DE102021201101A1

DE102021201101A1 - Coolant reservoir

Info

Publication number: DE102021201101A1
Application number: DE102021201101.2A
Authority: DE
Inventors: Thomas Börnchen
Original assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Current assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Priority date: 2020-02-07
Filing date: 2021-02-05
Publication date: 2021-08-12

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kühlmittelspeicher (48) für ein Kraftfahrzeug (4), aufweisend einen zylinderförmigen Körper (78), welcher stirnseitig mit Endkappen (80, 82) verschlossen ist, wobei eine der Endkappen (80) ein Kühlmitteleinlass (96, 98) und ein Kühlmittelauslass (100) als Kühlmittelanschlüsse aufweist, und wobei ein in den Körper (78) eingreifendes Strömungsleitungsrohr (102) an den Kühlmittelauslass (100) geführt ist.The invention relates to a coolant reservoir (48) for a motor vehicle (4), having a cylindrical body (78) which is closed at the end with end caps (80, 82), one of the end caps (80) having a coolant inlet (96, 98) and has a coolant outlet (100) as coolant connections, and wherein a flow line pipe (102) engaging in the body (78) is guided to the coolant outlet (100).

Description

Die Erfindung betrifft einen Kühlmittelspeicher für ein Kraftfahrzeug, insbesondere einem elektrisch angetriebenen oder antreibbaren Kraftfahrzeug, beispielsweise einem Elektro- oder Hybridfahrzeug. Die Erfindung betrifft weiterhin die Verwendung eines solchen Kühlmittelspeichers.The invention relates to a coolant reservoir for a motor vehicle, in particular an electrically driven or drivable motor vehicle, for example an electric or hybrid vehicle. The invention also relates to the use of such a coolant reservoir.

Elektrisch beziehungsweise elektromotorisch angetriebene oder antreibbare Kraftfahrzeuge, wie beispielsweise Elektro- oder Hybridfahrzeuge, umfassen in der Regel einen Elektromotor, mit dem eine oder beide Fahrzeugachsen antreibbar sind. Zur Versorgung mit elektrischer Energie ist der Elektromotor üblicherweise an eine fahrzeuginterne (Hochvolt-)Batterie als elektrischen Energiespeicher angeschlossen.Motor vehicles driven or drivable electrically or by an electric motor, for example electric or hybrid vehicles, generally comprise an electric motor with which one or both vehicle axles can be driven. To supply electrical energy, the electric motor is usually connected to a (high-voltage) battery inside the vehicle as an electrical energy store.

Zur Verbesserung der Elektromobilität sind bei Elektro- oder Hybridfahrzeugen häufig sogenannte Schnelllade- oder Ultraschnellladebetriebe gewünscht, bei welchem die Fahrzeugbatterie, innerhalb einer möglichst kurzen Zeitdauer elektrisch aufgeladen wird. Derartige Schnellladungen benötigen vergleichsweise hohe Stromstärken, welche in der Folge hohe Erwärmungen der Fahrzeugbatterie bewirken. Um die Wärmeenergie schnell und effektiv aus der Fahrzeugbatterie abzuführen, sind Fahrzeugbatterien häufig mit einem Kühlmittelkreislauf gekoppelt.In order to improve electromobility, so-called fast charging or ultra-fast charging operations are often desired in electric or hybrid vehicles, in which the vehicle battery is electrically charged within the shortest possible period of time. Such rapid charges require comparatively high currents, which consequently cause the vehicle battery to heat up considerably. In order to dissipate the thermal energy quickly and effectively from the vehicle battery, vehicle batteries are often coupled with a coolant circuit.

Der Kühlmittelkreislauf ist typischerweise entlüftet oder luftleer. Das Volumen des Kühlmittels im Kühlmittelkreislauf kann hierbei temperaturabhängig variieren. Daher sind zum Ausgleich von Volumenänderungen des Kühlmittels regelmäßig Ausgleichsbehälter oder Ausdehnungsgefäße als Kühlmittelreservoir oder Kühlmittelspeicher in den Kühlmittelkreislauf integriert. Derartige Kühlmittelspeicher sind beispielsweise am höchsten Punkt im Kühlmittelkreislauf angeordnet. Das Speichervolumen des Kühlmittelspeichers weist hierbei eine obere und untere Grenze für den Füllstand des Kühlmittels auf, wobei oberhalb des Kühlmittels ein Luftpolster eingeschlossen ist. Der Kühlspeicher ist beispielsweise mit einem Überlastventil mit einem Ansprechdruck von 2,5 bar absolut verschlossen.The coolant circuit is typically vented or evacuated. The volume of the coolant in the coolant circuit can vary depending on the temperature. Therefore, in order to compensate for changes in the volume of the coolant, compensation tanks or expansion vessels are regularly integrated into the coolant circuit as coolant reservoirs or coolant reservoirs. Such coolant reservoirs are arranged, for example, at the highest point in the coolant circuit. The storage volume of the coolant reservoir has an upper and lower limit for the fill level of the coolant, an air cushion being enclosed above the coolant. The cooling accumulator is closed, for example, with an overload valve with an absolute response pressure of 2.5 bar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen besonders geeigneten Kühlmittelspeicher anzugeben. Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, eine besonders geeignete Verwendung des Kühlmittelspeichers anzugeben.The invention is based on the object of specifying a particularly suitable coolant reservoir. The invention is also based on the object of specifying a particularly suitable use of the coolant reservoir.

Hinsichtlich des Kühlmittelspeichers wird die Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und hinsichtlich der Verwendung mit den Merkmalen des Anspruchs 10 erfindungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Die im Hinblick auf den Kühlmittelspeicher angeführten Vorteile und Ausgestaltungen sind sinngemäß auch auf die Verwendung übertragbar und umgekehrt.With regard to the coolant reservoir, the object is achieved according to the invention with the features of claim 1 and with regard to the use with the features of claim 10. Advantageous refinements and developments are the subject of the subclaims. The advantages and configurations cited with regard to the coolant reservoir can also be applied to the use and vice versa.

Der erfindungsgemäße Kühlmittelspeicher ist für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für ein elektrisch angetriebenes oder antreibbares Kraftfahrzeug, beispielsweise für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug, vorgesehen.The coolant reservoir according to the invention is intended for a motor vehicle, in particular for an electrically driven or drivable motor vehicle, for example for an electric or hybrid vehicle.

Der Kühlmittelspeicher weist einen zylinder- oder rohrförmigen Körper mit einem darin eingefassten Speichervolumen oder Reservoir für ein eingeleitetes Kühlmittel auf. Der Körper ist an seinen gegenüberliegenden Stirnseiten dichtend mit jeweils einer Endkappe verschlossen. Die Endkappen sind beispielsweise mit dem Körper verschweißt oder laminiert, und ermöglichen vorzugsweise einen Druckausgleich. Eine der Endkappen, vorzugsweise die im Einbauzustand einem Fahrzeuguntergrund zugewandte (erste) Endkappe, weist zwei Kühlmittelanschlüsse als Kühlmitteleinlass und Kühlmittelauslass auf, über welche das Kühlmittel in das Speichervolumen einströmt beziehungsweise aus diesem abgeführt wird.The coolant reservoir has a cylindrical or tubular body with an enclosed storage volume or reservoir for an introduced coolant. The body is sealed at its opposite end faces with one end cap each. The end caps are, for example, welded or laminated to the body, and preferably enable pressure equalization. One of the end caps, preferably the (first) end cap facing a vehicle surface in the installed state, has two coolant connections as coolant inlet and coolant outlet, via which the coolant flows into the storage volume or is removed from it.

In den Kühlmittelauslass mündet ein innerhalb des Kühlmittelspeichers angeordnetes Rohr, welches eine insbesondere gleichförmige Durchströmung und/oder Durchmischung des Kühlmittels im Speichervolumen gewährleistet. Das als Strömungsleitrohr ausgeführte Rohr ist vorzugsweise aus einem thermisch leitfähigen Material, wie beispielsweise Aluminium, hergestellt. Dadurch ist ein besonders geeigneter Kühlmittelspeicher realisiert.A pipe arranged within the coolant reservoir opens into the coolant outlet, which tube ensures, in particular, a uniform flow through and / or mixing of the coolant in the reservoir volume. The tube designed as a flow guide tube is preferably made of a thermally conductive material such as aluminum. A particularly suitable coolant reservoir is thereby implemented.

