DE102020100428A1 - Klimatisierungs- und Batteriekühlanordnung mit hoher Kälteleistung und passiver Batteriekühlung sowie Verfahren zum Betreiben einer Klimatisierungs- und Batteriekühlanordnung - Google Patents

Klimatisierungs- und Batteriekühlanordnung mit hoher Kälteleistung und passiver Batteriekühlung sowie Verfahren zum Betreiben einer Klimatisierungs- und Batteriekühlanordnung Download PDF

Info

Publication number
DE102020100428A1
DE102020100428A1 DE102020100428.1A DE102020100428A DE102020100428A1 DE 102020100428 A1 DE102020100428 A1 DE 102020100428A1 DE 102020100428 A DE102020100428 A DE 102020100428A DE 102020100428 A1 DE102020100428 A1 DE 102020100428A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
coolant
circuit
battery
drive train
refrigerant
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102020100428.1A
Other languages
English (en)
Inventor
Christoph Bara
Navid Durrani
Martin Hötzel
Tobias Haas
Matthias Höfler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Magna Steyr Fahrzeugtechnik GmbH and Co KG
Original Assignee
Hanon Systems Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hanon Systems Corp filed Critical Hanon Systems Corp
Priority to KR1020200008081A priority Critical patent/KR102277723B1/ko
Priority to US16/748,937 priority patent/US11446978B2/en
Priority to CN202010080543.4A priority patent/CN111532098B/zh
Publication of DE102020100428A1 publication Critical patent/DE102020100428A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/32—Cooling devices
    • B60H1/3204—Cooling devices using compression
    • B60H1/3228—Cooling devices using compression characterised by refrigerant circuit configurations
    • B60H1/32284—Cooling devices using compression characterised by refrigerant circuit configurations comprising two or more secondary circuits, e.g. at evaporator and condenser side
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/00357—Air-conditioning arrangements specially adapted for particular vehicles
    • B60H1/00385—Air-conditioning arrangements specially adapted for particular vehicles for vehicles having an electrical drive, e.g. hybrid or fuel cell
    • B60H1/00392—Air-conditioning arrangements specially adapted for particular vehicles for vehicles having an electrical drive, e.g. hybrid or fuel cell for electric vehicles having only electric drive means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/00007—Combined heating, ventilating, or cooling devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/00271—HVAC devices specially adapted for particular vehicle parts or components and being connected to the vehicle HVAC unit
    • B60H1/00278—HVAC devices specially adapted for particular vehicle parts or components and being connected to the vehicle HVAC unit for the battery
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/00421—Driving arrangements for parts of a vehicle air-conditioning
    • B60H1/00428—Driving arrangements for parts of a vehicle air-conditioning electric
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/00457—Ventilation unit, e.g. combined with a radiator
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/00642—Control systems or circuits; Control members or indication devices for heating, cooling or ventilating devices
    • B60H1/00814—Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation
    • B60H1/00878—Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation the components being temperature regulating devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/02—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices the heat being derived from the propulsion plant
    • B60H1/03—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices the heat being derived from the propulsion plant and from a source other than the propulsion plant
    • B60H1/034—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices the heat being derived from the propulsion plant and from a source other than the propulsion plant from the cooling liquid of the propulsion plant and from an electric heating device
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/02—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices the heat being derived from the propulsion plant
    • B60H1/04—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices the heat being derived from the propulsion plant from cooling liquid of the plant
    • B60H1/08—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices the heat being derived from the propulsion plant from cooling liquid of the plant from other radiator than main radiator
    • B60H1/10—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices the heat being derived from the propulsion plant from cooling liquid of the plant from other radiator than main radiator the other radiator being situated in a duct capable of being connected to atmosphere outside vehicle
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/32—Cooling devices
    • B60H1/3204—Cooling devices using compression
    • B60H1/3205—Control means therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/32—Cooling devices
    • B60H1/3204—Cooling devices using compression
    • B60H1/3205—Control means therefor
    • B60H1/3211—Control means therefor for increasing the efficiency of a vehicle refrigeration cycle
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/32—Cooling devices
    • B60H1/3204—Cooling devices using compression
    • B60H1/3205—Control means therefor
    • B60H1/322—Control means therefor for improving the stop or idling operation of the engine
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/32—Cooling devices
    • B60H1/3204—Cooling devices using compression
    • B60H1/3228—Cooling devices using compression characterised by refrigerant circuit configurations
    • B60H1/32281—Cooling devices using compression characterised by refrigerant circuit configurations comprising a single secondary circuit, e.g. at evaporator or condenser side
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K1/00—Arrangement or mounting of electrical propulsion units
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/24—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries for controlling the temperature of batteries
    • B60L58/26—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries for controlling the temperature of batteries by cooling
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/61—Types of temperature control
    • H01M10/613—Cooling or keeping cold
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/62—Heating or cooling; Temperature control specially adapted for specific applications
    • H01M10/625—Vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/00271—HVAC devices specially adapted for particular vehicle parts or components and being connected to the vehicle HVAC unit
    • B60H2001/003—Component temperature regulation using an air flow
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/00271—HVAC devices specially adapted for particular vehicle parts or components and being connected to the vehicle HVAC unit
    • B60H2001/00307—Component temperature regulation using a liquid flow
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/00642—Control systems or circuits; Control members or indication devices for heating, cooling or ventilating devices
    • B60H1/00814—Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation
    • B60H1/00878—Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation the components being temperature regulating devices
    • B60H2001/00949—Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation the components being temperature regulating devices comprising additional heating/cooling sources, e.g. second evaporator
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/32—Cooling devices
    • B60H2001/3236—Cooling devices information from a variable is obtained
    • B60H2001/3238—Cooling devices information from a variable is obtained related to the operation of the compressor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/32—Cooling devices
    • B60H2001/3236—Cooling devices information from a variable is obtained
    • B60H2001/3255—Cooling devices information from a variable is obtained related to temperature
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/32—Cooling devices
    • B60H2001/3236—Cooling devices information from a variable is obtained
    • B60H2001/3266—Cooling devices information from a variable is obtained related to the operation of the vehicle
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/32—Cooling devices
    • B60H2001/3286—Constructional features
    • B60H2001/3288—Additional heat source
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/32—Cooling devices
    • B60H2001/3286—Constructional features
    • B60H2001/3289—Additional cooling source
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K1/00—Arrangement or mounting of electrical propulsion units
    • B60K2001/003—Arrangement or mounting of electrical propulsion units with means for cooling the electrical propulsion units
    • B60K2001/005—Arrangement or mounting of electrical propulsion units with means for cooling the electrical propulsion units the electric storage means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2200/00—Type of vehicle
    • B60Y2200/90—Vehicles comprising electric prime movers
    • B60Y2200/91—Electric vehicles

