DE102015016241A1

DE102015016241A1 - Elektrisch angetriebenes Fahrzeug

Info

Publication number: DE102015016241A1
Application number: DE102015016241.1A
Authority: DE
Inventors: Ottmar Schmid; Martin Alpers
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Cellcentric GmbH and Co KG
Priority date: 2015-12-16
Filing date: 2015-12-16
Publication date: 2017-06-22
Anticipated expiration: 2035-12-17
Also published as: DE102015016241B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein angetriebenes Fahrzeug (1) mit einem elektrischen Antriebssystem, mit einem Brennstoffzellensystem zur Bereitstellung von elektrischer Antriebsleistung, mit einem Kühlsystem, welches einen Hochtemperaturkühlkreislauf (10) zur Kühlung einer Brennstoffzelle (5) aufweist, und welches wenigstens einen Niedertemperaturkühlkreislauf (11, 12) zur Kühlung von elektrischen und elektronischen Komponenten des Antriebs- und/oder Brennstoffzellensystems aufweist, und mit einem Klimasystem (9, 13) zur Klimatisierung des Fahrzeuginnenraums, wobei das Klimasystem (9, 13) und das Kühlsystem zumindest über einen von dem wenigstens einen Niedertemperaturkühlkreislauf (11, 12) gekühlten Kondensator (14) thermisch gekoppelt sind. Das erfindungsgemäße Fahrzeug ist dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Niedertemperaturkühlkreislauf (11, 12) zwei von Kühlluft (K) parallel durchströmte Niedertemperaturkühler (16, 17) aufweist, welche von dem Kühlmedium schaltbar seriell zueinander in einem Niedertemperaturkühlkreislauf (11) oder parallel zueinander in zwei Niedertemperaturkühlkreisläufen (11, 12) durchströmbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug mit einem Antriebssystem, einem Brennstoffzellensystem, einem Kühlsystem und einem Klimasystem nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.
Elektrische Fahrzeuge mit einem Brennstoffzellensystem, einem Antriebssystem und einem Kühlsystem sind aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt. Insbesondere das Kühlsystem ist bei der Erzeugung von elektrischer Antriebsleistung mit einem Brennstoffzellensystem ein im praktischen Einsatz des Fahrzeuges entscheidender Punkt. Aufgrund der vergleichsweise geringen Betriebstemperatur eines Brennstoffzellensystems, im Vergleich zu einem Verbrennungsmotor, ist die Abwärme des Brennstoffzellensystems schlechter in die Umgebung abzuführen ist, als sie dies bei einem vergleichbar aufgebauten Fahrzeug mit Verbrennungsmotor wäre. Dies bedeutet in der Praxis, dass bei derselben eingesetzten Kühlerfläche, welche ohne eine Veränderung des Designs des Fahrzeugs genutzt werden kann, die Kühlleistung bei einem Brennstoffzellensystem im Vergleich niedriger ist. Insbesondere in Situationen, in denen die Fahrtgeschwindigkeit bei hoher Leistungsanforderung durch die Brennstoffzelle vergleichsweise klein ist, beispielsweise bei zügigen Bergauffahrten, stellt die Kühlleistung einen limitierenden Faktor für den Betrieb des Fahrzeugs dar. Wenn gleichzeitig ein Klimasystem in dem Fahrzeug betrieben wird, kann die verfügbare Leistung des Brennstoffzellensystems und damit die verfügbare Höchstgeschwindigkeit des Fahrzeugs durch die zur Verfügung stehende Kühlleistung signifikant limitiert werden. Dies ist höchst unerwünscht, sodass nach möglichst effizienten Möglichkeiten zur Kühlung des Brennstoffzellensystems gesucht wird.
Ein weiteres Problem hinsichtlich der Kühlleistung kann auch darin gesehen werden, dass im Zuge der Kosteneinsparung bei der Brennstoffzelle die zur Verfügung stehende aktive Fläche der Brennstoffzelle reduziert werden soll. Die zur Bereitstellung der aktiven Fläche notwendigen Membranelektrodeneinheiten und Bipolarplatten verursachen nämlich die primären Kosten einer Brennstoffzelle, beispielsweise aufgrund des in der Fläche benötigten Katalysators. Wird die Fläche der Brennstoffzelle kleiner und daher mit einer höheren Leistung je Fläche betrieben, dann sinkt im Gegenzug die Spannung bei steigender Stromdichte ab, was letztlich zu einer Verschlechterung des Wirkungsgrads und zu einer höheren Abwärme führt. Aufgrund der ohnehin schon limitierten Möglichkeiten, Abwärme in einem Fahrzeug mit herkömmlichem Fahrzeugdesign abzuführen, stellt dies einen weiteren Nachteil üblicher Kühlsysteme dar.
Aus dem Stand der Technik bei der Kühlung von Fahrzeugen mit Brennstoffzellensystemen ist es nun bekannt, die Kühlsysteme so auszubilden, dass diese einerseits einen Hochtemperaturkühlkreislauf für die Brennstoffzelle und andererseits einen Niedertemperaturkühlkreislauf zur Kühlung elektrischer und elektronischer Komponenten aufweisen. Ferner ist typischerweise ein Klimamittelkondensator für die Klimaanlage des Fahrzeugs vorhanden. Die DE 10 2009 039 364 A1 schlägt ein Fahrzeug vor, bei welchem ein zweistufiger seriell von dem Kühlmittel durchströmter Hochtemperaturkühler zusammen mit einem Niedertemperaturkühler des kombinierten Hochtemperatur/Niedertemperaturkühlkreislaufs vom Fahrtwind als Kühlluft seriell nacheinander durchströmt werden. Der Klimamittelkondensator für die Klimaanlage ist unabhängig hiervon beispielsweise als Radlaufkühler ausgeführt. Der Aufbau verspricht eine ausreichende Kühlung für einen möglichst uneingeschränkten Betrieb des Brennstoffzellensystems unter Ausnutzung der zur Verfügung stehenden Kühlfläche.
Ein ähnlicher Aufbau ist auch aus der gattungsgemäßen US 6,370,903 B1 bekannt, wobei hier die Hochtemperatur- und Niedertemperaturkühler analog zur DE-Schrift angeordnet sind. Die Kühlkreisläufe sind eigenständig parallel ausgeführt. Ein Klimasystem weist dabei zwei Klimamittelkondensatoren zur Kühlung des Klimamittels auf. Zwischen diesen kann bei Bedarf umgeschaltet werden, sodass das Klimamittel ganz oder teileweise durch den einen und/oder den anderen Klimamittelkondensator strömt. Einer der Klimamittelkondensatoren wird dabei über den Niedertemperaturkühlkreislauf gekühlt. Ferner kann über einen Verdampfer im Hochtemperaturkreislauf dieser über das Klimasystem bei Bedarf mitgekühlt werden.
