritten Kühlkreis andererseits zugeordnet ist. Hierdurch wird also ein dritter Kühlkreis an den ersten Kühlkreis durch einen Flüssigkeit/Flüssigkeit-Wärmetauscher angebunden. Der dritte Kühlkreis ist entsprechend ebenfalls ein Kühlkreis, der für höhere Temperaturen als der erste Kühlkreis vorgesehen ist.
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Vorzugsweise ist der dritte Kühlkreis dabei einer zweiten elektrischen Antriebseinrichtung zugeordnet. Der zweite und der dritte Kühlkreislauf sind dabei bevorzugt einer elektrischen Maschine und/oder einer Leistungselektronik der jeweiligen elektrischen Antriebseinrichtung zugeordnet. Die Kühleinrichtung kann auf die beschriebene Art und Weise um beliebig viele weitere Kühlkreise ergänzt werden, die durch einen Flüssigkeit/Flüssigkeit-Wärmetauscher mit dem ersten Kühlkreis verbunden sind. Es ist also auch denkbar, noch einen vierten oder einen fünften Kühlkreis an den ersten Kühlkreis, jeweils durch einen Flüssigkeit/Flüssigkeit-Wärmetauscher anzubinden. Die maximal mögliche Anzahl der über jeweils einen Flüssigkeit/Flüssigkeit-Wärmetauscher an den ersten Kühlkreis angeschlossenen weiteren Kühlkreise ergibt sich insbesondere aus der durch die jeweiligen Kühlkreise in den ersten Kühlkreis eingebrachte Wärmeenergie, die einen vorgebbaren Grenzwert nicht überschreiten sollte, um die Funktionsfähigkeit der Kühleinrichtung insgesamt zu gewährleisten.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass dem ersten Kühlkreislauf wenigstens eine ansteuerbare Heizeinrichtung zugeordnet ist. Mittels der Heizeinrichtung lässt sich der erste Kühlkreislauf temperieren. Dadurch lässt sich die Konditionierung des Kühlwassers beziehungsweise des Kühlmediums in dem ersten Kühlkreis verbessern.
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Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass dem jeweiligen Kühlkreis jeweils eine Flüssigkeitspumpe zugeordnet ist. Dadurch lassen sich die unterschiedlichen Kühlkreise individuell betreiben. Insbesondere ist es möglich, beispielsweise durch Deaktivieren der Flüssigkeitspumpe des zweiten oder des dritten Kühlkreises, diese von dem ersten Kühlkreis abzukoppeln, wodurch sich die Kühleinrichtung insgesamt an unterschiedliche Situationen anpassen lässt.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass zum ersten Kühlkreis ein Innenluft/Flüssigkeit-Wärmetauscher zugeordnet ist, der zur Klimatisierung des Innenraums des Fahrzeugs dient. Hierdurch lässt sich eine Klimatisierung eines Fahrgastraums des Fahrzeugs auf einfache Art und Weise realisieren.
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Das erfindungsgemäße Elektrofahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 9 zeichnet sich durch die erfindungsgemäße Kühleinrichtung aus. Es ergeben sich hierdurch die zuvor bereits genannten Vorteile.
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Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Dazu zeigen:
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1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Kühleinrichtung eines Elektrofahrzeugs,
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2 ein zweites Ausführungsbeispiel der Kühleinrichtung,
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3 ein drittes Ausführungsbeispiel der Kühleinrichtung und
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4 ein viertes Ausführungsbeispiel der Kühleinrichtung, jeweils in einer vereinfachten Darstellung.
