DE102020206727A1 - Thermal management system for a battery of a motor vehicle, and method for thermal management for a battery of a motor vehicle - Google Patents
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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 vergleichsweise geringe Komplexität in der Auslegung, ein geringes Gewicht und verringerte Herstellungskosten aufweist, wird bei einem Thermomanagementsystem (100) für eine Batterie (10) eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Elektrofahrzeugs oder eines batterieelektrischen Fahrzeugs oder eines Hybridelektrokraftfahrzeugs, umfassend einen ersten Kühlmittelkreislauf (11), wobei der erste Kühlmittelkreislauf (11) eine Batterie (10), einen Chiller (12) und eine erste Pumpe (13) aufweist, und einen zweiten Kühlmittelkreislauf (14), wobei der zweite Kühlmittelkreislauf (14) einen Zuheizer (15), einen Heizwärmetauscher (16) und eine zweite Pumpe (17) aufweist, und einen dritten Kühlmittelkreislauf (18), wobei der dritte Kühlmittelkreislauf (18) einen Wärmeübertrager (20), insbesondere einen Wasser-Luft-Wärmeübertrager (20a), und eine dritte Pumpe (21) aufweist, wobei ferner ein Vier-Wege-Ventil (27) vorgesehen ist, vorgeschlagen, dass der erste Kühlmittelkreislauf (11) thermisch-fluidisch wahlweise mit dem zweiten Kühlmittelkreislauf (14) und/oder dem dritten Kühlmittelkreislauf (18) durch Schaltung des Vier-Wege-Ventils (27) koppelbar ist.A thermal management system (100) for a battery ( 10) of a motor vehicle, in particular an electric vehicle or a battery-electric vehicle or a hybrid electric vehicle, comprising a first coolant circuit (11), the first coolant circuit (11) having a battery (10), a chiller (12) and a first pump (13) , and a second coolant circuit (14), the second coolant circuit (14) having an auxiliary heater (15), a heating heat exchanger (16) and a second pump (17), and a third coolant circuit (18), the third coolant circuit (18 ) a heat exchanger (20), ins in particular a water-air heat exchanger (20a), and a third pump (21), with a four-way valve (27) also being provided, proposed that the first coolant circuit (11) thermally-fluidically optionally with the second The coolant circuit (14) and / or the third coolant circuit (18) can be coupled by switching the four-way valve (27).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Thermomanagementsystem für eine Batterie eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Elektrofahrzeugs oder eines batterieelektrischen Fahrzeugs oder eines Hybridelektrokraftfahrzeugs, umfassend 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, und einen dritten Kühlmittelkreislauf, wobei der dritte Kühlmittelkreislauf einen Wärmeübertrager, insbesondere einen Wasser-Luft-Wärmeübertrager, und eine dritte Pumpe aufweist, und wobei ferner ein Vier-Wege-Ventil vorgesehen ist.The present invention relates to a thermal management system for a battery of a motor vehicle, in particular an electric vehicle or a battery-electric vehicle or a hybrid electric vehicle, comprising a first coolant circuit, the first coolant circuit having a battery, a chiller and a first pump, and a second coolant circuit, the second coolant circuit has an auxiliary heater, a heating heat exchanger and a second pump, and a third coolant circuit, wherein the third coolant circuit has a heat exchanger, in particular a water-air heat exchanger, and a third pump, and a four-way valve is also provided .
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren für ein Thermomanagement für eine Batterie eines Kraftfahrzeugs sowie ein Kraftfahrzeug mit einem Thermomanagementsystem.The present invention also relates to a method for thermal management for a battery of a motor vehicle and to a motor vehicle with a thermal management system.
Die
Aus der
Das Thermomanagement für Elektrofahrzeuge bzw. batterieelektrische Fahrzeuge ist durch die verschiedenen Anforderungen und das notwendige Zusammenspiel von Kühlmittelkreislauf und Kältemittelkreislauf zunehmend komplex geworden. Diese Komplexität führt sowohl zu erhöhten Entwicklungsaufwänden als auch zu einer Vielzahl zusätzlicher Bauteile mit zusätzlichen Kosten und Gewicht. Insbesondere weisen bekannte Kühlmittelkreisläufe eine Vielzahl von Schalt- und Verbindungselementen auf. Die Vielzahl von Schalt- und Verbindungselementen macht die Steuerung der bekannten Thermomanagementsysteme aufwendig und erhöht die Herstellungskosten.Thermal management for electric vehicles or battery-electric vehicles has become increasingly complex due to the various requirements and the necessary interaction between the coolant circuit and the refrigerant circuit. This complexity leads to both increased development costs and a large number of additional components with additional costs and weight. In particular, known coolant circuits have a large number of switching and connecting elements. The large number of switching and connecting elements makes the control of the known thermal management systems complex and increases manufacturing costs.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Thermomanagementsystem für eine Batterie eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Elektrofahrzeugs oder eines batterieelektrischen Fahrzeugs oder eines Hybridelektrokraftfahrzeugs, bereitzustellen, welches eine vergleichsweise geringe Komplexität in der Auslegung, ein geringes Gewicht und verringerte Herstellungskosten aufweist.The present invention is based on the object of providing a thermal management system for a battery of a motor vehicle, in particular an electric vehicle or a battery-electric vehicle or a hybrid electric vehicle, which has a comparatively low complexity in the design, a low weight and reduced manufacturing costs.
