DE102019132816A1 - Wärmemanagementsystem für ein Kraftfahrzeug und Kraftfahrzeug mit einem solchen - Google Patents

Wärmemanagementsystem für ein Kraftfahrzeug und Kraftfahrzeug mit einem solchen Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Wärmemanagementsystem für ein Kraftfahrzeug, mit einem Motor-Kühlkreislauf (1), in dem ein Elektroantrieb (2), eine Chillerstrang-Verzweigung (3), ein Kühler (4) sowie eine Motorkreis-Pumpe (6) angeordnet sind; einem Chillerstrang (7) aufweisend einen Chiller (8), der an der Chillerstrang-Verzweigung (3) vom Motor-Kühlkreislauf (1) abzweigt und an einer Stelle zwischen dem Kühler (4) und der Motorkreis-Pumpe (6) in den Motor-Kühlkreislauf (1) einmündet, und einem Heizstrang (15) aufweisend einen Innenraumwärmetauscher (20), der an einer Stelle zwischen der Motorkreis-Pumpe (6) und dem Elektroantrieb (2) vom Motor-Kühlkreislauf (1) abzweigt und an einer Stelle zwischen der Chillerstrang-Verzweigung (3) und dem Kühler (4) in den Motor-Kühlkreislauf (1) einmündet. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit solch einem Wärmemanagementsystem.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Wärmemanagementsystem für ein Kraftfahrzeug sowie ein Kraftfahrzeug mit einem solchen.
  • 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. Dabei ist ständig erstrebenswert, das Wärmemanagementsystem effizienter zu gestalten und die zur Verfügung stehenden Wärmequellen effizienter zu nutzen, da eine Effizienzsteigerung direkt die Reichweite des Fahrzeugs im Heizbetrieb verbessert.
  • In der unveröffentlichten deutschen Patentanmeldung 10 2019 120 229.9 ist ein alternatives Wärmemanagement beschrieben. Bei diesem zweigt jedoch der Heizstrang stromaufwärts der Chillerstrang-Verzweigung in den Motor-Kühlkreislauf.
  • Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Effizienz eines Wärmemanagementsystems zu steigern. Diese Aufgabe wird durch ein Wärmemanagementsystem gemäß Anspruch 1 und ein Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 9 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Wärmemanagementsystem für ein Kraftfahrzeug bereitsgestellt, mit einem Motor-Kühlkreislauf, in dem ein Elektroantrieb, eine Chillerstrang-Verzweigung, ein Kühler sowie eine Motorkreis-Pumpe angeordnet sind; einem Chillerstrang aufweisend einen Chiller, der an der Chillerstrang-Verzweigung vom Motor-Kühlkreislauf abzweigt und an einer Stelle zwischen dem Kühler und der Motorkreis-Pumpe in den Motor-Kühlkreislauf einmündet, und einem Heizstrang aufweisend einen Innenraumwärmetauscher, der an einer Stelle zwischen der Motorkreis-Pumpe und dem Elektroantrieb vom Motor-Kühlkreislauf abzweigt und an einer Stelle zwischen der Chillerstrang-Verzweigung und dem Kühler in den Motor-Kühlkreislauf einmündet. Dieses Ausführungsbeispiel bietet den Vorteil, dass ein Wärmemanagement mit möglichst wenigen Ventilen realisiert werden kann. Dadurch, kann das Wärmemanagement kostengünstiger hergestellt werden als aus dem Stand der Technik bekannte Systems. Außerdem ermöglicht die Verschaltung der Heiz- und Kühlkreisläufe dieses Ausführungsbeispiels, dass ein Einbringen von Abwärme vom Elektroantrieb in den Chiller und/oder in den Energiespeicher unter Umgehung des Kühlers ermöglicht wird. Dadurch treten am Kühler keine Wärmeverluste auf, wodurch in einem Heizbetrieb (Aufheizen des Energiespeichers und/oder Heizbetrieb über den Chiller) ein effizienteres Wärmemanagementsystem bereitgestellt wird.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Wärmemanagementsystem ferner ausgestattet mit einem Motor-Chiller-Kreislauf, in dem der Elektroantrieb, der Chiller und die Motorkreis-Pumpe angeordnet sind, wobei der Motor-Chiller-Kreislauf vom Chiller, unter Umgehung des Kühlers, zu der Motorkreis-Pumpe führt.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Wärmemanagementsystem ferner ausgestattet mit einem AC-Kreislauf, der den Heizstrang, den Kühler und die Motorkreis-Pumpe aufweist.