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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kühlsystem zur Kühlung von mehreren Fahrzeugkomponenten eines Fahrzeugs sowie ein Verfahren zum Kühlen von mehreren Fahrzeugkomponenten eines Fahrzeugs.
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Es ist bekannt, dass zum Kühlen von Fahrzeugkomponenten ein Kühlsystem im Fahrzeug integriert wird. Dabei werden häufig für die Kühlung unterschiedlicher Fahrzeugkomponenten voneinander getrennte Kühlkreisläufe zur Verfügung gestellt um unterschiedliche Temperaturniveaus zu gewährleisten. Beispielsweise benötigen die Klimaanlage oder ein Niedertemperaturkreis für elektrische Komponenten oft niedrige Temperaturniveaus. Davon separat kann ein Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor als Antrieb einen Kühlkreislauf aufweisen, um beim Betrieb des Fahrzeugs den Verbrennungsmotor zu kühlen. Dieser liegt in der Regel auf einem höheren Temperaturniveau. Bei den bekannten Lösungen weist jeder separate Kühlkreislauf üblicherweise einen Luftwärmeübertrager (Kühler) auf, welcher häufig in der Front des Fahrzeugs integriert ist. Beim Bewegen des Fahrzeugs oder durch Zwangskonvektion mit Hilfe einer Lüftervorrichtung kann ein Luftstrom durch den jeweiligen Kühler hindurchtransportiert werden, sodass das aufgewärmte Kühlmittel nach dem Durchströmen der Fahrzeugkomponente in dem jeweiligen Kühler die aufgenommene Wärme an den durchströmenden Luftstrom und damit an die Umgebung abgeben kann.
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Nachteilhaft bei den bekannten Lösungen ist es, dass bei einer hohen Anzahl von zu kühlenden Fahrzeugkomponenten das gesamte Kühlsystem, welches die einzelnen Kühlkreisläufe aufweist, sehr groß wird. Jedes einzelne Kühlsystem ist dabei hinsichtlich seiner erforderlichen Kühlleistung an die maximale Wärmeproduktion der jeweils zu kühlenden Fahrzeugkomponente anzupassen. Dies führt dazu, dass in den meisten Betriebssituationen die groß dimensionierten Kühler überhaupt nicht notwendig sind, sondern nur in den einzelnen Maximallastsituationen. Insbesondere führt dies auch dazu, dass zu einem Zeitpunkt nicht benötigte Kühler trotzdem vom Luftstrom durchströmt werden, sodass der Durchströmungswiderstand beim Bewegen des Fahrzeugs unnötig groß ist.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, in kostengünstiger und einfacher Weise eine ähnliche oder sogar verbesserte Kühlleistung mit einer kompakteren und kleineren und/oder günstigeren Vorrichtung zu gewährleisten.
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Die voranstehende Aufgabe wird gelöst durch ein Kühlsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 13. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Kühlsystem beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird beziehungsweise werden kann.
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Erfindungsgemäß dient ein Kühlsystem der Kühlung von mehreren Fahrzeugkomponenten eines Fahrzeugs. Hierfür weist das Kühlsystem einen Primär-Kühlkreislauf mit einem Primär-Kühlmittel zur Kühlung einer Primärkomponente auf. Weiter ist wenigstens ein Sekundär-Kühlkreislauf mit einem Sekundär-Kühlmittel zur Kühlung einer Sekundärkomponente vorgesehen. Das Primär-Kühlmittel und das Sekundär-Kühlmittel sind mischbar ausgebildet. Der Primär-Kühlkreislauf ist mit einem Primärkühler ausgestattet für eine Wärmeabgabe von erwärmten Primär-Kühlmittel an einen Luftstrom. Der Sekundär-Kühlkreislauf weist einen Sekundärkühler für eine Wärmeabgabe von erwärmtem Sekundär-Kühlmittel an einen Luftstrom auf. Der Primär-Kühlkreislauf und der Sekundär-Kühlkreislauf sind weiter mit wenigstens einer Aufteilvorrichtung ausgestattet für ein Aufteilen von Primär-Kühlmittel und/oder Sekundär-Kühlmittel auf den Primär-Kühlkreislauf und den Sekundär-Kühlkreislauf.
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Ein erfindungsgemäßes Kühlsystem wird dazu eingesetzt, eine Kühlung unterschiedlicher Fahrzeugkomponenten mit grundsätzlich getrennten Kühlkreisläufen zu gewährleisten. Ein Primär-Kühlkreislauf kann beispielsweise für die Kühlung eines Antriebs des Fahrzeugs verwendet werden. Ein solcher Antrieb kann auch als Hauptantrieb bezeichnet werden und zum Beispiel als Verbrennungsmotor ausgestaltet sein. Selbstverständlich sind jedoch auch andere, wärmeerzeugende Antriebsmöglichkeiten als Fahrzeugkomponente im Sinne der vorliegenden Erfindung denkbar. Der wenigstens eine Sekundär-Kühlkreislauf kühlt eine von der Primärkomponente separate Fahrzeugkomponente. Dabei kann es sich zum Beispiel um die Kühlung von elektrischen Leistungskomponenten handeln. Auch die Kühlung eines Elektromotors oder einer Batterievorrichtung bei einem sogenannten Plug-in-Hybrid-Fahrzeug und/oder einem reinen Elektrofahrzeug sind hier grundsätzlich denkbar.
