DE102021132035A1

DE102021132035A1 - Kühlanordnung zum Kühlen einer Batterie eines Kraftfahrzeugs, Kraftfahrzeug und Verfahren zum Betreiben einer Kühlanordnung

Info

Publication number: DE102021132035A1
Application number: DE102021132035.6A
Authority: DE
Inventors: Christian Rebinger; Dirk Schroeder
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2021-12-06
Filing date: 2021-12-06
Publication date: 2023-06-07
Anticipated expiration: 2041-12-07
Also published as: DE102021132035B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kühlanordnung (10) zum Kühlen einer Batterie (12) eines Kraftfahrzeugs, mit einem fahrzeuginternen Kühlmittelkreis (20), welcher eine von einem Kühlmittel durchströmbare Kühleinrichtung (22) umfasst. Die Kühleinrichtung (22) ist dazu ausgebildet, im Betrieb der Batterie (12) von der Batterie (12) freigesetzte Wärme aufzunehmen. In den fahrzeuginternen Kühlmittelkreis (20) ist ein Wärmeübertrager (26) eingebunden, welcher einen ersten, von dem Kühlmittel durchströmbaren Teilraum (28) und einen zweiten, von einem weiteren Kühlmedium durchströmbaren Teilraum (30) aufweist. Der zweite Teilraum (30) ist in einen fahrzeuginternen Abschnitt (40) eines Kühlkreises (32) eingebunden, welcher einen Auslass (34) und einen Einlass (36) umfasst. Das weitere Kühlmedium ist über den Auslass (34) in ein fahrzeugexternes Kühlmodul (16) einbringbar, wobei das Kühlmedium über den Einlass (36) in den fahrzeuginternen Abschnitt (40) des Kühlkreises (32) einbringbar ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Kühlanordnung (10) und ein Verfahren zum Betreiben der Kühlanordnung (10).

Description

Die Erfindung betrifft eine Kühlanordnung zum Kühlen einer Batterie eines Kraftfahrzeugs, mit einem fahrzeuginternen Kühlmittelkreis, welcher eine von einem Kühlmittel durchströmbare Kühleinrichtung umfasst. Die Kühleinrichtung ist dazu ausgebildet, im Betrieb der Batterie von der Batterie freigesetzte Wärme aufzunehmen. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Kühlanordnung und ein Verfahren zum Betreiben der Kühlanordnung.
Kühlvorrichtungen zum Kühlen einer Batterie eines Kraftfahrzeugs mit Hilfe eines Kühlmittels sind beispielsweise in der DE 10 2015 014 690 A1 und in der DE 10 2016 225 508 A1 beschrieben.
Des Weiteren beschreiben die DE 44 08 961 C1 und die DE 10 2015 222 703 A1 Vorrichtungen zur Temperierung einer Batterie eines Kraftfahrzeugs während eines Ladevorgangs an einer Ladestation, welche zum Aufladen der Batterie ausgebildet ist.
Beim Laden der Batterie eines Kraftfahrzeugs, insbesondere beim Schnellladen der Batterie, wird vergleichsweise viel Wärme freigesetzt. Wenn ein fahrzeuginternes Kühlsystem dazu ausgelegt wird, auch die beim Laden und insbesondere beim Schnellladen anfallende Abwärme abzuführen, so ist ein derartiges Kühlsystem deutlich größer zu dimensionieren als dies im Hinblick auf den Kühlbedarf der Batterie der Fall ist, welchen die Batterie im Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs aufweist. Ein derartiges, für den Fahrbetrieb überdimensioniertes Kühlsystem ist jedoch im Hinblick auf den damit einhergehenden Aufwand, den Bauraumbedarf, die Kosten und das Gewicht nachteilig.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kühlanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche eine verbesserte Temperierung der Batterie ermöglicht, sowie ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Kühlanordnung und ein entsprechendes Verfahren zum Betreiben einer Kühlanordnung anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch eine Kühlanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen und in der nachfolgenden Beschreibung angegeben.
Die erfindungsgemäße Kühlanordnung zum Kühlen einer Batterie eines Kraftfahrzeugs umfasst einen fahrzeuginternen Kühlmittelkreis, welcher eine von einem Kühlmittel durchströmbare Kühleinrichtung umfasst. Die Kühleinrichtung ist dazu ausgebildet, im Betrieb der Batterie von der Batterie freigesetzte Wärme aufzunehmen. In den fahrzeuginternen Kühlmittelkreis ist ein Wärmeübertrager eingebunden, welcher einen ersten, von dem Kühlmittel durchströmbaren Teilraum und einen zweiten, von einem weiteren Kühlmedium durchströmbaren Teilraum aufweist. Der zweite Teilraum des Wärmeübertragers ist in einen fahrzeuginternen Abschnitt eines Kühlkreises eingebunden. Der fahrzeuginterne Abschnitt des Kühlkreises umfasst einen Auslass und einen Einlass. Das Kühlmedium ist über den Auslass in ein fahrzeugexternes Kühlmodul einbringbar, wobei das Kühlmedium über den Einlass in den fahrzeuginternen Abschnitt des Kühlkreises einbringbar ist.
In dem Wärmeübertrager kann somit eine Wärmeübertragung von dem Kühlmittel aus dem fahrzeuginternen Kühlmittelkreis auf das weitere Kühlmedium stattfinden, welches dem fahrzeugexternen Kühlmodul zuführbar ist. Auf diese Weise kann die etwa bei einem Laden der Batterie, insbesondere bei einem Schnellladen der Batterie, anfallende Abwärme sehr gut über den Wärmeübertrager abgeführt werden, indem in dem Wärmeübertrager in dem Kühlmittel enthaltene Wärme an das weitere Kühlmedium abgegeben wird. Dies geschieht vorzugsweise, wenn im Betrieb der Kühlanordnung das weitere Kühlmedium den Kühlkreis durchströmt, in dessen fahrzeuginternen Abschnitt der zweite Teilraum des Wärmeübertragers eingebunden ist, und in dessen fahrzeugexternem Abschnitt das fahrzeugexterne Kühlmodul angeordnet ist. Folglich ist beispielsweise im Ladebetrieb der Batterie eine verbesserte Kühlung der Batterie erreichbar.
Das Laden, insbesondere das Schnellladen, der Batterie wird vorzugsweise bei an einer Ladestation oder Ladesäule stehendem Kraftfahrzeug vorgenommen, wobei die Ladestation oder Ladesäule das fahrzeugexterne Kühlmodul aufweist, welches für eine entsprechende, fahrzeugexterne Kühlung der Batterie sorgen kann.
In vorteilhafter Weise ist es jedoch auch möglich, mittels der Kühlanordnung ein Heizen der Batterie zu bewirken. Dies kann etwa dann sinnvoll sein, wenn aufgrund einer geringen Temperatur die Ladekapazität der Batterie nicht vollständig ausgenutzt werden kann. In einem solchen Fall kann durch ein Vorwärmen oder Anwärmen der Batterie die nutzbare Ladekapazität der Batterie vergrößert werden. Insbesondere kann so ein Zeitpunkt, in welchem die volle Ladekapazität oder Ladeleistung der Batterie zur Verfügung steht, nach vorne verlegt werden. Dies kann insbesondere zur Folge haben, dass der Ladevorgang, bei welchem die volle Ladekapazität der Batterie erreicht oder ausgeschöpft werden soll, besonders rasch durchgeführt werden kann.
