DE102021132036B4

DE102021132036B4 - Kühlanordnung zum Kühlen einer Batterie eines Kraftfahrzeugs, Kraftfahrzeug und Verfahren zum Betreiben einer Kühlanordnung

Info

Publication number: DE102021132036B4
Application number: DE102021132036.4A
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: 2024-01-25
Anticipated expiration: 2041-12-07
Also published as: WO2023104474A1; DE102021132036A1

Abstract

Kühlanordnung (10) zum Kühlen einer Batterie (12) eines Kraftfahrzeugs (14), mit einem ersten fahrzeuginternen Kühlmittelkreis (24), welcher eine von einem Kühlmittel durchströmbare Kühleinrichtung (20) umfasst, wobei die Kühleinrichtung (20) dazu ausgebildet ist, im Betrieb der Batterie (12) von der Batterie (12) freigesetzte Wärme aufzunehmen, und mit einem zweiten fahrzeuginternen Kühlmittelkreis (30), dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung (20) einen ersten, von dem Kühlmittel durchströmbaren Teilraum (22) und einen zweiten, von einem weiteren Kühlmittel durchströmbaren Teilraum (28) aufweist, wobei der zweite Teilraum (28) der Kühleinrichtung (20) in den zweiten fahrzeuginternen Kühlmittelkreis (30) eingebunden ist, welcher einen von der Kühleinrichtung (20) verschiedenen Wärmeübertrager (34) aufweist, und wobei der Wärmeübertrager (34) dazu ausgebildet ist, einem fahrzeugexternen Kühlmodul (16) Wärme zuzuführen, welche aufgrund eines Hindurchströmens des weiteren Kühlmittels durch den zweiten Teilraum (28) von dem weiteren Kühlmittel aufnehmbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kühlanordnung zum Kühlen einer Batterie eines Kraftfahrzeugs, mit einem ersten 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 umfasst die Kühlanordnung einen zweiten fahrzeuginternen Kühlmittelkreis.
Eine Batteriekühlanordnung mit zwei Kühlmittelkreisläufen ist beispielsweise in der DE 10 2020 100 428 A1 beschrieben. Einer der Kühlmittelkreisläufe ist als Kühlmittelkreislauf für einen elektrischen Antriebsstrang ausgebildet und enthält einen Batteriekühler. Der zweite Kühlmittelkreislauf ist als ein einer Klimaanlage zugeordneter Kühlmittelkreislauf ausgebildet. Des Weiteren umfasst die Batteriekühlanordnung einen Kältemittelkreislauf. Mittels eines 4/2-Wege-Kühlmittelventils können die beiden Kühlmittelkreisläufe miteinander gekoppelt oder voneinander getrennt werden.
Die JP 2019 75248 A beschreibt ein Batteriekühlsystem. Während eine Batterie durch ein an der Außenseite eines Fahrzeugs bereitgestelltes Ladegerät geladen wird, kühlt das Batteriekühlsystem die Batterie unter Verwendung eines internen Kreislaufs und eines externen Kreislaufs.
Die CN 113 263 959 A beschreibt ein Flüssigkeitskühlungs-Wärmemanagementsystem für Elektrofahrzeuge, das eine fahrzeugmontierte Ladevorrichtung umfasst. Das Wärmemanagementsystem umfasst eine fahrzeugmontierte Klimaanlagenanordnung und eine Batterieanordnung. Ein Batteriepack wird mittels eines kombinierten Batteriewärmetauschers gekühlt.
Weitere Möglichkeiten zur Kühlung von Elektroaggregaten eines Fahrzeugs oder einer Fahrbatterie eines Fahrzeugs sind in der DE 10 2006 004 414 A1 und in der EP 1 264 715 A2 beschrieben.
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 9 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 ersten fahrzeuginternen Kühlmittelkreis, welcher eine von einem Kühlmittel durchströmbare Kühleinrichtung umfasst. Die Kühleinrichtung ist dazu ausgebildet, Wärme aufzunehmen, welche im Betrieb der Batterie von der Batterie freigesetzt wird. Die Kühlanordnung umfasst zudem einen zweiten fahrzeuginternen Kühlmittelkreis. Die Kühleinrichtung weist einen ersten, von dem Kühlmittel durchströmbaren Teilraum und einen zweiten, von einem weiteren Kühlmittel durchströmbaren Teilraum auf. Hierbei ist der zweite Teilraum der Kühleinrichtung in den zweiten fahrzeuginternen Kühlmittelkreis eingebunden. Der zweite fahrzeuginterne Kühlmittelkreis weist einen von der Kühleinrichtung verschiedenen Wärmeübertrager auf. Der Wärmeübertrager ist dazu ausgebildet, einem fahrzeugexternen Kühlmodul Wärme zuzuführen, welche aufgrund eines Hindurchströmens des weiteren Kühlmittels durch den zweiten Teilraum von dem weiteren Kühlmittel aufnehmbar ist.
Wenn also im Betrieb der Kühlanordnung das weitere Kühlmittel durch den zweiten Teilraum der Kühleinrichtung hindurchströmt und hierbei von der Batterie abgegebene Wärme aufnimmt, so kann über den Wärmeübertrager diese Wärme dem fahrzeugexternen Kühlmodul zugeführt werden. Folglich kann die Kühlleistung des fahrzeugexternen Kühlmoduls zum Kühlen der Batterie genutzt werden. 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 und dem fahrzeugexternen Kühlmodul zugeführt werden. Daher ist beispielsweise im Ladebetrieb der Batterie eine verbesserte Kühlung der Batterie und eine zügigere Aufladung 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 den Wärmeübertrager, welcher in den zweiten fahrzeuginternen Kühlmittelkreis eingebunden ist, kann demnach auch Wärme in den zweiten fahrzeuginternen Kühlmittelkreis eingebracht werden. Dies kann auch in einer Anwendung sinnvoll sein, bei welcher der zweite fahrzeuginterne Kühlmittelkreis zum Erwärmen oder Vorwärmen weiterer Einrichtungen des Kraftfahrzeugs genutzt werden soll.
Sollte nach einem anfänglichen Heizen der Batterie wiederum ein Kühlen aufgrund der aus den Ladeströmen resultierenden Abwärme in der Batterie vorteilhaft sein, so kann entsprechend ein Konditioniermodus oder Temperiermodus an der Ladestation (insbesondere automatisiert) angepasst werden.
Durch Koppeln des fahrzeugexternen Kühlmoduls mit dem Wärmeübertrager, 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, und die Kühlanordnung ermöglicht eine verbesserte Temperierung der Batterie.
Der Wärmeübertrager ist in beiden Fällen, also beim Kühlen und beim Heizen der Batterie, extern versorgt. Denn durch Nutzung des Wärmeübertragers kann auf die Kühlleistung oder Temperierleistung des fahrzeugexternen Kühlmoduls oder Temperiermoduls zugegriffen werden. Dennoch sind die beiden fahrzeuginternen Kühlmittelkreise in sich geschlossen und fluidisch voneinander getrennt. Dadurch können selbst bei dem Temperieren, also bei dem Kühlen oder Erwärmen der Batterie mittels des fahrzeugexternen Kühlmoduls oder Temperiermoduls keine Verunreinigungen und/oder Luftblasen oder dergleichen in die fahrzeuginternen Kühlmittelkreise gelangen. Dies ist im Hinblick auf einen ungestörten Betrieb, insbesondere Kühlbetrieb zum Kühlen der Batterie, wenigstens eines der fahrzeuginternen Kühlmittelkreise vorteilhaft.
