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Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug, umfassend eine im Innenraum angeordnete elektrische oder elektronische Fahrzeugkomponente und eine mittels eines in einem Kühlkreislauf geführten Kühlfluids betreibbare Kühleinrichtung, welche zur Kühlung der Fahrzeugkomponente angeordnet ist.
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Im Innenraum moderner Kraftfahrzeuge werden zunehmend elektrische oder elektronische Fahrzeugkomponenten angeordnet, die sich während ihres Betriebs erwärmen und besondere Kühlmaßnahmen erfordern. Dazu ist eine passive Luftkühlung mittels aus dem Innenraum des Kraftfahrzeugs zugeführter Luft bekannt, welche zuvor durch eine Klimatisierungseinrichtung des Kraftfahrzeugs abgekühlt wurde. Nachteilig an einer solchen passiven Luftkühlung ist jedoch die starke Abhängigkeit der Kühlleistung von fahrerseitigen Einstellungen der Klimatisierungseinrichtung und das träge Abkühlungsverhalten des Innenraums. Zudem hat eine Anpassung des Betriebs der Klimatisierungseinrichtung im Hinblick auf die Kühlung der Fahrzeugkomponente einen negativen Einfluss auf die Effizienz und den Komfort des Kraftfahrzeugs. Die Zuführung der Luft aus dem Innenraum zum Einbauort der Fahrzeugkomponente erfordert zudem einen zusätzlichen Lüfter, dessen Betrieb akustisch vernehmbar ist.
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Um die Nachteile einer solchen passiven Luftkühlung zu umgehen wurde bereits eine aktive Kühlung der Fahrzeugkomponente durch eine Kühleinrichtung vorgeschlagen, welche mittels eines in einem Kühlkreislauf geführten Kühlfluids betreibbar ist.
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DE 10 2007 004 979 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Kühlung einer Batterie in einem Kraftfahrzeug mit einem Niedertemperatur-Kühlkreislauf des Fahrzeugs, in welchen die Batterie über einen separaten abgezweigten Kältekreislauf verdampferseitig zur Kühlung der Batterie über den Niedertemperatur-Kühlkreislauf angebunden ist. Zwischen dem Kältekreislauf und dem Niedertemperatur-Kühlkreislauf ist ein erweiterter Kältekreislauf mit einem zusätzlichen Wärmetauscher vorgesehen, über welchen der Niedertemperatur-Kühlkreislauf und die Batterie kühlerseitig zusätzlich zur Abgabe von Wärme seitens der Batterie bei niedrigen Temperaturen zur Kühlung der Batterie in einem Kühlungsmodus thermisch koppelbar sind.
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DE 11 2012 002 441 T5 offenbart eine Thermosteuervorrichtung für ein Fahrzeug, aufweisend eine Batterie und ein primäres System, durch welches ein thermisches Transportmedium zirkuliert, wobei das primäre System einem Belastungswärmetauscher zum Ausführen eines Wärmetauschs zwischen der Batterie und dem thermischen Transportmedium und einen Umgebungswärmetauscher zum Ausführen eines Wärmetauschs zwischen einer Umgebungsluft und dem thermischen Transportmedium aufweist. Ferner ist eine Kalt-Heiß-Einrichtung vorgesehen, welche einen Wärmetauscher einer Hochtemperaturseite zum Ausführen eines Wärmetauschs mit dem thermischen Transportmedium und einen Wärmetauscher einer Niedrigtemperaturseite zum Ausführen eines Wärmetauschs mit dem thermischen Transportmedium aufweist und welche eine Temperaturdifferenz zwischen dem Wärmetauscher der Hochtemperaturseite und dem Wärmetauscher der Niedrigtemperaturseite bereitstellt.
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DE 10 2012 004 002 A1 offenbart ein Fahrzeug mit einem Hochtemperaturkreislauf, einem Niedertemperaturkreislauf, einem Klimaanlagenkühlkreislauf und/oder einem Abwärmerückgewinnungskreislauf. Der Klimaanlagenkühlkreislauf und/oder der Abwärmerückgewinnungskreislauf sind mittels jeweils eines Kondensators thermisch mit dem Niedertemperaturkreislauf gekoppelt, wobei der Kondensator mit einem im Niedertemperaturkreislauf zirkulierenden Kühlmittel kühlbar ist und mittels des Kondensators ein Batteriekühlkreislauf thermisch mit dem Niedertemperaturkreislauf koppelbar ist.
