DE102019132688A1 - Wärmemanagementsystem für ein Kraftfahrzeug und Verfahren zum Wärmemanagement eines Kraftfahrzeugs - Google Patents

Wärmemanagementsystem für ein Kraftfahrzeug und Verfahren zum Wärmemanagement eines Kraftfahrzeugs Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Wärmemanagementsystem für ein Kraftfahrzeug, mit einem Motor-Chiller-Kreislauf (36) in dem ein Chiller (29), ein elektrischer Energiespeicher (25) sowie ein Elektromotor (2, 3) angeordnet sind; einem HVS-Chiller-Kreislauf (6) in dem der Chiller (29) und der elektrische Energiespeicher (25) unter Umgehung des Elektromotors (2, 3) angeordnet sind; einem Kältekreislauf (40) über den Wärmeenergie vom Chiller (29) zu einem Kondensator (15) transportierbar ist, und einem Heizstrang (13), der von Kühlmittel durchströmbar ist und in dem der Kondensator (15) und ein Innenraumwärmetauscher (18) angeordnet sind, wobei ein Betriebszustand vorgesehen ist, bei dem sowohl der Motor-Chiller-Kreislauf (36) als auch der HVS-Chiller-Kreislauf (6) in Betrieb sind. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Wärmemanagement eines Kraftfahrzeugs.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Wärmemanagementsystem für ein Kraftfahrzeug sowie ein Verfahren zum Wärmemanagement eines Kraftfahrzeugs.
  • Es sind Wärmemanagementsysteme für elektrifizierte Kraftfahrzeuge bekannt, die eine Heizleistung für einen Fahrzeuginnenraum mittels einer Wärmepumpenfunktionalität bereitstellen, in der vorhandene Wärmequellen, z.B. Elektromotor und Hochvoltspeicher, genutzt werden.
  • Gerade bei kalten Temperaturen ist das Kühlmittel verhältnismäßig zäh und die Pumpe wird in diesem Betriebszustand stark beansprucht. Dieser Betriebspunkt entspricht gegebenenfalls auch nicht einem optimalen Volumenstrom, auf den die Pumpe ausgelegt wurde. Bei Radialpumpen kann das Flügelrad nur auf eine Strömungsgeschwindigkeit optimiert werden. Durch einen ineffizienten Pumpenbetriebspunkt können hydraulische Komponentenanforderungen nur mit einer entsprechenden Dimensionierung erreicht werden.
  • Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung die vorstehend genannten Probleme zumindest teilweise zu lösen. Diese Aufgabe wird durch ein Wärmemanagementsystem gemäß Anspruch 1 sowie ein Verfahren gemäß Anspruch 5 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Wärmemanagementsystem für ein Kraftfahrzeug bereitgestellt, mit einem Motor-Chiller-Kreislauf in dem ein Chiller, ein elektrischer Energiespeicher sowie zumindest ein Elektromotor angeordnet sind, und einem HVS-Chiller-Kreislauf in dem der Chiller und der elektrische Energiespeicher unter Umgehung des Elektromotors angeordnet sind, wobei ein Betriebszustand vorgesehen ist, bei dem sowohl der Motor-Chiller-Kreislauf als auch der HVS-Chiller-Kreislauf in Betrieb sind. Zur Gleichverteilung der Heizenergie auf alle Zellen im Energiespeicher ist ein möglichst hoher Volumenstrom vorteilhaft. Durch einen gezielten Bypass zum Elektromotor kann der Elektromotor weiterhin durchströmt werden und somit die Abwärme des Elektromotors in den Energiespeicher eingebracht werden und gleichzeitig ein hoher Volumenstrom erreicht werden. Somit kann ohne Wärmeverlust eine Entlastung der HVS-Pumpe erreicht werden, so dass ein effizienterer Pumpenbetriebspunkt erzeugt werden. Die gesteigerte Effizienz führt zu einem höheren Volumenstrom und einer besseren Durchströmung des Energiespeichers.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine Bypassleitung vorgesehen, die einen Abschnitt des HVS-Chiller-Kreislaufs ausbildet und einen Bypass zum Elektromotor darstellt.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Wärmemanagementsystem ausgebildet mit einer Verzweigung des HVS-Chiller-Kreislaufs und des Motor-Chiller-Kreislaufs an der ein Kühlmittelstrom aufteilbar ist in einen Anteil an Kühlmittel, welcher durch den Elektromotor strömt, und einem Anteil an Kühlmittel, welcher durch die Bypassleitung strömt.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Wärmemanagementsystem ausgebildet mit HVS-Umschaltmitteln, mit welchen eine Aufteilung von Kühlmittel an einer Verzweigung des HVS-Chiller-Kreislaufs und des Motor-Chiller-Kreislaufs in einen Anteil an Kühlmittel, welcher durch den Elektromotor strömt, und einem Anteil an Kühlmittel, welcher durch die Bypassleitung strömt, einstellbar ist.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Wärmemanagementsystem ferner ausgestattet mit einem Kältekreislauf über den Wärmeenergie vom Chiller zu einem Kondensator transportierbar ist, und einem Heizstrang, der von Kühlmittel durchströmbar ist und in dem der Kondensator und ein Innenraumwärmetauscher angeordnet sind.