Die beiden, insbesondere als jeweilige Kühlplatten ausgebildeten, Teilräume der Kühleinrichtung sind 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, welches durch den ersten fahrzeuginternen Kühlmittelkreis strömt, und/oder in das weitere Kühlmittel eingebracht werden, welches durch den zweiten fahrzeuginternen Kühlmittelkreis strömt. Für eine gute Wärmeübertragung innerhalb der Kühleinrichtung ist es vorteilhaft, wenn sowohl das Kühlmittel als auch das weitere Kühlmittel als jeweilige Kühlflüssigkeiten ausgebildet sind.
Das im Betrieb der Kühlanordnung durch den ersten fahrzeuginternen Kühlmittelkreis geförderte Kühlmittel und/oder das durch den zweiten fahrzeuginternen Kühlmittelkreis geförderte weitere Kühlmittel können der Batterie jeweils für sich aktiv Wärme entziehen oder gemeinsam aktiv Wärme entziehen. Insbesondere, wenn beide Kühlmittel für das Abführen von Wärme von der Batterie sorgen, ist ein sehr rasches und intensives Kühlen der Batterie erreichbar.
Wenn jedoch über den Wärmeübertrager keine Wärme an das fahrzeugexterne Kühlmodul abgegeben werden soll oder von dem Wärmeübertrager keine Wärme von fahrzeugextern aufgenommen werden soll, ist es ausreichend, lediglich den ersten fahrzeuginternen Kühlmittelkreis zu betreiben. Folglich kann der erste fahrzeuginterne Kühlmittelkreis insbesondere in einem Fahrbetrieb des die Batterie aufweisenden Kraftfahrzeugs in vorteilhafter Weise zum Kühlen der Batterie genutzt werden. Beide fahrzeuginternen Kühlmittelkreise gemeinsam können jedoch insbesondere genutzt werden, wenn das die Batterie aufweisende Kraftfahrzeug an der Ladestation oder Ladesäule steht, um die Batterie aufzuladen.
Es ist somit eine besonders große Flexibilität im Betrieb der Kühlanordnung gegeben, da ein Betrieb beider fahrzeuginterner Kühlmittelkreise bei an der Ladestation stehendem Kraftfahrzeug unabhängig ist vom einem Kühlbetrieb, welcher durchgeführt werden kann, während das Kraftfahrzeug fährt.
Vorzugsweise weist der Wärmeübertrager einen ersten Fluidraum auf, welcher von dem weiteren Kühlmittel durchströmbar ist. Hierbei weist der Wärmeübertrager einen zweiten Fluidraum auf, welcher von einem dem fahrzeugexternen Kühlmodul zuführbaren Kühlfluid durchströmbar ist. Bei dieser Ausgestaltung kann der zweite Fluidraum fluidisch mit dem fahrzeugexternen Kühlmodul gekoppelt werden, um besonders effizient Wärme aus dem weiteren Kühlmittel abzuführen oder Wärme in das weitere Kühlmittel einzubringen. Dies gilt insbesondere, wenn das weitere Kühlmittel und das dem fahrzeugexternen Kühlmodul zuführbare Kühlfluid als jeweilige Kühlflüssigkeiten ausgebildet sind.
Vorzugsweise ist der zweite Fluidraum des Wärmeübertragers in einen fahrzeuginternen Abschnitt eines Kühlkreises eingebunden. Hierbei weist der fahrzeuginterne Abschnitt des Kühlkreises einen Auslass und einen Einlass auf. Das Kühlfluid ist über den Auslass in das fahrzeugexterne Kühlmodul einbringbar, und das Kühlfluid ist über den Einlass in den fahrzeuginternen Abschnitt des Kühlkreises einbringbar beziehungsweise rückführbar. Bei dieser Ausgestaltung kann durch Koppeln des fahrzeugexternen Kühlmoduls mit dem Auslass und dem Einlass, also mit Komponenten des Kühlkreises, welche dem fahrzeuginternen Abschnitt des Kühlkreises zugehörig sind, die externe Kältequelle oder Wärmequelle sehr einfach genutzt werden, welche durch das fahrzeugexterne Kühlmodul bereitgestellt ist.
Dennoch können über den Auslass und den Einlass keine Verunreinigungen oder Luftblasen oder dergleichen in den zweiten fahrzeuginternen Kühlmittelkreis gelangen. Dies liegt daran, dass der fahrzeuginterne Abschnitt des Kühlkreises, in welchen vorzugsweise der zweite Fluidraum des Wärmeübertragers eingebunden ist, fluidisch von dem fahrzeuginternen zweiten Kühlmittelkreis getrennt ist.
Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass im Bereich des Auslasses und/oder des Einlasses jeweilige Verschlusseinrichtungen und/oder Filtereinrichtungen vorgesehen sind, mittels welchen ein unerwünschtes Eindringen von Verunreinigungen in den fahrzeuginternen Abschnitt des Kühlkreises auch dann unterbunden werden kann, wenn das fahrzeugexterne Kühlmodul von dem fahrzeuginternen Abschnitt des Kühlkreises abgekoppelt ist.
Der Wärmeübertrager kann einen dritten Fluidraum umfassen, welcher in einen fahrzeuginternen Kältemittelkreis eingebunden ist. Hierbei ist der dritte Fluidraum als Verdampfer des Kältemittelkreises betreibbar. In diesem Fall ist der Wärmeübertrager als von drei Fluiden durchströmbare Komponente der Kühlanordnung ausgebildet, welcher daher auch als Tri-Fluid-Wärmeübertrager bezeichnet werden kann. Es kann nämlich der erste Fluidraum des Wärmeübertragers von dem weiteren Kühlmittel durchströmt werden, welches innerhalb des zweiten fahrzeuginternen Kühlmittelkreises gefördert wird. Des Weiteren kann durch den zweiten Fluidraum des Wärmeübertragers das Kühlfluid strömen, welches dem fahrzeugexternen Kühlmodul zuführbar ist. Und durch den dritten Fluidraum des Wärmeübertragers kann das Kältemittel strömen, welches durch den fahrzeuginternen Kältemittelkreis der Kühlanordnung hindurch gefördert wird. Auf diese Weise ist ein Chiller in den Wärmeübertrager integriert, sodass eine sehr kompakte Ausgestaltung realisiert ist. Zudem kann durch das Vorsehen des als Verdampfer betreibbaren dritten Fluidraums in dem Wärmeübertrager mittels des Wärmeübertragers eine besonders intensive Wärmeabfuhr von der Batterie erreicht werden.
Vorzugsweise ist in dem ersten fahrzeuginternen Kühlmittelkreis ein Chiller angeordnet, 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 der Kühlanordnung eingebunden und als Verdampfer des Kältemittelkreises betreibbar. Ein derartiger Chiller kann einerseits im Fahrbetrieb des die Batterie aufweisenden Kraftfahrzeugs genutzt werden, um Wärme von der Batterie abzuführen, indem der erste Teilraum der Kühleinrichtung von dem Kühlmittel durchströmt wird. Des Weiteren kann der Chiller zum verstärkten Kühlen der Batterie genutzt werden, wenn das die Batterie aufweisende Kraftfahrzeug an der Ladestation steht, während über den Wärmeübertrager Wärme an das fahrzeugexterne Kühlmodul abgeführt wird.
Zusätzlich oder alternativ kann in dem zweiten fahrzeuginternen Kühlmittelkreis ein Chiller angeordnet sein, welcher einen ersten, von dem weiteren Kühlmittel durchströmbaren Teilbereich und einen zweiten, von einem Kältemittel durchströmbaren Teilbereich umfasst. Hierbei ist der zweite Teilbereich in einen fahrzeuginternen Kältemittelkreis der Kühlanordnung eingebunden und als Verdampfer des Kältemittelkreises betreibbar. Der in den zweiten fahrzeuginternen Kühlmittelkreis eingebundene Chiller kann für ein besonders intensives Kühlen der Batterie sorgen, während über den Wärmeübertrager Wärme an das fahrzeugexterne Kühlmodul abgeführt wird. Dementsprechend können sowohl das fahrzeugexterne Kühlmodul als auch zugleich der Chiller für die Kühlung der Batterie sorgen und daher ein sehr starkes Kühlen der Batterie bewirken.
