DE102020206268A1 - Thermomanagementsystem für eine Batterie eines Kraftfahrzeugs und Verfahren für ein Thermomanagement für eine Batterie eines Kraftfahrzeugs - Google Patents

Thermomanagementsystem für eine Batterie eines Kraftfahrzeugs und Verfahren für ein Thermomanagement für eine Batterie eines Kraftfahrzeugs Download PDF

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Abstract

Um ein Thermomanagementsystem für eine Batterie eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Elektrofahrzeugs oder eines batterieelektrischen Fahrzeugs oder eines Hybridelektrokraftfahrzeugs, bereitzustellen, welches eine geringe Anzahl von Bauteilen, ein geringes Gewicht und eine geringe Komplexität aufweist, wird bei einem Thermomanagementsystem (100) für eine Batterie (10) eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Elektrofahrzeugs oder eines batterieelektrischen Fahrzeugs oder eines Hybridelektrokraftfahrzeugs, umfassend eine Steuereinheit (11), einen ersten Kühlmittelkreislauf (12), wobei der erste Kühlmittelkreislauf (12) eine Batterie (10), einen Chiller (15) und eine erste Pumpe (16) aufweist, und einen zweiten Kühlmittelkreislauf (13), wobei der zweite Kühlmittelkreislauf (13) einen Zuheizer (17), einen Heizwärmetauscher (18) und eine zweite Pumpe (19) aufweist, wobei der erste Kühlmittelkreislauf (12) und der zweite Kühlmittelkreislauf (13) über eine Kopplungsvorrichtung (20) thermisch oder thermisch-fluidisch miteinander gekoppelt sind, vorgeschlagen, dass die Steuereinheit (11) ausgebildet ist, die Leistungen der ersten Pumpe (16) und der zweiten Pumpe (19) zur Erfüllung der Anforderungen an ein Thermomanagement zu regeln.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Thermomanagementsystem für eine Batterie eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Elektrofahrzeugs oder eines batterieelektrischen Fahrzeugs oder eines Hybridelektrokraftfahrzeugs, umfassend eine Steuereinheit, einen ersten Kühlmittelkreislauf, wobei der erste Kühlmittelkreislauf eine Batterie, einen Chiller und eine erste Pumpe aufweist, und einen zweiten Kühlmittelkreislauf, wobei der zweite Kühlmittelkreislauf einen Zuheizer, einen Heizwärmetauscher und eine zweite Pumpe aufweist, wobei der erste und der zweite Kühlmittelkreislauf über eine Kopplungsvorrichtung thermisch oder thermisch-fluidisch miteinander gekoppelt sind.
  • Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren für ein Thermomanagement für eine Batterie eines Kraftfahrzeugs sowie ein Kraftfahrzeug mit einem Thermomanagementsystem.
  • Aus der DE 10 2016 015 455 A1 ist ein Temperierungssystem für einen elektrischen Antrieb eines Kraftwagens mit einem ersten Kreislauf, in welchem ein Arbeitsmedium zur Temperierung einer Batterie des elektrischen Antriebes zirkuliert, und mit einer Heizeinrichtung, mittels welcher das Arbeitsmedium im ersten Kreislauf beheizbar ist, bekannt, wobei die Heizeinrichtung einen zweiten Kreislauf umfasst, in welchem zur Temperierung wenigstens eines Elektromotors ein Arbeitsmedium zirkuliert, durch welchen das Arbeitsmedium des ersten Kreislaufs über einen Wärmetauscher beheizbar ist.
  • Die DE 10 2017 201 202 A1 offenbart eine Abwärmenutzungseinrichtung für ein Elektrofahrzeug, welches einen Elektromotor zum Antreiben des Elektrofahrzeugs und eine Batterie zum Versorgen des Elektromotors mit elektrischer Energie umfasst. Die Abwärmenutzungseinrichtung umfasst einen ersten Kühlmittelkreislauf zum Kühlen des Elektromotors, einen zweiten Kühlmittelkreislauf zum Kühlen der Batterie und einen Klimatisierungskreislauf zum Klimatisieren eines Fahrzeuginnenraums des Elektrofahrzeugs. Ferner umfasst die Abwärmenutzungseinrichtung einen ersten Chiller, mittels welchem Wärme vom ersten Kühlmittelkreislauf in den Klimatisierungskreislauf übertragbar ist, und einen zweiten Chiller, mittels welchem Wärme vom zweiten Kühlmittelkreislauf in den Klimatisierungskreislauf übertragbar ist.
  • Aus der Druckschrift DE 10 2018 108 713 ist ein Wärmemanagementsystem für eine Batterie bekannt. Das Wärmemanagementsystem umfasst eine Batterie, die mit einer Batteriekühlmittelleitung verbunden ist, durch die ein Kühlmittel zirkuliert, eine Kühlungsvorrichtung, die ein in einem Radiator gekühltes Kühlmittel über eine Radiatorkühlmittelleitung zirkuliert, und ein Zentralisierte-Energie (CE) - Modul, welches über die Batteriekühlmittelleitung mit der Batterie verbunden ist. Wahlweise wird ein Hochtemperaturkühlmittel oder ein Niedrigtemperaturkühlmittel zugeführt.
  • Das Thermomanagement für elektrische Fahrzeuge ist durch die verschiedenen Anforderungen und das notwendige Zusammenspiel von Kühlmittelkreisläufen und Kältemittelkreisläufen zunehmen komplex geworden. Die Komplexität führt sowohl zu erhöhten Entwicklungsaufwänden als auch zu einer Vielzahl zusätzlicher Bauteile, Schaltelemente und Verbindungselemente, mit zusätzlichen Kosten und Gewicht.
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Thermomanagementsystem für eine Batterie eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Elektrofahrzeugs oder eines batterieelektrischen Fahrzeugs oder eines Hybridelektrokraftfahrzeugs, bereitzustellen, welches eine geringe Anzahl von Bauteilen, ein geringes Gewicht und eine geringe Komplexität aufweist.
  • Zur Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe wird ein Thermomanagementsystem für eine Batterie eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Elektrofahrzeugs oder eines batterieelektrischen Fahrzeugs oder eines Hybridelektrokraftfahrzeugs, vorgeschlagen, umfassend eine Steuereinheit, einen ersten Kühlmittelkreislauf, wobei der erste Kühlmittelkreislauf eine Batterie, einen Chiller und eine erste Pumpe aufweist, und einen zweiten Kühlmittelkreislauf, wobei der zweite Kühlmittelkreislauf einen Zuheizer, einen Heizwärmetauscher und eine zweite Pumpe aufweist, wobei der erste und der zweite Kühlmittelkreislauf über eine Kopplungsvorrichtung thermisch oder thermisch-fluidisch miteinander gekoppelt sind, wobei ferner vorgesehen ist, dass die Steuereinheit ausgebildet ist, die Leistungen der ersten Pumpe und der zweiten Pumpe zur Erfüllung der Anforderungen an ein Thermomanagement zu regeln.
  • Der erste Kühlmittelkreislauf und der zweite Kühlmittelkreislauf umfassen bevorzugt Kühlmittelleitungen für ein Kühlfluid, insbesondere für ein Kühlmittel oder eine Kühlflüssigkeit.