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Wärmemanagementsystem ferner ausgestattet mit einem HVS-Chiller-Kreislauf, der den Chiller sowie einen elektrischen Energiespeicher aufweist.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Wärmemanagementsystem ferner ausgestattet mit einem Heizkreislauf, der den Innenraumwärmetauscher sowie einen elektrischen Heizer aufweist.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Wärmemanagementsystem ferner ausgestattet mit einem Kältekreislauf der den Chiller, einen Klima-Verdampfer sowie einen wassergekühlten Kondensator aufweist, wobei der Chiller von Kältemittel des Kältekreislaufs und fluidisch davon getrennt von Kühlmittel des Motor-Kühlkreislaufs und/oder des Motor-Chiller-Kreislaufs durchströmbar ist, und wobei der Klima-Verdampfer in einer Luftführung angeordnet ist, mittels der Luft in einen Fahrzeuginsassenraum führbar ist.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist der Elektroantrieb zumindest einen Elektromotor zum Antrieb des Kraftfahrzeugs auf.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist der Elektroantrieb ferner einen Inverter, einen Gleichstromwandler, eine Batteriesteuerung und/oder ein fahrzeuginternes Ladegerät auf.
  • Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit solch einem Wärmemanagem entsystem.
  • 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 ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
    • 2 zeigt schematisch einen Kältekreislauf des Wärmemanagementsystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
    • 3 zeigt schematisch Heiz- und Kühlkreisläufe eines Wärmemanagementsystems gemäß einem zweiten 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 ein Elektroantrieb 2 angeordnet ist, der das Kraftfahrzeug antreibt. Der Elektroantrieb 2 weist zumindest einen Elektromotor auf. Im Falle mehrerer Elektromotoren können diese vom Motor-Kühlkreis 1 parallel zueinander durchströmt werden, wozu sich der Motor-Kühlkreis 1 stromaufwärts der Elektromotoren in parallele Stränge verzweigt, die stromabwärts der Elektromotoren wieder zusammengeführt werden. Ferner kann der Elektroantrieb 2 Leistungselektronik-Komponenten, wie beispielsweise jeweilige, den Elektromotoren zugeordnete Inverter, einen Gleichstromwandler, eine Batteriesteuerung sowie ein On-Board-Ladegerät aufweisen. Stromabwärts des Elektroantriebs 2 ist eine Chillerstrang-Verzweigung 3 mit einem Chiller-Ventil 3a, ein Kühler 4, ein Ausgleichsbehälter 5 sowie eine Motorkreis-Pumpe 6 angeordnet. Der Kühler 4 ist von Umgebungsluft durchströmbar angeordnet, so dass dieser durch Fahrtwind gekühlt werden kann. Dem Kühler ist ein Gebläse zugeordnet, um zusätzlich zum Fahrtwind eine Luftströmung durch diesen zu fördern. Der Ausgleichsbehälter 5 kann auch an einer anderen Stelle in den Heiz- und Kühlkreisläufen angebracht werden und/oder es können mehr als ein Ausgleichsbehälter vorgesehen sein.
  • In dem Motor-Kühlkreis 1 ist ein Kühlmittel zirkulierbar, beispielsweise ein mit Additiven versetztes Wasser. Mittels des Chiller-Ventils 3a an der Chillerstrang-Verzweigung 3 kann eine Durchströmung des Kühlers 4 zugelassen oder unterbunden werden, wobei auch Zwischenstellungen des Chiller-Ventils 10 möglich sind. Beispielsweise zirkuliert im Betrieb des Motor-Kühlkreises 1, bei geöffnetem Chiller-Ventil 3a und aktivierter Motorkreis-Pumpe 6, das Kühlmittel den Motor-Kühlkreis 1 derart, dass die Serienschaltung umfassend den Elektroantrieb 2, das Chiller-Ventil 3a, den Kühler 4, die Motorkreis-Pumpe 6 und wieder zurück zum Elektroantrieb 2, insbesondere in dieser Reihenfolge, durchströmt wird. Die Begriffe „stromaufwärts“ und „stromabwärts“ beziehen sich im Rahmen dieser Beschreibung auf eine Strömungsrichtung des Kühlmittels oder des später erwähnten Kältemittels im Betrieb des Wärmemanagementsystems.