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1 zeigt in einer vereinfachten Darstellung eine Kühleinrichtung 1 für ein hier nicht näher dargestelltes Elektrofahrzeug 2. Das Elektrofahrzeug 2 weist eine elektrische Antriebseinrichtung 3 sowie einen wiederaufladbaren elektrischen Speicher 4 auf. Die Kühleinrichtung 1 ist dem Speicher 4 und der Antriebseinrichtung 3 zu deren Kühlung zugeordnet. Dazu weist die Kühleinrichtung 1 einen ersten Kühlkreis 5 und einen zweiten Kühlkreis 6, jeweils für ein flüssiges Kühlmedium, insbesondere Kühlwasser, auf. Der erste Kühlkreis 5 ist dabei dem Speicher 4 zugeordnet, so dass von dem Speicher 4 erzeugte Wärme in das Kühlmedium des ersten Kühlkreises 5 abgeführt wird. Der erste Kühlkreis 5 weist weiterhin einen Umgebungsluft/Flüssigkeit-Wärmetauscher 7 auf, dem in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Ventilator 8 zugeordnet ist, der dazu dient, Umgebungsluft durch den Umgebungsluft/Flüssigkeit-Wärmetauscher 7 hindurch zu treiben, auch wenn sich das Elektrofahrzeug 2 im Stillstand befindet. Dadurch kann die von der in dem Kühlkreis 5 aufgenommene Wärme an die Umgebung des Elektrofahrzeugs 2 nach außen abgegeben werden. Durch den ersten Kühlkreis 5 wird somit der elektrische Speicher 4 gekühlt. Zweckmäßigerweise ist in dem Kühlkreis 5 außerdem eine Flüssigkeitspumpe 9 integriert, mittels welcher das flüssige Kühlmedium durch den Kühlkreis 5 förderbar ist. Zweckmäßigerweise ist dem Kreislauf 5 auch ein Ausgleichsbehälter 10 zum Kompensieren von Druck- beziehungsweise Volumenschwankungen in dem Kühlkreis 5 zugeordnet.
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Der zweite Kühlkreis 6 ist der elektrischen Antriebseinrichtung 3 zugeordnet, um diese zu kühlen. Dabei weist die elektrische Antriebseinrichtung 3 insbesondere wenigstens eine elektrische Maschine und eine Leistungselektronik zum Ansteuern der elektrischen Maschine auf. Bei der Leistungselektronik handelt es sich insbesondere um einen Inverter. Der Kühlkreis 6 ist der elektrischen Maschine und dem Inverter beziehungsweise der Leistungselektronik zu deren Kühlung zugeordnet. Dabei weist der Kühlkreis 6 ebenfalls eine Flüssigkeitspumpe 11 zum Fördern der in dem Kühlkreis 6 vorgesehenen Kühlflüssigkeit auf. Weiterhin ist der Kühlkreis 6 durch einen Flüssigkeit/Flüssigkeit-Wärmetauscher 12 mit dem Kühlkreis 5 gekoppelt. Dazu ist der Flüssigkeit/Flüssigkeit-Wärmetauscher 12 einerseits dem Kühlkreis 5 und andererseits dem Kühlkreis 6 zugeordnet, so dass er von den Kühlmedien beider Kühlkreise 5, 6 durchströmt wird. Bei dem Flüssigkeit/Flüssigkeit-Wärmetauscher 12 kann es sich dazu beispielsweise um einen Gleichstrom-Wärmetauscher, einen Gegenstrom-Wärmetauscher oder einen Kreuzstrom-Wärmetauscher handeln. Insbesondere ist der Flüssigkeit/Flüssigkeit-Wärmetauscher 12 als Plattenwärmeübertrager ausgebildet.
