DE102022130140A1 - Klimasystem für ein Kraftfahrzeug mit effizienter Lenkung von Wärmetransportmittelströmen - Google Patents

Klimasystem für ein Kraftfahrzeug mit effizienter Lenkung von Wärmetransportmittelströmen Download PDF

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Stefan Hofmanninger
Sebastian Hahn
Dominik Moser
Fisnik Sulejmani
Lukas Bernhauser
Christoph Bohland
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Klimasystem (1) für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug, aufweisend:- einen HVS-Kreis (11) mit einem Traktionsakkumulator (12) und einem Chiller (13) zur Kühlung des Traktionsakkumulators (12),- einen Motorkühlkreis (2) mit einer elektrischen Antriebseinheit (3) und einer Umgebungskühleinrichtung (4)- einen Innenraumkreis (14) zur Temperierung eines Innenraums (18) des Kraftfahrzeugs, mit einer Heizeinrichtung (16) und einem Kondensator (15),- einen Kältekreis (19), an welchen der Chiller (13) und der Kondensator (15) unter Ausbildung einer Wärmepumpe zum Transportieren von Wärme aus dem HVS-Kreis (11) über den Kältekreis (19) in den Innenraumkreis (14) angeschlossen sind,- einen an den Innenraumkreis (14) und den HVS-Kreis (11) angeschlossenen Wärmetauscher (21) zum Transportieren von Wärme aus dem Innenraumkreis (14) in den HVS-Kreis (11),- eine Steuereinrichtung (20) zum Bereitstellen unterschiedlicher Betriebsmodi für das Klimasystem (1), welche dazu ausgelegt ist, zur Bereitstellung eines Heizeinrichtungs-Wärmepumpen-Betriebsmodus eine von der Heizeinrichtung (16) bereitgestellte Wärme (W2) aus dem Innenraumkreis (14) in den HVS-Kreis (11) zu transportieren, sodass die Wärmepumpe dazu ausgelegt ist, die in den HVS-Kreis (11) transportierte Wärme (W2) der Heizeinrichtung (16) sowie die Abwärme (W1) der elektrischen Antriebseinheit (3) zum Beheizen des Innenraums (18) in den Innenraumkreis (14) zu transportieren.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Klimasystem für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug. Das Klimasystem weist einen kühlmittelführenden HVS-Kreis, an welchen ein Traktionsakkumulator eines elektrischen Antriebsstrangs des Kraftfahrzeugs und ein Chiller zur Kühlung des Traktionsakkumulators angeschlossen sind, auf. Außerdem weist das Klimasystem einen kühlmittelführenden Motorkühlkreis auf, an welchen eine elektrische Antriebseinheit des Antriebsstranges und eine Umgebungskühleinrichtung zum Kühlen der elektrischen Antriebseinheit angeschlossen sind und welcher zum Transportieren von Abwärme der elektrischen Antriebseinheit an den Chiller fluidisch mit dem HVS-Kreis gekoppelt ist. Ferner umfasst das Klimasystem einen kühlmittelführenden Innenraumkreis zur Temperierung eines Innenraums des Kraftfahrzeugs, an welchen eine Heizeinrichtung und ein Kondensator angeschlossen sind, und einen kältemittelführenden Kältekreis, an welchen der Chiller und der Kondensator unter Ausbildung einer Wärmepumpe zum Transportieren von Wärme aus dem HVS-Kreis über den Kältekreis in den Innenraumkreis angeschlossen sind. An den Innenraumkreis und den HVS-Kreis ist ein Wärmetauscher zum Transportieren von Wärme aus dem Innenraumkreis in den HVS-Kreis angeschlossenen. Eine Steuereinrichtung des Klimasystems ist zum Bereitstellen unterschiedlicher Betriebsmodi für das Klimasystem ausgelegt. Die Erfindung betrifft außerdem ein Kraftfahrzeug mit dem Klimasystem sowie ein Verfahren zum Betreiben des Klimasystems.
