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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abwärmenutzungseinrichtung für ein Elektrofahrzeug sowie ein Elektrofahrzeug mit einer solchen Abwärmenutzungseinrichtung.
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In Elektrofahrzeugen, also in elektrisch angetriebenen Fahrzeugen, wird die zum Antreiben des Elektromotors vorhandene, wiederaufladbare Batterie dazu herangezogen, verschiedene Nebenaggregate, also elektrische Verbraucher, mit elektrischer Energie zu versorgen. Da in Elektrofahrzeugen zum Beheizen des Fahrzeuginnenraum keine von einer Brennkraftmaschine erzeugte Abwärme zur Verfügung steht, ist eine elektrisch betriebene Heizeinrichtung erforderlich, die ihre zum Betrieb erforderliche elektrische Heizleistung ebenfalls aus der Batterie des Elektrofahrzeugs bezieht. Diese elektrische Energie steht aber nicht mehr zum Antreiben des Elektromotors zur Verfügung, was die Reichweite des Elektrofahrzeugs in nicht unerheblichem Maße verringern kann.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Abwärmenutzungseinrichtung für ein Elektrofahrzeug zu schaffen, bei welchem vorangehend erläutertes Problem nicht mehr oder nur mehr in stark eingeschränktem Maße auftritt. Insbesondere ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei der Entwicklung von Abwärmenutzungseinrichtungen für Elektrofahrzeuge neue Wege aufzuzeigen.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
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Grundgedanke der Erfindung ist demnach, den im Elektrofahrzeug vorhandenen Kühlkreislauf zum Kühlen der Batterie und des Elektromotors zusammen mit einem im Elektrofahrzeug vorhandenen Klimatisierungskreislauf zum Temperieren des Fahrzeuginnenraums derart in eine Abwärmenutzungseinrichtung zu integrieren, dass die von der Batterie und/oder vom Elektromotor erzeugte Abwärme dazu genutzt werden kann, im Bedarfsfall den Fahrzeuginnenraum aufzuheizen, andernfalls aber auch auf effektive Weise in die Umgebung des Elektrofahrzeug abgeführt werden kann. Für den Fall, dass die Abwärme aus dem Elektromotor und/oder der Batterie zum Beheizen des Fahrzeuginnenraum verwendet werden soll, kann die erfindungsgemäße Abwärmenutzungseinrichtung, dem Wirkprinzip einer Wärmepumpe folgend, Wärme aus dem Kühlkreislauf zum Kühlen von Elektromotor bzw. Batterie bereitstellen.
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Eine erfindungsgemäße Abwärmenutzungseinrichtung für ein Elektrofahrzeug, welches einen Elektromotor zum Antreiben des Elektrofahrzeugs und eine Batterie zum Versorgen des Elektromotors mit elektrischer Energie besitzt, umfasst einen Klimatisierungskreislauf zum Klimatisieren des Fahrzeuginnenraums des Elektrofahrzeugs. Im Klimatisierungskreislauf zirkuliert im Betrieb der Abwärmenutzungseinrichtung ein Arbeitsmedium. Im Klimatisierungskreislauf sind ein Kompressor zum Komprimieren des Arbeitsmediums, ein Kondensator zum Kondensieren des Arbeitsmediums und ein Verdampfer zum Verdampfen des Arbeitsmediums angeordnet.
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Ferner umfasst die Abwärmenutzungseinrichtung einen Kühlkreislauf zum Kühlen des Elektromotors und der Batterie. Im Betrieb der Abwärmenutzungseinrichtung zirkuliert im Kühlkreislauf ein Kühlmittel. Im Kühlkreislauf sind der Elektromotor und die Batterie angeordnet, wobei der Elektromotor in einem ersten Zweig des Kühlkreislaufs und die Batterie in einem zweiten Zweig des Kühlkreislaufs angeordnet ist, der fluidisch parallel zum ersten Zweig geschaltet ist. Im Kühlkreislauf sind ferner ein erster Wärmeübertrager zum Abführen von Wärme vom Kühlmittel in die Umgebung der Abwärmenutzungseinrichtung und eine erste Fördereinrichtung zum Antreiben des Kühlmittels im Kühlkreislauf angeordnet. weiterhin ist im Kühlkreislauf ein erster Chiller angeordnet, mittels welchem Wärme vom ersten Zweig des Kühlkreislaufs in den Klimatisierungskreislauf übertragbar ist. Ebenso ist im Kühlkreislauf ein zweiter Chiller angeordnet, mittels welchem Wärme vom zweiten Zweig des Kühlkreislaufs in den Klimatisierungskreislauf übertragbar ist. Die Abwärmenutzungseinrichtung ist außerdem mit einem Heizkreislauf ausgestattet, in welchem ein Heizmedium zirkuliert. Im Heizkreislauf sind eine zweite Fördereinrichtung zum Antreiben des Heizmediums und ein zweiter Wärmeübertrager zur Abgabe von Wärme vom Heizmedium in den Fahrzeuginnenraum des Elektrofahrzeugs angeordnet.
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Mittels der beiden Chiller kann Abwärme des Elektromotors bzw. der Batterie in den Klimatisierungskreislauf übertragen werden. Die auf diese Weise in den Klimatisierungskreislauf eingebrachte Wärme kann im Bedarfsfall über den zweiten Wärmeübertrager an den Fahrzeuginnenraum abgegeben werden, um diesen zu beheizen. Falls eine solche Beheizung des Fahrzeuginnenraums nicht erfolgen soll, kann die Abwärme mittels des im Kühlkreislauf angeordneten ersten Wärmeübertragers an die Umgebung der Abwärmenutzungseinrichtung bzw. des Elektrofahrzeugs abgegeben werden.