  • Anstatt der Bezeichnung Chiller können auch die Bezeichnungen „Kühlmittel-Kältemittel-Wärmeübertrager“ oder allgemeiner „Kältemaschine“ verwendet werden. Der erste Kühlmittelkreislauf und der zweite Kühlmittelkreislauf können ein Kühlmittel oder eine Kühlflüssigkeit beinhalten, beispielsweise kann das Kühlmittel Wasser oder eine Wasser-Glykol-Mischung oder ein anderes geeignetes Kühlmittel sein. Da mittels des Kühlmittels thermische Energie transportiert wird, können der erste Kühlmittelkreislauf und/oder der zweite Kühlmittelkreislauf gegebenenfalls auch in einem Heizmodus betrieben werden.
  • Die Kopplungsvorrichtung sorgt für eine thermische oder eine thermisch-fluidische Kopplung des ersten Kühlmittelkreislaufs und des zweiten Kühlmittelkreislaufs. Unter einer thermischen Kopplung wird eine Kopplung verstanden, in der thermische Energie von dem ersten Kühlmittelkreislauf auf den zweiten Kühlmittelkreislauf oder umgekehrt übertragen wird, ohne dass ein Austausch eines Fluids, insbesondere eines Kühlmittels oder einer Kühlflüssigkeit, zwischen dem ersten Kühlmittelkreislauf und dem zweiten Kühlmittelkreislauf stattfindet.
  • Unter einer thermisch-fluidischen Kopplung des ersten Kühlmittelkreislaufs und des zweiten Kühlmittelkreislaufs wird eine Kopplung der beiden Kühlmittelkreisläufe verstanden, bei der eine Übertragung thermischer Energie zwischen dem ersten Kühlmittelkreislauf und dem zweiten Kühlmittelkreislauf erfolgt, indem ein Fluid, insbesondere ein Kühlmittel oder eine Kühlflüssigkeit, von einem Kühlmittelkreislauf auf den anderen Kühlmittelkreislauf übertragen wird.
  • Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass die Anforderungen an ein Thermomanagement für die Batterie des Kraftfahrzeugs dadurch erfüllt werden, dass die Steuereinheit die Leistung der ersten Pumpe und der zweiten Pumpe regelt. Durch die Regelung der Leistungen der ersten Pumpe und der zweiten Pumpe können die Volumenströme des Kühlmittels in dem ersten Kühlmittelkreislauf und dem zweiten Kühlmittelkreislauf und damit die Verteilung thermischer Energie und/oder die Temperaturverteilung in den Kühlmittelkreisläufen geregelt werden.
  • Bevorzugt umfassen der erste Kühlmittelkreislauf und/oder der zweite Kühlmittelkreislauf keine aktiven Schaltelemente, mit Ausnahme gegebenenfalls thermostatischer Schaltelemente.
  • Dadurch, dass die Erfüllung der Anforderungen an das Thermomanagement durch die Regelung der Leistungen der ersten Pumpe und/oder der zweiten Pumpe erfolgt, kann die Anzahl an Schaltelementen oder Verbindungselementen in den Kühlmittelkreisläufen verringert werden. Die Komplexität in der Auslegung und das Gewicht werden reduziert. Die Herstellungskosten werden verringert.
  • Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass das Thermomanagement die Verteilung einer Heizleistung, bevorzugt einer Heizleistung des Zuheizers, auf die Batterie und/oder den Heizwärmetauscher umfasst.
  • Die Heizleistung wird vorzugsweise im Wesentlichen oder vollständig von dem Zuheizer bereitgestellt.
  • Die Verteilung der Heizleistung auf die Batterie und/oder den Wärmetauscher erfolgt dann dadurch, dass die Steuereinheit die Leistung der ersten Pumpe und/oder der zweiten Pumpe regelt.
  • Mit weiterem Vorteil kann vorgesehen sein, dass das Thermomanagement die Einstellung einer Temperaturspreizung über die Batterie und/oder über den Heizwärmetauscher umfasst.
  • Die Einstellung der Temperaturspreizung über die Batterie und/oder über den Heizwärmetauscher erfolgt dann dadurch, dass die Steuereinheit die Leistung der ersten Pumpe und/oder der zweiten Pumpe regelt.
  • So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Temperaturspreizung, das heißt die Temperaturdifferenz vor und nach der Batterie ca. 5 K beträgt und/oder dass die Temperaturspreizung, das heißt die Temperaturdifferenz vor und nach dem Heizwärmetauscher ca. 15 K beträgt. Durch Regelung der Leistung der ersten Pumpe und der zweiten Pumpe kann dafür gesorgt werden, dass die Temperaturspreizung über die Batterie und/oder den Heizwärmetauscher auf diese oder andere vorteilhafte Werte eingestellt wird. Zur Ermittlung der Temperaturspreizung beziehungsweise der Temperaturdifferenz können im ersten Kühlmittelkreislauf direkt vor und nach der Batterie Thermosensoren vorgesehen sein. Ebenso können im zweiten Kühlmittelkreislauf Thermosensoren direkt vor oder nach dem Heizwärmetauscher vorgesehen sein.
  • Grundsätzlich ist es auch möglich, dass Thermosensoren in Strömungsrichtung eines Kühlmittels vor oder nach dem Heizwärmetauscher und/oder vor oder nach dem Chiller angeordnet sind.
  • Mit besonderem Vorteil ist vorgesehen, dass der Zuheizer ein Hochvolt-Heizer (HV-Heizer), insbesondere ein Hochvolt-PTC-Heizer (HV-PTC-Heizer), ist.
  • Derartige elektrische Heizelemente werden insbesondere bei Elektrofahrzeugen oder batterieelektrischen Fahrzeugen eingesetzt, da in diesen Fahrzeugen nicht die Abwärme eines Verbrennungsmotors zum Erwärmen der Batterie verwendet werden kann.
  • Mit weiterem Vorteil kann vorgesehen sein, dass der zweite Kühlmittelkreislauf ein Heizkreislauf zur Beheizung, bevorzugt ein Klimakreislauf zur Klimatisierung, eines Fahrgastraumes eines Kraftfahrzeugs ist.
  • Entsprechend kann über den Heizwärmetauscher im zweiten Kühlmittelkreislauf Wärmeenergie, bevorzugt von dem Zuheizer erzeugte Wärmeenergie, in den Fahrgastraum des Kraftfahrzeugs abgegeben werden.
  • Da die Kopplungsvorrichtung für eine thermische oder thermisch-fluidische Kopplung zwischen dem ersten Kühlmittelkreislauf und dem zweiten Kühlmittelkreislauf sorgt, ist die Kopplungsvorrichtung folglich in beiden Kühlmittelkreislaufläufen zumindest teilweise angeordnet.
  • Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Kopplungsvorrichtung im Vorlauf des Chillers in Strömungsrichtung vor der Batterie angeordnet ist.
  • Unter dem Vorlauf des Chillers wird jener Kühlmittelstrang verstanden, welcher an der Austrittsseite des Chillers angeordnet ist. Der Rücklauf des Chillers ist jener Kühlmittelstrang, welcher an der Eintrittsseite des Chillers angeordnet ist. Im Betrieb des Chillers ist somit in der Regel die Kühlmitteltemperatur im Vorlauf geringer als im Rücklauf.
  • Unter dem Vorlauf des Zuheizers wird jener Kühlmittelstrang verstanden, welcher an der Austrittsseite des Zuheizers angeordnet ist.
  • Der Rücklauf des Zuheizers ist jener Kühlmittelstrang, welcher an der Eintrittsseite des Zuheizers angeordnet ist. Im Betrieb des Zuheizers ist somit in der Regel die Kühlmitteltemperatur im Vorlauf höher als im Rücklauf.