  • Darüber hinaus stellt die Erfindung ein Verfahren zum Wärmemanagement eines Kraftfahrzeugs bereit, mit den Schritten: Zirkulieren von Kühlmittel in einem Motor-Chiller-Kreislauf durch einen Chiller, einen elektrischen Energiespeicher sowie einen Elektromotor, und Zirkulieren von Kühlmittel in einem HVS-Chiller-Kreislauf durch den Chiller und den elektrischen Energiespeicher unter Umgehung des Elektromotors, wobei ein Betriebszustand vorgesehen ist, bei dem gleichzeitig der Motor-Chiller-Kreislauf und der HVS-Chiller-Kreislauf in Betrieb sind. Dieses Verfahren stellt die gleichen Vorteile bereit, wie sie bereits vorstehend im Zusammenhang mit dem Wärmemanagementsystem beschrieben wurden.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Verfahren ferner ausgebildet mit dem Schritt: Einstellen von HVS-Umschaltmitteln, mit welchem zwischen dem Motor-Chiller-Kreislauf und dem HVS-Chiller-Kreislauf umgeschaltet werden kann, derart, dass gleichzeitig der Motor-Chiller-Kreislauf und der HVS-Chiller-Kreislauf durchströmt werden.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Verfahren ferner ausgebildet mit dem Schritt des Aufteilens des Kühlmittelstroms an den HVS-Umschaltmitteln in einen Motor-Anteil, welcher durch den Elektromotor strömt und einen Bypass-Anteil, welcher am Elektromotor vorbeiströmt, wobei der Motor-Anteil mehr als 50% des Kühlmittelstroms an einem Eingang der HVS-Umschaltmittel beträgt.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Verfahren ferner so ausgebildet, dass beim Schritt des Aufteilens der Bypass-Anteil weniger als 30%, insbesondere weniger als 20%, des Kühlmittelstroms an einem Eingang der HVS-Umschaltmittel beträgt.
  • Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. In diesen Zeichnungen ist Folgendes dargestellt:
    • 1 zeigt schematisch Heiz- und Kühlkreisläufe eines Wärmemanagementsystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
    • 2 zeigt schematisch einen Kältekreislauf des Wärmemanagementsystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • 1 zeigt schematisch Heiz- und Kühlkreisläufe eines Wärmemanagementsystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Wärmemanagementsystem ist vorzugsweise in einem nicht dargestellten Kraftfahrzeug, insbesondere einem Personenkraftwagen, beispielsweise einem Elektrofahrzeug installiert. Die Heiz- und Kühlkreisläufe des Wärmemanagementsystems umfassen einen Motor-Kühlkreis 1, in dem Elektromotoren 2 und 3 sowie Leistungselektronik-Komponenten 4 und 5 angeordnet sind. Die Elektromotoren 2 und 3 sind Traktionsmotoren zum Antrieb des Kraftfahrzeugs, wobei selbstverständlich auch nur ein einziger oder mehr als zwei solcher Elektromotoren vorgesehen sein können. Die Leistungselektronik-Komponenten 4 und 5 umfassen beispielsweise jeweilige, den Elektromotoren 2, 3 zugeordnete Inverter, einen Gleichstromwandler, eine Batteriesteuerung sowie ein On-Board-Ladegerät. Genauer sind der Elektromotor 2 und die Leistungselektronik-Komponente 4 im Motor-Kühlkreis 1 in Reihe geschaltet sowie der Elektromotor 3 und die Leistungselektronik-Komponente 5 im Motor-Kühlkreis 1 in Reihe geschaltet. Diese zwei Reihenschaltungen sind wiederum im Motor-Kühlkreis 1 parallel zueinander. Ebenso können die Leistungselektronik-Komponenten 4 und/oder 5 parallel zu den Elektromotoren 2, 3 angeordnet sein. Stromab dieser Parallelschaltung sind ein Chiller-Ventil 7, ein HT-Kühler 11 sowie eine Kühler-Pumpe 12 angeordnet. In dem Motor-Kühlkreis 1 ist bei entsprechend geöffnetem Chiller-Ventil 7 und aktivierter Kühler-Pumpe 12 ein Kühlmittel zirkulierbar, beispielsweise ein mit Additiven versetztes Wasser.
