DE102019130429A1

DE102019130429A1 - Kühlkreislaufanordnung

Info

Publication number: DE102019130429A1
Application number: DE102019130429.6A
Authority: DE
Inventors: Lars Gräf
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2019-11-12
Filing date: 2019-11-12
Publication date: 2021-05-12
Also published as: US20210138890A1; US11584216B2; CN112848878A; CN112848878B

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kühlkreislaufanordnung (1) mit einem ersten geschlossenen Kühlkreislauf (2) und mit einem zweiten geschlossenen Kühlkreislauf (3), wobei in dem ersten Kühlkreislauf (2) eine erste Wärmequelle (8), eine erste Pumpe (7) und ein erster Kühler (4) vorgesehen sind, wobei mittels der ersten Pumpe (7) ein Kühlmittel zum ersten Kühler (4) förderbar ist und von dem ersten Kühler (4) zu der ersten Wärmequelle (8) und von dieser zur ersten Pumpe (7) förderbar ist, wobei in dem ersten Kühlkreislauf (2) ein Ausgleichsbehälter (9) für das Kühlmittel vorgesehen ist, wobei in dem zweiten Kühlkreislauf (3) eine zweite Wärmequelle (12), eine zweite Pumpe (11) und ein zweiter Kühler (5) vorgesehen sind, wobei mittels der zweiten Pumpe (11) ein Kühlmittel zum zweiten Kühler (5) förderbar ist und von dem zweiten Kühler (5) zu der zweiten Wärmequelle (12) und von dieser zur zweiten Pumpe (11) förderbar ist, wobei stromabwärts der ersten Pumpe (7) und der zweiten Pumpe (11) eine erste Fluidverbindung (13) vorgesehen ist, welche mittels eines ersten Ventils (14) steuerbar ist und wobei stromaufwärts der ersten Pumpe (7) und der zweiten Pumpe (11) eine zweite Fluidverbindung (15) vorgesehen ist, welche mittels eines zweiten Ventils (16) steuerbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kühlkreislaufanordnung, insbesondere eines Kraftfahrzeugs.
Bei Kraftfahrzeugen sind Kühlkreisläufe bekannt, um beispielsweise einen Verbrennungsmotor zu kühlen. Dabei ist in einem Kühlkreislauf eine zu kühlende Wärmequelle, eine Pumpe zur Umwälzung des Kühlfluids und ein Kühler zum Kühlen des Kühlfluids vorgesehen. Gegebenenfalls können auch mehrere Wärmequellen gekühlt werden.
Bei Elektrofahrzeugen mit zumindest einem Elektromotor als Antriebsmotor ist typischerweise auch der Elektromotor als Antriebsmotor zu kühlen und auch der den Elektromotor speisende Energiespeicher ist bedarfsweise zu kühlen. Die Verschaltung beider Wärmequellen, also Elektromotor und Energiespeicher, in den Kühlkreislauf schafft keine optimale Kühlung, weil die Zieltemperaturen und die abzuführende Wärmemenge deutlich unterschiedlich sind für die beiden Wärmequellen.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kühlkreislaufanordnung zu schaffen, welche eine verbesserte Kühlung zumindest zweier Wärmequellen erlaubt. Auch ist es die Aufgabe, ein Verfahren zur Steuerung einer Kühlkreislaufanordnung zu schaffen, mittels welchem eine optimale Nutzung der Kühlkreislaufanordnung ermöglicht wird.
