DE102019008813A1 - Kältekreislauf für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kältekreislauf (1) für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug mit einer Hochvoltbatterie (11) als Antriebsbatterie, wobei der Kältekreislauf (1) einen ersten und zweiten Verdampfer (2, 3), einen Kondensator (4) sowie einen elektrischen Kältemittelverdichter (5) umfasst, der dem Kondensator (4) ein Kältemittel zuführt, wobei das Kältemittel vom Kondensator (4) zum ersten und zweiten Verdampfer (2, 3) strömbar ist., Der erste Verdampfer (2) wird als Innenraumverdampfer zur Kühlung eines Innenraums ausgebildet. Der zweite Verdampfer (3) ist als Wärmetauscher zur Kühlung der Hochvoltbatterie (11) ausgebildet, wobei ein separater Batteriekühlkreislauf (12) vorgesehen ist, der die Hochvoltbatterie (11) und den zweiten Verdampfer (3) durchströmt und dort durch die Verdampfung des Kältemittels gekühlt wird, wobei im Batteriekühlkreislauf (12) eine Pumpe (13) für die Zirkulation eines Kühlmittels oder Kältemittels des Batteriekühlkreislaufs (12) vorgesehen ist, wobei der elektrische Kältemittelverdichter (5) eine Niederdrucksaugseite (5.1), eine Mitteldrucksaugseite (5.2) und einen Ausgang (5.3) aufweist. Der erste und zweite Verdampfer (2,3) sind einander über jeweilige Zuleitungen (6, 7) im Kältekreislauf (1) parallel geschaltet, wobei in den Zuleitungen (6, 7) jeweilige Ventile (8, 9) vorgesehen sind, wobei der erste Verdampfer (2) ausgangsseitig mit der Niederdrucksaugseite (5.1) und der zweite Verdampfer (3) ausgangsseitig mit der Mitteldrucksaugseite (5.2) verbunden ist, wobei die Niederdrucksaugseite (5.1) und die Mitteldrucksaugseite (5.2) miteinander über ein Regulierventil (10) verbunden sind, wobei der elektrische Kältemittelverdichter (5) eine Gaseinspritzung aufweist.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Kältekreislauf für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 1.
  • In einem Kältekreislauf eines Fahrzeugs mit einer Hochvoltbatterie, beispielsweise eines reinen Elektrofahrzeugs oder eines Hybridfahrzeugs, wird die Hochvoltbatterie bei hohem Kühlbedarf über einen Kältekreislauf in einem parallel zu einem Innenraumverdampfer geschalteten Batterieverdampfer gekühlt. Der Verdampfungsdruck (und damit die Verdampfungstemperatur) im Batterieverdampfer kann aufgrund der höheren Temperaturen der Batterie höher liegen als im Innenraumverdampfer. Allerdings sind die beiden Verdampfungsdrücke systemisch miteinander gekoppelt und somit von der niedrigen Verdampfungstemperatur im Innenraumverdampfer bestimmt. Der Verdichtersaugdruck, welcher das Fördervolumen des Verdichters beeinflusst, ist damit ebenfalls durch diese Verdampfungstemperatur fixiert.