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Ein entscheidender Vorteil wird bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Kühlsystems dadurch erzielt, dass die Aufteilvorrichtung nun einen Austausch zwischen den beiden Kühlkreisläufen ermöglicht. Dabei ist noch darauf hinzuweisen, dass ein erfindungsgemäßes Kühlsystem natürlich nicht auf zwei Kühlkreisläufe beschränkt ist. Selbstverständlich können zusätzlich zu dem wenigstens einen Sekundär-Kühlkreislauf auch weitere Kühlkreisläufe, insbesondere als weitere Sekundär-Kühlkreisläufe vorgesehen sein.
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Der erfindungsgemäße Kerngedanke beruht auf der bereits beschriebenen Austauschmöglichkeit von Kühlmittel zwischen den Kühlkreisläufen. Dies wird dadurch gewährleistet, dass das Primär-Kühlmittel und das Sekundär-Kühlmittel miteinander mischbar ausgebildet sind. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn für das Primär-Kühlmittel und das Sekundär-Kühlmittel das gleiche Basiskühlmittel verwendet wird. So können beispielsweise die Kühlmittel aller Kühlkreisläufe wasserbasiert sein, um eine solche Mischbarkeit zur Verfügung zu stellen. Insbesondere, wie dies später noch erläutert wird, sind die Kühlmittel der einzelnen Kühlkreisläufe identisch oder im Wesentlichen identisch ausgebildet.
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Nachdem eine Mischbarkeit durch die Kühlmittel zwischen den Kühlkreisläufen gewährleistet ist, kann nun in einem erfindungsgemäßen Kühlsystem diese Vermischung auch praktisch durchgeführt werden. Hierfür ist die Aufteilvorrichtung vorgesehen, welche das Primär-Kühlmittel zwischen dem Primär-Kühlkreislauf und dem Sekundär-Kühlkreislauf aufteilen kann. Alternativ oder zusätzlich kann auch das Sekundär-Kühlmittel zwischen dem Primär-Kühlkreislauf und dem Sekundär-Kühlkreislauf aufgeteilt werden. Die Aufteilvorrichtung weist hierfür, beispielsweise mit Pumpvorrichtungen, Ventilmitteln oder Ähnlichem, eine Möglichkeit auf, den entsprechenden Strom an Kühlmittel auf mehr als den dafür spezifischen Kühler aufzuteilen. Dies wird nachfolgend an einem Einsatzbeispiel näher erläutert. Damit ist die Aufteilvorrichtung insbesondere mit einer Schaltfunktionalität ausgestattet für ein Ein- und Ausschalten der Aufteilung in qualitativer und/oder quantitativer Weise. Beispielsweise kann, in Abhängigkeit der Betriebssituation des Fahrzeugs, das Aufteilen eingeschaltet, ausgeschaltet, eine Aufteilrichtung ausgewählt und/oder eine Aufteilmenge eingestellt werden. Die Aufteilvorrichtung kann damit auch als schaltbare Aufteilvorrichtung beschrieben werden für ein schaltbares Aufteilen auf die Kühlkreisläufe.
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Ist ein Fahrzeug schwer beladen, beispielsweise im Anhängerbetrieb in einer Bergauf-Situation betrieben, so führt dies zu einer maximalen Belastung des Antriebssystems, beispielsweise in Form des Verbrennungsmotors. In dieser Betriebssituation des Fahrzeugs entsteht also eine maximale Wärmeproduktion und damit eine maximal benötigte Kühlleistung in dem zugehörigen Primär-Kühlkreislauf. Mit anderen Worten führt dies dazu, dass nun das entsprechende Primär-Kühlmittel mit maximaler Temperatur im Vorlauf des Primärkühlers angelangt. Dadurch, dass nun bei einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Kühlsystems hier eine Aufteilvorrichtung vorgesehen ist, kann auf Basis dieser maximalen Lastsituation innerhalb des PrimärKühlkreislaufes zumindest ein Teil des Primär-Kühlmittels auf den Sekundär-Kühlkreislauf aufgeteilt werden. Dies bedeutet, dass ein Teil des Volumenstroms an Primär-Kühlmittel weiter durch den Primärkühler strömt, während ein weiterer Teil des Primär-Kühlmittels auf den Sekundär-Kühlkreislauf und dort auf den Sekundärkühler aufgeteilt wird.