Über das weitere Kühlmedium, welches bei an den Auslass und den Einlass angeschlossenem fahrzeugexternen Kühlmodul im Betrieb der Kühlanordnung durch den Kühlkreis strömt, kann demnach auch Wärme in den fahrzeuginternen Kühlmittelkreis eingebracht werden. Dies kann auch in einer Anwendung sinnvoll sein, bei welcher der Kühlmittelkreis zum Erwärmen oder Vorwärmen eines Fahrgastraums des Kraftfahrzeugs auf direkte Weise etwa über einen Heizungswärmeübertrager oder auf indirekte Weise etwa über eine Wärmepumpe genutzt werden soll.
Durch Koppeln des fahrzeugexternen Kühlmoduls mit dem Auslass und dem Einlass, also mit Komponenten des Kühlkreises, welche dem fahrzeuginternen Abschnitt des Kühlkreises zugehörig sind, kann also eine externe Kältequelle oder Wärmequelle genutzt werden, welche durch das fahrzeugexterne Kühlmodul bereitgestellt ist. Das fahrzeugexterne Kühlmodul kann daher auch als fahrzeugexternes Temperiermodul bezeichnet werden. Der Wärmeübertrager, in welchem ein Wärmeübergang von dem Kühlmittel auf das weitere Kühlmedium oder von dem weiteren Kühlmedium auf das Kühlmittel stattfinden kann, ist hierbei extern versorgt. Denn durch Nutzung des Wärmeübertragers kann auf die Kühlleistung oder Temperierleistung des fahrzeugexternen Kühlmoduls oder Temperiermoduls zugegriffen werden. Dennoch ist der fahrzeuginterne Kühlmittelkreis in sich geschlossen. Dadurch können in den fahrzeuginternen Kühlmittelkreis selbst bei dem Kühlen oder Temperieren der Batterie mittels des fahrzeugexternen Kühlmoduls oder Temperiermoduls keine Verunreinigungen und/oder Luftblasen oder dergleichen gelangen. Dies ist im Hinblick auf einen ungestörten Betrieb, insbesondere Kühlbetrieb zum Kühlen der Batterie, mittels des fahrzeuginternen Kühlmittelkreises vorteilhaft.
Die Batterie beziehungsweise der Energiespeicher insbesondere jedoch seine Kühleinrichtung ist dabei von einem einzigen Kühlmittel oder Kühlfluid durchströmt, welches seinerseits über mindestens eine Temperiermaßnahme, sei es über fahrzeugexterne oder fahrzeuginterne Quellen, konditioniert wird. Das Kühlmittel kann hierbei in die der Batterie zugeordnete Kühleinrichtung, räumlich betrachtet, auf unterschiedlichen Ebenen oder Niveaus eingebracht werden, wobei auch in diesem Fall die unterschiedlichen Ebenen oder Niveaus in den gleichen fahrzeuginternen Kühlmittelkreis eingebunden sind.
Die, insbesondere als Kühlplatte ausgebildete, Kühleinrichtung ist vorzugsweise in wärmeleitendem Kontakt mit der Batterie. Auf diese Weise kann sehr gut die im Betrieb der Batterie, also beim Laden und/oder Entladen der Batterie, freigesetzte Wärme in das Kühlmittel eingebracht werden und dann in den ersten Teilraum des Wärmeübertragers gelangen. Für eine gute Wärmeübertragung in dem Wärmeübertrage ist es vorteilhaft, wenn sowohl das Kühlmittel als auch das weitere Kühlmedium als jeweilige Kühlflüssigkeiten ausgebildet sind.
Vorzugsweise ist in den fahrzeuginternen Kühlmittelkreis ein Chiller eingebunden, welcher einen ersten, von dem Kühlmittel durchströmbaren Teilbereich und einen zweiten, von einem Kältemittel durchströmbaren Teilbereich umfasst. Hierbei ist der zweite Teilbereich in einen fahrzeuginternen Kältemittelkreis eingebunden und als Verdampfer des Kältemittelkreises betreibbar. Bei dem vorzugsweise vorgesehenen Chiller handelt es sich somit um einen Wärmeübertrager, welcher einerseits von dem Kühlmittel und andererseits von dem entspannten Kältemittel durchströmt wird. Mittels eines derartigen Chillers ist eine besonders wirksame Abkühlung des Kühlmittels erreichbar. Dies ist etwa vorteilhaft, wenn der von dem Kältemittel durchströmte Teilbereich des Chillers während des Ladevorgangs der Batterie als Verdampfer betrieben wird. Des Weiteren kann der Chiller in vorteilhafter Weise auch im Fahrbetrieb des die Batterie aufweisenden Kraftfahrzeugs zum Kühlen der Batterie genutzt werden.
Zusätzlich oder alternativ kann der fahrzeuginterne Kühlmittelkreis einen Hauptstrang aufweisen, in welchem die Kühleinrichtung angeordnet ist. Hierbei ist der Hauptstrang in einen ersten Zweig des fahrzeuginternen Kühlmittelkreises eingebunden, wobei in dem ersten Zweig der erste Teilraum des Wärmeübertragers angeordnet ist. Des Weiteren ist der Hauptstrang in einen zweiten Zweig des fahrzeuginternen Kühlmittelkreises eingebunden, wobei in dem zweiten Zweig wenigstens eine weitere Kühleinrichtung angeordnet ist, welche zum Kühlen des Kühlmittels ausgebildet ist.
Eine derartige Ausgestaltung ist insbesondere im Hinblick darauf vorteilhaft, dass etwa im Fahrbetrieb des die Batterie aufweisenden Kraftfahrzeugs vorgesehen sein kann, lediglich den zweiten Zweig des fahrzeuginternen Kühlmittelkreises und somit auch den Hauptstrang zu nutzen. Dies sorgt dafür, dass im Betrieb des fahrzeuginternen Kühlmittelkreises ein geringerer Druckverlust auftritt als dies der Fall ist, wenn zusätzlich auch der erste Zweig des Kühlmittelkreises genutzt wird, also insbesondere zusätzlich der erste Teilraum des Wärmeübertragers von dem Kühlmittel durchströmt wird.
Die wenigstens eine weitere Kühleinrichtung kann beispielsweise als Chiller ausgebildet sein und/oder einen mit Luft beaufschlagbaren Kühler umfassen oder durch einen solchen Kühler bereitgestellt sein. Durch das Vorsehen der wenigstens einen weiteren Kühleinrichtung kann im Fahrbetrieb des die Batterie aufweisenden Kraftfahrzeugs eine gute Kühlung der Batterie erreicht werden.
Zudem kann die wenigstens eine weitere Kühleinrichtung aber auch dann genutzt werden, wenn das Kühlmittel sowohl durch den zweiten Zweig als auch durch den ersten Zweig des fahrzeuginternen Kühlmittelkreises strömt, in welchem der erste Teilraum des Wärmeübertragers angeordnet ist. Dann lässt sich, etwa beim Laden der Batterie und somit bei an der Ladestation stehendem Kraftfahrzeug, eine besonders intensive Kühlung der Batterie erreichen.
Vorzugsweise ist in den fahrzeuginternen Kühlmittelkreis wenigstens ein von dem Kühlmittel durchströmbarer Kühler eingebunden, wobei der Kühler mittels eines Lüfters der Kühlanordnung mit einem Luftstrom beaufschlagbar ist. Ein derartiger, im Betrieb mit Luft beaufschlagter Kühler ist sowohl während des Ladens der Batterie an einer stationären Ladestation als auch im Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs in vorteilhafter und einfacher Weise zum Abführen von Wärme aus dem Kühlmittel nutzbar.