Wenn einerseits in den ersten fahrzeuginternen Kühlmittelkreis und andererseits in den zweiten fahrzeuginternen Kühlmittelkreis ein jeweiliger Chiller angeordnet ist, können neben einem wahlweise vorgesehenen Betrieb nur eines der Chiller die Chiller des ersten sowie des zweiten Kühlmittelkreises auch gemeinsam aktiv sein und kühlend die beiden separat voneinander arbeitenden Kühlmittelkreise konditionieren.
Vorzugsweise ist in den ersten fahrzeuginternen Kühlmittelkreis wenigstens ein von dem Kühlmittel durchströmbarer Kühler eingebunden, wobei der wenigstens eine Kühler mittels wenigstens eines Lüfters der Kühlanordnung mit einem Luftstrom beaufschlagbar ist. Zusätzlich oder alternativ kann in den zweiten fahrzeuginternen Kühlmittelkreis wenigstens ein von dem weiteren Kühlmittel durchströmbarer Kühler eingebunden sein, welcher mittels wenigstens eines Lüfters der Kühlanordnung mit einem Luftstrom beaufschlagbar ist. Ein derartiger Kühler kann sowohl während des Ladens der Batterie an einer stationären Ladestation als auch im Fahrbetrieb des die Batterie aufweisenden Kraftfahrzeugs in vorteilhafter und einfacher Weise zum Abführen von Wärme aus dem Kühlmittel beziehungsweise dem weiteren Kühlmittel genutzt werden.
Der wenigstens eine Kühler kann in Strömungsrichtung des Kühlmittels stromabwärts des ersten Teilraums der Kühleinrichtung angeordnet sein. Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn in dem ersten fahrzeuginternen Kühlmittelkreis zusätzlich ein Chiller stromabwärts des Kühlers angeordnet ist. Denn dann kann über den Kühler, sollten es die Umgebungsbedingungen erlauben, in einem ersten Schritt Wärme aus dem Kühlmittel abgeführt werden, und der Chiller kann für ein noch weiter gehendes Kühlen des Kühlmittels sorgen.
Zusätzlich oder alternativ kann der erste fahrzeuginterne Kühlmittelkreis eine Umgehungsleitung umfassen, über welche das von dem ersten Teilraum kommende Kühlmittel unter Umgehung des Kühlers förderbar ist, insbesondere hin zu einem Chiller förderbar ist, welcher in dem ersten fahrzeuginternen Kühlmittelkreis angeordnet sei kann. Eine derartige Umgehungsleitung kann in sinnvoller Weise genutzt werden, um einen Druckverlust zu vermeiden, welcher in dem ersten fahrzeuginternen Kühlmittelkreis infolge eines Hindurchströmens des Kühlmittels durch den Kühler auftreten würde.
Des Weiteren ist das Vorsehen einer solchen Umgehungsleitung insbesondere dann sinnvoll, wenn die Umgebungsluft, mit welcher der Kühler beaufschlagt werden kann, eine vergleichsweise hohe Temperatur aufweist. Denn wenn in einer solchen Situation die Umgehungsleitung genutzt wird, erfolgt an dem Kühler kein unerwünschter Eintrag von Wärme in das Kühlmittel beziehungsweise kommt es an dem Kühler nicht zu einem unerwünschten Verlust von Kälte.
Zusätzlich oder alternativ kann der wenigstens eine Kühler in Strömungsrichtung des weiteren Kühlmittels stromaufwärts des zweiten Teilraums der Kühleinrichtung angeordnet sein. Dadurch kann zusätzlich zu der mittels des Wärmeübertragers bewirkbaren Abfuhr von Wärme aus dem weiteren Kühlmittel mittels des Kühlers eine Verringerung der Temperatur des weiteren Kühlmittels bewirkt werden. Dies ist im Hinblick auf eine starke Kühlung der Batterie über den zweiten fahrzeuginternen Kühlmittelkreis vorteilhaft.
Zusätzlich oder alternativ kann der zweite fahrzeuginterne Kühlmittelkreis eine Umgehungsleitung umfassen, über welche das von dem zweiten Teilraum kommende weitere Kühlmittel unter Umgehung des in den zweiten fahrzeuginternen Kühlmittelkreis eingebundenen Wärmeübertragers dem Kühler zuführbar ist. Wenn diese Umgehungsleitung oder Bypassleitung genutzt wird, entfällt der mit dem Hindurchströmen des weiteren Kühlmittels durch den Wärmeübertrager einhergehende Druckverlust. Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn der von dem weiteren Kühlmittel durchströmbare Kühler im Fahrbetrieb des mit der Batterie ausgestatteten Kraftfahrzeugs zum Kühlen der Batterie genutzt werden soll.
Die Kühlanordnung kann wenigstens eine Benetzungseinrichtung umfassen, welche dazu ausgebildet ist, den wenigstens einen Kühler außenseitig mit einer Flüssigkeit zu beaufschlagen. Hierbei ist aufgrund des Beaufschlagens des Kühlers mit dem Luftstrom ein Verdunsten der Flüssigkeit bewirkbar. Durch das Vorsehen einer solchen Benetzungseinrichtung ist eine Leistungssteigerung des Kühlers erreichbar. Denn durch die Verdunstungskühlung ist eine besonders starke Abfuhr von Wärme aus dem Kühlmittel und/oder dem weiteren Kühlmittel erreichbar, welches den jeweiligen fahrzeuginternen Kühlmittelkreis durchströmt.
Vorzugsweise ist in den zweiten fahrzeuginternen Kühlmittelkreis ein erster, von dem weiteren Kühlmittel durchströmbarer Teilbereich eines Kältemittelkühlers eingebunden. Der Kühlmittelkühler umfasst einen zweiten, von einem Kältemittel durchströmbaren Teilbereich. Der zweite Teilbereich ist in einen fahrzeuginternen Kältemittelkreis der Kühlanordnung eingebunden und als indirekter Kondensator oder indirekter Gaskühler des Kältemittelkreises betreibbar.
Da in den zweiten fahrzeuginternen Kühlmittelkreis der Wärmeübertrager eingebunden ist, über welchen Wärme an das externe Kühlmodul abgeführt werden kann, kann bei dieser Ausgestaltung das externe Kühlmodul ebenso zum Kühlen des Kältemittels genutzt werden, welches den zweiten Teilbereich des Kältemittelkühlers durchströmt. Folglich braucht etwa dann, wenn das Kraftfahrzeug an der Ladestation steht, keine Luftkühlung des Kältemittels vorgenommen zu werden, wie sie dann stattfindet, wenn ein Kondensator oder Gaskühler des Kältemittelkreises als luftgekühlter Kondensator oder luftgekühlter Gaskühler ausgebildet ist. So kann auch bei stehendem Kraftfahrzeug eine effiziente Klimatisierung etwa eines Fahrgastraums des Kraftfahrzeugs vorgenommen werden. Dies ist vorteilhaft.