  • Von der Chillerstrang-Verzweigung 3 zweigt ein Chillerstrang 7 vom Motor-Kühlkreis 1 ab, so dass mittels des Chiller-Ventils 3a eine Durchströmung des Chillerstrangs 7 sowie des Kühlers 4 zugelassen oder unterbunden werden, wobei auch Zwischenstellungen möglich sind. Das Chiller-Ventil 3a ist insbesondere als 2/3-Wege-Ventil ausgebildet, es könnten aber anstatt des 2/3-Wege-Ventils auch eines oder mehrere andere Ventile vorgesehen sein, wie beispielsweise zwei (oder drei) Absperrventile.
  • Der Chillerstrang 7 weist einen Chiller 8 auf und mündet stromabwärts des Chillers 8 wieder in den Motor-Kühlkreis 1 und zwar stromaufwärts der Motorkreis-Pumpe 6 bzw. zwischen dem Kühler 4 und der Motorkreis-Pumpe 6. Der Chiller 8 ist ein Wärmeüberträger, der Wärme zwischen dem in 1 dargestellten Heiz- und Kühlkreisläufen, genauer, dem Chillerstrang 7 und einem später erläuterten Kältekreislauf 30 Wärmeenergie überträgt.
  • Zwischen dem Chiller 8 und der Einmündung des Chillerstrangs 7 in den Motor-Kühlkeis 1 zweigt ein HVS-Strang ab, in welchem eine HVS-Pumpe 9, ein HVS-Ventil 10, ein elektrischer Energiespeicher 11, ein Einwegeventil 12 bzw. Rückschlagventil angeordnet sind. Dieser HVS-Strang mündet an einer Stelle zwischen der Chillerstrang-Verzweigung 3 und dem Chiller 8 zurück in den Chillerstrang 7.
  • Die HVS-Pumpe 9 ist beispielsweise eine elektrische Pumpe, insbesondere mit variabler Fördermenge. Das HVS-Ventil 10 ist ein Absperrventil, mit dem eine Durchströmung des elektrischen Energiespeichers 11 zugelassen oder unterbunden werden kann, wobei auch Zwischenstellungen möglich sind, so dass eine Strömungsrate einstellbar ist. Beim elektrischen Energiespeicher 11 handelt es sich um eine wiederaufladbare Batterie mit einer Vielzahl an Speicherzellen, welche die Energie zum Antrieb des Fahrzeugs speichern und bereitstellen. Beim Durchströmen des elektrischen Energiespeichers 11 wird genauer eine Temperiereinheit des elektrischen Energiespeichers 11 durchströmt, die angepasst ist, Wärmeenergie in die Speicherzellen einzubringen und/oder abzuführen.
  • Somit kann mit geöffnetem HVS-Ventil 10 und aktivierter HVS-Pumpe 9 ein HVS-Chiller-Kreislauf 13 ausgebildet werden, der in 1 mit einer gestrichelten Linie eingezeichnet ist. In diesem HVS-Chiller-Kreislauf 13 sind die HVS-Pumpe 9, das HVS-Ventil 10, der elektrische Energiespeicher 11, des Einwegeventil 12 und der Chiller 8 seriell in einem Kreislauf, beispielsweise in der genannten Reihenfolge, angeordnet und von Kühlmittel durchström bar.
  • Sperrt das Chiller-Ventil 3a während des Betriebs des HVS-Chiller-Kreislaufs 13 eine Durchströmung des Chillerstrangs 7, dann wird Kühlmittel im HVS-Chiller-Kreislauf 13 zirkuliert, ohne dass Kühlmittel von der Chillerstrang-Verzweigung 3 in den Chillerstrang 7 einströmt und ohne dass Kühlmittel vom Chillerstrang 7 in den Motor-Kühlkreis 1 ausströmt.
  • Durch Ausbilden des HVS-Chiller-Kreislaufs 13, wird mittels der aktivierten HVS-Pumpe 9 Kühlmittel vom Energiespeicher 11 zum Chiller 8 gefördert und somit Abwärme vom Energiespeicher 11 in den Chiller 8 eingetragen. Nach dem Durchströmen des Chillers 8 fördert die HVS-Pumpe 9 das Kühlmittel wieder zurück zum Energiespeicher 11 usw.