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Eine solche Kopplung mehrerer Kühlkreisläufe des Kraftfahrzeugs erfordert jedoch die räumliche Anordnung der Fahrzeugkomponente und der ihr zugeordneten Kühleinrichtung in räumlicher Nähe des gekoppelten Kühlkreislaufs. Dies erhöht die Komplexität der Integration der Fahrzeugkomponente und der Kühleinrichtung im Kraftfahrzeug und erfordert eine hohe Kühlfluidmenge im Kühlkreislauf. Bei einer Kopplung des Kühlkreislaufs mit einem Kühlkreislauf einer Klimatisierungseinrichtung muss diese zusätzlich zum Betrieb bei unterschiedlichen Kühlleistungen für eine Kühlung der Fahrzeugkomponente mit bzw. ohne gleichzeitige Kühlung des Innenraums ausgelegt sein.
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Der Erfindung liegt mithin die Aufgabe zugrunde, ein demgegenüber verbessertes Kraftfahrzeug anzugeben.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß bei einem Kraftfahrzeug der eingangs genannten Art vorgesehen, dass die Kühleinrichtung unabhängig von wenigstens einem weiteren fluidbetriebenen Kühlkreislauf des Kraftfahrzeugs betreibbar und/oder thermisch von diesem entkoppelt ist.
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Die Erfindung beruht auf der Überlegung, eine dezentrale Kühlung der elektrischen oder elektronischen Fahrzeugkomponente durch die Kühleinrichtung zu ermöglichen, indem eine thermische Entkopplung und/oder ein unabhängiger Betrieb von einem weiteren Kühlkreislauf, beispielsweise einem einer Klimatisierungseinrichtung des Kraftfahrzeugs zugeordneten Kühlkreislauf, vorgesehen ist. Mit anderen Worten wird ein dedizierter Kühlkreislauf für die im Innenraum des Kraftfahrzeugs angeordnete Fahrzeugkomponente vorgeschlagen. Der Kühlkreislauf kann vor dem Hintergrund seines typischerweise geringeren Leistungsbedarf im Vergleich zum weiteren Kühlkreislauf auch als Mikrokältekreis aufgefasst werden. Im erfindungsgemäßen Sinne bezeichnet der Begriff „Innenraum“ den umbauten Raum des Kraftfahrzeugs mit seinen Innenmaßen, also auch die Innenverkleidung und gegebenenfalls auch Sitze, Sitzbänke, Armaturen und Bedienelemente für den Fahrer.
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Ein solcher Kühlkreislauf hat keinen Einfluss auf den Betrieb des weiteren Kühlkreislaufs und kann fahrzeugkomponentenspezifisch ausgelegt und dimensioniert werden. So wird beispielsweise nur eine verhältnismäßig geringe Menge des Kühlfluids zum Betrieb des Kühlkreislaufs für die Fahrzeugkomponente benötigt. Außerdem können die Einbauorte der Fahrzeugkomponente und der Kühleinrichtung unabhängig vom Einbau des weiteren Kühlkreislaufs gewählt werden, wodurch erhebliche Package- und Dimensionierungsvorteile für das Kraftfahrzeug erzielt werden. Im Vergleich zu einer herkömmlichen passiven Luftkühlung ist die Kühlwirkung der Kühleinrichtung beim erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug zudem wesentlich schneller verfügbar. Auch ist eine Kühlung bei abgestelltem, nicht betriebenem Fahrzeug möglich.
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Die Kühleinrichtung kann einen Kompressor und/oder einen Verdampfer und/oder einen Kondensator und/oder einen Filter aufweisen, die durch Kühlfluidleitungen miteinander verbunden sind. Das Kühlfluid ist bevorzugt ein Kältemittel. Bevorzugt ist die Kühleinrichtung als Zusammenbau, ggf. zusätzlich mit der Fahrzeugkomponente, ausgebildet. Die Kühleinrichtung kann so aufwandsarm während der Montage des Kraftfahrzeugs integriert werden, wobei mit besonderem Vorteil auf eine Kühlmittelbefüllung am Band verzichtet werden kann.
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Zweckmäßigerweise weist die Kühleinrichtung des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs einen in den Kühlkreislauf geschalteten Kondensator auf. Dieser dient der Verflüssigung des fahrzeugkomponentenseitig verdampften Kühlfluids unter Abgabe der von der Fahrzeugkomponente abgeführten Wärme und kann daher auch als Verflüssiger bezeichnet werden.