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Air-Conditioning For Vehicles (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
  • Details Of Measuring And Other Instruments (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Klimatisierungs- und Batteriekühlanordnung mit einem A/C-Kühlmittelkreislauf und einem E-Antriebsstrang-Kühlmittelkreislauf sowie einem Kältemittelkreislauf, wobei der A/C-Kühlmittelkreislauf und der E-Antriebsstrang-Kühlmittelkreislauf über ein 4/2-Wege-Kühlmittelventil derart miteinander gekoppelt sind, dass der A/C-Kühlmittelkreislauf und der E-Antriebsstrang-Kühlmittelkreislauf separat betreibbar oder seriell durchströmbar ausgebildet sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Klimatisierungs- und Batteriekühlanordnung mit hoher Kälteleistung und passiver Batteriekühlung für batterieelektrische Fahrzeuge und ein Verfahren zur Klimatisierung des Fahrzeuges und zur Kühlung der Batterien.
  • Insbesondere betrifft die Erfindung das Konzept eines thermischen Systems für Elektrofahrzeuge, Fahrzeuge mit Hybridantrieb oder Brennstoffzellenfahrzeuge, welche mit sogenannten Hochvoltbatterien beziehungsweise Akkumulatoren betrieben werden. Die vorangehend angeführten hochelektrifizierten Fahrzeuge sind häufig mit einer Möglichkeit zur Schnellladung der elektrischen Energiespeicher ausgestattet. Damit verbunden sind gesteigerte Anforderungen an die Kühlung der entsprechenden Energiespeicher bei der Schnellladung. Große Ladeströme führen unter anderem zu hohen elektrischen Verlusten und folglich zu einer starken Aufheizung des Energiespeichers.
  • Beim Schnellladevorgang der Batterien müssen somit besonders hohe Kälteleistungen von dem thermischen System zur Verfügung gestellt werden, was eine Herausforderung für konventionelle Systeme der Batteriekühlung bedeutet.
  • Aus Sicht der Fahrer und Nutzer der batterieelektrischen Fahrzeuge ist ein wesentlicher Nachteil die Ladezeit der Hochvoltbatterie. An einer haushaltstypischen Steckdose beträgt die Ladezeit der Hochvoltbatterie beispielsweise acht bis zwölf Stunden. Die Reichweite der batterieelektrischen Fahrzeuge liegt demgegenüber in der Regel zwischen 150 und 300 Kilometern, weshalb die Nutzer ihre Fahrzeuge häufig aufladen müssen.
  • Eine wichtige Voraussetzung und Hauptmerkmal für eine zunehmende Akzeptanz von Elektrofahrzeugen besteht somit darin, die Ladezeit der Hochvoltbatterien signifikant zu verkürzen. Aus diesem Grund wird an sogenannten Ultra-Fast Charging Technologien gearbeitet, um die Ladezeit der Batterien auf circa 20 Minuten zu reduzieren. Die hierfür notwendige Ladeinfrastruktur wird in den nächsten Jahren entlang der Hauptverkehrsstraßen in Europa weiter ausgebaut werden. Mit entsprechenden Technologien, wie dem sogenannten „Ultra Fast High Powered Charging Network“ werden Ladeleistungen von bis zu 350 Kilowatt zur Verfügung gestellt, so dass das Aufladen der Batterien mit dem Auftanken der kraftstoffverbrauchenden Fahrzeuge an herkömmlichen Tankstellen vergleichbar ist. Zu den Nachteilen der Schnellladung der Batterien zählt, dass beispielsweise Lithium-Ionen-Batterien zwar eine vergleichbar hohe Leistungsdichte bieten, jedoch auch anfällig für Überladung, Tiefentladung und hohe Ladeströme sind, die insbesondere bei hohen Umgebungstemperaturen zu einer schnellen Überhitzung der Hochvoltbatterie führen können. Um eine Beschädigung der Hochvoltbatterie zu vermeiden, überwacht die Ladeelektronik den Zustand der Batterien, einschließlich der Spannung und der Temperatur, und passt den Ladestrom entsprechend an.
  • Um hohe Ladegeschwindigkeiten während des Schnellladevorgangs sicherstellen zu können, ist eine aktive Kühlung der Hochvoltbatterie erforderlich, um diese in einem bestimmten Temperaturbereich von 10 °C bis 35 °C zu halten. Im Stand der Technik sind dazu Hochvoltbatteriekühler bekannt, welche entweder direkt kältemittelgekühlt oder indirekt kühlmittelgekühlt an den Kältekreislauf des Fahrzeuges angeschlossen sind und die Batterien entsprechend auf dem gewünschten Temperaturniveau halten. Die von den Batteriezellen erzeugte Abwärme wird vom Kühlmittel oder vom Kältemittel aufgenommen und an die Umgebung abgegeben beziehungsweise zur Beheizung der Fahrgastzelle gegebenenfalls sogar genutzt.
  • Bei direkt kältemittelgekühlten Systemen zur Batteriekühlung nimmt der Kältemittelkreislauf auf der Niederdruckseite durch die Verdampfung des Kältemittels im Verdampfer die Abwärme der Hochvoltbatterie oder der Fahrzeugkabine auf. Das verdampfte Kältemittel wird vom Verdichter auf ein höheres Druckniveau verdichtet. Durch die Verdichtungsarbeit wird dem Kältemittel zusätzlich Wärme zugeführt. Am Austritt des Verdichters tritt das Kältemittel als Hochdruckgas mit hoher Temperatur in den Kondensator ein. Innerhalb des Kondensators wird die zuvor aufgenommene Verdampfungs- und Verdichtungswärme entweder an die Luft, bei einem luftgekühlten Kondensator, oder an ein Kühlmittel, wie beispielsweise beim wassergekühlten Kondensator, abgegeben. Das Kältemittel verlässt den Kondensator in flüssiger Form aber immer noch unter hohem Druck, bevor es in das Expansionsorgan eintritt. Das durch das Expansionsorgan strömende Kältemittel wird von einem hohen Druck auf ein niedriges Druckniveau entspannt. Damit fällt ebenfalls die Temperatur des Kältemittels auf ein Niveau, welches dann wieder zur Aufnahme der Abwärme geeignet ist. Das kalte und flüssige Kältemittel tritt in den Verdampfer ein und kann unter Verdampfung wieder Wärme aufnehmen, womit sich der Kältemittelkreislauf schließt.
  • Während des Schnellladevorgangs entstehen in den Batteriezellen etwa 8 Kilowatt bis 12 Kilowatt Abwärme. Bei hohen Umgebungstemperaturen muss deshalb die Kühlkapazität der Klimaanlage des Fahrzeuges zusätzlich zur Fahrzeugkabinenklimatisierung die entstehende Batterieabwärme aufnehmen können, um die Temperatur der Zellen unter einen kritischen Wert zu senken beziehungsweise dort zu halten.
  • Bei bekannten Systemen ist die Leistungsfähigkeit des Kondensators, der als Luftwärmeübertrager auch als Radiator bezeichnet wird, eine Schwachstelle und eine entsprechende Dimensionierung stellt eine große Herausforderung dar. Bei der direkten Wärmeabgabe über den Kondensator beziehungsweise bei der indirekten Wärmeabgabe über den Radiator wird die gesamte Verdampfungswärme aus der Fahrzeugkabine und der Batterie sowie die Kompressionswärme des Verdichters an die Umgebungsluft abgeben. Während des Schnellladevorgangs muss der Kondensator beziehungsweise der Radiator somit in der Lage sein, circa 20 Kilowatt bis 22 Kilowatt Abwärme aus dem Klimatisierungssystem an die Umgebung abzugeben, während das Fahrzeug an der Steckdose bei laufendem Ladevorgang angeschlossen ist. Ein herkömmlicher Kondensator beziehungsweise ein einfacher Radiator ist jedoch nicht in der Lage, im Leerlauf bei Stillstand des Fahrzeuges eine solche Leistung zu erbringen. Erst bei hohen Luftgeschwindigkeiten, hervorgerufen durch den Fahrtwind während der Fahrt, kann der Kondensator beziehungsweise der Radiator die benötigte Leistung bereitstellen.
  • Aus diesem Grund hat die Wärmeabgabe des Kältekreislaufes einen großen Einfluss auf die Ladeleistung und damit auf die Ladezeit eines batterieelektrischen Fahrzeugs.
  • Im Stand der Technik sind diverse Systeme für die Batteriekühlung von batterieelektrischen Fahrzeugen bekannt.
  • So geht beziehungsweise aus der US 2009/0317697 A1 ein Batteriekühlersystem mit Bypass hervor, wobei über diverse Kreislaufkonfigurationen und einen Bypass eine Batteriekühlung in Kombination mit der Klimatisierung der Fahrzeugkabine realisiert wird.
  • Nachteilig an bekannten Lösungen ist, dass die Kühlkapazität, insbesondere bei der Schnellladung im Stillstand des Fahrzeuges, nicht in ausreichendem Maße von den herkömmlichen Systemen zur Verfügung gestellt werden kann. Aus diesem Grund werden im Stand der Technik auch andere Ansätze zur Lösung des Problems der fehlenden Kühlkapazität verfolgt.
  • Aus der US 2017/0096073 A1 geht beispielsweise eine Ladestation mit einem Thermomanagementsystem eines Elektrofahrzeuges während der Ladephase hervor. Dieses System beinhaltet den Anschluss des Fahrzeuges mit seinem Batteriekühlkreislauf an einen externen Kühlkreislauf der Ladestation, in welchem mit ausreichender Kapazität die Kälteleistung zur Kühlung Batterien während des Ladevorgangs zur Verfügung gestellt wird.
  • Alternativ ist im Fahrzeug ein internes separates Reservoir vorgesehen, welches einen gewissen Anteil der Abwärme während des Ladevorganges speichern kann, wenn das externe System der Ladestation nicht verfügbar ist.
  • Nachteilig an Systemen mit externer Kühlkapazität ist, dass es sehr hoher infrastruktureller Aufwendungen bedarf, um an Elektroladestationen zusätzlich noch Kühlstationen zur Verfügung zu stellen.
  • Weiterhin ist eine Kopplung der Kühlsysteme des Fahrzeuges und der Ladestation für den Ladevorgang mit zusätzlichem Bedienaufwand für den Benutzer verbunden. Die zusätzliche Kopplung der Systeme durch die Herstellung von Fluidverbindungen, zusätzlich zu den elektrischen Verbindungen, ist gegebenenfalls auch technisch aufwendiger abzusichern als die elektrische Verbindung für den Ladevorgang der Batterien.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht somit darin, bedarfsgerecht entsprechend der gestiegenen Anforderungen an die Energiespeicher denselben im Fahrzeug und mit Mitteln der Bordklimatisierung kühlen zu können.
  • Dabei soll insbesondere ein System zur Verfügung gestellt werden, welches die Bereitstellung von hohen Kälteleistungen beim Schnellladevorgang im Stillstand des Fahrzeuges ermöglicht, welches aber darüber hinaus auch in der Lage ist, die typischen Anforderungsprofile für Fahrzeugklimaanlagen zu erfüllen.
  • Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der selbstständigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
  • Zunächst gibt es mehrere Ansätze, um das Problem der Kühlkapazitätserweiterung zu lösen. Ein Ansatz besteht darin, die Leistung des Kondensators beziehungsweise des Radiators im Stillstand des Fahrzeuges zu erhöhen. Dazu kann die Stirnfläche des Kondensators beziehungsweise des Radiators vergrößert werden. Ein weiterer Aspekt ist, einen Wärmespeicher vorzusehen, der eine gewisse Wärmemenge während des Ladevorganges aufnehmen kann. Und schließlich können Lüfter mit hoher Leistung zur Erhöhung der Luftmenge im Radiator beim Stillstand eingesetzt werden, um den fehlenden Fahrtwind auszugleichen beziehungsweise zu ersetzen.
  • Gemäß der Konzeption der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Wärmeübertragungskapazität an die Umgebungsluft durch die Verbindung und Kombination von Teilsystemen für bestimmte Betriebszustände und Parameterkonstellationen erhöht wird, wobei die einzelnen Teilsysteme des Wärmemanagementsystems modular und variabel je nach Bedarf zusammenschaltbar oder trennbar ausgeführt sind.