  • Parallel zu den Elektromotoren 2, 3 sowie den Leistungselektronik-Komponenten 4, 5 ist ein Heizstrang 13 vorgesehen. Genauer zweigt zwischen der Kühler-Pumpe 12 und den im Motor-Kühlkreis 1 zu kühlenden Komponenten (d.h. den Elektromotoren 2, 3 und den Leistungselektronik-Komponenten 4, 5) der Heizstrang 13 vom Motor-Kühlkreis 1 ab. Zwischen dem Chiller-Ventil 7 und dem HT-Kühler 11 mündet der Heizstrang 13 wieder in den Motor-Kühlkreis 1.
  • Der Heizstrang 13 weist einen NT-Kühler 14, ein Heizstrang-Ventil 8, einen wassergekühlten Kondensator 15, eine Heizkreis-Pumpe 16, einen elektrischen Heizer 17 sowie einen Innenraumwärmetauscher 18 auf. Diese Komponenten werden im Betrieb des Heizstrangs 13 üblicherweise in dieser genannten Reihenfolge durchströmt. Das Heizstrang-Ventil 8 ist beispielsweise ein Absperrventil und stromaufwärts des Kondensators 15 angeordnet.
  • Der Innenraumwärmetauscher 18 ist innerhalb einer angedeuteten Luftführung 19, beispielsweise einem Luftströmungskanal, angeordnet, mit der Luft in einen nicht dargestellten Insassenraum des Kraftfahrzeugs geführt wird, so dass mittels des Innenraumwärmetauschers 18 der Insassenraum beheizt werden kann. Mittels des Heizstrang-Ventils 8 kann eine Durchströmung des Heizstrangs 13 zugelassen oder unterbunden werden, wobei auch Zwischenstellungen des Heizstrang-Ventils 8 möglich sind.
  • Der NT-Kühler 14 und der HT-Kühler 11 sind von Umgebungsluft durchströmbar angeordnet, so dass diese durch Fahrtwind gekühlt werden können. Insbesondere sind die beiden Kühler 11, 14 in Fahrzeuglängsrichtung gesehen hintereinander angeordnet, wobei der NT-Kühler 14 vor dem HT-Kühler 11 angeordnet ist. Den beiden Kühlern 11, 14 ist ein Gebläse 20 zugeordnet, um zusätzlich zum Fahrtwind eine Luftströmung durch diese zu fördern. In bekannter Weise ist den beiden Kühlern 11, 14 ein Ausgleichsbehälter 21 zugeordnet.
