EP4278405A1 - Apparatus for driving a motor vehicle, and associated method - Google Patents

Apparatus for driving a motor vehicle, and associated method

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EP4278405A1
EP4278405A1 EP21847682.8A EP21847682A EP4278405A1 EP 4278405 A1 EP4278405 A1 EP 4278405A1 EP 21847682 A EP21847682 A EP 21847682A EP 4278405 A1 EP4278405 A1 EP 4278405A1
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EP
European Patent Office
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working medium
electrical energy
energy store
medium circuit
drive unit
Prior art date
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Pending
Application number
EP21847682.8A
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German (de)
French (fr)
Inventor
Bruno Barciela Díaz-Blanco
Moritz Finke
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MAN Truck and Bus SE
Original Assignee
MAN Truck and Bus SE
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Publication date
Application filed by MAN Truck and Bus SE filed Critical MAN Truck and Bus SE
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Abstract

The invention relates, inter alia, to an apparatus (10) for driving a motor vehicle, comprising a heat transfer device (18) by means of which a second electrical energy store (16) and/or an electrical drive unit (12) can be or is coupled to a first electrical energy store (14) in order to transfer heat, preferably in order to heat the first electrical energy store (14) by means of waste heat from the second electrical energy store (16) and/or the electrical drive unit (12). Due to the hybrid construction of the two electrical energy stores (14, 16), energetic synergies can be utilised with the aid of a suitable thermal management system, in order to achieve savings in terms of energy supply and thus ultimately increase the range of the motor vehicle.

Description

Vorrichtung zum Antreiben eines Kraftfahrzeugs und zugehöriges Verfahren Device for driving a motor vehicle and associated method
Beschreibung description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Antreiben eines Kraftfahrzeugs und ein Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zum Antreiben eines Kraftfahrzeugs. The invention relates to a device for driving a motor vehicle and a method for operating a device for driving a motor vehicle.
Elektrofahrzeuge können mit elektrischen Energiespeichern bestückt sein, um eine elektrische Antriebseinheit des Fahrzeugs mit elektrischer Energie zu versorgen. Vorrangig werden hierfür bisher Lithium-Ionen-Flüssigelektrolyt-Energiespeicher verwendet. Es bestehen jedoch auch alternative Batteriekonzepte, z. B. Festkörper-Elektrolyt-Energiespeicher (Solid-State-Batte- rien). Electric vehicles can be equipped with electrical energy stores in order to supply electrical energy to an electrical drive unit of the vehicle. Lithium-ion liquid-electrolyte energy storage devices have primarily been used for this purpose up to now. However, there are also alternative battery concepts, e.g. B. Solid-state electrolyte energy storage (solid-state batteries).
Festkörper-Elektrolyt-Energiespeicher zeichnen sich dadurch aus, dass der flüssige Elektrolyt herkömmlicher Li-Ionen-Akkus durch einen Festkörperelektrolyten ersetzt wird. Dies bringt einige Vorteile mit sich: Einerseits kann die Sicherheit gesteigert werden, da der Festkörperelektrolyt kaum brennbar ist. Andererseits ermöglicht der Festkörperelektrolyt den Einsatz neuer Anodenmaterialien, die für eine deutliche Steigerung der Energiedichte sorgen können. Solid-state electrolyte energy storage is characterized by the fact that the liquid electrolyte of conventional Li-ion batteries is replaced by a solid-state electrolyte. This has a number of advantages: on the one hand, safety can be increased since the solid electrolyte is hardly flammable. On the other hand, the solid electrolyte enables the use of new anode materials, which can ensure a significant increase in energy density.
Ein möglicher Festkörperelektrolyt besteht dabei aus einem Polymer. Durch den Einsatz einer Lithium-Metall Anode kann dabei die Energiedichte gesteigert werden, während das verwendete Kathodenmaterial aus einer LiFePO4 für eine bessere Zyklenfestigkeit sowie einer zusätzlich erhöhten Sicherheit sorgt. Ein Nachteil der Technologie ist allerdings, dass eine ausreichende Leitfähigkeit des Elektrolyts erst ab einer für Batterien relativ hohen Betriebstemperatur von rd. 60°C erreicht wird. Diese Tatsache erfordert den Einsatz eines Heizsystems, welches sich durch den Verbrauch elektrischer Energie negativ auf die Reichweite des Fahrzeuges auswirkt, da ein Teil der Batteriekapazität zum Heizen notwendig ist. A possible solid electrolyte consists of a polymer. The use of a lithium-metal anode can increase the energy density, while the LiFePO4 cathode material used ensures better cycle stability and additional safety. One disadvantage of the technology, however, is that sufficient conductivity of the electrolyte is only achieved above an operating temperature of around 60°C, which is relatively high for batteries. This fact requires the use of a heating system, which has a negative effect on the range of the vehicle due to the consumption of electrical energy, since part of the battery capacity is required for heating.
Die US 2019/0356012 A1 offenbart eine Hybrid-Batteriepaket-Architektur umfassend mindestens zwei Batteriepakete, von denen mindestens eines Batterien mit hoher Betriebstemperatur enthält. Dieses Paket dient als Primärenergiepaket für den Antrieb des Fahrzeugs während der meisten Zeit des normalen Betriebs. Das andere Batteriepaket, auch als Boost-Paket bezeichnet, erleichtert den Betrieb des Fahrzeugs, wenn das Primärenergiepaket kalt ist. Das Boost-Paket besteht aus Batterien, die bei Umgebungstemperatur effektiv arbeiten. Das Boost-Paket liefert elektrische Energie für den Antrieb des Fahrzeugs nach einem Kaltstart und liefert elektrische Energie für einen Heizer, der die Batterien des Primärenergiepakets auf eine Temperatur erwärmt, bei der sie das Fahrzeug antreiben können. Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine alternative und/oder verbesserte Technik zum Antreiben eines Kraftfahrzeugs zu schaffen, die bevorzugt ein verbessertes Thermomanagement aufweist. US 2019/0356012 A1 discloses a hybrid battery pack architecture comprising at least two battery packs, at least one of which contains batteries with a high operating temperature. This pack serves as the primary energy pack for propelling the vehicle during most of its normal operation. The other battery pack, also known as the boost pack, makes the vehicle easier to operate when the primary power pack is cold. The boost pack consists of batteries that work effectively at ambient temperatures. The boost pack provides electrical power to propel the vehicle after a cold start and provides electrical power to a heater that heats the primary power pack batteries to a temperature at which they can propel the vehicle. The invention is based on the object of creating an alternative and/or improved technology for driving a motor vehicle, which preferably has improved thermal management.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung angegeben. The object is solved by the features of the independent claims. Advantageous developments are specified in the dependent claims and the description.
Ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft eine Vorrichtung zum Antreiben eines Kraftfahrzeugs, vorzugsweise eines Nutzfahrzeugs. Die Vorrichtung weist eine elektrische Antriebseinheit zum Antreiben des Kraftfahrzeugs auf. Die Vorrichtung weist einen ersten elektrischen Energiespeicher, der eine erste Soll-Betriebstemperatur (von z. B. 50°C oder 60°C oder mehr) aufweist und zum Zuführen von elektrischer Energie mit der elektrischen Antriebseinheit verbunden ist, auf. Die Vorrichtung weist einen zweiten elektrischen Energiespeicher, der eine zweite Soll-Betriebstemperatur (z. B. zwischen 20°C und 30°C), die geringer ist als die erste Soll-Betriebstemperatur, aufweist und zum Zuführen von elektrischer Energie mit der elektrischen Antriebseinheit verbunden ist, auf. Die Vorrichtung weist eine Wärmeübertragungseinrichtung auf, mittels der der zweite elektrische Energiespeicher und/oder die elektrische Antriebseinheit mit dem ersten elektrischen Energiespeicher zum Übertragen von Wärme koppelbar oder gekoppelt sind, vorzugsweise zum Erwärmen des ersten elektrischen Energiespeichers mittels Abwärme von dem zweiten elektrischen Energiespeicher und/oder der elektrischen Antriebseinheit. One aspect of the present disclosure relates to a device for driving a motor vehicle, preferably a commercial vehicle. The device has an electric drive unit for driving the motor vehicle. The device has a first electrical energy store, which has a first target operating temperature (of, for example, 50° C. or 60° C. or more) and is connected to the electrical drive unit for supplying electrical energy. The device has a second electrical energy store which has a second target operating temperature (eg between 20° C. and 30° C.) which is lower than the first target operating temperature and for supplying electrical energy with the electrical drive unit connected, on. The device has a heat transfer device, by means of which the second electrical energy store and/or the electrical drive unit can be coupled or is coupled to the first electrical energy store for the purpose of transferring heat, preferably for heating the first electrical energy store using waste heat from the second electrical energy store and/or the electric drive unit.