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Der Kühlkreis 6 ist somit an den Kühlkreis 5 gekoppelt und damit abhängig von der Kühlleistung des Kühlkreises 5. Die von der Antriebseinrichtung 3 erzeugte und an das Kühlmedium des Kühlkreises 6 abgegebene Wärme wird durch den Flüssigkeit/Flüssigkeit-Wärmetauscher 12 in das Kühlmedium des Kühlkreises 5 übertragen. Dort wird die Wärme durch den Umluft/Flüssigkeit-Wärmetauscher 7 an die Umgebungsluft abgeführt. Mithilfe des Hauptkühlers, also mithilfe des Umgebungsluft/Flüssigkeit-Wärmetauschers 7 wird der erste Kühlkries 5 konditioniert, und durch den Flüssigkeit/Flüssigkeit-Wärmetauscher 12 wird der Kühlkreis 6 mit einem im Vergleich zu dem ersten Kühlkreis 5 höheren Temperaturniveau mit dem ersten Kühlkreis 5 verbunden, wobei der zweite Kühlkreis 6 entsprechend der Anforderungen separat konditionierbar ist. Insbesondere durch Aktivieren oder Deaktiveren der Flüssigkeitspumpe 11 lässt sich der Kühlkreis 6 aktivieren oder deaktivieren beziehungsweise an den Kühlkreis 5 ankoppeln oder von diesem abkoppeln.
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Der Umgebungsluft/Flüssigkeit-Wärmetauscher 7 ist als einziger Umgebungsluft/Flüssigkeit-Wärmetauscher der Kühleinrichtung 1 vorgesehen, so dass nur über diesen Wärme an die Umgebungsluft nach außen abführbar ist. Alle anderen Wärmetauscher der Kühleinrichtung 1 ermöglichen keine Wärmeübertragung an die Umgebungsluft des Elektrofahrzeugs. Durch das Vorsehen interner Flüssigkeit/Flüssigkeit-Wärmetauscher beziehungsweise des internen Flüssigkeit/Flüssigkeit-Wärmetauschers 12 kann der Wärmetauscher 12 selbst kleiner ausgelegt werden als ein entsprechender Flüssigkeit/Luft-Wärmetauscher ausgelegt werden müsste, um die gleiche Kühlleistung zur Verfügung zu stellen. Somit kann auch die Menge des Kühlmediums in dem Kühlkreis 6 reduziert werden. Die Kühleinrichtung 1 ist derart ausgebildet, dass der erste Kühlkreis 5 Niedertemperaturkomponenten des Elektrofahrzeugs, wie beispielsweise den Energiespeicher 4, insbesondere Hochvoltbatterie, kühlt. Durch den Flüssigkeit/Flüssigkeit-Wärmetauscher 12 werden Komponenten mit höherer Betriebstemperatur, wie die elektrische Maschine und die Leistungselektronik der Antriebseinrichtung 3 gekühlt beziehungsweise mit dem ersten Kühlkreis 5 verbunden. Durch diese Maßnahme entsteht für die einzelnen Komponenten mit höherer Betriebstemperatur ein autarker und leicht zu regelnder Kühlkreislauf. Unter Beachtung thermodynamischer Randbedingungen können an den ersten Kühlkreis 5 beziehungsweise an den Niedertemperaturkühlkreis mehrere Kühlkreise mit höheren Betriebstemperaturen angeschlossen werden, wie im Folgenden an Beispielen gezeigt ist.
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Im Folgenden sind aus 1 bereits bekannte Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen, so dass insofern auf die oben stehende Beschreibung verwiesen wird. Im Folgenden soll im Wesentlichen nur auf die Unterschiede eingegangen werden.
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2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Kühleinrichtung 1 in einer vereinfachten Darstellung. Im Unterschied zu dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel ist nunmehr mit dem ersten Kühlkreis 5 ein weiterer (Hochtemperatur-)Kühlkreis 13 durch einen Flüssigkeit/Flüssigkeit-Wärmetauscher 14, der insbesondere als Plattenwärmeübertrager ausgebildet ist, verbunden. Der Kühlkreis 13 weist ebenfalls eine eigene Flüssigkeitspumpe 15 auf und ist einer zweiten Antriebseinrichtung 16, dir vorliegend ebenfalls eine elektrischen Maschine und einer die elektrische Maschine ansteuernde Leistungselektronik umfasst, zugeordnet. An den ersten Kühlkreis 5 sind somit zwei Kühlkreise 13, 6 angekoppelt, die eine höhere Betriebstemperatur als der Kühlkreis 5 aufweisen, und die jeweils einer elektrischen Antriebseinrichtung 3, 16 zugeordnet sind. Weiterhin ist an dem Kühlkreis 5 ein Ladekühlkreis 17 eingebunden, der einer Ladeeinrichtung, insbesondere zum Aufladen des elektrischen Energiespeichers 4 zugeordnet ist. Der Ladekühlkreis 17 ist dabei direkt in den Kühlkreis 5 eingebunden, so dass er auch von dem Kühlmedium des Kühlkreises 5 durchströmbar ist. Zum An- und Abkoppeln des Ladekühlkreises 17 kann dieser durch eine oder mehrere Ventileinrichtungen mit dem übrigen Kühlkreis 5 verbunden oder von diesem getrennt werden.