Es kann in dem fahrzeuginternen Kältemittelkreis der Kühlanordnung zusätzlich wenigstens ein weiterer Wärmeübertrager angeordnet sein, welcher zum Kühlen des Kältemittels genutzt werden kann. Ein derartiger Wärmeübertrager kann im Betrieb luftgekühlt sein und/oder im Betrieb mittels einer Kühlflüssigkeit oder dergleichen gekühlt 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 in den zweiten fahrzeuginternen Kühlmittelkreis eingebundene Wärmeübertrager mit einem fahrzeugexternen Abschnitt eines Kühlkreises fluidisch gekoppelt, wobei das fahrzeugexterne Kühlmodul in den fahrzeugexternen Abschnitt des Kühlkreises eingebunden ist. Dann lässt sich ein weiteres Kühlfluid durch den Kühlkreis und somit auch den Wärmeübertrager hindurch fördern. Auf diese Weise ist die Kühlleistung oder Temperierleistung des fahrzeugexternen Kühlmoduls zum Temperieren, also zum Kühlen oder Erwärmen der Batterie nutzbar.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben einer Kühlanordnung wird eine Batterie eines Kraftfahrzeugs temperiert. Hierbei ist eine Kühleinrichtung eines ersten fahrzeuginternen Kühlmittelkreises der Kühlanordnung von einem Kühlmittel durchströmbar. Die Kühleinrichtung ist dazu ausgebildet, im Betrieb der Batterie von der Batterie freigesetzte Wärme aufzunehmen. Ein zweiter fahrzeuginterner Kühlmittelkreis der Kühlanordnung wird von einem weiteren Kühlmittel durchströmt. Die Kühleinrichtung weist einen ersten, von dem Kühlmittel durchströmbaren Teilraum und einen zweiten, von dem weiteren Kühlmittel durchströmten Teilraum auf. Der zweite Teilraum der Kühleinrichtung ist in den zweiten fahrzeuginternen Kühlmittelkreis eingebunden. Der zweite fahrzeuginterne Kühlmittelkreis weist zudem einen von der Kühleinrichtung verschiedenen Wärmeübertrager auf. Der Wärmeübertrager ist dazu ausgebildet, einem fahrzeugexternen Kühlmodul Wärme zuzuführen, welche aufgrund des Hindurchströmens des weiteren Kühlmittels durch den zweiten Teilraum von dem weiteren Kühlmittel aufnehmbar ist.
Dementsprechend kann über das weitere Kühlmittel unter Nutzung des Wärmeübertragers Wärme an das fahrzeugexterne Kühlmodul abgeführt werden. Es ist jedoch auch möglich, über das fahrzeugexterne Kühlmodul Wärme in das weitere Kühlmittel einzubringen. Dann wird das fahrzeugexterne Kühlmodul zum Heizen oder Erwärmen der Batterie genutzt. Bei dem Temperieren der Batterie, welches durch das Betreiben der Kühlanordnung erreicht wird, kann es sich somit um ein Kühlen der Batterie oder um ein Erwärmen der Batterie handeln.
Es kann vorgesehen sein, dass zusätzlich der erste Teilraum der Kühleinrichtung von dem Kühlmittel durchströmt wird, welches in dem ersten fahrzeuginternen Kühlmittelkreis förderbar ist. Wenn beide Teilräume der Kühleinrichtung von dem Kühlmittel durchströmt werden, so ist eine besonders effiziente Kühlung der Batterie erreichbar.
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, wobei eine Kühleinrichtung zum Kühlen der Batterie zwei Teilräume aufweist, welche in jeweilige, voneinander separate und fahrzeuginterne Kühlmittelkreise eingebunden sind;
2 eine Variante der Kühlanordnung gemäß 1, wobei in den jeweiligen fahrzeuginternen Kühlmittelkreisen jeweilige mit Luft beaufschlagbare Kühler angeordnet sind;
3 eine weitere Variante der Kühlanordnung, bei welcher in jedem der beiden fahrzeuginternen Kühlmittelkreise ein Chiller angeordnet ist;
4 eine weitere Variante der Kühlanordnung, bei welcher in einen der beiden fahrzeuginternen Kühlmittelkreise ein indirekter Kondensator integriert ist; und
5 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 dargestellt, welche zum Kühlen einer Batterie 12 eines Kraftfahrzeugs 14 (vergleiche 5) nutzbar ist. Die Kühlanordnung 10 ermöglicht die Nutzung eines fahrzeugexternen Kühlmoduls 16 zum Kühlen der Batterie 12.
Wie aus 5 ersichtlich ist, kann das fahrzeugexterne Kühlmodul 16 in eine ortsfeste 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.
In 1 ist die Batterie 12 des Kraftfahrzeugs 14 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht gezeigt, jedoch eine Kühleinrichtung 20, mittels welcher von der Batterie 12 Wärme abgeführt werden kann. Gemäß 1 umfasst die Kühleinrichtung 20 einen ersten Teilraum 22, welcher beispielsweise als erste Kühlplatte ausgebildet sein kann, die mit der Batterie 12 in wärmeleitendem Kontakt ist. Der erste Teilraum 22 der Kühleinrichtung 20 ist in einen ersten, fahrzeuginternen Kühlmittelkreis 24 eingebunden, durch welchen eine erste Pumpe 26 der Kühlanordnung 10 ein Kühlmittel fördern kann.
Die Kühleinrichtung 20 umfasst außerdem einen zweiten Teilraum 28, welcher ebenfalls beispielsweise als Kühlplatte ausgebildet sein kann, die mit der Batterie 12 in wärmeleitendem Kontakt steht. Vorzugsweise bilden die Batterie 12 und die Kühleinrichtung 20, welche vorliegend die beiden (insbesondere als jeweilige Kühlplatten ausgebildeten) Teilräume 22, 28 umfasst, ein Gesamtkonstrukt beziehungsweise einen Zusammenbau in Form einer Energiespeichereinrichtung, insbesondere in Form einer Hochvolt-Energiespeichereinrichtung. Die dem Abführen von Wärme von der Batterie 12 dienenden Teilräume 22, 28 der Kühleinrichtung 20 sind also vorzugsweise in diese Energiespeichereinrichtung integriert.
Der zweite Teilraum 28, welcher von dem ersten Teilraum 22 fluidisch getrennt ist, ist in einen zweiten fahrzeuginternen Kühlmittelkreis 30 eingebunden. In dem zweiten fahrzeuginternen Kühlmittelkreis 30 ist vorliegend eine weitere Pumpe 32 angeordnet, mittels welcher ein weiteres Kühlmittel durch den zweiten fahrzeuginternen Kühlmittelkreis 30 hindurch gefördert werden kann.
In den zweiten fahrzeuginternen Kühlmittelkreis 30 ist außerdem ein von der Kühleinrichtung 20 verschiedener Wärmeübertrager 34 eingebunden. Dieser Wärmeübertrager 34, welcher in dem Kraftfahrzeug 14 angeordnet ist, kann dazu genutzt werden, dem fahrzeugexternen Kühlmodul 16 Wärme zuzuführen. Diese Wärme kann von dem weiteren Kühlmittel aufgenommen werden, wenn das weitere Kühlmittel durch den zweiten Teilraum 28 der Kühleinrichtung 20 hindurchströmt.
In der Batterie 12 sind somit zwei separate Kühlstränge angeordnet, etwa indem die beiden Teilräume 22, 28 in die Batterie 12 integriert sind, wobei die beiden Teilräume 22, 28 insbesondere als jeweilige Kühlplatten ausgebildet sein können.