Die Wärmeübertragungseinrichtung ermöglicht, dass die Vorrichtung zwei unterschiedliche Batterietypen in Form des ersten und zweiten elektrischen Energiespeichers in einem Fahrzeug aufweist. Zumindest ein Teil des Heizbedarfes des ersten elektrischen Energiespeichers kann durch die Abwärme des zweiten elektrischen Energiespeichers und/oder der elektrischen Antriebseinheit gedeckt werden. Der Einsatz der Wärmeübertragungseinrichtung kann so den effizienten Betrieb des ersten elektrischen Energiespeichers bei einer relativ hohen Soll-Betriebstemperatur durch Erwärmen desselben mittels Abwärme und den effizienten Betrieb des zweiten elektrischen Energiespeichers bei einer niedrigeren Soll-Betriebstemperatur durch Kühlen zum Erzeugen der Abwärme ermöglichen. So entsteht eine an viele Umgebungsbedingungen und Leistungsprofile anpassbare Vorrichtung. Durch das hybride Verbauen der zwei elektrischen Energiespeicher können energetische Synergien mithilfe eines geeigneten Thermomanagements genutzt werden, um Einsparungen der Energiezufuhr zu erreichen und so letztendlich die Reichweite des Kraftfahrzeugs zu erhöhen. Die Wärmeübertragungseinrichtung ermöglicht eine Nutzung von verschiedenen Abwärmequellen, um den Einsatz neuer Batterietechnologien mit relativ hoher Soll-Betriebstemperatur zu ermöglichen, die sowohl eine höhere Zyklenfestigkeit als auch höhere Energiedichten ermöglichen. Außerdem kann eine höhere Energieeffizienz gegenüber Batteriesystemen mit nur einem Batterietyp erzielt werden. Durch eine intelligente Steuerung der Vorrichtung mittels einer Steuereinheit kann die Vorrichtung aufgrund ihrer unterschiedlichen Batteriesysteme an verschiedene Anwendungsbereiche angepasst werden. Bei extremen Umgebungstemperaturen (z. B. wüstenähnliche Bedingungen) kann zum Beispiel nur ein Betrieb des ersten elektrischen Energiespeichers sinnvoll sein. So könnte Energie für die Kühlung des zweiten elektrischen Energiespeichers gespart werden. Auch wenn nicht genug Abwärme entsteht, um den ersten elektrischen Energiespeicher zu heizen, könnte nur ein Teil des Heizbedarfs gedeckt werden. The heat transfer device enables the device to have two different battery types in the form of the first and second electrical energy stores in a vehicle. At least part of the heating requirement of the first electrical energy store can be covered by the waste heat from the second electrical energy store and/or the electrical drive unit. The use of the heat transfer device can thus enable efficient operation of the first electrical energy store at a relatively high target operating temperature by heating the same using waste heat and efficient operation of the second electrical energy store at a lower target operating temperature by cooling to generate the waste heat. The result is a device that can be adapted to many environmental conditions and performance profiles. With the hybrid installation of the two electrical energy stores, energetic synergies can be used with the help of suitable thermal management in order to achieve savings in energy supply and ultimately increase the range of the motor vehicle. The heat transfer device enables the use of various waste heat sources in order to enable the use of new battery technologies with a relatively high target operating temperature, which enable both higher cycle stability and higher energy densities. In addition, higher energy efficiency can be achieved compared to battery systems with only one battery type. By intelligently controlling the device using a control unit, the device can be adapted to different areas of application due to its different battery systems. In the case of extreme ambient temperatures (e.g. desert-like conditions), for example, only operation of the first electrical energy store can make sense. In this way, energy for cooling the second electrical energy store could be saved. Even if not enough waste heat is generated to heat the first electrical energy storage device, only part of the heating requirement could be covered.
Vorzugsweise kann die Vorrichtung für die Regelung, Steuerung und/oder Überwachung der Vorrichtung eine Steuereinheit aufweisen, die den Leistungsbedarf des Antriebsstranges je nach Bedarf und äußeren Einflüssen, wie der T emperatur, anpasst und somit die in dem ersten und zweiten elektrischen Energiespeicher gespeicherte Energie jederzeit bedarfsgerecht genutzt werden kann. The device for regulating, controlling and/or monitoring the device can preferably have a control unit which adapts the power requirement of the drive train depending on requirements and external influences such as the temperature and thus the energy stored in the first and second electrical energy store at any time can be used as needed.
Vorzugsweise kann sich der Begriff „Steuereinheit“ auf eine Elektronik (z. B. mit Mikroprozessoren) und Datenspeicher) und/oder eine mechanische, pneumatische und/oder hydraulische Steuerung beziehen, die je nach Ausbildung Steuerungsaufgaben und/oder Regelungsaufgaben und/oder Verarbeitungsaufgaben übernehmen kann. Auch wenn hierin der Begriff „Steuern“ verwendet wird, kann damit gleichsam zweckmäßig auch „Regeln“ bzw. „Steuern mit Rückkopplung“ und/oder „Verarbeiten“ umfasst bzw. gemeint sein. The term "control unit" can preferably refer to electronics (e.g. with microprocessors) and data memory) and/or a mechanical, pneumatic and/or hydraulic control which, depending on the training, takes on control tasks and/or regulation tasks and/or processing tasks can. Even if the term “control” is used here, it can also expediently include or mean “regulation” or “control with feedback” and/or “processing”.
In einem Ausführungsbeispiel ist der erste elektrische Energiespeicher als ein Festkörperelektrolyt-Energiespeicher, vorzugsweise ein polymerbasierter Festkörperelektrolyt-Energiespeicher, ausgeführt. Alternativ oder zusätzlich ist der zweite elektrische Energiespeicher als ein Flüssigelektrolyt-Energiespeicher, vorzugsweise als ein Lithium-Ionen-Flüssigelektrolyt-Ener- giespeicher, ausgeführt. Dies ermöglicht die Ausnutzung der eingangs erwähnten Vorteile von Festkörperelektrolyt-Energiespeichern. Vorzugsweise sollte der polymerbasierte Festkörperelektrolyt-Energiespeicher im Optimalfall bei mindestens 60°C und eine auf einem flüssigen Elektrolyt basierende Lithium-Ionen-Batterie bei 25°C betrieben werden. Bei normalen Umgebungsbedingungen kann es daher notwendig sein, die Lithium-Ionen-Batterie zu kühlen, um sie auf Betriebstemperatur zu halten. Durch den Einbau des zusätzlichen Festkörperelektrolyt- Energiespeichers kann die entstehende Abwärme des Lithium-Ionen-Energiespeichers bei Bedarf dazu genutzt werden, um den Festkörperelektrolyt-Energiespeicher zu beheizen. Somit kann die Abwärme des Lithium-Ionen-Flüssigelektrolyt-Energiespeichers effizient genutzt werden und muss nicht über externe Kühler abgeführt werden. In one exemplary embodiment, the first electrical energy store is designed as a solid-state electrolyte energy store, preferably a polymer-based solid-state electrolyte energy store. Alternatively or additionally, the second electrical energy store is designed as a liquid electrolyte energy store, preferably as a lithium-ion liquid electrolyte energy store. This makes it possible to utilize the advantages of solid electrolyte energy stores mentioned at the outset. Preferably, the polymer-based solid-electrolyte energy store should ideally be operated at at least 60°C and a liquid-electrolyte-based lithium-ion battery at 25°C. Under normal environmental conditions, it may therefore be necessary to cool the lithium-ion battery to keep it at operating temperature. By installing the additional solid electrolyte Energy storage can be used to heat the solid electrolyte energy storage, the resulting waste heat of the lithium-ion energy storage if necessary. The waste heat from the lithium-ion liquid-electrolyte energy store can thus be used efficiently and does not have to be dissipated via external coolers.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Wärmeübertragungseinrichtung dazu ausgebildet, einen Erwärmungsbedarf des ersten elektrischen Energiespeichers zum Erreichen der ersten Soll-Betriebstemperatur zumindest teilweise durch einen Kühlbedarf des zweiten elektrischen Energiespeichers zum Erreichen der zweiten Soll-Betriebstemperatur und/oder einen Kühlbedarf der elektrischen Antriebseinheit (und z. B. einer Leistungselektronik) zu decken. In a further exemplary embodiment, the heat transfer device is designed to at least partially compensate for a heating requirement of the first electrical energy store in order to reach the first target operating temperature by a cooling requirement of the second electrical energy store in order to reach the second target operating temperature and/or a cooling requirement of the electrical drive unit (and e.g B. a power electronics).
In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Wärmeübertragungseinrichtung dazu ausgebildet, den ersten elektrischen Energiespeicher wahlweise mit keinem, mit einem und mit beiden von dem zweiten elektrischen Energiespeicher und der elektrischen Antriebseinheit (und z. B. einer Leistungselektronik) zum Übertragen von Wärme zu koppeln, vorzugsweise umgebungsbedingungsabhängig, leistungsabhängig und/oder lastabhängig. Damit können für unterschiedlichste Situationen effiziente Betriebe der Energiespeicher und der elektrischen Antriebseinheit ermöglicht werden. In a further exemplary embodiment, the heat transfer device is designed to couple the first electrical energy store either with none, with one or with both of the second electrical energy store and the electrical drive unit (and e.g. power electronics) for the purpose of transferring heat, preferably depending on the ambient conditions , power-dependent and/or load-dependent. Efficient operation of the energy store and the electric drive unit can thus be made possible for the most varied of situations.