  • Die Aufgabe der Erfindung wird insbesondere durch eine Klimatisierungs- und Batteriekühlanordnung mit einem A/C-Kühlmittelkreislauf und einem E-Antriebsstrang-Kühlmittelkreislauf sowie einem Kältemittelkreislauf gelöst, wobei der A/C-Kühlmittelkreislauf und der E-Antriebsstrang-Kühlmittelkreislauf über ein 4/2-Wege-Kühlmittelventil derart miteinander gekoppelt sind, dass der A/C-Kühlmittelkreislauf und der E-Antriebsstrang-Kühlmittelkreislauf separat betreibbar oder seriell durchströmbar ausgebildet sind.
  • Weiterhin weist der A/C-Kühlmittelkreislauf mindestens einen A/C-Kühlmittelradiator zur Wärmeabgabe an die Umgebungsluft, eine Kühlmittelpumpe und einen Kondensator auf, über welchen der A/C-Kühlmittelkreislauf thermisch mit dem Kältemittelkreislauf verbunden ist.
  • Der E-Antriebsstrang-Kühlmittelkreislauf weist mindestens einen Batteriekühler, eine Kühlmittelpumpe, einen Antriebsstrangkühlmittelradiator zur Wärmeabgabe an die Umgebungsluft und einen Chiller auf, über welchen der E-Antriebsstrang-Kühlmittelkreislauf thermisch mit dem Kältemittelkreislauf verbunden ist.
  • Der Kältemittelkreislauf weist mindestens einen Verdichter, den Kondensator, einen Umgebungswärmeübertrager zur Wärmeabgabe an die Umgebungsluft oder die Wärmeaufnahme aus der Umgebungsluft, ein Expansionsorgan und den Chiller auf. Das 4/2-Wege-Kühlmittelventil verbindet dabei den Ausgang des A/C-Kühlmittelradiators mit dem Eingang des Antriebsstrangkühlmittelradiator. Weiterhin ist ein 3/2-Wege-Ventil am Ausgang des Antriebsstrangkühlmittelradiator mit einer Verbindung zum A/C-Kühlmittelkreislauf angeordnet.
  • Die Position des 4/2-Wege-Ventils ist derart gewählt, dass die Trennung der Kühlmittelkreisläufe in unterschiedlichen Durchströmungsabfolgen der Bauteile resultiert. In Kombination mit einem zusätzlichen 3/2 Wege Ventil hinter dem Antriebsstrangkühlmittelradiator, auch Niedertemperaturradiator genannt, ist es nun möglich, die Ventile so zu schalten, dass der elektrische Antriebsstrang sich nicht mehr im gleichen Kühlmittelkreislauf befindet wie der A/C-Kühlmittelradiator und der Antriebsstrangkühlmittelradiator. Dadurch steht die gesamte umgebungsseitige wärmeübertragende Fläche dem Kältekreislauf als Wärmesenke zur Verfügung. Diese Betriebsart ist besonders vorteilhaft im Betrieb bei Stillstand des Fahrzeugs und gleichzeitiger Schnellladung der Traktionsbatterie. Der Antriebsstrang wird währenddessen nicht gekühlt, sondern nur in kleinem Kreis durchströmt, um die Homogenisierungsfunktion des Kühlmittels aufrecht zu erhalten.
  • Der Kältemittelkreislauf beinhaltet im Basisstrang den Kondensator und den Verdichter. Der Basisstrang teilt sich nach dem Verdichter an einem 3/2-WegeVentil auf in zwei Teilstränge, die alternativ oder kumulativ gemeinsam von Kältemittel durchströmt werden können. Ein Teilstrang beinhaltet den Kondensator und der andere Teilstrang beinhaltet den Kältemittel-Heizungswärmeübertrager, der als interner Kondensator fungiert. Die Teilstränge werden vor dem Umgebungswärmeübertrager wieder zusammengeführt. Der A/C-Kühlmittelkreislauf ist über den Kondensator mit dem Kältemittelkreislauf verbunden.
  • Der E-Antriebsstrang-Kühlmittelkreislauf besitzt mehrere miteinander verschaltbare Teilstränge. Es sind drei Kühlmittelpumpen vorgesehen, die eine unabhängige Durchströmung von sich bildenden Teilkreisläufen mit Kühlmittel ermöglichen. Ein Teilstrang wird als Parallelstrang durch die Komponenten des E-Antriebsstranges von Front- und Heckantrieb mit jeweils einer Kühlmittelpumpe gebildet. Ein weiterer Teilstrang wird durch eine weitere Kühlmittelpumpe, eine Kühlmittel-Heizeinrichtung und den Batteriekühler gebildet, wobei ein Bypass für den Batteriekühler und alternativ ein Bypass zur Kühlmittel-Heizeinrichtung zusätzlich vorgesehen sind. Der vorgenannte Teilstrang ist parallel zum erstgenannten Teilstrang ausgeführt. Ein weiterer paralleler Teilstrang weist den Chiller auf. Schließlich ist ein Teilstrang als Verbindung mit dem Antriebsstrangkühlmittelradiator über das 4/2-Wege-Kühlmittelventil ausgebildet. Damit ergeben sich fünf Teilstränge, von denen vier parallel miteinander verschaltet zum E-Antriebsstrang-Kühlmittelkreislauf kombiniert sind.
  • Als Kühlmittel sind ganz allgemein Flüssigkeiten zur Wärmeübertragung anzusehen, die als Wärmeträger, beziehungsweise je nach Anwendungsfall auch als Kälteträger, eingesetzt werden. Besonders verbreitet sind beispielsweise Wasser-Glykol-Gemische bei Kühlmittelkreisläufen in Kraftfahrzeugen.
  • Der Kältemittelkreislauf besteht im Wesentlichen aus den bereits angeführten Komponenten des Verdichters, des Kühlmittel gekühlten beziehungsweise Wasser gekühlten Kondensators sowie dem Umgebungswärmeübertrager mit vorgeschaltetem Expansionsorgan. Der Umgebungswärmeübertrager kann dadurch als Nachkühler oder Unterkühler für den Kondensator wirken oder als Verdampfer zur Wärmeaufnahme aus der Umgebungsluft im Wärmepumpenmodus. Weiterhin sind Verdampfer für die Kühlung der Fahrzeugkabine und der Chiller Teil von Strängen des Kältemittelkreislaufes. Der Chiller ist kältemittelseitig ein Verdampfer und besitzt entsprechend ein vorgeschaltes und zugeordnetes Expansionsorgan. Der Chiller nimmt Wärme aus dem E-Antriebsstrang-Kühlmittelkreislauf auf, zu welchem auch der Batteriekühlmittelstrang gehört.
  • Der A/C-Kühlmittelradiator ist ein Flüssigkeits-Luft-Wärmeübertrager der im A/C-Kühlmittelkreislauf in einem Teilstrang mit dem 4/2-Wege-Kühlmittelventil positioniert ist, wobei der A/C-Kühlmittelradiator ausgangsseitig mit dem 4/2-Wege-Kühlmittelventil verbunden ist.
  • Der Antriebsstrangkühlmittelradiator ist ebenso ein Flüssigkeits-Luft-Wärmeübertrager und im E-Antriebsstrang-Kühlmittelkreislauf gleichfalls in dem Teilstrang mit dem 4/2-Wege-Kühlmittelventil angeordnet, wobei das 4/2-Wege-Kühlmittelventil eingangsseitig mit dem Antriebsstrangkühlmittelradiator verbunden ist.
  • Die Wärmeübertrager A/C-Kühlmittelradiator und Antriebsstrang-Kühlmittelradiator sind jeweils in ihren Teilsträngen des A/C-Kühlmittelkreislaufes und des E-Antriebsstrang-Kühlmittelkreislaufes getrennt voneinander betreibbar und sind darüber hinaus über das 4/2-Wege-Kühlmittelventil auch seriell schaltbar und somit in Reihe nacheinander durchströmbar ausgeführt.
  • Der Umgebungswärmeübertrager ist ein Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager der im Kältemittelkreislauf nach dem Kondensator angeordnet ist.
  • Die drei vorgenannten Wärmeübertrager sind Luft-Wärmeübertrager, in denen im Kälteanlagenbetrieb Wärme an die Umgebungsluft abgegeben beziehungsweise in bestimmten Betriebszuständen im Wärmepumpenbetrieb Wärme aus der Umgebungsluft aufgenommen wird.
  • Beim Chiller handelt es sich um einen Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager, der in einem Teilstrang des E-Antriebsstrang-Kühlmittelkreislaufes angeordnet ist.
  • Die technische Konzeption für die Erhöhung der Kühlkapazität der Klimatisierungs- und Batterieanordnung besteht darin, dass drei Luft-Wärmeübertrager für die Abwärmeabfuhr in Zeiten besonders hoher benötigter Kälteleistung und damit verbundenen Kondensationswärmeanfalles im Kältemittelkreislauf zur Verfügung stehen.
  • Darüber hinaus kann die Batteriekühlung aktiv oder passiv über den Kältemittelkreislauf oder den Kühlmittelkreislauf erfolgen, wobei unter aktiver Batteriekühlung eine Kühlung der Batterien unter Nutzung von Kühlkapazität des Kältemittelkreislaufes verstanden werden soll und unter passiver Batteriekühlung die Nutzung von Kühlkapazität des Kühlmittelkreislaufes. Der Kühlmittelkreislauf gibt dann die Abwärme an die Umgebungsluft in einem Luft-Wärmeübertrager ab. Ein weiterer Aspekt der Konzeption der Erfindung besteht darin, dass eine temporäre Speicherung von Abwärme in den von der Batteriekühlung abgetrennten Bereichen des Kühlmittelkreislaufes erfolgt. Die temporär aufgenommene und gespeicherte Abwärme wird dann in anderen Betriebszuständen an die Umgebung abgegeben.
  • Bevorzugt weist der Kältemittelkreislauf einen Kältemittelheizungswärmeübertrager als internen Kondensator zur Beheizung der Fahrzeugkabine auf, der parallel oder alternativ zum Kondensator schaltbar im Kältemittelkreislauf ausgebildet ist.
  • Vorteilhaft ergänzt wird die Klimatisierungs- und Batteriekühlanordnung dadurch, dass der E-Antriebsstrang-Kühlmittelkreislauf in einem Teilstrang eine Heizeinrichtung aufweist, welche seriell dem Batteriekühler vorgeschaltet ist und dass weiterhin ein Bypass zum Batteriekühler ausgebildet ist.
  • Vorteilhaft ist weiterhin, wenn zusätzlich ein Bypass zur Heizeinrichtung ausgebildet ist.
  • Im E-Antriebsstrang-Kühlmittelkreislauf sind vorteilhaft eine Kühlmittelpumpe und/oder ein Inverter und/oder ein E-Motorwärmeübertrager parallel zum Batteriekühler durchströmbar in einem Teilstrang angeordnet.
  • Bevorzugt ist im Kältemittelkreislauf ein Expansionsorgan nach dem Kondensator und vor dem Umgebungswärmeübertrager angeordnet, wodurch der Umgebungswärmeübertrager als Verdampfer zur Wärmeaufnahme aus der Umgebungsluft im Wärmepumpenmodus betreibbar ausgebildet ist.
  • Im Kältemittelkreislauf sind je nach Ausführungsform ein vorderer Verdampfer mit zugehörigem und vorgeschalteten Expansionsorgan und/oder ein hinterer Verdampfer mit zugehörigem und vorgeschalteten Expansionsorgan parallel geschaltet angeordnet. Weiterhin ist gegebenenfalls ein Niederdruck-Sammler im Kältemittelkreislauf vor dem Verdichter angeordnet.
  • Zur Erhöhung der Heizleistung für die Fahrzeugkabine sind vorteilhaft am hinteren Verdampfer und/oder am Kältemittel-Heizungswärmeübertrager eine Zusatzheizeinrichtung, insbesondere als PTC-Heizelemente, angeordnet.
  • Bevorzug sind im E-Antriebsstrang-Kühlmittelkreislauf zwei Parallelstränge zur getrennten parallelen Kühlung von Front- und Heckantrieb ausgebildet, sofern parallele Antriebe vorgesehen sind.
  • Die Aufgabe der Erfindung wird weiterhin durch ein Verfahren zum Betreiben einer Klimatisierungs- und Batteriekühlanordnung dadurch gelöst, dass bei hohem Kälteleistungsbedarf bei hohen Umgebungstemperaturen und für die Batterieschnellladung der Chiller im Kältemittelkreislauf betrieben wird und die Kondensationswärme aus dem Kältemittelkreislauf teilweise über den Kondensator an einen AC-Kühlmittelkreislauf und teilweise über den Umgebungswärmeübertrager an die Umgebungsluft übertragen wird. Der Kühlmittelkreislauf besteht aus dem in Reihe geschalteten A/C-Kühlmittelradiator, dem 4/2-Wege-Kühlmittelventil sowie dem Antriebsstrangkühlmittelradiator und dem 3/2-Wege-Ventil sowie dem kühlmittelseitigen Kondensator. Ein Teil der Kondensationswärme wird über den AC-Kühlmittelkreislauf an die Umgebungsluft abgegeben, wobei der A/C-Kühlmittelradiator und der Antriebsstrang-Kühlmittelradiator über das 4/2-Wege-Kühlmittelventil in Reihe geschaltet sind. Der Batteriekühler und der Chiller des Kältemittelkreislaufes bilden einen separaten Kühlmittelkreislauf. Der E-Antriebsstrang-Kühlmittelkreislauf ist über einen Bypass im Kreislauf geschaltet.
  • Vorteilhaft werden im Kältemittelkreislauf neben dem Chiller der vordere Verdampfer und/oder der hintere Verdampfer zur Kälteerzeugung für die Klimatisierung der Fahrzeugkabine zusätzlich betrieben.