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, umfassend 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, und einen dritten Kühlmittelkreislauf, wobei der dritte Kühlmittelkreislauf einen Wärmeübertrager und eine dritte Pumpe aufweist, wobei ferner ein Vier-Wege-Ventil vorgesehen ist, vorgeschlagen, wobei der erste Kühlmittelkreislauf thermisch-fluidisch wahlweise mit dem zweiten Kühlmittelkreislauf und/oder dem dritten Kühlmittelkreislauf durch Schaltung des Vier-Wege-Ventils koppelbar ist. To solve the problem on which the invention is based, a thermal management system for a battery of a motor vehicle, in particular an electric vehicle or a battery-electric vehicle or a hybrid electric vehicle, comprising a first coolant circuit, the first coolant circuit having a battery, a chiller and a first pump, and a second Coolant circuit, the second coolant circuit having an auxiliary heater, a heating heat exchanger and a second pump, and a third coolant circuit, the third coolant circuit having a heat exchanger and a third pump, a four-way valve also being provided, the first The coolant circuit can be coupled thermally-fluidly with either the second coolant circuit and / or the third coolant circuit by switching the four-way valve.
Der erste Kühlmittelkreislauf und der zweite Kühlmittelkreislauf und der dritte Kühlmittelkreislauf umfassen bevorzugt Kühlmittelleitungen für ein Kühlfluid, insbesondere für ein Kühlmittel oder eine Kühlflüssigkeit. Der erste Kühlmittelkreislauf und/oder der zweite Kühlmittelkreislauf und/oder der dritte Kühlmittelkreislauf können gegebenenfalls in den Kühlmittelleitungen ein Kältemittel umfassen.The first coolant circuit and the The second coolant circuit and the third coolant circuit preferably comprise coolant lines for a cooling fluid, in particular for a coolant or a cooling liquid. The first coolant circuit and / or the second coolant circuit and / or the third coolant circuit can optionally include a refrigerant in the coolant lines.
Anstatt der Bezeichnung Chiller können auch die Bezeichnungen „Kühlmittel-Kältemittel-Wärmeübertrager“ oder allgemeiner „Kältemaschine“ verwendet werden. Der erste Kühlmittelkreislauf und der zweite Kühlmittelkreislauf und der dritte 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 ersten Kühlmittelkreislauf und/oder der zweite Kühlmittelkreislauf und/oder der dritte Kühlmittelkreislauf gegebenenfalls auch in einem Heizmodus betrieben werden.Instead of the term chiller, the terms “coolant-refrigerant heat exchanger” or more generally “refrigeration machine” can be used. The first coolant circuit and the second coolant circuit and the third coolant circuit can contain a coolant or a coolant, for example the coolant can be water or a water-glycol mixture or another suitable coolant. Since thermal energy is transported by means of the coolant, the first coolant circuit and / or the second coolant circuit and / or the third coolant circuit can optionally also be operated in a heating mode.
Mittels des Vier-Wege-Ventils kann der erste Kühlmittelkreislauf wahlweise thermisch-fluidisch mit dem zweiten Kühlmittelkreislauf und/oder mit dem dritten Kühlmittelkreislauf durch eine Schaltung des Vier-Wege-Ventils gekoppelt werden. Bevorzugt bedeutet dies, dass mindestens die folgenden Konfigurationen durch Schaltung des Vier-Wege-Ventils hergestellt werden können:
- - der erste Kühlmittelkreislauf ist weder mit dem zweiten Kühlmittelkreislauf noch mit dem dritten Kühlmittelkreislauf thermisch-fluidisch gekoppelt,
- - der erste Kühlmittelkreislauf ist nur mit dem zweiten Kühlmittelkreislauf thermisch-fluidisch gekoppelt, und
- - der erste Kühlmittelkreislauf ist nur mit dem dritten Kühlmittelkreislauf thermisch-fluidisch gekoppelt.
- - the first coolant circuit is not thermally-fluidically coupled to either the second coolant circuit or the third coolant circuit,
- - The first coolant circuit is only thermally-fluidically coupled to the second coolant circuit, and
- - The first coolant circuit is only thermally-fluidically coupled to the third coolant circuit.
Insbesondere bevorzugt kann gegebenenfalls zusätzlich auch die folgende Konfiguration erhalten werden:
- - der erste Kühlmittelkreislauf ist gleichzeitig mit dem zweiten Kühlmittelkreislauf und mit dem dritten Kühlmittelkreislauf thermisch-fluidisch gekoppelt.
- - The first coolant circuit is simultaneously thermally-fluidically coupled to the second coolant circuit and to the third coolant circuit.
Unter einer thermisch-fluidischen Kopplung des ersten Kühlmittelkreislaufs mit dem zweiten und/oder dem dritten Kühlmittelkreislauf wird eine Kopplung der Kühlmittelkreisläufe verstanden, bei der eine Übertragung thermischer Energie zwischen den Kühlmittelkreisläufen erfolgt, indem ein Fluid, insbesondere eine Kühlflüssigkeit oder ein Kühlmittel, von einem Kühlmittelkreislauf auf den anderen Kühlmittelkreislauf übertragen wird.A thermal-fluidic coupling of the first coolant circuit with the second and / or the third coolant circuit is understood to mean a coupling of the coolant circuits in which thermal energy is transferred between the coolant circuits by a fluid, in particular a coolant or a coolant, from a coolant circuit is transferred to the other coolant circuit.
Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass die Kopplung des ersten Kühlmittelkreislaufes mit oder die Trennung des ersten Kühlmittelkreislaufes von dem zweiten und/oder dem dritten Kühlmittelkreislauf durch eine Schaltung des Vier-Wege-Ventils erfolgt.According to the invention it is now provided that the coupling of the first coolant circuit with or the separation of the first coolant circuit from the second and / or the third coolant circuit takes place by switching the four-way valve.
Durch die Schaltung des Vier-Wege-Ventils und die damit erzielte Kopplung oder Trennung der Kühlmittelkreisläufe können verschiedene Betriebsbedingungen des Thermomanagementsystems eingestellt werden.By switching the four-way valve and the coupling or separation of the coolant circuits achieved with it, various operating conditions of the thermal management system can be set.
Besonders vorteilhaft ist es, dass das Vier-Wege-Ventil das zentrale Schaltelement zwischen dem ersten Kühlmittelkreislauf und dem zweiten Kühlmittelkreislauf und/oder dem dritten Kühlmittelkreislauf bildet. Bevorzugt ist daher vorgesehen, dass für die thermisch-fluidische Kopplung und/oder thermisch-fluidische Trennung des ersten Kühlmittelkreislaufes von beziehungsweise mit dem zweiten Kühlmittelkreislauf und/oder dem dritten Kühlmittelkreislauf keine weiteren Schaltelemente oder Ventile vorgesehen sind.It is particularly advantageous that the four-way valve forms the central switching element between the first coolant circuit and the second coolant circuit and / or the third coolant circuit. It is therefore preferably provided that no further switching elements or valves are provided for the thermal-fluidic coupling and / or thermal-fluidic separation of the first coolant circuit from or with the second coolant circuit and / or the third coolant circuit.
Bevorzugt erfolgt die thermisch-fluidische Kopplung von dem ersten Kühlmittelkreislauf mit dem zweiten Kühlmittelkreislauf und/oder dem dritten Kühlmittelkreislauf ausschließlich durch Schaltung des Vier-Wege-Ventils.The thermal-fluidic coupling of the first coolant circuit with the second coolant circuit and / or the third coolant circuit is preferably carried out exclusively by switching the four-way valve.
Bevorzugt ist der Wärmeübertrager ein Wasser-Luft-Wärmeübertrager.The heat exchanger is preferably a water-air heat exchanger.
Mit weiterem Vorteil kann das Thermomanagementsystem eine Steuereinheit umfassen, wobei die Steuereinheit ausgebildet ist, zur Einstellung der verschiedenen Betriebsmodi des Thermomanagementsystems das Vier-Wege-Ventil derart zu schalten, dass der erste Kühlmittelkreislauf thermisch-fluidisch wahlweise mit dem zweiten Kühlmittelkreislauf und/oder dem dritten Kühlmittelkreislauf gekoppelt ist und/oder dass der erste Kühlmittelkreislauf thermisch-fluidisch wahlweise von dem zweiten Kühlmittelkreislauf und/oder dem dritten Kühlmittelkreislauf thermisch-fluidisch getrennt ist.With a further advantage, the thermal management system can comprise a control unit, the control unit being designed to switch the four-way valve in order to set the various operating modes of the thermal management system in such a way that the first coolant circuit is thermally-fluidically optionally with the second coolant circuit and / or the third Coolant circuit is coupled and / or that the first coolant circuit is thermally-fluidically separated optionally from the second coolant circuit and / or the third coolant circuit thermally-fluidically.
Bei dem ersten Kühlmittelkreislauf kann es sich um einen Kühl- beziehungsweise Heizkreislauf für die Batterie handeln, bei dem zweiten Kühlmittelkreislauf kann es sich um einen Heizkreislauf oder einen Klimatisierungskreislauf für einen Fahrgastraum eines Kraftfahrzeugs handeln, bei dem dritten Kühlmittelkreislauf kann es sich um einen Kühlkreislauf für einen Elektromotor für den Antrieb eines Kraftfahrzeugs handeln. Der dritte Kühlmittelkreislauf kann insbesondere als Niedrigtemperaturkreislauf ausgebildet sein.The first coolant circuit can be a cooling or heating circuit for the battery, the second coolant circuit can be a heating circuit or an air conditioning circuit for a passenger compartment of a motor vehicle, and the third coolant circuit can be a cooling circuit for a Act electric motor for driving a motor vehicle. The third coolant circuit can in particular be designed as a low-temperature circuit.
Bevorzugt umfasst der dritte Kühlmittelkreislauf einen Elektromotor, insbesondere für den Antrieb eines Kraftfahrzeugs. Ferner kann der dritte Kühlmittelkreislauf eine Leistungselektronik umfassen.The third coolant circuit preferably comprises an electric motor, in particular for driving a motor vehicle. Furthermore, the third coolant circuit can comprise power electronics.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass das Vier-Wege-Ventil in einem ersten Kühlmodus für die Batterie derart schaltbar ist, dass der erste Kühlmittelkreislauf von dem zweiten Kühlmittelkreislauf und von dem dritten Kühlmittelkreislauf thermisch-fluidisch getrennt ist. Insbesondere folgt somit weder ein Austausch von thermischer Energie noch ein Austausch eines Kühlfluids, beispielsweise eines Kühlmittels oder einer Kühlflüssigkeit, zwischen dem ersten Kühlmittelkreislauf und dem zweiten Kühlmittelkreislauf und dem dritten Kühlmittelkreislauf.It is preferably provided that the four-way valve can be switched in a first cooling mode for the battery in such a way that the first coolant circuit is thermally and fluidically separated from the second coolant circuit and from the third coolant circuit. In particular, therefore, neither follows Exchange of thermal energy nor an exchange of a cooling fluid, for example a coolant or a cooling liquid, between the first coolant circuit and the second coolant circuit and the third coolant circuit.