Vorzugsweise kann sich der Ausdruck „umgebungsbedingungsabhängig“ hierin auf eine Abhängigkeit von einer Umgebungstemperatur und/oder einem Umgebungsdruck beziehen. Die Umgebungsbedingungen können z. B. mittels einer Sensorik des Kraftfahrzeugs erfasst werden. Preferably, the term "environmentally dependent" herein may refer to a dependency on an ambient temperature and/or an ambient pressure. The environmental conditions can e.g. B. be detected by a sensor system of the motor vehicle.
Bevorzugt können sich die Ausdrücke „leistungsabhängig“ und „lastabhängig“ auf eine aktuelle und/oder prognostizierte Leistung und/oder oder Last des ersten elektrischen Energiespeichers, des zweiten elektrischen Energiespeichers, der Leistungselektronik und/oder der elektrischen Antriebseinheit beziehen. The terms “power-dependent” and “load-dependent” can preferably relate to a current and/or predicted power and/or load of the first electrical energy store, the second electrical energy store, the power electronics and/or the electrical drive unit.
In einer Ausführungsform weist die Vorrichtung ferner eine Leistungselektronik auf, die die elektrische Antriebseinheit mit dem ersten elektrischen Energiespeicher und dem zweiten elektrischen Energiespeicher elektrisch verbindet. Mittels der Wärmeübertragungseinrichtung kann der erste elektrische Energiespeicher und die Leistungselektronik zum Übertragen von Wärme miteinander koppelbar oder gekoppelt sein. Somit kann auch die Abwärme der Leistungselektronik zum Erwärmen des ersten elektrischen Energiespeichers verwendet werden. In einer weiteren Ausführungsform weist die Wärmeübertragungseinrichtung einen Wärmeübertrager-Arbeitsmittel-Kreislauf mit einer Phasenumwandlung eines Arbeitsmittels auf, vorzugsweise einen im T-s-Diagramm linksläufigen Kaltdampfprozess. Der Wärmeübertrager-Arbeitsmittel-Kreislauf kann ermöglichen, dass Abwärme von einem niedrigen Temperaturniveau (z. B. von dem zweiten elektrischen Energiespeicher) zum Erwärmen des ersten elektrischen Energiespeichers auf einem höheren Temperaturniveau verwendet werden kann. Dieser Wärmeübertrager-Arbeitsmittel-Kreislauf bietet dazu auch die Möglichkeit, weitere Abwärmeströme des Antriebsstranges zu nutzen. Besonders die elektrische Antriebseinheit und die Leistungselektronik (Betriebstemperatur ca. 60°C) besitzen eine große Abwärme, die zusätzlich genutzt werden kann und z. B. über einen zusätzlichen Wärmeübertrager in den Wärmeübertrager-Arbeitsmittel-Kreislauf integriert werden kann. In one embodiment, the device also has power electronics that electrically connect the electric drive unit to the first electric energy store and the second electric energy store. By means of the heat transfer device, the first electrical energy store and the power electronics can be coupled or coupled to one another for the purpose of transferring heat. The waste heat from the power electronics can thus also be used to heat the first electrical energy store. In a further embodiment, the heat transfer device has a heat exchanger-working medium cycle with a phase change of a working medium, preferably a cold vapor process running to the left in the Ts diagram. The heat exchanger working medium circuit can enable waste heat from a low temperature level (eg from the second electrical energy store) to be used to heat the first electrical energy store to a higher temperature level. This heat exchanger working medium circuit also offers the possibility of using further waste heat flows from the drive train. In particular, the electric drive unit and the power electronics (operating temperature approx. 60°C) have a large amount of waste heat, which can also be used and e.g. B. can be integrated via an additional heat exchanger in the heat exchanger-working fluid cycle.
In einer weiteren Ausführungsform ist mittels der Phasenumwandlung in dem Wärmeübertrager-Arbeitsmittel-Kreislauf eine beim Kühlen des zweiten elektrischen Energiespeichers auf die zweite Soll-Betriebstemperatur und/oder beim Kühlen der elektrischen Antriebseinheit anfallende Abwärme zum Erwärmen des ersten elektrischen Energiespeichers auf die erste Soll- Betriebstemperatur nutzbar. In a further embodiment, the phase transformation in the heat exchanger-working fluid circuit is used to heat the first electrical energy store to the first setpoint operating temperature by means of waste heat generated when cooling the second electrical energy store to the second target operating temperature and/or during cooling of the electrical drive unit usable.
In einer Ausführungsvariante weist die Wärmeübertragungseinrichtung mindestens eines auf von einem Erster-Energiespeicher-Arbeitsmittel-Kreislauf (z. B. Heizkreislauf), in dem der erste elektrische Energiespeicher angeordnet ist, einem Zweiter-Energiespeicher-Arbeitsmit- tel-Kreislauf (z. B. Kühlkreislauf), in dem der zweite elektrische Energiespeicher angeordnet ist, und einem Antriebseinheit-Arbeitsmittel-Kreislauf (z. B. Kühlkreislauf), in dem die elektrische Antriebseinheit angeordnet ist, vorzugsweise mit einer Leistungselektronik. In one embodiment variant, the heat transfer device has at least one of a first energy storage working medium circuit (e.g. heating circuit) in which the first electrical energy storage is arranged, a second energy storage working medium circuit (e.g. Cooling circuit) in which the second electrical energy storage device is arranged, and a drive unit-working medium circuit (e.g. cooling circuit) in which the electric drive unit is arranged, preferably with power electronics.
In einer weiteren Ausführungsvariante sind der Wärmeübertrager-Arbeitsmittel-Kreislauf, der Erster-Energiespeicher-Arbeitsmittel-Kreislauf, der Zweiter-Energiespeicher-Arbeitsmittel- Kreislauf und/oder der Antriebseinheit-Arbeitsmittel-Kreislauf fluidisch voneinander getrennt. In a further embodiment variant, the heat exchanger working medium circuit, the first energy storage working medium circuit, the second energy storage working medium circuit and/or the drive unit working medium circuit are fluidically separated from one another.
In einer weiteren Ausführungsvariante sind mittels des Wärmeübertrager-Arbeitsmittel-Kreislaufs der Erster-Energiespeicher-Arbeitsmittel-Kreislauf, der Zweiter-Energiespeicher-Arbeits- mittel-Kreislauf und/oder der Antriebseinheit-Arbeitsmittel-Kreislauf zum Übertragen von Wärme miteinander koppelbar oder gekoppelt. In einer weiteren Ausführungsvariante sind der Erster-Energiespeicher-Arbeitsmittel-Kreislauf, der Zweiter-Energiespeicher-Arbeitsmittel-Kreislauf und/oder der Antriebseinheit-Arbeitsmittel-Kreislauf ohne Phasenumwandlung des jeweiligen Arbeitsmittels betreibbar oder werden derartig betrieben. In a further embodiment variant, the first energy storage working medium circuit, the second energy storage working medium circuit and/or the drive unit working medium circuit can be or are coupled to one another by means of the heat exchanger working medium circuit for heat transfer. In a further embodiment variant, the first energy storage working medium circuit, the second energy storage working medium circuit and/or the drive unit working medium circuit can be operated without phase conversion of the respective working medium or are operated in this way.
In einem Ausführungsbeispiel sind der Wärmeübertrager-Arbeitsmittel-Kreislauf und der Ers- ter-Energiespeicher-Arbeitsmittel-Kreislauf mittels eines Kondensators verbunden, in dem das Arbeitsmittel des Wärmeübertrager-Arbeitsmittel-Kreislaufs unter Wärmeabgabe an den Ers- ter-Energiespeicher-Arbeitsmittel-Kreislauf kondensierbar ist. In one exemplary embodiment, the heat exchanger working medium circuit and the first energy storage working medium circuit are connected by means of a condenser in which the working medium of the heat exchanger working medium circuit can be condensed, giving off heat to the first energy storage working medium circuit is.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel sind der Wärmeübertrager-Arbeitsmittel-Kreislauf und der Zweiter-Energiespeicher-Arbeitsmittel-Kreislauf mittels eines (z. B. ersten) Verdampfers verbunden, in dem das Arbeitsmittel des Wärmeübertrager-Arbeitsmittel-Kreislaufs unter Wärmezufuhr von dem Zweiter-Energiespeicher-Arbeitsmittel-Kreislauf (z. B. zumindest teilweise) verdampfbar ist. In a further exemplary embodiment, the heat exchanger working medium circuit and the second energy storage working medium circuit are connected by means of a (e.g. first) evaporator, in which the working medium of the heat exchanger working medium circuit is heated by the second energy storage Working fluid circuit (z. B. at least partially) is vaporizable.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel sind der Wärmeübertrager-Arbeitsmittel-Kreislauf und der Antriebseinheit-Arbeitsmittel-Kreislauf mittels eines (z. B. zweiten) Verdampfers verbunden, in dem das Arbeitsmittel des Wärmeübertrager-Arbeitsmittel-Kreislaufs unter Wärmezufuhr von dem Antriebseinheit-Arbeitsmittel-Kreislauf (z. B. zumindest teilweise) verdampfbar ist. In a further exemplary embodiment, the heat exchanger-working medium circuit and the drive unit-working medium circuit are connected by means of a (e.g. second) evaporator, in which the working medium of the heat exchanger-working medium circuit is heated by the drive unit-working medium circuit ( z. B. at least partially) is vaporizable.