Ein weiterer sehr ähnlicher Aufbau ist ferner aus der DE 10 2010 061 004 A1 bekannt. Bei diesem Aufbau ist ebenfalls ein Hochtemperaturkühlkreislauf für die Brennstoffzelle, welche in der deutschen Offenlegungsschrift fälschlicherweise als Speicher bezeichnet wird, vorhanden. Außerdem ist ein Niedertemperaturkühlkreislauf für elektrische Leistungsbauteile vorhanden. Ein vorhandenes Klimasystem weist einen Klimamittelkondensator auf. Dieser kann gemäß der einen Ausführungsform über den Hochtemperaturkühlkreislauf mitgekühlt werden oder alternativ hierzu über den Niedertemperaturkühlkreislauf.
Eine Kühlung eines Klimamittelkondensators über den Niedertemperaturkühlkreislauf ist dabei im Allgemeinen nachteilig. Der Niedertemperaturkühlkreislauf dient typischerweise zur Kühlung von leistungselektronischen Bauteilen und/oder einem elektrischen Antriebsmotor für das Fahrzeug. Das Temperaturniveau für derartige Bauteile bei der Kühlung ist im Allgemeinen zwar deutlich niedriger als das Temperaturniveau des Hochtemperaturkühlkreislaufs, liegt aber typischerweise immer noch in einer Größenordnung von beispielsweise 55 bis 60°C. Ein solches Temperaturniveau ist für einen Klimamittelkondensator nur akzeptabel, wenn sehr wenig Klimaleistung benötigt wird. Eine höhere Klimaleistung lässt sich bei einer ausschließlichen Abkühlung des Klimamittelkondensators auf ein derartiges vergleichsweise hohes Temperaturniveau typischerweise nicht erreichen.
Aus der nicht vorveröffentlichten deutschen Anmeldung der Anmelderin mit den Aktenzeichen 10 2015 006 387 ist eine Aufteilung des Niedertemperaturkühlkreislaufs in zwei getrennte Niedertemperaturkühlkreisläufe bekannt. Diese können dann auf unterschiedlichen Temperaturniveaus Komponenten kühlen, beispielsweise die Batterie sowie andere elektrische und elektronische Komponenten, wie beispielsweise den Niedervolt-DC/DC-Wandler auf einem niedrigeren Temperaturniveau als beispielsweise den Antriebsmotor und die Komponenten der Leistungselektronik des elektrischen Antriebssystems des Fahrzeugs.
Aus der ebenfalls nicht vorveröffentlichten deutschen Anmeldung der Anmelderin mit dem Aktenzeichen 10 2015 014 781 ist eine weitere Ausgestaltung eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs bekannt, bei welcher zwei Niedertemperaturkühlkreisläufe über Ventileinrichtungen bei Bedarf fluidisch koppelbar sind. Sie lassen sich insbesondere so verschalten, dass die beiden Niedertemperaturkühlkreisläufe zur parallelen Durchströmung ihrer Niedertemperaturkühler mit dem Kühlmedium fluidisch gekoppelt werden.
Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht nun darin, ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug mit einem Brennstoffzellensystem anzugeben, dessen Kühlung gegenüber dem Stand der Technik weiter verbessert ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug mit den Merkmalen im Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den hiervon abhängigen Unteransprüchen.
Bei dem erfindungsgemäßen elektrisch angetriebenen Fahrzeug ist es vorgesehen, dass ein Kondensator eines Klimasystems thermisch mit dem wenigstens einen Niedertemperaturkühlkreislauf gekoppelt ist. Ebenso wie in Teilen des eingangs diskutierten Standes der Technik wird also zur Kühlung des Kondensators des Klimasystems der Niedertemperaturkühlkreislauf genutzt. Erfindungsgemäß ist es nun so, dass dieser zwei von Kühlluft parallel durchströmte Niedertemperaturkühler aufweist. Die Niedertemperaturkühler sind dabei so schaltbar, dass diese von dem Kühlmedium seriell nacheinander in einem Niedertemperaturkühlkreislauf oder parallel zueinander in zwei Niedertemperaturkühlkreisläufen durchströmbar sind. Der Aufbau unterscheidet sich also von den Aufbauten im Stand der Technik dadurch, dass die beiden Niedertemperaturkühlkreisläufe, welche gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Idee immer parallel zueinander ausgeführt und vorhanden sind, so schaltbar sind, dass sie wie im nicht vorveröffentlichten Stand der Technik parallel arbeiten, wobei jeder seinen eigenen Niedertemperaturkühler aufweist. Erfindungsgemäß können sie jedoch auch so verschaltet werden, dass in einem der beiden Niedertemperaturkühlkreisläufe die beiden Niedertemperaturkühler seriell von dem Kühlmedium durchströmt werden. Das Kühlmedium kann dann sehr viel stärker abgekühlt werden, sodass eine ideale Abkühlung des thermisch mit diesem Niedertemperaturkühlkreislauf gekoppelten Kondensators erfolgen kann. Ohne den Nachteil des eingangs genannten Standes der Technik kann hier also die Abkühlung des Kondensators des Klimasystems ausschließlich über den Niedertemperaturkühlkreislauf erfolgen. Durch die Möglichkeit, dessen Kühlmedium durch die Seriellverschaltung der beiden Niedertemperaturkühler sehr viel weiter abzukühlen, als es im Stand der Technik der Fall ist, ergibt sich eine gute Funktionalität des Klimasystems, auch wenn hohe Kühlleistungen von dem Klimasystem gefordert werden. Dabei ist es von entscheidendem Vorteil, dass kein weiterer Kondensator des Klimasystems im Bereich der Kühlluft erforderlich ist. Die Kühlluft kann also mit dem gesamten zur Verfügung stehen Volumenstrom zur Abkühlung der beiden Niedertemperaturkühler und insbesondere in serieller Richtung der strömenden Kühlluft danach zur Abkühlung eines Hochtemperaturkühlers des Hochtemperaturkühlkreislaufs für die Brennstoffzelle verwendet werden. Die über die Kühlluft zu erzielende Kühlleistung lässt sich damit durch eine Verringerung des der Kühlluft entgegengesetzten Strömungswiderstands steigern, sodass eine verbesserte Abkühlung aller Komponenten in dem elektrisch angetriebenen Fahrzeug möglich wird. Der Gefahr einer notwendigen Limitierung der Leistung aufgrund einer zu geringen zur Verfügung stehenden Kühlleistung, beispielsweise bei einer Bergauffahrt mit eingeschalteter Klimaanlage bei hohen Außentemperaturen, kann somit effizient entgegengewirkt werden.