  • Zum Ausbilden eines EDH-Heizkreises 22 (mit einer gestrichelter Linie eingezeichnet) ist eine Heiz-Rückleitung 23 vorgesehen, die einen stromabwärtigen Ausgang des Innenraumwärmetauschers 18 mit einem stromaufwärtigen Eingang des Kondensators 15 fluidisch leitend miteinander verbindet. In der Heiz-Rückleitung 23 ist ein Einwegeventil 24 vorgesehen, welches nur eine Strömung in einer Richtung vom Ausgang des Innenraumwärmetauschers 18 hin zum Eingang des Kondensators 15 zulässt. Mittels des EDH-Heizkreises 22 kann der Insassenraum geheizt werden, indem das mittels der Heizkreis-Pumpe 16 zirkulierte Kühlmittel zumindest vom elektrischen Heizer 17 erwärmt wird und diese Wärmeenergie an den Innenraumwärmetauscher 18 abgegeben wird. In anderen Betriebszuständen wird das Kühlmittel zusätzlich oder alternativ vom Kondensator 15 erwärmt, beispielsweise durch Abwärme von einem elektrischen Energiespeicher 25 (HVS), den Elektromotoren 2, 3 und/oder den Leistungselektronik-Komponenten 4, 5, je nachdem welche Wärmemengen von diesen Komponenten zur Verfügung stehen. Zur Steigerung der Abwärme von den Elektromotoren 2, 3 können diese vertrimmt werden, d.h. sie werden gezielt in einen Betriebszustand gebracht, in welchem mehr Abwärme produziert wird.
  • Darüber hinaus weist das Wärmemanagementsystem einen HVS-Strang 9 auf, der eine HVS-Pumpe 10, ein HVS-Ventil 26, den elektrischen Energiespeicher 25 (HVS), ein Rückschlagventil 27 sowie HVS-Umschaltmittel 32 aufweist, welche an einer Verzweigung 28 positioniert sind. Die genannten Elemente werden im Betrieb des HVS-Stangs 9 insbesondere in der genannten Reihenfolge durchströmt. Die HVS-Umschaltmittel 32 sind in 1 als ein Umschaltventil bzw. ein 2/3-WegeVentil ausgeführt, jedoch können diese ebenso durch zwei oder drei Absperrventile ausgebildet werden.
  • Ferner ist im Wärmemanagementsystem ein Chiller-Strang 30 vorgesehen, der den Chiller 29 sowie das Chiller-Ventil 7 aufweist. Das Chiller-Ventil 7 ist in 1 als ein Umschaltventil bzw. ein 2/3-Wege-Ventil ausgeführt, jedoch kann dies ebenso durch zwei oder drei Absperrventile ausgebildet werden.
  • Auf der Chiller-Ventil abgewandten Seite ist der Chiller 29 mit einer Eingangsseite der HVS-Pumpe 10 verbunden, von diesem Verbindungsabschnitt führt eine Verbindungsleitung 31, welche ein Einwegeventil 33 bzw. ein Rückschlagventil aufweist, zum Motor-Kühlkreis 1 und zwar an eine Stelle zwischen der Einmündung des Heizstrangs 13 in den Motor-Kühlkreis 1 und dem Chiller-Ventil 7.
  • Zwischen dem Chiller 29 und dem Chiller-Ventil 7 zweigt eine Bypassleitung 34 ab, die zu der Verzweigung 28 bzw. den HVS-Umschaltmitteln 32 führt. Ein weiterer Anschluss der Verzweigung 28 bzw. der HVS-Umschaltmittel 32 ist mit einer Verbindungsleitung 35 verbunden, die in den Motor-Kühlkreis 1 mündet und zwar an einer Stelle stromaufwärts der Parallelschaltung aus Elektromotoren 2, 3 und Leistungselektronik-Komponenten 4, 5 und stromabwärts der Kühler-Pumpe 12.