Der wenigstens eine Kühler kann in Strömungsrichtung des Kühlmittels stromaufwärts des ersten Teilraums angeordnet sein. So kann dann, wenn der Wärmeübertrager zum Abführen von Wärme von der Batterie genutzt wird, bereits vor dem Hindurchströmen des Kühlmittels durch den ersten Teilraum des Wärmeübertragers Wärme an den Luftstrom abgegeben werden, mit welchem der Kühler beaufschlagt werden kann. Dies ist im Hinblick auf ein sehr effizientes Kühlen des Kühlmittels und somit der Batterie vorteilhaft.
Zusätzlich oder alternativ kann der fahrzeuginterne Kühlmittelkreis eine Umgehungsleitung umfassen, über welche das von der Kühleinrichtung kommende Kühlmittel unter Umgehung des wenigstens einen Kühlers in den ersten Teilraum einbringbar ist. Eine Nutzung der Umgehungsleitung kann beispielsweise vorteilhaft sein, um mit dem Durchströmen des Kühlers verbundene Druckverluste und damit Volumenstromreduktionen zu vermeiden. Des Weiteren kann die Nutzung der Umgehungsleitung vorteilhaft sein, wenn eine vergleichsweise hohe Temperatur der Umgebungsluft vorliegt, mit welcher der Lüfter den Kühler beaufschlagen kann. Denn wenn in einer derartigen Situation die Umgehungsleitung genutzt wird, so tritt an dem Kühler kein Kälteverlust auf, welcher durch eine Aufnahme von Wärme aus der warmen Umgebungsluft bedingt sein kann.
Insbesondere wenn der wenigstens eine Kühler in Strömungsrichtung des Kühlmittels stromaufwärts des ersten Teilraums angeordnet ist, kann ein solcher Kälteverlust jedoch auch vermieden werden, indem der Lüfter nicht betrieben wird und somit keinen Luftstrom bereitstellt. Zusätzlich oder alternativ kann die Kühlanordnung eine Kühlerjalousie umfassen, welche in einem geschlossen Zustand verhindert, dass der von dem Lüfter geförderte Luftstrom auf den Kühler auftrifft. Auch durch derartige Maßnahmen kann vermieden werden, dass es bei hoher Temperatur der Umgebungsluft zu einem unerwünschten Kälteverlust an dem wenigstens einen Kühler kommt.
Zusätzlich oder alternativ kann der wenigstens eine Kühler in einem parallel zu dem ersten Teilraum durchströmbaren Strang des fahrzeuginternen Kühlmittelkreises angeordnet sein. Über diesen Strang ist das Kühlmittel unter Umgehung des ersten Teilraums der Kühleinrichtung zuführbar. Bei einer derartigen, zu dem ersten Teilraum parallel geschalteten Anordnung des Kühlers kann der Kühler beispielsweise im Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs zum Abführen von Wärme von der Batterie genutzt werden, ohne dass zugleich der erste Teilraum des Wärmeübertragers durchströmt zu werden braucht. Dies ist im Hinblick auf eine Vermeidung des mit dem Durchströmen des ersten Teilraums einhergehenden Druckverlusts in dem fahrzeuginternen Kühlmittelkreis vorteilhaft.
Wenn demgegenüber sowohl der erste Teilraum des Wärmeübertragers als auch der Strang des fahrzeuginternen Kühlmittelkreises von dem Kühlmittel durchströmt wird, in welchem der Kühler angeordnet ist, so kann sowohl über den Wärmeübertrager als auch über den mit dem Luftstrom beaufschlagten Kühler Wärme aus dem Kühlmittel abgeführt werden. Dies ist für eine effiziente und rasche Kühlung der Batterie vorteilhaft, wie sie etwa beim Laden, insbesondere Schnellladen, der Batterie sinnvoll ist.
Vorzugsweise umfasst der Wärmeübertrager einen dritten Teilraum, welcher in einen fahrzeuginternen Kältemittelkreis eingebunden ist. Hierbei ist der dritte Teilraum als Verdampfer des Kältemittelkreises betreibbar. Im Betrieb der Kühlanordnung, in welcher das weitere Kühlmedium über den Auslass in das fahrzeugexterne Kühlmodul eingebracht wird, können somit drei räumlich voneinander getrennte Fluide den Wärmeübertrager durchströmen, nämlich das Kühlmittel, welches den ersten Teilraum durchströmt, das weitere Kühlmedium, welches den zweiten Teilraum durchströmt, und das Kältemittel, welches den dritten Teilraum durchströmt. Durch Vorsehen eines derartigen Tri-Fluid-Wärmeübertragers lässt sich eine besonders wirksame Wärmeabfuhr aus dem Kühlmittel erreichen, welches den ersten Teilraum durchströmt. Folglich ist auch eine sehr effiziente Kühlung der Batterie erreichbar.
Des Weiteren ist auf diese Weise im Hinblick auf den Bauraum eine besonders kompakte Ausgestaltung des Wärmeübertragers geschaffen, weil durch den die drei Teilräume aufweisenden Wärmeübertrager zugleich ein Chiller des fahrzeuginternen Kühlmittelkreises bereitgestellt ist. Mit anderen Worten kann in den Wärmeübertrager der Chiller integriert sein, welcher vorzugsweise in dem fahrzeuginternen Kühlmittelkreis angeordnet ist. Insbesondere, wenn ein derartiger Chiller ohnehin - etwa zur Batteriekühlung im Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs - vorgesehen ist, ist dies vorteilhaft.
Aufgrund der Anordnung wenigstens einer der vorstehend beschriebenen weiteren Kühleinrichtungen in dem fahrzeuginternen Kühlmittelkreis, insbesondere des wenigstens einen Kühlers und/oder des wenigstens einen Chillers, kann in vorteilhafter Weise sichergestellt werden, dass für einen Großteil aller Betriebsfälle eine thermodynamisch günstige Abfuhr von Wärme von der Batterie erreichbar ist.
Der zweite Teilraum kann einerseits an den ersten Teilraum und andererseits an den dritten Teilraum angrenzen. Auf diese Weise kann mittels des als Verdampfer betriebenen dritten Teilraums eine direkte Kühlung des zweiten Teilraums bewirkt werden, sodass dieser in besonders hohem Maße Wärme aus dem Kühlmittel aufnehmen kann, welches im Betrieb der Kühlanordnung durch den ersten Teilraum strömt.
Alternativ kann der erste Teilraum einerseits an den zweiten Teilraum und andererseits an den dritten Teilraum angrenzen. Durch eine derartige Anordnung, bei welcher der erste Teilraum quasi sandwichartig zwischen den beiden anderen Teilräume eingebettet ist, ist eine besonders gute Kühlwirkung im Betrieb der Kühlanordnung erreichbar. Denn die in dem Kühlmittel, welches den ersten Teilraum durchströmt, enthaltene Wärme kann besonders direkt und unmittelbar sowohl an das den zweiten Teilraum durchströmende weitere Kühlmedium als auch an das den dritten Teilraum durchströmende Kältemittel abgegeben werden.
Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug weist eine erfindungsgemäße Kühlanordnung und eine Batterie auf. Hierbei ist die Batterie zum Versorgen einer Antriebseinrichtung des Kraftfahrzeugs mit elektrischer Energie ausgebildet. In dem Kraftfahrzeug kann die Kühlanordnung in vorteilhafter Weise zum Kühlen der Batterie genutzt werden.