Wie bereits erwähnt kann es gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Idee vorgesehen sein, dass in dem elektrisch angetriebenen Fahrzeug der Niedertemperaturkühlkreislauf in Form eines ersten Niedertemperaturkühlkreislaufs mit und eines zweiten Niedertemperaturkühlkreislaufs ausgebildet ist. Eine solche Aufteilung des Niedertemperaturkühlkreislaufs in zwei Teilkreisläufe, welche z. B. über Ventileinrichtungen in der erfindungsgemäßen Art verschaltbar sind und damit sowohl gekoppelt als auch getrennt voneinander betreiben werden können, ermöglicht durch die Verwendung zweier Niedertemperaturkühler unterschiedliche Temperaturniveaus der beiden Niedertemperaturkühlkreisläufe. Hierdurch wird es insbesondere möglich, die Leistungselektronik und den elektrischen Fahrmotor oder die elektrischen Fahrmotoren des elektrischen Antriebssystems des Fahrzeugs über den ersten Niedertemperaturkühlkreislauf zu kühlen, und die Batterie sowie weitere elektrische und elektronische Komponenten, beispielsweise den Niedervolt-DC/DC-Wandler, über den zweiten, insbesondere kühleren, Niedertemperaturkühlkreislauf zu kühlen. Dies ermöglicht eine Differenzierung der Temperaturen der beiden Niedertemperaturkühlkreisläufe. Dabei kann es in vorteilhafter Weise vorgesehen sein, dass der zweite Niedertemperaturkühlkreislauf ein geringeres Temperaturniveau aufweist, als der erste Niedertemperaturkühlkreislauf, wenn diese durch eine entsprechende Stellung der Ventileinrichtungen getrennt voneinander betrieben werden.
Eine sehr günstige Ausgestaltung des elektrisch angetriebenen Fahrzeugs gemäß der Erfindung sieht es dabei vor, dass das Klimasystem den Kondensator in thermischem Kontakt zu dem ersten Niedertemperaturkühlkreislauf und zwei parallele Expansionsventile und Verdampfer aufweist, wobei über den ersten Verdampfer der Fahrzeuginnenraum und über den zweiten Verdampfer der zweite Niedertemperaturkühlkreislauf kühlbar sind. Eine solche Aufteilung ermöglicht es in der beschriebenen Weiterbildung der Erfindung, dass die beiden Niedertemperaturkühlkreisläufe immer auf den beiden gewünschten unterschiedlichen Temperaturniveaus gekühlt werden können. Hierfür wird bei entsprechend hoher geforderter Leistung des Klimasystems die Abkühlung des Klimamittels in dem Kondensator auf einem sehr niedrigen Temperaturniveau durch das Kühlmedium ermöglicht, welches die beiden Niedertemperaturkühler seriell durchströmt hat. Dem Kondensator kann somit das mit der maximalen zur Verfügung stehenden Kühlerfläche der beiden seriell durchströmten Niedertemperaturkühler abgekühlte Kühlmedium zur Abkühlung des Klimamittels zur Verfügung gestellt werden. In dieser Situation wird dann der zweite Niedertemperaturkühlkreislauf über das Klimasystem und einen der Verdampfer mit vorgeschaltetem Expansionsventil gekühlt, während parallel dazu im anderen Verdampfer mit vorgeschaltetem Expansionsventil die Klimaleistung für den Innenraum des Fahrzeugs erzeugt wird. Ist lediglich eine geringe Klimaleistung im Bereich des Klimasystems erforderlich, dann kann alternativ dazu der erste Niedertemperaturkühlkreislauf über den ersten Niedertemperaturkühler abgekühlt werden, während der zweite Niedertemperaturkühlkreislauf über den zweiten Niedertemperaturkühler abgekühlt wird. Eine Abkühlung des zweiten Niedertemperaturkühlkreislaufs zusätzlich über das Klimasystem ist prinzipiell denkbar, in dieser Situation jedoch typischerweise nicht notwendig. Die vergleichsweise geringe Klimaleistung, die in einer solchen Situation notwendig ist, beispielsweise aufgrund einer entsprechend geringen Umgebungstemperatur des Fahrzeugs, kann dann über das Klimasystem auch zur Verfügung gestellt werden, wenn die Abkühlung des Kondensators lediglich auf dem Temperaturniveau des ersten Niedertemperaturkühlkreislaufs in dessen regulären Betrieb, also auf ein Temperaturniveau von bspw. 55 bis 60°C erfolgt. Für die dann benötigten Klimaleistungen reicht dies entsprechend aus.
Gemäß einer sehr vorteilhaften Weiterbildung der Idee kann es nun ferner vorgesehen sein, dass die Niedertemperaturkühler bei serieller Durchströmung mit dem Kühlmedium so verschaltet sind, dass das Kühlmedium des ersten Niedertemperaturkühlkreislaufs vollständig durch den ersten Niedertemperaturkühler strömt, und dass das Kühlmedium sich in Strömungsrichtung zwischen dem ersten und dem zweiten Niedertemperaturkühler aufteilt, sodass eine erste Teilmenge zu den zu kühlenden elektrischen und elektronischen Komponenten strömt, und dass eine zweite Teilmenge den zweiten Niedertemperaturkühler durchströmt, wobei die zweite Teilmenge vom zweiten Niedertemperaturkühler in den Kondensator strömt. Über diese besonders günstige und vorteilhafte Verschaltung des Kühlsystems in dem erfindungsgemäß elektrisch angetriebenen Fahrzeug wird es möglich, den ersten Niedertemperaturkühlkreislauf auf zwei unterschiedlichen Temperaturniveaus zu betreiben. Nachdem das Kühlmedium durch den ersten Niedertemperaturkühler geströmt ist, wird ein Teil des Kühlmediums abgezweigt und gelangt direkt zu den zu kühlenden elektrischen und elektronischen Komponenten. Das Temperaturniveau dieses abgezweigten Kühlmediums kann beispielsweise in der bereits angesprochenen Größenordnung von 55 bis 60°C liegen und stellt damit eine optimale Abkühlung der Komponenten sicher. Ein weiterer Teil des Kühlmediums strömt durch den zweiten Niedertemperaturkühler und wird dort noch weiter abgekühlt. Das Kühlmedium steht dann auf einem deutlich niedrigeren Temperaturniveau von beispielsweise ca. 40 bis 45°C nach dem zweiten Niedertemperaturkühler zur Verfügung. Diese Teilmenge des Kühlmedienstroms strömt dann unmittelbar in den Kondensator des Klimasystems, um hierin eine ideale Abkühlung des Klimamittels zu gewährleisten. Danach mischen sich die Kühlmedienströme wieder und werden über eine Kühlmedienfördereinrichtung zurück zu dem ersten Niedertemperaturkühler geleitet. Durch diesen Aufbau ist es möglich, innerhalb des ersten Niedertemperaturkühlkreislaufs zwei unterschiedliche Temperaturniveaus zur Verfügung zu stellen, welche insbesondere den Anforderungen des Kondensators für das Klimamittel einerseits und der zu kühlenden elektrischen und elektronischen Komponenten andererseits sehr gut gerecht werden. Außerdem wird dadurch, dass nur ein Teil des Kühlmediums durch den zweiten Niedertemperaturkühler strömt, der Druckverlust in dem Kühlmedium reduziert, sodass die Antriebsleistung für die benötigte Kühlmittelfördereinrichtung sich ebenfalls in vorteilhafter Weise reduzieren lässt.