  • 2 zeigt schematisch einen Kältekreislauf 40 des Wärmemanagementsystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der Kältekreislauf 40 umfasst den wassergekühlten Kondensator 15, den Chiller 29 sowie einen Klima-Verdampfer 41, welcher in der Luftführung 19 angeordnet ist. Es sei angemerkt, dass es sich nicht notwendiger Weise um einen wassergekühlten Kondensator handeln muss, sondern dass die Erfindung auch vorteilhaft im Zusammenhang mit einem luftgekühlten Kondensator verwendet werden kann. Durch diese Komponenten zirkuliert ein Kältemittel, beispielsweise R134a, R1234yf, R1234ze oder dergleichen. Der Chiller 29 ist ein Wärmetauscher bzw. Wärmeüberträger, der Wärmeenergie zwischen dem Kältemittel des Kältekreislaufs 40 und dem Kühlmittel im Chiller-Strang 26 überträgt. Dazu durchströmen das Kältemittel und das Kühlmittel fluidisch getrennt voneinander den Chiller 29. Der Klima-Verdampfer 41 ist ein Wärmetauscher bzw. Wärmeüberträger, der Wärmeenergie zwischen dem Kältemittel des Kältekreislaufs 40 und einer in der Luftführung 19 strömenden Luft überträgt. Dazu durchströmen das Kältemittel und die Luft fluidisch getrennt voneinander den Klima-Verdampfer 41. Der Klima-Verdampfer 41 ist im Kältekreislauf 40 parallel zum Chiller 29 geschaltet. Zum Einstellen der Kühlleistung des Klima-Verdampfers 41 ist diesem ein selbstregelndes und elektrisch absperrbares Expansionsventil 42 vorgeschaltet. Dem Chiller 29 ist ein Expansionsventil 43 vorgeschaltet. Der Innenraumwärmetauscher 18 und der Klima-Verdampfer 41 sind beide in der Luftführung 19 angeordnet. Mit ihnen kann der Insassenraum beheizt, gekühlt und/oder entfeuchtet werden.
  • Ferner weist der Kältekreislauf 40 einen elektrischen Verdichter 44 auf, mit dem das Kältemittel verdichtet und gefördert werden kann. Der Kältekreislauf 40 in 2 weist zusätzlich zwei innere Wärmetauscher 45, 46 auf, von denen einer dem Klima-Verdampfer 41 und der andere dem Chiller 29 zugeordnet ist. Die inneren Wärmetauscher 45, 46 haben jeweils zwei in Wärmekontakt, aber fluidisch voneinander getrennt durchströmbare Kammern. Dabei ist eine Kammer dem Chiller oder Klima-Verdampfer vorgeschaltet und die andere Kammer dem Chiller/Klima-Verdampfer nachgeschaltet. Die Kammern werden in entgegengesetzter Richtung durchströmt und bilden somit einen Gegenstromwärmetauscher aus. Die inneren Wärmetauscher durchströmt somit in einer Kammer das vom Verdichter kommende, überwiegend flüssige Kältemittel und in der anderen Kammer das vom Chiller oder Klima-Verdampfer kommende überwiegend gasförmige Kältemittel. Durch den inneren Wärmetauscher 45, 46 wird dem überwiegend flüssigen Kältemittel Wärmeenergie entzogen, was dazu führt, dass ein noch höherer Anteil verflüssigt wird. Dem überwiegend gasförmigen Kältemittel wird diese Energie zugeführt, was dazu führt, dass ein noch höherer Anteil verdampft und gasförmig vorliegt. Dies dient zur Leistungs- und Effizienzsteigerung des Chillers 29 und des Klima-Verdampfers 41. Für die Funktion des Kältekreislaufs 40 sind die inneren Wärmetauscher 45, 46 jedoch nicht zwingend erforderlich. Stromab des Klima-Verdampfers 41 ist ein Rückschlagventil 47 bzw. Einwegeventil angeordnet.
  • Stromabwärts des Kondensators 15 zweigt sich der Kältekreislauf 40 in die parallelen Stränge auf, von denen einer zu dem Klima-Verdampfer 41 und der andere zu dem Chiller 29 führt. Von diesem Punkt wird in dieser Reihenfolge im einen Strang der innere Wärmetauscher 45, das Expansionsventil 42, der Klima-Verdampfer 41, der innere Wärmetauscher 45, das Rückschlagventil 47 und der Verdichter 44 durchströmt. Im anderen Strang wird in dieser Reihenfolge der innere Wärmetauscher 46, das Expansionsventil 43, der Chiller 29, der innere Wärmetauscher 46 und der Verdichter 44 durchströmt. Die parallelen Stränge werden stromaufwärts des Verdichters 44 wieder zusammengeführt.
  • Nachfolgend sollen einige Betriebsmodi dieses Wärmemanagementsystems beschreiben werden.
  • In Kühlfällen in denen der HT-Kühler 11 zur Wärmeabgabe an die Umgebung genutzt werden soll, wird der Motor-Kühlkreis 1 betrieben, so dass Abwärme der Elektromotoren 2, 3 und/oder der Leistungselektronik-Komponenten 4, 5 über den HT-Kühler 11 an die Umgebungsluft abgegeben wird.