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Dadurch, dass nun im Sekundär-Kühlkreislauf der Sekundärkühler zusätzlich zur Übertragung von Wärme vom erwärmten Primär-Kühlmittel an den Luftstrom zur Verfügung stellt, erhöht sich die entsprechende Wärmeübertragungsfläche und damit die Abkühlleistung an den beiden Kühlern für den Primär-Kühlkreislauf und das dort zur Kühlung verwendliche Primär-Kühlmittel. In einem Fall, bei welchem im Sekundär-Kühlkreislauf zu diesem Zeitpunkt nur eine sehr geringe oder überhaupt keine Kühllast vorhanden ist, kann im Wesentlichen der vollständige Sekundärkühler und die damit dort maximal mögliche Sekundär-Kühlleistung auch dem Primär-Kühlkreislauf zur Verfügung gestellt werden.
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Wie aus der voranstehenden Erläuterung ersichtlich wird, kann nun je nach Einsatzsituation die Kühlleistung des jeweiligen Kühlkreislaufs und dort insbesondere des jeweiligen Kühlers den anderen Kühlkreisläufen zusätzlich zur Verfügung gestellt werden. Somit sind die einzelnen Kühlkreisläufe hinsichtlich ihrer Kühlfunktion nicht mehr voneinander getrennt, sondern flexibel miteinander kombinierbar. Dies erlaubt es, bei der Auslegung des Kühlsystems nur noch die maximal entstehend Systemkühlnotwendigkeit und nicht mehr die im jeweiligen Kühlkreislauf entstehenden Einzel-Kühlnotwendigkeiten zu berücksichtigen. Ist beispielsweise in der beschriebenen Lastsituation einer Bergauffahrt mit Anhängerbetrieb eine maximale Kühlleistung definierbar, so geht diese üblicherweise mit entsprechend niedrigeren Kühlnotwendigkeiten an anderen Fahrzeugkomponenten einher. So ist beispielsweise eine Kühlung einer Batterievorrichtung oder von Leistungselektronikkomponenten in einer solchen Lastsituation nicht oder nur reduziert notwendig. Somit kann der Primärkühler des Primär-Kühlkreislaufs im Vergleich zu klassischen Kühlsystemen kleiner ausgelegt werden, da in einer solchen maximalen Kühllastsituation die anderen Kühler, hier der Sekundärkühler des Sekundär-Kühlkreislaufs, zusätzlich hinzugeschaltet werden kann.
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Wie bei dieser Überlegung ersichtlich wird, kann nun ein erfindungsgemäßes Kühlsystem durch die variable Verschaltbarkeit der einzelnen Kühlkreiskäufe miteinander in Summe kleiner und kompakter ausgestaltet werden. Dies führt zu einem geringeren Bauraumbedarf im Fahrzeug und darüber hinaus zu geringeren Kosten bei der Herstellung eines solchen Kühlsystems. Darüber hinaus ist noch darauf hinzuweisen, dass vorzugsweise in allen Kühllastsituationen im Kühlsystem auch alle Kühlkreisläufe und entsprechend alle Kühler im Betrieb sind. Im Vergleich dazu wird bei den bekannten Lösungen ein Kühler auch dann durchströmt, wenn im zugehörigen Sekundär-Kühlkreislauf oder Primär-Kühlkreislauf überhaupt keine Kühllast anliegt. Bei einem erfindungsgemäßen Kühlsystem werden vorzugsweise immer und/oder in den meisten Einsatzzeiten alle Kühler aller Kreisläufe auch zur Kühlung des jeweils aktiven Kühlkreislaufs mit eingesetzt.
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Es ist noch darauf hinzuweisen, dass die einzelnen Kühler der Kühlkreisläufe vorzugsweise in einem gemeinsamen Abschnitt des Fahrzeugs angeordnet sind. Sie können parallel nebeneinander angeordnet sein oder auch seriell hintereinander, sodass sie bei serieller Anordnung vom Luftstrom nacheinander durchströmt werden.
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Es kann Vorteile mit sich bringen, wenn bei einem erfindungsgemäßen Kühlsystem die Aufteilvorrichtung einen Vorlauf-Aufteiler zum Aufteilen des Primär-Kühlmittels und/oder des Sekundär-Kühlmittels auf den Primär-Vorlauf des Primärkühlers und den Sekundär-Vorlauf des Sekundärkühlers aufweist. Dies erlaubt es, im Vorlauf des jeweiligen Kühlers eine Aufteilung des Primär-Kühlmittels und/oder des Sekundär-Kühlmittels zur Verfügung zu stellen. Diese Aufteilvorrichtung kann hier insbesondere aktiv ausgestaltet sein und beispielsweise eine später noch näher erläuterte Pumpvorrichtung aufweisen. Im Rücklauf ist vorzugsweise ebenfalls ein Rücklauf-Aufteiler vorgesehen, welcher es erlaubt, auch im Rücklauf einen Austausch zwischen den Kühlkreisläufen zu gewährleisten. Bevorzugt ist es, wenn die Aufteilvorrichtung in der Lage ist, bidirektional Volumenströme zwischen den einzelnen Kühlkreisläufen auszutauschen, sodass es gezielt möglich ist, sowohl vom Primärkreislauf Kühlmittel in den Sekundärkreislauf zu fördern als auch umgekehrt. Hier ist auch gut zu erkennen, dass bei einem erfindungsgemäßen Kühlsystem einige Betriebskomponenten jedes Kühlkreislaufs gemeinsam genutzt werden können. So kann beispielsweise ein gemeinsames Reservoir an Kühlmittel für alle Kühlkreisläufe in das Kühlsystem integriert sein.