In dem ersten Kühlmodus ist somit bevorzugt vorgesehen, dass das Vier-Wege-Ventil den ersten Kühlmittelkreislauf vollständig von dem zweiten Kühlmittelkreislauf und dem dritten Kühlmittelkreislauf absperrt, sodass kein Kühlfluid, insbesondere keine Kühlflüssigkeit und kein Kühlmittel, zwischen dem ersten Kühlmittelkreislauf und dem zweiten Kühlmittelkreislauf beziehungsweise dem dritten Kühlmittelkreislauf ausgetauscht wird. Das Kühlmittel für die Kühlung der Batterie wird im ersten Kühlmittelkreislauf durch den Chiller und die Batterie mittels der ersten Pumpe gepumpt. Die gesamte Kühlleistung für die Batterie wird von dem Chiller zur Verfügung gestellt.In the first cooling mode, it is thus preferably provided that the four-way valve completely blocks the first coolant circuit from the second coolant circuit and the third coolant circuit, so that no cooling fluid, in particular no coolant and no coolant, between the first coolant circuit and the second coolant circuit, respectively the third coolant circuit is replaced. The coolant for cooling the battery is pumped in the first coolant circuit through the chiller and the battery by means of the first pump. The entire cooling capacity for the battery is provided by the chiller.
Weiter bevorzugt kann vorgesehen sein, dass das Vier-Wege-Ventil in einem zweiten Kühlmodus für die Batterie derart schaltbar ist, dass der erste Kühlmittelkreislauf von dem zweiten Kühlmittelkreislauf thermisch-fluidisch getrennt ist und mit dem dritten Kühlmittelkreislauf thermisch-fluidisch gekoppelt ist.It can further preferably be provided that the four-way valve can be switched in a second cooling mode for the battery in such a way that the first coolant circuit is thermally-fluidically separated from the second coolant circuit and is thermally-fluidically coupled to the third coolant circuit.
Mit anderen Worten findet in dem zweiten Kühlmodus zwischen dem ersten Kühlmittelkreislauf und dem zweiten Kühlmittelkreislauf kein Austausch eines Kühlfluids, beispielsweise einer Kühlflüssigkeit oder eines Kühlmittels, statt. Ferner findet zwischen diesen beiden Kühlmittelkreisläufen auch kein Austausch von Wärmeenergie statt.In other words, no exchange of a cooling fluid, for example a cooling liquid or a coolant, takes place in the second cooling mode between the first coolant circuit and the second coolant circuit. Furthermore, there is also no exchange of thermal energy between these two coolant circuits.
Jedoch findet im zweiten Kühlmodus zwischen dem ersten Kühlmittelkreislauf und dem dritten Kühlmittelkreislauf ein Austausch eines Kühlfluids, beispielsweise eines Kühlmittels oder einer Kühlflüssigkeit, statt. Durch den Austausch des Kühlfluids wird auch thermische Energie zwischen dem ersten Kühlmittelkreislauf und dem dritten Kühlmittelkreislauf ausgetauscht.However, in the second cooling mode, an exchange of a cooling fluid, for example a coolant or a cooling liquid, takes place between the first coolant circuit and the third coolant circuit. By exchanging the cooling fluid, thermal energy is also exchanged between the first coolant circuit and the third coolant circuit.
In dem zweiten Kühlmodus wird die von der Batterie abgegebene thermische Energie zumindest teilweise, bevorzugt vollständig, über den dritten Kühlmittelkreislauf und den in dem dritten Kühlmittelkreislauf angeordneten Wärmeübertrager, insbesondere den Wasser-Luft-Wärmeübertrager, an die Außenumgebung abgeführt.In the second cooling mode, the thermal energy released by the battery is at least partially, preferably completely, dissipated to the outside environment via the third coolant circuit and the heat exchanger, in particular the water-air heat exchanger, arranged in the third coolant circuit.
Der zweite Kühlmodus ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die Außenumgebung eine niedrige Temperatur aufweist, sodass eine aktive Kühlung der Batterie im ersten Kühlmittelkreislauf durch den Chiller nicht notwendig ist. Bevorzugt wird daher im zweiten Kühlmodus der Chiller nicht betrieben beziehungsweise stellt keine Kühlleistung zur Verfügung.The second cooling mode is particularly advantageous when the outside environment has a low temperature, so that active cooling of the battery in the first coolant circuit by the chiller is not necessary. The chiller is therefore preferably not operated in the second cooling mode or does not provide any cooling capacity.
Mit weiterem Vorteil kann vorgesehen sein, dass das Vier-Wege-Ventil in einem Heizmodus für die Batterie derart schaltbar ist, dass der erste Kühlmittelkreislauf mit dem zweiten Kühlmittelkreislauf thermisch-fluidisch gekoppelt ist und von dem dritten Kühlmittelkreislauf thermisch-fluidisch getrennt ist.With a further advantage it can be provided that the four-way valve can be switched in a heating mode for the battery in such a way that the first coolant circuit is thermally-fluidically coupled to the second coolant circuit and is thermally-fluidically separated from the third coolant circuit.