Beispielsweise kann der erste Verdampfer (z. B. direkt) stromaufwärts von dem zweiten Verdampfer angeordnet sein. For example, the first evaporator may be located (e.g., directly) upstream of the second evaporator.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel weist der Erster-Energiespeicher-Arbeitsmittel-Kreis- lauf einen elektrischen Zuheizer auf, der vorzugsweise mit elektrischer Energie von dem ersten und/oder dem zweiten elektrischen Energiespeicher versorgbar ist. Der restliche Heizbedarf des ersten elektrischen Energiespeichers kann so mittels des elektrischen Zuheizers zu Verfügung gestellt werden. In a further exemplary embodiment, the first energy storage working medium circuit has an electrical auxiliary heater, which can preferably be supplied with electrical energy from the first and/or the second electrical energy storage device. The remaining heating requirement of the first electrical energy store can thus be made available by means of the electrical auxiliary heater.
In einer Ausführungsform weist mindestens einer von dem Erster-Energiespeicher-Arbeitsmit- tel-Kreislauf, dem Zweiter-Energiespeicher-Arbeitsmittel-Kreislauf und/oder dem Antriebseinheit-Arbeitsmittel-Kreislauf einen, vorzugsweise mittels Bypass umgehbaren, Kühler (z. B. Umgebungskühler) auf. Dies erhöht die Flexibilität des Systems. Unter bestimmten Bedingungen kann es nämlich sinnvoller oder sogar erforderlich sein, keine Wärmeübertragung mittels der Wärmeübertragungseinrichtung vorzunehmen und stattdessen das jeweilige Arbeitsmittel in einem Kühler abzukühlen. In one embodiment, at least one of the first energy storage working medium circuit, the second energy storage working medium circuit and/or the drive unit working medium circuit has a cooler (e.g. ambient cooler) that can preferably be bypassed. on. This increases the flexibility of the system. In fact, under certain conditions it may be more sensible or even necessary not to transfer heat by means of the Make heat transfer device and instead cool the respective working fluid in a cooler.
Vorzugsweise kann der Erster-Energiespeicher-Arbeitsmittel-Kreislauf, der Zweiter-Energie- speicher-Arbeitsmittel-Kreislauf und/oder der Antriebseinheit-Arbeitsmittel-Kreislauf ferner jeweils mindestens ein Dreiwegeventil aufweisen, das in einer Ventilstellung das jeweilige Arbeitsmittel zu dem Verdampfer/Kondensator leitet, und in einer anderen Ventilstellung das jeweilige Arbeitsmittel zum Kühler leitet. Preferably, the first energy storage working medium circuit, the second energy storage working medium circuit and/or the drive unit working medium circuit can also each have at least one three-way valve which, in a valve position, directs the respective working medium to the evaporator/condenser , and in another valve position directs the respective working medium to the cooler.
Beispielsweise kann der Kondensator, der (erste) Verdampfer und/oder der (zweite) Verdampfer im Bypass des jeweiligen Kühlers des Arbeitsmittelkreislaufs angeordnet sein. For example, the condenser, the (first) evaporator and/or the (second) evaporator can be arranged in the bypass of the respective cooler of the working fluid circuit.
Bevorzugt kann der Erster-Energiespeicher-Arbeitsmittel-Kreislauf, der Zweiter-Energiespei- cher-Arbeitsmittel-Kreislauf und/oder der Antriebseinheit-Arbeitsmittel-Kreislauf ferner jeweils eine Pumpe und/oder einen Ausgleichsbehälter aufweisen. The first energy storage working medium circuit, the second energy storage working medium circuit and/or the drive unit working medium circuit can also each have a pump and/or a compensating tank.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Wärmeübertragungseinrichtung (z. B. mittels einer Steuereinheit) dazu ausgebildet, Betriebe (z. B. Durchflussmengen, Ventilstellungen und/oder Heizleistung des elektrischen Zuheizers) von den Arbeitsmittel-Kreisläufen so aufeinander abzustimmen, dass die Temperierungsbedarfe von der elektrischen Antriebseinheit, dem ersten elektrischen Energiespeicher und dem zweiten elektrischen Energiespeicher (und z. B. einer Leistungselektronik) gegenseitig gedeckt werden, vorzugsweise umgebungsbedingungsabhängig, leistungsabhängig und/oder lastabhängig. In a further embodiment, the heat transfer device is designed (e.g. by means of a control unit) to coordinate operations (e.g. flow rates, valve positions and/or heating output of the electric auxiliary heater) of the working medium circuits with one another in such a way that the temperature control requirements of the electrical drive unit, the first electrical energy store and the second electrical energy store (and z.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft ein Kraftfahrzeug, vorzugsweise ein Nutzfahrzeug (z. B. Lastkraftwagen oder Omnibus), aufweisend eine Vorrichtung wie hierin offenbart. A further aspect of the present disclosure relates to a motor vehicle, preferably a utility vehicle (e.g. truck or bus), having a device as disclosed herein.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zum Antreiben eines Kraftfahrzeugs, vorzugsweise wie hierin offenbart, mit einer elektrischen Antriebseinheit, einem ersten elektrischen Energiespeicher, der eine erste Soll- Betriebstemperatur (von z. B. 50°C oder 60°C oder mehr) aufweist und zum Zuführen von elektrischer Energie mit der elektrischen Antriebseinheit verbunden ist, und einem zweiten elektrischen Energiespeicher, der eine zweite Soll-Betriebstemperatur (z. B. zwischen 20°C und 30°C), die geringer ist als die erste Soll-Betriebstemperatur, aufweist und zum Zuführen von elektrischer Energie mit der elektrischen Antriebseinheit verbunden ist. Das Verfahren weist ein Übertragen von Abwärme von der elektrischen Antriebseinheit und/oder dem zweiten elektrischen Energiespeicher zu dem ersten elektrischen Energiespeicher, vorzugsweise umgebungsbedingungsabhängig, leistungsabhängig und/oder lastabhängig, auf. A further aspect of the present disclosure relates to a method for operating a device for driving a motor vehicle, preferably as disclosed herein, with an electric drive unit, a first electric energy store which has a first target operating temperature (of e.g. 50°C or 60 °C or more) and is connected to the electric drive unit for supplying electrical energy, and a second electrical energy store which has a second target operating temperature (e.g. between 20°C and 30°C) which is lower than the first target operating temperature, and is connected to the electric drive unit for the supply of electric energy. The method includes transferring waste heat from the electric drive unit and/or the second electrical energy storage device to the first electrical energy storage device, preferably dependent on environmental conditions, performance-dependent and/or load-dependent.
Die zuvor beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen und Merkmale der Erfindung sind beliebig miteinander kombinierbar. Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden im Folgenden unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen: The preferred embodiments and features of the invention described above can be combined with one another as desired. Further details and advantages of the invention are described below with reference to the accompanying drawings. Show it:
Figur 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Antreiben eines Kraftfahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung; und FIG. 1 shows a schematic illustration of a device for driving a motor vehicle according to an exemplary embodiment of the present disclosure; and
Figur 2 ein T-s-Diagramm (Temperatur-spezifische Entropie-Diagramm) zum Erläutern einer Funktionsweise einer Wärmeübertragungseinrichtung der beispielhaften Vorrichtung. FIG. 2 shows a T-s diagram (temperature-specific entropy diagram) to explain how a heat transfer device of the example device works.
Die Figur 1 zeigt eine Vorrichtung 10 zum Antreiben eines Kraftfahrzeugs. Das Kraftfahrzeug ist vorzugsweise ein Nutzfahrzeug, zum Beispiel ein Lastkraftwagen oder ein Omnibus. FIG. 1 shows a device 10 for driving a motor vehicle. The motor vehicle is preferably a commercial vehicle, for example a truck or a bus.
Die Vorrichtung 10 weist eine elektrische Antriebseinheit 12, einen ersten elektrischen Energiespeicher 14, einen zweiten elektrischen Energiespeicher 16 und eine Wärmeübertragungseinrichtung 18 auf. The device 10 has an electric drive unit 12 , a first electric energy store 14 , a second electric energy store 16 and a heat transfer device 18 .