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Bevorzugt ist der Kondensator zum Wärmetausch mit entlang eines Zwangsentlüftungskanals aus dem Innenraum des Kraftfahrzeugs geführter Luft angeordnet. Der Zwangsentlüftungskanals kann den Innenraum mit der Umgebung des Kraftfahrzeugs luftleitend verbinden. Die Wärme des Kondensators kann so besonders einfach und effizient an die Umgebung abgeführt werden, um eine hohe Verfügbarkeit der Kühlwirkung der Kühleinrichtung zu erreichen.
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Mit besonderem Vorteil ist der Kondensator zwischen der Innenverkleidung des Innenraums und der Karosserie des Kraftfahrzeugs angeordnet. Dadurch kann das Volumen hinter der Innenverkleidung für eine besonders raumsparende Anordnung des Kondensators verwendet werden. Bevorzugt ist auch der Zwangsentlüftungskanal zumindest abschnittsweise zwischen der Innenverkleidung und der Karossiere angeordnet.
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Alternativ kann der Kondensator außerhalb des Innenraums angeordnet sein. Der Kondensator kann insofern die Wärme an ein innenraumexternes Luftvolumen, insbesondere auch unmittelbar an die Umgebungsluft des Kraftfahrzeugs, abführen. In diesem Fall kann der Kondensator zusätzlich gegen erhöhte Temperaturen, Verschmutzung und mechanische Beanspruchung geschützt sein.
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Zweckmäßigerweise weist die Kühleinrichtung einen Lüfter zum Beströmen des Kondensators mit Luft auf. Dadurch kann die Wärmeabfuhr durch den Kondensator weiter verbessert werden.
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Besonders bevorzugt sind eine Belüftungseinrichtung für den Innenraum und eine Steuereinrichtung vorgesehen, wobei die Steuereinrichtung zum Aktivieren des Lüfters bei Erfassung eines Umluftbetriebs der Belüftungseinrichtung und/oder zum Deaktivieren des Lüfters bei Erfassung eines Frischluftbetriebs der Belüftungseinrichtung ausgebildet ist. Die Belüftungseinrichtung kann mithin zur Zuführung von, gegebenenfalls konditionierter, Umgebungsluft in den Innenraum und/oder zur Realisierung eines Umluftbetriebs, in dem Luft aus dem Innenraum, gegebenenfalls im Anschluss an eine Konditionierung, erneut in den Innenraum geführt wird, ausgebildet sein. Da beim Umluftbetrieb der Belüftungseinrichtung, insbesondere bei der Anordnung des Kondensators im Zwangsentlüftungskanal, typischerweise kein oder nur ein geringer Luftstrom entlang des Kondensators vorliegt, kann durch die Aktivierung des Lüfters eine verbesserte Wärmeabfuhr vom Kondensator erzielt werden. Zur Reduktion der akustischen Wahrnehmbarkeit des Lüfters kann dieser im Frischluftbetrieb, in welchem typischerweise ein ausreichender Luftstrom entlang des Kondensators vorliegt, deaktiviert werden. Die Belüftungseinrichtung kann Teil der Klimatisierungseinrichtung des Kraftfahrzeugs sein, welche zur Konditionierung von in den Innenraum zu führender Luft ausgebildet ist.
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Vorteilhafterweise ist der Lüfter zum Zuführen von Luft aus dem Kofferraum des Kraftfahrzeugs angeordnet. Es wurde erkannt, dass die Wärmeabfuhr des Kondensators optimal ist, wenn dieser mit Luft beströmt wird, die aus einem möglichst großen Volumen zugeführt wird, also eine möglichst hohe Luftkapazität am Luftaustausch beteiligt ist. Dabei wird es bevorzugt, wenn der Lüfter derart angeordnet ist, dass nur eine geringe akustische Kopplung mit dem Innenraum besteht. Dazu wird beispielsweise ein Zuleitungskanal zwischen dem Kofferraum und dem Einbauort des Kondensators mit einer geringen akustischen Resonanz ausgebildet.