  • Vorliegend richtet sich das Interesse auf wärmetransportmittelführende Klimasysteme für elektrisch antreibbare Kraftfahrzeuge, beispielsweise Hybridfahrzeuge oder Elektrofahrzeuge. Elektrisch antreibbare Kraftfahrzeuge weisen einen elektrischen Antriebsstrang auf, welcher üblicherweise eine elektrische Antriebseinheit mit zumindest einer elektrischen Antriebsmaschine und mit einer Leistungselektronik sowie einen Traktionsakkumulator für die Versorgung der elektrischen Antriebseinheit aufweist. Das Klimasystem dient dabei der Durchführung von Temperieraufgaben im Kraftfahrzeug, d.h. der Zufuhr oder Abfuhr von Wärme von diversen Fahrzeugkomponenten. Für einen optimalen Betrieb des Kraftfahrzeugs sind die Temperierung des Traktionsakkumulators, die Kühlung der elektrischen Antriebseinheit sowie die Temperierung eines Innenraums bzw. einer Fahrgastzelle des Kraftfahrzeugs von besonderer Bedeutung. Zum Temperieren der Fahrzeugkomponenten sind diese in der Regel in wärmetransportmittelführende Temperierkreise des Klimasystems eingebunden, welche zur Lenkung der Wärmetransportmittelströme bedarfsgerecht verschaltet und betrieben werden können. Ein solches Klimasystem, welches diverse Temperierkreise und Temperierelemente aufweist und welches in unterschiedlichen Betriebsmodi bertreibbar ist, ist aus der DE 10 2019 116 573 A1 bekannt.
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das aus dem Stand der Technik bekannte Klimasystem weiterzuentwickeln.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Klimasystem, ein Verfahren sowie ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung sowie der Figur.
  • Ein erfindungsgemäßes Klimasystem für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug weist einen kühlmittelführenden HVS-Kreis, an welchen ein Traktionsakkumulator eines elektrischen Antriebsstrangs des Kraftfahrzeugs und ein Chiller zur Kühlung des Traktionsakkumulators angeschlossen sind, sowie einen kühlmittelführenden Motorkühlkreis, an welchen eine elektrische Antriebseinheit des Antriebsstranges und eine Umgebungskühleinrichtung zum Kühlen der elektrischen Antriebseinheit angeschlossen sind und welcher zum Transportieren von Abwärme der elektrischen Antriebseinheit an den Chiller fluidisch mit dem HVS-Kreis gekoppelt ist, auf. Außerdem weist das Klimasystem einen kühlmittelführenden Innenraumkreis zur Temperierung eines Innenraums des Kraftfahrzeugs, an welchen eine Heizeinrichtung und ein Kondensator angeschlossen sind, und einen kältemittelführenden Kältekreis, an welchen der Chiller und der Kondensator unter Ausbildung einer Wärmepumpe zum Transportieren von Wärme aus dem HVS-Kreis über den Kältekreis in den Innenraumkreis angeschlossen sind, auf. Ferner umfasst das Klimasystem einen an den Innenraumkreis und den HVS-Kreis angeschlossenen Wärmetauscher zum Transportieren von Wärme aus dem Innenraumkreis in den HVS-Kreis und eine Steuereinrichtung zum Bereitstellen unterschiedlicher Betriebsmodi für das Klimasystem.
  • Die Steuereinrichtung ist zur Bereitstellung eines Heizeinrichtungs-Wärmepumpen-Betriebsmodus des Klimasystems dazu ausgelegt, eine von der Heizeinrichtung bereitgestellte Wärme aus dem Innenraumkreis zum Bereitstellen einer Betriebstemperatur für die Wärmepumpe in den HVS-Kreis zu transportieren, sodass die Wärmepumpe dazu ausgelegt ist, die in den HVS-Kreis transportierte Wärme der Heizeinrichtung sowie Abwärme der elektrischen Antriebseinheit zum Beheizen des Innenraums in den Innenraumkreis zu transportieren.
  • Zur Erfindung gehört außerdem ein Verfahren zum Betreiben eines erfindungsgemäßen Klimasystems, bei welchem in einem Heizeinrichtungs-Wärmepumpen-Betriebsmodus eine von der Heizeinrichtung bereitgestellte Wärme aus dem Innenraumkreis zum Bereitstellen einer Betriebstemperatur für die Wärmepumpe in den HVS-Kreis transportiert wird und die Wärmepumpe die in den HVS-Kreis transportierte Wärme der Heizeinrichtung sowie Abwärme der elektrischen Antriebseinheit zum Beheizen des Innenraums in den Innenraumkreis transportiert.