  • Bevorzugt werden bei hohem Kälteleistungsbedarf für die Klimatisierung der Fahrzeugkabine und die Kühlung des E-Antriebsstranges zur Batteriekühlung der Chiller und der vordere Verdampfer und/oder der hintere Verdampfer im Kältemittelkreislauf betrieben. Die Kondensationswärme aus dem Kältemittelkreislauf wird über den Umgebungswärmeübertrager an die Umgebungsluft sowie über den Kondensator an den A/C-Kühlmittelkreislauf und über den A/C-Kühlmittelradiator an die Umgebungsluft abgegeben. Der Antriebsstrangkühlmittelradiator gibt die Abwärme aus dem E-Antriebsstrang-Kühlmittelkreislauf an die Umgebungsluft ab, wobei der Batteriekühler mit dem Chiller des Kältemittelkreislaufes einen separaten Kühlmittelkreislauf bilden.
  • Bei moderatem Kälteleistungsbedarf für die Klimatisierung der Fahrzeugkabine und passiver Batteriekühlung werden der vordere Verdampfer und/oder der hintere Verdampfer im Kältemittelkreislauf betrieben. Die Kondensationswärme aus dem Kältemittelkreislauf wird teilweise über den Umgebungswärmeübertrager an die Umgebungsluft abgegeben. Die Abwärme aus dem E-Antriebsstrang-Kühlmittelkreislauf und aus dem parallel zum Antriebsstrang geschalteten Batteriekühler wird über den in Reihe geschalteten AC/Kühlmittelradiator und den Antriebsstrangkühlmittelradiator an die Umgebungsluft abgegeben. Der Kühlmittelkreislauf ist vom 3/2-Wege-Ventil über das 4/2-Wege-Ventil, den Kondensator und den AC/Kühlmittelradiator zum 3/2-Wege-Ventil als Verzweigungspunkt für Antriebskühlungsstrang und Batteriekühlungsstrang geschaltet.
  • Vorteilhaft wird bei der Fahrzeugkabinenheizung und der Batterieerwärmung und bei moderatem Kälteleistungsbedarf für die aktive E-Antriebsstrangkühlung der Chiller im Kältemittelkreislauf betrieben. Die Kondensationswärme aus dem Kältemittelkreislauf wird an den Kältemittel-Heizungswärmeübertrager zur Beheizung der Fahrzeugkabine abgegeben und über den Umgebungswärmeübertrager wird weitere Kondensationswärme an die Umgebungsluft abgegeben. Der Batteriekühler ist mit der Heizeinrichtung in einem separaten Kreislauf zur Batterieerwärmung geschaltet.
  • Bei der Fahrzeugkabinenheizung und der passiven E-Antriebsstrangerwärmung sowie aktiver Batteriekühlung wird die Abwärme aus dem Kältemittelkreislauf an den Kältemittel-Heizungswärmeübertrager abgegeben. Der Batteriekühlmittelkreislauf ist mit dem Batteriekühler und dem Chiller geschaltet Der E-Antriebsstrang-Kühlmittelkreislauf ist passiv sich selbst erwärmend über einen Bypass im Kreislauf geschaltet.
  • Bevorzugt wird bei der intensiven Fahrzeugkabinenheizung in einem boost-Modus und der passiven E-Antriebsstrangerwärmung die Abwärme aus dem Kältemittelkreislauf an den Kältemittel-Heizungswärmeübertrager abgegeben. Der Batteriekühlmittelkreislauf ist mit dem Chiller und der Heizeinrichtung geschaltet und erwärmt das Kühlmittel, wobei der Batteriekühler nach dem 3/2-Wege-Ventil nicht durchströmt und das Kühlmittel zum Batteriekühler im Bypass geführt wird. Der E-Antriebsstrang-Kühlmittelkreislauf ist passiv sich selbst erwärmend über einen Bypass im Kreislauf geschaltet.
  • Die Konzeption der Erfindung besteht darin, dass die Trennung der Kühlmittelkreisläufe in unterschiedlichen Durchströmungsabfolgen der Bauteile resultiert.
  • In Kombination mit einem zusätzlichen 3/2-Wege-Ventil hinter dem Antriebsstrangkühlmittelradiator ist es nun möglich, die Ventile so zu schalten, dass der elektrische Antriebsstrang sich nicht mehr im gleichen Kühlmittelkreislauf befindet wie die Radiatoren. Dadurch steht die gesamte umgebungsseitige wärmeübertragende Fläche der Radiatoren dem Kältemittelkreislauf als Wärmesenke zur Verfügung. Diese Betriebsart ist besonders vorteilhaft im Betrieb bei Stillstand des Fahrzeugs und gleichzeitiger Schnellladung der Traktionsbatterie. Der Antriebsstrang wird währenddessen nicht gekühlt, sondern nur in kleinem Kreis durchströmt, um die Homogenisierungsfunktion des Kühlmittels aufrecht zu erhalten.
  • Im Batteriekühlkreis ist ein zusätzlicher Bypass-Strang mit zusätzlichen Ventilen vorgesehen. Durch diese Erweiterung lässt sich im Wärmepumpenfall die Batteriehomogenisierungsfunktion aufrechterhalten, ohne Wärme aus der Traktionsbatterie zu entnehmen, während gleichzeitig Wärme aus dem Antriebsstrang entnommen werden kann. Diese Funktion ist vorteilhaft, wenn die Traktionsbatterie aufgrund thermischer Stabilität nicht weiter gekühlt werden darf, aber trotzdem Wärme benötigt wird, um die Heizleistung für die Fahrzeugkabine effizient bereitstellen zu können.
  • Im Heizbetrieb wird statt eines Kühlmittelwärmeübertragers ein Kältemittelheizungswärmeübertrager, auch als interner Kondensator bezeichnet, genutzt, um die der Fahrzeugkabine zuströmende Luft aufzuheizen. Dadurch entfällt die Notwendigkeit, immer den Kühlmittel-Kältemittel-Wärmeübertrager, den Kondensator nutzen zu müssen. Dies führt insgesamt zu einem effizienteren Betrieb und ermöglicht bei Bedarf eine effektivere passive Batteriekühlung bei milden Umgebungstemperaturen von 10°C bis 20°C, wenn sehr viel Abwärme aus der Traktionsbatterie und dem Antriebsstrang direkt an die Umgebung abgegeben werden muss und dazu der Kältemittelkreislauf nicht genutzt werden soll.
  • Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, dass im Betrieb bei Stillstand des Fahrzeuges und gleichzeitiger Schnellladefunktion der Traktionsbatterie, wenn das 4/2-Wege Ventil so geschaltet ist, dass für den Kältekreislauf sowohl der Kältemittel-Luft Wärmeübertrager („Subcooler“) als auch die Kühlmittel-Luft Wärmeübertrager („Radiator“) als Wärmesenke zur Verfügung stehen, die Durchströmungsrichtung der Wärmeübertrager optimal ist.
  • Gleichzeitig vorteilhaft ist, dass der Antriebsstrang nicht immer mitgekühlt werden muss, wenn kein Bedarf besteht. Dies spart Kälteleistung, die für die Konditionierung der Traktionsbatterie oder der Fahrzeugkabine eingesetzt werden kann.
  • Im Heizmodus, wenn Wärme über den Chiller sowohl aus der Traktionsbatterie als auch aus dem Antriebsstrang entnommen werden soll, kommt der Vorteil hinzu, dass bei thermischer Stabilität weiter Wärme entnommen werden kann. Im Stand der Technik kann dann gleichzeitig keine Wärme aus dem Antriebsstrang entnommen werden.
  • Vorteilhaft ist auch, dass im Heizmodus die Wärme in die Fahrzeugkabine mittels eines Kältemittel-Luft Wärmeübertragers eingekoppelt wird. Durch die direkte Einspeisung der Wärme aus dem Kältemittelkreislauf ist die Bereitstellung der Wärme optimal energieeffizient.
  • Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile von Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen. Es zeigen:
    • 1: Schaltbild Klimatisierungs- und Batteriekühlanordnung mit zwei Chillern,
    • 2: Schaltbild Klimatisierungs- und Batteriekühlanordnung mit einem Chiller,
    • 3: Fließschaltbild Kälteleistungsbedarf beim Schnellladen bei hohen Temperaturen,
    • 4: Fließschaltbild bei hohem Kälteleistungsbedarf für die Klimatisierung der Fahrzeugkabine und die Kühlung des E-Antriebsstranges,
    • 5: Fließschaltbild bei moderatem Kälteleistungsbedarf für die Klimatisierung der Fahrzeugkabine, bei passiver E-Antriebsstrangkühlung und passiver Batteriekühlung,
    • 6: Fließschaltbild bei der Fahrzeugkabinenheizung und der Batterieerwärmung und bei moderatem Kälteleistungsbedarf für die aktive E-Antriebsstrangkühlung,
    • 7: Fließschaltbild bei der Fahrzeugkabinenheizung und der passiven E-Antriebsstrangerwärmung sowie aktiver Batteriekühlung und
    • 8: Fließschaltbild bei der intensiven Fahrzeugkabinenheizung und der passiven E-Antriebsstrangerwärmung.
  • In 1 ist eine Klimatisierungs- und Batteriekühlanordnung 1 mit zwei Chillern 12 und 14 als Schaltbild mit allen wesentlichen Komponenten sowie optionalen Verschaltungen dargestellt. Das thermische Gesamtsystem aus der Kombination von Kühlmittel- und Kältemittelkreisläufen besitzt neben der Kälteanlagen- auch Wärmepumenfunktionalität. Darunter ist zu verstehen, dass mit der Klimatisierungs- und Batteriekühlanordung sowohl Kälte als auch Wärme für das Fahrzeug zur Verfügung gestellt werden können.
  • Das System besteht aus zwei Kühlmittelkreisläufen und einem Kältemittelkreislauf, wobei die Kühlmittelkreisläufe miteinander koppelbar sind.
  • Der A/C-Kühlmittelkreislauf ist in einer dünnen Doppellinie dargestellt.
  • Der Kältemittelkreislauf ist in einer Doppellinie mittlerer Strichstärke dargestellt. Der E-Antriebsstrang-Kühlmittelkreislauf, der den Batteriekühlkreislauf enthält, ist in einer dicken Doppellinie dargestellt.
  • In den Schaltungen mit verschiedenen Betriebszuständen sind nicht betriebenen Stränge in einer einfachen dünnen Linie dargestellt.
  • Zur Kopplung der Kühlmittelkeisläufe ist ein 4/2-Wege-Kühlmittelventil 21 vorgesehen, um den A/C-Kühlmittelkreislauf und den E-Antriebsstrang-Kühlmittelkreislauf in einem großen seriellen Kreislauf zu vereinen oder auch vollständig voneinander zu trennen.
  • Durch die serielle Kopplung von Teilsträngen des A/C-Kühlmittelkreislaufes mit dem E-Antriebsstrang-Kühlmittelkreislauf kann der Antriebsstrangkühlmittelradiator 32 zusätzlich neben dem A/C-Kühlmittelradiator 20 und dem Umgebungswärmeübertrager 5 des Kältemittelkreislaufes für die Abgabe von Kondensationswärme an die Umgebungsluft 33 eingesetzt werden. Darüber hinaus können die E-Antriebsstrangkomponenten, wie Inverter 29, Wandler 30, E-Motorwärmeübertrager 31, als Wärmespeicher eingesetzt werden, um im Stillstand eine bestimmte Menge an Abwärme aus dem Kälteanlagensystem zu speichern. Diese zwischengespeicherte Wärme kann später bei der vollständigen Trennung der Kühlmittelkreisläufe im Fahrbetrieb an die Umgebung abgegeben werden.
  • Im Heizmodus, im Wärmepumpenbetrieb, kann die zwischengespeicherte Wärme beziehungsweise die Abwärme aus den E-Antriebsstrang-Komponenten als Wärmequelle für die Verdampfung des Kältemittels genutzt und diese Wärme damit dem System zur Beheizung zugänglich gemacht werden. Auf diese Weise erlaubt das thermische Gesamtsystem der Klimatisierungs- und Batteriekühlanordnung hohe Kälte- und Heizleistungen auf eine sehr effiziente Weise bereitzustellen.
  • Der Kältemittelkreislauf besteht aus dem Verdichter 2 und dem Kondensator 3, zu welchem über das 3/2-Wege-Ventil 18.2 der Kältemittel-Heizungswärmeübertrager 19 parallel geschaltet ist. Eine Rückschlagklappe 15 hinter dem Kondensator 3 verhindert die Verlagerung von Kältemittel in den Kondensator 3, wenn dieser nicht durchströmt wird.
  • Das Expansionsorgan 4 ist gleichzeitig 3/2-Wege-Ventil und Verzweigungspunkt zum Umgebungswärmeübertrager 5 hin und alternativ direkt zu den Verdampfern 10 und 11. Der Rücklauf des Kältemittels vom Umgebungswärmeübertrager 5 erfolgt über eine Rückschlagklappe 15 zu den parallel geschalteten Verdampfern 10 und 11 sowie zu den parallel geschalteten Chillern 12 und 14 mit den zugeordneten Expansionsorganen 6, 7, 8 und 9. Das Expansionsorgan 9 ist gleichzeitig 3/2-Wege-Ventil und ermöglicht den Bypass des Kältemittels zu den Chillern 12 und 14 sowie den Verdampfern 10 und 11. Das Kältemittel gelangt über den Niederdruck-Sammler 13 zurück zum Verdichter 2, der Kreislauf ist geschlossen.