Der Kühlmittelspeicher ist in einer bevorzugten Anwendung beispielsweise Teil eines Kühlmittelkreislaufs einer Kühlvorrichtung, oder ist an diesen gekoppelt. Der Kühlmittelkreislauf oder Sekundärkreislauf ist hierbei mit einer Fahrzeugbatterie gekoppelt. Das Kühlmittel ist beispielsweise mit Glykol versetztes (Kühl-)Wasser. Vorzugsweise ist der Kühlmittelspeicher hierbei als Quelle/Senke in den Kühlmittelkreislauf integriert. Der Kühlmittelspeicher weist beispielsweise ein Fassungsvermögen oder Speichervolumen im Bereich von 10 I (Liter) bis 50 I auf.In a preferred application, the coolant reservoir is, for example, part of a coolant circuit of a cooling device, or is coupled to it. The coolant circuit or secondary circuit is coupled to a vehicle battery. The coolant is, for example, (cooling) water mixed with glycol. The coolant reservoir is preferably integrated into the coolant circuit as a source / sink. The coolant reservoir has, for example, a capacity or storage volume in the range from 10 l (liters) to 50 l.

Durch das Speichervolumen ist der Kühlmittelspeicher dazu vorgesehen sowie geeignet und eingerichtet kurzzeitig anfallende Wärmelastspitzen des Kühlmittelkreislaufs, insbesondere aus einem Ultraschnelladevorgang der Fahrzeugbatterie, zu puffern und vorübergehend zu speichern.Due to the storage volume, the coolant storage is provided and is suitable and set up to buffer and temporarily store heat load peaks of the coolant circuit that occur briefly, in particular from an ultra-fast charging process of the vehicle battery.

Der Kühlmittelspeicher ist bei einem Einsatz im Kraftfahrzeug insbesondere tief und nahe an einem Fahrzeugmittelpunkt angeordnet, so dass eine vorteilhafte Fahrdynamik gewährleistet ist. Geeigneterweise weist der Kühlmittelspeicher einen geringen Abstand zu einem Kompaktmodul, insbesondere zu einem Kältemittelverdichter eines Kältekreislaufs, auf. Bei einer solchen Anwendung ist es beispielsweise denkbar, mehr als einen Kühlmittelspeicher, beispielsweise zwei Kühlmittelspeicher, einzusetzen, wobei die Kühlmittelspeicher vorzugsweise symmetrisch insbesondere spiegelsymmetrisch hinsichtlich einer Fahrzeugmittenachse angeordnet sind.When used in a motor vehicle, the coolant reservoir is arranged in particular deep and close to a vehicle center point, so that advantageous driving dynamics are ensured. The coolant reservoir is suitably at a short distance from a compact module, in particular from a refrigerant compressor of a refrigeration circuit. In such an application it is conceivable, for example, to use more than one coolant reservoir, for example two coolant reservoirs, the coolant reservoirs preferably being arranged symmetrically, in particular mirror-symmetrically, with respect to a vehicle center axis.

In einer vorteilhaften Ausführung weist der Kühlmittelspeicher eine integrierte Temperiervorrichtung auf. Mit der Temperiervorrichtung ist es möglich ein- oder ausströmendes Kühlmittel oder das Kühlmittel im Speichervolumen zu temperieren, insbesondere zu erwärmen. Somit kann das Kühlmittel des Kühlmittelspeichers vorkonfektioniert werden, bevor es dem Kühlmittelkreislauf zugeführt wird. In an advantageous embodiment, the coolant reservoir has an integrated temperature control device. With the temperature control device, it is possible to control the temperature of the coolant flowing in or out or the coolant in the storage volume, in particular to heat it. The coolant of the coolant reservoir can thus be pre-packaged before it is fed to the coolant circuit.

Beispielsweise ist es möglich, wenn das Kraftfahrzeug bzw. die Fahrzeugbatterie an einem (Strom-)Netz geladen wird, das Kühlmittel mittels der Temperiervorrichtung im Kühlmittelspeicher vorzukonfektionieren. Beispielsweise wird das Kühlmittel im Sommer gekühlt, beispielsweise auf 0 °C (Grad Celsius), und im Winter erwärmt, beispielsweise auf 90 °C. Dadurch steht zu Fahrtbeginn für eine Fahrtdauer im Wesentlichen bis zu einer Stunde vortemperiertes Kühlmittel zur Verfügung, so dass das Temperieren hauptsächlich von Batterie und Fahrgastraum unterstützt wird, wodurch der elektrische Energiebedarf dafür gesenkt wird und somit in der Folge die Reichweite des Kraftfahrzeugs erhöht wird. Mit anderen Worten wird das Aufwärmen/Temperieren von Fahrzeugbatterie und Fahrgastraum über Vorkonfektionierung des Kühlmittelspeichers gewährleistet. Dies bedeutet, dass zur Erhöhung der Reichweite Wärme oder Kälte durch Vorkonditionierung mit der Temperiervorrichtung in das Kühlmittel des Kühlmittelspeichers eingespeist wird.For example, if the motor vehicle or the vehicle battery is charged on a (power) network, the coolant can be prefabricated in the coolant reservoir by means of the temperature control device. For example, the coolant is cooled in summer, for example to 0 ° C (degrees Celsius), and heated in winter, for example to 90 ° C. As a result, at the start of the journey, coolant with a temperature of up to one hour is available for the duration of the journey, so that the temperature control is mainly supported by the battery and passenger compartment, which reduces the electrical energy required and consequently increases the range of the motor vehicle. In other words, the warming up / tempering of the vehicle battery and passenger compartment is ensured by pre-assembling the coolant reservoir. This means that in order to increase the range, heat or cold is fed into the coolant of the coolant reservoir by preconditioning with the temperature control device.

Zusätzlich oder alternativ zu der Vorkonfektionierung ist beispielsweise eine Zuheizfunktion vorgesehen, welche beispielsweise in einem Vorlauf angeordnet ist. Dadurch ist es möglich den Kühlmittelspeicher dynamisch zu heizen, beispielsweise für eine Auftaufunktion. Die Zuheizfunktion ist beispielsweise als PCT-Heizelement oder als Tauchsieder ausgeführt.In addition or as an alternative to the pre-assembly, an additional heating function is provided, for example, which is arranged, for example, in a flow. This makes it possible to dynamically heat the coolant reservoir, for example for a thawing function. The additional heating function is designed, for example, as a PCT heating element or as an immersion heater.

In einer geeigneten Ausgestaltung ist die Temperiervorrichtung an dem Strömungsleitungsrohr angeordnet. Die Temperiervorrichtung ist beispielsweise als eine Heizung ausgeführt, zum Beispiel in Form eines spiralförmig um das Strömungsleitungsrohr gewickelten Widerstandheizleiters. Die Heizung weist vorzugsweise eine Heizleistung zwischen 0,5 und 4 kW (Kilowatt) auf. Dadurch ist eine einfache und zuverlässige Temperierung des ausströmenden Kühlmittels gewährleistet. Des Weiteren ist die Temperiervorrichtung somit bauraumkompakt etwa mittig im Inneren des Speichervolumens angeordnet.In a suitable embodiment, the temperature control device is arranged on the flow line pipe. The temperature control device is designed, for example, as a heater, for example in the form of a resistance heating conductor wound spirally around the flow conduit pipe. The heater preferably has a heating output between 0.5 and 4 kW (kilowatts). This ensures simple and reliable temperature control of the coolant flowing out. Furthermore, the temperature control device is thus arranged in a compact installation space approximately in the center of the interior of the storage volume.

Des Weiteren ist der Kühlmittelspeicher dazu vorgesehen sowie geeignet und eingerichtet (temperaturbedingte) Volumenänderungen des Kühlmittels im Kühlmittelkreislauf zu kompensieren oder zu puffern. Beispielsweise weist der Kühlmittelspeicher ein Ausgleichbehälter auf. Vorzugsweise ist ein Membran- oder Ausdehnungsgefäß in den thermischen Kühlmittelspeicher integriert. Dadurch ist eine einfache und zuverlässige Kompensation von Volumenänderungen des Kühlmittels ermöglicht.Furthermore, the coolant reservoir is provided, suitable and set up to compensate or buffer (temperature-related) changes in volume of the coolant in the coolant circuit. For example, the coolant reservoir has an expansion tank. A membrane or expansion vessel is preferably integrated into the thermal coolant reservoir. This enables simple and reliable compensation of changes in volume of the coolant.

In einer denkbaren Ausbildung weist der Körper eine kühlmitteldichte Blase als Speichervolumen auf. Die beispielsweise elastische Blase ist beispielsweise aus Weich-Polyethylen (engl.: Low Density Polyethylen, LPDE).In a conceivable embodiment, the body has a coolant-tight bladder as a storage volume. The, for example, elastic bladder is made, for example, of soft polyethylene (Low Density Polyethylene, LPDE).

