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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug aufweisend einen ersten Kühlkreislauf und einen mit dem ersten Kühlkreislauf über einen gemeinsamen Ausgleichsbehälter verbundenen zweiten Kühlkreis, wobei der erste Kühlkreislauf ein Hochtemperaturkühlkreislauf ist und der zweite Kühlkreislauf ein Niedertemperaturkühlkreislauf ist.
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Moderne Kraftfahrzeuge, insbesondere sogenannte Hybrid-Fahrzeuge mit einem Verbrennungsmotor und einer elektrischen Maschine, weisen eine Vielzahl von Komponenten auf, welche im Betrieb gekühlt werden müssen. Hierbei gibt es Komponenten, welche weniger hitzeempfindlich sind und höhere Kühlmitteltemperaturen vertragen oder sogar zum optimalen Betrieb benötigen. Ein Beispiel ist der Verbrennungsmotor. Daneben gibt es aber auch Komponenten, welche geringere Kühlmitteltemperaturen benötigen. Hier sind beispielsweise Komponenten der Elektronik und insbesondere die Batterie zur Versorgung der elektrischen Maschine zu nennen.
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Um all diese Vorgaben an eine effektive Kühlung erfüllen zu können, sind bei modernen Kraftfahrzeugen typischerweise mehrere Kühlkreisläufe, zumindest ein Hochtemperaturkühlkreislauf und ein Niedrigtemperaturkreislauf, vorgesehen. Kühlkreisläufe verfügen üblicherweise über einen Ausgleichsbehälter. Mit diesem können Schwankungen im Kühlmittelfüllstand ausgeglichen werden. Üblich ist auch, dass die Kühlkreisläufe entlüftet werden müssen, wozu Ventile vorgesehen sind.
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Aus dem Stand der Technik ist zwar bereits bekannt, Kühlkreisläufe thermisch zu koppeln und dabei einen Kühlkreislauf mit dem anderen Kühlkreislauf zu kühlen bzw. zu heizen. Dennoch ist typischerweise eine Trennung der Kühlmittel der Kühlkreisläufe vorgesehen. Dazu weist jeder Kühlkreislauf einen eigenen Ausgleichsbehälter sowie ein eigenes Ventil zum Entlüften auf, was Kosten erzeugt, Gewicht vergrößert und Bauraum kostet.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Kraftfahrzeug Verfügung zu stellen, welches die genannten Nachteile des Standes der Technik nicht aufweist, sondern mit weniger Teilen auskommt und dadurch Produktionskosten, Gewicht und Bauraumbedarf reduziert.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Kraftfahrzeug aufweisend einen ersten Kühlkreislauf und einen mit dem ersten Kühlkreislauf über einen gemeinsamen Ausgleichsbehälter verbundenen zweiten Kühlkreis, wobei der erste Kühlkreislauf ein Hochtemperaturkühlkreislauf ist und der zweite Kühlkreislauf ein Niedertemperaturkühlkreislauf ist, wobei das Kraftfahrzeug ein Ventil zum Entlüften des ersten Kühlkreilaufs und zum Entlüften des zweiten Kühlkreilaufs aufweist.
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Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug benötigt durch den von dem ersten Kühlkreislauf und dem zweiten Kühlkreislauf gemeinsam genutzten Ausgleichsbehälter und das von dem ersten Kühlkreislauf und dem zweiten Kühlkreislauf gemeinsam genutzte Ventil deutlich weniger Bauteile. Über den gemeinsamen Ausgleichsbehälter ist ferner eine direkte thermische Kopplung der Kühlkreisläufe möglich, was einen Wärmetauscher zwischen den Kühlkreisläufen überflüssig macht.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen entnehmbar.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Ventil ein aktiv geschaltetes Ventil ist. Ein aktiv geschaltetes Ventil im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ein Ventil, welches ausschließlich auf Anforderung öffnet bzw. schließt. Im Gegensatz zu einem typischen Überdruckventil ist das aktive Ventil unabhängig vom vorliegenden Druck und der herrschenden Temperatur. Denkbar ist, dass das Ventil ein Mehrwegeventil ist, an welchem zumindest der erste Kühlkreislauf, der zweite Kühlkreislauf und der Ausgleichsbehälter angeschlossen sind.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Ventil zum Entlüften des ersten Kühlkreislaufs über eine erste Entlüftungsleitung in den Ausgleichsbehälter und zum Entlüften des zweiten Kühlkreislaufs über eine zweite Entlüftungsleitung in den Ausgleichsbehälter konfiguriert ist. Hierdurch ist es auf vorteilhafte Weise möglich, in den Ausgleichsbehälter zu entlüften.