Die elektrische Antriebseinheit 12 ist mit Rädern des Kraftfahrzeugs zum Antreiben des Kraftfahrzeugs verbunden. Die elektrische Antriebseinheit 12 kann beispielsweise als eine zentrale elektrische Antriebseinheit 12 ausgeführt sein. Es ist allerdings auch möglich, dass die elektrische Antriebseinheit 12 zusätzlich oder alternativ mehrere elektrische Radnabenmotoren o- der radnahe Motoren aufweist. The electric drive unit 12 is connected to wheels of the motor vehicle for driving the motor vehicle. The electric drive unit 12 can be designed as a central electric drive unit 12, for example. However, it is also possible for the electric drive unit 12 to additionally or alternatively have a plurality of electric wheel hub motors or motors close to the wheel.
Der erste elektrische Energiespeicher 14 und der zweite elektrische Energiespeicher 16 dienen als Traktionsbatterien des Kraftfahrzeugs. Der erste elektrische Energiespeicher 14 und der zweite elektrische Energiespeicher 16 sind zum Zuführen von elektrischer Energie mit der elektrischen Antriebseinheit 12 verbunden. Zwischen den elektrischen Energiespeicher 14, 16 und der elektrischen Antriebseinheit 12 kann eine Leistungselektronik 20 zwischengeschaltet sein. Die Leistungselektronik 20 kann beispielsweise einen DC-DC-Wandler, einen Hochvolt- Stromverteiler und/oder ein Hochvolt-Bordnetz aufweisen. Es ist möglich, dass zusätzlich zu der Leistungselektronik 20 noch ein Bordladegerät (OBC - engl. on board charger) umfasst ist, das mit der Leistungselektronik 20 zum elektrischen Laden der elektrischen Energiespeicher 14, 16 verbunden ist (nicht dargestellt). Der erste elektrische Energiespeicher 14 weist eine erste Soll-Betriebstemperatur auf, bei der der erste elektrische Energiespeicher 14 wirksam betrieben werden kann. Der zweite elektrische Energiespeicher 16 weist eine zweite Soll-Betriebstemperatur auf, bei der der zweite elektrische Energiespeicher 16 wirksam betrieben werden kann. Die erste Soll-Betriebstemperatur ist wesentlich höher als die zweite Soll-Betriebstemperatur. Beispielsweise kann die erste Soll-Betriebstemperatur in einem Bereich > 50°C oder > 60°C liegen, zum Beispiel bei rund 60°C. Die zweite Soll-Betriebstemperatur kann beispielsweise bei Umgebungstemperatur und/oder beispielsweise zwischen 20°C und 30°C, vorzugweise bei 25°C, liegen. The first electrical energy store 14 and the second electrical energy store 16 serve as traction batteries of the motor vehicle. The first electrical energy store 14 and the second electrical energy store 16 are connected to the electrical drive unit 12 in order to supply electrical energy. Power electronics 20 can be interposed between the electrical energy stores 14 , 16 and the electrical drive unit 12 . The power electronics 20 can have, for example, a DC-DC converter, a high-voltage power distributor and/or a high-voltage vehicle electrical system. It is possible that, in addition to the power electronics 20, an on-board charger (OBC) is also included, which is connected to the power electronics 20 for electrically charging the electrical energy stores 14, 16 (not shown). The first electrical energy store 14 has a first setpoint operating temperature at which the first electrical energy store 14 can be operated effectively. The second electrical energy store 16 has a second setpoint operating temperature at which the second electrical energy store 16 can be operated effectively. The first target operating temperature is significantly higher than the second target operating temperature. For example, the first target operating temperature can be in a range of >50°C or >60°C, for example around 60°C. The second setpoint operating temperature can be, for example, at ambient temperature and/or for example between 20°C and 30°C, preferably at 25°C.
Bevorzugt ist der erste elektrische Energiespeicher 14 als ein Festkörperelektrolyt-Energiespeicher (Solid-State-Energiespeicher), vorzugsweise ein polymerbasierter Festkörperelektrolyt-Energiespeicher, ausgeführt. Bevorzugt ist der zweite elektrische Energiespeicher 16 als ein Flüssigelektrolyt-Energiespeicher, vorzugsweise ein Lithium-Ionen-Flüssigelektrolyt-Ener- giespeicher, ausgeführt. Es ist allerdings auch möglich, dass die Energiespeicher 14, 16 anders ausgeführt sind, wobei der erste elektrische Energiespeicher 14 eine höhere, vorzugsweise wesentlich höhere, Soll-Betriebstemperatur aufweist als der zweite elektrische Energiespeicher 16. The first electrical energy store 14 is preferably designed as a solid-state energy store (solid-state energy store), preferably a polymer-based solid-state electrolyte energy store. The second electrical energy store 16 is preferably designed as a liquid electrolyte energy store, preferably a lithium-ion liquid electrolyte energy store. However, it is also possible for the energy stores 14, 16 to be designed differently, with the first electrical energy store 14 having a higher, preferably significantly higher, target operating temperature than the second electrical energy store 16.
Die Wärmeübertragungseinrichtung 18 ist dazu ausgebildet, bei normalen Umgebungsbedingungen den ersten elektrische Energiespeicher 14 durch Wärmeübertragung von mindestens einer anderen Komponente der Vorrichtung 10 zu erwärmen. Während normaler Umgebungsbedingungen sind die elektrische Antriebseinheit 12, der zweite elektrische Energiespeicher 16 und gegebenenfalls die Leistungselektronik 20 zu kühlen. Die Wärmeübertragungseinrichtung 18 kann somit ermöglichen, dass ein Erwärmungsbedarf des ersten elektrischen Energiespeichers 14 zum Erreichen der ersten Soll-Betriebstemperatur zumindest teilweise durch einen Kühlbedarf des zweiten elektrischen Energiespeichers 16, einen Kühlbedarf der elektrischen Antriebseinheit 12 und/oder einen Kühlbedarf der Leistungselektronik 20 gedeckt werden kann. Neben dem ersten elektrischen Energiespeicher 14 kann die Wärmeübertragungseinrichtung 18 daher mit dem zweiten elektrischen Energiespeicher und/oder der elektrischen Antriebseinheit 12 und gegebenenfalls mit der Leistungselektronik 20 wärmeübertragend verbunden bzw. verbindbar sein. Im dargestellten Ausführungsbeispiel von Figur 1 kann die Wärmeübertragungseinrichtung 18 den ersten elektrischen Energiespeicher 14 mit dem zweiten elektrischen Energiespeicher 16, der elektrischen Antriebseinheit 12 und der Leistungselektronik 20 zum Übertragen von Wärme miteinander koppeln. Die Wärmeübertragungseinrichtung 18 kann eine Steuereinheit 19 aufweisen, die einen Betrieb der Wärmeübertragungseinrichtung 18 anpassen kann. Die Steuereinheit 19 kann in Signalverbindung mit Ventilen der Wärmeübertragungseinrichtung 18 sein, um Ventilstellungen der Ventile anzupassen. Die Steuereinrichtung 19 kann in Signalverbindung mit Fördereinrichtungen (Pumpen und/oder Verdichter) der Wärmeübertragungseinrichtung 18 sein, um eine Förderleistung der Fördereinrichtungen anzupassen, zum Beispiel durch Anpassen einer Drehzahl der jeweiligen Fördereinrichtung. The heat transfer device 18 is designed to heat the first electrical energy store 14 under normal ambient conditions by heat transfer from at least one other component of the device 10 . During normal ambient conditions, the electric drive unit 12, the second electric energy store 16 and, if necessary, the power electronics 20 must be cooled. The heat transfer device 18 can thus make it possible for a heating requirement of the first electrical energy store 14 to reach the first setpoint operating temperature to be at least partially covered by a cooling requirement of the second electrical energy store 16, a cooling requirement of the electric drive unit 12 and/or a cooling requirement of the power electronics 20 . In addition to the first electrical energy store 14, the heat transfer device 18 can therefore be heat-transferringly connected or connectable to the second electrical energy store and/or the electric drive unit 12 and optionally to the power electronics 20. In the exemplary embodiment shown in FIG. 1, the heat transfer device 18 can couple the first electrical energy store 14 to the second electrical energy store 16, the electric drive unit 12 and the power electronics 20 to transfer heat to one another. The heat transfer device 18 may include a control unit 19 that may adjust operation of the heat transfer device 18 . The controller 19 may be in signal communication with valves of the heat transfer device 18 to adjust valve positions of the valves. The controller 19 may be in signal communication with conveying devices (pumps and/or compressors) of the heat transfer device 18 in order to adjust a conveying capacity of the conveying devices, for example by adjusting a speed of the respective conveying device.