Die Batterie kann insbesondere als Hochvoltbatterie oder Hochvoltspeicher ausgebildet sein, welche beziehungsweise welcher eine Nennspannung von mehr als 60 Volt und vorzugsweise von bis zu mehreren hundert Volt aufweist.
Alternativ kann die Batterie als Niedervoltbatterie ausgebildet sein, welche eine geringere Nennspannung aufweist, etwa eine Nennspannung von 48 Volt oder auch weniger. Insbesondere bei einer als Hochvoltspeicher ausgebildeten Batterie tritt beim Laden, insbesondere beim Schnellladen, an einer Ladestation oder Ladesäule oder dergleichen eine vergleichsweise hohe Abwärme auf, welche mittels der Kühlanordnung auf besonders effiziente Art und Weise abgeführt werden kann.
Vorzugsweise ist die elektrische Antriebseinrichtung des Kraftfahrzeugs dazu ausgebildet, ein Fortbewegen des Kraftfahrzeugs zu bewirken oder zumindest zu unterstützen. Dementsprechend kann das Kraftfahrzeug insbesondere als Elektrofahrzeug oder Hybridfahrzeug ausgebildet sein.
Vorzugsweise ist der fahrzeuginterne Abschnitt des Kühlkreises mit einem fahrzeugexternen Abschnitt des Kühlkreises gekoppelt, wobei das fahrzeugexterne Kühlmodul in den fahrzeugexternen Abschnitt des Kühlkreises eingebunden ist. Dann lässt sich das weitere Kühlfluid durch den Kühlkreis hindurch fördern und auf diese Weise die Kühlleistung oder Temperierleistung des fahrzeugexternen Kühlmoduls zum Kühlen oder Temperieren der Batterie nutzen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben einer Kühlanordnung wird eine Batterie eines Kraftfahrzeugs temperiert, indem eine Kühleinrichtung eines fahrzeuginternen Kühlmittelkreises der Kühlanordnung von einem Kühlmittel durchströmt wird. Die Kühleinrichtung ist dazu ausgebildet, im Betrieb der Batterie von der Batterie freigesetzte Wärme aufzunehmen. In den fahrzeuginternen Kühlmittelkreis ist ein Wärmeübertrager eingebunden, wobei ein erster Teilraum des Wärmeübertragers von dem Kühlmittel durchströmt wird. Ein zweiter Teilraum des Wärmeübertragers wird von einem weiteren Kühlmedium durchströmt, wobei der zweite Teilraum des Wärmeübertragers in einen fahrzeuginternen Abschnitt eines Kühlkreises eingebunden ist, welcher einen Einlass und einen Auslass umfasst. Das weitere Kühlmedium wird über den Auslass in ein fahrzeugexternes Kühlmodul eingebracht, wobei das Kühlmedium über den Einlass in den fahrzeuginternen Abschnitt des Kühlkreises eingebracht oder rückgeführt wird. In dem fahrzeuginternen Abschnitt des Kühlkreises ist der zweite Teilraum des Wärmeübertragers angeordnet.
Durch einen derartigen Betrieb der Kühlanordnung kann die Batterie gekühlt werden. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Batterie des Kraftfahrzeugs an einer stationären beziehungsweise ortsfesten Ladestation oder Ladesäule geladen wird, welche das fahrzeugexterne Kühlmodul aufweist.
Des Weiteren kann mittels des weiteren Kühlmediums, welches in den zweiten Teilraum des Wärmeübertragers eingebracht wird, die Batterie auch erwärmt beziehungsweise vorgewärmt werden. Dementsprechend kann das weitere Kühlmedium auch als Temperiermedium bezeichnet werden. Ein solches Erwärmen der Batterie ist insbesondere vorteilhaft, um die Batterie auf eine gewünschte Betriebstemperatur zu bringen und/oder für ein rasches und die gesamte Ladekapazität der Batterie besonders weitgehend ausnutzendes Laden der Batterie. Insbesondere die Ladezeit kann durch diesen Temperierprozess optimiert werden.
Die für die erfindungsgemäße Kühlanordnung beschriebenen Vorteile und bevorzugten Ausgestaltungen gelten in analoger Weise für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug sowie für das erfindungsgemäße Verfahren und umgekehrt.
Zu der Erfindung gehören demnach auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Kühlanordnung oder des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens hier nicht noch einmal beschrieben.
Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, oder als Personenbus ausgestaltet.
Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen. Die Erfindung umfasst also auch Realisierungen, die jeweils eine Kombination der Merkmale mehrerer der beschriebenen Ausführungsformen aufweisen, sofern die Ausführungsformen nicht als sich gegenseitig ausschließend beschrieben wurden.
Im Folgenden sind stark schematisierte Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:

1 eine Kühlanordnung zum Kühlen einer Batterie eines Kraftfahrzeugs in einer besonders einfachen Variante;
2 eine weitere Variante der Kühlanordnung, bei welcher Möglichkeiten einer Integration von weiteren Wärmeübertragern in einen fahrzeuginternen Kühlmittelkreis der Kühlanordnung veranschaulicht sind;
3 eine weitere Variante der Kühlanordnung, bei welcher ein mit Luft beaufschlagbarer Kühler und ein Chiller seriell zu einem Fluid-Fluid-Wärmeübertrager der Kühlanordnung angeordnet sind;
4 eine weitere Variante der Kühlanordnung, bei welcher der fahrzeuginterne Kühlmittelkreis einen Hauptstrang und zwei jeweils den Hauptstrang umfassende Zweige aufweist;
5 eine weitere Variante der Kühlanordnung, bei welcher die Kühlanordnung einen von drei Fluiden durchströmbaren Wärmeübertrager aufweist;
6 eine Variante der Kühlanordnung gemäß 5; und
7 stark schematisiert das die Batterie aufweisende Kraftfahrzeug sowie eine Ladestation, welche ein fahrzeugexternes Kühlmodul aufweist.

Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.
In 1 ist stark schematisiert eine Kühlanordnung 10 zum Kühlen einer Batterie 12 eines in 7 schematisch gezeigten Kraftfahrzeugs 14 gezeigt. Die Kühlanordnung 10 ermöglicht die Nutzung eines fahrzeugexternen Kühlmoduls 16 zum Kühlen der Batterie 12. Wie aus 7 ersichtlich ist, kann das fahrzeugexterne Kühlmodul 16 in eine Ladesäule oder Ladestation 18 integriert sein, welche zum Aufladen der Batterie 12 des Kraftfahrzeugs 14 genutzt wird. Insbesondere wenn das Kraftfahrzeug 14 an der Ladestation 18 steht und die Batterie 12 in einem Schnellladevorgang aufgeladen wird, wird von der Batterie 12 vergleichsweise viel Abwärme freigesetzt. Diese Abwärme kann durch Nutzung der Kühlanordnung 10 abgeführt werden.