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3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel, welches sich von dem ersten Ausführungsbeispiel dadurch unterscheidet, dass zur besseren Kühlwasserkonditionierung eine Heizeinrichtung 18 in den Kühlkreis 5 eingebunden ist. Zusätzlich ist eine Kühleinrichtung 19 in den Kühlkreis 9 eingebunden. Durch die Heizeinrichtung 18, die beispielsweise als PTC-Heizer ausgebildet sein kann, und durch die Kühleinrichtung 19 lässt sich der Kühlkreis 5 optimal konditionieren. Zusätzlich ist gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass der Kühlkreis 5 einen Innenluft/Flüssigkeit-Wärmetauscher 20 aufweist, der dem Innenraum des Elektrofahrzeugs 2 zugeordnet ist und zur Temperierung beziehungsweise Konditionierung des Fahrgastraums des Elektrofahrzeugs 2 dient. Optional kann auch der Ladekühlkreis 17, wie in 3 gezeigt, vorgesehen sein.
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4 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel, das eine Kombination der vorhergehenden Ausführungsbeispiele mit einer vorteilhaften Weiterbildung darstellt. Dazu weist die Kühleinrichtung 1 die Kühlkreise 6 und 13 auf, die den elektrischen Antriebseinrichtungen 3 und 16 zugeordnet sind, und die jeweils über einen Flüssigkeit/Flüssigkeit-Wärmetauscher 12 beziehungsweise 14 mit dem Kühlkreis 5 verbunden sind. Der Kühlkreis 5 ist dabei vorliegend einem weiteren elektrischen Speicher 21 des Elektrofahrzeugs 2 zugeordnet. Der Kühlkreis 5 weist dabei eine zweite Flüssigkeitspumpe 22 auf, die dem Kühlkreisabschnitt des Kühlkreises 5 zugeordnet ist, in welchem auch der Flüssigkeit/Flüssigkeit-Wärmetauscher 14 und der Energiespeicher 21 liegen, während die Flüssigkeitspumpe 9 einem Kühlkreisabschnitt des Kühlkreises 5 zugeordnet ist, in welchem der Flüssigkeit/Flüssigkeit-Wärmetauscher 12 und der Energiespeicher 4 liegen. Dadurch sind die beiden Hoch-Temperatur-Kühlkreise 6 und 13 jeweils mit einem individuell konditionierbaren Abschnitt des Kühlkreises 5 wärmetechnisch gekoppelt, wodurch sich weitere Möglichkeiten bei der Konditionierung beziehungsweise Einstellung der Kühleinrichtung 1 ergeben.
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In jedem Fall ist vorgesehen, dass die Kühleinrichtung 1 nur einen Umgebungsluft/Flüssigkeit-Wärmetauscher 7 aufweist, durch welchen Wärme an die Umgebung des Elektrofahrzeugs nach außen abgebbar ist. Alle anderen Kühlkreise sind lediglich durch die Flüssigkeit/Flüssigkeit-Wärmetauscher 12, 14 mit dem Kühlkreis 5 verbunden, wodurch sich die bereits zuvor genannten Vorteile ergeben.