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Kraftfahrzeug eine den ersten Kühlkreislauf mit dem Ausgleichsbehälter, über ein Befüllventil, verbindende erste Befüllleitung und eine den zweiten Kühlkreislauf mit dem Ausgleichsbehälter verbindende zweite Befüllleitung aufweist. Hierdurch ist es auf vorteilhafte Weise möglich, dass Kühlmittel des ersten Kühlkreislaufs und Kühlmittel des zweiten Kühlkreislaufs bei Bedarf im Ausgleichsbehälter vermischt und Kühlmittel zwischen den Kühlkreisläufen ausgetauscht werden kann.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Kraftfahrzeug eine den ersten Kühlkreislauf mit dem Ausgleichsbehälter, vorzugsweise über ein erstes Befüllventil, verbindende erste Befüllleitung und eine den zweiten Kühlkreislauf mit dem Ausgleichsbehälter, vorzugsweise über ein zweites Befüllventil, verbindende zweite Befüllleitung aufweist. Hierdurch ist es auf vorteilhafte Weise möglich, dass Kühlmittel des ersten Kühlkreislaufs und Kühlmittel des zweiten Kühlkreislaufs bei Bedarf im Ausgleichsbehälter vermischt und Kühlmittel zwischen den Kühlkreisläufen ausgetauscht werden kann.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der zweite Kühlkreislauf eine Wärmesenke, insbesondere einen Chiller, aufweist. Hierdurch ist es auf vorteilhafte Weise möglich, die Temperatur des Kühlmittels des zweiten Kühlkreislaufs einzustellen. Denkbar ist, dass die Wärmesenke ein Wärmetauscher zum Wärmeaustausch zwischen dem zweiten Kühlkreislauf und einem Kältekreislauf ist. Denkbar ist zudem, dass der erste Kühlkreislauf einen Kühler aufweist. Hierdurch ist es auf vorteilhafte Weise möglich, die Temperatur des Kühlmittels des ersten Kühlkreislaufs einzustellen. Denkbar ist, dass der Kühler ein Wärmetauscher zum Wärmeaustausch zwischen dem ersten Kühlkreislauf und dem Kältekreislauf oder ein Wasserkühler ist.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der erste Kühlkreislauf ein Kühlkreislauf zum Kühlen eines Verbrennungsmotors ist, wobei der zweite Kühlkreislauf ein Kühlkreislauf zum Kühlen einer Hochvoltbatterie ist. Denkbar ist, dass der zweite Kühlkreislauf ein Kühlkreislauf zum Kühlen weiterer Komponenten eines elektrischen Antriebsstranges ist, insbesondere ist denkbar, dass der zweite Kühlkreislauf ein Kühlkreislauf zum Kühlen von Leistungshalbleitern, Zwischenkreiskondensatoren und/oder einer elektrischen Maschine ist.
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Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung zur Lösung der eingangs formulierten Aufgabe ist ein Verfahren zum Betrieb eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs, wobei der erste Kühlkreislauf und der zweite Kühlkreislauf über das Ventil entlüftet werden. Durch die Verwendung des Ventils als Entlüftung des ersten Kühlkreislaufs und des zweiten Kühlkreislaufs können auf vorteilhafte Weise die Teileanzahl, das Gewicht und die Herstellungskosten des Kraftfahrzeugs reduziert werden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Entlüftung des ersten Kühlkreislaufs und des zweiten Kühlkreislaufs von einem Steuergerät aktiv angefordert wird und von dem Ventil bei einer Anforderung zur Entlüftung des ersten Kühlkreislaufes eine Verbindung der ersten Entlüftungsleitung zum Ausgleichbehälter hergestellt wird und bei einer Anforderung zur Entlüftung des zweiten Kühlkreislaufes eine Verbindung der zweiten Entlüftungsleitung zum Ausgleichsbehälter hergestellt wird. Hierdurch wird auf vorteilhafte Weise die Entlüftung bedarfsgerecht unabhängig von Druck oder Temperatur durchgeführt.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass, vorzugsweise zum Heizen der Hochvoltbatterie, ein Kühlmittel des ersten Kühlkreislaufes mit dem Kühlmittel des zweiten Kühlkreislaufs im Ausgleichsbehälter gemischt wird, wobei vorzugsweise das Kühlmittel aus dem ersten Kühlkreislauf über die erste Befüllleitung dem Ausgleichsbehälter zugeführt wird und dem zweiten Kühlkreislauf über die zweite Befüllleitung Kühlmittel aus dem Ausgleichsbehälter dem zweiten Kühlkreislauf zugeführt wird. Hierdurch ist es auf vorteilhafte Weise möglich, Abwärme des ersten Kühlkreislaufes zu nutzen, um mit dem zweiten Kühlkreislauf zu temperierende Fahrzeugkomponenten, insbesondere die Hochvoltbatterie, auf einer für deren Betrieb optimalen Temperatur zu halten.