  • Die Batterie befindet sich zwischen dem Vorlauf und dem Rücklauf des Chillers, d.h die Batterie stellt den Übergang vom Vorlauf in den Rücklauf des Chillers dar.
  • Analog befindet sich der Heizwärmetauscher zwischen dem Vorlauf und dem Rücklauf des Zuheizers, d.h der Heizwärmetauscher stellt den Übergang vom Vorlauf in den Rücklauf des Zuheizers dar.
  • Ferner kann bevorzugt vorgesehen sein, dass die erste Pumpe im Vorlauf des Chillers in Strömungsrichtung vor der Batterie, weiter bevorzugt vor oder hinter der Kopplungsvorrichtung, angeordnet ist.
  • Mit weiterem Vorteil kann vorgesehen sein, dass die Kopplungsvorrichtung im Vorlauf des Zuheizers in Strömungsrichtung vor dem Heizwärmetauscher angeordnet ist, oder dass die Kopplungsvorrichtung im Rücklauf des Zuheizers in Strömungsrichtung nach dem Heizwärmetauscher angeordnet ist.
  • Mit weiterem Vorteil kann vorgesehen sein, dass die zweite Pumpe im Vorlauf des Zuheizers, bevorzugt in Strömungsrichtung vor oder nach der Kopplungsvorrichtung, angeordnet ist, oder dass die zweite Pumpe im Rücklauf des Zuheizers, bevorzugt in Strömungsrichtung vor oder nach der Kopplungsvorrichtung, angeordnet ist.
  • Weiter kann bevorzugt vorgesehen sein, dass die Kopplungsvorrichtung eine Leitungsverbindung zur Leitung eines Kühlmittels zwischen dem zweiten Kühlmittelkreislauf und dem ersten Kühlmittelkreislauf umfasst, und wobei die Kopplungsvorrichtung Regelungsmittel zur Regelung eines Volumenstroms eines Kühlmittels zwischen dem zweiten Kühlmittelkreislauf und dem ersten Kühlmittelkreislauf umfasst.
  • In diesem Fall ist die Kopplungsvorrichtung bevorzugt für eine thermisch-fluidische Kopplung des ersten Kühlmittelkreislaufes und des zweiten Kühlmittelkreislaufes ausgebildet, wobei ein Kühlmittel von dem zweiten Kühlmittelkreislauf in den ersten Kühlmittelkreislauf durch die Leitungsverbindung strömen kann.
  • Die Regelungsmittel können die Steuereinheit, die erste Pumpe und die zweite Pumpe umfassen.
  • Ferner kann vorgesehen sein, dass die Regelungsmittel ein Rückschlagventil umfassen, wobei eine Durchflussrichtung des Rückschlagventils vom zweiten Kühlmittelkreislauf zum ersten Kühlmittelkreislauf verläuft, wobei die Steuereinheit ausgebildet ist, durch Einstellung der Leistung der ersten Pumpe und der zweiten Pumpe das Rücklaufventil zu öffnen oder zu schließen und/oder den Volumenstrom des Kühlmittels zwischen dem zweiten Kühlmittelkreislauf und dem ersten Kühlmittelkreislauf einzustellen.
  • Ferner kann bevorzugt eine Kühlmittelrückleitung zur Rückleitung eines Kühlmittels von dem ersten Kühlmittelkreislauf in den zweiten Kühlmittelkreislauf vorgesehen sein.
  • In einer denkbaren Ausgestaltung des Thermomanagementsystems ist die Kopplungsvorrichtung im Vorlauf des Chillers in Strömungsrichtung vor der Batterie angeordnet, und die erste Pumpe ist im Vorlauf des Chillers in Strömungsrichtung vor der Batterie und vor der Kopplungsvorrichtung angeordnet. Ferner ist die Kopplungsvorrichtung im Vorlauf des Zuheizers in Strömungsrichtung vor dem Heizwärmetauscher angeordnet, und die zweite Pumpe ist ebenfalls im Vorlauf des Zuheizers in Strömungsrichtung vor der Kopplungsvorrichtung angeordnet. Die Verbindung der Kühlmittelrückleitung mit dem ersten Kühlmittelkreislauf ist in Strömungsrichtung nach dem Chiller und vor der ersten Pumpe angeordnet, und die Verbindung der Kühlmittelrückleitung mit dem zweiten Kühlmittelkreislauf ist in Strömungsrichtung nach dem Zuheizer und vor der zweiten Pumpe angeordnet. Die Kopplungsvorrichtung weist eine Leitungsverbindung zwischen dem ersten Kühlmittelkreislauf und dem zweiten Kühlmittelkreislauf auf. Die Regelungsmittel umfassen die Steuereinheit, die erste Pumpe, die zweite Pumpe sowie ein in der Leitungsverbindung angeordnetes Rückschlagventil. Die Durchflussrichtung des Rückschlagventils verläuft vom zweiten Kühlmittelkreislauf zum ersten Kühlmittelkreislauf. Die Steuereinheit ist ausgebildet, durch Einstellung der Leistungen der ersten Pumpe und der zweiten Pumpe das Rücklaufventil zu öffnen oder zu schließen und/oder den Volumenstrom des Kühlmittels zwischen dem ersten Kühlmittelkreislauf und dem zweiten Kühlmittelkreislauf einzustellen.
  • In dieser und auch in anderen denkbaren Ausgestaltungen des Thermomanagementsystems können die Anforderungen an das Thermomanagement beispielsweise wie folgend erläutert erfüllt werden.
  • In einem Kühlmodus kann die Batterie über den Chiller gekühlt wird. Dabei wird die erste Pumpe im ersten Kühlmittelkreislauf derart geregelt, dass die Temperaturspreizung über die Batterie zum Beispiel 5 K nicht überschreitet. Die Temperatur im Vorlauf des Chillers unmittelbar vor der Batterie wird dann über den Kältemitteldruck im Chiller geregelt, wobei bei einer hohen Temperatur ein hoher Druck und bei einer niedrigen Temperatur ein niedriger Druck vorgesehen ist. Der Kühlmodus kann mit einer Heizanforderung des Fahrgastraumes kombiniert werden. In diesem Fall regelt die Steuereinheit die zweite Pumpe in dem zweiten Kühlmittelkreislauf derart, dass ein Volumenstrom über den Heizwärmetauscher und den Zuheizer befördert wird, sodass die Temperaturspreizung über den Heizwärmetauscher beispielsweise 15 K nicht überschreitet. Über die Heizleistung des Zuheizers kann die Temperatur nach dem Heizwärmetauscher auf ein Maß geregelt werden, wie dies zum Erreichen der Ausblastemperaturen von zum Beispiel 60 °C notwendig ist.
  • Damit es im Kühlmodus mit oder ohne Heizanforderung für den Fahrgastraum nicht zu einer Vermischung zwischen dem kalten Kühlmittel im ersten Kühlmittelkreislauf und dem heißen Kühlmittel im zweiten Kühlmittelkreislauf kommt, regelt die Steuereinheit die erste Pumpe im ersten Kühlmittelkreislauf so, dass der Druck auf der dem ersten Kühlmittelkreislauf zugewandten Seite des Rückschlagventils größer ist als der Druck auf der dem zweiten Kühlmittelkreislauf zugewandten Seite des Rückschlagventils, sodass das Rückschlagventil geschlossen ist.