Mittels des Wärmeübertragers 34 kann das durch den zweiten fahrzeuginternen Kühlmittelkreis 30 strömende weitere Kühlmittel gekühlt werden. Zu diesem Zweck weist der Wärmeübertrager 34 vorliegend einen ersten Fluidraum 36 auf, welcher von dem weiteren Kühlmittel durchströmbar ist und welcher in den zweiten fahrzeuginternen Kühlmittelkreis 30 eingebunden ist. Des Weiteren weist der Wärmeübertrager 34 einen zweiten Fluidraum 38 auf, welcher von einem dem fahrzeugexternen Kühlmodul 16 zuführbaren Kühlfluid durchströmt werden kann. In der in 5 schematisch gezeigten Situation ist das fahrzeugexterne Kühlmodul 16 hierfür fluidisch über die Schnittstellen in Form des Auslasses 44 und des Einlasses 46 mit dem Wärmeübertrager 34 gekoppelt (vergleiche 1).
Der zweite Fluidraum 38 ist in einen fahrzeuginternen Abschnitt 40 eines Kühlkreises 42 eingebunden. Der fahrzeuginterne Abschnitt 40 des Kühlkreises 42 umfasst einen Auslass 44 und einen Einlass 46 (vergleiche 5). Der Auslass 44 und der Einlass 46 können insbesondere im Bereich einer Außenhaut 48 des Kraftfahrzeugs 14 angeordnet sein, wobei die Außenhaut 48 des Kraftfahrzeugs 14 in 1 lediglich ausschnittsweise und stark schematisiert dargestellt ist. Der Auslass 44 und der Einlass 46 sind auch bei den in 2 bis 4 gezeigten Varianten der Kühlanordnung 10 vorhanden, dort aber nicht explizit dargestellt.
Beispielsweise können an den Auslass 44 und den Einlass 46 jeweilige Leitungen angeschlossen werden, um das fahrzeugexterne Kühlmodul 16 fluidisch mit dem zweiten Fluidraum 38 des Wärmeübertragers 34 zu verbinden. In diesem Zustand, welcher schematisch in 5 veranschaulicht ist, kann eine aktive Kühlung der Batterie 12 mittels des fahrzeugexternen Kühlmoduls 16 vorgenommen werden.
Der Einlass 46 und der Auslass 44 können in einer Variante der Kühlanordnung 10 als ein gemeinsamer Steckverbinder mit fluidisch getrennten Schnittstellen ausgeführt sein. Bevorzugt sind die Anschlüsse und damit der Eintritt oder Einlass 46 und der Austritt oder Auslass 44 so gewählt, dass die Fluidströme des externen Kühlkreises 42 und des zweiten fahrzeuginternen Kühlmittelkreises 30 entgegengesetzt durch den Wärmeübertrager 34 strömen, sodass ein Gegenstromverfahren zur Anwendung kommt.
Zusätzlich kann dann, wenn das Kraftfahrzeug 14 an der Ladesäule oder Ladestation 18 steht, mittels eines Chillers 50 eine Kühlung der Batterie 12 bewirkt werden, welcher in 1 schematisch gezeigt ist. Der Chiller 50 ist hierbei in dem ersten fahrzeuginternen Kühlmittelkreis 24 angeordnet und umfasst einen ersten, von dem Kühlmittel durchströmbaren Teilbereich 52. Das Kühlmittel wird mittels der ersten Pumpe 26 durch diesen ersten Teilbereich 52 des Chillers 50 hindurch gefördert.
Des Weiteren umfasst der Chiller 50 einen zweiten, von einem Kältemittel durchströmbaren Teilbereich 54. Der zweite Teilbereich 54 ist in einen fahrzeuginternen Kältemittelkreis 56 der Kühlanordnung 10 eingebunden und als ein Verdampfer des Kältemittelkreises 56 betreibbar. Übliche Komponenten 58 des Kältemittelkreises 56 wie beispielsweise ein Verdichter, ein dem Verdichter nachgeschalteter Kondensator oder Gaskühler sowie ein dem Verdampfer in Form des zweiten Teilbereichs 54 vorgeschaltetes Expansionsorgan sind in 1 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht näher dargestellt.
Der Chiller 50 kann beispielsweise dann zusätzlich zu dem fahrzeugexternen Kühlmodul 16 genutzt werden, wenn das Kraftfahrzeug 14 an der Ladestation 18 steht und die Batterie 12 des Kraftfahrzeugs 14 geladen wird. Jedoch kann der Chiller 50 auch im Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs 14 eine aktive Batteriekühlung sicherstellen.
Auch in einem fahrzeugexternen Abschnitt 60 (siehe 5) des Kühlkreises 42 können wenigstens ein Chiller und/oder wenigstens ein mittels eines Luftstroms kühlbarer Kühler angeordnet sein. Derartige Wärmeübertrager sind in 1 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht gesondert dargestellt, sind jedoch bevorzugt als in die externe, die Temperiereinrichtung in Form des Kühlmoduls 16 aufweisende Ladestation 18 integrierte Komponenten ausgebildet.
Vorliegend ist über den Wärmeübertrager 34 eine Kopplung des in sich geschlossenen und von dem ersten fahrzeuginternen Kühlmittelkreis 24 separaten zweiten fahrzeuginternen Kühlmittelkreises 30 an das externe Kühlmodul 16 realisiert.
Die Schnittstellen zur Umgebung des Kraftfahrzeugs 14 vorliegend in Form des Auslasses 44 und des Einlasses 46 sind vorzugsweise verschließbar ausgestaltet, um ein Eindringen von Verunreinigungen in den fahrzeuginternen Abschnitt 40 des Kühlkreises 42 zu vermeiden, wenn das fahrzeugexterne Kühlmodul 16 nicht wie in 5 gezeigt fluidisch mit dem fahrzeuginternen Abschnitt 40 des Kühlkreises 42 gekoppelt ist. Nicht skizzierte und näher beschriebene (vorzugsweise leicht zu reinigende und/oder austauschbare) Filtereinrichtungen an den Schnittstellen in Form des Einlasses 46 und des Auslasses 44 können zusätzlich zu einer Reinhaltung des fahrzeuginternen Abschnitts 40 des Kühlkreises 42 beitragen.
In 2 ist eine Variante der Kühlanordnung 10 gezeigt, wobei lediglich auf Komponenten der Kühlanordnung 10 eingegangen werden soll, welche nicht bereits mit Bezug auf 1 erläutert worden sind.
So kann in den ersten fahrzeuginternen Kühlmittelkreis 24 wenigstens ein von dem Kühlmittel durchströmbarer Kühler 62 eingebunden sein. Der Kühler 62 kann mittels eines Lüfters 64 der Kühlanordnung 10 mit einem Luftstrom beaufschlagt werden. Der insbesondere als Niedertemperaturkühler ausgebildete Kühler 62 kann seriell oder parallel etwa zu dem Chiller 50 in dem ersten fahrzeuginternen Kühlmittelkreis 24 verbaut sein. Beispielsweise kann der Kühler 62 in Strömungsrichtung des Kühlmittels stromabwärts des ersten Teilraums 22 der Kühleinrichtung 20 und stromaufwärts des Chillers 50 angeordnet sein.
Des Weiteren kann der erste fahrzeuginterne Kühlmittelkreis 24 eine Umgehungsleitung 66 umfassen, mittels welcher der Kühler 62 umgangen werden kann. Die Umgehungsleitung 66 beziehungsweise ein solcher Bypass kann insbesondere dann genutzt werden, wenn das Beaufschlagen des Kühlers 62 mit Luft, insbesondere Umgebungsluft, zu einem unerwünschten Eintrag von Wärme in das Kühlmittel führen würde, welches mittels der ersten Pumpe 26 durch den ersten fahrzeuginternen Kühlmittelkreis 24 gefördert wird.
Gemäß 2 kann zusätzlich oder alternativ in dem zweiten fahrzeuginternen Kühlmittelkreis 30 wenigstens ein Kühler 68 angeordnet sein, welcher mittels eines weiteren Lüfters 70 mit Luft beaufschlagbar ist. Durch diesen Kühler 68 fördert somit die weitere oder zweite Pumpe 32 das weitere Kühlmittel, wenn dies zur Kühlung der Batterie 12 vorteilhaft ist.