Eine weitere sehr günstige Ausgestaltung des erfindungsgemäßen elektrisch angetriebenen Fahrzeugs sieht es nun ferner vor, dass das Klimasystem einen internen Wärmetauscher aufweist, welcher von dem zum Kondensator strömenden Klimamittel einerseits und von dem vom Kondensator zu den Verdampfern strömenden Klimamittel andererseits durchströmt ist. Ein solcher interner Wärmetauscher des Klimasystems verbessert die Wirkung des Klimasystems indem eine weitere Unterkühlung des Klimamittels nach dem Kondensator erfolgt. Hierdurch lässt sich die Leistungsfähigkeit des Klimasystems mit minimalem Aufwand weiter verbessern. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Idee kann dabei zwischen dem internen Wärmetauscher und dem Kondensator der Verdichter des Klimasystems angeordnet sein, so wie es gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung dieser erfindungsgemäßen Idee beansprucht ist.
Gemäß einer sehr vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen elektrisch angetriebenen Fahrzeugs ist es dabei ferner vorgesehen, dass der Hochtemperaturkreislauf fluidisch unabhängig von den Niedertemperaturkühlkreisläufen ausgebildet ist. Auf eine Kopplung zwischen dem Hochtemperaturkühlkreislauf und den Niedertemperaturkühlkreisläufen, wie es im eingangs genannten Stand der Technik teilweise der Fall ist, wird hier also bewusst verzichtet. Dies ermöglicht eine unabhängige Kühlung der Brennstoffzelle des Brennstoffzellensystems über den Hochtemperaturkühlkreislauf einerseits und eine entsprechende Kühlung der elektronischen und elektrischen Komponenten beispielsweise des Antriebssystems und/oder der Energiespeicherung andererseits. Der Hochtemperaturkühlkreislauf und die beiden Niedertemperaturkühlkreisläufe stehen dabei auch nicht über einen Wärmetauscher in direkter wärmeaustauschender Verbindung. Ungeachtet dessen können ein Hochtemperaturkühler des Hochtemperaturkühlkreislaufs und Niedertemperaturkühler der Niedertemperaturkühlkreisläufe von dem gleichem Kühlluftstrom zur Abkühlung parallel oder seriell durchströmt werden, wie es aus der eingangs genannten nicht vorveröffentlichten deutschen Anmeldung der Anmelderin mit dem Aktenzeichen 10 2015 006 387 bekannt ist.
Wie bereits erwähnt, kann die Anordnung der Niedertemperatur- und Hochtemperaturkühler analog zu der eingangs erwähnten nicht vorveröffentlichten deutschen Anmeldung der Anmelderin mit dem Aktenzeichen 10 2015 006 387 ausgebildet sein. Dementsprechend kann es vorgesehen sein, dass die Niedertemperaturkühler der beiden Niedertemperaturkühlkreisläufe bezüglich der Durchströmung mit Kühlluft zumindest bezüglich eines Teils ihrer Oberfläche parallel und der Hochtemperaturkühler des Hochtemperaturkühlkreislaufs hierzu seriell nach den Niedertemperaturkühlern angeordnet ist. Hierdurch wird eine Durchströmung entsprechend der Kühltemperaturen erreicht, um so mit minimalem Bedarf an Fläche eine bestmögliche Kühlung zu gewährleisten, wie es im genannten nicht vorveröffentlichen Stand der Technik beschrieben ist.
Eine weitere sehr vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen elektrisch angetriebenen Fahrzeugs sieht es nun außerdem vor, dass der Hochtemperaturkühlkreislauf einen Zusatzheizer und einen Innenraumwärmetauscher, sowie insbesondere eine zusätzliche Kühlmittelfördereinrichtung zur reinen Innenraumbeheizung des Fahrzeugs mittels des Zusatzheizers, aufweist. Zur Beheizung des Innenraums des Fahrzeugs wird also das Kühlmedium im Hochtemperaturkühlkreislauf des Fahrzeugs genutzt. Zur schnellen Erwärmung des Brennstoffzellensystems weist dieser typischerweise einen Zusatzheizer auf. Dieser kann beispielsweise als elektrischer Zusatzheizer oder auch als Zusatzheizer, in welchem ein gasförmiger oder flüssiger Brennstoff verbrannt wird, ausgebildet sein. Dieser Zusatzheizer kann nun außerdem zur Innenraumbeheizung entweder ergänzend zur Aufheizung der Brennstoffzelle in einem Kaltstartszenario oder auch unabhängig hiervon durch das Vorsehen einer weiteren Kühlmittelfördereinrichtung gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Idee genutzt werden.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen elektrisch angetriebenen Fahrzeugs ergeben sich ferner aus dem Ausführungsbeispiel, welches nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben wird.
Dabei zeigen:
1 ein prinzipmäßig angedeutetes Fahrzeug in einer möglichen Ausführungsform gemäß der Erfindung; und
2 eine mögliche Ausführungsform eines Kühlsystems eines Klimasystems gemäß der Erfindung.
In der Darstellung der 1 ist ein prinzipmäßiges und sehr stark schematisiert angedeutetes elektrisch angetriebenes Fahrzeug 1 zu erkennen. Es bewegt sich in Fahrtrichtung F fort. Zum Antrieb dient ein elektrischer Antriebsmotor 2, welcher rein beispielhaft zwei der Räder über eine gemeinsame Achse 3 antreibt. Außerdem gehört zum elektrischen Antriebssystem eine mit 4 bezeichnete Leistungselektronik, welche einerseits mit einer Brennstoffzelle 5 eines Brennstoffzellensystems und außerdem mit einer Batterie 6 bzw. Traktionsbatterie in Verbindung steht. Die Brennstoffzelle 5 ist Teil eines an sich bekannten Brennstoffzellensystems. Sie wird anodenseitig mit Wasserstoff aus einem Druckgasspeicher 7 und kathodenseitig mit Luft über eine Luftfördereinrichtung 8 versorgt und stellt in an sich bekannter Art und Weise elektrische Antriebsleistung zur Verfügung. Über den detaillierten Aufbau des Brennstoffzellensystems muss hier nichts weiter ausgeführt werden, da ein solches, insbesondere auch für den Einsatz in einem Fahrzeug 1, für den Fachmann allgemein bekannt ist. Das elektrisch angetriebene Fahrzeug 1 weist außerdem eine Klimaanlage 9 zur Klimatisierung des Innenraums auf. Auch diese ist an sich bekannt, sodass hierauf nicht weiter eingegangen werden muss.