In einer möglichen Ausführung weist der Körper einen Schichtaufbau mit einer druckfesten Hülle und mit einer Wärmeisolation aufweist. Der Kühlmittelspeicher weist insbesondere einen zylindrischen Tank als Körper, vorzugsweise aus einem Materialverbund oder Verbundmaterial, auf. Die druckfeste Hülle weist vorzugsweise ein möglichst geringes Baugewicht und hohe mechanische Festigkeit auf. Des Weiteren ist die Hülle vorzugsweise temperaturbereichsbeständig und medienbeständig. Die Hülle ist beispielsweise aus einem Fasergewebe, einem Polyamid oder einem Aramid hergestellt. Die Wärmeisolation oder thermische Isolation ist derart bemessen und ausgeführt, dass der Ladezustand durch Vorkonditionieren, also die Temperatur im Inneren des Kühlmittelspeichers, mehrere Stunden weitgehend gehalten wird. Die Wärmeisolation ist beispielsweise als extrudierte Halbschalen, als ein Schaum oder als ein Vakuumpaneel ausgeführt.In one possible embodiment, the body has a layer structure with a pressure-resistant shell and with thermal insulation. The coolant reservoir has, in particular, a cylindrical tank as a body, preferably made of a composite material or composite material. The pressure-resistant casing preferably has the lowest possible structural weight and high mechanical strength. Furthermore, the shell is preferably temperature range-resistant and media-resistant. The sheath is made, for example, of a fiber fabric, a polyamide or an aramid. The thermal insulation or thermal insulation is dimensioned and designed in such a way that the state of charge is largely maintained for several hours by preconditioning, that is to say the temperature inside the coolant reservoir. The thermal insulation is designed, for example, as an extruded half-shell, as a foam or as a vacuum panel.

Die Grundstruktur und der mechanischer Schutz des Kühlmittelspeichers ist beispielsweise durch umgebende Strukturen am Einbauort im Kraftfahrzeug oder durch eine weitere Komponente, wie beispielsweise eine den Körper umgebendes oder stützendes/stabilisierendes Exoskelett. Der zylinderförmige oder zylindrische Körper weist hierbei beispielsweise einen Schichtaufbau mit einer kühlmitteldichten Blase als Aufbewahrungsgefäß (Speichervolumen) für das Kühlmittel, und mit einer druckfesten (Außen-)Hülle sowie mit einer Wärmeisolation und mit einem Exoskelett auf.The basic structure and the mechanical protection of the coolant reservoir is, for example, by surrounding structures at the installation location in the motor vehicle or by a further component, such as an exoskeleton that surrounds or supports / stabilizes the body. The cylindrical or cylindrical body has, for example, a layer structure with a coolant-tight bladder as a storage vessel (storage volume) for the coolant, and with a pressure-resistant (outer) shell and with thermal insulation and with an exoskeleton.

Ein zusätzlicher oder weiterer Aspekt der Erfindung sieht vor, dass das Strömungsleitungsrohr von einer konzentrischen Hülse eingefasst ist, sodass ein Ringspalt zwischen dem Strömungsleitungsrohr und der Hülse gebildet ist. Vorzugsweise ist die Temperiervorrichtung im Ringspalt angeordnet. Durch die Hülse beziehungsweise den Ringspalt ist ein Teilbereich oder Teilvolumen im Kühlmittelspeicher realisiert.An additional or further aspect of the invention provides that the flow line pipe is enclosed by a concentric sleeve, so that an annular gap is formed between the flow line pipe and the sleeve. The temperature control device is preferably arranged in the annular gap. Is through the sleeve or the annular gap realized a partial area or partial volume in the coolant reservoir.

In einer vorteilhaften Ausführung weist die Hülse an einem Freiende des Strömungsleitungsrohrs eine Kappe auf. Die Kappe weist eine Einströmkontur für Kühlmittel aus dem Speichervolumen auf. Die Kappe weist beispielsweise weiterhin einen Durchlassbereich und/oder ein Ventil, insbesondere ein Membranventil, auf.In an advantageous embodiment, the sleeve has a cap on a free end of the flow line tube. The cap has an inflow contour for coolant from the storage volume. The cap also has, for example, a passage area and / or a valve, in particular a diaphragm valve.

In einer zweckmäßigen Ausgestaltung weist die Hülse einen Einlass auf, wobei ein Ventil vorgesehen ist, welches zwischen dem Kühlmitteleinlass der Endkappe und dem Einlass der Hülse beziehungsweise des Ringspalts (Ringraums) angeordnet ist. Das Ventil ist hierbei vorzugsweise zwischen zwei Ventilstellungen umschaltbar, wobei in einer Ventilstellung ein durch den Kühlmitteleinlass einströmendes Kühlmittel in den Ringspalt eingeleitet wird, und wobei in der anderen Ventilstellung das durch den Kühlmitteleinlass einströmende Kühlmittel in das Speichervolumen eingeleitet wird. Dadurch ist eine zusätzliche Schaltfunktion des Kühlmittelspeichers realisiert, mittels welcher das zirkulierende Kühlmittelvolumen, also das Ansprechverhalten des Kühlmittelspeichers oder Kühlmittelkreislaufs, regelbar oder steuerbar ist. Insbesondere ist es möglich, eine Wärmeübertragung an der Grenzfläche zu erhöhen.In an expedient embodiment, the sleeve has an inlet, a valve being provided which is arranged between the coolant inlet of the end cap and the inlet of the sleeve or the annular gap (annular space). The valve can preferably be switched between two valve positions, with a coolant flowing in through the coolant inlet being introduced into the annular gap in one valve position, and with the coolant flowing in through the coolant inlet being introduced into the storage volume in the other valve position. This realizes an additional switching function of the coolant reservoir, by means of which the circulating coolant volume, that is to say the response behavior of the coolant reservoir or coolant circuit, can be regulated or controlled. In particular, it is possible to increase heat transfer at the interface.

Vorzugsweise ist der Einlass der Hülse seitlich oder radial in die Hülse eingebracht, so dass der Ringspalt über ein seitliches Ventil, insbesondere einem Thermostatventil, mit dem Kühlmitteleinlass strömungstechnisch verbunden.The inlet of the sleeve is preferably introduced laterally or radially into the sleeve, so that the annular gap is fluidically connected to the coolant inlet via a lateral valve, in particular a thermostatic valve.

Das Ventil, insbesondere das Thermostatventil, weist beispielsweise einen Auslass mit vergleichsweise kleinem Strömungsdurchmesser zu dem Ringspalt zwischen Hülse und Strömungsleitungsrohr auf, welcher bei niedriger Medien- oder Kühlmitteltemperatur geöffnet ist. Das Ventil weist weiterhin einen Auslass mit vergleichsweise großem Strömungsdurchmesser zu dem von dem Körper eingefassten Speichervolumen auf, welcher bei niedriger Medien- oder Kühlmitteltemperatur geschlossen ist.The valve, in particular the thermostatic valve, has, for example, an outlet with a comparatively small flow diameter to the annular gap between the sleeve and the flow line pipe, which is open when the media or coolant temperature is low. The valve also has an outlet with a comparatively large flow diameter to the storage volume enclosed by the body, which is closed when the media or coolant temperature is low.

Bei einem Betriebsfall eines Kaltstarts des Kraftfahrzeugs beziehungsweise des Kühlmittelkreislaufs, beispielsweise bei Umgebungstemperaturen von -10 °C, ist der Thermostat-Auslass zu dem Ringspalt geöffnet und zum Speichervolumen verschlossen. Dadurch strömt kaltes Kühlmittel durch den Ringspalt vor und durch das Strömungsleitungsrohr zu dem Kühlmittelauslass zurück. Hierbei nimmt das Kühlmittel vorzugsweise beidseitig Wärmestrom aus Heizung oder Temperiervorrichtung auf, wobei vorzugsweise eine Erwärmung um zum Beispiel 10 K auf 0 °C realisiert wird. Die Speichermasse beziehungsweise das Kühlmittel im Speichervolumen ist somit effektiv entkoppelt, dies bedeutet, dass eine minimale aktive Kühlmittelmenge durch den Kühlmittelspeicher zirkuliert, so dass eine hohe Dynamik, also eine zeitnahe Erwärmung, des Kühlmittelkreislaufs ermöglicht ist. Zweckmäßigerweise ist das Membranventil der Hülsen-Kappe geschlossen, so dass keine Vermischung mit dem Speicherinhalt bei Umkehr der Strömungsrichtung am Rohrende oder Freiende des Strömungsleitungsrohrs stattfindet. Bei einem Betriebsfall, bei welchem das Kraftfahrzeug an einem Stromnetz angeschlossen ist, kann bei kalten Temperaturen, zum Beispiel bei -10°C, zusätzlich eine Vorkonditionierung durchgeführt werden.In the event of a cold start of the motor vehicle or the coolant circuit, for example at ambient temperatures of -10 ° C., the thermostat outlet to the annular gap is open and closed to the storage volume. As a result, cold coolant flows through the annular gap forwards and back through the flow line pipe to the coolant outlet. In this case, the coolant preferably absorbs heat flow from the heater or temperature control device on both sides, with heating of, for example, 10 K to 0 ° C. being implemented. The storage mass or the coolant in the storage volume is thus effectively decoupled, which means that a minimal amount of active coolant circulates through the coolant reservoir, so that high dynamics, i.e. real-time heating, of the coolant circuit is made possible. The membrane valve of the sleeve cap is expediently closed so that no mixing with the storage contents takes place when the flow direction is reversed at the pipe end or free end of the flow conduit pipe. In an operating case in which the motor vehicle is connected to a power supply system, preconditioning can also be carried out at cold temperatures, for example at -10 ° C.