  • Die elektrische Antriebseinheit kann zumindest eine elektrische Antriebsmaschine sowie eine Leistungselektronik für die elektrische Antriebsmaschine aufweisen. Die wiederaufladbare Antriebsbatterie bzw. der Traktionsakkumulator ist insbesondere ein Hochvoltenergiespeicher zum Bereitstellen von elektrischer Energie für die zumindest eine elektrische Antriebsmaschine. Dazu sind die zumindest eine Antriebsmaschine und der Traktionsakkumulator über die Leistungselektronik elektrisch verbunden. Zum Temperieren der Antriebseinheit und des Traktionsakkumulators sind diese in das Klimasystem eingebunden. Das Klimasystem ist zum Zirkulieren von Wärmetransportmitteln, also Kühlmitteln und Kältemitteln, ausgebildet. Um eine Temperatur des Traktionsakkumulators in einem vorbestimmten Temperaturzielkorridor, welcher zu einem optimalen Betriebstemperaturbereich des Traktionsakkumulators korrespondiert, zu halten, wird sie temperiert, also bedarfsgerecht geheizt oder gekühlt. Der Temperaturzielkorridor weist dabei insbesondere eine untere Korridorgrenze und eine obere Korridorgrenze auf. Dazu ist der Traktionsakkumulator in den HVS-Kreis eingebunden, in welchen auch der Chiller zum Kühlen des Traktionsakkumulators eingebunden ist. Der Chiller ist insbesondere als ein Kühlmittel-Kältemittel-Wärmetauscher ausgebildet, wobei eine Kühlmittelseite des Chillers an den HVS-Kreis angeschlossen ist und von dem in dem HVS-Kreis zirkulierenden Kühlmittel durchströmbar ist. Außerdem kann in den HVS-Kreis eine Fördereinrichtung, beispielsweise eine Pumpe, eingebunden, sein, welche das Kühlmittel fördert. Dadurch kann das Kühlmittel, welches beispielsweise die Abwärme des Traktionsakkumulators transportiert, zu dem Chiller geleitet werden, an welchen die Abwärme abgeführt wird.
  • Zum Kühlen der elektrischen Antriebseinheit ist diese in den Motorkühlkreis eigebunden, in welchem ein durch eine Fördereinrichtung gefördertes Kühlmittel zirkulieren kann und Abwärme der Antriebseinheit zu der Umgebungskühleinrichtung, welche zumindest einen Umgebungskühler in Form von einem von Umgebungsluft durchströmbaren Wärmetauscher aufweisen kann, transportieren kann. Der Motorkühlkreis und der HVS-Kreis sind fluidisch, beispielsweise über eine erste Ventileinrichtung, koppelbar, sodass die elektrische Antriebseinheit an den HVS-Kreis, insbesondere an den Chiller des HVS-Kreises, angeschlossen werden kann. Insbesondere weist die erste Ventileinrichtung dazu zwei Dreiwegeventile auf, wobei ein erstes, zwischen der elektrischen Antriebseinheit und dem Chiller angeordnetes Dreiwegeventil die Antriebseinheit in einem ersten Schaltzustand nur mit dem Chiller, in einem zweiten Schaltzustand nur mit der Umgebungskühleinrichtung und in einem dritten Schaltzustand sowohl mit dem Chiller als auch der Umgebungskühleinrichtung fluidisch koppelt. Ein zweites zwischen dem Traktionsakkumulator und der elektrischen Antriebseinheit angeordnetes Dreiwegeventil koppelt in einem ersten Schaltzustand den Traktionsakkumulator nur mit der Antriebseinheit, in einem zweiten Schaltzustand nur mit dem Chiller und in einem dritten Zustand mit der Antriebseinheit und dem Chiller fluidisch.