  • Die WO 2008/042358 A1 offenbart ein Kühlsystem mit einem Entspannungsbehälter, um Kältemitteldämpfe von flüssigen Kältemitteln zu trennen. Das Kühlsystem kann ein Flüssigkältemittel-Einspritzsystem umfassen, das flüssiges Kühlmittel in eine Zwischendruckstelle des Kompressors einspritzen kann. Das eingespritzte flüssige Kältemittel kann die Kompressionswärme während des Kompressionsprozesses aufnehmen. Das Kühlsystem kann ein Economizer-System umfassen, das einen Kühlmitteldampf in Verbindung mit der Einspritzung der Kühlflüssigkeit in eine Mitteldruckstelle des Kompressors einspritzt. Das Kühlsystem kann ein Kühlflüssigkeits-Einspritzsystem enthalten, das eine Kühlflüssigkeit in eine Zwischendruckstelle des Kompressors einspritzen kann.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen verbesserten Kältekreislauf für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug anzugeben.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Kältekreislauf für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 1.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Ein erfindungsgemäßer Kältekreislauf für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug mit einer Hochvoltbatterie als Antriebsbatterie umfasst einen ersten Verdampfer, einen zweiten Verdampfer, einen Kondensator sowie einen elektrischen Kältemittelverdichter, der dem Kondensator ein Kältemittel zuführt, wobei das Kältemittel vom Kondensator zum ersten Verdampfer und zum zweiten Verdampfer strömbar ist, wobei der erste Verdampfer als Innenraumverdampfer zur Kühlung eines Innenraums ausgebildet ist, wobei der zweite Verdampfer als Wärmetauscher zur Kühlung der Hochvoltbatterie ausgebildet ist, wobei ein separater Batteriekühlkreislauf vorgesehen ist, der die Hochvoltbatterie und den zweiten Verdampfer durchströmt und dort durch die Verdampfung des Kältemittels gekühlt wird, wobei im Batteriekühlkreislauf eine Pumpe für die Zirkulation eines Kühlmittels oder Kältemittels des Batteriekühlkreislaufs vorgesehen ist. Erfindungsgemäß weist der elektrische Kältemittelverdichter eine Niederdrucksaugseite, eine Mitteldrucksaugseite und einen Ausgang auf, wobei der erste Verdampfer und der zweite Verdampfer einander über jeweilige Zuleitungen im Kältekreislauf parallel geschaltet sind, wobei in den Zuleitungen jeweilige Ventile vorgesehen sind, wobei der erste Verdampfer ausgangsseitig mit der Niederdrucksaugseite verbunden ist, wobei der zweite Verdampfer ausgangsseitig mit der Mitteldrucksaugseite verbunden ist, wobei die Niederdrucksaugseite und die Mitteldrucksaugseite miteinander über ein Regulierventil verbunden sind, wobei der elektrische Kältemittelverdichter eine Gaseinspritzung aufweist.
  • Mit dem Einsatz eines Verdichters mit Gaseinspritzung, bei dem die Niederdrucksaugseite das verdampfte Kältemittel des Niederdruckverdampfers ansaugt und die Mitteldruckseite das verdampfte Kältemittel des Mitteldruckverdampfers ansaugt, wird die Verdampfung des Kältemittels auf unterschiedlichen Druckniveaus implementiert. Der Mitteldruck kann durch das Regulierventil variabel geregelt werden um die Inverterkühlung sicherzustellen oder eine gewünschte Zwischenkühlung im Verdichter zu erzeugen. Das Kältemittel für die Kühlung der Hochvoltbatterie wird im zweiten Verdampfer auf einem höheren Druckniveau verdampft. Dadurch muss dieser Teil des Kältemittels nur vom Niveau eines Mitteldrucks aus auf ein Niveau eines Hochdrucks für den Kondensator verdichtet werden. Im Gegensatz zu bekannten Lösungen entfällt die Verdichtungsarbeit des Massenstroms für die Kühlung der Hochvoltbatterie vom Niveau eines Niederdrucks des ersten Verdampfers auf den Mitteldruck des zweiten Verdampfers. Aus der resultierenden geringeren zu leistenden Verdichtungsarbeit des elektrischen Kältemittelverdichters ergeben sich ein geringerer Antriebsbedarf und eine höhere maximale Kälteleistung des Kühlkreislaufs.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert.
  • Dabei zeigt:
    • 1 eine schematische Ansicht eines Kältekreislaufs in einem Kraftfahrzeug.
  • 1 zeigt eine schematische Ansicht eines Kältekreislaufs 1 in einem Kraftfahrzeug.