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Von Vorteil ist es ebenfalls, wenn bei einem erfindungsgemäßen Kühlsystem die Aufteilvorrichtung einen Rücklauf-Aufteiler zum Aufteilen des Primär-Kühlmittels und/oder des Sekundär-Kühlmittels aus dem Primär-Rücklauf des Primärkühlers und dem Sekundär-Rücklauf des Sekundärkühlers aufweist. Eine solche Aufteilung im Rücklauf erlaubt es zum Beispiel, ein Kühlmittel im Rücklauf, welches eine zu hohe Resttemperatur aufweist, wieder auf die anderen Kühlkreisläufe zu verteilen. Dies kann zum Beispiel dazu führen, dass ein zu heißes Kühlmittel im Rücklauf einem anderen Kühlkreislauf im Vorlauf des entsprechenden Kühlers zugeführt wird. Vorzugsweise ist die Ausbildung eines Rücklauf-Aufteilers kombiniert mit einem Vorlauf-Aufteiler gemäß dem voranstehenden Absatz und weiter vorzugsweise ebenfalls für ein bidirektionales Aufteilen der jeweiligen Kühlmittel ausgebildet.
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Von Vorteil ist es darüber hinaus, wenn bei einem erfindungsgemäßen Kühlsystem die Aufteilvorrichtung, insbesondere als Vorlauf-Aufteiler und/oder als Rücklauf-Aufteiler, wenigstens eine Pumpvorrichtung für eine aktive Förderung des aufzuteilenden Primär-Kühlmittels und/oder Sekundär-Kühlmittels aufweist. Eine solche Pumpvorrichtung ist insbesondere als zwangsfördernde Pumpvorrichtung ausgebildet und erlaubt auf diese Weise eine aktive Steuerung der Volumenströme für die Verteilung zwischen den Kühlkreisläufen. Diese Pumpvorrichtung ist vorzugsweise zusätzlich zu einer entsprechenden Umwälzpumpe in dem jeweiligen Kühlkreislauf vorgesehen. Eine solche Pumpvorrichtung kann, wie dies später noch erläutert wird, in Kombination mit ein oder mehreren Sperrventilen ausgebildet sein.
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Bei einem Kühlsystem gemäß dem voranstehenden Absatz bringt es Vorteile mit sich, wenn die Pumpvorrichtung eine bidirektionale Pumpvorrichtung ausbildet. Unter einer bidirektionalen Pumpvorrichtung ist eine Pumpe zu verstehen, welche mit zwei entgegengesetzten Förderrichtungen betrieben werden kann. Vorzugsweise ist auch eine solche bidirektionale Pumpvorrichtung zwangsfördernd ausgebildet und bildet bei einer Stillstandsituation eine abdichtende Sperrwirkung aus. Dabei handelt es sich insbesondere um eine alternative Ausgestaltung zur Verwendung von ein oder mehreren Pumpvorrichtungen in Kombination mit Sperrventilen.
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Von Vorteil ist es weiter, wenn bei einem erfindungsgemäßen Kühlsystem die wenigstens eine Aufteilvorrichtung zwei Pumpvorrichtungen mit entgegengesetzten Förderrichtungen in getrennten Aufteilleitungen in Kombination mit jeweils einem Sperrventil aufweist. Dies erlaubt es, jeweils eine der beiden Pumpvorrichtungen zu betreiben, während die andere Pumpvorrichtung stillsteht. Durch die Kombination mit entsprechend gleich geschalteten Sperrventilen führt dies dazu, dass durch den Betrieb einer Pumpvorrichtung und dem Stillstand der anderen Pumpvorrichtung eine definierte Förderrichtung der Aufteilvorrichtung gewährleistet ist. Die Schaltbarkeit der Richtung der Aufteilvorrichtung wird hier durch das Ein- und Ausschalten der jeweiligen Pumpvorrichtung ermöglicht und kann auf diese Weise eine Alternative zu einer bidirektional förderbaren Pumpe gemäß dem voranstehenden Absatz zur Verfügung stellen.