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Erfindungsgemäß ist der im Klimatisierungskreislauf vorhandene Kondensator als indirekter Wärmeübertrager ausgebildet, mittels welchem Wärme vom Klimatisierungskreislauf in den Heizkreislauf übertragen werden kann. Auf diese Weise kann bei verschiedenen Betriebszuständen mit unterschiedlichsten Betriebsparametern und bei verschiedenen Umgebungszuständen mit unterschiedlichen Umgebungsparametern - wie etwa besagter Umgebungstemperatur im Fahrzeuginnenraum - bei geringem Verbrauch an elektrischer Energie ein hoher Temperaturkomfort im Fahrzeuginnenraum erreicht werden. Darüber hinaus ermöglicht die hier vorgestellte Abwärmenutzungseinrichtung die Verwendung der Batterie als Wärmespeicher zum Zwischenspeichern von Abwärme. Wird etwa die Batterie mithilfe einer elektrischen Ladestation aufgeladen, so kann bei geeigneter Ansteuerung des Ladevorgangs die Temperatur der Batterie auf ein hohes, aber noch zulässiges Niveau erhöht werden. Aufgrund der hohen Masse der Batterie und der damit verbundenen hohen Wärmekapazität lässt sich in der Batterie somit eine erhebliche Menge an Wärme speichern. Diese, in der Batterie zwischengespeicherte Wärme kann zu einem späteren Zeitpunkt, typischerweise im Fahrbetrieb des Elektrofahrzeugs, mittels der erfindungsgemäßen Abwärmenutzungseinrichtung in den Fahrzeuginnenraum eingebracht werden, um diesen zu temperieren.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann der erste direkte Wärmeübertrager derart ausgebildet sein, dass er in den Kühlkreislauf oder in den Heizkreislauf eingebunden werden kann. Soll Wärme aus dem Kühlkreislauf in die Umgebung der Abwärmenutzungseinrichtung abgeführt werden, so kann der erste Wärmeübertrager in den Kühlkreislauf eingebunden werden. Soll hingegen Wärme aus dem Heizkreislauf in die Umgebung der Abwärmenutzungseinrichtung abgeführt werden, so kann der erste Wärmeübertrager in den Heizkreislauf eingebunden werden. Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn im Heizkreislauf überschüssige Wärme vorhanden ist, die nicht in den Fahrzeuginnenraum eingebracht werden soll. Bei dieser Ausführungsform ist es somit nicht erforderlich, sowohl für den Kühlkreislauf als auch für den Heizkreislauf jeweils einen separaten Wärmeübertrager bereitzustellen. Damit gehen nicht unerhebliche Kosteneinsparungen einher. Denkbar ist es bei einer Weiterbildung dieser Ausführungsform, den ersten Wärmeübertrager fluidisch so mit dem Kühlkreislauf und mit dem Heizkreislauf zu verschalten, dass er sowohl in den Heizkreislauf als auch in den Kühlkreislauf eingebunden ist.
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Besonders bevorzugt ist in der Abwärmenutzungseinrichtung ein erster Betriebszustand einstellbar. Der erste Betriebszustand dient primär dazu, bei hohen Umgebungstemperaturen einerseits die erforderliche Kühlung der Batterie sicherzustellen und andererseits auch, mittels des Klimatisierungskreislaufs, den Fahrzeuginnenraum zu kühlen. Eine Beheizung des Fahrzeuginnenraums ist im ersten Betriebszustand hingegen nicht angestrebt. Im ersten Betriebszustand überträgt der zweite Chiller daher die von der Batterie an das Kühlmittel abgegebene Abwärme vom Kühlmittel auf das Arbeitsmedium. Der im Klimatisierungskreislauf angeordnete, als indirekter Wärmeübertrager ausgebildete Kondensator überträgt diese Wärme zumindest teilweise vom Arbeitsmedium weiter auf das Heizmedium. Da aufgrund der hohen Umgebungstemperatur eine Beheizung des Fahrzeuginnenraums nicht erforderlich ist, ist der erste direkte Wärmeübertrager zum Abführen von Wärme in die Umgebung der Abwärmenutzungseinrichtung in den Heizkreislauf eingebunden, so dass er vom Heizmedium durchströmt wird. Über den ersten direkten Wärmeübertrager kann somit Wärme vom Heizmedium an die Umgebung der Abwärmenutzungseinrichtung abgegeben werden. Der im Heizkreislauf angeordnete zweite Wärmeübertrager, der zum Übertragen von Wärme in den Fahrzeuginnenraum dient, wird fluidisch überbrückt bzw. deaktiviert, so dass kein Heizmedium durch diesen Wärmeübertrager strömt.
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Ebenso wird im ersten Betriebszustand auch der erste Chiller fluidisch überbrückt, so dass im ersten Chiller kein Wärmeaustausch zwischen dem Klimatisierungskreislauf und dem Kühlkreislauf stattfindet. Die vom Elektromotor gegebenenfalls erzeugte Abwärme wird daher über den ersten direkten Wärmeübertrager an die Umgebung des Elektrofahrzeugs abgegeben. Der im Klimatisierungskreislauf vorhandene Verdampfer wird zur Aufnahme von Wärme aus dem Fahrzeuginnenraum des Elektrofahrzeugs vom Arbeitsmedium durchströmt. Mittels der genannten Maßnahmen wird die gewünschte Kühlung der Batterie und des Fahrzeuginnenraum erreicht.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist in der Abwärmenutzungseinrichtung ein zweiter Betriebszustand einstellbar. Typischerweise befindet sich die Abwärmenutzungseinrichtung im zweiten Betriebszustand, wenn das Elektrofahrzeug mit der Abwärmenutzungseinrichtung bei hohen Umgebungstemperaturen zum Aufladen der elektrischen Batterie an eine elektrische Ladestation angeschlossen ist. In diesem Fall wird Abwärme von der Batterie, aber nicht oder nur in geringem Maße vom Elektromotor erzeugt. Da bei hohen Umgebungstemperaturen eine Beheizung des Fahrzeuginnenraums nicht erforderlich ist, ist der zweite Betriebszustand primär darauf ausgelegt, die von der Batterie im Zuge des Ladevorgangs erzeugte Wärme an die Umgebung des Elektrofahrzeugs abzuführen. Im zweiten Betriebszustand überträgt der zweite Chiller daher Wärme vom Kühlmittel auf das Arbeitsmedium, und der im Klimatisierungskreislauf angeordnete Kondensator überträgt diese Wärme zumindest teilweise vom Arbeitsmedium weiter auf das Heizmedium. Auch im zweiten Betriebszustand ist der erste direkte Wärmeübertrager zum Abführen von Wärme aus dem Heizkreislauf in die Umgebung der Abwärmenutzungseinrichtung in den Heizkreislauf integriert, so dass er vom Heizmedium durchströmt wird. Der im Heizkreislauf angeordnete zweite Wärmeübertrager wird ebenso wie beim ersten Betriebszustand auch im zweiten Betriebszustand überbrückt bzw. deaktiviert, so dass kein Heizmedium durch diesen Wärmeübertrager strömt. Ebenso wird der erste Chiller fluidisch überbrückt bzw. deaktiviert, so dass kein Wärmeaustausch zwischen dem Klimatisierungskreiskauf und dem Kühlkreislauf stattfindet. Da sich während des Ladevorgangs der elektrischen Batterie typischerweise kein Fahrzeuginsasse im Fahrzeuginnenraum auffällt, ist auch bei hohen Umgebungstemperaturen keine Kühlung des Fahrzeuginnenraums mittels des Klimatisierungskreislaufs erforderlich. Daher wird im zweiten Betriebszustand - im Gegensatz zum vorangehend erläuterten, ersten Betriebszustand - auch der Verdampfer fluidisch überbrückt und auf diese Weise deaktiviert, sodass kein Arbeitsmedium durch den Verdampfer hindurchströmen kann. Somit wird auch keine Wärme aus dem Fahrzeuginnenraum auf das Arbeitsmedium des Klimatisierungskreislaufs übertragen.