Gemäß 1 umfasst die Kühlanordnung 10 einen fahrzeuginternen Kühlmittelkreis 20, also einen vollständig in dem Kraftfahrzeug 14 angeordneten und in sich geschlossenen Kühlmittelkreis. In den fahrzeuginternen Kühlmittelkreis 20 ist eine Kühleinrichtung eingebunden, welche etwa als Kühlplatte 22 ausgebildet sein kann. Die beispielsweise als die Kühlplatte 22 ausgebildete Kühleinrichtung ist vorzugsweise in wärmeleitendem Kontakt mit der Batterie 12. Vorzugsweise bilden die Batterie 12 und die Kühleinrichtung 22 ein Gesamtkonstrukt in Form einer Energiespeichereinrichtung, insbesondere einer Hochvolt-Energiespeichereinrichtung, welche mit mindestens einem Eintrittsanschluss 221 und mindestens einem Austrittanschluss 222 für das Kühlmittel versehen ist. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind diese Anschlüsse vorliegend lediglich in 1 mit jeweiligen Bezugszeichen versehen Wenn eine in dem Kühlmittelkreis 20 angeordnete Pumpe 24 ein insbesondere als Kühlflüssigkeit ausgebildetes Kühlmittel durch den fahrzeuginternen Kühlmittelkreis 20 fördert, so durchströmt das Kühlmittel auch die Kühlplatte 22 als Teilkomponente der Energiespeichereinrichtung. Auf diese Weise kann im Betrieb der Batterie 12, also beispielsweise beim Laden der Batterie 12, von der Batterie 12 freigesetzte Wärme von dem Kühlmittel aufgenommen werden.
In den fahrzeuginternen Kühlmittelkreis 20 ist ein Wärmeübertrager 26 eingebunden, welcher in 1 schematisch dargestellt ist. Der Wärmeübertrager 26 umfasst einen ersten Teilraum 28, welcher von dem Kühlmittel durchströmbar ist, welches die Pumpe 24 oder Kühlmittelpumpe durch den fahrzeuginternen Kühlmittelkreis 20 fördert. Der Wärmeübertrager 26 weist einen zweiten Teilraum 30 auf, welcher mit dem ersten Teilraum 28 in wärmeleitendem Kontakt steht. Der zweite Teilraum 30 des Wärmeübertragers 26 ist in einen Kühlkreis 32 eingebunden, welcher in 1 stark schematisiert dargestellt ist. Durch den zweiten Kühlkreis 32 und somit auch den zweiten Teilraum 30 kann im Betrieb der Kühlanordnung 10 und insbesondere des fahrzeugexternen Kühlmoduls 16 ein weiteres Kühlmedium strömen, beispielsweise eine weitere Kühlflüssigkeit.
Der Kühlkreis 32 umfasst einen Auslass 34 und einen Einlass 36, welche einem fahrzeuginternen, also in dem Kraftfahrzeug 14 ausgebildeten oder bereitgestellten Abschnitt 40 des Kühlkreises 32 zugehörig sind. Der Auslass 34 und der Einlass 36 können insbesondere im Bereich einer Außenhaut 38 des Kraftfahrzeugs 14 angeordnet sein (vergleiche 7), wobei die Außenhaut 38 des Kraftfahrzeugs 14 in 1 lediglich ausschnittsweise und stark schematisiert dargestellt ist. Beispielsweise können an den Auslass 34 und den Einlass 36 jeweilige Leitungen angeschlossen werden, um das fahrzeugexterne Kühlmodul 16 fluidisch mit dem zweiten Teilraum 30 des Wärmeübertragers 26 zu verbinden.
Bei der in 1 gezeigten Variante der Kühlanordnung 10 erfolgt im Kühlbetrieb der Kühlanordnung 10 die Abfuhr von Wärme von der Batterie 12 und somit das Kühlen der Batterie 12 ausschließlich über die Kühlleistung, welche das fahrzeugexterne Kühlmodul 16 bereitstellt. Dementsprechend kann diese Kühlanordnung 10 in vorteilhafter Weise genutzt werden, wenn das Kraftfahrzeug 14 etwa an der Ladestation 18 steht und wenn die Batterie 12 während des Ladens der Batterie 12 gekühlt werden soll.
Der Kühlkreis 32 umfasst gemäß 1 den fahrzeuginternen Abschnitt 40, in welchem der zweite Teilraum 30 des Wärmeübertragers 26 angeordnet ist. Des Weiteren umfasst der Kühlkreis 32 einen fahrzeugexternen Abschnitt 42, in welchen das fahrzeugexterne Kühlmodul 16 eingebunden ist. Trennstellen zwischen dem fahrzeuginternen Abschnitt 40 und dem fahrzeugexternen Abschnitt 42 sind durch den Auslass 34 und den Einlass 36 bereitgestellt. Durch Abkoppeln jeweiliger, dem fahrzeugexternen Abschnitt 42 zugehöriger Leitungen des Kühlkreises 32 von dem Auslass 34 einerseits und dem Einlass 36 andererseits kann somit auch eine Abkopplung des zweiten Teilraums 30 von dem fahrzeugexternen Kühlmodul 16 erreicht werden, etwa nach Beendigung des Ladevorgangs der Batterie 12.
In 2 ist eine Variante der Kühlanordnung 10 gezeigt, bei welcher die Abfuhr von Wärme von der Batterie 12 durch weitere Wärmeübertrager der Kühlanordnung 10 unterstützt werden kann. In 2 soll jedoch lediglich auf Komponenten der Kühlanordnung 10 eingegangen werden, welche nicht bereits mit Bezug auf 1 erläutert worden sind.
Gemäß 2 kann in den fahrzeuginternen Kühlmittelkreis 20 ein Chiller 44 eingebunden sein. Der Chiller 44 umfasst einen ersten Teilbereich 46, welcher von dem Kühlmittel durchströmt wird, das die Pumpe 24 durch den fahrzeuginternen Kühlmittelkreis 20 fördert. Des Weiteren weist der Chiller 44 einen zweiten Teilbereich 48 auf, welcher in einen fahrzeuginternen Kältemittelkreis 50 eingebunden ist. Der zweite Teilbereich 48 des Chillers 44 ist als Verdampfer des Kältemittelkreises 50 betreibbar. Übliche Komponenten 52 des Kältemittelkreises 50 wie beispielsweise ein Verdichter, ein dem Verdichter nachgeschalteter Kondensator oder Gaskühler sowie ein dem Verdampfer in Form des zweiten Teilbereichs 48 vorgeschaltetes Expansionsorgan sind in 2 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht näher dargestellt.
Des Weiteren kann der fahrzeuginterne Kühlmittelkreis 20 wenigstens einen Kühler 54 aufweisen, welcher aufgrund eines Betreibens der Pumpe 24 von dem Kühlmittel durchströmt werden kann. Mittels eines in 2 schematisch gezeigten Lüfters 56 kann der Kühler 54 mit einem Luftstrom beaufschlagt werden. Mittels des Chillers 44 beziehungsweise zusätzlich oder alternativ mittels des Kühlers 54 kann Wärme aus dem Kühlmittel abgeführt werden, welches den fahrzeuginternen Kühlmittelkreis 20 durchströmt, wenn die Pumpe 24 betrieben wird. Wenn derartige Wärmeübertrager wie der vorliegend beispielhaft gezeigte wenigstens eine Chiller 44 und der vorliegend beispielhaft gezeigte wenigstens eine Kühler 54 betrieben werden, während der zweite Teilraum 30 fluidisch mit dem fahrzeugexternen Kühlmodul 16 verbunden ist, so können diese Wärmeübertrager die mittels des fahrzeugexternen Kühlmoduls 16 erreichbare Kühlung der Batterie 12 unterstützen. Jedoch sind der Chiller 44 und/oder der Kühler 54 auch in einem Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs 14 nutzbar, also wenn das Kraftfahrzeug 14 nicht an der Ladestation 18 steht (vergleiche 7).