In dem Heizmodus kann somit über die thermisch-fluidische Kopplung des zweiten Kühlmittelkreislaufs mit dem ersten Kühlmittelkreislauf thermische Energie von dem Zuheizer des zweiten Kühlmittelkreislaufs zu der Batterie in dem ersten Kühlmittelkreislauf geführt werden.In the heating mode, thermal energy can thus be conducted from the auxiliary heater of the second coolant circuit to the battery in the first coolant circuit via the thermal-fluidic coupling of the second coolant circuit with the first coolant circuit.
Ein Elektromotor und/oder eine Leistungselektronik für den Antrieb des Kraftfahrzeugs können zeitgleich bevorzugt passiv über den Wasser-Luft-Wärmeübertrager im dritten Kühlmittelkreislauf gekühlt werden.An electric motor and / or power electronics for driving the motor vehicle can be cooled at the same time, preferably passively, via the water-air heat exchanger in the third coolant circuit.
Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass im ersten Kühlmodus, im zweiten Kühlmodus und/oder im Heizmodus gleichzeitig eine Beheizung, weiter bevorzugt eine Klimatisierung, eines Fahrgastraumes des Kraftfahrzeugs mittels des Heizwärmetauschers im zweiten Kühlmittelkreislauf erfolgt. Die Regelung der Beheizung oder Klimatisierung des Fahrgastraumes erfolgt luftseitig über die Luftverteilung im Heizwärmetauscher.It can preferably be provided that in the first cooling mode, in the second cooling mode and / or in the heating mode, heating, more preferably air conditioning, of a passenger compartment of the motor vehicle takes place simultaneously by means of the heating heat exchanger in the second coolant circuit. The heating or air conditioning of the passenger compartment is regulated on the air side via the air distribution in the heat exchanger.
Bevorzugt kann, insbesondere im Heizmodus, vorgesehen sein, dass die erste Pumpe einen Volumenstrom eines Kühlmittels durch die Batterie einstellt, und dass das Vier-Wege-Ventil den Volumenstrom zwischen dem ersten Kühlmittelkreislauf und dem zweiten Kühlmittelkreislauf aufteilt.Preferably, especially in the heating mode, it can be provided that the first pump sets a volume flow of a coolant through the battery, and that the four-way valve divides the volume flow between the first coolant circuit and the second coolant circuit.
Mit anderen Worten erfolgt, bevorzugt im Heizmodus, eine Zuleitung eines von dem Zuheizer im zweiten Kühlmittelkreislauf erhitzten Kühlfluids in den ersten Kühlmittelkreislauf, wobei die von dem Kühlfluid dem ersten Kühlmittelkreislauf zugeführte thermische Energie zur Beheizung der Batterie genutzt werden kann. Über die erste Pumpe im ersten Kühlmittelkreislauf wird ein definierter Volumenstrom für das Kühlmittel durch die Batterie eingestellt. Durch das Vier-Wege-Ventil kann dann eine Volumenstromaufteilung zwischen dem ersten Kühlmittelkreislauf und dem zweiten Kühlmittelkreislauf eingestellt werden. Da sich im ersten Kühlmittelkreislauf der Chiller befindet und im zweiten Kühlmittelkreislauf der Zuheizer, kann durch die Volumenstromaufteilung die Temperatur des Kühlfluids durch die Batterie eingestellt werden.In other words, preferably in heating mode, a cooling fluid heated by the auxiliary heater in the second coolant circuit is fed into the first coolant circuit, wherein the thermal energy supplied by the cooling fluid to the first coolant circuit can be used to heat the battery. A defined volume flow for the coolant through the battery is set via the first pump in the first coolant circuit. The four-way valve can then be used to set a volume flow division between the first coolant circuit and the second coolant circuit. Since the chiller is located in the first coolant circuit and the auxiliary heater in the second coolant circuit, the temperature of the cooling fluid through the battery can be set by dividing the volume flow.
Durch das Zusammenspiel der Einstellung der Leistung der ersten Pumpe und der Einstellung des Vier-Wege-Ventils kann zudem bevorzugt gleichzeitig eine Temperaturspreizung über die Batterie, das heißt eine Temperaturdifferenz zwischen dem Eingang und dem Ausgang der Batterie, sowie eine mittlere Temperatur für die Batterie eingestellt werden.Through the interaction of the setting of the performance of the first pump and the setting of the four-way valve, a temperature spread across the battery, that is to say a temperature difference between the input and the output of the battery, and an average temperature for the battery can also preferably be set at the same time.
Weiter bevorzugt kann vorgesehen sein, dass das Vier-Wege-Ventil einen ersten Einlass, einen ersten Auslass, einen zweiten Einlass und einen zweiten Auslass aufweist, wobei der erste Einlass und der erste Auslass des Vier-Wege-Ventils mit dem ersten Kühlmittelkreislauf verbunden sind, und wobei der zweite Einlass mit dem dritten Kühlmittelkreislauf, bevorzugt mit einer Zuleitung zur Leitung eines Kühlmittels von dem dritten Kühlmittelkreislauf in den ersten Kühlmittelkreislauf, verbunden ist, und wobei der zweite Auslass mit dem zweiten Kühlmittelkreislauf, bevorzugt mit einer Rückleitung zur Leitung eines Kühlmittels vom ersten Kühlmittelkreislauf in den zweiten Kühlmittelkreislauf, verbunden ist.It can further preferably be provided that the four-way valve has a first inlet, a first outlet, a second inlet and a second outlet, the first inlet and the first outlet of the four-way valve being connected to the first coolant circuit , and wherein the second inlet is connected to the third coolant circuit, preferably with a feed line for conveying a coolant from the third coolant circuit into the first coolant circuit, and wherein the second outlet is connected to the second coolant circuit, preferably with a return line for conveying a coolant from first coolant circuit is connected to the second coolant circuit.