  • Zum Temperieren des Innenraums bzw. der Fahrgastzelle des Kraftfahrzeugs ist der Innenraumkreis vorgesehen, welcher eine Fördereinrichtung, die Heizeinrichtung und den Kondensator aufweist. Die Heizeinrichtung weist insbesondere einen elektrischen Zuheizer zum Bereitstellen von Heizwärme auf, welche über das Kühlmittel zu einem Heizwärmetauscher transportiert und über den Heizwärmetauscher dem Innenraum zum Heizen zugeführt werden kann. Das Klimasystem weist außerdem den kältemittelführenden Klimakreis auf, welcher zum Kühlen des Innenraums ausgebildet ist. An diesen Kältekreis ist eine von der Kühlmittelseite des Chillers fluidisch getrennte Kältemittelseite des Chillers angeschlossen und von dem in dem Kältekreis zirkulierenden Kältemittel durchströmbar. Zusätzlich kann über den Chiller und den Kondensator unter Einbindung des Kältekreises die Wärmepumpe realisiert werden, über welche Wärme zum Heizen des Innenraums aus dem HVS-Kreis in den Innenraumkreis transportiert werden kann, ohne dass der HVS-Kreis und der Innenraumkreis fluidisch gekoppelt sind. Der Innenraumkreis und der HVS-Kreis sind aber auch über den Wärmetauscher thermisch koppelbar, über welchen Wärme aus dem Innenraumkreis in den HVS-Kreis, beispielsweise eine Heizwärme der Heizeinrichtung zum Beheizen des Traktionsakkumulators, transportiert werden kann. Dazu kann das Klimasystem eine zweite Ventileinrichtung aufweisen, über welche der Wärmetauscher steuerbar an den Innenraumkreis und/oder den HVS-Kreis angeschlossen ist.
  • Für dieses Klimasystem, insbesondere für die aus dem Chiller, dem Kältekreis und dem Kondensator gebildete Wärmepumpe des Klimasystems, können unterschiedliche Betriebsmodi vorgegeben werden, welche unter anderem den Wärmeüberschuss der Antriebseinheit, den Temperierbedarf des Traktionsakkumulators, den Temperaturzielkorridor des Traktionsakkumulators und den Temperierbedarf des Innenraums berücksichtigen. Dazu können an unterschiedlichen Orten im Klimasystem Temperaturen, beispielsweise Temperaturen des Kühlmittels, Temperaturen der Fahrzeugkomponenten, eine Umgebungstemperatur, etc. erfasst werden. Die Temperaturen können dabei mittels Temperatursensoreinrichtungen gemessen und/oder mittels hinterlegten Temperaturmodellen modelliert bzw. bestimmt werden.
  • Erfindungsgemäß ist das Klimasystem in dem Heizeinrichtungs-Wärmepumpen-Betriebsmodus, im Folgenden auch als Boost-Wärmepumpenmodus bezeichnet, betreibbar, in welchem die Heizwärme der Heizeinrichtung zumindest teilweise über den Wärmetauscher in den HVS-Kreis transferiert wird, um eine Temperatur der Wärmepumpe auf die Betriebstemperatur anzuheben, sodass diese die Abwärme der elektrischen Antriebseinheit in den Innenraumkreis zum Beheizen des Innenraums transportieren kann. Dazu steuert die Steuereinrichtung die Heizeinrichtung zum Abgeben der Heizwärme an. Außerdem schließt die Steuereinrichtung den Wärmetauscher durch Ansteuern der zweiten Ventileinrichtung an den Innenraumkreis und den HVS-Kreis an. Die Heizwärme der Heizeinrichtung wird zumindest teilweise über das in dem Innenraumkreis zirkulierende Kühlmittel zu dem Wärmetauscher transportiert, welches die Heizwärme an das Kühlmittel des HVS-Kreises abgibt. Zusätzlich koppelt die Steuereinrichtung, insbesondere durch Ansteuern der ersten Ventileinrichtung, den HVS-Kreis mit dem Motorkühlkreis, um die elektrische Antriebseinheit in den HVS-Kreis einzubinden. Diese gibt ihre Abwärme an das zu dem Chiller strömende Kühlmittel ab, sodass der Chiller mittels der Abwärme der elektrischen Antriebseinheit und der Heizwärme der Heizeinrichtung zum Anheben der Temperatur der Wärmepumpe beheizt wird. Hierfür ist der Wärmetauscher, insbesondere unmittelbar, stromauf des Chillers an den HVS-Kreis angeschlossen. Der Chiller transportiert die Abwärme der elektrischen Antriebseinheit und die Heizwärme der Heizeinrichtung über den Kältekreis und den Kondensator in den Innenraumkreis. Dort wird die an das Kühlmittel des Innenraumkreises abgegebene Wärme zu dem Heizwärmetauscher transportiert und in den Innenraum abgegeben.