Bei mittleren Temperaturen, z. B. zwischen 15°C und 30°C, öffnet der große Thermostat-Auslass des Ventils, und schließt den Pfad zum Ringspalt. Dadurch zirkuliert das Speichervolumen beziehungsweise das darin gelagerte Kühlmittel. Gegebenenfalls ist hierbei eine parasitäre Strömung durch den Ringspalt vorgesehen, beispielsweise durch eine Leckagebohrung in dem kleinen Thermostat-Auslass, um eine Überhitzung des Kühlmittels im Heizbetrieb zu vermeiden. Hierbei ist das Membranventil der Kappe geöffnet oder von dem Kühlmittel durchströmt.At medium temperatures, e.g. B. between 15 ° C and 30 ° C, the large thermostat outlet of the valve opens and closes the path to the annular gap. As a result, the storage volume or the coolant stored therein circulates. If necessary, a parasitic flow is provided through the annular gap, for example through a leakage hole in the small thermostat outlet, in order to avoid overheating of the coolant in heating mode. Here, the membrane valve of the cap is open or the coolant flows through it.

Das Thermostatventil kann beispielsweise passiv (Wachs) oder aktiv (zusätzlich beheizt) sein. Die Strömungsquerschnitte und -pfadverläufe in den Teilabschnitten des Ringraums, Speichervolumens und Ventils sind hinsichtlich einer minimierten Druckverlustkurve aufeinander abgestimmt.The thermostatic valve can, for example, be passive (wax) or active (additionally heated). The flow cross-sections and paths in the subsections of the annular space, storage volume and valve are coordinated with one another with regard to a minimized pressure loss curve.

Der Kühlmittelspeicher weist beispielsweise einen Controller, also ein Steuergerät auf, welches vorzugsweise in eine der Endkappen, vorzugsweise die in die die Kühlmittelanschlüsse aufweisende Endkappe, integriert ist. Der Controller ist hierbei dazu vorgesehen und eingerichtet die Temperiervorrichtung und/oder das Ventil zu steuern und/oder zu regeln.The coolant reservoir has, for example, a controller, that is to say a control device, which is preferably integrated into one of the end caps, preferably into the end cap having the coolant connections. The controller is provided and set up to control and / or regulate the temperature control device and / or the valve.

In einer zweckmäßigen Weiterbildung weist die (zweite) Endkappe, welche gegenüberliegend zu der die Kühlmittelanschlüsse aufweisenden (ersten) Endkappe an dem Körper angeordnet ist, eine Aufnahme zur Führung des Strömungsleitungsrohrs und/oder der Hülse auf. Die Aufnahme weist zum Beispiel mindestens ein seitliches, beispielsweise fingerförmiges, Federelement auf, welches an dem Außenumfang des Strömungsleitungsrohrs oder der Hülse anliegt.In an expedient development, the (second) end cap, which is arranged opposite the (first) end cap having the coolant connections on the body, has a receptacle for guiding the flow line pipe and / or the sleeve. The receptacle has, for example, at least one lateral, for example finger-shaped, spring element which rests on the outer circumference of the flow conduit pipe or the sleeve.

In einer bevorzugten Anwendung wird der vorstehend beschriebene Kühlmittelspeichers als ein thermischer Pufferspeicher in einem Kraftfahrzeug verwendet. Der Kühlmittelspeicher wird also als eine thermische Batterie oder als ein Pufferspeicher für Wärme und/oder Kälte verwendet, und ist im Betrieb zumindest teilweise mit Kühlmittel gefüllt.In a preferred application, the coolant store described above is used as a thermal buffer store in a motor vehicle. The coolant storage is thus used as a thermal battery or as a buffer storage for Heat and / or cold used, and is at least partially filled with coolant during operation.

Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen in schematischen und vereinfachten Darstellungen:

1 in einem Blockdiagramm eine Kühlvorrichtung eines Kraftfahrzeugs,
2 in Seitenansicht eine erste Ausführungsform des Kühlmittelspeichers,
3 in Draufsicht eine zweite Ausführungsform des Kühlmittelspeichers, und
4, 5 in Seitenansicht ausschnittsweise eine dritte Ausführungsform des Kühlmittelspeichers.

Exemplary embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to a drawing. It shows in schematic and simplified representations:

1 in a block diagram a cooling device of a motor vehicle,
2 a side view of a first embodiment of the coolant reservoir,
3 a top view of a second embodiment of the coolant reservoir, and
4th , 5 a side view of a section of a third embodiment of the coolant reservoir.

Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts and sizes are always provided with the same reference symbols in all figures.

Die 1 zeigt in schematischer und vereinfachter Darstellung eine Kühlvorrichtung 2 eines lediglich schematisch dargestellten Kraftfahrzeugs 4. Das Kraftfahrzeug 4 ist insbesondere ein elektrisch angetriebenes oder antreibbares Kraftfahrzeug, beispielsweise ein Elektro- oder Hybridfahrzeug, und weist einen elektromotorischen Traktionsantrieb 6 sowie eine (Hochvolt-)Batterie 8 auf. Die Kühlvorrichtung 2 ist hierbei zur Fahrzeugtemperierung, also zur Temperierung zumindest eines Fahrgastraums oder Fahrzeuginnenraums 10 des Kraftfahrzeugs 4, vorgesehen sowie dafür geeignet und eingerichtet.the 1 shows a cooling device in a schematic and simplified representation 2 of a motor vehicle shown only schematically 4th . The car 4th is in particular an electrically driven or drivable motor vehicle, for example an electric or hybrid vehicle, and has an electromotive traction drive 6th and a (high-voltage) battery 8. The cooler 2 is here for vehicle temperature control, i.e. for temperature control of at least one passenger compartment or vehicle interior 10 of the motor vehicle 4th , provided as well as suitable and furnished for it.

Die Kühlvorrichtung 2 weist eine Außenluftführung 12 sowie ein damit gekoppeltes Kreislaufsystem 14 auf. Das Kreislaufsystem 14 umfasst einen Primärkreislauf 16 und ein damit gekoppeltes Sekundärkreislaufsystem 18 auf.The cooler 2 has an outside air duct 12th as well as an associated circulatory system 14th on. The circulatory system 14th includes a primary circuit 16 and a secondary loop system coupled to it 18th on.

Der Primärkreislauf 16 ist als ein Kältemittelkreislauf für ein Kältemittel, insbesondere für ein natürliches Kältemittel, wie beispielsweise Propan, ausgeführt. Hierzu weist der Primärkreislauf 16 ein elektronisches Expansionsventil 20 und einen elektrischen Kältemittelverdichter 22 sowie zwei Wärmetauscher 24, 26 auf. Der Kältemittelverdichter 22 ist beispielsweise als ein Scrollverdichter ausgeführt, und weist vorzugsweise einen Kühlmantel 28 auf, welcher mit dem Sekundärkreislaufsystem 18 gekoppelt ist.The primary circuit 16 is designed as a refrigerant circuit for a refrigerant, in particular for a natural refrigerant such as propane. The primary circuit shows this 16 an electronic expansion valve 20th and an electric refrigerant compressor 22nd as well as two heat exchangers 24 , 26th on. The refrigerant compressor 22nd is designed, for example, as a scroll compressor, and preferably has a cooling jacket 28 on, which one with the secondary circulation system 18th is coupled.

Das insbesondere gasförmige Kältemittel wird durch den Kältemittelverdichter 22 verdichtet (komprimiert), wobei der folgende (Hochtemperatur-)Wärmetauscher 24 unter Wärmeabgabe des Kältemittels als Kondensator oder Verflüssiger wirkt. Anschließend wird das insbesondere flüssige Kältemittel aufgrund der Druckänderung über das Expansionsventil 20 entspannt. Im nachgeschalteten (Niedertemperatur-)Wärmetauscher 26, welcher als Chiller oder Verdampfer wirkt, verdampft das Kältemittel unter Wärmeaufnahme bei niedriger Temperatur.The refrigerant, in particular gaseous, is released by the refrigerant compressor 22nd compressed (compressed), the following (high-temperature) heat exchanger 24 acting as a condenser or liquefier while releasing heat from the refrigerant. The refrigerant, which is particularly liquid, is then released via the expansion valve due to the change in pressure 20th relaxed. In the downstream (low-temperature) heat exchanger 26, which acts as a chiller or evaporator, the refrigerant evaporates while absorbing heat at a low temperature.