Bei einer weiteren vorteilhaften Variante der Kühlanordnung 10 kann vorgesehen sein, dass der Kühler 68 und der Kühler 62 so positioniert sind, dass sie beide von einem einzigen, gemeinsamen Lüfter etwa in Form des Lüfters 64 oder in Form des Lüfters 70 gemeinsam mit Luft beaufschlagt werden können.
Auch der zweite fahrzeuginterne Kühlmittelkreis 30 kann eine Umgehungsleitung 72 oder Bypassleitung umfassen, über welche das von dem zweiten Teilraum 28 der Kühleinrichtung 20 kommende weitere Kühlmittel unter Umgehung des Wärmeübertragers 34 dem Kühler 68 zugeführt werden kann. Wenn die Umgehungsleitung 72 genutzt wird und somit der erste Fluidraum 36 des Wärmeübertragers 34 nicht von dem weiteren Kühlmittel durchströmt wird, so kann mittels des in dem zweiten fahrzeuginternen Kühlmittelkreis 30 zirkulierenden weiteren Kühlmittels auch im Fahrbetrieb des die Batterie 12 aufweisenden Kraftfahrzeugs 14 eine Kühlung der Batterie 12 erreicht werden.
Wenn die Umgehungsleitung 66 und/oder die Umgehungsleitung 72 nicht vorhanden sind, jedoch bei einem Durchströmen des jeweiligen Kühlers 62, 68 kein Wärmeeintrag gewünscht wird, so kann der dem jeweiligen Kühler 62, 68 zugeordnete Lüfter 64, 70 deaktiviert werden, sodass der Lüfter 64, 70 keinen Luftstrom fördert. Zusätzlich oder alternativ kann der jeweilige Kühler 62, 68 mit einer (nicht gezeigten) Kühlerjalousie versehen sein. Wenn eine solche Kühlerjalousie in eine Schließstellung gebracht ist, dann ist der jeweilige Kühler 62, 68 vor einer Beaufschlagung mit Luft geschützt, selbst wenn der dem jeweiligen Kühler 62, 68 zugeordnete Lüfter 64, 70 einen Luftstrom fördern sollte.
In Varianten der Kühlanordnung 10, bei welchen die fahrzeuginternen Kühlmittelkreise 24 und/oder 30 die mindestens eine Umgehungsleitung 66 und/oder 72 aufweisen, sind bevorzugt in vorteilhafter Weise zur Sicherstellung einer optimalen kühlmittelseitigen Durchströmung der in den Kühlmittelkreisen 24, 30 integrierten Bauteile nicht näher dargestellte Ventilorgane wie Absperrventile und/oder Umschaltventile und/oder Mischventile und/oder Mehrwegeventile vorgesehen.
In 3 ist eine weitere Variante der Kühlanordnung 10 gezeigt, wobei lediglich auf Unterschiede zu der in 1 oder 2 gezeigten Kühlanordnung 10 eingegangen werden soll.
Beispielsweise kann der Kühler 68 mittels einer in 3 lediglich schematisch gezeigten Benetzungseinrichtung 74 mit einer Flüssigkeit, beispielsweise mit Wasser, beaufschlagt werden, um eine Kühlwirkung des Kühlers 68 durch Verdunstungskühlung zu erhöhen. In analoger Weise kann auch dem in 2 gezeigten Kühler 62, welcher in dem ersten fahrzeuginternen Kühlmittelkreis 24 angeordnet ist, eine solche Benetzungseinrichtung zugeordnet sein.
Des Weiteren ist bei der in 3 gezeigten Variante der Kühlanordnung 10 nicht nur der Chiller 50 vorgesehen, welcher das durch den ersten fahrzeuginternen Kühlmittelkreis 24 strömende Kühlmittel kühlen kann. Vielmehr ist auch in den zweiten fahrzeuginternen Kühlmittelkreis 30 ein Chiller 76 eingebunden. Dieser zweite Chiller 76 umfasst einen ersten Teilbereich 78, welcher von dem weiteren Kühlmittel durchströmbar ist, also von demjenigen Kühlmittel, welches die weitere oder zweite Pumpe 32 durch den zweiten fahrzeuginternen Kühlmittelkreis 30 fördert.
Des Weiteren umfasst der zweite Chiller 76 einen zweiten Teilbereich 80, welcher von dem Kältemittel durchströmbar ist, das in dem fahrzeuginternen Kältemittelkreis 56 der Kühlanordnung 10 mittels wenigstens eines (nicht gezeigten) Verdichters gefördert wird. Der zweite Teilbereich 80 ist also in den fahrzeuginternen Kältemittelkreis 56 eingebunden und als Verdampfer des Kältemittelkreises 56 betreibbar. Die beiden Chiller 50, 76 können in dem Kältemittelkreis 56 seriell durchströmbar oder parallel durchströmbar angeordnet sein.
In 3 ist schematisch und in einer Detaildarstellung eine Variante der Kühlanordnung 10 veranschaulicht, bei welcher der zweite Teilbereich 80 oder zweite Fluidraum des Chillers 76 in den Wärmeübertrager 34 integriert ist. Dann ist der Wärmeübertrager 34 als Tri-Fluid-Wärmeübertrager ausgebildet, welcher den ersten Fluidraum 36, den zweiten Fluidraum 38 und den von dem Kältemittel durchströmbaren Teilbereich 80 als dritten Fluidraum aufweist. Bei dieser besonders kompakten Variante kann quasi durch den ersten Fluidraum 36 der in 3 gezeigte erste Teilbereich 78 des Chillers 76 gebildet sein. Insbesondere kann hierbei der erste Fluidraum 36 zwischen dem zweiten Fluidraum 38 und dem von dem Kältemittel durchströmbaren Teilbereich 80 angeordnet sein.
Die Anordnung und Abfolge der drei Fluidräume kann jedoch auch verschiedenartig ausgeführt sein und kann für den entsprechenden Anwendungsfalls vorteilhaft gewählt werden. Wie in 3 beispielhaft gezeigt kann demnach der erste Fluidraum 36 zwischen dem zweiten Fluidraum 38 und dem Teilbereich 80 angeordnet sein, oder es kann der Teilbereich 80 zwischen den beiden Fluidräumen 36, 38 angeordnet sein. Des Weiteren ist es möglich, den zweiten Fluidraum 38 zwischen dem ersten Fluidraum 36 und dem Teilbereich 80 anzuordnen.
Durch Betreiben des zweiten Chillers 76 kann insbesondere dann, wenn mittels des fahrzeugexternen Kühlmoduls 16 Wärme von der Batterie 12 des Kraftfahrzeugs 14 abgeführt wird, eine besonders starke zusätzliche Kühlung des weiteren Kühlmittels erreicht werden, welches die Pumpe 32 durch den zweiten fahrzeuginternen Kühlmittelkreis 30 fördert. Der zweite Chiller 76 kann jedoch auch in einem Fahrbetrieb des die Batterie 12 aufweisenden Kraftfahrzeugs 14 zum Kühlen der Batterie 12 genutzt werden.
In 4 ist eine weitere Variante der Kühlanordnung 10 schematisch gezeigt. Auch hier soll jedoch aus Gründen der Übersichtlichkeit lediglich auf Unterschiede zu der in 1 gezeigten Kühlanordnung 10 eingegangen werden.