Die Aufgabe zur Kühlkreislaufanordnung wird mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft eine Kühlkreislaufanordnung mit einem ersten geschlossenen Kühlkreislauf und mit einem zweiten geschlossenen Kühlkreislauf, wobei in dem ersten Kühlkreislauf eine erste Wärmequelle, eine erste Pumpe und ein erster Kühler vorgesehen sind, wobei mittels der ersten Pumpe ein Kühlmittel zum ersten Kühler förderbar ist und von dem ersten Kühler zu der ersten Wärmequelle und von dieser zur ersten Pumpe förderbar ist, wobei in dem ersten Kühlkreislauf ein Ausgleichsbehälter für das Kühlmittel vorgesehen ist, wobei in dem zweiten Kühlkreislauf eine zweite Wärmequelle, eine zweite Pumpe und ein zweiter Kühler vorgesehen sind, wobei mittels der zweiten Pumpe ein Kühlmittel zum zweiten Kühler förderbar ist und von dem zweiten Kühler zu der zweiten Wärmequelle und von dieser zur zweiten Pumpe förderbar ist, wobei stromabwärts der ersten Pumpe und der zweiten Pumpe eine erste Fluidverbindung vorgesehen ist, welche mittels eines ersten Ventils steuerbar ist und wobei stromaufwärts der ersten Pumpe und der zweiten Pumpe eine zweite Fluidverbindung vorgesehen ist, welche mittels eines zweiten Ventils steuerbar ist. Dadurch kann je nach Druckverhältnis in dem ersten und/oder in dem zweiten Kühlkreislauf eine Druckanpassung bzw. ein Druckausgleich durchgeführt werden, wobei gezielt ein definiertes Druckniveau zwischen dem im ersten bzw. zweiten Kühlkreislauf einstellbar ist.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Kühlmittel in dem ersten Kühlkreislauf eine geringere Temperatur aufweist als das Kühlmittel in dem zweiten Kühlkreislauf. Der erste Kühlkreislauf ist bevorzugt ein so genannter Niedertemperaturkühlkreislauf und der zweite Kühlkreislauf ist ein so genannter Mitteltemperatur bzw. Hochtem peraturkreislauf.
Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Temperatur des Kühlmittels in dem ersten Kühlkreislauf am Ausgang des ersten Kühlers geringer ist als die Temperatur des Kühlmittels in dem zweiten Kühlkreislauf am Ausgang des zweiten Kühlers. Dabei ist der Temperaturunterschied zumindest 10°C oder mehr, bevorzugt zumindest 20°C oder mehr. Dadurch kann jeweils eine effektive Kühlung der zu kühlenden Wärmequellen erreicht werden.
Besonders vorteilhaft ist es auch, wenn die erste Wärmequelle ein elektrischer Energiespeicher, insbesondere eine wiederaufladbare Hochvoltbatterie, ist. Dieser kann vorteilhaft im zweiten Kreislauf beispielsweise als Mitteltemperaturkreislauf erwärmt werden.
Auch ist es vorteilhaft, wenn die zweite Wärmequelle ein elektrischer Antrieb, insbesondere zumindest ein elektrischer Antriebsmotor, ist. Dieser kann vorteilhaft im ersten Kreislauf als Niedertemperaturkreislauf gekühlt werden.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn parallel zur ersten Wärmequelle ein Ausgleichsbehälter für das Kühlmittel vorgesehen ist. Der Ausgleichsbehälter kann eine Trennung einer Flüssigkeitsphase und einer Luftphase vornehmen, so dass bei Unterdruck Luft angesaugt wird und bei Überdruck Luft abgeblasen wird. Dadurch ist der Druck im Vorratsbehälter typischerweise zwischen 0 und 1 bar über dem Umgebungsdruck.
Vorteilhaft ist es auch, wenn das erste Ventil im ersten Kühlkreislauf angeordnet ist und die erste Fluidverbindung zum zweiten Kühlkreislauf öffnet oder sperrt und/oder wobei das zweite Ventil im zweiten Kühlkreislauf angeordnet ist und die zweite Fluidverbindung zum ersten Kühlkreislauf öffnet oder sperrt. Dadurch kann je nach Druckverhältnis in den Kühlkreisläufen bzw. in zumindest einem der Kühlkreisläufe ein Druckausgleich vorgenommen werden, damit definierte Druckverhältnisse auch im zweiten Kühlkreislauf vorliegen. Wäre der zweite Kühlkreislauf völlig entkoppelt, wäre das Druckniveau im zweiten Kühlkreislauf undefiniert, wobei es zu Beschädigungen kommen kann, wenn der Druck zu niedrig oder zu hoch wäre. Es könnte auch zu Undichtigkeiten oder zu reduzierter Kühlleistung kommen.