  • Der erste Chiller 12 bildet einen Batteriekühlmittelstrang mit einer Kühlmittelpumpe 22, einer Heizeinrichtung 23, einem 3/2-Wege-Ventil 24, dem Batteriekühler 25 und einem Absperrventil 26. Über das 3/2-Wege-Ventil 24 kann ein Bypass zum Batteriekühler 25 geschaltet werden. Der Batteriekühlmittelstrang ist über ein 3/2-Wege-Ventil 34 mit dem E-Antriebskühlmittelstrang verbunden. Eine Rückschlagklappe 15 verhindert eine Strömung von Kühlmittel aus dem E-Antriebsstrangkühlmittelkreislauf in den Batteriekühlmittelstrang nach den E-Motorwärmeübertrager 31.
  • Der zweite Chiller 14 ist in einem Parallelstrang des Kältemittelkreislaufes zum ersten Chiller 12 mit eigenem Expansionsorgan 6 gezeigt. Kühlmittelseitig im E-Antriebsstrang ist der Chiller 14 über ein 3/2-Wege- Ventil 27 als Zusammenführung der parallelen Kühlmittelstränge für Front- und Heckantriebswärmeübertrager, auch als E-Motorwärmeübertrager 31 bezeichnet, und einen entsprechenden nicht näher bezeichneten Verzweigungspunkt dargestellt. In jedem E-Antriebskühlmittelstrang ist eine Kühlmittelpumpe 28 angeordnet.
  • Zur Beheizung der Fahrzeugkabine sind Kältemittel-Heizungswärmeübertrager 19 und beim hinteren Verdampfer 11 Zusatzheizeinrichtungen 36 vorgesehen.
  • Das Kühlmittel 4/2 Wege Ventil 21 weist vier Kühlmittelanschlüsse auf. Ein Anschluss ist mit dem E-Antriebsstrang-Kühlmittelkreislauf verbunden. Ein Anschluss ist mit dem Eingang des Antriebsstrangkühlmittelradiators 32 verbunden. Ein weiterer Anschluss ist mit dem Ausgang des A/C-Kühlmittelradiators 20 und der letzte Anschluss mit Eingang des Kondensators 3 verbunden.
  • Weiterhin ist ein zusätzliches Kühlmittel 3/2-Wege-Ventil 18.1 in Strömungsrichtung dem Antriebsstrangkühlmittelradiator 32 nachgeordnet. Vom 3/2-Wege-Ventil 18.1 kann der Kühlmittelstrang zum Eingang des Kondensators 3 geführt werden.
  • Durch diese Anordnung des 4/2-Wege-Ventils 21 und des Kühlmittel 3/2-WegeVentils 18.1 ist es möglich, im Stand des Fahrzeuges bei Schnellladefunktion der Traktionsbatterie und damit hoher erforderlicher Kälteleistung bei gleichzeitig wenig Luftmassenstrom als Wärmesenke die luftseitige Durchströmung der Wärmeübertrager zu optimieren, als auch zu verhindern, dass Wärme aus dem Antriebsstrang entnommen wird.
  • Im Kältekreislauf steht der zusätzliche parallel angeschlossene Chiller 14 inklusive Expansionsorgan 6 und Rückschlagventil 16 zur Verfügung.
  • Der zusätzliche Chiller 14 ist so angeordnet und angeschlossen, dass über den zusätzlichen Chiller 14 der Antriebsstrang im Heizfall separat von der Traktionsbatterie als Wärmequelle genutzt werden kann, insbesondere sind dadurch die Temperaturniveaus kühlmittelseitig nicht mehr aneinander gebunden.
  • Der Kältemittel-Heizungswärmeübertrager 19 ist als interner Kondensator statt des sonst üblichen Kühlmittel-Luft-Wärmeübertragers vorgesehen.
  • Ein Kältemittel 3/2-Wege-Ventil 18.2 ist in den Kältemittelkreislauf eingefügt, um zwischen der Durchströmung des internen Kondensators und des wassergekühlten Kondensators 3 unterscheiden zu können.
  • Durch diese Änderungen ist eine direkte Übertragung der Wärme aus dem Kältemittel an die der Fahrzeugkabine zuströmende Luft möglich.
  • Die Klimatisierungs- und Batteriekühlanordnung 1 gemäß 2 unterscheidet sich von der in 1 dargestellten Klimatisierungs- und Batteriekühlanordnung 1 nur hinsichtlich nachfolgend beschriebener Merkmale. Es sind zwei Kühlmittel 3/2-Wege-Ventile im Kühlmittelbatteriekreis angeordnet. Ein 3/2-Wege-Ventil 24 ist zwischen dem Batteriekühler 25 und der Heizeinrichtung 23, dem elektrischen Kühlmittelheizer platziert. Das zweite 3/2-Wege-Ventil 37 befindet sich vor der Kühlmittelpumpe 22, die auch als Batteriepumpe bezeichnet wird.
  • Weiterhin ist ein zusätzlicher Kühlmittelstrang vorgesehen, der die beiden 3/2-Wege-Ventile 37 und 24 miteinander verbindet. Durch diese Änderungen ist es möglich, im Heizfall, wenn aus der Batterie keine Wärme entnommen werden darf, den Batteriekühlkreislauf vollständig vom E-Antriebsstrangkühlkreislauf zu trennen und dabei gleichzeitig Wärme aus dem E-Antriebsstrang mittels Chiller 12 zu entnehmen, während keine Wärme aus dem Batteriekreis entnommen wird. Es ist ein separater Batteriekühlmittelkreislauf schaltbar ohne Verbindung zum E-Antriebsstrangkühlmittelkreislauf und die kontinuierliche Durchströmung des Traktionsbatteriekühlers mit Kühlmittel verläuft somit über die Kühlmittelpumpe 22, die Heizeinrichtung 23, das 3/2-Wege-Ventil 24 und den Batteriekühler 25 zurück zum 3/2-Wege-Ventil 37, wo sich der Kreislauf schließt.
  • Ein weiterer Unterschied zur Klimatisierungs- und Batteriekühlanordnung 1 gemäß 1 besteht darin, dass der E-Antriebsstrangkühlmittelkreislauf und der Kältemittelkreislauf keinen zweiten Chiller aufweisen. Es ist gemäß der Schaltungsanordnung nach 2 nur der Chiller 12 zur Kopplung von Kältemittelkreislauf und Batteriekühlmittelstrang sowie E-Antriebskühlmittelstrang vorgesehen.
  • Der Kältemittelkreislauf ist ohne den Parallelstrang für den zusätzlichen Chiller identisch mit dem Kältemittelkreislauf nach 1. Auch der A/C-Kühlmittelkreislauf ist identisch ausgebildet. Dabei ist der Kondensator 3 kühlmittelseitig eingebunden und über eine Kühlmittelpumpe 17 mit dem A/C-Kühlmittelradiator 20 verbunden. Vom A/C-Kühlmittelradiator 20 ist der Ausgang mit dem 4/2-Wege-Ventil 21 verbunden, welches über einen Knotenpunkt mit dem Kühlmitteleingang des Kondensators 3 fluidisch verbunden ist. Im A/C-Kühlmittelkreislauf ist ein Strang vom Kondensatoreingang hin zu dem Kühlmittel 3/2-Wege-Ventil 18.1 vorgesehen, welches den A/C-Kühlmittelkreislauf am Ausgang des Antriebsstrangkühlmittelradiators 32 mit dem E-Antriebsstrangkühlmittelkreislauf verbindet.
  • Im Kältemittelkreislauf sind der Kältemittel-Heizungswärmeübertrager 19 und der Kondensator 3 über das Kältemittel 3/2-Wege-Ventil 18.2 als Verteiler parallel geschaltet. Im Kältemittelkreislauf folgt nach der Zusammenführung der Parallelstränge das Expansionsorgan 4 mit der Funktionalität eines 3/2-WegeVentils. Dieses ist konnektiert auf einer Seite mit dem Umgebungswärmeübertrager 5 und auf der anderen Seite mit dem Kältemittelstrang zur Versorgung der Verdampfer 10 und 11 für die Kühlung der Fahrzeugkabine. An den Verdampfern 10 und 11 sind luftseitig noch Zusatzheizeinrichtungen 36 vorgesehen, über welche die Fahrzeugkabinen im Heizfall zusätzlich beheizbar, vorzugsweise elektrisch beheizbar, ausgestattet sind. Als Zusatzheizeinrichtungen werden bevorzugt PTC-Heizelemente eingesetzt.
  • Parallel zu den Verdampfern 10, 11 ist der Chiller 12 angeordnet, der über ein Expansionsorgan 9, welches auch eine 3/2-Wege-Ventil-Funktionalität aufweist, in den Kältemittelkreislauf eingebunden. Am Expansionsorgan 9 ist weiterhin eine Bypassleitung über einen Knotenpunkt zur Verbindung der Parallelstränge und hin zum Niederdrucksammler 13 und von diesem zum Verdichter 2 vorgesehen. Der E-Antriebsstrang-Kühlmittelkreislauf ist beginnend vom 4/2-Wege-Ventil 21 mit dem Antriebsstrangkühlmittelradiator 32, nachfolgend dem 3/2-Wege-Ventil 18.1 und dieses mit dem 3/2-Wege-Ventil 34 verbunden. Hier erfolgt die Unterverteilung in den Batteriekühlmittelstrang sowie zum Chiller 12. Der verbleibende Anschluss des 3/2-Wege-Ventils 34 ist mit dem E-Antriebskühlmittelstrang verbunden, welcher wiederum Parallelstränge für Front- und Heck-E-Motorwärmeübertrager 31 und einen vorgeschalteten Wandler 30 und Inverter 29 sowie eine Kühlmittelpumpe 28 aufweist. Weiterhin ist ein Bypass 38 zu den Wärmeübertragern 29, 30, 31 sowie 35, 30, 31 des E-Antriebskühlmittelstranges geschaltet, der über ein Absperrventil 26 zuschaltbar ist. Durch diese zusätzliche Bypassmöglichkeit kann ein Kreislauf separat nur über die Wärmeübertrager des unmittelbaren E-Antriebskühlmittelstranges geschaltet werden, der abgekoppelt ist von den Radiatoren 20, 5, 32. Dies ist beispielsweise für Betriebszustände vorteilhaft, in denen die Kühlkapazität der Radiatoren 20, 5, 32 für andere Kühlaufgaben priorisiert ist.
  • Die nachfolgende Beschreibung der 3 bis 8 erläutert die wesentlichen Betriebsmodi der Klimatisierungs- und Batteriekühlanordnung 1 gemäß 2, mit denen das System bei jeweils spezifischen Grundaufgabenstellungen betrieben werden kann. Selbstverständlich sind auch Kombinationen der beschriebenen Modi bei bestimmten Konstellationen möglich. Fluidverbindungen, welche innerhalb der einzelnen Modi fluiddurchströmt sind, werden als Doppellinie dargestellt. Einfache Linien sind in dem betreffenden Modus nicht fluiddurchströmt.
  • 3 zeigt das Fließschaltbild einer Klimatisierungs- und Batteriekühlanordnung 1 gemäß 2 beim Schnellladen der Batterie bei relativ hohen Umgebungstemperaturen, wie beispielsweise von 25 °C bis 45 °C. Bei der Schnellladung der Batterien wird eine hohe Kühlkapazität benötigt, um Überhitzungen und damit einhergehende Beeinträchtigungen der Batterien zu vermeiden. Im Kältemittelkreislauf wird deswegen vorrangig der Chiller 12 mit zugehörigem Expansionsorgan 9 betrieben. Gegebenenfalls wird zusätzlich Kältemittel für die Verdampfer 10 und 11 zur Kühlung der Fahrzeugkabine bereitgestellt. Nach der Verdichtung des Kältemitteldampfes im Verdichter 2 ist das Kältemittel 3/2-Wege-Ventil 18.2 in Richtung Kondensator 3 geschaltet. Der Kondensator 3 führt auf der Kühlmittelseite des A/C-Kühlmittelkreislaufes die Kondensations-Abwärme im A/C Kühlmittelradiator 20 an die Umgebungsluft 33 ab, wonach das Kühlmittel über das 4/2-Wege-Ventil 21 in den somit seriell geschalteten Antriebsstrangkühlmittelradiator 32 geführt wird und das Kühlmittel wiederum Wärme an die Umgebungsluft 33 abgibt. Das ausgekühlte Kühlmittel gelangt dann über das Kühlmittel 3/2-Wege-Ventil 18.1 zurück zum kühlmittelseitigen Eingang des Kondensators 3. Angetrieben wird der Kühlmittelkreislauf von der Kühlmittelpumpe 17.
  • Das im Kondensator 3 gekühlte Kältemittel gelangt über das Expansionsorgan 4 in den Umgebungswärmeübertrager 5, wo das Kältemittel weiter Wärme an die Umgebungsluft 33 abgibt und kondensiert beziehungsweise unterkühlt wird. Das Kältemittel gelangt nachfolgend über die Rückschlagklappe 15 zu den einzelnen parallelen Kältemittelsträngen für den vorderen Verdichter 10 mit zugehörigem Expansionsorgan 7, dem hinteren Verdampfer 11 mit zugehörigem Expansionsorgan 8 und dem Chiller 12 mit zugehörigem Expansionsorgan 9, wo je nach Anforderung und Regelung unter Wärmeaufnahme das Kältemittel verdampft wird.
  • Der Chiller 12 ist kühlmittelseitig in einen Batteriekühlmittelkreislauf eingebunden, welcher angetrieben wird von der Kühlmittelpumpe 22. Das Kühlmittel strömt über den in dieser Konstellation nicht beheizten Wärmeübertrager der Heizeinrichtung 23 und über das 3/2-Wege-Ventil 24 in den Batteriekühler 25, wo die Abwärme der Schnellentladung vom Kühlmittelstrom aufgenommen wird. Über das geöffnete Absperrventil 26 schließt sich der Kreislauf des Batteriekühlmittelstromes zum Chiller 12 hin und der Kreislauf ist geschlossen. Das 3/2-Wege-Ventil 37 schaltet die Verbindung vom Chiller 12 zur Kühlmittelpumpe 22 in dieser Kreislaufstellung gemäß 3.