  • Der Kältekreislauf 1 ist zur Zirkulation eines Kältemittels ausgebildet und umfasst einen ersten Verdampfer 2, beispielsweise einen Innenraumverdampfer, einen zweiten Verdampfer 3, einen Kondensator 4 sowie einen elektrischen Kältemittelverdichter 5, der eine Niederdrucksaugseite 5.1, eine Mitteldrucksaugseite 5.2 und einen Ausgang 5.3 aufweist. Der Ausgang 5.3 ist mit dem Kondensator 4 verbunden, von dem das Kältemittel zum ersten Verdampfer 2 und zum zweiten Verdampfer 3 strömbar ist, die einander mittels jeweiliger Zuleitungen 6, 7 im Kältekreislauf 1 parallel geschaltet sind. Hierfür sind in den Zuleitungen 6, 7 jeweilige Ventile 8, 9 vorgesehen. Nach dem Durchströmen des ersten Verdampfers 2 wird das Kältemittel der Niederdrucksaugseite 5.1 des elektrischen Kältemittelverdichters 5 zugeführt. Nach dem Durchströmen des zweiten Verdampfers 3 wird das Kältemittel der Mitteldrucksaugseite 5.2 des elektrischen Kältemittelverdichters 5 zugeführt. Die Niederdrucksaugseite 5.1 und die Mitteldrucksaugseite 5.2 sind miteinander über ein Regulierventil 10 verbunden. Der zweite Verdampfer 3 ist als Wärmetauscher zur Kühlung einer Hochvoltbatterie 11 ausgebildet, die als Antriebsbatterie des Kraftfahrzeugs, beispielsweise eines Elektrofahrzeugs oder eines Hybridfahrzeugs, dient. Hierzu ist ein separater Batteriekühlkreislauf 12 vorgesehen, der die Hochvoltbatterie 11 und den zweiten Verdampfer 3 durchströmt und dort durch die Verdampfung des Kältemittels gekühlt wird. Im Batteriekühlkreislauf 12 ist ferner eine Pumpe 13 für die Zirkulation eines Kältemittels des Batteriekühlkreislaufs 12 vorgesehen.
  • Grundsätzlich ist auch eine direkte Kühlung der Hochvoltbatterie 11 mit Kältemittel ohne Zwischenkreislauf möglich. Der erste Verdampfer 2 wird von Luft durchströmt und dient deren Kühlung, beispielsweise zum Kühlen eines Innenraums des Kraftfahrzeugs. Der Kondensator 4 wird von Luft (beispielsweise Fahrtwind, gegebenenfalls durch einen Ventilator unterstützt) oder einer Flüssigkeit durchströmt, an die er Wärme abgibt, so dass das Kältemittel abgekühlt wird.
  • Der elektrische Kältemittelverdichter 5 weist eine Gaseinspritzung auf, insbesondere Flash-Gas-Einspritzung und/oder Enhanced Vapor Injection. Die Gaseinspritzung wird beispielsweise realisiert durch zusätzliche Einlassbohrungen auf einem Zwischendruckniveau im Kältemittelverdichter 5.
  • Der Einsatz eines elektrischen Kältemittelverdichters 5 mit Gaseinspritzung ermöglicht die Implementierung unterschiedlicher Verdampfungsdruckniveaus im ersten Verdampfer 2 und im zweiten Verdampfer 3 des Kältekreislaufs 1. Das Kältemittel für die Kühlung der Hochvoltbatterie 11 wird im zweiten Verdampfer 3 auf einem höheren Druckniveau verdampft. Dadurch muss dieser Teil des Kältemittels nur vom Niveau eines Mitteldrucks p3 aus auf ein Niveau eines Hochdrucks p1 für den Kondensator 4 verdichtet werden. Im Gegensatz zu bekannten Lösungen entfällt die Verdichtungsarbeit des Massenstroms für die Kühlung der Hochvoltbatterie 11 vom Niveau eines Niederdrucks p2 des ersten Verdampfers 2 auf den Mitteldruck p3 des zweiten Verdampfers 3. Aus der resultierenden geringeren zu leistenden Verdichtungsarbeit des elektrischen Kältemittelverdichters 5 ergibt sich ein geringerer Antriebsbedarf und eine höhere maximale Kälteleistung des Kühlkreislaufs 1.