  • Mit der in 1 dargestellten Schaltung lässt sich ein HVS-Chiller-Kreislauf 6 (entlang der gestrichelten Linie) ausbilden. Dabei wird mittels der aktivierten HVS-Pumpe 10 Kühlmittel vom Energiespeicher 25 entlang der Bypassleitung 34 zum Chiller 29 geführt. Nach dem Durchströmen des Chillers 29 fördert die HVS-Pumpe 10 das Kühlmittel wieder zurück zum Energiespeicher 25 usw. Auf diese Weise kann beispielsweise eine Abwärme des Energiespeichers 25 in den Chiller 29 eingetragen werden und von dort über den Kältekreis 40 über den Kondensator 15 in den Heizstrang 13 oder den EDH-Heizkreis 22 eingetragen werden. Dadurch wird der Energiespeicher 25 gekühlt während die Abwärme für Heizzwecke verwendet werden kann.
  • Darüber hinaus lässt sich ein Motor-Chiller-Kreislauf 36 (entlang der Strich-Punkt-Linie) ausbilden. Dabei wird mittels der aktivierten HVS-Pumpe 10 Kühlmittel vom Energiespeicher 25, über die Elektromotoren 2, 3 sowie die Leistungselektronik-Komponenten 4, 5 zum Chiller 29 gefördert. Von dort fördert die HVS-Pumpe 10 das Kühlmittel wieder zurück zum Energiespeicher 25 usw. In diesem Betriebszustand kann der Elektromotor 2, 3 vertrimmt werden, so dass er mehr Abwärme erzeugt. Durch Betrieb des Motor-Chiller-Kreislaufs 36 wird eine Abwärme des Elektromotors 2, 3 in den Energiespeicher 25 eingetragen, um den Energiespeicher bei kalten Umgebungsbedingungen zu heizen. In diesem Betriebszustand sind der Chiller 29 und der Kältekreis 40 vorzugsweise ausgeschaltet. Abhängig von den Umgebungs- und Betriebsbedingungen können der Chiller 29 und der Kältekreis 40 aber auch in Betrieb sein.
  • Mit den HVS-Umschaltmitteln 32 kann ein vom elektrischen Energiespeicher 25 kommender Kühlmittelstrom in die Verbindungsleitung 35 geleitet werden, wobei dieser Kühlmittelanteil als Motor-Anteil bezeichnet wird. Ferner kann mit den HVS-Umschaltmitteln 32 der vom elektrischen Energiespeicher 25 kommende Kühlmittelstrom in die Verbindungsleitung 36 geleitet werden, wobei dieser Kühlmittelanteil als Bypass-Anteil bezeichnet wird, weil dieser an den Elektromotoren 2, 3 vorbeigeführt wird.
  • Mit den HVS-Umschaltmitteln 32 kann der gesamte vom elektrischen Energiespeicher 25 kommende Kühlmittelstrom, d.h. der an einem Eingang der HVS-Umschaltmittel 32 vorliegende Kühlmittelstrom, in die Bypassleitung 34 geführt werden, während eine Durchströmung der Verbindungsleitung 35 gesperrt wird. Damit wird der HVS-Chiller-Kreislauf 6 ausgebildet während der Motor-Chiller-Kreislauf 36 nicht aktiv ist.
  • Ferner kann mit den HVS-Umschaltmitteln 32 der gesamte vom elektrischen Energiespeicher 25 kommende Kühlmittelstrom, d.h. der an einem Eingang der HVS-Umschaltmittel 32 vorliegende Kühlmittelstrom, in die Verbindungsleitung 35 geführt werden, während eine Durchströmung der Bypassleitung 34 gesperrt wird. Damit wird der Motor-Chiller-Kreislauf 36 ausgebildet, während der HVS-Chiller-Kreislauf 6 nicht aktiv ist.