Gemäß 2 kann der Kühler 54 in einem parallel zu dem ersten Teilraum 28 durchströmbaren Strang 58 des fahrzeuginternen Kühlmittelkreises 20 angeordnet sein. Über diesen Strang 58 kann das Kühlmittel unter Umgehung des ersten Teilraums 28 der Kühleinrichtung vorliegend in Form der Kühlplatte 22 zugeführt werden.
Der Strang 58 kann an einer Einmündungsstelle 60 in eine Leitung des Kühlmittelkreises 20 einmünden, welche stromaufwärts des Chillers 44 an den ersten Teilbereich 46 angeschlossen ist. Dementsprechend kann diese Einmündungsstelle 60 bezogen auf die Strömungsrichtung des Kühlmittels durch den Kühlmittelkreis 20 stromaufwärts des ersten Teilbereichs 46 des Chillers 44 angeordnet sein. Zusätzlich oder alternativ kann der Strang 58 stromabwärts des ersten Teilbereichs 46 in eine zu der Pumpe 24 führende Leitung des Kühlmittelkreises 20 einmünden, etwa an einer in 2 gezeigten weiteren Einmündungsstelle 62.
Des Weiteren kann der fahrzeugexterne Kühlmittelkreis 20 eine Umgehungsleitung 64 aufweisen, mittels welcher das von der Kühlplatte 22 her kommende Kühlmittel unter Umgehung sowohl des ersten Teilraums 28 als auch des Kühlers 54 in den ersten Teilbereich 46 des Chillers 44 eingebracht werden kann.
Die entsprechenden, vorstehend erläuterten Varianten des Kühlmittelkreises 20 sind in 2 durch gestrichelte Linien veranschaulicht, welche ebenso wie die durchgezogenen Linien stark vereinfacht Leitungen des fahrzeuginternen Kühlmittelkreises 20 darstellen.
In den Kühlmittelkreis 20 können darüber hinaus noch weitere zu kühlende Komponenten wie etwa Elektromotoren, Steuergeräte, Leistungselektroniken und dergleichen in unterschiedlicher Reihenfolge und Anordnung eingebunden sein. Der Übersichtlichkeit halber sind diese in den Figuren nicht berücksichtigt beziehungsweise dargestellt.
In den vorstehend und nachfolgend erläuterten Varianten der Kühlanordnung 10 verwendbare Ventile, etwa in Form von Absperrventilen und/oder Umschaltventilen und/oder Rückschlagventilen und/oder Mischventilen oder dergleichen zur Sicherungsstellung einer gewünschten Fließrichtung des Kühlmittels durch den fahrzeuginternen Kühlmittelkreis 20 und/oder des weiteren Kühlmediums durch den fahrzeuginternen Abschnitt 40 des Kühlkreises 32 sind in den Figuren aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht näher dargestellt.
Die Festlegung der Strömungsrichtung des Kühlmittels in dem dafür mehrere Optionen bietenden Kühlmittelkreis 20 wird jedoch vorzugsweise über verschiedene Ausführungsformen derartiger Ventilvarianten umgesetzt. Ein Vorsehen solcher Ventile hat zur Folge, dass das Kühlmittel nicht einfach den Weg des geringsten Strömungswiderstandes wählt. Daher kann durch derartige Ventile insbesondere erreicht werden, dass der gewünschte Kühleffekt auftritt.
In 3 ist eine weitere Variante der Kühlanordnung 10 gezeigt, wobei nachfolgend lediglich auf Unterschiede zu der in 2 gezeigten Variante eingegangen werden soll. So ist gemäß 3 der Kühler 54, welcher mittels des Lüfters 56 mit dem Luftstrom beaufschlagt werden kann, in Strömungsrichtung des Kühlmittels stromaufwärts des ersten Teilraums 28 angeordnet. Dementsprechend wird hier der Kühler 54 seriell zu dem ersten Teilraum 28 von dem Kühlmittel durchströmt und nicht wie bei der in 2 gezeigten Anordnung parallel.
Aufgrund derartiger Anordnungen von Wärmeübertragern wie etwa des wenigstens einen insbesondere als Niedertemperaturkühler ausgebildeten Kühlers 54 und/oder des wenigstens einen Chillers 44 parallel und/oder seriell zu dem Wärmeübertrager 26 können für eine Vielzahl von Betriebspunkten der Kühlanordnung 10 vorteilhafte beziehungsweise thermodynamisch günstige Ausgestaltungen erreicht werden.
Auch bei der in 3 gezeigten Variante der Kühlanordnung 10 kann der Chiller 44 bei Bedarf zugeschaltet werden, um eine zusätzliche Kühlung des Kühlmittels zu erreichen, mittels welchem die Wärme von der Batterie 12 abgeführt wird.
Wenn bei der in 3 gezeigten Anordnung des Kühlers 54 seriell zu dem ersten Teilraum 28 des Wärmeübertragers 26 kein Wärmeaustausch an dem Kühler 54 gewünscht wird, so kann der Lüfter 56 außer Betrieb genommen werden. Zusätzlich oder alternativ kann eine (nicht gezeigte) Kühlerjalousie in eine Schließstellung gebracht werden, in welcher der Kühler 54 vor einer Beaufschlagung mit Luft geschützt ist, selbst wenn der Lüfter 56 in Betrieb ist und somit einen Luftstrom fördert. Des Weiteren ist es möglich, eine Umgehungsleitung oder Bypassleitung vorzusehen, um den Kühler 54 zu umgehen. Derartige Möglichkeiten den Kühler 54 außer Betrieb zu setzen können insbesondere dann vorteilhaft sein, wenn die Umgebungsluft vergleichsweise warm ist und es deswegen wünschenswert ist, wenn an dem Kühler 54 kein Eintrag von Wärme in das Kühlmittel stattfindet.
In 4 ist eine weitere Variante der Kühlanordnung 10 schematisch gezeigt, wobei im Folgenden lediglich Unterschiede der Kühlanordnung 10 zu den bereits erläuterten Varianten dargelegt werden sollen. Bei der in 4 gezeigten Variante der Kühlanordnung 10 umfasst der fahrzeuginterne Kühlmittelkreis 20 einen Hauptstrang 66, in welchem die Kühleinrichtung vorliegend in Form der Kühlplatte 22 angeordnet ist.
Der Hauptstrang 66 ist in einen ersten Zweig 68 des fahrzeuginternen Kühlmittelkreises 20 eingebunden, wobei in dem ersten Zweig 68 auch der erste Teilraum 28 des Wärmeübertragers 26 angeordnet ist. Des Weiteren kann in dem ersten Zweig 68 eine weitere Pumpe 70 angeordnet sein. Durch Betreiben dieser weiteren Pumpe 70 kann erreicht werden, dass das Kühlmittel lediglich durch den ersten Zweig 68 und somit auch den Hauptstrang 66 gefördert wird. Dies ist beispielsweise dann sinnvoll, wenn lediglich über das fahrzeugexterne Kühlmodul 16 eine Wärmeabfuhr aus der Batterie 12 erfolgen soll.
Des Weiteren ist der Hauptstrang 66 in einen zweiten Zweig 72 des fahrzeuginternen Kühlmittelkreises 20 eingebunden, in welchem sich gemäß 4 die bereits erläuterte Pumpe 24 befindet. In den zweiten Zweig 68 können der Chiller 44 und/oder der wenigstens eine Kühler 54 eingebunden sein. Auch in Bezug auf den zweiten Zweig 72 ist es möglich, derartige weitere Kühleinrichtungen der Kühlanordnung 10 zueinander seriell und/oder parallel und/oder mittels einer jeweiligen Umgehungsleitung oder Bypassleitung umgehbar anzuordnen.