Die Wärmetauscher 24, 26 bilden die Schnittstellen mit dem als Kühlmittelkreislauf ausgebildeten Sekundärkreislaufsystem 16. Das Kühlmittel des Sekundärkreislaufsystems 16 ist beispielsweise Wasser und/oder Glykol. Die Kühlmittelleitungen des Wärmetauschers 24 sind an zwei als Außenwärmeübertrager ausgebildete Wärmetauscher 30, 32 der Außenluftführung 12 geführt. Von den Wärmetauschern 30,32 ist das Kühlmittel zu einem elektronischen Durchflussregelmischventil 34 geführt.The heat exchangers 24 , 26th form the interfaces with the secondary circuit system designed as a coolant circuit 16 . The coolant of the secondary circuit system 16 is for example water and / or glycol. The coolant lines of the heat exchanger 24 are on two heat exchangers designed as external heat exchangers 30th , 32 the outside air flow 12th guided. The coolant is from the heat exchangers 30, 32 to an electronic flow control mixing valve 34 guided.

Das Sekundärkreislaufsystem 18 weist zwei Kühlmittelkreisläufe 18a, 18b, einen mit dem Wärmetauscher 24 gekoppelten Hoch- oder Mitteltemperaturkreislauf 18a und einen mit dem Wärmetauscher 26 gekoppelten Niedertemperaturkreislauf 18b auf. Entsprechend weist das Sekundärkreislaufsystem 18 zwei Vorläufe 36, 38 und zwei Rückläufe 40, 42 auf. Der Vorlauf 36 ist ein Hoch- oder Mitteltemperatur-Vorlauf, wobei der Rücklauf 40 der zugeordnete Hoch- oder Mitteltemperatur-Rücklauf des Kühlmittelkreislaufes 18a ist. Der Vorlauf 38 ist entsprechend ein Niedertemperatur-Vorlauf, wobei der Rücklauf 42 den zugeordnete Niedertemperatur-Rücklauf des Kühlmittelkreislaufs 18b bildet. Hierzu sind zwei Kühlmittelpumpen 44, 46 vorgesehen. Die Kühlmittelpumpe 44 ist als elektrische Hoch- oder Mitteltemperatur-Kühlmittelpumpe ausgeführt, welche das Kühlmittel vom Rücklauf 40 zu dem Wärmetauscher 24 fördert. Die Kühlmittelpumpe 46 ist entsprechend als eine elektrische Niedertemperatur-Kühlmittelpumpe ausgeführt, welche das Kühlmittel aus dem Rücklauf 42 in Richtung des Wärmetauschers 26 fördert.The secondary loop system 18th has two coolant circuits 18a , 18b , one with the heat exchanger 24 coupled high or medium temperature circuit 18a and one with the heat exchanger 26th coupled low-temperature circuit 18b on. The secondary circuit system has accordingly 18th two prelims 36 , 38 and two returns 40 , 42 on. The advance 36 is a high or medium temperature flow, with the return flow 40 the assigned high or medium temperature return of the coolant circuit 18a is. The advance 38 is accordingly a low-temperature flow, with the return 42 the assigned low-temperature return of the coolant circuit 18b forms. There are two coolant pumps for this purpose 44 , 46 intended. The coolant pump 44 is designed as an electric high or medium temperature coolant pump, which draws the coolant from the return 40 to the heat exchanger 24 promotes. The coolant pump 46 is designed accordingly as an electrical low-temperature coolant pump, which draws the coolant from the return 42 towards the heat exchanger 26th promotes.

An dem Sekundärkreislaufsystem 18, beziehungsweise an die Vor- und Rückläufe 36, 38, 40, 42 sind die zu temperierenden Aggregate oder Komponenten des Kraftfahrzeugs 4 angeschlossen. Zusätzlich zu dem Traktionsantrieb 6 und der Batterie 8 sind in diesem Ausführungsbeispiel ein Kühlmittelspeicher 48 (Kühlmittelwärmespeicher) als thermische Batterie, ein Kühlungswärmeüberträger 50 und ein Heizungswärmeüberträger 52 sowie ein Flächentemperierelement 54 zur Temperierung des Fahrzeuginnenraums 10 an den Kühlmittelkreislauf angeschlossen.On the secondary circuit system 18th , or to the forwards and backwards 36 , 38 , 40 , 42 are the units or components of the motor vehicle to be temperature-controlled 4th connected. In addition to the traction drive 6th and the battery 8th are in this embodiment a coolant reservoir 48 (Coolant heat storage) as a thermal battery, a cooling heat exchanger 50 and a heating element 52 as well as a surface temperature control element 54 for temperature control of the vehicle interior 10 connected to the coolant circuit.

Der Traktionsantrieb 6 weist beispielsweise einen elektrischen Bremswiderstand, einen Inverter (Wechselrichter) und eine Ladeeinrichtung auf. Der Kühlmittelspeicher 48, die Batterie 8 sowie das Flächentemperierelement 54 sowie der Fahrzeuginnenraum 10 weisen hierbei vorzugsweise jeweils eine wärmetechnische Isolation hoher Güte auf. Die Wärmeübertrager 50, 52 sind vorzugsweise Teil eines nicht näher bezeichneten Klimageräts des Kraftfahrzeugs 4, und sind mit einem Heiz- oder Klimagebläse 56 gekoppelt.The traction drive 6th has, for example, an electrical braking resistor, an inverter and a charging device. The coolant reservoir 48 , the battery 8th as well as the surface temperature control element 54 as well as the vehicle interior 10 preferably each have a high-quality thermal insulation. the Heat exchanger 50 , 52 are preferably part of an unspecified air conditioner of the motor vehicle 4th , and come with a heater or air conditioner fan 56 coupled.

Zur Kopplung der Komponenten 6, 8, 48, 50, 54 an die Vor- und Rückläufe 36, 38, 40, 42 des Sekundärkreislaufsystems 18 sind jeweils Umschaltventile 58, insbesondere elektrische Doppel-3-/2-Wege-Umschaltventile, vorgesehen. Der Heizungswärmetauscher 52 ist direkt mit dem Vor- und Rücklauf 36, 40 gekoppelt. Zwischen den Komponenten 6, 48, 50, 54 und den an die Rückläufe 40, 42 geführten Umschaltventilauslässen, sowie am Auslass des Heizungswärmetauschers 52 ist jeweils ein elektronisches Durchflussregelventil 60 vorgesehen. Die Umschaltventile 58 und die Durchflussregelventile 60 sind in den Figuren lediglich beispielhaft mit Bezugszeichen versehen.For coupling the components 6th , 8th , 48 , 50 , 54 to the forwards and backwards 36 , 38 , 40 , 42 of the secondary circuit system 18th are each changeover valves 58 , in particular electric double 3/2-way switching valves, are provided. The heating heat exchanger 52 is direct with the forward and reverse 36 , 40 coupled. Between the components 6th , 48 , 50 , 54 and to the returns 40 , 42 guided changeover valve outlets, as well as at the outlet of the heating heat exchanger 52 is an electronic flow control valve each 60 intended. The switching valves 58 and the flow control valves 60 are provided with reference symbols in the figures merely by way of example.

Die Kühlmittelleitungen der Batterie 8 sind über ein elektronisches Durchflussregelmischventil 62 mit dem Kühlmantel 28 des Kältemittelverdichters 22 gekoppelt. Zwischen den zu dem Wärmetauscher 26 geführten Kühlmittelleitungen ist eine elektrische Kühlmittelmischpumpe 64 angeordnet, mittels welcher das Kühlmittel insbesondere zur Batterie 8 gefördert werden kann, um die Kühlleistung, beispielsweise in einem Lade- oder Schnellladebetrieb, zu verbessern. Bei aktiver Kühlmittelmischpumpe 64 ergibt sich somit insbesondere ein Teilkreislauf für die Batterietemperierung. Zwischen dem Vorlauf 36 und dem Rücklauf 40 ist ein elektronisches Durchflussregelventil 66 vorgesehen.The coolant lines of the battery 8th are via an electronic flow control mixing valve 62 with the cooling jacket 28 of the refrigerant compressor 22nd coupled. Between the to the heat exchanger 26th guided coolant lines is an electric coolant mixing pump 64 arranged, by means of which the coolant in particular to the battery 8th can be promoted in order to improve the cooling performance, for example in a charging or fast charging operation. When the coolant mixing pump is active 64 This results in particular in a partial circuit for the battery temperature control. Between the forerun 36 and the return 40 is an electronic flow control valve 66 intended.

Die zu- und abführenden Kühlmittelleitungen des Wärmetauschers 24 sind mittels einer steuerbaren Bypass-Leitung 67 gekoppelt oder koppelbar, welche zwischen dem Durchflussregelmischventil 34 und dem Auslass der Kühlmittelpumpe 44 angeordnet ist.The inlet and outlet coolant lines of the heat exchanger 24 are by means of a controllable bypass line 67 coupled or connectable, which between the flow control mixing valve 34 and the outlet of the coolant pump 44 is arranged.