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Da das Elektrofahrzeug zum Laden der Batterie an die Ladestation angeschlossen, also abgestellt ist, erzeugt der Elektromotor typischerweise keine oder nur eine vernachlässigbar geringe Menge an Abwärme. Daher wird bei einer vorteilhaften Weiterbildung vorgeschlagen, im zweiten Betriebszustand die Durchströmung des ersten Teilzweigs des Kühlkreislaufs mit dem Kühlmittel, vorzugsweise mittels einer steuerbaren Ventileinrichtung, zu unterbinden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist in der Abwärmenutzungseinrichtung ein dritter Betriebszustand einstellbar. Der dritte Betriebszustand wird in der Abwärmenutzungseinrichtung typischerweise dann eingestellt, wenn die Batterie wie beim zweiten Betriebszustand, typischerweise während eines Ladevorgangs, gekühlt werden muss. Im Gegensatz zum zweiten Betriebszustand findet der dritte Betriebszustand also primär dann Anwendung, wenn die Umgebungstemperatur der Umgebung des Elektrofahrzeugs bzw. der Abwärmenutzungseinrichtung deutlich niedriger ist als beim ersten Betriebszustand, so dass der Fahrzeuginnenraum im Gegensatz zum zweiten Betriebszustand beheizt werden soll. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass nach Abschluss des Ladevorgangs der Fahrzeuginnenraum bereits entsprechend temperiert ist. Im dritten Betriebszustand überträgt der zweite Chiller Wärme vom Kühlmittel auf das Arbeitsmedium, und der im Klimatisierungskreislauf angeordnete Kondensator überträgt Wärme vom Arbeitsmedium auf das Heizmedium. Bei dieser Ausführungsform wird der im Klimatisierungskreislauf angeordnete Verdampfer zur Aufnahme von Wärme aus dem Fahrzeuginnenraum des Elektrofahrzeugs vom Arbeitsmedium durchströmt. Im Gegensatz zum zweiten Betriebszustand wird im dritten Betriebszustand der im Heizkreislauf angeordnete zweite direkte Wärmeübertrager vom Heizmedium durchströmt, so dass dem Heizmedium im zweiten Wärmeübertrager Wärme zur Abgabe an den Fahrzeuginnenraum entzogen wird. Auf diese Weise wird der Fahrzeuginnenraum wie gewünscht beheizt. Überschüssige Wärme, die nicht für die Temperierung bzw. Beheizung des Fahrzeuginnenraums benötigt wird, kann in analoger Weise zum zweiten Betriebszustand mittels des zweiten direkten Wärmeübertragers an die Umgebung der Abwärmenutzungseinrichtung abgegeben werden.
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Besonders zweckmäßig kann der erste direkte Wärmeübertrager zum Abführen von Wärme aus dem Heizkreislauf in die Umgebung der Abwärmenutzungseinrichtung im dritten Betriebszustand im Bedarfsfall in den Heizkreislauf zugeschaltet werden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist in der Abwärmenutzungseinrichtung ein vierter Betriebszustand einstellbar. Der vierte Betriebszustand wird typischerweise dann eingestellt, wenn der Fahrzeuginnenraum bei sehr niedrigen Umgebungstemperaturen, typischerweise von 10°C oder weniger, mittels vom Elektromotor erzeugte Abwärme beheizt werden soll. Typischerweise wird also der vierte Betriebszustand im Fahrbetrieb des Elektrofahrzeugs bei niedrigen Umgebungstemperaturen eingestellt. Im vierten Betriebszustand überträgt der erste Chiller Wärme, die vom Elektromotor erzeugt und im Kühlkreislauf aufgenommen wird, vom Kühlmittel auf das Arbeitsmedium. Der zweite Chiller ist deaktiviert, so dass in diesem keine Wärme vom Kühlmittel auf das Arbeitsmedium übertragen wird. Bei dieser Ausführungsform überträgt der im Klimatisierungskreislauf angeordnete Kondensator Wärme vom Arbeitsmedium auf das Heizmedium. Der im Klimatisierungskreislauf angeordnete Verdampfer wird hingegen fluidisch überbrückt bzw. deaktiviert, so dass kein Arbeitsmedium durch den Verdampfer strömt. Eine im vierten Betriebszustand unerwünschte Kühlung des Fahrzeuginnenraums durch den Klimatisierungskreislauf wird auf diese Weise verhindert. Der im Heizkreislauf angeordnete, zweite direkte Wärmeübertrager wird bei dieser Ausführungsform vom Heizmedium durchströmt, so dass dem Heizmedium im dritten Wärmeübertrager Wärme zur Abgabe an den Fahrzeuginnenraum entzogen wird.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist in der Abwärmenutzungseinrichtung ein fünfter Betriebszustand einstellbar. Der fünfte Betriebszustand wird typischerweise dann eingestellt, wenn der Fahrzeuginnenraum bei sehr niedrigen Umgebungstemperaturen, typischerweise von 10 °C und weniger, mittels von der Batterie erzeugter Abwärme beheizt werden soll. Typischerweise wird also der fünfte Betriebszustand in einem abgestellten Zustand des Elektrofahrzeugs, etwa kurz nach dem Abstellen des Kraftfahrzeugs, bei gleichzeitig niedrigen Umgebungstemperaturen eingestellt. In diesem Szenario wird in der Batterie, welche aufgrund ihrer hohen Masse auch eine hohe Wärmekapazität aufweist, dem Wirkprinzip eines Wärmespeichers folgend die im Fahrbetrieb erzeugte Abwärme zumindest temporär gespeichert.
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Im fünften Betriebszustand überträgt der zweite Chiller Wärme vom Kühlmittel auf das Arbeitsmedium. Der erste Chiller ist hingegen aufgrund des ausgeschalteten Elektromotors deaktiviert, so dass keine Wärme vom Kühlmittel auf das Arbeitsmedium übertragen wird. Der im Klimatisierungskreislauf angeordnete Kondensator überträgt bei dieser Ausführungsform Wärme vom Arbeitsmedium auf das Heizmedium. Der im Klimatisierungskreislauf angeordnete Verdampfer wird hingegen fluidisch überbrückt, so dass kein Arbeitsmedium durch den Verdampfer strömt. Eine im fünften Betriebszustand unerwünschte Kühlung des Fahrzeuginnenraums mittels des Klimatisierungskreislaufs wird auf diese Weise vermieden. Der im Heizkreislauf angeordnete zweite direkte Wärmeübertrager wird vom Heizmedium durchströmt, so dass dem Heizmedium im dritten Wärmeübertrager Wärme zur Abgabe an den Fahrzeuginnenraum entzogen wird. Auf diese Weise wird der Fahrzeuginnenraum wie gewünscht beheizt.