Das Vier-Wege-Ventil befindet sich somit an einer zentralen Stelle im Thermomanagementsystem und verbindet über die zwei Einlässe und die zwei Auslässe den ersten Kühlmittelkreislauf, den zweiten Kühlmittelkreislauf und den dritten Kühlmittelkreislauf miteinander.The four-way valve is thus located at a central point in the thermal management system and connects the first coolant circuit, the second coolant circuit and the third coolant circuit to one another via the two inlets and the two outlets.
Bevorzugt kann ferner vorgesehen sein, dass der erste Kühlmittelkreislauf und der zweite Kühlmittelkreislauf durch eine Zuleitung zur Leitung eines Kühlmittels vom zweiten Kühlmittelkreislauf in den ersten Kühlmittelkreislauf miteinander verbunden sind.It can also preferably be provided that the first coolant circuit and the second coolant circuit are connected to one another by a feed line for conveying a coolant from the second coolant circuit into the first coolant circuit.
Ferner kann vorgesehen sein, dass der erste Kühlmittelkreislauf und der dritte Kühlmittelkreislauf durch eine Rückleitung zur Leitung eines Kühlmittels vom ersten Kühlmittelkreislauf in den dritten Kühlmittelkreislauf miteinander verbunden sind.Furthermore, it can be provided that the first coolant circuit and the third coolant circuit are connected to one another by a return line for conducting a coolant from the first coolant circuit into the third coolant circuit.
Durch die bevorzugte Anordnung von jeweils einer Zuleitung und einer Rückleitung zwischen dem ersten Kühlmittelkreislauf und dem zweiten Kühlmittelkreislauf und jeweils einer Zuleitung und einer Rückleitung zwischen dem ersten Kühlmittelkreislauf und dem dritten Kühlmittelkreislauf kann ein sich im Thermomanagementsystem befindendes Kühlfluid, beispielsweise ein Kühlmittel oder eine Kühlflüssigkeit, durch Einstellung der Schaltung des Vier-Wege-Ventils und durch Anpassung der Leistungen der ersten, der zweiten und/oder der dritten Pumpe aufgeteilt werden.Due to the preferred arrangement of one feed line and one return line between the first coolant circuit and the second coolant circuit and one feed line and one return line between the first coolant circuit and the third coolant circuit, a cooling fluid in the thermal management system, for example a coolant or a coolant, can pass through Adjustment of the circuit of the four-way valve and by adapting the outputs of the first, the second and / or the third pump can be divided.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass das Vier-Wege-Ventil im Vorlauf des Chillers in Strömungsrichtung vor der Batterie angeordnet ist.It is preferably provided that the four-way valve is arranged in the flow of the chiller upstream of the battery in the direction of flow.
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. Die Batterie befindet sich zwischen dem Vorlauf und dem Rücklauf des Chillers, das heißt die Batterie stellt gewissermaßen den Übergang vom Vorlauf in den Rücklauf des Chillers darThe flow of the chiller is understood to mean that coolant line which is arranged on the outlet side of the chiller. The return of the chiller is that coolant line which is arranged on the inlet side of the chiller. When the chiller is in operation, the coolant temperature in the flow is usually lower than in the return. The battery is located between the flow and return of the chiller, i.e. the battery represents the transition from the flow to the return of the chiller
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. Der Heizwärmetauscher befindet sich zwischen dem Vorlauf und dem Rücklauf des Zuheizers, das heißt der Heizwärmetauscher stellt den Übergang vom Vorlauf in den Rücklauf des Zuheizers dar.The flow of the auxiliary heater is understood to mean that coolant line which is arranged on the outlet side of the auxiliary heater. The return of the auxiliary heater is that coolant line which is arranged on the inlet side of the auxiliary heater. When the heater is in operation, the coolant temperature in the flow is usually higher than in the return. The heating heat exchanger is located between the flow and return of the auxiliary heater, i.e. the heating heat exchanger represents the transition from the flow to the return of the auxiliary heater.
Weiter bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die Zuleitung zur Leitung eines Kühlmittels vom zweiten Kühlmittelkreislauf in den ersten Kühlmittelkreis im Vorlauf des Chillers in Strömungsrichtung zwischen dem Vier-Wege-Ventil und der Batterie angeordnet ist, und/oder dass die erste Pumpe im Vorlauf des Chillers in Strömungsrichtung zwischen dem Vierwegeventil und der Batterie, und bevorzugt nach der Zuleitung zur Leitung eines Kühlmittels vom zweiten Kühlmittelkreislauf in den ersten Kühlmittelkreislauf, angeordnet ist.It can more preferably be provided that the supply line for conducting a coolant from the second coolant circuit into the first coolant circuit is arranged in the flow direction of the chiller between the four-way valve and the battery, and / or that the first pump is arranged in the flow of the chiller is arranged in the flow direction between the four-way valve and the battery, and preferably after the feed line for conducting a coolant from the second coolant circuit into the first coolant circuit.