Nachfolgend ist das in Figur 1 dargestellte Ausführungsbeispiel für die Wärmeübertragungseinrichtung 18 beschrieben. Die nachfolgenden Ausführungen betreffen daher zwar ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel, sind allerdings rein beispielhaft. Selbstverständlich kann die Wärmeübertragungseinrichtung 18 auch modifiziert ausgeführt werden, solange sie vorzugsweise ermöglicht, den ersten elektrischen Energiespeicher 14 einerseits und den zweiten elektrischen Energiespeicher 16 und/oder die elektrische Antriebseinheit 12 andererseits zum Übertragen von Wärme miteinander zu koppeln, besonders bevorzugt zum Erwärmen des ersten elektrischen Energiespeichers 14 mittels Abwärme von dem zweiten elektrischen Energiespeicher 16 und/oder der elektrischen Antriebseinheit 12. The embodiment of the heat transfer device 18 shown in FIG. 1 is described below. The following statements therefore relate to a particularly preferred exemplary embodiment, but are purely exemplary. The heat transfer device 18 can of course also be modified, as long as it preferably makes it possible to couple the first electrical energy store 14 on the one hand and the second electrical energy store 16 and/or the electric drive unit 12 on the other hand for the purpose of transferring heat, particularly preferably for heating the first electric one Energy store 14 by means of waste heat from the second electrical energy store 16 and/or the electric drive unit 12.
Beispielhaft kann die Wärmeübertragungseinrichtung 18 vier Arbeitsmittel-Kreisläufe 22, 24, 26 und 28 aufweisen. Es ist möglich, dass die Wärmeübertragungseinrichtung 18 weniger als die vier Arbeitsmittel-Kreisläufe 22, 24, 26 und 28 aufweist, zum Beispiel nur die Arbeitsmittel- Kreisläufe 22, 26, 28 oder nur die Arbeitsmittel-Kreisläufe 24, 26 und 28. Es ist auch möglich, dass die Wärmeübertragungseinrichtung 18 mindestens einen zusätzlichen oder alternativen Arbeitsmittel-Kreislauf aufweist, zum Beispiel, wenn der Leistungselektronik 20 ein eigener Arbeitsmittel-Kreislauf zum Kühlen der Leistungselektronik 20 zugeordnet ist oder weitere zu kühlende oder zu erwärmende Komponenten des Kraftfahrzeugs in die Wärmeübertragungseinrichtung 18 integriert werden. For example, the heat transfer device 18 can have four working medium circuits 22 , 24 , 26 and 28 . It is possible that the heat transfer device 18 has fewer than the four working medium circuits 22, 24, 26 and 28, for example only the working medium circuits 22, 26, 28 or only the working medium circuits 24, 26 and 28. It is It is also possible for heat transfer device 18 to have at least one additional or alternative working medium circuit, for example if power electronics 20 is assigned its own working medium circuit for cooling power electronics 20, or other motor vehicle components to be cooled or heated are fed into heat transfer device 18 to get integrated.
Die Arbeitsmittel-Kreisläufe 22, 24, 26 und 28 sind bevorzugt fluidisch voneinander getrennt, wie in Figur 1 dargestellt ist. Es ist allerdings auch möglich, dass die Arbeitsmittel-Kreisläufe 22, 24, 26 und 28 zumindest teilweise fluidisch miteinander verbunden sind. Beispielsweise können die Arbeitsmittel-Kreisläufe 22 und 24 fluidisch miteinander verbunden bzw. integriert sein, oder die Arbeitsmittel-Kreisläufe 22, 24 und 26 können fluidisch miteinander verbunden bzw. integriert sein, oder die Arbeitsmittel-Kreisläufe 22, 24, 26 und 28 können fluidisch miteinander verbunden bzw. integriert sein. Der Arbeitsmittel-Kreislauf 22 ist ein Kreislauf zum Temperieren des zweiten elektrischen Energiespeichers 16. Insbesondere kann der Arbeitsmittel-Kreislauf 22 ein Kühlkreislauf für den zweiten elektrischen Energiespeicher 16 sein. Der zweite elektrische Energiespeicher 16 ist im Arbeitsmittel-Kreislauf 22 angeordnet. Zweckmäßig ist der Arbeitsmittel-Kreislauf 22 hierin auch als Zweiter-Energiespeicher-Arbeitsmittel-Kreislauf 22 bezeichnet. The working medium circuits 22, 24, 26 and 28 are preferably fluidically separated from one another, as shown in FIG. However, it is also possible for the working medium circuits 22, 24, 26 and 28 to be at least partially fluidly connected to one another. For example, the working medium circuits 22 and 24 can be fluidically connected to one another or integrated, or the working medium circuits 22, 24 and 26 can be fluidly connected to one another or integrated, or the working medium circuits 22, 24, 26 and 28 can be fluidly connected connected or integrated with each other. The working medium circuit 22 is a circuit for tempering the second electrical energy store 16. In particular, the working medium circuit 22 can be a cooling circuit for the second electrical energy store 16. The second electrical energy store 16 is arranged in the working medium circuit 22 . The working medium circuit 22 is expediently also referred to herein as the second energy storage working medium circuit 22 .
Der Arbeitsmittel-Kreislauf 22 kann neben dem zweiten elektrischen Energiespeicher 16 zusätzlich eine Pumpe 30, ein Drei Wegeventil 32, einen Verdampfer (Wärmeübertrager) 34, einen Kühler (Wärmeübertrager) 36 und einen Ausgleichsbehälter 38 aufweisen. Es ist möglich, dass der Arbeitsmittel-Kreislauf 22 weitere Komponenten, wie zum Beispiel Ventile, Rückschlagventile, Sensoren usw. aufweist, die zum ordnungsgemäßen Betrieb des Arbeitsmittel- Kreislaufs 22 erforderlich sind (nicht in Figur 1 dargestellt). In addition to the second electrical energy store 16 , the working fluid circuit 22 can also have a pump 30 , a three-way valve 32 , an evaporator (heat exchanger) 34 , a cooler (heat exchanger) 36 and an expansion tank 38 . It is possible for the working medium circuit 22 to have other components, such as valves, check valves, sensors, etc., which are required for the proper operation of the working medium circuit 22 (not shown in FIG. 1).
Die Pumpe 30 ist direkt stromaufwärts von dem zweiten elektrischen Energiespeicher 16 angeordnet. Die Pumpe 30 ist direkt stromabwärts von dem Kühler 36 und den Verdampfer 34 angeordnet. Die Pumpe 30 ist dazu ausgebildet, ein flüssiges Arbeitsmittel durch den Arbeitsmittel-Kreislauf 22 zu pumpen. Im Arbeitsmittel-Kreislauf 22 zirkuliert bevorzugt eine Flüssigkeit, zum Beispiel ein Wasser/Glykol-Gemisch, ein Öl oder eine andere Flüssigkeit. Das Arbeitsmittel zirkuliert in dem Arbeitsmittel-Kreislauf 22 bevorzugt ohne Phasenwechsel. Eine Förderleistung der Pumpe 30 und somit ein Durchfluss durch den Arbeitsmittel-Kreislauf 22 kann anpassbar sein, zum Beispiel durch Anpassen einer Drehzahl der Pumpe 30. Eine Förderleistung der Pumpe 30 kann von der Steuereinheit 19 der Wärmeübertragungseinrichtung 18 angepasst werden. The pump 30 is arranged directly upstream of the second electrical energy store 16 . The pump 30 is located directly downstream of the radiator 36 and the evaporator 34 . The pump 30 is designed to pump a liquid working medium through the working medium circuit 22 . A liquid preferably circulates in the working medium circuit 22, for example a water/glycol mixture, an oil or another liquid. The working fluid preferably circulates in the working fluid circuit 22 without a phase change. A delivery rate of the pump 30 and thus a flow through the working medium circuit 22 can be adjustable, for example by adjusting a speed of the pump 30. A delivery rate of the pump 30 can be adjusted by the control unit 19 of the heat transfer device 18.
Das Dreiwegeventil 32 ist direkt stromabwärts von dem zweiten elektrischen Energiespeicher 16 angeordnet. Das Drei Wegeventil 32 ist direkt stromaufwärts von dem Verdampfer 34 und dem Kühler 36 angeordnet. Das Drei Wegeventil 32 weist einen Einlassanschluss und zwei Auslassanschlüsse auf. Der Einlassanschluss ist mit dem zweiten elektrischen Energiespeicher 16 verbunden. Der erste Auslassanschluss ist mit dem Verdampfer 34 verbunden. Der zweite Auslassanschluss ist mit dem Kühler 36 verbunden. Je nach Ventilstellungen kann das Dreiwegeventil 32 das von dem zweiten elektrischen Energiespeicher 16 empfangene Arbeitsmittel wahlweise zu dem Verdampfer 34 und zu dem Kühler 36 (und gegebenenfalls zu sowohl dem Verdampfer 34 als auch dem Kühler 36) weiterleiten. In einer ersten Ventilstellung des Dreiwegeventils 32 kann das empfangene Arbeitsmittel zu dem Verdampfer 34 weitergeleitet werden. In einer zweiten Ventilstellung des Dreiwegeventils 32 kann das empfangene Arbeits- mittel zu dem Kühler 36 weitergeleitet werden. In einer gegebenenfalls möglichen dritten Ventilstellung des Dreiwegeventils 32 kann das empfangene Arbeitsmittel zu sowohl dem Verdampfer 34 als auch dem Kühler 36 weitergeleitet werden. Eine Ventilstellung des Dreiwegeventils 32 kann von der Steuereinheit 19 der Wärmeübertragungseinrichtung 18 angepasst werden. The three-way valve 32 is arranged directly downstream of the second electrical energy store 16 . The three-way valve 32 is located directly upstream of the evaporator 34 and the cooler 36 . The three-way valve 32 has an inlet port and two outlet ports. The inlet port is connected to the second electrical energy store 16 . The first outlet port is connected to the evaporator 34 . The second outlet port is connected to the radiator 36 . Depending on the valve positions, the three-way valve 32 can selectively forward the working medium received from the second electrical energy store 16 to the evaporator 34 and to the cooler 36 (and optionally to both the evaporator 34 and the cooler 36). In a first valve position of the three-way valve 32 , the working medium received can be forwarded to the evaporator 34 . In a second valve position of the three-way valve 32, the received working medium to the cooler 36 are forwarded. In an optionally possible third valve position of the three-way valve 32 , the working medium received can be forwarded to both the evaporator 34 and the cooler 36 . A valve position of the three-way valve 32 can be adjusted by the control unit 19 of the heat transfer device 18 .