Vorteilhaft ist es auch, wenn im zweiten Kühlkreislauf ein Kühlmitteldrucksensor vorgesehen ist, welcher den Druck des Kühlmittels detektiert und/oder Mittel vorgesehen sind, den Druck des Kühlmittels im zweiten Kühlkreislauf zu ermitteln. Dadurch kann eine gezielte Steuerung erfolgen.
Auch ist es vorteilhaft, wenn eine Steuereinrichtung vorgesehen ist zur gesteuerten Öffnung oder Sperrung des ersten Ventils und/oder des zweiten Ventils.
Die Aufgabe zum Verfahren wird mit den Merkmalen von Anspruch 10 gelöst. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Kühlkreislaufanordnung, wobei das erste und/oder das zweite Ventil in Abhängigkeit von Daten des Drucksensors und/oder der Druckermittlung gesteuert wird, wobei die Daten zur Öffnung oder Sperrung des ersten Ventils und/oder des zweiten Ventils herangezogen werden.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung detailliert erläutert. In der Zeichnung zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Kühlkreislaufanordnung in einem ersten Betriebszustand mit unabhängigen Kühlkreisläufen,
2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Kühlkreislaufanordnung in einem zweiten Betriebszustand mit niederdruckseitig gekoppelten Kühlkreisläufen,
3 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Kühlkreislaufanordnung in einem dritten Betriebszustand mit hochdruckseitig gekoppelten Kühlkreisläufen, und
4 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Kühlkreislaufanordnung in einem vierten Betriebszustand mit niederdruckseitig und hochdruckseitig gekoppelten Kühlkreisläufen.

Die 1 bis 4 zeigen eine Kühlkreislaufanordnung 1 mit zwei Kühlkreisläufen, einem ersten Kühlkreislauf 2 und einem zweiten Kühlkreislauf 3.
Die Kühlkreislaufanordnung 1 umfasst dabei zumindest einen ersten geschlossenen Kühlkreislauf 2 und einen zweiten geschlossenen Kühlkreislauf 3.
Der erste Kühlkreislauf 2 ist im Ausführungsbeispiel ein Niedertemperaturkreislauf und der zweite Kühlkreislauf 3 ist im Ausführungsbeispiel ein Mitteltemperaturkreislauf. Dies bedeutet, dass das Kühlmittel in dem ersten Kühlkreislauf 2 eine geringere Temperatur aufweist als das Kühlmittel in dem zweiten Kühlkreislauf 3. Dabei ist beispielsweise die Temperatur des Kühlmittels in dem ersten Kühlkreislauf 2 am Ausgang des ersten Kühlers 4, welcher ein Niedertemperaturkühler ist, geringer als die Temperatur des Kühlmittels in dem zweiten Kühlkreislauf 3 am Ausgang des zweiten Kühlers 5, welcher ein Mitteltemperaturkühler ist.
Dabei ist in dem ersten Kühlkreislauf 2 eine erste Wärmequelle 8, eine erste Pumpe 7 und ein erster Kühler 4 vorgesehen, wobei mittels der ersten Pumpe 7 ein Kühlmittel zum ersten Kühler 4 förderbar ist und von dem ersten Kühler 4 zu der ersten Wärmequelle 8 und von dieser ersten Wärmequelle 8 zur ersten Pumpe 7 zurück förderbar ist.
Die erste Wärmequelle 8 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel ein elektrischer Energiespeicher, insbesondere eine wiederaufladbare Hochvoltbatterie.