  • Öffnet das Chiller-Ventil 3a während des Betriebs des HVS-Chiller-Kreislaufs 13 eine Durchströmung des Chillerstrangs 7, dann wird Kühlmittel im HVS-Chiller-Kreislauf 13 zirkuliert, während gleichzeitig Kühlmittel von der Chillerstrang-Verzweigung 3 in den Chillerstrang 7 einströmt und Kühlmittel vom Chillerstrang 7 in den Motor-Kühlkreis 1 ausströmt. Dies führt zusätzlich zu einem Motor-Chiller-Kreislauf 14, der in 1 mit einer Stich-Punkt-Linie eingezeichnet ist.
  • Beim Betrieb des Motor-Chiller-Kreislaufs 14 wird der Chiller 8, die Motorkreis-Pumpe 6, der Elektroantrieb 2, das Chiller-Ventil 3a und wieder zurück zum Chiller 8 seriell durchströmt. Dieser Motor-Chiller-Kreislauf 14 kann gleichzeitig mit dem HVS-Chiller-Kreislauf 13 betrieben werden, wie oben erwähnt. Er kann aber auch bei abgeschaltetem HVS-Chiller-Kreislauf 13 betrieben werden, wobei dabei der HVS-Chiller-Kreislauf 13 abgeschaltet wird, indem das HVS-Ventil 10 ein Durchströmen des HVS-Strangs sperrt und die HVS-Pumpe 9 abgestellt ist. Wird der Motor-Chiller-Kreislauf 14 zusammen mit dem HVS-Chiller-Kreislauf 13 betrieben, dann kann Abwärme sowohl des Energiespeichers 11 als auch des Elektroantriebs 2 in den Chiller 8 eingetragen werden und diese Abwärme über den Kältekreis 30 in einen später erläuterten Heizstrang 15 eingebracht werden.
  • Wird der Motor-Chiller-Kreislauf 14 betrieben während der HVS-Chiller-Kreislauf 13 abgeschaltet ist bzw. nicht in Betrieb ist, dann wird vorzugsweise auch der Kältekreis 30 abgeschaltet, so dass der Chiller 8 quasi nicht in Betrieb ist. Dadurch wird die Abwärme des Elektroantriebs 2 in den Energiespeicher 11 eingetragen, wodurch mittels dieser Abwärme der Energiespeicher 11 geheizt werden kann. Dies ist beispielsweise bei kalten Umgebungstemperaturen sinnvoll.
  • Stromabwärts der Motorkreis-Pumpe 6 bzw. zwischen der Motorkreis-Pumpe 6 und dem Elektroantrieb 2 zweigt von dem Motor-Kühlkreis 1 an einer Heizstrang-Verzweigung 25 ein Heizstrang 15 ab. Zwischen der Chillerstrang-Verzweigung 3 und dem Kühler 4 mündet der Heizstrang 15 wieder in den Motor-Kühlkreis 1.
  • Der Heizstrang 15 weist ein Absperrventil 16, einen wassergekühlten Kondensator 17, eine Heizkreis-Pumpe 18, einen elektrischen Heizer 19 und einen Innenraumwärmetauscher 20 auf. Diese Komponenten werden im Betrieb des Heizstrangs 15 üblicherweise in dieser genannten Reihenfolge durchströmt. Der Innenraumwärmetauscher 20 ist innerhalb einer angedeuteten Luftführung 21, beispielsweise einem Luftströmungskanal, angeordnet, mit der Luft in einen nicht dargestellten Insassenraum des Kraftfahrzeugs geführt wird, so dass mittels des Innenraumwärmetauschers 20 der Insassenraum beheizt werden kann. Mittels des Absperrventils 16 kann eine Durchströmung des Heizstrangs 15 zugelassen oder unterbunden werden, wobei auch Zwischenstellungen des Absperrventils 16 möglich sind.