  • Ferner kann das Thermomanagementsystem in einem Heizmodus für die Batterie betrieben werden. Im Heizmodus kann vorgesehen sein, dass der Chiller kältemittelseitig nicht durchströmt ist, also funktional einer Leitung gleichzusetzen ist. Die Aufgabe der Regelung durch die Steuereinheit besteht in diesem Fall zum einen darin, die Heizleistung des Zuheizers auf den Heizwärmetauscher und die Batterie zu verteilen, und zum anderen in der Begrenzung der maximalen Temperaturspreizung über die Batterie und den Heizwärmetauscher. Damit heißes Kühlmittel aus dem zweiten Kühlmittelkreislauf in den ersten Kühlmittelkreislauf gelangen kann, werden die erste Pumpe und die zweite Pumpe derart geregelt, dass der Druck auf der dem ersten Kühlmittelkreislauf zugewandten Seite des Rückschlagventils geringer ist als der Druck auf der dem zweiten Kühlmittelkreislauf zugewandten Seite des Rückschlagventils, sodass das Rückschlagventil geöffnet ist. Durch die Einstellung der Leistung der ersten Pumpe durch die Steuereinheit wird die Temperatur vor der Batterie eingestellt. Je höher der Volumenstrom des Kühlmittels durch die erste Pumpe ist, desto mehr Kühlmittel wird über den Chiller ungeheizt wieder durch die Batterie gefördert. Durch Erhöhung der Leistung der zweiten Pumpe im zweiten Kühlmittelkreislauf kann bewirkt werden, dass mehr heißes Kühlmittel von dem zweiten Kühlmittelkreislauf in den ersten Kühlmittelkreislauf strömen kann. Dabei kann die Temperaturspreizung über den Heizwärmetauscher berücksichtigt werden. Da die Temperaturspreizung über den Heizwärmetauscher jedoch nur eine Obergrenze ist, kann auch problemlos eine höhere Pumpendrehzahl für die zweite Pumpe gewählt werden. Über die Heizleistung des Zuheizers kann dabei die Temperatur für den Heizwärmetauscher auf ein Maß geregelt werden, wie dies zum Erreichen der Ausblastemperatur notwendig ist. Sollte die Beheizung des Fahrgastraumes nicht notwendig sein, so wird der Heizwärmetauscher luftseitig nicht durchströmt und es wird keine Wärme in den Fahrgastraum abgegeben. Parallel dazu erfolgt die Regelung der beiden Pumpen derart durch die Steuereinheit, dass die zweite Pumpe einen höheren Druck erzeugt als die erste Pumpe, sodass eine Beimischung von erwärmten Kühlmittel aus dem zweiten Kühlmittelkreislauf in den ersten Kühlmittelkreislauf zur Batterie erfolgt.
  • Weiter bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die Regelungsmittel ein 3-2-Wegeventil umfassen, wobei die Steuereinheit ausgebildet ist, durch Einstellung des 3-2-Wegeventils und der Leistung der ersten Pumpe und der zweiten Pumpe den Volumenstrom des Kühlmittels zwischen dem ersten Kühlmittelkreislauf und dem zweiten Kühlmittelkreislauf einzustellen.
  • Das 3-2-Wegeventil dient der Regelung des Kühlmittelaustausches zwischen dem ersten Kühlmittelkreislauf und dem zweiten Kühlmittelkreislauf. Je nach Heizbedarf und den Temperaturen des Kühlmittels in dem ersten Kühlmittelkreislauf und dem zweiten Kühlmittelkreislauf teilt das 3-2-Wegeventil den Volumenstrom zwischen dem ersten Kühlmittelkreislauf und dem zweiten Kühlmittelkreislauf auf. Die Regelung der ersten Pumpe und der zweiten Pumpe und des Zuheizers orientiert sich dabei an dem vorbeschrieben Vorgehen.
  • Mit weiterem Vorteil kann vorgesehen sein, dass die Kopplungsvorrichtung ein Kühlmittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager ist, wobei der erste Kühlmittelkreislauf und der zweite Kühlmittelkreislauf thermisch über den Kühlmittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager gekoppelt sind.
  • Ist das Kühlmittel im ersten Kühlmittelkreislauf und im zweiten Kühlmittelkreislauf Wasser oder eine Wasser-Glykol-Mischung, kann der Kühlmittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager auch als Wasser-Wasser-Wärmeübertrager bezeichnet werden.
  • Weiter ist vorgesehen, dass der erste Kühlmittelkreislauf einen Bypass zum Kühlmittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager umfasst, und dass der erste Kühlmittelkreislauf ein Ventil zur Regelung des Volumenstroms durch den Kühlmittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager und den Bypass aufweist.
  • Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass das Ventil ein Schaltventil oder ein Proportionalventil ist.
  • Das Ventil dient vorteilhafterweise dazu, zwischen einem Heizbetrieb, in welchem der Kühlmittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager von dem Kühlmittel durchströmt wird, und einem Kühlbetrieb, in welchem das Kühlmittel durch den Bypass zum Kühlmittel-Kühlmittel-Wärmetauscher strömt, umzuschalten. Im Heizmodus wird der Kühlmittel-Kühlmittel-Wärmetauscher durchströmt, sodass Wärme vom zweiten Kühlmittelkreislauf aufgenommen und der Batterie zugeführt werden kann.
  • Besonders bevorzugt ist die Verwendung eines Proportionalventils, um das Temperaturniveau vor der Batterie einzustellen. Bei der Verwendung eines Schaltventils kann dies über eine Taktung der Schaltung erfolgen. Über die erste Pumpe im ersten Kühlmittelkreislauf kann bei Verwendung eines Schaltventils im Heizmodus entweder die entnommene Leistung am Kühlmittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager oder die Temperaturspreizung über die Batterie geregelt werden.
  • Bevorzugt ist ein dritter Kühlmittelkreislauf umfassend einen Elektromotor und einen Wärmeübertrager, insbesondere einen Wasser-Luft-Wärmeübertrager, und eine dritte Pumpe vorgesehen, wobei der dritte Kühlmittelkreislauf bevorzugt nicht thermisch und/oder nicht thermisch-fluidisch mit dem ersten Kühlmittelkreislauf oder dem zweiten Kühlmittelkreislauf gekoppelt ist.
  • Der dritte Kühlmittelkreislauf kann zusätzlich eine Leistungselektronik, beliebige Abwärmequellen, ein Ladegerät oder ein Steuergerät aufweisen. Auch der dritte Kühlmittelkreislauf verzichtet bevorzugt auf jegliche aktiv angesteuerten Schaltelemente.
  • Bevorzugt weist der dritte Kühlmittelkreislauf einen Wärmeübertrager-Bypass auf, und es ist ein Thermostartventil zur Regelung eines Volumenstroms eines Kühlmittels durch den Wärmeübertrager und den Wärmeübertrager-Bypass vorgesehen.
  • Die Regelung der dritten Pumpe im dritten Kühlmittelkreislauf erfolgt dabei optimalerweise anhand der Anforderungen der Komponenten im Kreislauf, zum Beispiel der maximalen Temperaturdifferenz zwischen Vorlauf und Rücklauf der Leistungselektronik. Bei dem Elektromotor kann es sich um den Elektromotor zum Antrieb des Kraftfahrzeugs handeln.