Der Verdampfer 34 ist direkt stromabwärts von dem Dreiwegeventil 32, vorzugsweise dem ersten Auslassanschluss des Dreiwegeventils 32, angeordnet. Der Verdampfer 34 ist parallel zu dem Kühler 36 geschaltet bzw. angeordnet. Im Verdampfer 34 kann das Arbeitsmittel des Arbeitsmittel-Kreislaufs 22 abgekühlt werden. Das Arbeitsmittel des Arbeitsmittel-Kreislaufs 22 vollzieht dabei bevorzugt keinen Phasenwechsel. Wärme des Arbeitsmittels des Arbeitsmittel- Kreislaufs 22 kann im Verdampfer 34 auf das Arbeitsmittel des Arbeitsmittel-Kreislaufs 28 übertragen werden. Das Arbeitsmittel des Arbeitsmittel-Kreislaufs 28 kann dadurch in dem Verdampfer 34 verdampft werden, also einen Phasenwechsel von flüssig zu gasförmig/dampf- förmig vollziehen. The evaporator 34 is located directly downstream of the three-way valve 32, preferably the first outlet port of the three-way valve 32. The evaporator 34 is connected or arranged in parallel with the cooler 36 . The working medium of the working medium circuit 22 can be cooled in the evaporator 34 . The working medium of the working medium circuit 22 preferably does not carry out a phase change. Heat of the working medium of the working medium circuit 22 can be transferred to the working medium of the working medium circuit 28 in the evaporator 34 . The working medium of the working medium circuit 28 can thus be evaporated in the evaporator 34, that is to say it can undergo a phase change from liquid to gaseous/vaporous.
Der Kühler 36 ist direkt stromabwärts von dem Dreiwegeventil 32, vorzugsweise dem zweiten Auslassanschluss des Dreiwegeventils 32, angeordnet. Im Kühler 36 kann das Arbeitsmittel des Arbeitsmittel-Kreislaufs 22 abgekühlt werden. Der Kühler 36 ist in einem Bypass angeordnet, der den Verdampfer 34 umgeht. Der Kühler 36 ist bevorzugt ein Umgebungskühler. The cooler 36 is located directly downstream of the three-way valve 32, preferably the second outlet port of the three-way valve 32. The working medium of the working medium circuit 22 can be cooled in the cooler 36 . The cooler 36 is arranged in a bypass that bypasses the evaporator 34 . The cooler 36 is preferably an ambient cooler.
Der Ausgleichsbehälter 38 ist an den Arbeitsmittel-Kreislauf 22 angeschlossen, vorzugsweise an einem Leitungsabschnitt direkt stromaufwärts der Pumpe 30. Der Ausgleichsbehälter 38 kann beispielsweise eine temperaturbedingte Volumenzunahme oder Volumenabnahme des Arbeitsmittels im Arbeitsmittel-Kreislauf 22 ausgleichen. The equalizing tank 38 is connected to the working fluid circuit 22, preferably to a line section directly upstream of the pump 30. The equalizing tank 38 can, for example, compensate for a temperature-related increase or decrease in volume of the working fluid in the working fluid circuit 22.
Der Arbeitsmittel-Kreislauf 22 kann in mindestens zwei Modi betrieben werden. In den Modi kann zusätzlich jeweils ein Durchfluss des Arbeitsmittels durch den Arbeitsmittel-Kreislauf 22 durch Anpassen einer Förderleistung der Pumpe 30 angepasst werden. Beispielsweise kann die Steuereinheit 19 einen gewünschten Modus und/oder eine gewünschte Förderleistung für den Arbeitsmittel-Kreislauf 22 vorgeben, insbesondere durch Verstellen einer Ventilstellung des Dreiwegeventils 32 und/oder Anpassen einer Drehzahl der Pumpe 30. The working medium circuit 22 can be operated in at least two modes. In addition, a flow of the working medium through the working medium circuit 22 can be adjusted in each of the modes by adjusting a delivery rate of the pump 30 . For example, control unit 19 can specify a desired mode and/or a desired delivery rate for working medium circuit 22, in particular by adjusting a valve position of three-way valve 32 and/or adjusting a speed of pump 30.
In einem ersten Modus des Arbeitsmittel-Kreislaufs 22 wird das Arbeitsmittel vom zweiten elektrischen Energiespeicher 16 aufgewärmt. Dabei kann der zweite elektrische Energiespeicher 16 gekühlt werden. Vorzugsweise kann der zweite elektrische Energiespeicher 16 so die zweite Soll-Betriebstemperatur halten. Das erwärmte Arbeitsmittel wird von dem Dreiwegeventil 32 nur zu dem Verdampfer 34 geleitet. Das erwärmte Arbeitsmittel wird in dem Verdampfer 34 abgekühlt, wodurch das Arbeitsmittel des Arbeitsmittel-Kreislaufs 28 verdampft werden kann. Das abgekühlte Arbeitsmittel des Arbeitsmittel-Kreislaufs 22 wird zum erneuten Erwärmen von der Pumpe 30 zu dem zweiten elektrischen Energiespeicher 16 gefördert. In a first mode of the working medium circuit 22, the working medium is heated by the second electrical energy store 16. In this case, the second electrical energy store 16 can be cooled. Preferably, the second electrical energy storage 16 so the maintain second target operating temperature. The heated working medium is routed from the three-way valve 32 only to the evaporator 34 . The heated working fluid is cooled in the evaporator 34, as a result of which the working fluid in the working fluid circuit 28 can be evaporated. The cooled working medium of the working medium circuit 22 is conveyed by the pump 30 to the second electrical energy store 16 for reheating.
In einem zweiten Modus des Arbeitsmittel-Kreislaufs 22 wird das Arbeitsmittel vom zweiten elektrischen Energiespeicher 16 aufgewärmt, vergleichbar mit dem ersten Modus. Das erwärmte Arbeitsmittel wird von dem Drei Wegeventil 32 nur zu dem Kühler 36 geleitet. Das erwärmte Arbeitsmittel wird in dem Kühler 36 abgekühlt. Das abgekühlte Arbeitsmittel des Arbeitsmittel-Kreislaufs 22 wird zum erneuten Erwärmen von der Pumpe 30 zu dem zweiten elektrischen Energiespeicher 16 gefördert. In a second mode of the working fluid circuit 22, the working fluid is heated by the second electrical energy store 16, comparable to the first mode. The heated working fluid is routed from the three-way valve 32 only to the cooler 36 . The heated working medium is cooled in the cooler 36 . The cooled working medium of the working medium circuit 22 is conveyed by the pump 30 to the second electrical energy store 16 for reheating.
In einem gegebenenfalls möglichen dritten Modus des Arbeitsmittel-Kreislaufs 22 wird das Arbeitsmittel vom zweiten elektrischen Energiespeicher 16 aufgewärmt, vergleichbar mit dem ersten und zweiten Modus. Das erwärmte Arbeitsmittel wird von dem Drei Wegeventil 32 aufgeteilt und sowohl zu den Verdampfer 34 als auch zu dem Kühler 36 geleitet. Das erwärmte Arbeitsmittel (erster Teilstrom) wird in dem Verdampfer 34 abgekühlt, wodurch das Arbeitsmittel des Arbeitsmittel-Kreislaufs 28 verdampft werden kann. Das erwärmte Arbeitsmittel (zweiter Teilstrom) wird in dem Kühler 36 abgekühlt. Das abgekühlte Arbeitsmittel (Vereinigung des ersten und zweiten Teilstroms) des Arbeitsmittel-Kreislaufs 22 wird zum erneuten Erwärmen von der Pumpe 30 zu dem zweiten elektrischen Energiespeicher 16 gefördert. In a possibly possible third mode of the working fluid circuit 22, the working fluid is heated by the second electrical energy store 16, comparable to the first and second mode. The heated working fluid is split by the three-way valve 32 and routed to both the evaporator 34 and the cooler 36 . The heated working fluid (first partial flow) is cooled in the evaporator 34, as a result of which the working fluid in the working fluid circuit 28 can be evaporated. The heated working medium (second partial flow) is cooled in the cooler 36 . The cooled working medium (combination of the first and second partial flows) of the working medium circuit 22 is conveyed by the pump 30 to the second electrical energy store 16 for reheating.