Die Außenluftführung 12 weist zwei parallele Luftführungskanäle 68, 70 auf, welche jeweils von einem Einlass 68a, 70a, zu einem Auslass 68b, 70b geführt sind. die Einlässe 68a, 70a sind jeweils mittels einer aktiv steuerbaren Jalousie 72 bedarfsweise freigebbar. In dem Luftführungskanal 68 ist der Wärmetauscher 32 und ein dahinter angeordneter Axiallüfter 74 angeordnet. Der Luftführungskanal 70 weist den Wärmetauscher 30 sowie einen dahinter angeordneten Radiallüfter 76 auf.The outside air duct 12th has two parallel air ducts 68 , 70 on which each from an inlet 68a , 70a , to an outlet 68b , 70b are led. the inlets 68a , 70a are each by means of an actively controllable blind 72 can be released if necessary. In the air duct 68 is the heat exchanger 32 and an axial fan arranged behind it 74 arranged. The air duct 70 assigns the heat exchanger 30th as well as a radial fan arranged behind it 76 on.

Nachfolgend ist anhand der 2 ein erstes Ausführungsbeispiel für den Kühlmittelspeicher 48 näher erläutert.The following is based on the 2 a first embodiment for the coolant storage 48 explained in more detail.

Der Kühlmittelspeicher 48 weist einen zylindrischen Körper 78 auf, welcher stirnseitig mittels zweier Endkappen 80, 82 verschlossen ist. Der Körper 78 weist in dieser Ausführung einen Schichtaufbau aus einem Materialverbund oder Verbundmaterial auf. Der Körper 78 weist hierbei eine druckfeste (Außen-)Hülle 84 und eine Wärmeisolation 86 auf, wobei die Hülle 84 von einem stabilisierenden Exoskelett 88 umgeben ist. In dem Körper 78 ist eine nachfolgend auch als Speichervolumen bezeichnete Blase 90 zur Aufnahme von Kühlmittel integriert. Das Speichervolumen 90 ist beispielsweise als eine Blase aus Weich-Polyethylen (engl.: Low Density Polyethylen, LPDE) ausgeführt, und weist vorzugsweise ein Fassungsvermögen oder Volumen im Bereich von 10 I (Liter) bis 50 I auf.The coolant reservoir 48 has a cylindrical body 78 on which the front side by means of two end caps 80 , 82 is locked. The body 78 In this embodiment, it has a layer structure made of a material composite or composite material. The body 78 has a pressure-resistant (outer) shell 84 and thermal insulation 86 on, with the shell 84 from a stabilizing exoskeleton 88 is surrounded. In the body 78 is a bladder, also referred to below as a storage volume 90 Integrated to take up coolant. The storage volume 90 is designed, for example, as a bladder made of soft polyethylene (English: Low Density Polyethylene, LPDE) and preferably has a capacity or volume in the range from 10 l (liter) to 50 l.

Die druckfeste Hülle 84 weist vorzugsweise ein möglichst geringes Baugewicht und hohe mechanische Festigkeit auf. Des Weiteren ist die Hülle 84 vorzugsweise temperaturbereichsbeständig und medienbeständig. Die Hülle 84 ist beispielsweise aus einem Fasergewebe, einem Polyamid oder einem Aramid hergestellt.The pressure-resistant cover 84 preferably has the lowest possible structural weight and high mechanical strength. Furthermore, the shell is 84 preferably temperature range-resistant and media-resistant. The case 84 is made for example from a fiber fabric, a polyamide or an aramid.

Die Wärmeisolation 86 oder thermische Isolation ist derart bemessen und ausgeführt, dass der Ladezustand durch Vorkonditionieren, also die Temperatur des Kühlmittels im Inneren des Kühlmittelspeichers 48, mehrere Stunden weitestgehend gehalten wird. Die Wärmeisolation 86 ist beispielsweise als extrudierte Halbschalen, als ein Schaum oder als ein Vakuumpaneel ausgeführt.The thermal insulation 86 or thermal insulation is dimensioned and designed in such a way that the state of charge is preconditioned, i.e. the temperature of the coolant inside the coolant reservoir 48 , is held for several hours as far as possible. The thermal insulation 86 is designed, for example, as an extruded half-shell, as a foam or as a vacuum panel.

Die Endkappen 80, 82 sind fluiddicht mit dem Körper 78 gefügt, und beispielsweise mit diesem verschweißt oder laminiert, und ermöglichen vorzugsweise einen Druckausgleich. Für den Druckausgleich ist die Endkappe 82 als ein Ausdehnungsgefäß mit einer flexiblen und fluiddichten Membran 92 ausgeführt, wobei das Aufnahmevolumen des Ausdehnungsgefäß beziehungsweise der Endkappe 82 über eine Öffnung 94 mit dem Speichervolumen 90 des Körpers 78 strömungstechnisch verbunden ist.The end caps 80 , 82 are fluid-tight with the body 78 joined, and for example welded or laminated with this, and preferably allow a pressure equalization. The end cap is used for pressure equalization 82 as an expansion vessel with a flexible and fluid-tight membrane 92 executed, the receiving volume of the expansion vessel or the end cap 82 over an opening 94 with the storage volume 90 of the body 78 is fluidically connected.

Die Endkappe 80 weist zwei Kühlmitteleinlässe 96, 98 und einen Kühlmittelauslass 100 auf, welche mit dem Speichervolumen 90 gekoppelt sind. Der Kühlmittelauslass 100 mündet in ein innerhalb des Kühlmittelspeichers angeordnetes Strömungsleitrohr 102. Wie in der 2 ersichtlich ist, erstreckt sich das Strömungsleitrohr 102 im Wesentlichen über die gesamte Länge des Körpers 78. Dadurch durchströmt das Kühlmittel im Wesentlichen das komplette Speichervolumen 90, bevor es über das Strömungsleitrohr 102 am Kühlmittelauslass 100 austritt. Somit ist eine insbesondere gleichförmige Durchströmung und/oder Durchmischung des Kühlmittels im Speichervolumen 90 gewährleistet. Das Strömungsleitrohr 102 ist vorzugsweise aus einem thermisch leitfähigen Material, wie beispielsweise Aluminium, hergestellt.The end cap 80 has two coolant inlets 96 , 98 and a coolant outlet 100 on which with the storage volume 90 are coupled. The coolant outlet 100 opens into a flow guide tube arranged within the coolant reservoir 102 . Like in the 2 As can be seen, the flow guide tube extends 102 essentially the entire length of the body 78 . As a result, the coolant essentially flows through the entire storage volume 90 before it goes over the flow guide tube 102 at the coolant outlet 100 exit. This means that there is, in particular, a uniform flow through and / or mixing of the coolant in the storage volume 90 guaranteed. The flow guide tube 102 is preferably made of a thermally conductive material such as aluminum.

Die Strömung des Kühlmittels beziehungsweise der (Kühlmittel-)Strömungsverlauf im Betrieb des Kühlmittelspeichers 48 ist in den Figuren mittels Pfeilen dargestellt.The flow of the coolant or the (coolant) flow profile during operation of the coolant reservoir 48 is shown in the figures by means of arrows.

Der Kühlmittelspeicher 48 ist bei einem Einsatz im Kraftfahrzeug 4 insbesondere tief und nahe an einem Fahrzeugmittelpunkt angeordnet, so dass eine vorteilhafte Fahrdynamik gewährleistet ist. Geeigneterweise weist der Kühlmittelspeicher 48 einen geringen Abstand zu dem Primärkreislauf 16, insbesondere zu dem Kältemittelverdichter 22, auf. Bei einer solchen Anwendung ist es beispielsweise denkbar, mehr als einen Kühlmittelspeicher 48, beispielsweise zwei Kühlmittelspeicher 48, einzusetzen, wobei die Kühlmittelspeicher 48vorzugsweise symmetrisch insbesondere spiegelsymmetrisch hinsichtlich einer Fahrzeugmittenachse angeordnet sind.The coolant reservoir 48 is used in a motor vehicle 4th in particular arranged deep and close to a vehicle center, so that an advantageous driving dynamics is guaranteed. The coolant reservoir suitably has 48 a short distance from the primary circuit 16 , especially about the refrigerant compressor 22nd , on. In such an application it is conceivable, for example, to have more than one coolant reservoir 48 , for example two coolant reservoirs 48 , the coolant reservoirs 48 preferably being arranged symmetrically, in particular mirror-symmetrically, with respect to a vehicle center axis.

Die 3 zeigt in Draufsicht eine Ausführung des Kühlmittelspeichers 48, bei welchem zwei Speichervolumina 90 in den Körper 78 integriert sind. Jedem Speichervolumen 90 ist hierbei ein Strömungsleitungsrohr 102 zugeordnet.the 3 shows a plan view of an embodiment of the coolant reservoir 48 , in which two storage volumes 90 in the body 78 are integrated. Any storage volume 90 is here a flow conduit pipe 102 assigned.

Nachfolgend ist anhand der 4 und der 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel des Kühlmittelspeichers 48 näher erläutert.The following is based on the 4th and the 5 another embodiment of the coolant reservoir 48 explained in more detail.