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Von Vorteil ist es ebenfalls, wenn bei einem erfindungsgemäßen Kühlsystem der Primärkühler und der Sekundärkühler sich durch die jeweilige Nenntemperatur unterscheiden. Eine solche Nenntemperatur ist insbesondere definiert durch eine maximale Vorlauftemperatur und/oder eine maximale Rücklauftemperatur. Sie erlaubt eine Definition der maximalen Kühlleistung des Primärkühlers und des Sekundärkühlers, sodass hier die Betriebsgrenzen des jeweiligen Kühlkreislaufs definierbar sind. Diese Nenntemperatur erlaubt insbesondere eine definierte Kontrolle, wie sie später mit Bezug auf ein erfindungsgemäßes Verfahren noch näher erläutert wird. Bei einer seriellen Anordnung im Luftstrom ist dabei der als erstes vom Luftstrom durchströmte Kühler derjenige mit der niedrigsten Nenntemperatur, sodass bei serieller Anordnung die Nenntemperaturen der einzelnen Kühler hintereinander entlang des Luftstroms aufsteigen, um eine maximierte und/oder optimierte Effizienz der Kühlung für alle Kühler zur Verfügung stellen zu können.
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Von Vorteil ist es darüber hinaus, wenn bei einem erfindungsgemäßen Kühlsystem das Primär-Kühlmittel und das Sekundär-Kühlmittel identisch oder im Wesentlichen identisch ausgebildet sind. Dies erlaubt ein besonders einfaches Vermischen in allen Richtungen und bezieht sich insbesondere auf entsprechende Konzentrationen von Zusätzen in den jeweiligen Kühlmitteln. Ein Vermischen mit gleichen oder im Wesentlichen gleichen Konzentrationen aller Kühlmittel führt dazu, dass durch die Vermischung keine Konzentrationsänderungen notwendig sind beziehungsweise sich ergeben würden.
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Von Vorteil ist es darüber hinaus, wenn bei einem erfindungsgemäßen Kühlsystem der Primärkühler und der Sekundärkühler seriell nacheinander im Luftstrom angeordnet sind. Eine solche serielle Anordnung erlaubt eine besonders kompakte Bauweise, sodass alle Kühler aller Kühlkreisläufe nacheinander vom selben Luftstrom durchströmt werden. Vorzugsweise ist, wie dies bereits erläutert worden ist, die serielle Anordnung mit aufsteigenden Nenntemperaturen entlang des Luftstroms ausgestaltet. Es sind bei der Variationsmöglichkeit gemäß einem erfindungsgemäßen Kühlsystem immer alle Kühler mit einer Kühlleistung aktiv, sodass im Gegensatz zu den bekannten Lösungen kein inaktiver Kühler vom Luftstrom durchströmt werden muss.
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Ebenfalls Vorteile kann es mit sich bringen, wenn bei einem erfindungsgemäßen Kühlsystem gemäß dem voranstehenden Absatz der Primärkühler und der Sekundärkühler entgegengesetzt ausgerichtete Temperaturgradienten aufweisen. Sind die Kühler beispielsweise stehend in der Front eines Fahrzeugs ausgerichtet, so wird der Primärkühler zum Beispiel von links nach rechts und der Sekundärkühler von rechts nach links durchströmt. Dies erlaubt es, über die Fläche verteilt den Luftstrom noch effizienter zu nutzen, da durch die entgegengesetzten Temperaturgradienten die Temperaturunterschiede zum Luftstrom am jeweiligen Kühler an der jeweiligen Fläche des Kühlers maximiert werden. Dies gilt selbstverständlich auch bei drei oder mehr Kühlkreisläufen, welche vorzugsweise immer abwechselnd ausgerichtete Temperaturgradienten aufweisen.
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Weitere Vorteile kann es mit sich bringen, wenn bei einem erfindungsgemäßen Kühlsystem die Aufteilvorrichtung Verbindungsleitungen zwischen dem Primär-Kühlkreislauf und dem Sekundär-Kühlkreislauf aufweist, wobei in den Verbindungsleitungen wenigstens ein Sperrventil angeordnet ist. Dies erlaubt es, für jede dieser Verbindungsleitungen eine eindeutige Strömungsrichtung festzulegen und entgegen dieser festgelegten Strömungsrichtung zu sperren. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn nicht sperrende Aufteilvorrichtungen verwendet werden. Es erlaubt ein gezieltes und sicheres Verhindern unerwünschter Strömungsrichtungen und damit unerwünschter Mischtemperaturen.
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Vorteilhaft ist es darüber hinaus, wenn bei einem erfindungsgemäßen Kühlsystem zumindest zwei Sekundär-Kühlkreisläufe mit identischer oder im Wesentlichen identischer Ausbildung für die Kühlung unterschiedlicher Fahrzeugkomponenten vorgesehen sind. Die einzelnen Kühlkreisläufe können zum Beispiel in Niedertemperaturkühlkreislauf, Mitteltemperaturkühlkreislauf und Hochtemperaturkühlkreislauf unterschieden werden. Sie können dazu dienen, Fahrzeugkomponenten wie eine Batterie, eine Leistungselektronik, eine Klimaanlage oder eine Antriebsvorrichtung in Form eines Verbrennungsmotors zu kühlen.