  • Zum Ausbilden eines Heizkreislaufes 22 (mit einer gestrichelten Linie eingezeichnet) ist eine Heiz-Rückleitung 23 vorgesehen, die einen stromabwärtigen Ausgang des Innenraumwärmetauschers 20 mit einem stromaufwärtigen Eingang des Kondensators 17 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 20 hin zum Eingang des Kondensators 17 zulässt. Mittels des Heizkreislaufes 22 kann der Insassenraum geheizt werden, indem das mittels der Heizkreis-Pumpe 18 zirkulierte Kühlmittel zumindest vom elektrischen Heizer 19 erwärmt wird und diese Wärmeenergie an den Innenraumwärmetauscher 20 abgegeben wird. In anderen Betriebszuständen wird das Kühlmittel zusätzlich oder alternativ vom Kondensator 17 erwärmt, beispielsweise durch Abwärme vom elektrischen Energiespeicher 11 (HVS) und/oder dem Elektroantrieb 2, je nachdem welche Wärmemengen von diesen Komponenten zur Verfügung stehen. Bei der Abwärme des Elektroantriebs 2 handelt es sich um Abwärme durch den Betrieb des Elektroantriebs 2. Diese Abwärme kann im Bedarfsfall gezielt durch eine Vertrimmung des zumindest einen Elektromotors des Elektroantriebs 2 erhöht werden. Soll nur der Heizkreislauf 22 in Betrieb sein, ohne dass Kühlmittel vom Motor-Kühlkreis 1 in den Heizstrang 15 einströmt und Kühlmittel vom Heizstrang 15 in den Motor-Kühlkreis 1 ausströmt, dann sperrt das Absperrventil 16 eine Durchströmung.
  • 2 zeigt schematisch einen Kältekreislauf 30 des Wärmemanagementsystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der Kältekreislauf 30 umfasst den wassergekühlten Kondensator 17, den Chiller 8 sowie einen Klima-Verdampfer 31, welcher in der Luftführung 21 angeordnet ist. Durch diese Komponenten zirkuliert ein Kältemittel, beispielsweise R134a, R1234yf, R1234ze oder dergleichen. Der Chiller 8 ist ein Wärmetauscher bzw. Wärmeüberträger, der Wärmeenergie zwischen dem Kältemittel des Kältekreislaufs 30 und dem Kühlmittel im Chillerstrang 7 überträgt. Dazu durchströmen das Kältemittel und das Kühlmittel fluidisch getrennt voneinander den Chiller 8. Der Klima-Verdampfer 31 ist ein Wärmetauscher bzw. Wärmeüberträger, der Wärmeenergie zwischen dem Kältemittel des Kältekreislaufs 30 und einer in der Luftführung 21 strömenden Luft überträgt. Dazu durchströmen das Kältemittel und die Luft fluidisch getrennt voneinander den Klima-Verdampfer 31. Der Klima-Verdampfer 31 ist im Kältekreislauf 30 parallel zum Chiller 8 geschaltet. Zum Einstellen der Kühlleistung des Klima-Verdampfers 31 ist diesem ein selbstregelndes und elektrisch absperrbares Expansionsventil 32 vorgeschaltet. Dem Chiller 8 ist ein Expansionsventil 33 vorgeschaltet. Der Innenraumwärmetauscher 18 und der Klima-Verdampfer 31 sind beide in der Luftführung 21 angeordnet. Mit ihnen kann der Insassenraum beheizt, gekühlt und/oder entfeuchtet werden.
  • Ferner weist der Kältekreislauf 30 einen elektrischen Verdichter 34 auf, mit dem das Kältemittel verdichtet und gefördert werden kann. Der Kältekreislauf 30 in 2 weist zusätzlich zwei innere Wärmetauscher 35, 36 auf, von denen einer dem Klima-Verdampfer 31 und der andere dem Chiller 8 zugeordnet ist. Die inneren Wärmetauscher 35, 36 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 35, 36 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 8 und des Klima-Verdampfers 31. Für die Funktion des Kältekreislaufs 30 sind die inneren Wärmetauscher 35, 36 jedoch nicht zwingend erforderlich. Stromab des Klima-Verdampfers 31 ist ein Rückschlagventil 37 bzw. Einwegeventil angeordnet.
  • Stromabwärts des Kondensators 17 zweigt sich der Kältekreislauf 30 in die parallelen Stränge auf, von denen einer zu dem Klima-Verdampfer 31 und der andere zu dem Chiller 8 führt. Von diesem Punkt wird in dieser Reihenfolge im einen Strang der innere Wärmetauscher 35, das Expansionsventil 32, der Klima-Verdampfer 31, der innere Wärmetauscher 35, das Rückschlagventil 37 und der Verdichter 34 durchströmt. Im anderen Strang wird in dieser Reihenfolge der innere Wärmetauscher 36, das Expansionsventil 33, der Chiller 8, der innere Wärmetauscher 36 und der Verdichter 34 durchströmt. Die parallelen Stränge werden stromaufwärts des Verdichters 34 wieder zusammengeführt.