Da die Zuleitungen und Rückleitungen zwischen dem ersten Kühlmittelkreislauf und dem zweiten Kühlmittelkreislauf beziehungsweise zwischen dem ersten Kühlmittelkreislauf und dem dritten Kühlmittelkreislauf die jeweiligen Kühlmittelkreisläufe thermisch-fluidisch miteinander verbinden, ist eine Anordnung beispielsweise der Zuleitung zur Leitung eines Kühlmittels vom zweiten Kühlmittelkreislauf in den ersten Kühlmittelkreislauf im ersten Kühlmittelkreislauf derart zu verstehen, dass der Leitungsanschluss der Zuleitung zur Leitung eines Kühlmittels vom zweiten Kühlmittelkreis in den ersten Kühlmittelkreislauf im ersten Kühlmittelkreislauf angeordnet ist. Entsprechend ist auch die Anordnung der weiteren Zuleitungen und Rückleitungen im ersten, zweiten und dritten Kühlmittelkreislauf zu verstehen.Since the feed lines and return lines between the first coolant circuit and the second coolant circuit or between the first coolant circuit and the third coolant circuit connect the respective coolant circuits thermally and fluidically with one another, an arrangement, for example, of the feed line for conveying a coolant from the second coolant circuit into the first coolant circuit is in the first To understand the coolant circuit in such a way that the line connection of the feed line for conducting a coolant from the second coolant circuit into the first coolant circuit is arranged in the first coolant circuit. The arrangement of the further supply lines and return lines in the first, second and third coolant circuit is also to be understood accordingly.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Zuleitung zur Leitung eines Kühlmittels vom zweiten Kühlmittelkreislauf in den ersten Kühlmittelkreislauf im Vorlauf des Zuheizers in Strömungsrichtung vor dem Heizwärmetauscher angeordnet ist.It is preferably provided that the feed line for conducting a coolant from the second coolant circuit into the first coolant circuit is arranged in the flow of the auxiliary heater in the flow direction upstream of the heating heat exchanger.
Ferner kann vorgesehen sein, dass die Rückleitung zur Leitung eines Kühlmittels vom ersten Kühlmittelkreislauf in den dritten Kühlmittelkreislauf im Rücklauf des Chillers angeordnet ist.Furthermore, it can be provided that the return line for conducting a coolant from the first coolant circuit into the third coolant circuit is arranged in the return line of the chiller.
Ferner kann vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass die Rückleitung zur Leitung eines Kühlmittels vom ersten Kühlmittelkreislauf in den zweiten Kühlmittelkreislauf im Rücklauf des Zuheizers nach dem Heizwärmetauscher angeordnet ist.Furthermore, it can advantageously be provided that the return line for conducting a coolant from the first coolant circuit into the second coolant circuit is arranged in the return line of the auxiliary heater after the heating heat exchanger.
Ferner besteht die Möglichkeit, dass die zweite Pumpe im Rücklauf des Zuheizers, bevorzugt in Strömungsrichtung nach der Rückleitung zur Leitung eines Kühlmittels vom ersten Kühlmittelkreislauf in den zweiten Kühlmittelkreislauf, angeordnet ist.Furthermore, there is the possibility that the second pump is arranged in the return of the auxiliary heater, preferably in the flow direction after the return line for conducting a coolant from the first coolant circuit into the second coolant circuit.
Bevorzugt ist ferner vorgesehen, dass in der Zuleitung zur Leitung eines Kühlmittels vom zweiten Kühlmittelkreislauf in den ersten Kühlmittelkreislauf ein Rückschlagventil angeordnet ist.It is also preferably provided that a check valve is arranged in the feed line for conducting a coolant from the second coolant circuit into the first coolant circuit.
Bevorzugt kann ferner vorgesehen sein, dass eine Durchflussrichtung des Rückschlagventils vom zweiten Kühlmittelkreislauf zum ersten Kühlmittelkreislauf verläuft, und dass durch Einstellung der Leistung der ersten Pumpe und/oder der Leistung der zweiten Pumpe, bevorzugt durch die Steuereinheit, das Rücklaufventil geöffnet oder geschlossen werden kann.It can also preferably be provided that a flow direction of the check valve runs from the second coolant circuit to the first coolant circuit, and that the return valve can be opened or closed by setting the power of the first pump and / or the power of the second pump, preferably by the control unit.
Mit weiterem Vorteil kann vorgesehen sein, dass der Zuheizer ein Hochvolt-Heizer, insbesondere ein Hochvolt-PTC-Heizer ist.With a further advantage it can be provided that the auxiliary heater is a high-voltage heater, in particular a high-voltage PTC heater.
Ferner kann vorgesehen sein, dass der zweite Kühlmittelkreislauf ein Heizkreislauf zur Beheizung, bevorzugt ein Klimakreislauf zur Klimatisierung, eines Fahrgastraums eines Kraftfahrzeugs ist.Furthermore, it can be provided that the second coolant circuit is a heating circuit for heating, preferably an air conditioning circuit for air conditioning, of a passenger compartment of a motor vehicle.
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 in einem ersten Kühlmodus für die Batterie das Vier-Wege-Ventil den ersten Kühlmittelkreislauf von dem zweiten Kühlmittelkreislauf und von dem dritten Kühlmittelkreislauf thermisch-fluidisch trennt.Another solution to the problem on which the invention is based is to provide a method for thermal management for a battery of a motor vehicle, which can be carried out with a thermal management system described above, with the four-way valve taking the first coolant circuit from the second coolant circuit in a first cooling mode for the battery and thermally-fluidically separates it from the third coolant circuit.