  • Eine weitere Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe besteht in der Bereitstellung eines Verfahrens für ein Thermomanagement für eine Batterie eines Kraftfahrzeugs, durchführbar mit einem vorbeschriebenen Thermomanagementsystem, wobei durch Regelung der Leistung der ersten Pumpe und/oder der zweiten Pumpe Anforderungen an ein Thermomanagement erfüllt werden.
  • Sämtliche für das vorbeschriebene Thermomanagementsystem erläuterten Merkmale und Funktionen können in analoger Entsprechung auch auf das Verfahren für ein Thermomanagement übertragen werden.
  • Bevorzugt werden durch Regelung der Leistung der ersten Pumpe und/oder der zweiten Pumpe die Verteilung einer Heizleistung, bevorzugt einer Heizleistung des Zuheizers, auf die Batterie und/oder den Heizwärmetauscher und/oder eine Temperaturspreizung über die Batterie und/oder über den Heizwärmetauscher eingestellt.
  • Eine weitere Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe besteht in der Bereitstellung eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines batterieelektrischen Fahrzeugs, mit einem vorbeschriebenen Thermomanagementsystem.
  • Die Erfindung wird nachstehend näher anhand der beigefügten Figuren erläutert.
  • Es zeigen:
    • 1 ein Thermomanagementsystem mit einem ersten Kühlmittelkreislauf, einem zweiten Kühlmittelkreislauf und einem dritten Kühlmittelkreislauf, wobei eine Kopplungsvorrichtung zwischen dem ersten Kühlmittelkreislauf und dem zweiten Kühlmittelkreislauf ein Rückschlagventil umfasst,
    • 2 ein Thermomanagementsystem mit einem ersten Kühlmittelkreislauf, einem zweiten Kühlmittelkreislauf und einem dritten Kühlmittelkreislauf, wobei eine Kopplungsvorrichtung zwischen dem ersten Kühlmittelkreislauf und dem zweiten Kühlmittelkreislauf einen Kühlmittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager umfasst,
    • 3 ein Thermomanagementsystem mit einem ersten Kühlmittelkreislauf, einem zweiten Kühlmittelkreislauf und einem dritten Kühlmittelkreislauf, wobei eine Kopplungsvorrichtung zwischen dem ersten Kühlmittelkreislauf und dem zweiten Kühlmittelkreislauf ein 3-2-Wegeventil umfasst,
    • 4 ein Thermomanagementsystem nach 1, wobei der dritte Kühlmittelkreislauf mit dem ersten Kühlmittelkreislauf gekoppelt ist,
    • 5 ein Thermomanagementsystem nach 2, wobei der dritte Kühlmittelkreislauf mit dem ersten Kühlmittelkreislauf gekoppelt ist, und
    • 6 ein Thermomanagementsystem nach 3, wobei der dritte Kühlmittelkreislauf mit dem ersten Kühlmittelkreislauf gekoppelt ist.
  • 1 zeigt ein Thermomanagementsystem 100 für eine Batterie 10 eines nicht näher dargestellten Kraftfahrzeugs. Das Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Elektrofahrzeug oder batterieelektrisches Fahrzeug ausgebildet. Das Thermomanagementsystem 100 umfasst eine Steuereinheit 11, einen ersten Kühlmittelkreislauf 12, einen zweiten Kühlmittelkreislauf 13 und einen dritten Kühlmittelkreislauf 14. Der erste Kühlmittelkreislauf 12 umfasst eine Batterie 10, einen Chiller 15 und eine erste Pumpe 16.
  • Der zweite Kühlmittelkreislauf 13 umfasst einen Zuheizer 17, einen Heizwärmetauscher 18 und eine zweite Pumpe 19. Der erste Kühlmittelkreislauf 12 und der zweite Kühlmittelkreislauf 13 sind thermisch-fluidisch über eine Kopplungsvorrichtung 20 gekoppelt. Ferner verbindet eine Kühlmittelrückleitung 21 den ersten Kühlmittelkreislauf 12 und den zweiten Kühlmittelkreislauf 13. Die Kopplungsvorrichtung 20 ist im ersten Kühlmittelkreislauf 12 im Vorlauf 22 des Chillers 15 in Strömungsrichtung vor der Batterie 10 angeordnet, und die erste Pumpe 16 ist im Vorlauf 22 des Chillers 15 in Strömungsrichtung vor der Batterie 10 und vor der Kopplungsvorrichtung 20 angeordnet. Im zweiten Kühlmittelkreislauf 13 ist die Kopplungsvorrichtung 20 im Vorlauf 23 des Zuheizers 17 in Strömungsrichtung vor dem Heizwärmetauscher 18 angeordnet. Die zweite Pumpe 19 ist ebenfalls im Vorlauf 23 des Zuheizers 17 und zudem in Strömungsrichtung vor der Kopplungsvorrichtung 20 angeordnet.
  • Die Kopplungsvorrichtung 20 umfasst eine Leitungsverbindung 24 zwischen dem ersten Kühlmittelkreislauf 12 und dem zweiten Kühlmittelkreislauf 13 sowie Regelungsmittel 25 zur Regelung eines Volumenstroms eines Kühlmittels zwischen dem zweiten Kühlmittelkreislauf 13 und dem ersten Kühlmittelkreislauf 12. Die Regelungsmittel 25 umfassen die Steuereinheit 11, die erste Pumpe 16, die zweite Pumpe 19 und ein Rückschlagventil 26 in der Leitungsverbindung 24, wobei die Durchflussrichtung des Rückschlagventils 26 vom zweiten Kühlmittelkreislauf 13 zum ersten Kühlmittelkreislauf 12 verläuft. Unmittelbar vor und nach der Batterie 10 und dem Zuheizer 17 sowie vor dem Heizwärmetauscher 18 sind Thermosensoren 27 angeordnet.
  • Der dritte Kühlmittelkreislauf 14 umfasst einen Elektromotor 28 zum Antrieb des Kraftfahrzeugs. Ferner sind in dem dritten Kühlmittelkreislauf 14 eine Leistungselektronik 29, ein Ladegerät 30 sowie weitere Abwärmequellen 31 angeordnet. Im dritten Kühlmittelkreislauf 14 sind zudem ein Wärmeübertrager 32, insbesondere ein Wasser-Außenluft-Wärmeübertrager, und ein Wärmeübertrager-Bypass 33 vorgesehen. Ein Thermostatventil 34 in dem dritten Kühlmittelkreislauf 14 ist ausgebildet, den Volumenstrom eines Kühlmittels im dritten Kühlmittelkreislauf 14 je nach Kühlanforderungen durch den Wärmeübertrager 32 oder der Wärmeübertrager-Bypass 33 zu leiten. Der dritte Kühlmittelkreislauf 14 weist keine aktiv angesteuerten Schaltelemente auf. Im dritten Kühlmittelkreislauf 14 ist eine dritte Pumpe 35 angeordnet, welche anhand der Anforderungen der Komponenten im dritten Kühlmittelkreislauf 14, zum Beispiel einer maximalen Temperaturdifferenz zwischen Vor- und Rücklauf der Leistungselektronik 29, geregelt wird. Zur Überwachung der Temperaturen sind auch im dritten Kühlmittelkreislauf 14 Thermosensoren 27 vorgesehen. Der dritte Kühlmittelkreislauf 14 ist nicht thermisch oder thermisch-fluidisch mit dem ersten Kühlmittelkreislauf 12 oder dem zweiten Kühlmittelkreislauf 13 gekoppelt. Diese Trennung ist jedoch nicht zwingend.