In dem hier dargestellten elektrisch angetriebenen Fahrzeug 1 werden die Abwärme der Brennstoffzelle 5 sowie die Abwärme der Leistungselektronik 4, des Fahrmotors 2 sowie der Batterie 6 über drei Kühlkreisläufe 10, 11, 12 abgeführt. Der Kühlkreislauf zur Abfuhr der Abwärme aus der Brennstoffzelle 5 wird als Hochtemperaturkühlkreislauf 10 bezeichnet. Der Kühlkreislauf zur Abfuhr der Wärme beispielsweise des elektrischen Fahrmotors 2 und der Leistungselektronik 4 wird als erster Niedertemperaturkühlkreislauf 11 bezeichnet. Ein zweiter Niedertemperaturkühlkreislauf 12 ist in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel mit der Batterie 6 verbunden und führt deren Abwärme ab. Außerdem ist ein Klimakreislauf 13 angedeutet, welcher zusammen mit der Klimaanlage 9 ein Klimasystem des Fahrzeugs 1 bildet. Der Klimakreislauf 14 umfasst dabei zur Abkühlung des Klimamittels der Klimaanlage 9 einen Kondensator bzw. Klimakondensator 14, welcher in 1 angedeutet ist, und welcher von dem Kühlmedium im ersten Niedertemperaturkühlkreislauf 11 abgekühlt wird. Auf Details wird im Rahmen der Beschreibung der 2 noch näher eingegangen.
Zur Abfuhr der Abwärme der beiden Niedertemperaturkühlkreisläufe 11, 12 und des Hochtemperaturkühlkreislaufs 10 an die Umgebung weisen diese von entgegen der Richtung des Fahrtwinds F strömender Kühlluft K durchströmte Kühler auf. In Strömungsrichtung der Kühlluft K strömt diese zunächst durch einen ersten Niedertemperaturkühler 16 und einen bezüglich der Durchströmung mit der Kühlluft K parallel hierzu angeordneten zweiten Niedertemperaturkühler 17. Nachdem die beiden Niedertemperaturkühler 16, 17 von der Kühlluft durchströmt sind, strömt die gesamte Kühlluft durch einen Hochtemperaturkühler 15, welcher Teil des Hochtemperaturkühlkreislaufs 10 ist. Seriell dazu kann außerdem in an sich bekannter Art und Weise ein angedeutetes Gebläse 18 angeordnet sein.
Um nun mit minimalem Platzaufwand eine ideale Kühlung zu gewährleisten, ist es dabei so, dass in einer ersten Ebene die beiden Niedertemperaturkühler 16, 17 von der Kühlluft K durchströmt werden. Die Kühlluft K strömt dann zur zweiten Ebene, in welcher der Hochtemperaturkühler 15 angeordnet ist. Dies ist so auch in der älteren nicht vorveröffentlichten deutschen Anmeldung der Anmelderin mit dem Aktenzeichen 10 2015 006 387 beschrieben, wobei die dort beschriebenen Ausgestaltungen der Anordnungen, insbesondere auch die in 3 gezeigten Möglichkeiten der Anordnung zusammen mit den sie beschreibenden Textpassagen für die Ausgestaltung gemäß dieser Ausführung ebenso anwendbar sind.
Zwischen dem Klimasystem aus der Klimaanlage 9 und dem Klimamittelkreislauf 13 sowie dem zweiten Niedertemperaturkühlkreislauf 12 besteht dabei eine thermische Kopplung, welche in der Darstellung der 1 als Verdampfer 19 angedeutet ist. Dieser kann insbesondere als Wärmetauscher in der Art ausgeführt sein, dass in ihm das Klimamittel verdampft und die Verdampfungskälte von dem Kühlmedium des zweiten Niedertemperaturkühlkreislaufs 12 aufgenommen wird. Außerdem sind der erste Niedertemperaturkühlkreislauf 11 und der zweite Niedertemperaturkühlkreislauf 12 in der Darstellung der 1 rein beispielhaft über angedeutete Ventileinrichtungen miteinander koppelbar, worauf im Rahmen der 2 noch im Detail eingegangen wird.
In der Darstellung der 2 ist eine detaillierte Darstellung eines möglichen Kühlsystems und Klimasystems gezeigt. Auch hier sind die beiden Niedertemperaturkühler 16, 17 sowie der Hochtemperaturkühler 15 zur Durchströmung mit der Kühlluft K hintereinander angeordnet. Zur Verdeutlichung sind die einzelnen Kreisläufe soweit möglich mit allen ihren Komponenten jeweils mit einer Strichart dargestellt. Für gemeinsam genutzte Leitungsabschnitte, welche je nach Verschaltung Teil des einen oder des anderen Niedertemperaturkühlkreislaufs sein können, wurde versucht, durch eine weitere Art der Strichelung diese Kombination anzudeuten. Aufgrund der sehr komplexen möglichen Verschaltungen, welche textlich nachfolgend noch beschrieben werden, ist dies jedoch nicht überall und durchgängig möglich. Unabhängig von den beiden Niedertemperaturkühlkreislaufen 11 und 12 ist dabei der Hochtemperaturkühlkreislauf 10 abgebildet. Er ist samt seiner durchströmten Komponenten in strichpunktierter Linie ausgeführt. Ausgehend von dem Hochtemperaturkühler 15 strömt das Kühlmedium in dem Hochtemperaturkühlkreislauf 10 über eine Hochtemperaturkühlmedienpumpe 22 durch die Brennstoffzelle 5 und parallel hierzu durch zu kühlende Hochtemperaturkomponenten 23. In an sich bekannter Weise ist über ein Bypassventil 24 ein Bypass 25 um den Hochtemperaturkühler 15 vorhanden, sodass im Kaltstartfall die Brennstoffzelle 5 schnell aufgewärmt werden kann. Als weitere Komponente ist im Gegenstrom parallel zur Hochtemperaturkühlpumpe 22 außerdem ein Ionentauscher 26 mit eingezeichnet. Ein weiterer Teil des Hochtemperaturkühlkreislaufs 10 weist einen Zusatzheizer 27 sowie einen Innenraumwärmetauscher 28 auf. In diesem Teil ist außerdem eine zusätzliche Kühlmittelfördereinrichtung 29 angeordnet. Bei Bedarf kann über den Zusatzheizer 27, welcher beispielsweise als elektrischer Zusatzheizer 27 ausgebildet sein kann, so das Kühlmedium erwärmt werden. Wärme aus dem Hochtemperaturkühlkreislauf 10 kann so außerdem dem Innenraumwärmetauscher 28 und der diesen durchströmenden Kabinenluft L zugeführt werden. Bei Bedarf kann durch einen Betrieb des Zusatzheizers 27 und der zusätzlichen Kühlmittelfördereinrichtung 29 auch bei einer Stellung einer Ventileinrichtung 30 eine ausschließliche Erwärmung des Innenraums über den Innenraumwärmetauscher 28 erfolgen, ohne dass der gesamte Hochtemperaturkühlkreislauf 10 betrieben werden müsste. Der Hochtemperaturkühlkreislauf 10 ist dabei fluidisch unabhängig von den beiden Niedertemperaturkühlkreisläufen 11, 12 ausgebildet und steht mit diesen lediglich über die Durchströmung des Hochtemperaturkühlers 15 durch dieselbe Kühlluft K in bedingter thermischer Verbindung.