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Bevorzugt weist die Abwärmenutzungseinrichtung genau einen Kühlkreislauf mit genau einem direkten Wärmeübertrager zum Abführen von Wärme in die Umgebung der Abwärmenutzungseinrichtung auf. Auf diese Weise lässt sich die Abwärmenutzungseinrichtung besonders kostengünstig herstellen.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Elektrofahrzeug mit einem Elektromotor und mit einer Batterie zum Versorgen des Elektromotors mit elektrischer Energie. Außerdem umfasst das Elektrofahrzeug eine vorangehend vorgestellte, erfindungsgemäße Abwärmenutzungseinrichtung. Die Abwärmenutzungseinrichtung steht zum Abführen von Abwärme mit dem Elektromotor und/oder der Batterie in Wirkverbindung. Die vorangehen erläuterten Vorteile der Abwärmenutzungseinrichtung übertragen sich daher auch auf das erfindungsgemäße Elektrofahrzeug.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
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Es zeigen, jeweils schematisch,
- 1 ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Abwärmenutzungseinrichtung mit einem als indirektem Wärmeübertrager ausgebildeten Kondensator in schaltplanartiger Darstellung,
- 2-6 die Abwärmenutzungseinrichtung der 1 in fünf verschiedenen Betriebszuständen.
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Die 1 zeigt in schematischer, schaltplanartiger Darstellung beispielhaft den Aufbau einer erfindungsgemäßen Abwärmenutzungseinrichtung 1 für ein Elektrofahrzeug. Das Elektrofahrzeug umfasst einen Elektromotor 2 zum Antreiben des Elektrofahrzeugs und eine Batterie 3 zum Versorgen des Elektromotors 2 mit elektrischer Energie. Die Batterie 3 ist wiederaufladbar ausgebildet, sodass sie in einem entladenen Zustand an einer elektrischen Ladestation (nicht gezeigt) elektrisch wieder aufgeladen werden kann.
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Die Abwärmenutzungseinrichtung umfasst einen Klimatisierungskreislauf 20 zum Klimatisieren eines Fahrzeuginnenraums 54 des Elektrofahrzeugs, wofür im Klimatisierungskreislauf 20 im Betrieb der Abwärmenutzungseinrichtung 1 ein Arbeitsmedium 21 zirkuliert. Im Klimatisierungskreislauf 20 sind ein Kompressor 22 zum Komprimieren des Arbeitsmediums 21, ein Kondensator 11 zum Kondensieren des Arbeitsmediums 21, und ein Verdampfer 23 zum Verdampfen des Arbeitsmediums 21 angeordnet.
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Die Abwärmenutzungseinrichtung 1 umfasst ferner einen Kühlkreislauf 4a zum Kühlen des Elektromotors 2 einschließlich einer Leistungselektronik 50, die mehrere Leistungstransistoren (nicht gezeigt) umfassen kann, sowie zum Kühlen der Batterie 3. Im Kühlkreislauf 4a zirkuliert im Betrieb der Abwärmenutzungseinrichtung 1 ein Kühlmittel 5a. Im Kühlkreislauf 4a sind sowohl der Elektromotor 2 als auch die Batterie 3 des Elektrofahrzeugs angeordnet. Entsprechend 1 ist der Elektromotor 2 in einem ersten Zweig 15a des Kühlkreislaufs 5a und die Batterie 3 in einem zweiten Zweig 15b des Kühlkreislaufs 5a angeordnet. Der zweite Zweig 15b ist dabei der fluidisch parallel zum ersten Zweig 15a geschaltet. Im Kühlkreislauf 5a sind ferner ein erster Wärmeübertrager 6a zum Abführen von Wärme vom Kühlmittel 5a in die Umgebung 51 der Abwärmenutzungseinrichtung 1 (vgl. Pfeile 53) und eine erste Fördereinrichtung 7a zum Antreiben des Kühlmittels 5a im Kühlkreislauf 4a angeordnet. Ferner umfasst der Kühlkreislauf 4a einen erster Chiller 8a, mittels welchem Wärme vom ersten Zweig 15a des Kühlkreislaufs 4a in den Klimatisierungskreislauf 20 übertragen werden kann. Ferner umfasst der Kühlkreislauf 4a einen zweiten Chiller 8b, mittels welchem Wärme vom zweiten Zweig 15b des Kühlkreislaufs 4a in den Klimatisierungskreislauf 20 übertragen werden kann. Die beiden Chiller 8a, 8b sind in einer fluidischen Parallelschaltung angeordnet. Hierzu ist der erste Chiller 8a in einem ersten Fluidleitungspfad 32a und der zweite Chiller 8b in einem zweiten Fluidleitungspfad 32b, der fluidisch parallel zum ersten Fluidleitungspfad 32a geschaltet ist, angeordnet.
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Die Abwärmenutzungseinrichtung 1 umfasst außerdem einen Heizkreislauf 4c, in welchem ein Heizmedium 5c zirkuliert und in welchem eine zweite Fördereinrichtung 7c zum Antreiben des Heizmediums 5c und ein zweiter Wärmeübertrager 6c zur Abgabe von Wärme vom Heizmedium 5c in einen Fahrzeuginnenraum 54 des Elektrofahrzeugs angeordnet sind. Der im Klimatisierungskreislauf 20 angeordnete Kondensator 11 ist als indirekter Wärmeübertrager ausgebildet, mittels welchem Wärme vom Klimatisierungskreislauf 20 in den Heizkreislauf 4c übertragen werden kann. Die beiden Wärmeübertrager 6a, 6b können als herkömmliche Radiatoren oder Wärmetauscher ausgebildet sein.
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Im Kühlkreislauf 4a kann ein Ausgleichsbehältnis 13a - dem Fachmann auch als „Expansionstank“ oder „Expansionsbehältnis“ bekannt - für das Kühlmittel 5a angeordnet sein. Für das Kühlmittel 5a und das Heizmedium 5c kann dieselbe Substanz verwendet werden, so dass sich beide nur in ihrem Temperatur-Niveau unterscheiden. Das Heizmedium 5c weist dabei ein höheres Temperaturniveau auf als das Kühlmittel 5a.