  • Bei dem Thermomanagementsystem 100 der 1 sind weder im ersten Kühlmittelkreislauf 12 noch im zweiten Kühlmittelkreislauf 13 aktive Schaltelemente zur Steuerung der Volumenströme eines Kühlmittels in dem ersten Kühlmittelkreislauf 12 oder dem zweiten Kühlmittelkreislauf 13 vorgesehen. Ein Thermomanagement findet stattdessen dadurch statt, dass die Steuereinheit 11 die Leistungen der ersten Pumpe 16 und der zweiten Pumpe 19 regelt.
  • In einem Kühlmodus kann die Batterie 10 über den Chiller 15 gekühlt werden. Dabei wird die erste Pumpe 16 im ersten Kühlmittelkreislauf 12 derart geregelt, dass die Temperaturspreizung über die Batterie 10 zum Beispiel 5 K nicht überschreitet. Die Temperatur im Vorlauf 22 des Chillers 15 unmittelbar vor der Batterie 10 wird dann über den Kältemitteldruck im Chiller 15 geregelt, wobei bei einer hohen Temperatur ein hoher Druck und bei einer niedrigen Temperatur ein niedriger Druck vorgesehen ist. Der Kühlmodus kann mit einer Heizanforderung eines Fahrgastraumes des Kraftfahrzeugs kombiniert werden. In diesem Fall regelt die Steuereinheit 11 die zweite Pumpe 19 in dem zweiten Kühlmittelkreislauf 13 derart, dass ein Volumenstrom über den Heizwärmetauscher 18 und den Zuheizer 17 gefördert wird, sodass die Temperaturspreizung über den Heizwärmetauscher 18 beispielsweise 15 K nicht überschreitet. Die Temperaturspreizung kann über die Thermosensoren 27 vor und nach dem Heizwärmetauscher 18 oder unter Vernachlässigung der Wärmeverluste in den Leitungen des zweiten Kühlmittelkreislaufes 13 mit den Thermosensoren 27 vor und nach dem Zuheizer 17 überwacht werden. Über die Heizleistung des Zuheizers 17 kann die Temperatur nach dem Heizwärmetauscher 18 auf ein Maß geregelt werden, wie dies zum Erreichen der Ausblastemperaturen von zum Beispiel 60 °C notwendig ist. Falls keine Heizanforderung des Fahrgastraums vorliegt, so muss die zweite Pumpe 19 nicht betrieben werden.
  • Damit es im Kühlmodus mit oder ohne Heizanforderung für den Fahrgastraum nicht zu einer Vermischung zwischen dem kalten Kühlmittel im ersten Kühlmittelkreislauf 12 und dem heißen Kühlmittel im zweiten Kühlmittelkreislauf 13 kommt, regelt die Steuereinheit 11 die erste Pumpe 16 im ersten Kühlmittelkreislauf 12 so, dass der Druck auf der dem ersten Kühlmittelkreislauf 12 zugewandten Seite des Rückschlagventils 26 größer ist als der Druck auf der dem zweiten Kühlmittelkreislauf 13 zugewandten Seite des Rückschlagventils 26, sodass das Rückschlagventil 26 geschlossen ist.
  • Ferner kann das Thermomanagementsystem 100 in einem Heizmodus für die Batterie 10 betrieben werden. Im Heizmodus kann vorgesehen sein, dass der Chiller 15 kältemittelseitig nicht durchströmt ist, also funktional einer Leitung gleichzusetzen ist. Die Aufgabe der Regelung durch die Steuereinheit 11 besteht in diesem Fall zum einen darin, die Heizleistung des Zuheizers 17 auf den Heizwärmetauscher 18 und die Batterie 10 zu verteilen, und zum anderen in der Begrenzung der maximalen Temperaturspreizung über die Batterie 10 und den Heizwärmetauscher 18. Damit heißes Kühlmittel aus dem zweiten Kühlmittelkreislauf 13 in den ersten Kühlmittelkreislauf 12 gelangen kann, werden die erste Pumpe 16 und die zweite Pumpe 19 derart geregelt, dass der Druck auf der dem ersten Kühlmittelkreislauf 12 zugewandten Seite des Rückschlagventils 26 kleiner ist als der Druck auf der dem zweiten Kühlmittelkreislauf 13 zugewandten Seite des Rückschlagventils 26, sodass das Rückschlagventil 26 geöffnet ist. Durch die Einstellung der Leistung der ersten Pumpe 16 durch die Steuereinheit 11 wird die Temperatur vor der Batterie 10 eingestellt. Je höher der Volumenstrom des Kühlmittels durch die erste Pumpe 16 ist, desto mehr Kühlmittel wird über den Chiller 15 ungeheizt wieder durch die Batterie 10 gefördert. Durch Erhöhung der Leistung der zweiten Pumpe 19 im zweiten Kühlmittelkreislauf 13 kann bewirkt werden, dass mehr heißes Kühlmittel von dem zweiten Kühlmittelkreislauf 13 in den ersten Kühlmittelkreislauf 12 strömen kann. Dabei kann die Temperaturspreizung über den Heizwärmetauscher 18 berücksichtigt werden. Da die Temperaturspreizung über den Heizwärmetauscher 18 jedoch nur eine Obergrenze ist, kann auch problemlos eine höhere Pumpendrehzahl für die zweite Pumpe 19 gewählt werden. Über die Heizleistung des Zuheizers 17 kann dabei die Temperatur für dem Heizwärmetauscher 18 auf ein Maß geregelt werden, wie dies zum Erreichen der Ausblastemperatur notwendig ist. Sollte die Beheizung des Fahrgastraumes nicht notwendig sein, so wird der Heizwärmetauscher 18 luftseitig nicht durchströmt und es wird keine Wärme in den Fahrgastraum abgegeben. Parallel dazu erfolgt die Regelung der beiden Pumpen 16, 19 derart durch die Steuereinheit 11, dass die zweite Pumpe 19 einen höheren Druck erzeugt als die erste Pumpe 16, sodass eine Beimischung von erwärmten Kühlmittel aus dem zweiten Kühlmittelkreislauf 13 in den ersten Kühlmittelkreislauf 12 zur Batterie 10 erfolgt.