Dementsprechend ist in den zweiten fahrzeuginternen Kühlmittelkreis 30 ein von dem weiteren Kühlmittel durchströmbarer Teilbereich 84 eines Kältemittelkühlers 82 eingebunden. Der Kältemittelkühler 82 umfasst einen zweiten Teilbereich 86, welcher in den fahrzeuginternen Kältemittelkreis 56 eingebunden ist. Der zweite Teilbereich 86 des Kältemittelkühlers 82 kann als indirekter Kondensator oder indirekter Gaskühler des Kältemittelkreises 56 betrieben werden.
Entsprechend kühlt das fahrzeugexterne Kühlmodul 16 nicht nur unter Nutzung des Wärmeübertragers 34 das weitere Kühlmittel zum Zwecke der Kühlung der Batterie 12. Vielmehr wird das mittels des externen Kühlmoduls 16 gekühlte weitere Kühlmittel auch genutzt, um das durch den zweiten Teilbereich 86 des Kältemittelkühlers 82 strömende Kältemittel zu kühlen, welches innerhalb des Kältemittelkreises 56 der Kühlanordnung 10 zirkuliert. Auf diese Weise kann während des Ladevorgangs eine leistungsfähige und permanente Klimatisierung oder Erhaltungsklimatisierung des Fahrgastraums oder Fahrzeuginnenraums des Kraftfahrzeugs 14 sichergestellt werden.
Mittels des weiteren Kühlmittels, welches durch den zweiten fahrzeuginternen Kühlmittelkreis 30 hindurch gefördert wird, können in einer zusätzlichen Ausbaustufe oder Variante optional auch weitere Komponenten 88 des Kraftfahrzeugs 14 gekühlt werden, welche in 4 lediglich schematisch dargestellt sind. Beispielsweise können mittels des weiteren Kühlmittels im Betrieb Wärme freisetzende Komponenten 88 wie etwa eine elektrische Komponente, beispielsweise eine (nicht skizzierte) Leistungselektronik und/oder ein Ladegerät und/oder eine elektrische Antriebseinrichtung etwa in Form wenigstens eines Elektromotors 90 des Kraftfahrzeugs 14 (vergleiche 5) gekühlt werden.
Der zweite fahrzeuginterne Kühlmittelkreis 30 kann gemäß 4 wenigstens eine Umgehungsleitung 92 aufweisen, mittels welcher der erste Teilbereich 84 des Kältemittelkühlers 82 und/oder die weiteren Komponenten 88 umgangen werden können.
Wenn der Kältemittelkühler 82 in den zweiten fahrzeuginternen Kühlmittelkreis 30 integriert ist, kann in dem zweiten fahrzeuginternen Kühlmittelkreis 30 zusätzlich wenigstens ein (in 4 nicht gezeigter) Kühler angeordnet sein, welcher zum Zwecke des Kühlens mittels eines (ebenfalls nicht gezeigten) Lüfters mit Luft beaufschlagt werden kann.
Von Vorteil ist bei dem Vorsehen der beiden in sich geschlossenen fahrzeuginternen Kühlmittelkreise 24, 30 insbesondere, dass auch dann, wenn das fahrzeugexterne Kühlmodul 16 zum Kühlen genutzt wird, kein Eintrag von Kühlmittel in einen der beiden Kühlmittelkreise 24, 30 von außerhalb des Kraftfahrzeugs 14 erfolgt. Dementsprechend hat auch ein Abkoppeln des Wärmeübertragers 34 von dem fahrzeugexternen Kühlmodul 16 und eine hierbei gegebenenfalls vorzusehende Entlüftung des Kühlkreises 42 keinen Einfluss auf die beiden fahrzeuginternen Kühlmittelkreise 24, 30.
Aufgrund der vorstehend beschriebenen Anordnungen von Wärmeübertragern wie etwa des wenigstens einen Kühlers 62, 68 und/oder des wenigstens einen Chillers 50, 76 in der jeweiligen Kühlanordnung 10 können für eine Vielzahl von Betriebspunkten der Kühlanordnung 10 vorteilhafte beziehungsweise thermodynamisch günstige Ausgestaltungen erreicht werden.
In den vorstehend erläuterten Varianten der Kühlanordnung 10 verwendbare Ventile etwa in Form von Absperrventilen, Umschaltventilen, Mischventilen oder dergleichen zur Sicherstellung einer gewünschten Fließrichtung des Kühlmittels durch den ersten fahrzeuginternen Kühlmittelkreis 24 und/oder des weiteren Kühlmittels durch den zweiten fahrzeuginternen Kühlmittelkreis 30 sind in den Figuren aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht näher dargestellt. Derartige Ventile sind vorzugsweise vorgesehen, wenn es in den einzelnen Fluidkreisen oder Kühlmittelkreisen 24, 30 der Kühlanordnung 10 zu Abzweigungen und/oder einer Berücksichtigung von Umgehungsleitungen kommt. Demnach sind solche Ventile bevorzugt vorgesehen, wenn dem Fluidstrom oder Kühlmittelstrom die Option auf einen alternativen Strömungsweg eröffnet wird und ein solcher Strömungsweg nicht alternativ unterbunden werden kann.
In 5 ist schematisch eine Situation gezeigt, in welcher das Kraftfahrzeug 14 an der Ladestation 18 steht, wobei entsprechende Anschlussleitungen, welche dem fahrzeugexternen Abschnitt 60 des Kühlkreises 42 (vergleiche 1) zugehörig sind, mit dem Auslass 44 einerseits und mit dem Einlass 46 andererseits gekoppelt sind.
In dem fahrzeugexternen Abschnitt 60 des Kühlkreises 42 ist vorzugsweise eine (nicht gezeigte) Pumpe vorgesehen, mittels welcher das Kühlfluid oder Kühlmedium durch den Kühlkreis 42 förderbar ist. Zusätzlich oder alternativ kann in dem fahrzeuginternen Abschnitt 40 des Kühlkreises 42 eine (nicht gezeigte) Pumpe angeordnet sein, um über den Auslass 44 das Kühlfluid dem fahrzeugexternen Kühlmodul 16 zuzuführen beziehungsweise über den Einlass 46 das Kühlfluid in den fahrzeuginternen Abschnitt 40 des Kühlkreises 42 einzubringen oder rückzuführen.
Auf die Darstellung von Sensorik und/oder Sensorelementen, von Steuergeräten und/oder Kommunikationsschnittstellen und dergleichen zum Informationsaustausch zwischen dem Kraftfahrzeug 14 und der die Temperiereinrichtung aufweisenden Ladestation 18 und von sonstigen zum ordnungsgemäßen Betrieb einer solchen Einrichtung vorzugsweise vorgesehenen Komponenten wurde aus Gründen der Übersichtlichkeit verzichtet. Denn diese Komponenten sind für die Beschreibung der grundsätzlichen Funktionalität der Kühlanordnung 10 als solcher und des Zusammenwirkens der Kühlanordnung 10 mit der Ladestation 18 nicht zwingend erforderlich.
In 5 ist des Weiteren schematisch gezeigt, dass das Kraftfahrzeug 14 den wenigstens einen Elektromotor 90 aufweisen kann, welcher von der Batterie 12 mit elektrischer Energie versorgt wird. Der wenigstens eine Elektromotor 90 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 5 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht näher dargestellt.
Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Kühlanordnung 10 eine externe Batteriekühlung unter Nutzung eines geschlossenen Systems mit dem Fluid-Fluid-Wärmeübertrager 34 und der Kühleinrichtung 20 mit den beiden Teilräumen 22, 28 etwa in Form jeweiliger Kühlplatten bereitgestellt werden kann.