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Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Kühlen von mehreren Fahrzeugkomponenten eines Fahrzeugs mit einem erfindungsgemä-ßen Kühlsystem. Ein solches Verfahren weist die folgenden Schritte auf:
- - Bestimmen der abzuführenden Wärmemengen im Primär-Kühlkreislauf und im Sekundär-Kühlkreislauf,
- - Aufteilen des Primär-Kühlmittels und/oder des Sekundär-Kühlmittels auf den Primärkühler und den Sekundärkühler auf Basis der bestimmten abzuführenden Wärmemengen.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren bringt die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf ein erfindungsgemäßes Kühlsystem erläutert worden sind. Im Wesentlichen ist die Art der Kontrolle frei definierbar. Die Aufteilung auf die einzelnen Kühler ist vorzugsweise qualitativ variabel, quantitativ variabel oder in fest vordefinierter Weise möglich.
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Vorteile bringt es mit sich, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren bei heißen Umgebungstemperaturen beim Start des Fahrzeugbetriebs für eine Klimatisierung des Innenraums des Fahrzeugs über die Aufteilvorrichtung Sekundär-Kühlmittel aus dem der Klimaanlage des Fahrzeugs zugeordneten Sekundär-Kühlkreislauf zusätzlich auf den Primärkühler des Primär-Kühlkreislaufs für eine verstärkte Kühlleistung aufgeteilt wird. Hier handelt es sich also um eine Situation, bei welcher eine hohe Kühllast auf der Klimaanlage ruht, während durch den Start des Fahrzeugbetriebs der Antriebsmotor noch keine große Kühlleistung erfordert. Somit ist es also möglich, diese zusätzliche Kühllast der Klimaanlage auf den Primärkühler teilweise umzuverteilen und damit eine verstärkte Kühlleistung für eine schnellere und bessere Klimatisierung des Innenraums des Fahrzeugs zur Verfügung zu stellen.
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Auch von Vorteil kann es sein, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren bei einem erhöhten Lastbetrieb des Fahrzeugs stark erwärmtes Primär-Kühlmittel über die Aufteilvorrichtung zusätzlich auf den wenigstens einen Sekundärkühler aufgeteilt wird, für ein verstärktes Kühlen des Primär-Kühlmittels. Darunter ist eine Lastsituation zu verstehen, in welcher eine maximale Kühlleistung am Antrieb des Fahrzeugs benötigt wird. Hier handelt es sich beispielweise um eine Bergfahrt oder um eine Fahrt mit hoher Zuglast. Hier sind nun zwei verschiedene Kontrollsituationen dargestellt, welche alle mit ein und demselben Kühlsystem zur Verfügung gestellt und abgedeckt werden können. Selbstverständlich sind für weitere Einsatzsituationen auch andere Verteilmöglichkeiten über die Aufteilvorrichtung für die einzelnen Kühlmittel einstellbar.
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Vorteile bringt es ebenfalls mit sich, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren die Bestimmung der abzuführenden Wärmemengen auf Basis der Temperatur im Primär-Vorlauf, im Sekundär-Vorlauf, im Primär-Rücklauf und/oder im Sekundär-Rücklauf erfolgt. Es kann also eine Temperaturbestimmung in dem jeweiligen Abschnitt des Kreislaufs zur Verfügung gestellt sein und mit der maximalen Kühlleistung im jeweiligen Kühler verglichen werden. Damit kann auch eine Vergleichsmöglichkeit für maximal erlaubte Rücklauftemperaturen im jeweiligen Kreislauf gewährleistet werden. Die Kontrollmöglichkeit kann dabei kaskadierend auf alle weiteren Kreisläufe verteilt werden.
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Ebenfalls Vorteile bringt es mit sich, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren das Aufteilen quantitativ, insbesondere vordefiniert, erfolgt. Insbesondere erfolgt ein gleichmäßiges Aufteilen auf die einzelnen Kühler, sodass ein kompletter Bypass des jeweiligen Kühlers verhindert wird. Auch eine komplett quantitative Kontrolle mit einem flexiblen quantitativen Aufteilen auf die einzelnen Kühler ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich denkbar. Für Ausführungsformen, welche ein fest vorgegebenes quantitatives Verhältnis des Aufteilens aufweisen, ist vorzugsweise ein Schaltmittel, beispielsweise in Form eines Schaltventils, vorgesehen, um diese fest eingestellte Aufteilung ein- und ausschalten zu können. Selbstverständlich kann ein solches Schaltmittel auch mit einer variablen Aufteilung, beispielsweise einer Pumpvorrichtung, kombiniert werden.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Es zeigen schematisch:
- 1 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kühlsystems,
- 2 die Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kühlsystems nach 1 in anderer Betriebssituation,
- 3 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kühlsystems,
- 4 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kühlsystems,
- 5 eine Ausführungsform einer Aufteilvorrichtung,
- 6 eine weitere Ausführungsform einer Aufteilvorrichtung,
- 7 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kühlsystems,
- 8 eine weitere Ausführungsform einer Aufteilvorrichtung, und
- 9 die Ausführungsform der 9 mit andere Ventilstellung.