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist hierzu vorgesehen, dass das Heizen der Hochvoltbatterie bei einem Kaltstart des Kraftfahrzeugs und/oder nach dem Abstellen des Verbrennungsmotors durchgeführt wird. Hierdurch ist es auf vorteilhafte Weise möglich, rasch nach dem Start die Hochvoltbatterie mit voller Leistungsfähigkeit zu betreiben.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Kühlmittel des ersten Kühlkreislaufs durch das Mischen mit dem Kühlmittel des zweiten Kühlkreislaufs und Kühlen mit der Wärmesenke, wie bspw. dem Chiller, des zweiten Kühlkreislaufs gekühlt wird. Hierdurch ist es vorteilhaft möglich, das Kühlmittel des ersten Kühlkreislaufs zusätzlich zu kühlen und Temperaturspitzen effektiv abzumildern.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Kühlmittel des zweiten Kühlkreislaufs durch das Mischen mit dem Kühlmittel des ersten Kühlkreislaufs und Kühlen mit einem Kühler des ersten Kühlkreislaufs gekühlt wird. Hierdurch ist es auf vorteilhafte Weise möglich, dass für den Fall, dass der zweite Kühlkreislauf mit einer höheren Temperatur betrieben wird als der erste Kühlkreislauf, das Kühlmittel des zweiten Kühlkreislaufes mit dem Kühler des ersten Kühlkreislaufes gekühlt werden kann. Denkbar ist, dass die Kühlung des zweiten Kühlkreislaufs mit dem Kühler in besonderen Situationen, etwa bei drohender Überhitzung der Hochvoltbatterie, durchgeführt wird.
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Alle zuvor im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug offenbarten Einzelheiten, Merkmale und Vorteile beziehen sich gleichfalls auf das erfindungsgemäße Verfahren.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Zeichnungen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen anhand der Zeichnungen. Die Zeichnungen illustrieren dabei lediglich beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung, welche den Erfindungsgedanken nicht einschränken.
- 1 illustriert schematisch den ersten Kühlkreislauf und den zweiten Kühlkreislauf eines Kraftfahrzeugs gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 2 illustriert schematisch ein Kraftfahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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1 illustriert schematisch einen ersten Kühlkreislauf 1 und einen zweiten Kühlkreislauf 2 eines Kraftfahrzeugs (siehe 2) gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der erste Kühlkreislauf 1 ist ein Hochtemperaturkreislauf und hier zur Kühlung eines Verbrennungsmotors 10 des Kraftfahrzeugs vorgesehen.
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Wird der Verbrennungsmotor 10 gestartet und ist das Kühlmittel des ersten Kühlkreislaufs 1 noch nicht auf eine erste Solltemperatur gestiegen, so schließt ein Thermostat 15 des ersten Kühlkreislaufs 1. Dies verhindert, dass das Kühlmittel des ersten Kühlkreislaufs 1 in einen Kühler 12 des ersten Kühlkreislaufs 1 gelangt und gekühlt wird. Stattdessen wird das Kühlmittel durch die Abwärme aus dem Verbrennungsmotor 10 geheizt, bis es die Solltemperatur erreicht hat. Ist die geschehen, öffnet der Thermostat 15 und der Kühler 12 hält das Kühlmittel auf der Solltemperatur. Zum Umwälzen des Kühlmittels weist der erste Kühlkreislauf 1 eine erste Pumpe 13 auf.
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Der zweite Kühlkreislauf 2 ist ein Niedertemperaturkühlkreislauf, hier zum Kühlen einer Hochvoltbatterie 11 des Kraftfahrzeugs, insbesondere einer Hochvoltbatterie 11 zu Versorgung einer elektrischen Maschine zum Antrieb des Kraftfahrzeugs. Der zweite Kühlkreislauf 2 weist eine zweite Pumpe 14 zum Umwälzen des Kühlmittels und eine Wärmsenke in Form eines Chillers 9 zum Kühlen des Kühlmittels auf. Der Chiller 9 kann beispielsweise ein Wärmetauscher zum Austausch von Wärme zwischen dem zweiten Kühlkreislauf 2 und einem Kältekreislauf sein.