  • Der E-Antriebsstrang wird in dieser Konfiguration nicht gekühlt sondern läuft über den Bypass 38 als kleiner geschlossener Kreislauf um. Dabei treiben die Kühlmittelpumpen 28 den Kühlmittelstrom über die Wärmeübertrager 29, 30, 31 sowie 35, 30, 31 und über das geöffnete Absperrventil 26 wird der Kreislauf über den Bypass 38 hergestellt. Die parallelen E-Antriebsstrang-Kühlmittelstränge werden endseitig begrenzt durch zwei 3/2-Wege-Ventile 34 und 27, welche entsprechend für die Kreislaufführung des Kühlmittels geschaltet sind. Die äußeren Stränge der zwei 3/2-Wege-Ventile 34 und 27 zum 4/2-Wege-Ventil 21 und zum 3/2-Wege-Ventil 18.1 hin sind jeweils abgesperrt.
  • In diesem Modus werden die drei Radiatoren 5, 20, 32, also die Luftwärmeübertrager, als Abwärmesenke für die Kühlung der Batterie und der Fahrzeugkabine genutzt, wobei der A/C-Kühlmittelradiator 20 und der Antriebsstrangkühlmittelradiator 32 in Reihe geschalten sind.
  • In 4 ist ein Fließschaltbild für die Klimatisierungs- und Batteriekühlanordnung 1 gemäß 2 bei hoher Belastung des Antriebsstranges durch hohe Geschwindigkeit und gleichzeitig hohem Kälteleistungsbedarf für die Kühlung der Fahrzeugkabine bei hohen Temperaturen dargestellt.
  • Der E-Antriebsstrang-Kühlmittelkreislauf wird über das 3/2-Wege-Ventil 34 geschaltet und die Kühlmittelpumpen 28 fördern das Kühlmittel durch die Wärmeübertrager 29, 30, 31 sowie 35. Die beiden parallelen Kühlmittelstränge für die Front- und die Heckwärmeübertrager werden im 3/2-Wege-Ventil 27 zusammengeführt und danach über das 4/2-Wege-Kühlmittelventil 21 zum Antriebsstrangkühlmittelradiator 32 geführt. Dort wird die Abwärme aus dem Antriebsstrang an die Umgebungsluft 33 übertragen und das gekühlte Kühlmittel gelangt über das 3/2-Wege-Ventil 18.1 zum 3/2-Wege-Ventil 34, wo sich der Kreislauf des E-Antriebsstrang-Kühlmittelkreislaufes in diesem Betriebsmodus schließt. Der elektrische Antriebsstrang wird somit passiv nur über den Antriebsstrangkühlmittelradiator 32 gekühlt und er hat keine Verbindung zum Kältemittelkreislauf des Fahrzeuges.
  • Der Kältemittelkreislauf des Fahrzeuges versorgt neben den Verdampfern 10 und 11 zur Fahrzeugkabinenkühlung auch den Chiller 12, welcher die Batteriekühlung realisiert.
  • Der Batteriekühlkreislauf ist vom Batteriekühler 25 über das geöffnete Absperrventil 26 zum Chiller 12 und von dort über das 3/2-Wege-Ventil 37, die Kühlmittelpumpe 22, durch die funktionslose Heizeinrichtung 23 und das 3/2-Wege-Ventil 24 schließlich zum Batteriekühler 25 geschaltet.
  • Der Batteriekühlkreislauf ist somit in diesem Betriebsmodus abgekoppelt vom E-Antriebsstrangkühlmittelkreislauf.
  • Der Kältemittelkreislauf ist nach dem Verdichter 2 über das 3/2-Wege-Ventil 18.2 zum Kondensator 3 und über die Rückschlagklappe 15 und das Expansionsorgan 4 zum Umgebungswärmeübertrager 5 geschaltet. In diesem Betriebsmodus wird auf der Kühlmittelseite der A/C-Kühlmittelkreislauf über den AC-Kühlmittelradiator 20 zur Abfuhr der Kondensationswärme aus dem Kältemittelkreislauf genutzt und auch parallel noch Kondensationswärme über den Umgebungswärmeübertrager 5 des Kältemittelkreislaufes an die Umgebungsluft 33 abgegeben.
  • Im Betriebsmodus gemäß 4 wird die Batteriekühlung und die Kühlung der Fahrzeugkabine aktiv über den Kältemittelkreislauf betrieben, wohingegen die E-Antriebsstrangkühlung passiv nur über den Antriebsstrangkühlmittelradiator 32 realisiert wird.
  • In 5 ist ein Fließschaltbild der Klimatisierungs- und Batteriekühlanordnung 1 gemäß 2 bei hohen Belastungen des E-Antriebsstrang-Kühlmittelkreislaufes durch hohe Geschwindigkeiten des Fahrzeuges sowie bei passiver Batteriekühlung bei moderaten Temperaturen von 10 °C bis 20 °C dargestellt.
  • Die Batteriekühlung und die E-Antriebsstrangkühlung erfolgen passiv über den E-Antriebsstrang-Kühlmittelkreislauf, welcher die Stränge zur Kühlung der Batterie und der Antriebe parallel führt und nachfolgend vereinigt über das 4/2-Wege-Ventil 21 und den funktionslosen Kondensator 3, unterstützt durch die Kühlmittelpumpe 17, zunächst zum A/C-Kühlmittelradiator 20 führt, wo der erste Teil der Abwärme an die Umgebungsluft 33 abgeführt wird. Nachfolgend gelangt der Kühlmittelstrom über das 4/2-Wege-Ventil 21 zum Antriebsstrangkühlmittelradiator 32, wo der zweite Teil der Abwärme an die Umgebungsluft 33 abgegeben wird. Der E-Antriebsstrangkühlmittelkreislauf wird geschlossen über das 3/2-Wege-Ventil 18.1 hin zum 3/2-Wege-Ventil 34, an welchem die Verteilung des Kühlmittelstromes an den Batteriekühlungsstrang beziehungsweise an die E-Antriebsstränge erfolgt.
  • In diesem Modus wird die Fahrzeugkabine vom Kältemittelkreislauf über die Verdampfer 10 und 11 in gewohnter Weise klimatisiert, wobei die bei diesen moderaten Umgebungstemperaturen gegebenenfalls erforderliche Wärme über den Kältemittel-Heizungswärmeübertrager 19 als internen Kondensator an die Fahrzeugkabine abgegeben werden kann beziehungsweise über das Expansionsorgan 4 mit 3/2-Wege-Funktionalität zum Umgebungswärmeübertrager 5 hin die Wärme an die Umgebungsluft 33 abgegeben wird.
  • In 6 ist das Fließschaltbild der Fahrzeugkabinenheizung bei niedrigen Umgebungstemperaturen und kalten, noch nicht auf Betriebstemperatur befindlichen Komponenten dargestellt.
  • Bei niedrigen Umgebungstemperaturen werden die Verdampfer 10 und 11 im Kältemittelkreislauf nicht mit Kältemittel versorgt und nur der Chiller 12 ist zur Wärmeaufnahme im Kältemittelkreislauf geschaltet. Der Kältemittelkreislauf arbeitet in gewohnter Weise über den Verdichter 2 zum 3/2-Wege-Ventil 18.2 hin zum Kältemittel-Heizungswärmeübertrager 19, wo die Kondensationswärme an die Fahrzeugkabine abgegeben wird. Schließlich wird die restliche Kondensationswärme über das kombinierte Expansions-3/2-Wege-Ventil 4 im Umgebungswärmeübertrager 5 abgegeben und der Kreislauf zum Chiller 12 geschlossen.
  • Der Chiller 12 bezieht kühlmittelseitig Wärme vom E-Antriebsstrang. Der Kühlmittelfluss erfolgt vom E-Antriebsstrang über das 3/2-Wege-Ventil 27 und das geöffnete Absperrventil 26 zum Chiller 12 und nachfolgend gelangt das Kühlmittel über das 3/2-Wege-Ventil 34 zu den parallelen E-Antriebsstrangkühlern 29, 30, 31, 35. Das Kühlmittel wird jeweils durch die Kühlmittelpumpen 28 bewegt.
  • Die Batterie wird in diesem Modus nicht gekühlt, sondern passiv und/oder aktiv auf Betriebstemperatur erwärmt. Dies erfolgt in einem separaten Kreislauf, welcher geschaltet ist von der Kühlmittelpumpe 22 über die Heizeinrichtung 23, welche gegebenenfalls zusätzliche Wärme an den Kühlmittelstrom abgibt. Der Kühlmittelstrom wird über das 3/2-Wege-Ventil 24 zum Batteriekühler 25 gefördert, welcher in diesem Betriebsmodus aber die Batterie erwärmt. Der Rückfluss des Kühlmittels erfolgt über einen Bypass wobei das 3/2-Wege-Ventil 37 entsprechend derart geschaltet ist, dass das Kühlmittel in diesem kleinen Kreis zirkuliert. Ein Absperrventil 26 begrenzt den Batteriekühlkreislauf zum E-Antriebsstrangkühlkreislauf hin beziehungsweise sperrt diesen ab.
  • In 7 ist das Fließschaltbild der Klimatisierungs- und Batteriekühlanordnung 1 gemäß 2 im Heizbetrieb bei vorkonditionierter Batterie dargestellt.
  • Der Kältemittelkreislauf wird in diesem Modus zur Heizung der Fahrzeugkabine betrieben. Somit wird das heiße Kältemittelgas vom Verdichter 2 über das 3/2-Wege-Ventil 18.2 kommend im Kältemittel-Heizungswärmeübertrager 19 vollständig als interner Kondensator kondensiert und gegebenenfalls unterkühlt und die Kondensationswärme an die Fahrzeugkabine zur Beheizung abgegeben. Anschließend gelangt das kondensierte Kältemittel über das Expansionsorgan 4 und das Expansionsorgan 9 zur Wärmeaufnahme zum Chiller 12, wonach das Kältemittelgas dem Niederdruck-Sammler 13 und danach dem Verdichter 2 zugeführt wird.
  • Die Wärme zur Verdampfung des Kältemittels im Chiller 12 entstammt kühlmittelseitig dem Batteriekühler 25, der in dem Batteriekühlkreislauf über die geöffneten Absperrventile 26, den Chiller 12 sowie das 3/2-Wege-Ventil 37 und die Kühlmittelpumpe 22 hin zum Batteriekühler 25 eingebunden ist.
  • Der E-Antriebsstrang wird in diesem Modus, ähnlich wie im Modus gemäß 3, in einem kurzen Kreislauf gefahren, wonach der Bypass 38 bei geöffnetem Absperrventil 26 geschaltet ist und die Kühlmittelpumpen 28 das Kühlmittel über die Wärmeübertrager 29, 30, 31 sowie parallel 35, 30, und 31 für den vorderen und den hinteren Antriebsstrang fördern.
  • In 8 ist das Fließschaltbild der Klimatisierungs- und Batteriekühlanordnung 1 gemäß 2 im sogenannten Boost-Modus für besonders intensive Erwärmung der Fahrzeugkabine dargestellt.
  • Für die intensive Erwärmung der Fahrzeugkabine wird im Batteriekühlmittelkreislauf die zusätzliche Heizeinrichtung 23 aktiviert, wobei über das 3/2-Wege-Ventil 24 der Batteriekühler 25 im Bypass umgangen wird. Über die Absperrventile 26 in geöffneter Stellung wird das Kühlmittel dem Chiller 12 zugeleitet, wonach sich der Kreislauf über das 3/2-Wege-Ventil 27 zur Kühlmittelpumpe 22 zur Heizeinrichtung 23 wieder schließt.
  • Die Wärme des Batteriekühlmittelkreislaufes wird im Chiller 12 kältemittelseitig vom Kältemittel aufgenommen und nach dem Verdichter 2 im Kältemittel-Heizungswärmeübertrager 19 an die Fahrzeugkabine abgegeben. Durch entsprechende Schaltung des 3/2-Wege-Ventils 18.2 wird nur der Kältemittel-Heizungswärmeübertrager 19 und nicht der Kondensator 3 mit dem heißen Kältemitteldampf beaufschlagt, so dass sämtliche Kondensationswärme an die Fahrzeugkabine abgegeben werden kann. Nachfolgend wird das flüssige Kältemittel über das 3/2-Wege-Ventil und Expansionsorgan 4 sowie das Expansionsorgan 9 wieder dem Chiller 12 zugeführt, wo das Kältemittel unter Wärmeaufnahme der Wärme der Heizeinrichtung 23 verdampft und sich der Kältemittelkreislauf zum Niederdrucksammler 13 und zum Verdichter 2 hin schließt. Wiederum ist der E-Antriebsstrang-Kühlmittelkreislauf kurz geschaltet, analog der in 7 und 3 dargestellten und beschriebenen Modi.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Klimatisierungs- und Batteriekühlanordnung
    2
    Verdichter
    3
    Kondensator
    4
    Expansionsorgan
    5
    Umgebungswärmeübertrager OHX
    6
    Expansionsorgan
    7
    Expansionsorgan
    8
    Expansionsorgan
    9
    Expansionsorgan
    10
    Vorderer Verdampfer
    11
    Hinterer Verdampfer
    12
    Chiller
    13
    Niederdruck-Sammler
    14
    Zusatz-Chiller
    15
    Rückschlagklappe
    16
    Rückschlagklappe
    17
    Kühlmittelpumpe
    18.1
    Kühlmittel 3/2-Wege-Ventil, 18.2 Kältemittel 3/2-Wege-Ventil
    19
    Kältemittel-Heizungswärmeübertrager/interner Kondensator
    20
    A/C-Kühlmittelradiator
    21
    4/2-Wege-Kühlmittelventil
    22
    Kühlmittelpumpe
    23
    Heizeinrichtung
    24
    3/2-Wege-Ventil
    25
    Batteriekühler
    26
    Absperrventil
    27
    3/2-Wege-Ventil
    28
    Kühlmittelpumpe
    29
    Inverter
    30
    Wandler
    31
    E-Motorwärmeübertrager
    32
    AntriebsstrangkühImittelradiator
    33
    Umgebungsluft
    34
    3/2-Wege-Ventil
    35
    Charger
    36
    Zusatzheizeinrichtung
    37
    3/2-Wege-Ventil
    38
    Bypass
  • 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
    • US 2009/0317697 A1 [0012]
    • US 2017/0096073 A1 [0014]