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Bei dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug wird es ferner bevorzugt, wenn ein Verdampfer der Kühleinrichtung innerhalb der Fahrzeugkomponente anordnet ist. Der Verdampfer kann beispielsweise Verdampferplatten und/oder Verdampferrohre aufweisen, die die Fahrzeugkomponente unmittelbar kühlen. Alternativ kann der Verdampfer zum Kühlen von über einen Umluftkanal in das Innere der Fahrzeugkomponente geführter Luft angeordnet sein. In diesem Fall wird die Fahrzeugkomponente mittelbar gekühlt, wobei der Verdampfer außerhalb der Fahrzeugkomponente angeordnet sein kann und dort die in das Innere der Fahrtzeugkomponente geführte Luft kühlt. Zur Erzeugung eines Luftkreislaufs innerhalb des Umluftkanals kann dieser einen Ventilator aufweisen.
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Es ist bei dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug zudem zweckmäßig, wenn die Kühleinrichtung und/oder die Fahrzeugkomponente heckseitig angeordnet ist oder sind. Im Hinterwagen des Kraftfahrzeugs steht typischerweise ausreichender Einbauraum für die Kühleinrichtung und/oder die Fahrzeugkomponente bereit. Zudem befindet sich der Zwangsentlüftungskanals häufig im Heckbereich des Kraftfahrzeugs, so dass besonders kurze Kühlfluidwege des Kühlkreislaufs realisierbar sind.
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Bei dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug ist die Fahrzeugkomponente besonders bevorzugt in einer Mulde des Innenraums angeordnet. Diese kann beispielsweise eine herkömmlicherweise für die Lagerung eines Reserverads vorgesehene Reserveradmulde sein. Alternativ kann die Fahrzeugkomponente zwischen der Innenverkleidung des Innenraums und der Karosserie des Kraftfahrzeugs angeordnet sein. Auch hier steht je nach Größe der Fahrzeugkomponente ausreichender Bauraum für die Anordnung der Fahrzeugkomponente bereit.
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Schließlich ist es bei dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug von besonderem Vorteil, wenn die Fahrzeugkomponente ein elektrischer Energiespeicher, insbesondere mit einer Nennspannung zwischen 10 Volt und 60 Volt, ist. Besonders bevorzugt beträgt die Nennspannung 12 Volt, 24 Volt, 36 Volt oder 48 Volt. Gerade im letztgenannten Fall einer zusätzlichen 48-Volt-Bordnetzbatterie, insbesondere auf Basis von Lithium-Energiespeicherzellen, besteht bei Anordnung einer solchen Batterie im Innenraum besonderer Kühlungsbedarf. Alternativ kann die Fahrzeugkomponente ein Leistungselektronikbauteil oder ein Gleichspannungswandler sein.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Diese sind schematische Darstellungen und zeigen:
- 1 eine Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs; und
- 2 eine Prinzipskizze des Hecks des Kraftfahrzeugs mit einer Fahrzeugkomponente des Kraftfahrzeugs und einer Kühleinrichtung.
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1 zeigt eine Prinzipskizze eines Kraftfahrzeugs 1, umfassend eine elektrische oder elektronische Fahrzeugkomponente 2 in Form eines elektrischen Energiespeichers 3 auf Basis von Lithium-Ionen-Zellen mit einer Nennspannung von beispielsweise 48 Volt. Alternativ dazu kann die Fahrzeugkomponente 2 auch ein Leistungselektronikbauteil oder ein Gleichspannungswandler sein. Zur Kühlung der Fahrzeugkomponente 2 ist eine Kühleinrichtung 4 vorgesehen, die mittels eines in einem Kühlkreislauf 5 geführten Kühlfluids betreibbar und zusammen mit der Fahrzeugkomponente 2 heckseitig angeordnet ist.
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Daneben weist das Kraftfahrzeug eine Klimatisierungseinrichtung 6 mit einer Belüftungseinrichtung 7 für den Innenraum 8 des Kraftfahrzeugs 1 und einen weiteren Kühlkreislauf 9 auf. Dieser es unabhängig von dem Kühlkreislauf 5 der Kühleinrichtung 4 betreibbar und thermisch von diesem entkoppelt außerhalb des Innenraums 8 angeordnet, wohingegen die Fahrzeugkomponente 2 innerhalb des Innenraums 8 angeordnet ist.
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Außerdem ist eine Steuereinrichtung 10 vorgesehen, mittels welcher die Kühleinrichtung 4 in Abhängigkeit eines Betriebszustands der Belüftungseinrichtung 7 ansteuerbar ist. Mögliche Betriebszustände sind insbesondere ein Frischluftbetrieb, bei dem Umgebungsluft des Kraftfahrzeugs 1 in den Innenraum 8 geführt wird, und ein Umluftbetrieb, bei dem die im Innenraum 8 vorhandene Luft über die Belüftungseinrichtung 7 wieder in den Innenraum geführt wird. In beiden Betriebszuständen kann die in den Innenraum 8 geführte Luft durch die Klimatisierungseinrichtung 6 konditioniert werden.