  • Erfindungsgemäß kann mit den HVS-Umschaltmitteln 32 eine Zwischenstellung realisiert werden, so dass gleichzeitig eine Durchströmung der Bypassleitung 34 als auch der Verbindungsleitung 35 erfolgt. Damit ist gleichzeitig der HVS-Chiller-Kreislauf 6 als auch der Motor-Chiller-Kreislauf 36 in Betrieb. Dabei wird der vom elektrischen Energiespeicher 25 kommende Kühlmittelstrom, d.h. der an einem Eingang der HVS-Umschaltmittel 32 vorliegende Kühlmittelstrom, in den Motor-Anteil und den Bypass-Anteil aufgeteilt. Insbesondere ist der Motor-Anteil größer als der Bypass-Anteil, d.h. der Motor-Anteil beträgt mehr als 50% des Kühlmittelstroms stromaufwärts der Verzweigung 28. Insbesondere ist der Bypass-Anteil weniger als 30% des Kühlmittelstroms stromaufwärts der Verzweigung 28. Insbesondere ist der Bypass-Anteil weniger als 15% des Kühlmittelstroms stromaufwärts der Verzweigung 28. Beim gleichzeitigen Betrieb des HVS-Chiller-Kreislaufs und des Motor-Chiller-Kreislauf 36 ist der Chiller 29 und der Kältekreis 40 vorzugsweise ausgeschaltet, abhängig von Umgebungs- und Betriebsbedingungen können der Chiller 29 und der Kältekreis 40 aber auch eingeschaltet sein.
  • Ebenso ist eine Ausführung denkbar, bei der auf die HVS-Umschaltmittel 32 verzichtet wird und die Kühlkreis konstruktiv derart ausgelegt werden, beispielsweise durch Leitungsquerschnitte, dass die oben erwähnte Aufteilung ohne die HVS-Umschaltmittel 32 dauerhaft realisiert wird.
  • Der HVS-Chiller-Kreislauf 6 und/oder der Motor-Chiller-Kreislauf 36 kann gleichzeitig zum vorstehend beschriebenen Motor-Kühlkreislauf 1 betrieben werden.
  • Diese Betriebsmodi sind nicht abschließend und der Fachmann ist sicher in der Lage anhand der aufgezeigten Funktionalität und des Schaltschemas des Wärmemanagementsystems weitere Betriebsmodi vorteilhaft zu nutzen.
  • Während die Erfindung detailliert in den Zeichnungen und der vorangehenden Beschreibung veranschaulicht und beschrieben wurde, ist diese Beschreibung als beispielhaft und nicht als beschränkend zu verstehen und es ist nicht beabsichtigt die Erfindung auf das offenbarte Ausführungsbeispiel zu beschränken. Die bloße Tatsache, dass bestimmte Merkmale in verschiedenen abhängigen Ansprüchen genannt sind, soll nicht andeuten, dass eine Kombination dieser Merkmale nicht auch vorteilhaft genutzt werden könnte.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Motor-Kühlkreis
    2
    Elektromotor
    3
    Elektromotor
    4
    Leistungselektronik-Komponente
    5
    Leistungselektronik-Komponente
    6
    HVS-Chiller-Kreislauf
    7
    Chiller-Ventil
    8
    Heizstrang-Ventil
    9
    HVS-Strang
    10
    HVS-Pumpe
    11
    HT-Kühler
    12
    Kühler-Pumpe
    13
    Heizstrang
    14
    NT-Kühler
    15
    Wassergekühlten Kondensator
    16
    Heizkreis-Pumpe
    17
    Elektrischen Heizer
    18
    Innenraumwärmetauscher
    19
    Luftführung
    20
    Gebläse
    21
    Ausgleichsbehälter
    22
    EDH-Heizkreis
    23
    Heiz-Rückleitung
    24
    Einwegeventil
    25
    Elektrischen Energiespeicher
    26
    HVS-Ventil
    27
    Rückschlagventil
    28
    Verzweigung
    29
    Chiller
    30
    Chiller-Strang
    31
    Verbindungsleitung
    32
    HVS-Umschaltmittel
    33
    Einwegeventil
    34
    Bypassleitung
    35
    Verbindungsleitung
    36
    Motor-Chiller-Kreislauf
    40
    Kältekreislauf
    41
    Klima-Verdampfer
    42
    Expansionsventil
    43
    Expansionsventil
    44
    Elektrischen Verdichter
    45
    Innere Wärmetauscher
    46
    Innere Wärmetauscher
    47
    Rückschlagventil

Claims (9)

  1. Wärmemanagementsystem für ein Kraftfahrzeug, mit einem Motor-Chiller-Kreislauf (36) in dem ein Chiller (29), ein elektrischer Energiespeicher (25) sowie ein Elektromotor (2, 3) angeordnet sind, und einem HVS-Chiller-Kreislauf (6) in dem der Chiller (29) und der elektrische Energiespeicher (25) unter Umgehung des Elektromotors (2, 3) angeordnet sind; wobei ein Betriebszustand vorgesehen ist, bei dem sowohl der Motor-Chiller-Kreislauf (36) als auch der HVS-Chiller-Kreislauf (6) in Betrieb sind.