Claims (15)

  1. Klimatisierungs- und Batteriekühlanordnung (1) mit einem A/C-Kühlmittelkreislauf und einem E-Antriebsstrang-Kühlmittelkreislauf sowie einem Kältemittelkreislauf, wobei - der A/C-Kühlmittelkreislauf und der E-Antriebsstrang-Kühlmittelkreislauf über ein 4/2-Wege-Kühlmittelventil (21) derart miteinander gekoppelt sind, dass der A/C-Kühlmittelkreislauf und der E-Antriebsstrang-Kühlmittelkreislauf separat betreibbar oder seriell durchströmbar ausgebildet sind und - der A/C-Kühlmittelkreislauf mindestens einen A/C-Kühlmittelradiator (20) zur Wärmeabgabe an die Umgebungsluft (33), eine Kühlmittelpumpe (17) und einen Kondensator (3) aufweist, über welchen der A/C-Kühlmittelkreislauf thermisch mit dem Kältemittelkreislauf verbunden ist und - der E-Antriebsstrang-Kühlmittelkreislauf mindestens einen Batteriekühler (25), eine Kühlmittelpumpe (22), einen Antriebsstrangkühlmittelradiator (32) zur Wärmeabgabe an die Umgebungsluft (33) und einen Chiller (12) aufweist, über welchen der E-Antriebsstrang-Kühlmittelkreislauf thermisch mit dem Kältemittelkreislauf verbunden ist und - der Kältemittelkreislauf mindestens einen Verdichter (2), den Kondensator (3), einen Umgebungswärmeübertrager (5) zur Wärmeabgabe an die Umgebungsluft (33) oder die Wärmeaufnahme aus der Umgebungsluft (33), ein Expansionsorgan (9) und den Chiller (12) aufweist, - wobei das 4/2-Wege-Kühlmittelventil (21) den Ausgang des A/C-Kühlmittelradiators (20) mit dem Eingang des Antriebsstrangkühlmittelradiator (32) verbindend und ein 3/2-Wege-Ventil (18.1) am Ausgang des Antriebsstrangkühlmittelradiators (32) mit einer Verbindung zum A/C-Kühlmittelkreislauf angeordnet ist.
  2. Klimatisierungs- und Batteriekühlanordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kältemittelkreislauf einen Kältemittel-Heizungswärmeübertrager (19) als internen Kondensator zur Beheizung der Fahrzeugkabine aufweist, der parallel oder alternativ zum Kondensator (3) schaltbar im Kältemittelkreislauf angeordnet ist.
  3. Klimatisierungs- und Batteriekühlanordnung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der E-Antriebsstrang-Kühlmittelkreislauf eine Heizeinrichtung (23) aufweist, welche seriell dem Batteriekühler (25) vorgeschaltet ist und dass weiterhin ein Bypass zum Batteriekühler und alternativ zusätzlich ein Bypass zur Heizeinrichtung (23) ausgebildet ist.
  4. Klimatisierungs- und Batteriekühlanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass im E-Antriebsstrang-Kühlmittelkreislauf eine Kühlmittelpumpe (28) und/oder ein Inverter (29) und/oder ein E-Motorwärmeübertrager (31) parallel zum Batteriekühler (25) durchströmbar ausgebildet sind.
  5. Klimatisierungs- und Batteriekühlanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Kältemittelkreislauf ein Expansionsorgan (4) nach dem Kondensator (3) und vor dem Umgebungswärmeübertrager (5) angeordnet ist.
  6. Klimatisierungs- und Batteriekühlanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Kältemittelkreislauf ein vorderer Verdampfer (10) mit zugehörigem und vorgeschalteten Expansionsorgan (7) und/oder ein hinterer Verdampfer (11) mit zugehörigem und vorgeschalteten Expansionsorgan (8) parallel geschaltet angeordnet sind und/oder ein Niederdruck-Sammler (13) im Kältemittelkreislauf vor dem Verdichter (2) angeordnet ist.
  7. Klimatisierungs- und Batteriekühlanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass am hinteren Verdampfer (11) und/oder am Kältemittel-Heizungswärmeübertrager (19) eine Zusatzheizeinrichtung (36) angeordnet ist.
  8. Klimatisierungs- und Batteriekühlanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass im E-Antriebsstrang-Kühlmittelkreislauf zwei Parallelstränge zur Kühlung von Front- und Heckantrieb ausgebildet sind.
  9. Verfahren zum Betreiben einer Klimatisierungs- und Batteriekühlanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei hohem Kälteleistungsbedarf für die Batterieschnellladung der Chiller (12) im Kältemittelkreislauf betrieben wird und die Kondensationswärme aus dem Kältemittelkreislauf teilweise über den Kondensator (3) an einen AC-Kühlmittelkreislauf und teilweise über den Umgebungswärmeübertrager (5) an die Umgebungsluft (33) übertragen wird, wobei der Kühlmittelkreislauf aus dem in Reihe geschalteten A/C-Kühlmittelradiator (20), dem 4/2-Wege-Kühlmittelventil (21) sowie dem Antriebsstrangkühlmittelradiator (32) und dem 3/2-WegeVentil (18.1) sowie dem kühlmittelseitigen Kondensator (3) geschaltet ist und Kondensationswärme an die Umgebungsluft (33) abgegeben wird, wobei der A/C-Kühlmittelradiator (20) und der Antriebsstrang-Kühlmittelradiator (32) über das 4/2-Wege-Kühlmittelventil in Reihe geschaltet sind und der Batteriekühler (25) mit dem Chiller (12) des Kältemittelkreislaufes einen separaten Kühlmittelkreislauf bildet und der E-Antriebsstrang-Kühlmittelkreislauf mit den Wärmeübertrager (29, 30, 31, 35) des E-Antriebsstranges über einen Bypass (38) im Kreislauf geschaltet ist.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Kältemittelkreislauf neben dem Chiller (12) der vordere Verdampfer (10) und/oder der hintere Verdampfer (11) zur Kälteerzeugung für die Klimatisierung der Fahrzeugkabine zusätzlich betrieben werden.
  11. Verfahren zum Betreiben einer Klimatisierungs- und Batteriekühlanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei hohem Kälteleistungsbedarf für die Klimatisierung der Fahrzeugkabine und die Kühlung des E-Antriebsstranges zur Batteriekühlung der Chiller (12) und der vordere Verdampfer (10) und/oder der hintere Verdampfer (11) im Kältemittelkreislauf betrieben werden und die Kondensationswärme aus dem Kältemittelkreislauf über den Umgebungswärmeübertrager (5) an die Umgebungsluft (33) sowie über den Kondensator (3) an den A/C-Kühlmittelkreislauf und über den A/C-Kühlmittelradiator (20) an die Umgebungsluft (33) abgegeben wird, wobei der Antriebsstrangkühlmittelradiator (32) die Abwärme aus dem E-Antriebsstrang-Kühlmittelkreislauf an die Umgebungsluft (33) abgibt, wobei der Batteriekühler (25) mit dem Chiller (12) des Kältemittelkreislaufes einen separaten Kühlmittelkreislauf bilden.
  12. Verfahren zum Betreiben einer Klimatisierungs- und Batteriekühlanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei moderatem Kälteleistungsbedarf für die Klimatisierung der Fahrzeugkabine, passiver E-Antriebsstrangkühlung und passiver Batteriekühlung der vordere Verdampfer (10) und/oder der hintere Verdampfer (11) im Kältemittelkreislauf betrieben werden und die Kondensationswärme aus dem Kältemittelkreislauf über den Umgebungswärmeübertrager (5) an die Umgebungsluft (33) abgegeben wird, wobei die Abwärme aus dem E-Antriebsstrang-Kühlmittelkreislauf und aus dem parallel zum Antriebsstrang geschalteten Batteriekühler (25) über den in Reihe geschalteten AC/Kühlmittelradiator (20) und den Antriebsstrangkühlmittelradiator (32) an die Umgebungsluft (33) abgegeben wird, wobei der Kühlmittelkreislauf vom 3/2-Wege-Ventil (27) über das 4/2-Wege-Ventil (21) , den Kondensator (3) und den AC/Kühlmittelradiator (20) zum 3/2-Wege-Ventil (34) als Verzweigungspunkt für Antriebskühlungsstrang und Batteriekühlungsstrang geführt wird.
  13. Verfahren zum Betreiben einer Klimatisierungs- und Batteriekühlanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Fahrzeugkabinenheizung und der Batterieerwärmung und bei moderatem Kälteleistungsbedarf für die aktive E-Antriebsstrangkühlung der Chiller (12) im Kältemittelkreislauf betrieben wird und die Kondensationswärme aus dem Kältemittelkreislauf an den Kältemittel-Heizungswärmeübertrager (19) an die Fahrzeugkabine und über den Umgebungswärmeübertrager (5) an die Umgebungsluft (33) abgegeben wird, wobei der Batteriekühler (25) mit der Heizeinrichtung (23) in einem separaten Kreislauf zur Batterieerwärmung geschaltet ist.
  14. Verfahren zum Betreiben einer Klimatisierungs- und Batteriekühlanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Fahrzeugkabinenheizung und der passiven E-Antriebsstrangerwärmung sowie aktiver Batteriekühlung die Abwärme aus dem Kältemittelkreislauf an den Kältemittel-Heizungswärmeübertrager (19) abgegeben wird, wobei der Batteriekühlmittelkreislauf mit dem Batteriekühler (25) und dem Chiller (12) geschaltet ist und der E-Antriebsstrang-Kühlmittelkreislauf passiv sich selbst erwärmend über einen Bypass (38) im Kreislauf geschaltet ist.
  15. Verfahren zum Betreiben einer Klimatisierungs- und Batteriekühlanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei der intensiven Fahrzeugkabinenheizung und der passiven E-Antriebsstrangerwärmung die Abwärme aus dem Kältemittelkreislauf an den Kältemittel-Heizungswärmeübertrager (19) abgegeben wird, wobei der Batteriekühlmittelkreislauf mit dem Chiller (12) und der Heizeinrichtung (23) geschaltet ist und erwärmt wird, wobei der Batteriekühler (25) nach dem 3/2-Wege-Ventil (24) nicht durchströmt wird und der E-Antriebsstrang-Kühlmittelkreislauf passiv sich selbst erwärmend über einen Bypass (38) im Kreislauf geschaltet ist.
DE102020100428.1A 2019-02-06 2020-01-10 Klimatisierungs- und Batteriekühlanordnung mit hoher Kälteleistung und passiver Batteriekühlung sowie Verfahren zum Betreiben einer Klimatisierungs- und Batteriekühlanordnung Pending DE102020100428A1 (de)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200008081A KR102277723B1 (ko) 2019-02-06 2020-01-21 높은 냉각 용량 및 수동 배터리 냉각을 갖는 에어컨 및 배터리 냉각 장치와 에어컨 및 배터리 냉각 장치의 작동 방법
US16/748,937 US11446978B2 (en) 2019-02-06 2020-01-22 Thermal energy management system with high cooling capacity in idle and high performance passive battery cooling
CN202010080543.4A CN111532098B (zh) 2019-02-06 2020-02-05 空气调节和电池冷却装置及其运行方法