  • 2 zeigt eine weitere Ausgestaltung eines Temperaturmanagementsystems 100 für eine Batterie 10 eines Kraftfahrzeugs. Bei dem Temperaturmanagementsystem 100 der 2 sind der erste Kühlmittelkreislauf 12 und der zweite Kühlmittelkreislauf 13 über eine als Kühlmittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 36 ausgebildete Kopplungsvorrichtung 20 thermisch gekoppelt, jedoch fluidisch getrennt. Der erste Kühlmittelkreislauf 12 weist einen Bypass 37 zum Kühlmittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 36 auf. Ferner ist im ersten Kühlmittelkreislauf 12 ein Ventil 38 zur Regelung des Volumenstroms des Kühlmittels durch den Kühlmittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 36 beziehungsweise den Bypass 37 vorgesehen. Das Ventil 38 ist als Proportionalventil 39 ausgestaltet. Der Kühlmittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 36 ist im Vorlauf 22 des Chillers 15 nach dem Proportionalventil 39 angeordnet. In Strömungsrichtung nach dem Kühlmittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 36 im Vorlauf 22 des Chillers 15 befindet sich die erste Pumpe 16, welche wiederum unmittelbar vor der Batterie 10 angeordnet ist. Der zweite Kühlmittelkreislauf 13 umfasst einen Zuheizer 17 und einen Heizwärmetauscher 18, wobei die zweite Pumpe 19 und der Kühlmittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 36 im Rücklauf 40 des Zuheizers 17 angeordnet sind, und wobei die zweite Pumpe 19 zudem in Strömungsrichtung nach dem Kühlmittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 36 angeordnet ist. Das Proportionalventil 39 im ersten Kühlmittelkreislauf 12 verteilt im Heizmodus und im Kühlmodus für die Batterie 10 den Volumenstrom des Kühlmittels durch den Kühlmittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 36 bzw. durch den Bypass 37. Im Heizmodus wird der Kühlmittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 36 durchströmt, sodass Wärme vom zweiten Kühlmittelkreislauf 13 aufgenommen und der Batterie 10 zugeführt werden kann. Dabei kann durch das Proportionalventil 39 das Temperaturniveau vor der Batterie 10 eingestellt werden. Für den Fall, dass anstelle des Proportionalventils 39 ein Schaltventil verwendet wird, kann die entnommene Leistung am Kühlmittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 36 oder die Temperaturspreizung über die Batterie 10 durch die Taktung der Schaltung des Schaltventils geregelt werden. Wie bereits zu der Ausgestaltung nach 1 beschrieben, stellt der Zuheizer 17 das Temperaturniveau vor dem Heizwärmetauscher 18 ein. Durch den Kältemitteldruck im Chiller 15 wird die Temperatur nach dem Chiller 15 eingestellt. Durch die Steuerung der Leistung der ersten Pumpe 16 und der zweiten Pumpe 19 durch die Steuereinheit 11 wird die Temperaturspreizung über die Batterie 10 und den Heizwärmetauscher 18 eingestellt.
  • 3 zeigt eine dritte Ausgestaltung eines Thermomanagementsystems 100 für eine Batterie 10 eines Kraftfahrzeugs. Der erste Kühlmittelkreislauf 12 und der zweite Kühlmittelkreislauf 13 sind über eine Kopplungsvorrichtung 20 thermisch-fluidisch miteinander verbunden. Die erste Pumpe 16 im ersten Kühlmittelkreislauf 12 ist im Vorlauf 22 des Chillers 15 in Strömungsrichtung vor der Batterie 10 angeordnet. Die zweite Pumpe 19 ist im zweiten Kühlmittelkreislauf 13 im Rücklauf 40 des Zuheizers 17 nach dem Heizwärmetauscher 18 angeordnet. Die Kopplungsvorrichtung 20 ist im Vorlauf 23 des Zuheizers 17 in Strömungsrichtung vor dem Heizwärmetauscher 18 angeordnet. Die Kopplungsvorrichtung 20 umfasst ein 3-2-Wegeventil 41 sowie eine Leitungsverbindung 24 zwischen dem ersten Kühlmittelkreislauf 12 und dem zweiten Kühlmittelkreislauf 13. Über das 3-2-Wegeventil 41, welches zu den Regelungsmitteln 25 gehört, kann der Kühlmittelaustausch zwischen dem zweiten Kühlmittelkreislauf 13 und dem ersten Kühlmittelkreislauf 12 geregelt werden. Eine Kühlmittelrückleitung 21 dient der Rückführung des Kühlmittels vom ersten Kühlmittelkreislauf 12 in den zweiten Kühlmittelkreislauf 13. Ferner ist im ersten Kühlmittelkreislauf 12 ein Rückschlagventil 42 vorgesehen, welches einen Kühlmittelfluss vom Zuheizer 17 zum Chiller 15 verhindert. Je nach Heizbedarf und Kühlmitteltemperaturen teilt das von der Steuereinheit 11 geregelte 3-2-Wegeventil 41 den Volumenstrom des Kühlmittels zwischen dem zweiten Kühlmittelkreislauf 13 und dem ersten Kühlmittelkreislauf 12 auf. Die Regelung der ersten Pumpe 16 und der zweiten Pumpe 19 orientiert sich dabei an dem Beispiel der Thermomanagementsysteme 100 nach den 1 und 2.
  • Die 4 bis 6 zeigen weitere Ausführungsformen des Thermomanagementsystems 100. Gleiche oder entsprechende Elemente sind mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
  • Das Thermomanagementsystem 100 nach 4 entspricht weitestgehend dem Thermomanagementsystem 100 nach 1. Dabei ist jedoch der dritte Kühlmittelkreislauf 14 thermisch-fluidisch über Verbindungsleitungen 43 mit dem ersten Kühlmittelkreislauf 12 verbunden. Im ersten Kühlmittelkreislauf 12 befindet sich ferner ein Proportionalventil 44 zur Steuerung eines Volumenstromes eines Kühlmittels zu dem Chiller 15 oder in den dritten Kühlmittelkreislauf 14. Darüber hinaus ist die Funktionsweise des Thermomanagementsystems 100 nach 4 identisch zu dem Thermomanagementsystem 100 nach 1.
  • Das Thermomanagementsystem 100 nach 5 ist im Wesentlichen identisch zu dem Thermomanagementsystem 100 nach 2. Auch bei dieser Variante ist eine thermisch-fluidische Verbindung über Verbindungsleitungen 43 zwischen dem ersten Kühlmittelkreislauf 12 und dem dritten Kühlmittelkreislauf 14 vorgesehen. Im ersten Kühlmittelkreislauf 12 befindet sich ferner ein Proportionalventil 44 zur Steuerung eines Volumenstromes eines Kühlmittels zu dem Chiller 15 oder in den dritten Kühlmittelkreislauf 14. Darüber hinaus ist die Funktionsweise des Thermomanagementsystems 100 nach 5 identisch zu dem Thermomanagementsystem 100 nach 2.
  • 6 zeigt eine weitere Ausgestaltungsform eines Thermomanagementsystem 100, welche im Wesentlichen identisch zu dem Thermomanagementsystem 100 nach 3 ausgebildet ist. Wie auch bei den Ausgestaltungen des Thermomanagementsystems 100 nach den 4 und 5 ist der erste Kühlmittelkreislauf 12 in dem Thermomanagementsystem 100 nach 6 thermisch-fluidisch mit dem dritten Kühlmittelkreislauf 14 über Verbindungsleitungen 43 verbunden, und es ist ein Proportionalventil 44 zur Steuerung eines Volumenstromes eines Kühlmittels zu dem Chiller 15 oder in den dritten Kühlmittelkreislauf 14 vorgesehen. Darüber hinaus ist die Funktionsweise des Thermomanagementsystems 100 nach 6 identisch zu dem Thermomanagementsystem 100 nach 3.