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Zur Regulierung der Füllstände des ersten Kühlkreislaufs 1 und des zweiten Kühlkreislaufs 2 ist der erste Kühlkreislauf 1 vorzugsweise fluidisch über ein erstes Verbindungsstück 7.1 und eine erste Befüllleitung 7 mit einem Ausgleichsbehälter 3 verbunden und der zweite Kühlkreislauf 2 ist über ein zweites Verbindungsstück 8.1 und eine zweite Befüllleitung 8 ebenfalls mit dem Ausgleichsbehälter 3 verbunden. Das erste Verbindungsstuck 7.1 und/oder das zweite Verbindungstück 8.1. können in einer weiteren Ausführungsform als Befüllventil ausgebildet sein. Im Ausgleichsbehälter 3 vermischt sich das Kühlmittel des ersten Kühlkreislaufs 1 mit dem Kühlmittel des zweiten Kühlkreislaufs 2 direkt, was eine Wärmeübertragung vom ersten Kühlkreislauf 1 zum zweiten Kühlkreislauf 2 ermöglicht. Dies ist beispielsweise beim Abstellen des Kraftfahrzeugs sinnvoll, um die Hochvoltbatterie 11 auf Temperatur zu halten und sicherzustellen, dass die Hochvoltbatterie 11 beim erneuten Starten des Kraftfahrzeugs schnellst möglich ihre maximale Leistungsfähigkeit erreicht.
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Ebenfalls ist es möglich, das Kühlmittel des ersten Kühlkreislaufs 1 im Betrieb des Kraftfahrzeugs zusätzlich zum Kühler 12 mittels Durchmischen im Ausgleichsbehälter 3 mit dem Chiller 9 des zweiten Kühlkreislaufs 2 zu kühlen. Ebenso ist es möglich, das Kühlmittel des zweiten Kühlkreislaufs 2 mit dem Kühler 12 des ersten Kühlkreislauf 1 zu kühlen. Dies kann in Situationen geboten sein, in denen das Kühlmittel des zweiten Kühlkreislaufs 2 wärmer ist als das des ersten Kühlkreislaufs 1 und beispielsweise die Hochvoltbatterie 11 zu überhitzen droht.
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Zur Entlüftung des ersten Kühlkreislaufs 1 und des zweiten Kühlkreislaufs 2 ist ein gemeinsames aktives Ventil 4 vorgesehen. Zum Entlüften weist der erste Kühlkreislauf 1 eine erste Entlüftungsleitung 5 auf, welche den ersten Kühlkreislauf 1 mit dem Ventil 4 verbindet. Zum Entlüften des zweiten Kühlkreislaufs 2 weist dieser eine zweite Entlüftungsleitung 6 auf, welche den zweiten Kühlkreislauf 2 mit dem Ventil 4 verbindet. Das Ventil 4 öffnet auf Anforderung durch ein Steuergerät (nicht gezeigt) aktiv die erste Entlüftungsleitung 5 oder die zweite Entlüftungsleitung 6 hin zum Ausgleichsbehälter 3 um den ersten Kühlkreislauf 1 bzw. den zweiten Kühlkreislauf 2 in den Ausgleichsbehälter 3 zu entlüften.
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Durch die Verbindung der beiden Kühlkreisläufe 1, 2 über den gemeinsamen Ausgleichsbehälter 3 und das gemeinsame Ventil 4 ergibt sich nicht nur die vorteilhafte Möglichkeit des direkten Wärmeaustauschs durch Durchmischen der Kühlmittel, sondern auch eine Einsparung bei der Teilezahl und damit des Gewichtes und der Produktionskosten.
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2 illustriert schematisch ein Kraftfahrzeug 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- erster Kühlkreislauf
- 2
- zweiter Kühlkreislauf
- 3
- Ausgleichsbehälter
- 4
- Ventil
- 5
- erste Entlüftungsleitung
- 6
- zweite Entlüftungsleitung
- 7
- erste Befüllleitung
- 7.1
- erstes Verbindungsstück oder Befüllventil
- 8
- Befüllleitung
- 8.1
- zweites Verbindungsstück oder Befüllventil
- 9
- Chiller
- 10
- Verbrennungsmotor
- 11
- Hochvoltbatterie
- 12
- Kühler
- 13
- erste Pumpe
- 14
- zweite Pumpe
- 15
- Thermostat
- 100
- Kraftfahrzeug