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Mittels einer elektrischen Heizeinrichtung 9, die elektrische Energie aus der Batterie 3 bezieht, kann der Fahrzeuginnenraum 54 im Bedarfsfall auch elektrisch beheizt werden. Die elektrische Heizeinrichtung 9 kann auch nur optional in der Abwärmenutzungseinrichtung 1 vorgesehen werden. Die elektrische Heizeinrichtung 9 kann derart realisiert sein, dass sie die im Fahrzeuginnenraum 54 vorhandene Luft direkt heizt, so dass sich deren Temperatur erhöht. Alternativ dazu kann die elektrische Heizeinrichtung 9 auch in den Heizkreislauf 4c integriert sein, so dass das Heizmedium 5c geheizt wird und folglich mehr Wärme an den Fahrzeuginnenraum 54 abgeben kann. Auch auf diese Weise wird die Temperatur der Luft im Fahrzeuginnenraum 54 erhöht.
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Wie 1 erkennen lässt, ist der direkte Wärmeübertrager 6a derart ausgebildet, dass er wahlweise in den Kühlkreislauf 4a zum Abführen von Wärme aus dem Kühlmittel 5a in die Umgebung 51 oder in den Heizkreislauf 4c zum Abführen von Wärme aus dem Heizmedium 5c in die Umgebung 51 eingebunden werden kann. Wie 1 weiter erkennen lässt, ist im Kühlkreislauf 4a eine Bypassleitung 30 mit einer Ventileinrichtung 31 vorgesehen, welche den ersten Wärmeübertrager 6a fluidisch überbrückt. Die Ventileinrichtung 31 kann wie in 1 angedeutet als 3-Wege-Ventil ausgebildet sein.
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Soll nun der erste Wärmeübertrager 6a in den Heizkreislauf 4c eingebunden werden, so wird die Bypassleitung 30 durch entsprechende Einstellung der Ventileinrichtung 31 in den Kühlkreislauf 4a eingebunden. Ein wesentlicher Vorteil einer solchen Konfiguration besteht darin, dass im Heizkreislauf 4c auf ein separates Ausgleichsbehältnis verzichtet werden kann.
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Im Beispiel der 1 ist der im Klimatisierungskreislauf 20 angeordnete Kondensator 11 als indirekter Wärmeübertrager ausgebildet, mittels welchem Wärme vom Klimatisierungskreislauf 20 in den Heizkreislauf 4c übertragen werden kann. Die Abwärmenutzungseinrichtung 1 gemäß 1 weist genau einen Kühlkreislauf 4a mit genau einem direkten Wärmeübertrager 6a zum Abführen von Wärme in die Umgebung 51 der Abwärmenutzungseinrichtung 1 auf. Somit lässt sich die Abwärmenutzungseinrichtung 1 besonders kostengünstig herstellen.
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Nun sei das Augenmerk auf die Darstellung der 2 gerichtet, welche die Abwärmenutzungseinrichtung 1 der 1 in einem ersten Betriebszustand zeigt. Die Abwärmenutzungseinrichtung 1 befindet sich vorzugsweise dann in dem ersten Betriebszustand, wenn sowohl der Fahrzeuginnenraum 54 als auch die Batterie 3 bei hohen Umgebungstemperaturen in der Umgebung 51, typischerweise von 40 °C oder mehr, gekühlt werden soll. Befindet sich das Elektrofahrzeug im Fahrbetrieb, d.h. der Elektromotor 2 ist aktiv, so muss im ersten Betriebszustand der Abwärmenutzungseinrichtung 1 zusätzlich auch der Elektromotor 2 gekühlt werden.
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Im ersten Betriebszustand wird mithilfe des Kondensator 11, des ersten Wärmeübertragers 6a und des zweiten Chillers 8b eine Wärmepumpe realisiert, mit welcher Wärme sowohl von der Batterie 3 als auch vom Elektromotor 2 sowie vom Fahrzeuginnenraum 54 in die Umgebung 51 abgeführt werden kann. Zur Kühlung der Batterie 3 wird von dem im Kühlkreislauf 4a zirkulierenden Kühlmittel 5a von der Batterie 3 erzeugte Abwärme aufgenommen. Diese Abwärme wird mittels des zweiten Chillers 8b zumindest teilweise vom zweiten Zweig 15b des Kühlkreislaufs 4a in den Klimatisierungskreislauf 20 übertragen (vgl. Pfeile 56). Hierzu wird der zweite Chiller 8b sowohl vom Arbeitsmedium 21 als auch vom Kühlmittel 5a durchströmt. Demgegenüber wird der erste Chiller 8a nicht vom Arbeitsmedium 21 durchströmt, sondern ist deaktiviert. Eine solche Deaktivierung des ersten Chillers 8a kann durch Schließen einer im ersten Fluidleitungspfad 32a des Klimatisierungskreislaufs 20 angeordneten, steuerbaren Ventileinrichtung 33 geschehen. In dem in 2 gezeigten ersten Betriebszustand der Abwärmenutzungseinrichtung 1 ist die Ventileinrichtung 33 geschlossen. Somit kann das Arbeitsmittel 21 nur durch den zweiten Fluidleitungspfad 32b mit dem darin angeordneten zweiten Chiller 8b strömen. Folglich findet kein Wärmeaustausch zwischen dem Klimatisierungskreislauf 20 und dem ersten Zweig 15a des Kühlkreislauf 4a statt.
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Wie 2 außerdem anschaulich belegt, wird im ersten Betriebszustand der Abwärmenutzungseinrichtung 1 vom Arbeitsmedium 21 nicht nur über den zweiten Chiller 8b Wärme aus dem Kühlkreislauf 4a aufgenommen; vielmehr wird zusätzlich über den Verdampfer 23 auch Wärme aus dem Fahrzeuginnenraum 54 aufgenommen (vgl. Pfeile 55), um den Fahrzeuginnenraum 54 zu kühlen. In dem als indirekter Wärmeübertrager ausgebildeten Kondensator 11 wird vom Arbeitsmedium 21 aufgenommene Wärme auf das im Heizkreislauf 4c zirkulierende Heizmedium 5c übertragen (vgl. Pfeil 57 in 2). Zum Abführen von Wärme aus dem Kühlkreislauf 4a in die Umgebung 51 der Abwärmenutzungseinrichtung 1 ist gemäß 2 der direkte Wärmeübertrager 6a in den Heizkreislauf 4c eingebunden und vom Kühlkreislauf 4a entkoppelt, so dass er vom Heizmedium 5c durchströmt wird. Die Ventileinrichtung 31 ist daher derart eingestellt, dass das Kühlmittel 5a durch den Bypasskanal 30 hindurch am direkten Wärmeübertrager 6a vorbeiströmt. Im ersten Betriebszustand dient also der Heizkreislauf 4c nicht zum Heizen des Fahrzeuginnenraums 54, sondern zum Abführen von Abwärme der Batterie 3 und von Wärme aus dem Fahrzeuginnenraum 54 in die Umgebung 51 der Abwärmenutzungseinrichtung 1. Mittels des direkten Wärmeübertragers 6a kann die vom Heizmedium 5c im Kondensator 11 aufgenommene Wärme wie im ersten Betriebszustand gewünscht in die Umgebung 51 der Abwärmenutzungseinrichtung abgeführt werden (vgl. Pfeile 53).