Der Klimamittelkreislauf 13 ist hier in durchgezogener Linie dargestellt. Über ein Expansionsventil 31 kann Klimamittel in einem Innenraumverdampfer 32 verdampft werden, um so die zum Innenraum strömende Kabinenluft L bei Bedarf abzukühlen. Über einen Klimamittelverdichter 49 wird das Klimamittel dann zum Klimamittelkondensator 14 geführt und gelangt von dort zurück zum Expansionsventil 31. Ferner ist ein zweites Expansionsventil 34 parallel dazu in dem Klimakreislauf 13 vorhanden. Dieses führt zu dem Verdampfer 19, welcher als Wärmetauscher ausgebildet und von dem Kühlmedium des zweiten Niedertemperaturkühlkreislaufs 12 bei Bedarf durchströmbar ist. Hierdurch ist es möglich das Kühlmedium in dem zweiten Niedertemperaturkühlkreislauf 12 abzukühlen.
Der erste Niedertemperaturkühlkreislauf 11 und der zweite Niedertemperaturkühlkreislauf 12 sind jeweils in gestrichelter Linie dargestellt, wobei soweit wie möglich die Komponenten des ersten Niedertemperaturkühlkreislaufs 11 mit längeren Strichen ausgebildet sind als die des zweiten Niedertemperaturkühlkreislaufs 12.
Die Länge der Striche der gemeinsam genutzten Bereiche – wie insbesondere der zweite Niedertemperaturkühler 17 – wurde, soweit möglich, dazwischen gewählt.
Die beiden Niedertemperaturkühlkreisläufe 11, 12 können in einem ersten Betriebszustand, welcher nachfolgend als erstes erläutert werden wird, parallel zueinander betrieben werden. Der erste Niedertemperaturkühlkreislauf 11, welcher mit gestrichelter Linie mit längeren Strichen dargestellt ist, dient zur Kühlung von ersten Niedertemperaturkühlkomponenten 20, welche insbesondere den elektrischen Antriebsmotor 2 des Fahrzeugs 1 sowie Komponenten der Leistungselektronik 4, wie es in der Darstellung der 1 erkennbar ist, umfassen können. Über eine Bypassleitung 21 und ein Bypassventil 33 kann bei Bedarf eine Kühlung im Kurzschluss über eine erste Niedertemperaturkühlmedienpumpe 35 aufrechterhalten werden. Hierdurch lassen sich die Niedertemperaturkühlkomponenten 20 entsprechend schnell aufwärmen, beispielsweise für den Kaltstartfall des Fahrzeugs 1. Nach einem Umschalten des Bypassventils 33 erfolgt dann eine Abkühlung des in dem ersten Niedertemperaturkühlkreislauf 11 strömenden Kühlmediums. Dieses strömt ausgehend von der ersten Niedertemperaturkühlmedienpumpe 35 durch die Niedertemperaturkühlkomponenten 20 über das Bypassventil 35 und ein später noch näher erläutertes Kaltstartventil 36 zu dem ersten Niedertemperaturkühler 16, in welchem es von der Kühlluft K abgekühlt wird. Danach strömt das Kühlmedium in der Darstellung der 2 vom ersten Niedertemperaturkühler 16 nach unten und zurück zu der ersten Niedertemperaturkühlmedienpumpe 35. Parallel dazu wird sich im Allgemeinen ein Teil des Kühlmediums abteilen und vom Ausgang des ersten Niedertemperaturkühlers 16 in der Darstellung der 2 nach oben zu einer mit 37 bezeichneten Ventileinrichtung strömen. Es strömt dann bei entsprechender Schaltung der Ventileinrichtung 37 in der Darstellung der 2 nach rechts und strömt dann nach unten in den Klimamittelkondensator 14 ein. Es vermischt sich danach mit dem anderen Zweigstrom und strömt zurück zur ersten Niedertemperaturkühlmedienpumpe 35. In dieser Situation ist die Temperatur des Kühlmediums beim Eintritt in den Klimamittelkondensator 14 und bei der Kühlung der ersten Niedertemperaturkühlkomponenten 20 in etwa gleich groß. Sie wird sich beispielsweise in einem Temperaturbereich von ca. 55° bis 60°C bewegen, da dieses Temperaturfenster für die Kühlung der ersten Niedertemperaturkühlkomponenten 20 besonders gut geeignet ist. Für die Abkühlung des Klimamittels in dem Klimamittelkondensator 14 ist die Temperatur dabei vergleichsweise hoch, sodass in dieser Betriebssituation lediglich eine geringe Klimaleistung zur Verfügung gestellt werden kann.
In dieser beschriebenen Betriebssituation wird der zweite Niedertemperaturkühlkreislauf 12 so betrieben, dass ausgehend von einer zweiten Niedertemperaturkühlmedienpumpe 38 das Kühlmedium über ein zweites Kaltstartventil 39 sowie ein Bypassventil 40 zweite Niedertemperaturkühlkomponenten 41 zu ihrer Abkühlung durchströmt. Das Kühlmedium strömt dann über eine Ventileinrichtung 42 und eine weitere Ventileinrichtung 43 in den zweiten Niedertemperaturkühler 17 und von dort in der Darstellung der 2 nach unten und über eine mit 44 bezeichnete Ventileinrichtung in der Darstellung der 2 nach rechts bis zu einer mit 45 bezeichneten Ventileinrichtung, welche das Kühlmedium zurück zur zweiten Niedertemperaturkühlmittelpumpe 38 führt. In dem Aufbau ist es zusätzlich möglich, bei entsprechender Schaltung des Bypassventils 40 Kühlmedium ganz oder teilweise parallel zu den zweiten Niedertemperaturkühlkomponenten 41 zu führen. Hierfür ist eine weitere Niedertemperaturkühlmedienhilfspumpe 46 vorgesehen, welche zusammen mit weiteren zu kühlenden Komponenten und/oder einem optionalen Zuheizer durch die Box mit dem Bezugszeichen 47 angedeutet ist. Hierdurch ist es möglich, im Kaltstartfall ein schnelles Aufwärmen der zweiten Niedertemperaturkühlkomponenten, und damit insbesondere der Traktionsbatterie 6, welche Teil dieser zweiten Niedertemperaturkühlkomponenten 41 ist, zu erzielen. Über die beiden bereits angesprochenen Kaltstartventile 36 und 39 kann in einem solchen Kaltstartfall außerdem Kühlmedium vom ersten Niedertemperaturkühlkreislauf 11 in den zweiten Niedertemperaturkühlkreislauf 12 transferiert werden. Dieses Medium wird nach dem Durchströmen der ersten Niedertemperaturkühlkomponenten 20 in dem ersten Niedertemperaturkühlkreislauf 11 aus diesem abgezweigt und kann somit Wärme in den zweiten Niedertemperaturkühlkreislauf 12 eintragen, falls dies beispielsweise für den angesprochenen Kaltstartfall notwendig ist. Über die Ventileinrichtung 44 kann es dann wieder in den ersten Niedertemperaturkühlkreislauf 11 zurückströmen. Ergänzend oder insbesondere alternativ, wie später noch erläutert werden wird, kann eine Abkühlung des Kühlmediums im zweiten Niedertemperaturkühlkreislauf 12 auch in der Art erfolgen, dass die Ventileinrichtung 45 so geschaltet wird, dass das Kühlmedium durch den Verdampfer 19 im Klimakreislauf 13 strömt. Über das Expansionsventil 34 und den Verdampfer 19 findet so eine Abkühlung des Kühlmediums ergänzend oder alternativ zu einer Abkühlung in dem zweiten Niedertemperaturkühler 17 statt. Bei der ausschließlichen Abkühlung über den Verdampfer 19 wäre dann eine entsprechende Schaltung der Ventileinrichtungen 42 und 44 in der Art notwendig, dass das Kühlmedium die Ventileinrichtung 44 nicht und die Ventileinrichtung 42 von unten kommend nach rechts, in der Darstellung der 2, passieren kann.