In dieser Ausführung ist der Körper 78 als eine Zylinderblase ausgeführt, welche im Wesentlichen das Speichervolumen 90 bildet. Das Strömungsleitungsrohr 102 ist hierbei einer konzentrischen Hülse 104 eingefasst. Zwischen dem Strömungsleitungsrohr 102 und der Hülse 104 ist ein Ringspalt 106 oder Ringraum gebildet. In dem Ringspalt 106 ist eine Temperiervorrichtung 108 vorgesehen. Die Temperiervorrichtung 108 ist beispielsweise als ein Widerstandsheizleiter ausgeführt, welcher spiralförmig um das Strömungsleitungsrohr 102 gewickelt ist.In this version is the body 78 designed as a cylinder bladder, which essentially the storage volume 90 forms. The flow line pipe 102 is here a concentric sleeve 104 edged. Between the flow line pipe 102 and the sleeve 104 is an annular gap 106 or annulus formed. In the annular gap 106 is a temperature control device 108 intended. The temperature control device 108 is designed, for example, as a resistance heating conductor, which spirals around the flow conduit pipe 102 is wrapped.

Die Hülse 104 weist an einem Freiende des Strömungsleitungsrohrs 102 eine Kappe 110 auf. Die Kappe 110 weist eine trichterförmige Einströmkontur 112 für Kühlmittel aus dem Speichervolumen 90 auf. Die Kappe 110 weist beispielsweise weiterhin einen Durchlassbereich und/oder ein Ventil 114, insbesondere ein Membranventil, auf. Durch das Ventil 114 kann Kühlmittel vom Speichervolumen 90 in den Ringspalt 106 strömen. Das Ventil 114 blockiert jedoch eine Strömung vom Ringspalt 106 in das Speichervolumen 90.The sleeve 104 points at a free end of the flow conduit tube 102 a cap 110 on. The cap 110 has a funnel-shaped inflow contour 112 for coolant from the storage volume 90 on. The cap 110 furthermore has, for example, a passage area and / or a valve 114 , in particular a diaphragm valve. Through the valve 114 can coolant from the storage volume 90 in the annular gap 106 stream. The valve 114 however, blocks a flow from the annular gap 106 into the storage volume 90 .

Die Endkappe 82 weist in dieser Ausführung eine Aufnahme 116 zur Führung und Halterung der Kappe 110 auf. Die Aufnahme 116 weist hierbei randseitig fingerförmige Federelemente 118 auf, mittels welchen die Kappe 110 - und somit die Hülse 104 - umfangsseitig form- und/oder kraftschlüssig geklemmt gehalten ist.The end cap 82 has a recording in this version 116 for guiding and holding the cap 110 on. The recording 116 has finger-shaped spring elements at the edge 118 on, by means of which the cap 110 - and thus the sleeve 104 - Is held positively and / or non-positively clamped on the circumference.

Die Hülse 104 weist einen seitlichen (Hülsen-)Einlass 120 auf. Ein als Thermostatventil ausgeführtes Ventil 122 ist zwischen den Kühlmitteleinlass 98 und den Einlass 120 geschaltet. Das Ventil 122 ist hierbei zwischen zwei Ventilstellungen umschaltbar, wobei in einer Ventilstellung (4) ein durch den Kühlmitteleinlass 98 einströmendes Kühlmittel in den Ringspalt 106 eingeleitet wird, und wobei in der anderen Ventilstellung (5) das durch den Kühlmitteleinlass 98 einströmende Kühlmittel in das Speichervolumen 90 eingeleitet wird.The sleeve 104 has a side (sleeve) inlet 120. A valve designed as a thermostatic valve 122 is between the coolant inlet 98 and the inlet 120 switched. The valve 122 can be switched between two valve positions, whereby in one valve position ( 4th ) through the coolant inlet 98 inflowing coolant into the annular gap 106 is initiated, and in the other valve position ( 5 ) that through the coolant inlet 98 inflowing coolant into the storage volume 90 is initiated.

Das Ventil 122 weist einen mit dem Einlass 120 verbundenen Auslass 124 mit vergleichsweise kleinem Strömungsdurchmesser auf, welcher insbesondere bei niedriger Medien- oder Kühlmitteltemperatur geöffnet ist. Das Ventil 122 weist weiterhin einen mit dem Speichervolumen 90 gekoppelten Auslass 126 mit vergleichsweise großem Strömungsdurchmesser auf, welcher bei niedriger Medien- oder Kühlmitteltemperatur geschlossen ist.The valve 122 assigns one to the inlet 120 connected outlet 124 with a comparatively small flow diameter, which is open in particular at low media or coolant temperatures. The valve 122 furthermore has one with the storage volume 90 coupled outlet 126 with a comparatively large flow diameter, which is closed at low media or coolant temperature.

Die 4 zeigt einen Betriebsfall eines Kaltstarts des Kraftfahrzeugs 4, beispielsweise bei Umgebungstemperaturen von -10 °C. Hierbei ist der Thermostat-Auslass 124 zu dem Ringspalt 106 geöffnet und der Auslass 126 zum Speichervolumen 90 verschlossen. Dadurch strömt kaltes Kühlmittel durch den Ringspalt 106 vor und durch das Strömungsleitungsrohr 102 zu dem Kühlmittelauslass 100 zurück. Hierbei nimmt das Kühlmittel vorzugsweise beidseitig, also beim Strömen im Ringspalt 106 und im Strömungsleitungsrohr 102, Wärme aus der Temperiervorrichtung 108 auf, wobei vorzugsweise eine Erwärmung des Kühlmittels um zum Beispiel 10 K auf 0 °C realisiert wird. Die Speichermasse beziehungsweise das Kühlmittel im Speichervolumen 90 ist somit effektiv entkoppelt, dies bedeutet, dass eine minimale aktive Kühlmittelmenge durch den Kühlmittelspeicher 48 zirkuliert, so dass eine hohe Dynamik, also eine zeitnahe Erwärmung, der Kühlmittelkreisläufe 18a, 18b ermöglicht ist.the 4th shows an operating case of a cold start of the motor vehicle 4th , for example at ambient temperatures of -10 ° C. Here is the thermostat outlet 124 to the annular gap 106 opened and the outlet 126 to the storage volume 90 locked. As a result, cold coolant flows through the annular gap 106 in front of and through the flow conduit tube 102 to the coolant outlet 100 return. Here, the coolant preferably takes on both sides, that is, when flowing in the annular gap 106 and in the flow conduit pipe 102 , Heat from the temperature control device 108 on, the coolant preferably being heated by, for example, 10 K to 0 ° C. The storage mass or the coolant in the storage volume 90 is thus effectively decoupled, which means that a minimal amount of active coolant flows through the coolant reservoir 48 circulates, so that a high dynamic, i.e. a timely heating, of the coolant circuits 18a , 18b is made possible.

Die 5 zeigt einen Betriebsfall, bei welchem das Kraftfahrzeug 4 an einem Stromnetz angeschlossen ist, kann bei kalten Temperaturen, zum Beispiel bei - 10 °C, zusätzlich eine Vorkonditionierung des Kühlmittels im Kühlmittelspeicher 48 vor Inbetriebnahme des Kraftfahrzeugs 4 durchgeführt werden. Hierbei erwärmt die Temperiervorrichtung 108 das Kühlmittel im Kühlmittelspeicher 48, wobei bei mittleren Temperaturen, z. B. zwischen 15 °C und 30 °C, der große Thermostat-Auslass 126 des Ventils 112 öffnet, und den direkten Strömungspfad zum Ringspalt 106 verschließt. Dadurch zirkuliert das Speichervolumen 90 beziehungsweise das darin gelagerte Kühlmittel. Gegebenenfalls ist hierbei eine parasitäre Strömung durch den Ringspalt 106 vorgesehen, beispielsweise durch eine Leckagebohrung in dem kleinen Thermostat-Auslass 124, um eine Überhitzung des Kühlmittels im Heizbetrieb zu vermeiden. Hierbei ist das Membranventil 114 der Kappe 110 geöffnet oder von dem Kühlmittel durchströmt.the 5 shows an operating case in which the motor vehicle 4th is connected to a power grid, the coolant in the coolant reservoir can also be preconditioned at cold temperatures, for example at - 10 ° C 48 before putting the motor vehicle into operation 4th be performed. Here, the temperature control device heats up 108 the coolant in the coolant reservoir 48 , wherein at medium temperatures, e.g. B. between 15 ° C and 30 ° C, the large thermostat outlet 126 of the valve 112 opens, and the direct flow path to the annular gap 106 locks. This causes the storage volume to circulate 90 or the coolant stored therein. There may be a parasitic flow through the annular gap 106 provided, for example through a leakage hole in the small thermostat outlet 124 to get a Avoid overheating of the coolant in heating mode. Here is the diaphragm valve 114 the cap 110 opened or flowed through by the coolant.