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Der im Heizkreislauf 4c angeordnete zweite Wärmeübertrager 6c wird vorzugsweise mittels einer weiteren, steuerbaren Ventileinrichtung 34 derart überbrückt, dass kein Heizmedium 5c durch den zweiten Wärmeübertrager 6c strömen kann. Auf diese Weise wird eine im ersten Betriebszustand unerwünschte Abgabe von Wärme aus dem Heizmedium 5c in den Fahrzeuginnenraum 54 unterbunden. Hierfür kann die Ventileinrichtung 34 als 3-Wege-Ventil ausgebildet sein, mittels welchem das den Kondensator 11 verlassende Heizmittel 5c entweder in einen ersten Fluidleitungspfad 35a oder in einen zweiten Fluidleitungspfad 35b, der fluidisch parallel zum ersten Fluidleitungspfad 35a geschaltet ist, geleitet werden kann. Im ersten Fluidleitungspfad 35a ist der erste direkte Wärmeübertrager 6a angeordnet. Im zweiten Fluidleitungspfad 35b ist der zweite direkte Wärmeübertrager 6c angeordnet. Im ersten Betriebszustand gemäß 2 ist die Ventileinrichtung 34 derart eingestellt, dass das Heizmittel 5c ausschließlich durch den ersten Fluidleitungspfad 35a strömen kann. Da von der elektrischen Heizeinrichtung 9 im Fahrzeuginnenraum 54 keine Heizleistung bereitgestellt werden soll, kann diese im ersten Betriebszustand ausgeschaltet sein, sodass sie keine elektrische Energie von der Batterie 3 bezieht.
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Nunmehr sei das Augenmerk auf die Darstellung der 3 gerichtet. Die 3 zeigt die Abwärmenutzungseinrichtung 1 in einem vom ersten Betriebszustand verschiedenen, zweiten Betriebszustand. Dieser Betriebszustand wird typischerweise dann in der Abwärmenutzungseinrichtung 1 eingestellt, wenn die teilweise oder vollständig entladene Batterie 3 an einer elektrischen Ladestation (in den Figuren der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt) elektrisch wieder aufgeladen werden soll. In diesem Fall ist der Elektromotor 2 des an der Ladestation abgestellten Elektrofahrzeugs typischerweise außer Betrieb gesetzt. Auch ist es in diesem Fall normalerweise nicht erforderlich, den Fahrzeuginnenraum 54 mittels des Klimatisierungskreislaufs 20 zu kühlen, da sich beim Laden der Batterie 3 in der Regel kein Fahrzeuginsasse im Fahrzeuginnenraum 54 aufhalten wird. Der zweite Betriebszustand soll daher primär dazu dienen, im Zuge des elektrischen Ladevorgangs in der Batterie 3 erzeugte Abwärme mithilfe der Abwärmenutzungseinrichtung 1 effektiv in die Umgebung 51 der Abwärmenutzungseinrichtung 1 abzuführen.
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Betrachtet man die Darstellung der 3, die den zweiten Betriebszustand der Abwärmenutzungseinrichtung 1 schaltplanartig zeigt, so erkennt man als im Wesentlichen einziges Unterscheidungsmerkmal zum ersten Betriebszustand, dass der Verdampfer 23 des Klimatisierungskreislaufs 201 - im Gegensatz zum ersten Betriebszustand - fluidisch überbrückt wird. Dies bedeutet, dass kein Arbeitsmedium 21 durch den Verdampfer 23 hindurchgeführt wird. Folglich wird vom Arbeitsmedium 21 auch keine Wärme aus dem Fahrzeuginnenraum 54 aufgenommen.
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Wie der 3 unmittelbar entnommen werden kann, ist der Verdampfer 23 fluidisch parallel zum zweiten Chiller 8b geschaltet. Stromauf oder stromab des Verdampfers 23 ist eine steuerbare Ventileinrichtung 36 angeordnet, welche in einem geöffneten Zustand den Verdampfer 23 zum Durchströmen mit dem Arbeitsmedium 21 freigibt und in einem geschlossenen Zustand ein Durchströmen des Verdampfers 23 mit dem Arbeitsmedium 21 verhindert. Im zweiten Betriebszustand ist die steuerbare Ventileinrichtung 36 also in den geschlossenen Zustand verstellt, so dass das Arbeitsmedium durch den parallel zum Verdampfer 23 geschalteten zweiten Chiller 8b geführt wird. Im ersten Betriebszustand gemäß 2 ist die Ventileinrichtung 36 entsprechend in den geöffneten Zustand verstellt.
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Da im abgestellten Zustand des Elektrofahrzeugs der Elektromotor 2 keine Abwärme erzeugt, ist es auch nicht erforderlich, mittels des Kühlkreislaufs 4a vom Elektromotor 2 erzeugte Abwärme in die Umgebung 51 abzuführen. Folglich kann im zweiten Betriebszustand die Durchströmung des ersten Teilzweigs 15a des Kühlkreislaufs 4a, in welchem der Elektromotor 2 angeordnet ist, unterbunden werden. Dies kann beispielsweise mittels einer als 3-Wege-Ventil ausgebildeten Ventileinrichtung 40 geschehen, die in einem Mündungspunkt 41 angeordnet ist, in welchem die beiden Teilzweige 15a, 15b des Kühlkreislaufs 4a ineinander münden. Im zweiten Betriebszustand ist die Ventileinrichtung 40 derart eingestellt, dass nur der zweite Teilzweig 15b mit der Batterie 3 ein Teil des Kühlkreislaufs 4a ist, die vom Kühlmittel 5a durchströmt wird. Die Deaktivierung des ersten Teilzweigs 15a ist in 3 durch eine gestrichelte Darstellung desselben angedeutet. Der erste Chiller 8a ist im zweiten Betriebszustand deaktiviert.