Die Möglichkeit, den zweiten Niedertemperaturkühlkreislauf 12 bzw. das in ihm zirkulierende Kühlmedium ausschließlich über den Verdampfer 19 abzukühlen, wofür die Ventileinrichtungen 44 und 42 in der soeben beschriebenen Art geschaltet werden, eröffnet nun einen besonders vorteilhaften Betrieb des ersten Niedertemperaturkühlkreislaufs 11 in der Art, dass eine hohe Klimaleistung durch eine sehr effiziente Abkühlung des Klimamittels in dem Klimamittelkreislauf 13 erzielt werden kann. Für diesen Betrieb ist es so, dass durch eine entsprechende Verschaltung der Ventileinrichtung 37 ein Durchgang des Kühlmediums nur von rechts nach links und nicht von unten möglich ist. Das gesamte Kühlmedium des ersten Niedertemperaturkühlkreislaufs 11 teilt sich, wie bereits beschrieben, nach dem ersten Niedertemperaturkühler 16 wiederum so auf, dass ein Teil nach unten und direkt zurück zur ersten Niedertemperaturkühlmittelpumpe 35 strömt. Der andere Teil strömt nach oben. Über die Ventileinrichtung 37 wird dieser Strom blockiert, während die Ventileinrichtung 43 gleichzeitig so geschaltet wird, dass dieser Teilstrom des Kühlmediums in der Darstellung der 2 von oben nach unten durch den zweiten Niedertemperaturkühler 17 strömt, welcher aufgrund der ausschließlichen Abkühlung des zweiten Niedertemperaturkühlkreislaufs 12 über den Verdampfer 19 derzeit ja im zweiten Niedertemperaturkühlkreislauf 12 nicht benötigt wird. Nach dem Durchströmen des zweiten Niedertemperaturkühlers 17 hat das Kühlmedium des ersten Niedertemperaturkühlkreislaufs 11 dann eine noch niedrigere Temperatur, da es die beiden Niedertemperaturkühler 16, 17 seriell durchströmt. Es wird somit beispielsweise auf ein Temperaturniveau von ca. 40°C abgekühlt. Es strömt nach dem zweiten Niedertemperaturkühler 17 nach oben zum Ventil 37, und passiert dieses in der Darstellung der 2 von links nach rechts, um zu dem Klimamittelkondensator 14 zu strömen und diesen auf eine unterhalb des Temperaturniveaus zur Kühlung der ersten Niedertemperaturkühlkomponenten 20 liegende Temperatur zu durchströmen. Das Klimamittel in dem Klimakreislauf 13 wird dadurch stärker abgekühlt als in dem zuvor beschriebenen Betriebszustand, wodurch sich die zur Verfügung stehende Klimaleistung erhöhen lässt.
Dieser Betrieb kann nun ideal genutzt werden, wenn entsprechend hohe Leistungen für das Fahrzeug 1 einerseits und für die Klimatisierung andererseits notwendig sind. Die Effizienz des Klimakreislaufs 13 lässt sich dabei über einen internen Wärmetauscher 48 in dem Klimakreislauf 13 weiter steigern. Hierfür strömt das Klimamittel auf dem Weg zum Klimamittelverdichter 49 durch diesen internen Wärmetauscher 48. Das Klimamittel strömt dann durch den Klimamittelkondensator 14 und auf seinem Weg zurück zu den Expansionsventilen 31 oder 34 bzw. eine Ventileinrichtung 50, über welche der Anteil der Durchströmung dieser beiden Expansionsventile 31, 34 eingestellt werden kann, erneut durch den internen Wärmetauscher 48. Dabei wird Wärme in der Darstellung der 2 von der linken zur rechten Seite übertragen, die Temperatur des Klimamittels vor den Expansionsventilen 31, 34 also nochmals weiter herabgesetzt.
Das erfindungsgemäß aufgebaute Fahrzeug 1 ermöglicht so in einem kompakten Aufbau eine sehr effiziente Kühlung, da die Kühlluft K lediglich die beiden Niedertemperaturwärmetauscher 16, 17 und den Hochtemperaturwärmetauscher 15 durchströmen muss. Damit kommt insbesondere an dem typischerweise in Strömungsrichtung der Kühlluft K am Ende angeordneten Hochtemperaturwärmetauscher 15 noch eine ausreichende Menge an Kühlluft K an, um hier eine sehr gute Kühlleistung bezogen auf die Oberfläche des Hochtemperaturkühlers 15 zu ermöglichen. Hierdurch wird eine thermische Limitierung der elektrischen Antriebsleistung aufgrund einer zu hohen Abwärme der Brennstoffzelle 5, welche nicht mehr „weggekühlt” werden kann, vermieden. Gleichzeitig erlaubt der Aufbau einen sehr effizienten Betrieb bei geringen Umgebungstemperaturen und niedriger benötigter Kühlleistung der Klimaanlage 9 einerseits und erlaubt eine sehr schnelle und effiziente Aufwärmung des Systems durch einen Austausch der Wärme zwischen den einzelnen Niedertemperaturkühlkreisläufen 11, 12 andererseits. Alles in allem entsteht so ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug 1 mit einem sehr kompakte, funktionalen und hocheffizienten Kühlsystem.