  • Beispielsweise wird der Heizeinrichtungs-Wärmepumpen-Betriebsmodus von der Steuereinrichtung immer dann bereitgestellt, wenn der Innenraum einen Heizbedarf aufweist, ein Kühlbedarf des Traktionsakkumulators unterhalb eines vorbestimmten ersten Schwellwerts liegt und eine Umgebungstemperatur unterhalb eines vorbestimmten zweiten Schwellwerts liegt. Der zweite Schwellwert ist insbesondere eine Temperatur des Kühlmittels des HVS-Kreises stromab des Chillers. Der Boost-Wärmepumpenmodus wird also immer dann bereitgestellt, wenn der Innenraum geheizt werden soll, aber die Abwärme des Traktionsakkumulators und die Abwärme der Antriebseinheit nicht ausreichen, um einen entsprechenden Betrieb der Wärmepumpe sicherzustellen. Insbesondere soll verhindert werden, dass dem Traktionsakkumulator zu viel Wärme entzogen wird und er sich somit nach Betreiben der Wärmepumpe außerhalb seines Temperaturzielkorridors befinden würde. In dem Fall, dass der Kühlbedarf und damit die Abwärme des Traktionsakkumulators zu gering sind, und zusätzlich die Umgebungstemperatur unterhalb der Temperatur des HVS-Kreises nach dem Chiller, der sogenannten Chillerrücklauftemperatur, liegt, soll außerdem verhindert werden, dass die Wärmepumpe mithilfe der Umgebungskühleinrichtung betrieben wird. Würde die Umgebungskühleinrichtung bei im Vergleich zur Chillerrücklauftemperatur zu geringen Umgebungstemperaturen bzw. Außentemperaturen betrieben, wären Wärmeverluste an der Umgebungskühleinrichtung zu groß. Somit wird die elektrische Antriebseinheit durch Ansteuern der zweiten Ventileinrichtung im Heizeinrichtungs-Wärmepumpen-Betriebsmodus insbesondere nur an den HVS-Kreis, nicht aber an die Umgebungskühleinrichtung angeschlossen. So kann gewährleistet werden, dass die Wärmepumpe, nämlich mittels der Heizeinrichtung, betrieben werden kann, ohne dabei den Traktionsakkumulator zu stark zu kühlen und die Umgebungskühleinrichtung in einem ungünstigen Betriebsbereich zu betreiben.
  • Die Erfindung betrifft außerdem ein Kraftfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Klimasystem. Das Kraftfahrzeug ist insbesondere als ein Elektro- oder Hybridfahrzeug ausgebildet.
  • Die mit Bezug auf das erfindungsgemäße Klimasystem vorgestellten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für das erfindungsgemäße Verfahren sowie für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.
  • Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der Figur und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der Figur allein gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar.
  • Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt die einzige Figur 1 eine schematische Darstellung eines wärmetransportmittelführenden Klimasystems 1 für ein Kraftfahrzeug. Das Klimasystem 1 weist einen kühlmittelführenden Motorkühlkreis 2 auf, an welchen eine elektrische Antriebseinheit 3 sowie eine Umgebungskühleinrichtung 4 angeschlossen sind. Die elektrische Antriebseinheit 3 weist hier zwei Antriebsmaschinen 5, 6 sowie eine elektrisch mit den Antriebsmaschinen 5, 6 verschaltete Leitungselektronik 7 auf. Die Umgebungskühleinrichtung 4 weist hier einen Hochtemperaturkühler 8 sowie einen Niedertemperaturkühler 9 auf, welche nacheinander von einem Umgebungsluftstrom durchströmbar sind. Zum Fördern des Luftstroms weist die Umgebungskühleinrichtung 4 einen Lüfter 10 auf. Zum Fördern des Kühlmittels weist der Motorkühlkreis 2 eine erste Fördereinrichtung P1 in Form von einer Pumpe, ein stromauf der Antriebseinheit 3 angeordnetes erstes Rückschlagventil RS1 sowie einen an den Motorkühlkreis 2 angeschlossenen Ausgleichsbehälter AGB auf. Zum Kühlen der Antriebseinheit 3 mittels der Umgebungskühleinrichtung 4 wird die Fördereinrichtung P1 aktiviert, sodass das die Abwärme der Antriebseinheit 3 transportierende Kühlmittel zu der Umgebungskühleinrichtung 4 gefördert wird.