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Die 4 zeigt die Abwärmenutzungseinrichtung 1 in einem weiteren, dritten Betriebszustand. Der dritte Betriebszustand wird vorzugsweise dann eingestellt, wenn die Batterie 3 gekühlt und gleichzeitig der Fahrzeuginnenraum 54 aufgeheizt werden soll. Die Umgebungstemperatur der Umgebung 51 der Abwärmenutzungseinrichtung 1 ist in diesem Szenario typischerweise geringer als im ersten und zweiten Betriebszustand und kann beispielsweise ca. 15°C betragen.
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Vergleicht man die Darstellung der 3 mit jener der 4, so erkennt man als Unterscheidungsmerkmal des dritten Betriebszustands zum zweiten Betriebszustand, dass der Verdampfer 23 - wie auch im ersten Betriebszustand - zur Aufnahme von Wärme aus dem Fahrzeuginnenraum 54 des Elektrofahrzeugs vom Arbeitsmedium 21 durchströmt wird. Die Ventileinrichtung 36 ist also im dritten Betriebszustand zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, geöffnet. Auf diese Weise kann der Fahrzeuginnenraum 54entfeuchtet werden. Ein weiteres Unterscheidungsmerkmal besteht darin, dass der im Heizkreislauf 4c angeordnete zweite Wärmeübertrager 6c vom Heizmedium 5c durchströmt wird. Hierzu ist die Ventileinrichtung 34 derart eingestellt, dass das Heizmittel 5c durch den zweiten Fluidleitungspfad 35b geführt wird. Somit wird dem Heizmedium 5c im zweiten direkten Wärmeübertrager 6c Wärme entzogen und zum Beheizen des Fahrzeuginnenraums 54 an diesen abgegeben (vgl. Pfeil 57 in 4).
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Falls mittels des zweiten Chillers 8b vom Kühlmittel 5a des Kühlkreislaufs 4a auf das Arbeitsmedium 21 des Klimatisierungskreislaufs 20 mehr Wärme übertragen wird als zum Beheizen des Fahrzeuginnenraums 54 erforderlich ist, so kann der erste direkte Wärmeübertrager 6a zum Abführen von überschüssiger Wärme aus dem Heizkreislauf 4c in die Umgebung 51 der Abwärmenutzungseinrichtung 1 im Bedarfsfall in den Heizkreislauf 4c zugeschaltet werden. Dies ist in 4 durch eine gestrichelte Darstellung des ersten Fluidleitungspfads 35a des Heizkreislaufs 4c, in welchem der erste direkte Wärmeübertrager 6a angeordnet ist, angedeutet. Eine solche Zuschaltung kann durch entsprechende Verstellung der Ventileinrichtung 34 derart erfolgen, dass das Heizmittel 5c auch in den ersten Fluidleitungspfad 35a mit dem ersten direkten Wärmeübertrager 6a gelangen kann. Der erste Chiller 8a ist im dritten Betriebszustand deaktiviert.
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Die 5 zeigt die Abwärmenutzungseinrichtung 1 in einem weiteren, vierten Betriebszustand. Der vierte Betriebszustand wird in der Abwärmenutzungseinrichtung 1 bevorzugt dann eingestellt, wenn aufgrund geringer Umgebungstemperaturen in der Umgebung 51 der Abwärmenutzungseinrichtung 1, beispielsweise von ca. -10°C oder weniger, der Fahrzeuginnenraum 54 des Elektrofahrzeugs aufgeheizt werden soll. Im vierten Betriebszustand ist es möglich, die vom Elektromotor 2 betriebsmäßig erzeugte Abwärme in den Fahrzeuginnenraum 54 zu übertragen. Im vierten Betriebszustand ist - im Gegensatz zum ersten, zweiten und dritten Betriebszustand - der erste Chiller 8a aktiv. Die Ventileinrichtung 33 ist also in einen geöffneten Zustand verstellt, so dass das Arbeitsmedium 21 durch den ersten Chiller 8a hindurch strömen kann. Der erste Chiller 8a überträgt dann die vom Elektromotor 2 an das Kühlmittel 5a abgegebene Wärme auf das im Kühlkreislauf 20 zirkulierende Arbeitsmedium 21 (vgl. Pfeil 58 in 5). Demgegenüber ist der zweite Chiller 8b deaktiviert, so dass keine Wärme vom Kühlmittel 5a auf das Arbeitsmedium 21 übertragen wird. Zur Deaktivierung des zweiten Chillers 8b kann stromauf oder stromab von diesem eine weitere steuerbare Ventileinrichtung 37 angeordnet sein. Die Ventileinrichtung 37 ist zwischen einer geöffneten und einer geschlossenen Stellung verstellbar. Im geschlossenen Zustand gemäß 5 verhindert die Ventileinrichtung 37 ein Durchströmen des zweiten Chillers 8b mit dem Arbeitsmedium 21. Im ersten, zweiten und dritten Betriebszustand befindet sich die Ventileinrichtung 37 im geöffneten Zustand (vgl. 2, 3 und 4).
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Da der Fahrzeuginnenraum 54 beheizt werden soll, wird der im Klimatisierungskreislauf 20 angeordnete Verdampfer 23 im vierten Betriebszustand fluidisch überbrückt, so dass kein Arbeitsmedium 21 durch den Verdampfer 23 hindurch strömt. Auf diese Weise wird verhindert, dass dem zu beheizenden Fahrzeuginnenraum 54 Wärme entzogen wird. Im vierten Betriebszustand ist die steuerbare Ventileinrichtung 36 daher in den geschlossenen Zustand verstellt.
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Außerdem überträgt der im Klimatisierungskreislauf angeordnete Kondensator 11 die vom Arbeitsmedium 21 über den ersten Chiller 8a aufgenommene Wärme zumindest teilweise weiter auf das durch den Heizkreislauf 4c geführte Heizmedium 5c. Da im vierten Betriebszustand der im Heizkreislauf 4c angeordnete zweite direkte Wärmeübertrager 6c vom Heizmedium 5c durchströmt wird, kann dem Heizmedium 5c im zweiten Wärmeübertrager 6c Wärme entzogen und an den Fahrzeuginnenraum 54 abgegeben werden. Auf diese Weise kann der Fahrzeuginnenraum 54 wie gewünscht aufgeheizt werden. Falls die vom zweiten Wärmeübertrager 6c dem Fahrzeuginnenraum 54 bereitgestellte Wärmemenge nicht ausreicht, kann zusätzlich die elektrische Heizeinrichtung 9 aktiviert werden.