Sämtliche für das vorbeschriebene Thermomanagementsystem beschriebenen Ausgestaltungen, Merkmale und Funktionsweisen sind in entsprechender Weise auch auf das Verfahren übertragbar.All of the configurations, features and modes of operation described for the thermal management system described above can also be transferred to the method in a corresponding manner.
So kann bevorzugt vorgesehen sein, dass in einem zweiten Kühlmodus für die Batterie das Vier-Wege-Ventil den ersten Kühlmittelkreislauf von dem zweiten Kühlmittelkreislauf thermisch-fluidisch trennt und mit dem dritten Kühlmittelkreislauf thermisch-fluidisch koppelt.Thus, it can preferably be provided that, in a second cooling mode for the battery, the four-way valve thermally-fluidically separates the first coolant circuit from the second coolant circuit and thermally-fluidically couples it to the third coolant circuit.
Ferner kann vorgesehen sein, dass in einem Heizmodus das Vier-Wege-Ventil den ersten Kühlmittelkreislauf mit dem zweiten Kühlmittelkreislauf thermisch-fluidisch koppelt und von dem dritten Kühlmittelkreislauf thermisch-fluidisch trennt, wobei bevorzugt die erste Pumpe einen Volumenstrom eines Kühlmittels durch die Batterie einstellt, und wobei das Vier-Wege-Ventil den Volumenstrom zwischen dem ersten Kühlmittelkreislauf und dem zweiten Kühlmittelkreislauf aufteilt.Furthermore, it can be provided that in a heating mode the four-way valve thermally-fluidically couples the first coolant circuit to the second coolant circuit and separates it thermally-fluidically from the third coolant circuit, the first pump preferably setting a volume flow of a coolant through the battery, and wherein the four-way valve divides the volume flow between the first coolant circuit and the second coolant circuit.
Eine noch weitere Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe besteht in der Bereitstellung eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Elektrofahrzeugs oder eines batterieelektrischen Fahrzeugs oder eines Hybridelektrokraftfahrzeugs, mit einem vorbeschriebenen Thermomanagementsystem.Yet another solution to the problem on which the invention is based is to provide a motor vehicle, in particular an electric vehicle or a battery-electric vehicle or a hybrid electric motor vehicle, with a thermal management system as described above.
Die Erfindung wird nachstehend näher anhand der beigefügten Figuren erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to the accompanying figures.
Es zeigen:
-
1 ein Thermomanagementsystem in einem ersten Kühlmodus, -
2 ein Thermomanagementsystem in einem zweiten Kühlmodus, und -
3 ein Thermomanagementsystem in einem Heizmodus.
-
1 a thermal management system in a first cooling mode, -
2 a thermal management system in a second cooling mode, and -
3 a thermal management system in a heating mode.
Der erste Kühlmittelkreislauf
Das Vier-Wege-Ventil
Wie der
Das Thermomanagementsystem
Durch Einstellung der Leistung der ersten Pumpe
In einem in der
In der
In dem in
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 100100
- ThermomanagementsystemThermal management system
- 1010
- Batteriebattery
- 1111
- Erster KühlmittelkreislaufFirst coolant circuit
- 1212th
- ChillerChiller
- 1313th
- Erste PumpeFirst pump
- 1414th
- Zweiter KühlmittelkreislaufSecond coolant circuit
- 1515th
- ZuheizerAuxiliary heater
- 1616
- HeizwärmetauscherHeating heat exchanger
- 1717th
- Zweite PumpeSecond pump
- 1818th
- Dritter KühlmittelkreislaufThird coolant circuit
- 1919th
- ElektromotorElectric motor
- 2020th
- WärmeübertragerHeat exchanger
- 20a20a
- Wasser-Luft-WärmeübertragerWater-to-air heat exchanger
- 2121
- Dritte PumpeThird pump
- 2222nd
- LeistungselektronikPower electronics
- 2323
- AbwärmequelleWaste heat source
- 2424
- Ladegerätcharger
- 2525th
- Bypassbypass
- 2626th
- ProportionalventilProportional valve
- 2727
- Vier-Wege-VentilFour-way valve
- 2828
- SteuereinheitControl unit
- 2929
- TemperatursensorTemperature sensor
- 3030th
- Erster EinlassFirst entry
- 3131
- Erster AuslassFirst outlet
- 3232
- Zweiter EinlassSecond entry
- 3333
- Zweiter AuslassSecond outlet
- 3434
- Zuleitung zur Leitung eines Kühlmittels vom dritten Kühlmittelkreislauf in den ersten KühlmittelkreislaufFeed line for conducting a coolant from the third coolant circuit into the first coolant circuit
- 3535
- Rückleitung zur Leitung eines Kühlmittels vom ersten Kühlmittelkreislauf in den zweiten KühlmittelkreislaufReturn line for conducting a coolant from the first coolant circuit into the second coolant circuit
- 3636
- Zuleitung zur Leitung eines Kühlmittels vom zweiten Kühlmittelkreislauf in den ersten KühlmittelkreislaufFeed line for conducting a coolant from the second coolant circuit into the first coolant circuit
- 3737
- Rückleitung zur Leitung eines Kühlmittels vom ersten Kühlmittelkreislauf in den dritten KühlmittelkreislaufReturn line for conducting a coolant from the first coolant circuit into the third coolant circuit
- 3838
- Vorlaufleader
- 3939
- RücklaufRewind
- 4040
- Vorlaufleader
- 4141
- RücklaufRewind
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
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- DE 102017125170 [0004]DE 102017125170 [0004]
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