  • Das eingesetzte Regulierventil 10 dient bei der Erfindung dazu, das Druckniveau im zweiten Verdampfer 3 zu steuern. Weiterhin ist damit die Umleitung eines Teils des Kältemittels vom Mitteldruck p3 zur Niederdrucksaugseite 5.1 des elektrischen Kältemittelverdichters 5 möglich um die ausreichende Kühlung eines Inverters des elektrischen Kältemittelverdichters 5 in jedem Betriebspunkt sicherzustellen. Weiterhin dient die Regulierung des Mitteldrucks p3 dazu, den Eintrittszustand der Mitteldrucksaugseite 5.2 des elektrischen Kältemittelverdichters 5 so einzustellen, dass eine Zwischenkühlung im elektrischen Kältemittelverdichter 5 erfolgt. Dadurch wird die Heißgastemperatur am Ausgang 5.3 des elektrischen Kältemittelverdichters 5 verringert und die Effizienz des elektrischen Kältemittelverdichters 5 gesteigert.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Kältekreislauf
    2
    erster Verdampfer
    3
    zweiter Verdampfer
    4
    Kondensator
    5
    elektrischer Kältemittelverdichter
    5.1
    Niederdrucksaugseite
    5.2
    Mitteldrucksaugseite
    5.3
    Ausgang
    6
    Zuleitung
    7
    Zuleitung
    8
    Ventil
    9
    Ventil
    10
    Regulierventil
    11
    Hochvoltbatterie
    12
    Batteriekühlkreislauf
    13
    Pumpe
    p1
    Hochdruck
    p2
    Niederdruck
    p3
    Mitteldruck
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • WO 2008/042358 A1 [0003]

Claims (4)

  1. Kältekreislauf (1) für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug mit einer Hochvoltbatterie (11) als Antriebsbatterie, wobei der Kältekreislauf (1) einen ersten Verdampfer (2), einen zweiten Verdampfer (3), einen Kondensator (4) sowie einen elektrischen Kältemittelverdichter (5) umfasst, der dem Kondensator (4) ein Kältemittel zuführt, wobei das Kältemittel vom Kondensator (4) zum ersten Verdampfer (2) und zum zweiten Verdampfer (3) strömbar ist, wobei der erste Verdampfer (2) als Innenraumverdampfer zur Kühlung eines Innenraums ausgebildet ist, wobei der zweite Verdampfer (3) als Wärmetauscher zur Kühlung der Hochvoltbatterie (11) ausgebildet ist, wobei ein separater Batteriekühlkreislauf (12) vorgesehen ist, der die Hochvoltbatterie (11) und den zweiten Verdampfer (3) durchströmt und dort durch die Verdampfung des Kältemittels gekühlt wird, wobei im Batteriekühlkreislauf (12) eine Pumpe (13) für die Zirkulation eines Kühlmittels oder Kältemittels des Batteriekühlkreislaufs (12) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Kältemittelverdichter (5) eine Niederdrucksaugseite (5.1), eine Mitteldrucksaugseite (5.2) und einen Ausgang (5.3) aufweist, wobei der erste Verdampfer (2) und der zweite Verdampfer (3) einander über jeweilige Zuleitungen (6, 7) im Kältekreislauf (1) parallel geschaltet sind, wobei in den Zuleitungen (6, 7) jeweilige Ventile (8, 9) vorgesehen sind, wobei der erste Verdampfer (2) ausgangsseitig mit der Niederdrucksaugseite (5.1) verbunden ist, wobei der zweite Verdampfer (3) ausgangsseitig mit der Mitteldrucksaugseite (5.2) verbunden ist, wobei die Niederdrucksaugseite (5.1) und die Mitteldrucksaugseite (5.2) miteinander über ein Regulierventil (10) verbunden sind, wobei der elektrische Kältemittelverdichter (5) eine Gaseinspritzung aufweist.
  2. Elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug, umfassend eine Hochvoltbatterie (11) als Antriebsbatterie und einen Kältekreislauf (1) gemäß Anspruch 1.
  3. Verfahren zum Betrieb des Kältekreislaufs (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des elektrischen Kältemittelverdichters (5) ein Kältemittel im Kältekreislauf (1) zirkuliert wird, wobei das Kältemittel für die Kühlung der Hochvoltbatterie (11) im zweiten Verdampfer (3) bei einem Mitteldruck (p3) verdampft wird, der höher ist als ein Niederdruck (p2) des ersten Verdampfers (2), wobei der Mitteldruck (p3) im zweiten Verdampfer (3) mittels des Regulierventils (10) geregelt wird, wobei der Mitteldruck (p3) mittels des Regulierventils (10) geregelt wird, um einen Eintrittszustand der Mitteldrucksaugseite (5.2) so einzustellen, dass eine Zwischenkühlung im elektrischen Kältemittelverdichter (5) erfolgt.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Regulierventils (10) ein Teil des Kältemittels vom Mitteldruck (p3) zur Niederdrucksaugseite (5.1) umgeleitet wird, um einen Inverter des elektrischen Kältemittelverdichters (5) zu kühlen.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN114161996A (zh) * 2021-12-01 2022-03-11 南京工业大学 一种安装在电动汽车前备舱的集成制冷与电池辅助冷却功能的储物系统及方法
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