  • Das Klimasystem 1 weist außerdem einen kühlmittelführenden HVS-Kreis 11 auf, an welchen ein Traktionsakkumulator 12, beispielsweise ein Hochvoltenergiespeicher, sowie ein Chiller 13 angeschlossen sind. Stromauf der Antriebsbatterie 12 ist ein erstes Absperrventil AS1 angeordnet und stromab des Traktionsakkumulators 12 ist ein zweites Rückschlagventil RS2 angeordnet. Außerdem weist der HVS-Kreis 11 eine zweite Fördereinrichtung P2 in Form von einer Pumpe auf. Der HVS-Kreis 11 ist mit dem Motorkühlkreis 2 fluidisch koppelbar. Dazu ist die elektrische Antriebseinheit über ein erstes Dreiwegeventil DV1 schaltbar mit dem Chiller 13 oder einem ersten Bypasszweig BP1 fluidisch verbunden. Außerdem ist der Traktionsakkumulator 12 über ein zweites Dreiwegeventil DV2 schaltbar mit der elektrischen Antriebseinheit 3 oder einem zweiten Bypasszweig BP2 fluidisch verbunden. Das erste Dreiwegeventil DV1 und das zweite Dreiwegeventil DV2 bilden eine erste Ventileinrichtung V1 aus.
  • Das Klimasystem 1 weist außerdem einen kühlmittelführenden Innenraumkreis 14 auf, an welchen ein Kondensator 15, eine Heizeinrichtung 16, beispielsweise ein elektrischer Zuheizer, sowie ein Heizwärmetauscher 17 zum Transportieren von Heizwärme, beispielsweise der Heizeinrichtung 16, in einen Innenraum 18 des Kraftfahrzeugs angeschlossen sind. Außerdem weist der Innenraumkreis 14 eine dritte Fördereinrichtung P3 in Form von einer Pumpe sowie ein stromauf des Kondensators 15 angeordnetes drittes Rückschlagventil RS3 auf. Über ein zweites Absperrventil AS2 ist der Innenraumkreis 14 fluidisch mit der Umgebungskühleinrichtung 4, insbesondere dem Niedertemperaturkühler 9 verbunden, sodass der Innenraum 18 über den Niedertemperaturkühler 9 gekühlt werden kann.
  • Außerdem weist das Klimasystem 1 einen kältemittelführenden Kältekreis 19 auf, welcher mit dem Chiller 13 und dem Kondensator 15 fluidisch gekoppelt ist. Der Chiller 13, der Kältekreis 19 und der Kondensator 15 können, von einer Steuereinrichtung 20 des Klimasystems 1, als Wärmepumpe betrieben werden, über welche Wärme aus dem HVS-Kreis 11 in den Innenraumkreis 14 transportiert wird. Die Wärme kann dabei von unterschiedlichen Wärmequellen, beispielsweise dem Traktionsakkumulator 12, der elektrischen Antriebseinheit 3 und/oder der Umgebungskühleinrichtung 4 stammen. Außerdem kann die Wärme von der Heizeinrichtung 16 stammen, welche über einen Heizwärmetauscher 21 aus dem Innenraumkreis 14 in den HVS-Kreis 11 transportiert werden kann. Der Heizwärmetauscher 21 ist hier unmittelbar stromauf des Chillers 13 an den HVS-Kreis 11 angeschlossen und über eine zweite, von der Steuereinrichtung 20 ansteuerbare Ventileinrichtung V2, welche hier ein drittes Dreiwegeventil DV3 aufweist, an den Innenraumkreis 14 anschließbar.