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In den 1 und 2 ist schematisch ein Kühlsystem 10 dargestellt, welches hier zwei Fahrzeugkomponenten FK kühlen soll. Ein Primär-Kühlkreislauf 20 führt ein primäres Kühlmittel K1 im Kreislauf und damit einer Kühlung der Primärkomponente PK als Fahrzeugkomponente FK zu. In ähnlicher Weise ist ein Sekundär-Kühlkreislauf 30 vorgesehen, welcher ein Sekundär-Kühlmittel K2 der Sekundärkomponente SK als Fahrzeugkomponente FK zuführt. In beiden Fällen wird zur Kühlung der jeweiligen Fahrzeugkomponente FK jeweils das Primär-Kühlmittel K1 und das Sekundär-Kühlmittel K2 erwärmt und diese Wärme gemeinsam mit dem jeweiligen Kühlmittel K1 und K2 weitertransportiert.
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Im Primär-Kühlkreislauf 20 ist ein Primärkühler 22 vorgesehen, welcher vom Luftstrom L zur Aufnahme von Wärme aus dem erwärmten Primär-Kühlmittel K1 durchströmt werden kann. Seriell im Luftstrom davor ist ein Sekundärkühler 32 angeordnet, welcher von erwärmtem Sekundär-Kühlmittel K2 durchströmt wird und entsprechend ebenfalls auf diese Weise Wärme an den Luftstrom L abgeben kann.
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In Situationen, in welchen nun ein Missverhältnis zwischen Kühlleistung des jeweiligen Kühlers 22 und 32 zur aktuell benötigten Kühlleistung an der Fahrzeugkomponente FK besteht, ist nun eine Aufteilvorrichtung 40 für eine Variation der Kühlmittelströme möglich. Dies erfolgt beispielsweise gemäß 1 bei einer erhöhten Kühlleistung an der Sekundärkomponente SK dadurch, dass im Sekundär-Vorlauf 34 das Sekundär-Kühlmittel K2 über einen Vorlauf-Aufteiler 42 der Aufteilvorrichtung 40 zusätzlich auch im Primär-Kühlkreislauf 20 dem Primärkühler 22 zugeführt wird. Diese erhöhte Kühlleistung wird also nun durch die Aufteilung des Sekundär-Kühlmittels K2 auf beide Kühler 22 und 32 abgedeckt. Das auf diese Weise zusätzlich im Primärkühler 22 gekühlte Sekundär-Kühlmittel K2, kann im Primär-Rücklauf 26 nun wieder dem Sekundär-Rücklauf 36 zurückgeführt werden.
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Die 2 zeigt die gleiche Ausführungsform des Kühlsystems 10, jedoch mit einer anderen Betriebssituation. Hier ist die Sekundärkomponente SK mit reduziertem Kühlbedarf versehen, während jedoch die Primär-Komponente PK, beispielsweise der Antriebsmotor des Fahrzeugs, einen verstärkten Kühlbedarf aufweist. Um auch hier einen Ausgleich zu gewährleisten, ist eine entgegengesetzte Aufteilung der Kühlmittelströme notwendig. So wird hier wieder im Vorlauf über die Aufteilvorrichtung 40 Primär-Kühlmittel K1 nun in entgegengesetzte Richtung über den Vorlauf-Aufteiler 42 aus dem Primär-Vorlauf 24 in den Sekundär-Vorlauf 34 aufgeteilt. Eine Zusatzkühlung wird für das Primär-Kühlmittel K1 nun beim Durchströmen des Sekundärkühlers 32 ermöglicht, während in dem Sekundär-Rücklauf 36 das Primär-Kühlmittel K1 nun wieder in den Primär-Rücklauf 26 zurückgeführt wird. Bei den Ausführungsformen der 1 und 2 hinsichtlich eines erfindungsgemäßen Verfahrens handelt es sich um Maximalsituationen. Selbstverständlich kann hier frei und insbesondere quantitativ kontrolliert werden, wie viel Volumenstrom in welcher Richtung zwischen den einzelnen Kühlkreisläufen 20 und 30 ausgetauscht werden soll oder werden muss. Dabei vermischen sich die einzelnen Kühlmittel K1 und K2, so dass über die Rückführung der Mischung trotzdem die Gesamtmengen an Kühlmittel K1 und K2 im jeweiligen Kühlkreislauf 20 und 30 konstant gehalten werden kann.