Weiterhin ist auch zu erkennen, dass in dem ersten Kühlkreislauf 2 ein Ausgleichsbehälter 9 für das Kühlmittel vorgesehen ist, der optional parallel zur ersten Wärmequelle 8 vorgesehen ist.
In dem zweiten Kühlkreislauf 3 sind eine zweite Wärmequelle 12, eine zweite Pumpe 11 und ein zweiter Kühler 5 vorgesehen. Dabei wird mittels der zweiten Pumpe 11 ein Kühlmittel zum zweiten Kühler 5 gefördert und von dem zweiten Kühler 5 zu der zweiten Wärmequelle 12 und von dieser zur zweiten Pumpe 11 zurück.
Die zweite Wärmequelle 12 ist im Ausführungsbeispiel ein elektrischer Antrieb, insbesondere zumindest ein elektrischer Antriebsmotor.
Dabei ist stromabwärts der ersten Pumpe 7 und der zweiten Pumpe 11 eine erste Fluidverbindung 13 vorgesehen, welche mittels eines ersten Ventils 14 steuerbar ist. Auch ist stromaufwärts der ersten Pumpe 7 und der zweiten Pumpe 11 eine zweite Fluidverbindung 15 vorgesehen ist, welche mittels eines zweiten Ventils 16 steuerbar ist. Dadurch können die beiden unabhängigen Kühlkreisläufe 2, 3 miteinander verbunden oder getrennt werden.
Die 1 zeigt, dass das erste Ventil 14 im ersten Kühlkreislauf 2 angeordnet ist und die erste Fluidverbindung 13 zum zweiten Kühlkreislauf 3 öffnet oder sperrt.
1 zeigt auch, dass das zweite Ventil 16 im zweiten Kühlkreislauf 3 angeordnet ist und die zweite Fluidverbindung 15 zum ersten Kühlkreislauf 2 öffnet oder sperrt.
Dadurch kann selektiv entweder keine Fluidverbindung 13, 15 zwischen den Kühlkreisläufen 2, 3 geöffnet werden oder nur die erste Fluidverbindung 13 oder nur die zweite Fluidverbindung 15 oder beide Fluidverbindungen 13, 15. Dadurch kann der zweite Kühlkreislauf 3 gezielt auf das Druckniveau des ersten Kühlkreislaufs 2 gebracht werden.
Bevorzugt ist im zweiten Kühlkreislauf 3 ein Kühlmitteldrucksensor 17 vorgesehen, welcher den Druck des Kühlmittels detektiert und/oder dass Mittel vorgesehen sind, um den Druck des Kühlmittels im zweiten Kühlkreislauf 3 zu ermitteln. Diese Daten des Sensors und/oder die ermittelten Daten dienen der Steuerung der Ventile 14, 16.
Entsprechend ist eine Steuereinrichtung 18 vorgesehen zur gesteuerten Öffnung oder Sperrung des ersten Ventils 14 und/oder des zweiten Ventils 16.
Dabei wird ein Verfahren zur Steuerung einer Kühlkreislaufanordnung 1 durchgeführt, wobei das erste und/oder das zweite Ventil 14, 16 in Abhängigkeit von Daten des Drucksensors 17 und/oder der Druckermittlung gesteuert wird, wobei die Daten zur Öffnung oder Sperrung des ersten Ventils 14 und/oder des zweiten Ventils 16 herangezogen werden.
In 1 sind die Ventile 14, 16 geschlossen, so dass die beiden Kühlkreisläufe 2, 3 nicht miteinander fluidverbunden sind.
In 2 ist das Ventil 16 geöffnet und das Ventil 14 geschlossen, so dass eine zweite Fluidverbindung 15 vorgesehen ist.
In 3 ist das Ventil 14 geöffnet und das Ventil 16 geschlossen, so dass eine zweite Fluidverbindung 13 vorgesehen ist.
In 4 sind die Ventile 14, 16 geöffnet, so dass die beiden Kühlkreisläufe 2, 3 zweifach miteinander fluidverbunden sind.