  • Nachfolgend sollen einige Betriebsmodi dieses Wärmemanagementsystems beschreiben werden.
  • In Kühlfällen in denen der Kühler 4 zur Wärmeabgabe des Elektroantriebs 2 an die Umgebung genutzt werden soll, wird der Motor-Kühlkreis 1 betrieben, so dass Abwärme des Elektroantriebs 2 über den Kühler 4 an die Umgebungsluft abgegeben wird.
  • Vorstehend wurde bereits der HVS-Chiller-Kreislauf 13 beschrieben. Zusätzlich oder alternativ kann der Motor-Chiller-Kreislauf 14 in Betrieb sein. Durch den Motor-Chiller-Kreislauf 14 wird Abwärme des Elektroantriebs 2 in den Chiller 8 eingetragen. Diese Wärmeenergie wird wie vorstehend beschrieben über den Chiller 8 und den Kältekreislauf 30 in den Kondensator 17 eingetragen. Vom Kondensator 17 kann diese Wärmeenergie dann in den Heizkreislauf 22 und/oder den Heizstrang 15 eingetragen werden (sog. Wärmepumpenfunktionalität). Dabei können je nach Abwärme einzelner Komponenten und Heizbedarf nur der HVS-Chiller-Kreislauf 13, nur der Motor-Chiller-Kreislauf 14 oder beide in Betrieb sein.
  • Darüber hinaus kann ein AC-Kreislauf 26 ausgebildet werden, der in 1 mit einer Strich-Punkt-Linie eingezeichnet ist. In diesem AC-Kreislauf 26 wird der Heizstrang 15, der Kühler 4 und die Motorkreis-Pumpe 6, insbesondere in dieser Reihenfolge, seriell durchströmt. Stromabwärts der Motorkreis-Pumpe 6 führt der AC-Kreislauf 26 wieder zurück in den Heizstrang 15. Für den Betrieb des AC-Kreislaufs 26 ist das Absperrventil 16 geöffnet und die Heizkreis-Pumpe 18 und/oder die Motorkreis-Pumpe 6 in Betrieb. Soll der AC-Kreislauf 26 in Betrieb sein, ohne dass der Elektroantrieb 2 durchströmt wird, dann sperrt das Chiller-Ventil 3a eine Durchströmung des Elektroantriebs 2. Dieser Betriebsmodus dient dazu während einer Kühlung bzw. Klimatisierung des Fahrzeuginnenraums eine am Kondensator 17 entstehende Abwärme über den Kühler 4 an die Umgebungsluft abzuführen.
  • Zusätzlich hierzu kann auch der HVS-Chiller-Kreislaufs 13 betrieben werden, d.h. beide sind gleichzeitig aktiv. Dabei wird zusätzlich der Energiespeicher 11 gekühlt und die dabei entstehende Abwärme am Kondensator 17 über den Kühler 4 an die Umgebungsluft abgeführt.
  • Zusätzlich hierzu kann auch noch der Motor-Kühlkreis 1 betrieben werden, indem das Chiller-Ventil 3a eine Durchströmung des Elektroantriebs 2 zulässt. Dabei wird zusätzlich der Elektroantrieb 2 gekühlt und die dabei entstehende Abwärme über den Kühler 4 an die Umgebungsluft abgeführt.
  • 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.
  • 3 zeigt schematisch Heiz- und Kühlkreisläufe eines Wärmemanagementsystems gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dieses kann alternativ zum Wärmemanagementsystem des ersten Ausführungsbeispiels im Fahrzeug vorgesehen sein. Dieses Wärmemanagementsystem unterscheidet sich von dem des ersten Ausführungsbeispiels dadurch, dass im Heizstrang 15 ein NT-Kühler 40 stromaufwärts des Absperrventils 16 angeordnet ist, d.h. zwischen der Abzweigung des Heizstrangs 15 vom Motor-Kühlkreis 1 und dem Absperrventil 16. Der NT-Kühler 40 ist in einer Fahrzeuglängsrichtung gesehen vor dem Kühler 4 angeordnet, wobei im Zusammenhang mit diesem zweiten Ausführungsbeispiel der Kühler 4 die Funktion eines HT-Kühlers übernimmt. Abgesehen von diesen beschrieben Unterschieden wird vollumfänglich auf die Beschreibung des ersten Ausführungsbeispiels verwiesen.