Beispielsweise ist in 4 mittels durchgezogener Linien eine Situation veranschaulicht, bei welcher die Pumpe 24 das von der Kühlplatte 22 kommende Kühlmittel zunächst in den ersten Teilbereich 46 des Chillers 44 einbringt und dann wieder der Kühlplatte 22 zuführt, welche in dem Hauptstrang 66 angeordnet ist. Der Kühler 54 kann bezogen auf den ersten Teilbereich 46 des Chillers 44 parallel oder seriell durchströmbar in dem zweiten Zweig 72 angeordnet sein. Des Weiteren kann vorgesehen sein, den ersten Teilbereich 46 des Chillers 44 zu umgehen und das Kühlmittel lediglich durch den Kühler 54 zu fördern. Die entsprechenden Varianten sind in 4 durch gestrichelte Linien veranschaulicht, welche mögliche Ausgestaltungen von Kühlmittelleitungen des fahrzeuginternen Kühlmittelkreises 20 stark vereinfacht darstellen.
An einer Einmündungsstelle 74 sind vorliegend jeweilige Abschnitte des ersten Zweigs 68 und des zweiten Zweigs 72 zusammengeführt, wobei sich an diese Einmündungsstelle 74 der Hauptstrang 66 anschließt. In analoger Weise endet der Hauptstrang 66 an einer Verzweigungsstelle 76, an welcher sich der fahrzeuginterne Kühlmittelkreis 20 in die Abschnitte des ersten Zweigs 68 und des zweiten Zweigs 72 verzweigt.
Alternativ zu der in 2 gezeigten Variante der Kühlanordnung 10 kann vorgesehen sein, in einem Abschnitt des Hauptstrangs 66, etwa zwischen der Einmündungsstelle 74 und der Kühlplatte 22, lediglich eine gemeinsame Pumpe anzuordnen. Dann brauchen nicht die gemäß 4 in dem ersten Zweig 68 angeordnete Pumpe 70 und zusätzlich die in dem zweiten Zweig 72 angeordnete Pumpe 24 vorgesehen zu werden. Bei Einbringung der gemeinsamen Pumpe in den Hauptstrang 66 kann wiederum durch das Vorsehen von in den Figuren nicht näher gezeigten Ventilen eine jeweils gewünschte Durchströmung des ersten Zweigs 68 und des zweiten Zweigs 72 im Betrieb der Kühlanordnung 10 sichergestellt werden.
In 5 ist eine weitere Variante der Kühlanordnung 10 gezeigt. Auch hier soll lediglich auf Unterschiede etwa zu der in 3 gezeigten Kühlanordnung 10 eingegangen werden. So weist bei der in 5 gezeigten Variante der Kühlanordnung 10 der Wärmeübertrager 26 den ersten Teilraum 28 und den zweiten Teilraum 30 auf. Zusätzlich weist der Wärmeübertrager 26 einen dritten Teilraum 78 auf, welcher in den fahrzeuginternen Kältemittelkreis 50 eingebunden ist. Dementsprechend ist der Wärmeübertrager 26 als von drei Fluiden durchströmbarer Wärmeübertrager ausgebildet. Vorliegend kann der dritte Teilraum 78 als Verdampfer des Kältemittelkreises 50 betrieben werden. Bei dieser Ausgestaltung ist mit anderen Worten der in 3 gezeigte Chiller 44 in den in 3 gezeigten Wärmeübertrager 26 integriert. Folglich ist eine besonders kompakte Bauweise der Kühlanordnung 10, insbesondere des Wärmeübertragers 26, erreicht.
Bei der in 5 gezeigten Variante kann der wenigstens eine Kühler 54, welcher mittels des Lüfters 56 mit einem Luftstrom beaufschlagbar sein kann, beispielsweise stromaufwärts des ersten Teilraums 28 in den fahrzeuginternen Kühlmittelkreis 20 eingebunden sein. Des Weiteren ist es möglich, eine Umgehungsleitung 80 vorzusehen, über welche das von der Kühlplatte 22 kommende Kühlmittel unter Umgehung des Kühlers 54 in den ersten Teilraum 28 des Wärmeübertragers 26 eingebracht werden kann.
Bei der in 5 gezeigten Variante der Kühlanordnung 10 grenzt der zweite Teilraum 30 einerseits an den ersten Teilraum 28 und andererseits an den dritten Teilraum 78 an. Dementsprechend ist der zweite Teilraum 30 sandwichartig zwischen dem ersten Teilraum 28 und dem dritten Teilraum 78 angeordnet.
Demgegenüber ist in 6 eine Variante der Kühlanordnung 10 gezeigt, bei welcher der erste Teilraum 28 einerseits an den zweiten Teilraum 30 und andererseits an den dritten Teilraum 78 angrenzt. Dementsprechend ist der erste Teilraum 28 sandwichartig zwischen den beiden anderen Teilräumen 30, 78 angeordnet. Dies ist im Hinblick auf eine besonders gute Kühlwirkung des Wärmeübertragers 26 beim Abführen von Wärme aus dem Kühlmittel vortei lhaft.
Auch bei den in 4 bis 6 gezeigten Varianten der Kühlanordnung 10 können vorliegend nicht näher zu erläuternde Ventile etwa in Form von Absperrventilen, Umschaltventilen, Mischventilen oder dergleichen vorgesehen sein, um eine jeweils gewünschte Strömungsrichtung des Kühlmittels durch die einzelnen Komponenten des fahrzeuginternen Kühlmittelkreises 20 und/oder des weiteren Kühlmediums durch den fahrzeuginternen Abschnitt 40 des Kühlkreises 32 zu gewährleisten.
In 7 ist schematisch eine Situation gezeigt, in welcher das Kraftfahrzeug 14 an der Ladestation 18 steht, wobei entsprechende Anschlussleitungen, welche dem fahrzeugexternen Abschnitt 42 des Kühlkreises 32 zugehörig sind (vergleiche 1), mit dem Auslass 34 einerseits und mit dem Einlass 36 andererseits gekoppelt sind.
In dem fahrzeugexternen Abschnitt 42 des Kühlkreises 32 ist vorzugsweise eine (nicht gezeigte) Pumpe vorgesehen, mittels welcher das Kühlmedium durch den Kühlkreis 32 förderbar ist. Zusätzlich oder alternativ kann in dem fahrzeuginternen Abschnitt 40 des Kühlkreises 32 eine Pumpe angeordnet sein, um über den Auslass 34 das Kühlmedium dem fahrzeugexternen Kühlmodul 16 zuzuführen beziehungsweise über den Einlass 36 das Kühlmedium in den fahrzeuginternen Abschnitt 40 des Kühlkreises 32 einzubringen oder rückzuführen.
In 7 ist des Weiteren schematisch gezeigt, dass das Kraftfahrzeug 14 eine elektrische Antriebseinrichtung etwa in Form wenigstens eines Elektromotors 82 aufweisen kann, welcher von der Batterie 12 mit elektrischer Energie versorgt wird. Der wenigstens eine Elektromotor 82 kann ein Fortbewegen des Kraftfahrzeugs 14 bewirken oder ein solches Fortbewegen zumindest unterstützen. Mittel für das elektrische Anschließen der Batterie 12 an die Ladestation 18 zum Zwecke des Ladens der Batterie 12 sind in 7 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht näher dargestellt.