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Die 3 zeigt eine weitere Ausgestaltung und Weiterbildung der Ausführungsform der 1 und 2. Hier unterscheidet sich die Ausgestaltung dadurch, dass die beiden Kühler 22 und 32 mit umgekehrt ausgerichteten Temperaturgradienten TG und entsprechend entgegengesetzt ausgerichteten Strömungsrichtungen von Primär-Kühlmittel K1 und Sekundär-Kühlmittel K2 ausgerichtet sind. Dies führt dazu, dass die entsprechenden Verbindungsleitungen 48 etwas länger sind und hier zusätzlich mit Sperrventilen 60 ausgestattet sind. Dies erlaubt es, nun beim Durchströmen des Luftstroms L durch das Kühlsystem 10 eine über die Fläche effizientere Aufnahme von Wärme aus allen Kühlern 22 und 32 zu gewährleisten. Das Umschalten der Strömung erfolgt vorzugsweise in gleicher Weise, wie dies zu den 1 und 2 erläutert worden ist.
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Die 4 zeigt nochmals schematisch, wie zusätzlich oder alternativ nun auch im jeweiligen Primär-Rücklauf 26 und Sekundär-Rücklauf 36 ein Rücklaufverteiler 44 für die Aufteilvorrichtung 40 eingesetzt werden kann. Auf diese Weise kann die Vorlaufaufteilung in kontrollierter Weise der Rücklaufaufteilung entsprechen.
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In 5 ist schematisch eine Aufteilvorrichtung 40 dargestellt, welche hier zwei separate Aufteilleitungen 46 aufweist. In jeder Aufteilleitung 46 ist eine Pumpvorrichtung 50 angeordnet, welche entgegengesetzt ausgerichtete Pumprichtungen oder Förderrichtungen FR aufweist. Das bedeutet, dass immer nur eine dieser beiden Pumpvorrichtungen 50 betrieben wird, während entsprechende Absperrventile in den Aufteilleitungen 46 eine Durchströmung der jeweils anderen Aufteilleitung 46 unterbinden. Auch eine gegen die Förderrichtung FR sperrende Ausbildung der Pumpvorrichtungen 50 ist alternativ oder zusätzlich zu den Absperrventilen einsetzbar.
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Die 6 zeigt eine weitere Vereinfachung der Ausgestaltungsform der 5, sodass hier nur eine einzige Aufteilleitung 46 nötig ist. Dies beruht auf der Tatsache, dass die Pumpvorrichtung 50 hier in bidirektional fördernder Weise ausgebildet ist und zusätzlich in der Nichtbetriebssituation eine Sperr- und/oder Dichtwirkung mit sich bringt. Die Verwendung von Pumpvorrichtungen 50 dient insbesondere dazu eine quantitative Kontrolle der aufgeteilten Volumenströme zu ermöglichen.
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Die 7 basiert auf der Ausführungsform der 1 und 2, wobei hier zusätzlich ein zweiter Sekundär-Kühlkreislauf 30 vorgesehen ist. Die Austauschmöglichkeit über die Aufteilvorrichtung 40 ist nun kaskadierend über alle Kühlkreisläufe 20 und 30 gegeben und kann in identischer Weise eingesetzt werden, wie dies mit Bezug auf die 1 und 2 erläutert worden ist.
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Die 8 und 9 zeigen eine weitere Ausführungsform einer Aufteilvorrichtung 40. Diese ist hier mit einer einzigen Pumpvorrichtung 50 mit fester Förderrichtung FR ausgebildet. Um trotzdem die Aufteilrichtung variieren zu können ist ein Mehrwegeventil in der Aufteilleitung 46 angeordnet, welches durch eine Variation der Anbindung der Pumpvorrichtung 50 den Vorlauf und den Rücklauf für die Aufteilvorrichtung 40 wechseln kann.
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Die voranstehende Erläuterung der Ausführungsformen beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Selbstverständlich können einzelne Merkmale der Ausführungsformen, sofern technisch sinnvoll, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Kühlsystem
- 20
- Primär-Kühlkreislauf
- 22
- Primärkühler
- 24
- Primär-Vorlauf
- 26
- Primär-Rücklauf
- 30
- Sekundär-Kühlkühlkreislauf
- 32
- Sekundärkühler
- 34
- Sekundär-Vorlauf
- 36
- Sekundär-Rücklauf
- 40
- Aufteilvorrichtung
- 42
- Vorlauf-Aufteiler
- 44
- Rücklauf-Aufteiler
- 46
- Aufteilleitung
- 48
- Verbindungsleitung
- 50
- Pumpvorrichtung
- 60
- Sperrventil
- K1
- Primär-Kühlmittel
- K2
- Sekundär-Kühlmittel
- PK
- Primärkomponente
- SK
- Sekundärkomponente
- FK
- Fahrzeugkomponente
- L
- Luftstrom
- FR
- Förderrichtung
- TG
- Temperaturgradient