  2. Wärmemanagementsystem gemäß Anspruch 1, wobei eine Bypassleitung (34) vorgesehen ist, die einen Abschnitt des HVS-Chiller-Kreislaufs (6) ausbildet und einen Bypass zum Elektromotor (2, 3) darstellt.
  3. Wärmemanagementsystem gemäß Anspruch 2, mit einer Verzweigung (28) des HVS-Chiller-Kreislaufs (6) und des Motor-Chiller-Kreislaufs (36) an der ein Kühlmittelstrom aufteilbar ist in einen Anteil an Kühlmittel, welcher durch den Elektromotor (2, 3) strömt, und einem Anteil an Kühlmittel, welcher durch die Bypassleitung (34) strömt.
  4. Wärmemanagementsystem gemäß Anspruch 2 oder 3, mit HVS-Umschaltmitteln (32), mit welchen eine Aufteilung von Kühlmittel an einer Verzweigung (28) des HVS-Chiller-Kreislaufs (6) und des Motor-Chiller-Kreislaufs (36) in einen Anteil an Kühlmittel, welcher durch den Elektromotor (2, 3) strömt, und einem Anteil an Kühlmittel, welcher durch die Bypassleitung (34) strömt, einstellbar ist.
  5. Wärmemanagementsystem gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit einem Kältekreislauf (40) über den Wärmeenergie vom Chiller (29) zu einem Kondensator (15) transportierbar ist, und einem Heizstrang (13), der von Kühlmittel durchströmbar ist und in dem der Kondensator (15) und ein Innenraumwärmetauscher (18) angeordnet sind.
  6. Verfahren zum Wärmemanagement eines Kraftfahrzeugs, mit den Schritten: Zirkulieren von Kühlmittel in einem Motor-Chiller-Kreislauf (36) durch einen Chiller (29), einen elektrischen Energiespeicher (25) sowie einen Elektromotor (2, 3), und Zirkulieren von Kühlmittel in einem HVS-Chiller-Kreislauf (6) durch den Chiller (29) und den elektrischen Energiespeicher (25) unter Umgehung des Elektromotors (2, 3), wobei ein Betriebszustand vorgesehen ist, bei dem gleichzeitig der Motor-Chiller-Kreislauf (36) und der HVS-Chiller-Kreislauf (6) in Betrieb sind.
  7. Verfahren gemäß Anspruch 6, mit dem Schritt: Einstellen von HVS-Umschaltmitteln (32), mit welchem zwischen dem Motor-Chiller-Kreislauf (36) und dem HVS-Chiller-Kreislauf (6) umgeschaltet werden kann, derart, dass gleichzeitig der Motor-Chiller-Kreislauf (36) und der HVS-Chiller-Kreislauf (6) durchströmt werden.
  8. Verfahren gemäß Anspruch 7, mit dem Schritt des Aufteilens des Kühlmittelstroms an den HVS-Umschaltmitteln (32) in einen Motor-Anteil, welcher durch den Elektromotor (2, 3) strömt und einen Bypass-Anteil, welcher am Elektromotor (2, 3) vorbeiströmt, wobei der Motor-Anteil mehr als 50% des Kühlmittelstroms an einem Eingang der HVS-Umschaltmittel (32) beträgt.
  9. Verfahren gemäß Anspruch 8, wobei beim Schritt des Aufteilens der Bypass-Anteil weniger als 30% des Kühlmittelstroms an einem Eingang der HVS-Umschaltmittel (32) beträgt.
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