  • Das Klimasystem 1 wird hier von der Steuereinrichtung 20 in einem Heizeinrichtungs-Wärmepumpen-Betriebsmodus betrieben. Dieser Betriebsmodus wird bereitgestellt, um den Innenraum 18 unter anderem mit einer von der Antriebseinheit 3 bereitgestellten Abwärme W1 zu heizen. Dazu wird die elektrische Antriebseinheit 3 mittels der ersten Ventileinrichtung V1 in den HVS-Kreis 11 eingebunden und stromauf des Chillers 13 an den Chiller 13 angeschlossen. Um diese Abwärme W1 über die Wärmepumpe, also über den Chiller 13, den Kältekreis 19 und den Kondensator 15, in den Innenraumkreis 14 transportieren zu können, muss die Abwärme W1 für den Betrieb der Wärmepumpe ausreichen. Falls die Abwärme W1 nicht ausreicht, um die Wärmepumpe zumindest auf Betriebstemperatur zu bringen, wird zusätzliche Wärme benötigt. Diese zusätzliche Wärme kann von dem Traktionsakkumulator 12 nur dann bereitgestellt werden, wenn der Traktionsakkumulator 12 einen entsprechenden Kühlbedarf aufweist und somit genügend Abwärme aufweist. Falls nicht, würde der Betrieb der Wärmepumpe mittels des Traktionsakkumulators 12 zu einem unerwünschten Unterkühlen des Traktionsakkumulators 12 führen. Die zusätzliche Wärme kann auch von der Umgebungskühleinrichtung 4 nur dann bereitgestellt werden, wenn die Umgebungstemperatur höher als die Temperatur des HVS-Kreises 11 stromab des Chillers 13 ist. Falls nicht, so würde der Betrieb der Wärmepumpe mittels der Umgebungskühleinrichtung 4 zu einer unerwünscht hohen Verlustleistung an der Umgebungskühleinrichtung 4 führen.
  • Daher wird als die zusätzliche Wärme eine Heizwärme W2 der Heizeinrichtung 16 verwendet, welche über den Wärmetauscher 21 aus dem Innenraumkreis 14 in den HVS-Kreis 11 eingebracht wird. Dazu bindet die Steuereinrichtung 20 den Wärmetauscher 21 mittels der zweiten Ventileinrichtung V2 in den Innenraumkreis 14 ein, welcher die Wärme W2 an das zu dem Chiller 13 strömende Kühlmittel des HVS-Kreises 11 abgibt. Diese Heizwärme W2 sowie die Abwärme W1 der elektrischen Antriebseinheit 3 werden über den Chiller 13 und den Kältekreis 19 an den Kondensator 15 transferiert, welcher die Gesamtwärme W1+W2 an das Kühlmittel des Innenraumkreises 14 abgibt. Mittels der Fördereinrichtung P3 wird die Gesamtwärme W1+W2 zu dem Heizwärmetauscher 17 und über diesen in den Innenraum 18 transportiert. Somit kann die Wärmepumpe zur Verwendung der Abwärme W1 der elektrischen Antriebseinheit 3 verwendet werden, ohne den Traktionsakkumulator 12 und die Umgebungskühleinrichtung 4 ungünstig zu belasten.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102019116573 A1 [0002]

Claims (9)

  1. Klimasystem (1) für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug, aufweisend: - einen kühlmittelführenden HVS-Kreis (11), an welchen ein Traktionsakkumulator (12) eines elektrischen Antriebsstrangs des Kraftfahrzeugs und ein Chiller (13) zur Kühlung des Traktionsakkumulators (12) angeschlossen sind, - einen kühlmittelführenden Motorkühlkreis (2), an welchen eine elektrische Antriebseinheit (3) des Antriebsstranges und eine Umgebungskühleinrichtung (4) zum Kühlen der elektrischen Antriebseinheit (3) angeschlossen sind und welcher zum Transportieren von Abwärme (W1) der elektrischen Antriebseinheit (3) an den Chiller (13) fluidisch mit dem HVS-Kreis (11) koppelbar ist, - einen kühlmittelführenden Innenraumkreis (14) zur Temperierung eines Innenraums (18) des Kraftfahrzeugs, an welchen eine Heizeinrichtung (16) und ein Kondensator (15) angeschlossen sind, - einen kältemittelführenden Kältekreis (19), an welchen der Chiller (13) und der Kondensator (15) unter Ausbildung einer Wärmepumpe zum Transportieren von Wärme aus dem HVS-Kreis (11) über den Kältekreis (19) in den Innenraumkreis (14) angeschlossen sind, - einen an den Innenraumkreis (14) und den HVS-Kreis (11) angeschlossenen Wärmetauscher (21) zum Transportieren von Wärme aus dem Innenraumkreis (14) in den HVS-Kreis (11), - eine Steuereinrichtung (20) zum Bereitstellen unterschiedlicher Betriebsmodi für das Klimasystem (1), dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (20) dazu ausgelegt ist, zur Bereitstellung eines Heizeinrichtungs-Wärmepumpen-Betriebsmodus eine von der Heizeinrichtung (16) bereitgestellte Wärme (W2) aus dem Innenraumkreis (14) in den HVS-Kreis (11) zu transportieren, sodass die Wärmepumpe dazu ausgelegt ist, die in den HVS-Kreis (11) transportierte Wärme (W2) der Heizeinrichtung (16) sowie die Abwärme (W1) der elektrischen Antriebseinheit (3) zum Beheizen des Innenraums (18) in den Innenraumkreis (14) zu transportieren.