Vorliegend nicht näher beschriebene Steuergeräte, Kommunikationsschnittstellen und dergleichen zur Realisierung einer Abstimmung zwischen dem Kraftfahrzeug 14 und der die Temperiereinrichtung aufweisenden Ladestation 18, sowie nicht dargestellte Sensorik oder Sensorelemente in beziehungsweise an Leitungen und/oder anderen Komponenten der Kühlanordnung 10 beziehungsweise der Ladestation 18 sind vorzugsweise für eine ordnungsgemäße Durchführung einer Bauteiltemperierung vorgesehen, so dass diese im Rahmen ihrer zulässigen Betriebsparameter funktioniert.
Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Kühlanordnung 10 eine externe Batteriekühlung unter Nutzung eines geschlossenen Systems mit dem Fluid-Fluid-Wärmeübertrager 26 und genau einer Kühleinrichtung etwa in Form der Kühlplatte 22 bereitgestellt werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102015014690 A1 [0002]
DE 102016225508 A1 [0002]
DE 4408961 C1 [0003]
DE 102015222703 A1 [0003]

Claims

Kühlanordnung zum Kühlen einer Batterie (12) eines Kraftfahrzeugs (14), mit einem fahrzeuginternen Kühlmittelkreis (20), welcher eine von einem Kühlmittel durchströmbare Kühleinrichtung (22) umfasst, wobei die Kühleinrichtung (22) dazu ausgebildet ist, im Betrieb der Batterie (12) von der Batterie (12) freigesetzte Wärme aufzunehmen, dadurch gekennzeichnet, dass in den fahrzeuginternen Kühlmittelkreis (20) ein Wärmeübertrager (26) eingebunden ist, welcher einen ersten, von dem Kühlmittel durchströmbaren Teilraum (28) und einen zweiten, von einem weiteren Kühlmedium durchströmbaren Teilraum (30) aufweist, wobei der zweite Teilraum (30) des Wärmeübertragers (26) in einen fahrzeuginternen Abschnitt (40) eines Kühlkreises (32) eingebunden ist, welcher einen Auslass (34) und einen Einlass (36) umfasst, wobei das weitere Kühlmedium über den Auslass (34) in ein fahrzeugexternes Kühlmodul (16) einbringbar ist, und wobei das Kühlmedium über den Einlass (36) in den fahrzeuginternen Abschnitt (40) des Kühlkreises (32) einbringbar ist.
Kühlanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den fahrzeuginternen Kühlmittelkreis (20) ein Chiller (44) eingebunden ist, welcher einen ersten, von dem Kühlmittel durchströmbaren Teilbereich (46) und einen zweiten, von einem Kältemittel durchströmbaren Teilbereich (48) umfasst, wobei der zweite Teilbereich (48) in einen fahrzeuginternen Kältemittelkreis (50) eingebunden und als Verdampfer des Kältemittelkreises (50) betreibbar ist.
Kühlanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der fahrzeuginterne Kühlmittelkreis (20) einen Hauptstrang (66) aufweist, in welchem die Kühleinrichtung (22) angeordnet ist, wobei der Hauptstrang (66) in einen ersten Zweig (68) des fahrzeuginternen Kühlmittelkreises (20) eingebunden ist, in welchem der erste Teilraum (28) des Wärmeübertragers (26) angeordnet ist, und wobei der Hauptstrang (66) in einen zweiten Zweig (72) des fahrzeuginternen Kühlmittelkreises (20) eingebunden ist, in welchem wenigstens eine weitere Kühleinrichtung angeordnet ist, welche zum Kühlen des Kühlmittels ausgebildet ist.
Kühlanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den fahrzeuginternen Kühlmittelkreis (20) wenigstens ein von dem Kühlmittel durchströmbarer Kühler (54) eingebunden ist, welcher mittels eines Lüfters (56) der Kühlanordnung (10) mit einem Luftstrom beaufschlagbar ist.
Kühlanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Kühler (54) in Strömungsrichtung des Kühlmittels stromaufwärts des ersten Teilraums (28) angeordnet ist und/oder der fahrzeuginterne Kühlmittelkreis (20) eine Umgehungsleitung (80) umfasst, über welche das von der Kühleinrichtung (22) kommende Kühlmittel unter Umgehung des wenigstens einen Kühlers (54) in den ersten Teilraum (28) einbringbar ist, und/oder der wenigstens eine Kühler (54) in einem parallel zu dem ersten Teilraum (28) durchströmbaren Strang (58) des fahrzeuginternen Kühlmittelkreises (20) angeordnet ist, über welchen das Kühlmittel unter Umgehung des ersten Teilraums (28) der Kühleinrichtung (22) zuführbar ist.
Kühlanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeübertrager (26) einen dritten Teilraum (78) umfasst, welcher in einen fahrzeuginternen Kältemittelkreis (50) eingebunden ist, wobei der dritte Teilraum (78) als Verdampfer des Kältemittelkreises (50) betreibbar ist.
Kühlanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Teilraum (30) einerseits an den ersten Teilraum (28) und andererseits an den dritten Teilraum (78) angrenzt oder der erste Teilraum (28) einerseits an den zweiten Teilraum (30) und andererseits an den dritten Teilraum (78) angrenzt.
Kraftfahrzeug mit einer Kühlanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und mit einer Batterie (12), wobei die Batterie (12) zum Versorgen einer Antriebseinrichtung (82) des Kraftfahrzeugs (14) mit elektrischer Energie ausgebildet ist, und wobei die Antriebseinrichtung (82) dazu ausgebildet ist, ein Fortbewegen des Kraftfahrzeugs (14) zu bewirken oder zumindest zu unterstützen.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der fahrzeuginterne Abschnitt (40) des Kühlkreises (32) mit einem fahrzeugexternen Abschnitt (42) des Kühlkreises (32) gekoppelt ist, wobei das fahrzeugexterne Kühlmodul (16) in den fahrzeugexternen Abschnitt (42) des Kühlkreises (32) eingebunden ist.
Verfahren zum Betreiben einer Kühlanordnung (10), bei welchem eine Batterie (12) eines Kraftfahrzeugs (14) temperiert wird, indem eine Kühleinrichtung (22) eines fahrzeuginternen Kühlmittelkreises (20) der Kühlanordnung (10) von einem Kühlmittel durchströmt wird, wobei die Kühleinrichtung (22) dazu ausgebildet ist, im Betrieb der Batterie (12) von der Batterie (12) freigesetzte Wärme aufzunehmen, dadurch gekennzeichnet, dass in den fahrzeuginternen Kühlmittelkreis (20) ein Wärmeübertrager (26) eingebunden ist, wobei ein erster Teilraum (28) des Wärmeübertragers (26) von dem Kühlmittel durchströmt wird, und wobei ein zweiter Teilraum (30) des Wärmeübertragers (26) von einem weiteren Kühlmedium durchströmt wird, wobei der zweite Teilraum (30) des Wärmeübertragers (26) in einen fahrzeuginternen Abschnitt (40) eines Kühlkreises (32) eingebunden ist, welcher einen Auslass (34) und einen Einlass (36) umfasst, wobei das weitere Kühlmedium über den Auslass (34) in ein fahrzeugexternes Kühlmodul (16) eingebracht wird, und wobei das weitere Kühlmedium über den Einlass (36) in den fahrzeuginternen Abschnitt (40) des Kühlkreises (32) eingebracht wird.