Das Thermostatventil 122 kann beispielsweise passiv (Wachs) oder aktiv (zusätzlich beheizt) sein. Die Strömungsquerschnitte und -pfadverläufe in den Teilabschnitten des Ringraums 106, Speichervolumens 90 und Ventils 122 sind hinsichtlich einer minimierten Druckverlustkurve aufeinander abgestimmt.The thermostatic valve 122 can for example be passive (wax) or active (additionally heated). The flow cross-sections and paths in the subsections of the annulus 106 , Storage volume 90 and valve 122 are coordinated with one another with regard to a minimized pressure loss curve.

Der Kühlmittelspeicher 34 weist beispielsweise einen nicht näher gezeigten Controller, also ein Steuergerät auf, welches vorzugsweise in die Endkappe 80 integriert ist. Der Controller ist hierbei dazu vorgesehen und eingerichtet die Temperiervorrichtung 108 und/oder das Ventil 122 zu steuern und/oder zu regeln.The coolant reservoir 34 has, for example, a controller (not shown in more detail), that is to say a control device, which is preferably inserted into the end cap 80 is integrated. The controller is provided for this purpose and set up the temperature control device 108 and / or the valve 122 to control and / or regulate.

Bei einem Kaltstart des Kraftfahrzeugs bei kalten Umgebungstemperaturen, beispielsweise bei -10 °C im Winter, erfolgt vorzugsweise ein mehrphasiger Betrieb des Kühlmittelspeichers 48.In the event of a cold start of the motor vehicle at cold ambient temperatures, for example at -10 ° C. in winter, the coolant reservoir is preferably operated in multiple phases 48 .

In einer ersten Phase erfolgt ein Auftauen oder Aufwärmen der Batterie 8 mit einer limitierten elektrischen Last (Batterieschutz). Beispielsweise wird der Batterie 8 2 kW an Leistung entnommen. Hierbei wird 1 kW Leistung dem Kältemittelverdichter 22 zugeführt, um das Kältemittel von 0 °C auf etwa 30 °C zu erwärmen, und zusätzlich 1 kW Leistung der Temperiervorrichtung 108 zugeführt, und in den Kühlmittelspeicher 48 eingespeist, um das Kühlmittel von -10 °C auf 0 °C zu erwärmen. Dadurch wird die Batterie 8 beispielsweise von -10 °C auf etwa 25 °C erwärmt.In a first phase, the battery is thawed or warmed up 8th with a limited electrical load (battery protection). For example, the battery 8th 2 kW of power withdrawn. Here, 1 kW of power is transferred to the refrigerant compressor 22nd supplied to heat the refrigerant from 0 ° C to around 30 ° C, and an additional 1 kW output of the temperature control device 108 supplied, and into the coolant reservoir 48 fed to heat the coolant from -10 ° C to 0 ° C. This will save the battery 8th heated for example from -10 ° C to about 25 ° C.

In einer anschließenden zweiten Phase wird die Belastungsfähigkeit der Batterie 8 gesteigert. Beispielsweise wird die elektrische Last auf 10 kW erhöht. Hierbei wird beispielsweise der Heizungswärmeübertrager 52 mit 5 kW betrieben, um den Heizungswärmeübertrager 52 von -10 °C auf etwa 65 °C zu erwärmen. Weiterhin werden 5 kW in den Kältemittelverdichter 22 eingespeist, wodurch das Kältemittel von 0 °C auf etwa 70 °C erwärmt wird.In a subsequent second phase, the load capacity of the battery is assessed 8th increased. For example, the electrical load is increased to 10 kW. Here, for example, the heating heat exchanger 52 operated with 5 kW to the heating heat exchanger 52 from -10 ° C to about 65 ° C. Furthermore, 5 kW are used in the refrigerant compressor 22nd fed in, whereby the refrigerant is heated from 0 ° C to around 70 ° C.

Durch eines solche Betriebsstrategie mit kontinuierlicher Steigerung der Heizlast kann die Batterietemperatur gemäß einem Kennfeld oder einer Kennlinie geeignet gesteigert werden.With such an operating strategy with a continuous increase in the heating load, the battery temperature can be appropriately increased in accordance with a characteristic map or a characteristic curve.

Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.The invention is not restricted to the exemplary embodiments described in the figures. Rather, other variants of the invention can also be derived therefrom by the person skilled in the art without departing from the subject matter of the invention. In particular, all of the individual features described in connection with the exemplary embodiments can also be combined with one another in other ways without departing from the subject matter of the invention.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

22: KühlvorrichtungCooling device
44th: KraftfahrzeugMotor vehicle
66th: TraktionsantriebTraction drive
88th: Batteriebattery
1010: FahrzeuginnenraumVehicle interior
12, 12'12, 12 ': AußenluftführungOutside air duct
1414th: KreislaufsystemCirculatory system
1616: PrimärkreislaufPrimary circuit
1818th: SekundärkreislaufsystemSecondary circuit system
18a,18b18a, 18b: KühlmittelkreislaufCoolant circuit
2020th: ExpansionsventilExpansion valve
2222nd: KältemittelverdichterRefrigerant compressor
24,2624.26: WärmetauscherHeat exchanger
2828: KühlmantelCooling jacket
30,3230.32: WärmetauscherHeat exchanger
3434: DurchflussregelmischventilFlow control mixing valve
36,3836.38: Vorlaufleader
40,4240.42: RücklaufRewind
44,4644.46: KühlmittelpumpeCoolant pump
4848: KühlmittelwärmespeicherCoolant heat storage
5050: KühlungswärmeübertragerCooling heat exchanger
5252: HeizungswärmeübertragerHeating heat exchanger
5454: FlächentemperierelementSurface temperature control element
5656: KlimagebläseAir conditioning fan
5858: UmschaltventilChangeover valve
6060: DurchflussregelventilFlow control valve
6262: DurchflussregelmischventilFlow control mixing valve
6464: KühlmittelmischpumpeCoolant mixing pump
6666: DurchflussregelventilFlow control valve
6767: Bypass-LeitungBypass line
6868: LuftführungskanalAir duct
68a68a: Einlassinlet
68b68b: AuslassOutlet
7070: LuftführungskanalAir duct
70a70a: Einlassinlet
70b70b: AuslassOutlet
7272: Jalousielouvre
7474: AxiallüfterAxial fan
7676: RadiallüfterRadial fan
7878: Körperbody
80, 8280, 82: EndkappeEnd cap
8484: Hüllecovering
8686: WärmeisolationThermal insulation
8888: ExoskelettExoskeleton
9090: Blase, SpeichervolumenBladder, storage volume
9292: Membranmembrane
9494: Öffnungopening
96, 9896, 98: KühlmitteleinlassCoolant inlet
100100: KühlmittelauslassCoolant outlet
102102: StrömungsleitungsrohrFlow conduit
104104: HülseSleeve
106106: RingspaltAnnular gap
108108: TemperierelementTemperature control element
110110: Kappecap
112112: EinströmkonturInflow contour
114114: VentilValve
116116: Aufnahmerecording
118118: FederelementSpring element
120120: Einlassinlet
122122: VentilValve
124124: AuslassOutlet
126126: AuslassOutlet

Claims

Coolant reservoir (48) for a motor vehicle (4), having a cylindrical body (78) with a storage volume (90) enclosed therein, the body (78) being closed at the end with end caps (80, 82), one of the end caps (80 ) has a coolant inlet (96, 98) and a coolant outlet (100) as coolant connections, and wherein a flow line tube (102) engaging in the body (78) is guided to the coolant outlet (100).

Coolant reservoir (48) Claim 1 , characterized in that an integrated temperature control device (108) is provided.

Coolant reservoir (48) Claim 2 , characterized in that the temperature control device (108) is arranged on the flow line pipe (102).

Coolant reservoir (48) according to one of the Claims 1 until 3 , characterized in that the storage volume (90) is designed as a coolant-tight bladder.

Coolant reservoir (48) according to one of the Claims 1 until 4th , characterized in that the body (78) has a layer structure with a pressure-resistant shell (84) and with thermal insulation (86).

Coolant reservoir (48) according to one of the Claims 1 until 5 , characterized in that the flow line tube (102) is surrounded by a concentric sleeve (104) so that an annular gap (106) is formed between the flow line tube (102) and the sleeve (104).

Coolant reservoir (48) Claim 6 , characterized in that the sleeve (104) has a cap (110) with an inflow contour (112) for coolant from a storage volume (90) at a free end of the flow line tube (102).

Coolant reservoir (48) Claim 6 or 7th , characterized in that the sleeve (104) has an inlet (120), a valve (122) being provided which is arranged between the coolant inlet (98) and the inlet (120), and which an inflowing coolant either into the Annular gap (106) or into a storage volume (90).

Coolant reservoir (48) according to one of the Claims 1 until 8th , characterized in that a receptacle for guiding the flow line pipe (102) and / or the sleeve (104) is provided on the end cap (82) opposite the coolant connections (96, 98, 100).

Use of a coolant reservoir (48) according to one of the Claims 1 until 9 as thermal buffer storage in a motor vehicle.