  • Bezugszeichenliste
    • 100
    Thermomanagementsystem
    10
    Batterie
    11
    Steuereinheit
    12
    Erster Kühlmittelkreislauf
    13
    Zweiter Kühlmittelkreislauf
    14
    Dritter Kühlmittelkreislauf
    15
    Chiller
    16
    Erste Pumpe
    17
    Zuheizer
    18
    Heizwärmetauscher
    19
    Zweite Pumpe
    20
    Kopplungsvorrichtung
    21
    Kühlmittelrückleitung
    22
    Vorlauf
    23
    Vorlauf
    24
    Leitungsverbindung
    25
    Regelungsmittel
    26
    Rückschlagventil
    27
    Thermosensor
    28
    Elektromotor
    29
    Leistungselektronik
    30
    Ladegerät
    31
    Abwärmequelle
    32
    Wasser-Außenluft-Wärmeübertrager
    33
    Wärmeübertrager-Bypass
    34
    Thermostatventil
    35
    Dritte Pumpe
    36
    Kühlmittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager
    37
    Bypass
    38
    Ventil
    39
    Proportionalventil
    40
    Rücklauf
    41
    3-2-Wegeventil
    42
    Rückschlagventil
    43
    Verbindungsleitung
    44
    Proportionalventil
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102016015455 A1 [0003]
    • DE 102017201202 A1 [0004]
    • DE 102018108713 [0005]

Claims (12)

  1. Thermomanagementsystem (100) für eine Batterie (10) eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Elektrofahrzeugs oder eines batterieelektrischen Fahrzeugs oder eines Hybridelektrokraftfahrzeugs, umfassend eine Steuereinheit (11), einen ersten Kühlmittelkreislauf (12), wobei der erste Kühlmittelkreislauf (12) eine Batterie (10), einen Chiller (15) und eine erste Pumpe (16) aufweist, und einen zweiten Kühlmittelkreislauf (13), wobei der zweite Kühlmittelkreislauf (13) einen Zuheizer (17), einen Heizwärmetauscher (18) und eine zweite Pumpe (19) aufweist, wobei der erste Kühlmittelkreislauf (12) und der zweite Kühlmittelkreislauf (13) über eine Kopplungsvorrichtung (20) thermisch oder thermisch-fluidisch miteinander gekoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (11) ausgebildet ist, die Leistungen der ersten Pumpe (16) und der zweiten Pumpe (19) zur Erfüllung der Anforderungen an ein Thermomanagement zu regeln.
  2. Thermomanagementsystem (100) nach Anspruch 1, wobei das Thermomanagement die Verteilung einer Heizleistung, bevorzugt einer Heizleistung des Zuheizers (17), auf die Batterie (10) und/oder den Heizwärmetauscher (18) umfasst, und/oder wobei das Thermomanagement die Einstellung einer Temperaturspreizung über die Batterie (10) und/oder über den Heizwärmetauscher (18) umfasst.
  3. Thermomanagementsystem (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Zuheizer (17) ein Hochvolt-Heizer, insbesondere ein Hochvolt-PTC-Heizer, ist, und/oder wobei der zweite Kühlmittelkreislauf (13) ein Heizkreislauf zur Beheizung, bevorzugt ein Klimakreislauf zur Klimatisierung, eines Fahrgastraumes eines Kraftfahrzeugs ist.
  4. Thermomanagementsystem (100) nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei die Kopplungsvorrichtung (20) im Vorlauf (22) des Chillers (15) in Strömungsrichtung vor der Batterie (10) angeordnet ist, und/oder wobei die erste Pumpe (16) im Vorlauf (22) des Chillers (15) in Strömungsrichtung vor der Batterie (10), bevorzugt vor oder hinter der Kopplungsvorrichtung (20), angeordnet ist.
  5. Thermomanagementsystem (100) nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei die Kopplungsvorrichtung (20) im Vorlauf (23) des Zuheizers (17) in Strömungsrichtung vor dem Heizwärmetauscher (18) angeordnet ist, oder wobei die Kopplungsvorrichtung (20) im Rücklauf (40) des Zuheizers (17) in Strömungsrichtung nach dem Heizwärmetauscher (18) angeordnet ist, und/oder wobei die zweite Pumpe (19) im Vorlauf (23) des Zuheizers (17), bevorzugt in Strömungsrichtung vor oder nach der Kopplungsvorrichtung (20), angeordnet ist, oder wobei die zweite Pumpe (19) im Rücklauf (40) des Zuheizers (17), bevorzugt in Strömungsrichtung vor oder nach der Kopplungsvorrichtung (20), angeordnet ist.
  6. Thermomanagementsystem (100) nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei die Kopplungsvorrichtung (20) eine Leitungsverbindung (24) zur Leitung eines Kühlmittels zwischen dem zweiten Kühlmittelkreislauf (13) und dem ersten Kühlmittelkreislauf (12) umfasst, und wobei die Kopplungsvorrichtung (20) Regelungsmittel (25) zur Regelung eines Volumenstroms eines Kühlmittels zwischen dem zweiten Kühlmittelkreislauf (13) und dem ersten Kühlmittelkreislauf (12) umfasst.
  7. Thermomanagementsystem (100) nach Anspruch 6, wobei die Regelungsmittel (25) ein Rückschlagventil (26) umfassen, wobei eine Durchflussrichtung des Rückschlagventils (26) vom zweiten Kühlmittelkreislauf (13) zum ersten Kühlmittelkreislauf (12) verläuft, wobei die Steuereinheit (11) ausgebildet ist, durch Einstellung der Leistung der ersten Pumpe (16) und der zweiten Pumpe (19) das Rücklaufventil (26) zu öffnen oder zu schließen und/oder den Volumenstrom des Kühlmittels zwischen dem zweiten Kühlmittelkreislauf (13) und dem ersten Kühlmittelkreislauf (12) einzustellen.
  8. Thermomanagementsystem (100) nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Regelungsmittel (25) ein 3-2-Wegeventil (41) umfassen, wobei die Steuereinheit (11) ausgebildet ist, durch Einstellung des 3-2-Wegeventils (41) und der Leistung der ersten Pumpe (16) und der zweiten Pumpe (19) einen Volumenstrom eines Kühlmittels zwischen dem zweiten Kühlmittelkreislauf (13) und dem ersten Kühlmittelkreislauf (12) einzustellen.
  9. Thermomanagementsystem (100) nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei die Kopplungsvorrichtung (20) ein Kühlmittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager (36) ist, wobei der erste Kühlmittelkreislauf (12) und der zweite Kühlmittelkreislauf (13) thermisch über den Kühlmittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager (36) gekoppelt sind, wobei der erste Kühlmittelkreislauf (12) bevorzugt einen Bypass (37) zum Kühlmittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager (36) umfasst, und wobei der erste Kühlmittelkreislauf (12) weiter bevorzugt ein Ventil (38) zur Regelung des Volumenstroms durch den Kühlmittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager (36) und den Bypass (37) aufweist, wobei besonders bevorzugt das Ventil (38) ein Schaltventil oder ein Proportionalventil (39) ist.
  10. Thermomanagementsystem (100) nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei ein dritter Kühlmittelkreislauf (14) umfassend einen Elektromotor (28) und einen Wärmeübertrager, insbesondere einen Wasser-Luft-Wärmeübertrager (32), und eine dritte Pumpe (35) vorgesehen ist, wobei der dritte Kühlmittelkreislauf (14) bevorzugt nicht thermisch und/oder nicht thermisch-fluidisch mit dem ersten Kühlmittelkreislauf (12) oder dem zweiten Kühlmittelkreislauf (13) gekoppelt ist.
  11. Verfahren für ein Thermomanagement für eine Batterie (10) eines Kraftfahrzeugs, geeignet für eine Thermomanagementsystem (100) nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei durch Regelung der Leistung der ersten Pumpe (16) und/oder der zweiten Pumpe (19) Anforderungen an ein Thermomanagement erfüllt werden.
  12. Kraftfahrzeug, insbesondere batterieelektrisches Fahrzeug (BEV) mit einem Thermomanagementsystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 10.
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