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2 zeigt eine Prinzipskizze der Anordnung der Fahrzeugkomponente 2 des Kraftfahrzeugs 1 und der Kühleinrichtung 4 in einem heckseitigen Abschnitt des Innenraums 8.
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Die Fahrzeugkomponente 2 ist innerhalb einer Mulde 11, die herkömmlicherweise für die Lagerung eines Reserverads verwendet wird, angeordnet und weist ein Gehäuse 12 auf, in welchem Energiespeicherzellen 13 der Batterie 3 angeordnet sind. Das Gehäuse 12 weist an zwei gegenüberliegenden Seiten jeweils eine Öffnung 14, 15 auf, wobei die Öffnungen 14, 15 über einen Umluftkanal 16 miteinander verbunden sind. Zur Zirkulation der Luft durch das Gehäuse 12 und entlang des Umluftkanals 16 ist ein Ventilator 17 vorgesehen.
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In den Kühlkreislauf 5 der Kühleinrichtung 4 sind ein Kondensator 18, ein Kompressor 19, ein Verdampfer 20 und ein Drosselorgan 21 geschaltet und durch Kühlfluidleitungen verbunden. Dabei befinden sich der Verdampfer 20 und das Drosselorgan 21 innerhalb der Mulde 11. Der Verdampfer 20 ist innerhalb des Umluftkanals 16 angeordnet und kühlt so die dort zirkulierende Luft, welche an den Energiespeicherzellen 13 entstehende Wärme abführt. Alternativ kann auch ein nach dem Peltier-Prinzip arbeitender Wärmeübertrager zur Konditionierung des Kühlfluids eingesetzt werden.
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Der Kondensator 18 und der Kompressor 19 sind zwischen einer Innenverkleidung 22 des Innenraums 8 und der Karosserie 23 des Kraftfahrzeugs 1 innerhalb eines Zwangsentlüftungskanals 24 angeordnet. Dieser weist einen Lufteinlass 25 in der Innenverkleidung 22 auf und ist über einen Luftauslass 26 mit der Umgebung des Kraftfahrzeugs 1 verbunden, um einen Wärmetausch zwischen dem Kondensator 18 und der entlang des Zwangsentlüftungskanals 24 geführten Luft aus dem Innenraum 8 zu ermöglichen.
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Die Kühleinrichtung 4 weist ferner einen Lüfter 27 zum Beströmen des Kondensators 18 mit Luft aus einem Kofferraum 28 auf. Die Steuereinrichtung 10 ist dazu ausgebildet, den Lüfter 27 bei Erfassung des Umluftbetriebs der Belüftungseinrichtung 7 zu aktivieren, da im Umluftbetrieb keine oder nur eine sehr geringe Luftmenge durch den Zwangsentlüftungskanals 24 geführt wird. Befindet sich die Belüftungseinrichtung 7 hingegen im Frischluftbetrieb, so deaktiviert die Steuereinrichtung 10 den Lüfter 27, da die durch die Belüftungseinrichtung 7 in den Innenraum 8 und über den Zwangsentlüftungskanals 24 zurück an die Umgebung strömende Luftmenge für den Wärmetausch mit dem Kondensator 18 ausreicht. Alternativ zu der zuvor beschriebenen Anordnung des Kondensators 18 kann dieser auch außerhalb des Innenraums, insbesondere zu Realisierung eines Wärmeaustauschs mit der Umgebungsluft, angeordnet sein.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel des Kraftfahrzeugs 1 ist der Verdampfer 20 innerhalb des Gehäuses 12 der Fahrzeugkomponente 2 angeordnet und kühlt diese, insbesondere ihre Energiespeicherzellen 13, über Verdampferrohre und/oder -platten unmittelbar. Es kann insofern auf die Öffnungen 14, 15, den Umluftkanal 16 und den Ventilator 17 verzichtet werden.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel des Kraftfahrzeugs 1 ist die Fahrzeugkomponente 2 nicht innerhalb der Mulde 11 angeordnet, sondern zwischen der Karosserie 23 und der Innenverkleidung 22.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007004979 A1 [0004]
- DE 112012002441 T5 [0005]
- DE 102012004002 A1 [0006]