Claims

Kühlkreislaufanordnung (1) mit einem ersten geschlossenen Kühlkreislauf (2) und mit einem zweiten geschlossenen Kühlkreislauf (3), wobei in dem ersten Kühlkreislauf (2) eine erste Wärmequelle (8), eine erste Pumpe (7) und ein erster Kühler (4) vorgesehen sind, wobei mittels der ersten Pumpe (7) ein Kühlmittel zum ersten Kühler (4) förderbar ist und von dem ersten Kühler (4) zu der ersten Wärmequelle (8) und von dieser zur ersten Pumpe (7) förderbar ist, wobei in dem ersten Kühlkreislauf (2) ein Ausgleichsbehälter (9) für das Kühlmittel vorgesehen ist, wobei in dem zweiten Kühlkreislauf (3) eine zweite Wärmequelle (12), eine zweite Pumpe (11) und ein zweiter Kühler (5) vorgesehen sind, wobei mittels der zweiten Pumpe (11) ein Kühlmittel zum zweiten Kühler (5) förderbar ist und von dem zweiten Kühler (5) zu der zweiten Wärmequelle (12) und von dieser zur zweiten Pumpe (11) förderbar ist, wobei stromabwärts der ersten Pumpe (7) und der zweiten Pumpe (11) eine erste Fluidverbindung (13) vorgesehen ist, welche mittels eines ersten Ventils (14) steuerbar ist und wobei stromaufwärts der ersten Pumpe (7) und der zweiten Pumpe (11) eine zweite Fluidverbindung (15) vorgesehen ist, welche mittels eines zweiten Ventils (16) steuerbar ist.
Kühlkreislaufanordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmittel in dem ersten Kühlkreislauf (2) eine geringere Temperatur aufweist als das Kühlmittel in dem zweiten Kühlkreislauf (3).
Kühlkreislaufanordnung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Kühlmittels in dem ersten Kühlkreislauf (2) am Ausgang des ersten Kühlers (4) geringer ist als die Temperatur des Kühlmittels in dem zweiten Kühlkreislauf (3) am Ausgang des zweiten Kühlers (5).
Kühlkreislaufanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Wärmequelle (8) ein elektrischer Energiespeicher, insbesondere eine wiederaufladbare Hochvoltbatterie, ist.
Kühlkreislaufanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Wärmequelle (12) ein elektrischer Antrieb, insbesondere zumindest ein elektrischer Antriebsmotor, ist.
Kühlkreislaufanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zur ersten Wärmequelle (8) ein Ausgleichsbehälter (9) für das Kühlmittel vorgesehen ist.
Kühlkreislaufanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Ventil (14) im ersten Kühlkreislauf (2) angeordnet ist und die erste Fluidverbindung (13) zum zweiten Kühlkreislauf (3) öffnet oder sperrt und/oder wobei das zweite Ventil (16) im zweiten Kühlkreislauf (3) angeordnet ist und die zweite Fluidverbindung (15) zum ersten Kühlkreislauf (2) öffnet oder sperrt.
Kühlkreislaufanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Kühlkreislauf (3) ein Kühlmitteldrucksensor (17) vorgesehen ist, welcher den Druck des Kühlmittels detektiert und/oder dass Mittel vorgesehen sind, den Druck des Kühlmittels im zweiten Kühlkreislauf (3) zu ermitteln.
Kühlkreislaufanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinrichtung (18) vorgesehen ist zur gesteuerten Öffnung oder Sperrung des ersten Ventils (14) und/oder des zweiten Ventils (16).
Verfahren zur Steuerung einer Kühlkreislaufanordnung (1) gemäß einer der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste und/oder das zweite Ventil (16) in Abhängigkeit von Daten des Drucksensors und/oder der Druckermittlung gesteuert wird, wobei die Daten zur Öffnung oder Sperrung des ersten Ventils (14) und/oder des zweiten Ventils (16) herangezogen werden.