Bezugszeichenliste

1: Fahrzeug
2: elektrischer Antriebsmotor
3: gemeinsame Achse
4: Leistungselektronik
5: Brennstoffzelle 5
6: (Traktions-)batterie
7: Druckgasspeicher
8: Luftfördereinrichtung
9: Klimaanlage
10: Hochtemperaturkühlkreislauf
11: erster Niedertemperaturkühlkreislauf
12: zweiter Niedertemperaturkühlkreislauf
13: Klimakreislauf
14: Klimamittelkondensator
15: Hochtemperaturkühler
16: erster Niedertemperaturkühler
17: zweiter Niedertemperaturkühler
18: Gebläse
19: Verdampfer
20: erste Niedertemperaturkühlkomponenten
21: Bypassleitung
22: Hochtemperaturkühlpumpe
23: Hochtemperaturkühlkomponenten
24: Bypassventil
25: Bypass
26: Ionentauscher
27: Zusatzheizer
28: Innenraumwärmetauscher
29: Kühlmittelfördereinrichtung
30: Ventileinrichtung
31: Expansionsventil
32: Verdampfer
33: Bypassventil
34: Expansionsventil
35: erste Niedertemperaturkühlmedienpumpe
36: erstes Kaltstartventil
37: Ventileinrichtung
38: zweite Niedertemperaturkühlmedienpumpe
39: zweites Kaltstartventil
40: Bypassventil
41: zweite Niedertemperaturkühlkomponenten
42: Ventileinrichtung
43: Ventileinrichtung
44: Ventileinrichtung
45: Ventileinrichtung
46: Kühlmedienhilfspumpe
47: Zusatzheizer und/oder weitere zu kühlende Komponenten
48: interner Wärmetauscher
49: Klimamittelverdichter
50: Ventileinrichtung
K: Kühlluft
F: Fahrtrichtung
L: Kabinenluft

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

DE 102009039364 A1 [0004]
US 6370903 B1 [0005]
DE 102010061004 A1 [0006]
DE 102015006387 [0008, 0017, 0018, 0027]
DE 102015014781 [0009]

Claims

Elektrisch angetriebenes Fahrzeug (1) mit einem elektrischen Antriebssystem, mit einem Brennstoffzellensystem zur Bereitstellung von elektrischer Antriebsleistung, mit einem Kühlsystem, welches einen Hochtemperaturkühlkreislauf (10) zur Kühlung einer Brennstoffzelle (5) aufweist, und welches wenigstens einen Niedertemperaturkühlkreislauf (11, 12) zur Kühlung von elektrischen und elektronischen Komponenten (20, 41, 47) des Antriebs- und/oder Brennstoffzellensystems aufweist, und mit einem Klimasystem (9, 13) zur Klimatisierung des Fahrzeuginnenraums, wobei das Klimasystem (9, 13) und das Kühlsystem zumindest über einen von dem wenigstens einen Niedertemperaturkühlkreislauf (11, 12) gekühlten Kondensator (14) thermisch gekoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens einen Niedertemperaturkühlkreislauf (11, 12) zwei von Kühlluft (K) parallel durchströmte Niedertemperaturkühler (16, 17) aufweist, welche von dem Kühlmedium schaltbar seriell zueinander in einem Niedertemperaturkühlkreislauf (11) oder parallel zueinander in zwei Niedertemperaturkühlkreisläufen (11, 12) durchströmbar sind.
Elektrisch angetriebenes Fahrzeug (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Niedertemperaturkühlkreisläufe (11, 12) vorgesehen sind, wobei der erste Niedertemperaturkühlkreislauf (11) immer zumindest einen der Niedertemperaturkühler (16) aufweist, und wobei der zweite Niedertemperaturkühler (17) wahlweise in den ersten oder den zweiten Niedertemperaturkühlkreislauf (11, 12) schaltbar ist.
Elektrisch angetriebenes Fahrzeug (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Klimasystem (9, 13) einen Kondensator (14) in thermischem Kontakt zu dem ersten Niedertemperaturkühlkreislauf (11) und zwei parallele Expansionsventile (31, 34) und Verdampfer (19, 32) aufweist, wobei über den ersten Verdampfer (32) der Fahrzeuginnenraum und über den zweiten Verdampfer (34) der zweite Niedertemperaturkühlkreislauf (12) kühlbar sind.
Elektrisch angetriebenes Fahrzeug (1) nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Niedertemperaturkühler (16, 17) bei serieller Durchströmung mit dem Kühlmedium so verschaltet sind, dass das Kühlmedium des ersten Niedertemperaturkühlkreislaufs (11) vollständig durch den ersten Niedertemperaturkühler (16) strömt, dass das Kühlmedium sich in Strömungsrichtung zwischen dem ersten und dem zweiten Niedertemperaturkühler (16, 17) aufteilt, sodass eine erste Teilmenge zu den zu kühlenden elektrischen und elektronischen Komponenten (20) strömt, und dass eine zweite Teilmenge den zweiten Niedertemperaturkühler (17) durchströmt, wobei die zweite Teilmenge vom zweiten Niedertemperaturkühler (17) aus in den Kondensator (14) strömt.
Elektrisch angetriebenes Fahrzeug (1) nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmedium des zweiten Niedertemperaturkühlkreislaufs (12) bei serieller Durchströmung der Niedertemperaturkühler (16, 17) ausschließlich über den zweiten Verdampfer (19) gekühlt ist.
Elektrisch angetriebenes Fahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Klimasystem (9, 13) einen internen Wärmetauscher (48) aufweist, welcher von dem zum Kondensator (14) strömenden Klimamittel einerseits und von dem vom Kondensator (14) zu den Verdampfern (19, 32) strömenden Klimamittel andererseits durchströmt ist.
Elektrisch angetriebenes Fahrzeug (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem internen Wärmetauscher (48) und dem Kondensator (14) ein Verdichter (49) des Klimasystems (9, 13) angeordnet ist.
Elektrisch angetriebenes Fahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochtemperaturkühlkreislauf (10) fluidisch unabhängig von dem oder den Niedertemperaturkühlkreisläufen (11, 12) ausgebildet ist.
Elektrisch angetriebenes Fahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Niedertemperaturkühler (16, 17) der beiden Niedertemperaturkühlkreisläufe (11, 12) bezüglich der Durchströmung mit Kühlluft (K) zumindest bezüglich eines Teils ihrer Oberfläche parallel und der Hochtemperaturkühler (15) des Hochtemperaturkühlkreislaufs (10) zumindest bezüglich eines Teils seiner Oberfläche hierzu seriell nach den Niedertemperaturkühlern (16, 17) angeordnet ist.
Elektrisch angetriebenes Fahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochtemperaturkühlkreislauf (10) einen Zusatzheizer (27) und einen Innenraumwärmetauscher (28), sowie insbesondere eine zusätzliche Kühlmittelfördereinrichtung (29) zur reinen Innenraumbeheizung des Fahrzeugs (1) mittels des Zusatzheizers (27), aufweist.