  2. Klimasystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (21), insbesondere unmittelbar, stromauf des Chillers (13) an den HVS-Kreis (11) angeschlossen ist, sodass zum Bereitstellen der Betriebstemperatur der Wärmepumpe eine Temperatur des Kühlmittels vor dem Chiller (13) mittels der in den HVS-Kreis (11) transportierten Wärme (W2) der Heizeinrichtung (16) sowie mittels der in HVS-Kreis (11) transportierten Abwärme (W1) der elektrischen Antriebseinheit (3) anhebbar ist.
  3. Klimasystem (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Klimasystem (1) eine erste Ventileinrichtung (V1) aufweist, über welche die elektrische Antriebseinheit (3) steuerbar fluidisch an den Motorkühlkreis (2) und/oder den HVS-Kreis (11) anschließbar ist.
  4. Klimasystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Klimasystem (1) eine zweite Ventileinrichtung (V2) aufweist, über welche der Wärmetauscher (21) steuerbar an den Innenraumkreis (14) und/oder den HVS-Kreis (11) anschließbar ist.
  5. Klimasystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung dazu ausgelegt ist, den Heizeinrichtungs-Wärmepumpen-Betriebsmodus bereitzustellen, wenn der Innenraum einen Heizbedarf aufweist, ein Kühlbedarf des Traktionsakkumulators unterhalb eines vorbestimmten ersten Schwellwerts liegt und eine Umgebungstemperatur unterhalb eines vorbestimmten zweiten Schwellwerts liegt.
  6. Klimasystem (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Schwellwert eine Temperatur des Kühlmittels des HVS-Kreises (11) stromab des Chillers (13) ist.
  7. Klimasystem (1) nach Anspruch 3, 4 und 5 oder Anspruch 3, 4 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (20) zum Bereitstellen des Heizeinrichtungs-Wärmepumpen-Betriebsmodus dazu ausgelegt ist, den Wärmetauscher (21) durch Ansteuern der zweiten Ventileinrichtung (V2) an den Innenraumkreis (14) und den HVS-Kreis (11) anzuschließen und die elektrische Antriebseinheit (3) durch Ansteuern der ersten Ventileinrichtung (V1) nur an den HVS-Kreis (11) anzuschließen.
  8. Verfahren zum Betreiben eines Klimasystems (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem in einem Heizeinrichtungs-Wärmepumpen-Betriebsmodus eine von der Heizeinrichtung (16) bereitgestellte Wärme (W2) aus dem Innenraumkreis (14) zum Bereitstellen einer Betriebstemperatur für die Wärmepumpe in den HVS-Kreis (11) transportiert wird und die Wärmepumpe die in den HVS-Kreis (11) transportierte Wärme (W2) der Heizeinrichtung (16) sowie eine Abwärme (W1) der elektrischen Antriebseinheit (3) zum Beheizen des Innenraums (18) in den Innenraumkreis (14) transportiert.
  9. Kraftfahrzeug mit einem Klimasystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
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