Claims

Kühlanordnung (10) zum Kühlen einer Batterie (12) eines Kraftfahrzeugs (14), mit einem ersten fahrzeuginternen Kühlmittelkreis (24), welcher eine von einem Kühlmittel durchströmbare Kühleinrichtung (20) umfasst, wobei die Kühleinrichtung (20) dazu ausgebildet ist, im Betrieb der Batterie (12) von der Batterie (12) freigesetzte Wärme aufzunehmen, und mit einem zweiten fahrzeuginternen Kühlmittelkreis (30), dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung (20) einen ersten, von dem Kühlmittel durchströmbaren Teilraum (22) und einen zweiten, von einem weiteren Kühlmittel durchströmbaren Teilraum (28) aufweist, wobei der zweite Teilraum (28) der Kühleinrichtung (20) in den zweiten fahrzeuginternen Kühlmittelkreis (30) eingebunden ist, welcher einen von der Kühleinrichtung (20) verschiedenen Wärmeübertrager (34) aufweist, und wobei der Wärmeübertrager (34) dazu ausgebildet ist, einem fahrzeugexternen Kühlmodul (16) Wärme zuzuführen, welche aufgrund eines Hindurchströmens des weiteren Kühlmittels durch den zweiten Teilraum (28) von dem weiteren Kühlmittel aufnehmbar ist.
Kühlanordnung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeübertrager (34) einen ersten Fluidraum (36) aufweist, welcher von dem weiteren Kühlmittel durchströmbar ist, und einen zweiten Fluidraum (38) aufweist, welcher von einem dem fahrzeugexternen Kühlmodul (16) zuführbaren Kühlfluid durchströmbar ist.
Kühlanordnung (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Fluidraum (38) des Wärmeübertragers (34) in einen fahrzeuginternen Abschnitt (40) eines Kühlkreises (42) eingebunden ist, welcher einen Auslass (44) und einen Einlass (46) aufweist, wobei das Kühlfluid über den Auslass (44) in das fahrzeugexterne Kühlmodul (16) einbringbar ist, und wobei das Kühlfluid über den Einlass (46) in den fahrzeuginternen Abschnitt (40) des Kühlkreises (42) einbringbar ist.
Kühlanordnung (10) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeübertrager (34) einen dritten Fluidraum umfasst, welcher in einen fahrzeuginternen Kältemittelkreis (56) eingebunden ist, wobei der dritte Fluidraum als Verdampfer des Kältemittelkreises (56) betreibbar ist.
Kühlanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - in dem ersten fahrzeuginternen Kühlmittelkreis (24) ein Chiller (50) angeordnet ist, welcher einen ersten, von dem Kühlmittel durchströmbaren Teilbereich (52) und einen zweiten, von einem Kältemittel durchströmbaren Teilbereich (54) umfasst, wobei der zweite Teilbereich (54) in einen fahrzeuginternen Kältemittelkreis (56) der Kühlanordnung (10) eingebunden und als Verdampfer des Kältemittelkreises (56) betreibbar ist, und/oder - in dem zweiten fahrzeuginternen Kühlmittelkreis (30) ein Chiller (76) angeordnet ist, welcher einen ersten, von dem weiteren Kühlmittel durchströmbaren Teilbereich (78) und einen zweiten, von einem Kältemittel durchströmbaren Teilbereich (80) umfasst, wobei der zweite Teilbereich (80) in einen fahrzeuginternen Kältemittelkreis (56) der Kühlanordnung (10) eingebunden und als Verdampfer des Kältemittelkreises (56) betreibbar ist.
Kühlanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den ersten fahrzeuginternen Kühlmittelkreis (24) wenigstens ein von dem Kühlmittel durchströmbarer Kühler (62) eingebunden und/oder in den zweiten fahrzeuginternen Kühlmittelkreis (30) wenigstens ein von dem weiteren Kühlmittel durchströmbarer Kühler (68) eingebunden ist, wobei der wenigstens eine Kühler (62, 68) mittels wenigstens eines Lüfters (64, 70) der Kühlanordnung (10) mit einem Luftstrom beaufschlagbar ist.
Kühlanordnung (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass - der wenigstens eine Kühler (62) in Strömungsrichtung des Kühlmittels stromabwärts des ersten Teilraums (22) angeordnet ist und/oder der erste fahrzeuginterne Kühlmittelkreis (24) eine Umgehungsleitung (66) umfasst, über welche das von dem ersten Teilraum (22) kommende Kühlmittel unter Umgehung des Kühlers (62) förderbar ist und/oder - der wenigstens eine Kühler (68) in Strömungsrichtung des weiteren Kühlmittels stromaufwärts des zweiten Teilraums (28) angeordnet ist und/oder der zweite fahrzeuginterne Kühlmittelkreis (30) eine Umgehungsleitung (72) umfasst, über welche das von dem zweiten Teilraum (28) kommende weitere Kühlmittel unter Umgehung des in den zweiten fahrzeuginternen Kühlmittelkreis (30) eingebundenen Wärmeübertragers (34) dem Kühler (68) zuführbar ist und/oder - die Kühlanordnung (10) wenigstens eine Benetzungseinrichtung (74) umfasst, welche dazu ausgebildet ist, den wenigstens einen Kühler (62, 68) außenseitig mit einer Flüssigkeit zu beaufschlagen, wobei aufgrund des Beaufschlagens des Kühlers (62, 68) mit dem Luftstrom ein Verdunsten der Flüssigkeit bewirkbar ist.
Kühlanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den zweiten fahrzeuginternen Kühlmittelkreis (30) ein erster, von dem weiteren Kühlmittel durchströmbarer Teilbereich (84) eines Kältemittelkühlers (82) eingebunden ist, wobei der Kältemittelkühler (82) einen zweiten, von einem Kältemittel durchströmbaren Teilbereich (86) umfasst, und wobei der zweite Teilbereich (86) in einen fahrzeuginternen Kältemittelkreis (56) der Kühlanordnung (10) eingebunden und als indirekter Kondensator oder indirekter Gaskühler des Kältemittelkreises (56) betreibbar ist.
Kraftfahrzeug (14) mit einer Kühlanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und mit einer Batterie (12), wobei die Batterie (12) zum Versorgen einer Antriebseinrichtung (90) des Kraftfahrzeugs (14) mit elektrischer Energie ausgebildet ist, und wobei die Antriebseinrichtung (90) dazu ausgebildet ist, ein Fortbewegen des Kraftfahrzeugs (14) zu bewirken oder zumindest zu unterstützen.
Verfahren zum Betreiben einer Kühlanordnung (10), bei welchem eine Batterie (12) eines Kraftfahrzeugs (14) temperiert wird, wobei eine Kühleinrichtung (20) eines ersten fahrzeuginternen Kühlmittelkreises (24) der Kühlanordnung (10) von einem Kühlmittel durchströmbar ist, und wobei die Kühleinrichtung (20) dazu ausgebildet ist, im Betrieb der Batterie (12) von der Batterie (12) freigesetzte Wärme aufzunehmen, und bei welchem ein zweiter fahrzeuginterner Kühlmittelkreis (30) der Kühlanordnung (10) von einem weiteren Kühlmittel durchströmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung (20) einen ersten, von dem Kühlmittel durchströmbaren Teilraum (22) und einen zweiten, von dem weiteren Kühlmittel durchströmten Teilraum (28) aufweist, wobei der zweite Teilraum (28) der Kühleinrichtung (20) in den zweiten fahrzeuginternen Kühlmittelkreis (30) eingebunden ist, welcher einen von der Kühleinrichtung (20) verschiedenen Wärmeübertrager (34) aufweist, und wobei der Wärmeübertrager (34) dazu ausgebildet ist, einem fahrzeugexternen Kühlmodul (16) Wärme zuzuführen, welche aufgrund des Hindurchströmens des weiteren Kühlmittels durch den zweiten Teilraum (28) von dem weiteren Kühlmittel aufnehmbar ist.