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019102909 2019-02-06
DE102019102909.0 2019-02-06

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102020100428A1 true DE102020100428A1 (de) 2020-08-06

Family

ID=71615672

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102020100428.1A Pending DE102020100428A1 (de) 2019-02-06 2020-01-10 Klimatisierungs- und Batteriekühlanordnung mit hoher Kälteleistung und passiver Batteriekühlung sowie Verfahren zum Betreiben einer Klimatisierungs- und Batteriekühlanordnung

Country Status (4)

Country Link
US (1) US11446978B2 (de)
KR (1) KR102277723B1 (de)
CN (1) CN111532098B (de)
DE (1) DE102020100428A1 (de)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112208295A (zh) * 2020-09-22 2021-01-12 艾泰斯热系统研发（上海）有限公司 间接式低温热泵系统
CN113370754A (zh) * 2021-06-22 2021-09-10 一汽解放汽车有限公司 一种取暖系统及汽车
CN113993731A (zh) * 2021-09-17 2022-01-28 上海汽车集团股份有限公司 车辆热管理系统及车辆热管理方法
DE102021105089B3 (de) 2021-03-03 2022-02-10 CM Fluids AG Kalorisches Fahrzeugmanagementsystem
FR3128409A1 (fr) * 2021-10-26 2023-04-28 Valeo Systemes Thermiques Systeme de gestion thermique pour vehicule hybride ou electrique
DE102021132036A1 (de) 2021-12-06 2023-06-07 Audi Aktiengesellschaft Kühlanordnung zum Kühlen einer Batterie eines Kraftfahrzeugs, Kraftfahrzeug und Verfahren zum Betreiben einer Kühlanordnung
DE102022213181A1 (de) 2022-11-11 2024-05-16 Mahle International Gmbh Batterieelektrisches Fahrzeug

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11021037B2 (en) * 2017-11-07 2021-06-01 Hanon Systems Thermal management system
KR20210000117A (ko) * 2019-06-24 2021-01-04 현대자동차주식회사 차량용 히트펌프 시스템
KR20220030572A (ko) * 2020-09-03 2022-03-11 현대자동차주식회사 차량의 공조 시스템
KR20230017599A (ko) * 2021-07-28 2023-02-06 현대자동차주식회사 차량의 통합 열관리 회로
CN114285053B (zh) * 2021-11-11 2024-06-14 华为数字能源技术有限公司 储能充电站
US11807074B2 (en) * 2021-12-20 2023-11-07 GM Global Technology Operations LLC Vehicle cabin comfort management system
FR3133790A1 (fr) * 2022-03-26 2023-09-29 Valeo Systemes Thermiques Système de conditionnement thermique
DE102023130532A1 (de) * 2022-11-24 2024-05-29 Hanon Systems System zum Klimatisieren der Luft eines Fahrgastraums eines Kraftfahrzeugs sowie Verfahren zum Betreiben des Systems

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090317697A1 (en) 2008-06-23 2009-12-24 Gm Global Technology Operations, Inc. Vehicular combination chiller bypass system and method
US20170096073A1 (en) 2014-04-29 2017-04-06 Tesla Motors, Inc. Charging station providing thermal conditioning of electric vehicle during charging session

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2992260B1 (fr) 2012-06-26 2015-10-16 Valeo Systemes Thermiques Ensemble de conditionnement d'un habitacle et d'au moins une unite fonctionnelle d'un vehicule.
DE102013008800A1 (de) * 2013-05-24 2014-11-27 Voss Automotive Gmbh Fahrzeugkühlmittelsystem sowie Fahrzeug mit einem solchen
EP3012133B1 (de) * 2014-10-21 2017-10-25 Atieva, Inc. Ev-mehrfachmodus-wärmeregelungssystem
US9758012B2 (en) 2014-10-21 2017-09-12 Atieva, Inc. EV multi-mode thermal management system
DE102017100591B3 (de) * 2017-01-13 2018-05-09 Hanon Systems Kältemittelkreislauf, insbesondere für Kraftfahrzeuge mit Elektro- oder Hybridantrieb und Verfahren zum Betreiben des Kältemittelkreislaufes
CN109228824B (zh) * 2018-10-30 2023-10-31 珠海格力电器股份有限公司 一种基于热泵空调的集成电池、电机、电控的综合热管理系统及其方法
WO2020096786A2 (en) * 2018-11-07 2020-05-14 Cummins Inc. Waste heat recovery power electronics cooling
CN109291763B (zh) * 2018-11-15 2023-09-29 珠海格力电器股份有限公司 一种热泵空调系统及其控制方法和汽车
DE102019100096B4 (de) * 2019-01-04 2021-01-28 Hanon Systems Klimatisierungs- und Batteriekühlanordnung sowie Verfahren zum Betreiben einer Klimatisierungs- und Batteriekühlanordnung

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090317697A1 (en) 2008-06-23 2009-12-24 Gm Global Technology Operations, Inc. Vehicular combination chiller bypass system and method
US20170096073A1 (en) 2014-04-29 2017-04-06 Tesla Motors, Inc. Charging station providing thermal conditioning of electric vehicle during charging session

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112208295A (zh) * 2020-09-22 2021-01-12 艾泰斯热系统研发（上海）有限公司 间接式低温热泵系统
DE102021105089B3 (de) 2021-03-03 2022-02-10 CM Fluids AG Kalorisches Fahrzeugmanagementsystem
EP4052939A1 (de) 2021-03-03 2022-09-07 CM Fluids AG Kalorisches fahrzeugmanagementsystem
CN113370754A (zh) * 2021-06-22 2021-09-10 一汽解放汽车有限公司 一种取暖系统及汽车
CN113993731A (zh) * 2021-09-17 2022-01-28 上海汽车集团股份有限公司 车辆热管理系统及车辆热管理方法
CN113993731B (zh) * 2021-09-17 2024-03-08 上海汽车集团股份有限公司 车辆热管理系统及车辆热管理方法
FR3128409A1 (fr) * 2021-10-26 2023-04-28 Valeo Systemes Thermiques Systeme de gestion thermique pour vehicule hybride ou electrique
WO2023072587A1 (fr) * 2021-10-26 2023-05-04 Valeo Systemes Thermiques Systeme de gestion thermique pour vehicule hybride ou electrique
DE102021132036A1 (de) 2021-12-06 2023-06-07 Audi Aktiengesellschaft Kühlanordnung zum Kühlen einer Batterie eines Kraftfahrzeugs, Kraftfahrzeug und Verfahren zum Betreiben einer Kühlanordnung
WO2023104474A1 (de) 2021-12-06 2023-06-15 Audi Ag Kühlanordnung zum kühlen einer batterie eines kraftfahrzeugs, kraftfahrzeug und verfahren zum betreiben einer kühlanordnung
DE102021132036B4 (de) 2021-12-06 2024-01-25 Audi Aktiengesellschaft Kühlanordnung zum Kühlen einer Batterie eines Kraftfahrzeugs, Kraftfahrzeug und Verfahren zum Betreiben einer Kühlanordnung
DE102022213181A1 (de) 2022-11-11 2024-05-16 Mahle International Gmbh Batterieelektrisches Fahrzeug

Also Published As

Publication number Publication date
KR102277723B1 (ko) 2021-07-16
KR20200096866A (ko) 2020-08-14
US11446978B2 (en) 2022-09-20
CN111532098A (zh) 2020-08-14
CN111532098B (zh) 2023-05-30
US20200247212A1 (en) 2020-08-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102019100096B4 (de) Klimatisierungs- und Batteriekühlanordnung sowie Verfahren zum Betreiben einer Klimatisierungs- und Batteriekühlanordnung
DE102020100428A1 (de) Klimatisierungs- und Batteriekühlanordnung mit hoher Kälteleistung und passiver Batteriekühlung sowie Verfahren zum Betreiben einer Klimatisierungs- und Batteriekühlanordnung
DE102019109796A1 (de) Wärmestrommanagementvorrichtung und Verfahren zum Betreiben einer Wärmestrommanagementvorrichtung
DE102014100555B4 (de) Wärmepumpensystem zur verwendung in einem fahrzeug
DE102013105747B4 (de) Vorrichtungen zur Wärmeverteilung in einem Kraftfahrzeug
DE102019125197A1 (de) Wärmepumpensystem für ein fahrzeug
DE102020107111A1 (de) Wärmepumpenanordnung für Fahrzeuge mit einem Fahrzeugkabinenheizkreislauf und einem Batterieheizkreislauf
DE102016121362A1 (de) Vorrichtung zur Wärmeverteilung in einem Kraftfahrzeug und Verfahren zum Betreiben der Vorrichtung
DE102014226346A1 (de) Wärmesystem für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug
DE102016006682B4 (de) Verfahren zum Betreiben einer Klimaanlage eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs sowie Klimaanlage zur Durchführung des Verfahrens
DE102011076737A1 (de) Vorrichtung zur Bereitstellung elektrischer Energie
DE102012024080A1 (de) Fahrzeug mit Elektromotor
DE102015016241B4 (de) Elektrisch angetriebenes Fahrzeug mit einem Kühlsystem
DE102012019005A1 (de) Thermisches Konditionieren eines, insbesondere einen Elektroantrieb aufweisenden Kraftfahrzeugs
DE102018117099A1 (de) Thermisches System eines Kraftfahrzeugs und Verfahren zum Betreiben des thermischen Systems
DE102021113140B4 (de) System zum Klimatisieren einer Luft eines Fahrgastraums und zur Wärmeübertragung mit Komponenten eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs sowie Verfahren zum Betreiben des Systems
DE102015212726A1 (de) Wärmesystem für ein Fahrzeug und Verfahren zur Klimatisierung eines Fahrzeugs
DE102013009749A1 (de) Vorrichtung zum Kühlen bzw. Temperieren einer Traktions-Stromquelle und von Elektronik-Komponenten eines mit elektrischem Strom antreibbaren Fahrzeugs
DE102015222703A1 (de) Ladestation zum Aufladen von Energiespeichern von Kraftwagen sowie Speichereinrichtung für einen Kraftwagen
DE102016104733A1 (de) Energieableitung bei elektrisch betriebenem Fahrzeug
DE102020130911B3 (de) Kältemittelkreislauf für eine Fahrzeugklimaanlage
DE102011051624A1 (de) Kühlsystem zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug
DE102016203045A1 (de) Temperiereinrichtung zum Temperieren eines Innenraums eines Fahrzeugs sowie Verfahren zum Betreiben einer solchen Temperiereinrichtung
DE102020117471A1 (de) Wärmepumpenanordnung mit indirekter Batterieerwärmung für batteriebetriebene Kraftfahrzeuge und Verfahren zum Betreiben einer Wärmepumpenanordnung
DE112020003706T5 (de) Integrierter Wärmemanagementkreislauf für ein Fahrzeug

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R081 Change of applicant/patentee

Owner name: MAGNA STEYR FAHRZEUGTECHNIK GMBH & CO KG, AT

Free format text: FORMER OWNER: HANON SYSTEMS, DAEJEON, KR

Owner name: MAGNA STEYR FAHRZEUGTECHNIK AG & CO. KG, AT

Free format text: FORMER OWNER: HANON SYSTEMS, DAEJEON, KR

R082 Change of representative

Representative=s name: RAUSCH, GABRIELE, DIPL.-PHYS. DR.RER.NAT., DE

R081 Change of applicant/patentee

Owner name: MAGNA STEYR FAHRZEUGTECHNIK GMBH & CO KG, AT

Free format text: FORMER OWNER: MAGNA STEYR FAHRZEUGTECHNIK AG & CO. KG, GRAZ, AT

R016 Response to examination communication