  • 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
    Elektroantrieb
    3
    Chillerstrang-Verzweigung
    3a
    Chiller-Ventil
    4
    Kühler
    5
    Ausgleichsbehälter
    6
    Motorkreis-Pumpe
    7
    Chillerstrang
    8
    Chiller
    9
    HVS-Pumpe
    10
    HVS-Ventil
    11
    Elektrischer Energiespeicher
    12
    Einwegeventil
    13
    HVS-Chiller-Kreislauf
    14
    Motor-Chiller-Kreislauf
    15
    Heizstrang
    16
    Absperrventil
    17
    Wassergekühlter Kondensator
    18
    Heizkreis-Pumpe
    19
    Elektrischer Heizer
    20
    Innenraumwärmetauscher
    21
    Luftführung
    22
    Heizkreislauf
    23
    Heiz-Rückleitung
    24
    Einwegeventil
    25
    Heizstrang-Verzweigung
    26
    AC-Kreislauf
    30
    Kältekreislauf
    31
    Klima-Verdampfer
    32
    Expansionsventil
    33
    Expansionsventil
    34
    Elektrischen Verdichter
    35
    Innere Wärmetauscher
    36
    Innere Wärmetauscher
    37
    Rückschlagventil
    40
    NT-Kühler
  • 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
    • DE 102019120229 [0003]

Claims (9)

  1. Wärmemanagementsystem für ein Kraftfahrzeug, mit einem Motor-Kühlkreislauf (1), in dem ein Elektroantrieb (2), eine Chillerstrang-Verzweigung (3), ein Kühler (4) sowie eine Motorkreis-Pumpe (6) angeordnet sind; einem Chillerstrang (7) aufweisend einen Chiller (8), der an der Chillerstrang-Verzweigung (3) vom Motor-Kühlkreislauf (1) abzweigt und an einer Stelle zwischen dem Kühler (4) und der Motorkreis-Pumpe (6) in den Motor-Kühlkreislauf (1) einmündet, und einem Heizstrang (15) aufweisend einen Innenraumwärmetauscher (20), der an einer Stelle zwischen der Motorkreis-Pumpe (6) und dem Elektroantrieb (2) vom Motor-Kühlkreislauf (1) abzweigt und an einer Stelle zwischen der Chillerstrang-Verzweigung (3) und dem Kühler (4) in den Motor-Kühlkreislauf (1) einmündet.
  2. Wärmemanagementsystem gemäß Anspruch 1, mit einem Motor-Chiller-Kreislauf (14), in dem der Elektroantrieb (2), der Chiller (8) und die Motorkreis-Pumpe (6) angeordnet sind, wobei der Motor-Chiller-Kreislauf (14) vom Chiller (8), unter Umgehung des Kühlers (4), zu der Motorkreis-Pumpe (6) führt.
  3. Wärmemanagementsystem gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem AC-Kreislauf (26), der den Heizstrang (15), den Kühler (4) und die Motorkreis-Pumpe (6) aufweist.
  4. Wärmemanagementsystem gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem HVS-Chiller-Kreislauf (13), der den Chiller (8) sowie einen elektrischen Energiespeicher (11) aufweist.
  5. Wärmemanagementsystem gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Heizkreislauf (22), der den Innenraumwärmetauscher (20) sowie einen elektrischen Heizer (19) aufweist.
  6. Wärmemanagementsystem gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Kältekreislauf (30) der den Chiller (8), einen Klima-Verdampfer (31) sowie einen wassergekühlten Kondensator (17) aufweist, wobei der Chiller (8) von Kältemittel des Kältekreislaufs (30) und fluidisch davon getrennt von Kühlmittel des Motor-Kühlkreislaufs (1) und/oder des Motor-Chiller-Kreislaufs (14) durchströmbar ist, und wobei der Klima-Verdampfer (31) in einer Luftführung (21) angeordnet ist, mittels der Luft in einen Fahrzeuginsassenraum führbar ist.
  7. Wärmemanagementsystem gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Elektroantrieb (2) zumindest einen Elektromotor zum Antrieb des Kraftfahrzeugs aufweist.
  8. Wärmemanagementsystem gemäß Anspruch 7, wobei der Elektroantrieb (2) ferner einen Inverter, einen Gleichstromwandler, eine Batteriesteuerung und/oder ein fahrzeuginternes Ladegerät aufweist.
  9. Kraftfahrzeug mit einem Wärmemanagementsystem gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.
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