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Die 6 zeigt die Abwärmenutzungseinrichtung 1 in einem weiteren, fünften Betriebszustand. Auch der fünfte Betriebszustand wird, ebenso wie der vierte Betriebszustand, vorzugsweise dann eingestellt, wenn aufgrund geringer Umgebungstemperaturen in der Umgebung 51 der Abwärmenutzungseinrichtung 1, beispielsweise von ca. -10°C oder weniger, der Fahrzeuginnenraum 54 des Elektrofahrzeugs aufgeheizt werden soll. Im fünften Betriebszustand wird aber nicht die vom Elektromotor 2 betriebsmäßig erzeugte Abwärme in den Fahrzeuginnenraum 54 übertragen, sondern die in der Batterie 3 gespeicherte Wärme.
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Diese Variante kommt vorzugsweise dann in Betracht, wenn der Elektromotor 2 nach einem Abstellen des Elektrofahrzeugs abgeschaltet wurde und somit keine Abwärme mehr erzeugt, die dem Fahrzeuginnenraum 54 zugeführt werden könnte. Da die Batterie 3 aufgrund ihrer hohen Masse typischerweise eine sehr hohe Wärmekapazität besitzt und somit als Wärmespeicher wirken kann, kann die in der Batterie 3 gespeicherte Energie - zumindest in einem begrenzten Rahmen - zur Beheizung des Fahrzeuginnenraum 54 benutzt werden. Der fünfte Betriebszustand dient daher zur Wärmeübertragung von der Batterie 3 in den Fahrzeuginnenraum. Der fünfte Betriebszustand unterscheidet sich daher vom vierten Betriebszustand darin, dass zum einen der zweite Chiller 8b Wärme vom Kühlmittel 5a auf das Arbeitsmedium 21 überträgt. Zum anderen ist im fünften Betriebszustand der erste Chiller 8a deaktiviert, so dass keine Wärme vom Kühlmittel 5a auf das Arbeitsmedium 21 übertragen wird. Die Ventileinrichtung 33 befindet sich also im geschlossenen Zustand, und die Ventileinrichtung 37 befindet sich im geöffneten Zustand. Der zweite Chiller 8b überträgt somit die von der Batterie 3 an das erste Kühlmittel 5a abgegebene Wärme auf das im Kühlkreislauf 20 zirkulierende Arbeitsmedium 21 (vgl. Pfeile 58 in 6).
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Analog zum vierten Betriebszustand überträgt der im Klimatisierungskreislauf 20 angeordnete Kondensator 11 auch im fünften Betriebszustand die vom Arbeitsmedium 21 über den zweiten Chiller 8b aufgenommene Wärme zumindest teilweise weiter auf das durch den Heizkreislauf 4c geführte Heizmedium 5c. Da auch im fünften Betriebszustand der im Heizkreislauf 4c angeordnete, zweite direkte Wärmeübertrager 6c vom Heizmedium 5c durchströmt wird, kann dem Heizmedium 5c im zweiten Wärmeübertrager 6c Wärme zur Abgabe an den Fahrzeuginnenraum 54 entzogen werden. Auf diese Weise wird der Fahrzeuginnenraum 54 wie gewünscht aufgeheizt. Falls die vom zweiten Wärmeübertrager 6c dem Fahrzeuginnenraum 54 bereitgestellte Wärmemenge nicht ausreicht, kann auch im fünften Betriebszustand zusätzlich die elektrische Heizeinrichtung 9 aktiviert werden.
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Im vierten und im fünften Betriebszustand wird der erste direkte Wärmeübertrager 6a mittels der als 3-Wege-Ventil ausgebildeten, steuerbaren Ventileinrichtung 31 im Zusammenspiel mit der Bypassleitung 30 fluidisch überbrückt, so dass kein Kühlmittel 5a und auch kein Heizmedium 5c durch den ersten direkten Wärmeübertrager 6a strömt. Somit kann auch keine Wärme an die Umgebung 51 der Abwärmenutzungseinrichtung 1 abgegeben werden.
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Es versteht sich, dass in der erfindungsgemäßen Abwärmenutzungseinrichtung 1 alternativ oder zusätzlich zu den vorangehend erläuterten fünf Betriebszuständen weitere, hier nicht näher erörterte Betriebszustände einstellbar sind.
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Zum Verstellen bzw. Umschalten zwischen zwei oder mehreren Betriebszuständen kann die Abwärmenutzungseinrichtung 1 mit einer in den Figuren nicht näher dargestellten Steuerungs-/Regelungseinrichtung ausgestatte sein, mittels welcher die Abwärmenutzungseinrichtung 1 zwischen wenigstens zwei Betriebszuständen umgeschaltet werden kann. Zum Umschalten zwischen den Betriebszuständen kann die Steuerungs-/Regelungseinrichtung die vorangehen erläuterten Ventileinrichtungen 31, 33, 34, 36, 37, 40 ansteuern. Zum Einstellen von einem der vorangehend erläuterten fünf Betriebszustände können die Ventileinrichtungen 31, 33, 34, 36, 37 und 40 mittels entsprechender Ansteuerung durch die Steuerungs-/Regelungseinrichtung wie oben erläutert verstellt werden. Die Ansteuerung bzw. Verstellung der Ventileinrichtungen kann dabei in Abhängigkeit von wenigstens einem Betriebsparameter der Abwärmenutzungseinrichtung 1 wie beispielsweise der von der Batterie pro Zeiteinheit erzeugten Abwärme sowie in Abhängigkeit von wenigstens einem Umgebungsparameter der Abwärmenutzungseinrichtung 1 wie beispielsweise der Umgebungstemperatur in der Umgebung 51 der Abwärmenutzungseinrichtung 1 angesteuert werden.
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Als „direkter Wärmeübertrager“ wird vorliegend ein Wärmetauscher verstanden, mittels welchem Wärme zwischen dem Kühlmittel 5a bzw. dem Heizmedium 5c und der in der Umgebung 51 bzw. im Fahrzeuginnenraum 54 vorhandenen Luft ausgetauscht werden kann.
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Unter dem Begriff „indirekter Wärmeübertrager“ wird vorliegend ein Wärmeübertrager verstanden, mittels welchem Wärme zwischen dem im Klimatisierungskreislauf 20 zirkulierendem Arbeitsmedium 21 und dem Kühlmittel 5a oder dem Heizmedium 5c ausgetauscht werden kann. Ein direkter Wärmeaustausch mit der in der Umgebung 51 sowie im Fahrzeuginnenraum 54 vorhandenen Luft findet nicht statt.
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Als „Chiller“ 8a, 8b wird vorliegend ein Wärmeübertrager verstanden, mittels welchem Wärme vom Kühlmittel 5a auf das Arbeitsmedium 21 des Klimatisierungskreislaufs 20 übertragen werden kann.