Der Arbeitsmittel-Kreislauf 24 ist ein Kreislauf zum Temperieren der elektrischen Antriebseinheit 12 und gegebenenfalls der Leistungselektronik 20. Insbesondere kann der Arbeitsmittel- Kreislauf 24 ein Kühlkreislauf für die elektrische Antriebseinheit 12 und die Leistungselektronik 20 sein. Die elektrische Antriebseinheit 12 und die Leistungselektronik 20 sind im Arbeitsmittel- Kreislauf 24 angeordnet. Zweckmäßig ist der Arbeitsmittel-Kreislauf 24 hierin auch als Antriebseinheit-Arbeitsmittel-Kreislauf 24 bezeichnet. The working medium circuit 24 is a circuit for tempering the electric drive unit 12 and optionally the power electronics 20. In particular, the working medium circuit 24 can be a cooling circuit for the electric drive unit 12 and the power electronics 20. The electric drive unit 12 and the power electronics 20 are arranged in the working medium circuit 24 . The working medium circuit 24 is expediently also referred to herein as the drive unit working medium circuit 24 .
Der Arbeitsmittel-Kreislauf 24 kann neben dem der elektrischen Antriebseinrichtung 12 zusätzlich eine Pumpe 40, ein Drei Wegeventil 42, einen Verdampfer (Wärmeübertrager) 44, einen Kühler (Wärmeübertrager) 46 und einen Ausgleichsbehälter 48 aufweisen. Es ist möglich, dass der Arbeitsmittel-Kreislauf 24 weitere Komponenten, wie zum Beispiel Ventile, Rückschlagventile, Sensoren usw. aufweist, die zum ordnungsgemäßen Betrieb des Arbeitsmittel- Kreislaufs 24 erforderlich sind (nicht in Figur 1 dargestellt). Die Pumpe 40 ist direkt stromaufwärts von der elektrischen Antriebseinheit 12 (und ggf. der Leistungselektronik 20) angeordnet. Die Pumpe 40 ist direkt stromabwärts von dem Kühler 46 und dem Verdampfer 44 angeordnet. Die Pumpe 40 ist dazu ausgebildet, ein flüssiges Arbeitsmittel durch den Arbeitsmittel-Kreislauf 24 zu pumpen. Im Arbeitsmittel-Kreislauf 24 zirkuliert bevorzugt eine Flüssigkeit, zum Beispiel ein Wasser/Glykol-Gemisch, ein Öl oder eine andere Flüssigkeit. Das Arbeitsmittel zirkuliert in dem Arbeitsmittel-Kreislauf 24 bevorzugt ohne Phasenwechsel. Eine Förderleistung der Pumpe 40 und somit ein Durchfluss durch den Arbeitsmittel-Kreislauf 24 kann anpassbar sein, zum Beispiel durch Anpassen einer Drehzahl der Pumpe 40. Eine Förderleistung der Pumpe 40 kann von der Steuereinheit 19 der Wärmeübertragungseinrichtung 18 angepasst werden. In addition to that of the electric drive device 12 , the working fluid circuit 24 can also have a pump 40 , a three-way valve 42 , an evaporator (heat exchanger) 44 , a cooler (heat exchanger) 46 and an expansion tank 48 . It is possible that the working medium circuit 24 has other components, such as valves, check valves, sensors, etc., which are required for the proper operation of the working medium circuit 24 (not shown in FIG. 1). The pump 40 is arranged directly upstream of the electric drive unit 12 (and the power electronics 20, if applicable). The pump 40 is located directly downstream of the radiator 46 and the evaporator 44 . The pump 40 is designed to pump a liquid working medium through the working medium circuit 24 . A liquid preferably circulates in the working medium circuit 24, for example a water/glycol mixture, an oil or another liquid. The working fluid preferably circulates in the working fluid circuit 24 without a phase change. A delivery rate of the pump 40 and thus a flow through the working medium circuit 24 can be adjustable, for example by adjusting a speed of the pump 40. A delivery rate of the pump 40 can be adjusted by the control unit 19 of the heat transfer device 18.
Das Dreiwegeventil 42 ist direkt stromabwärts von der elektrischen Antriebseinheit 12 (und ggf. der Leistungselektronik 20) angeordnet. Das Dreiwegeventil 42 ist direkt stromaufwärts von dem Verdampfer 44 und dem Kühler 46 angeordnet. Das Drei Wegeventil 42 weist einen Einlassanschluss und zwei Auslassanschlüsse auf. Der Einlassanschluss ist mit der elektrischen Antriebseinheit 12 (und ggf. der Leistungselektronik 20) verbunden. Der erste Auslassanschluss ist mit dem Verdampfer 44 verbunden. Der zweite Auslassanschluss ist mit dem Kühler 46 verbunden. Je nach Ventilstellungen kann das Drei Wegeventil 42 das von der elektrischen Antriebseinheit 12 empfangene Arbeitsmittel wahlweise zu dem Verdampfer 44 und zu dem Kühler 46 (und gegebenenfalls zu sowohl dem Verdampfer 44 als auch dem Kühler 46) weiterleiten. In einer ersten Ventilstellung des Dreiwegeventils 42 kann das empfangene Arbeitsmittel zu dem Verdampfer 44 weitergeleitet werden. In einer zweiten Ventilstellung des Dreiwegeventils 42 kann das empfangene Arbeitsmittel zu dem Kühler 46 weitergeleitet werden. In einer gegebenenfalls möglichen dritten Ventilstellung des Dreiwegeventils 42 kann das empfangene Arbeitsmittel zu sowohl dem Verdampfer 44 als auch dem Kühler 46 weitergeleitet werden. Eine Ventilstellung des Dreiwegeventils 42 kann von der Steuereinheit 19 der Wärmeübertragungseinrichtung 18 angepasst werden. The three-way valve 42 is arranged directly downstream of the electric drive unit 12 (and the power electronics 20, if applicable). The three-way valve 42 is located just upstream of the evaporator 44 and the condenser 46 . The three-way valve 42 has an inlet port and two outlet ports. The inlet connection is connected to the electric drive unit 12 (and possibly the power electronics 20). The first outlet port is connected to the evaporator 44 . The second outlet port is connected to the radiator 46 . Depending on the valve positions, the three-way valve 42 can selectively forward the working medium received from the electric drive unit 12 to the evaporator 44 and to the cooler 46 (and optionally to both the evaporator 44 and the cooler 46). In a first valve position of the three-way valve 42 , the working medium received can be forwarded to the evaporator 44 . In a second valve position of the three-way valve 42, the working fluid received can be forwarded to the cooler 46. In an optionally possible third valve position of the three-way valve 42 , the working fluid received can be forwarded to both the evaporator 44 and the cooler 46 . A valve position of the three-way valve 42 can be adjusted by the control unit 19 of the heat transfer device 18 .
Der Verdampfer 44 ist direkt stromabwärts von dem Dreiwegeventil 42, vorzugsweise dem ersten Auslassanschluss des Dreiwegeventils 42, angeordnet. Der Verdampfer 44 ist parallel zu dem Kühler 46 geschaltet bzw. angeordnet. Im Verdampfer 44 kann das Arbeitsmittel des Arbeitsmittel-Kreislaufs 24 abgekühlt werden. Das Arbeitsmittel des Arbeitsmittel-Kreislaufs 24 vollzieht dabei bevorzugt keinen Phasenwechsel. Wärme des Arbeitsmittels des Arbeitsmittel- Kreislaufs 24 kann im Verdampfer 44 auf das Arbeitsmittel des Arbeitsmittel-Kreislaufs 28 übertragen werden. Das Arbeitsmittel des Arbeitsmittel-Kreislaufs 28 kann dadurch in dem Verdampfer 44 verdampft (oder weiter verdampft werden oder überhitzt werden) werden, also bspw. einen Phasenwechsel von flüssig zu gasförmig/dampfförmig vollziehen. The evaporator 44 is located directly downstream of the three-way valve 42, preferably the first outlet port of the three-way valve 42. As shown in FIG. The evaporator 44 is connected or arranged in parallel with the cooler 46 . The working medium of the working medium circuit 24 can be cooled in the evaporator 44 . The working medium of the working medium circuit 24 preferably does not carry out a phase change. Heat of the working medium of the working medium circuit 24 can be transferred to the working medium of the working medium circuit 28 in the evaporator 44 . The working fluid of the working fluid circuit 28 can thereby in the Evaporator 44 are vaporized (or are vaporized further or are overheated), ie, for example, complete a phase change from liquid to gaseous/vaporous.
Der Kühler 46 ist direkt stromabwärts von dem Drei Wegeventil 42, vorzugsweise dem zweiten Auslassanschluss des Dreiwegeventils 42, angeordnet. Im Kühler 46 kann das Arbeitsmittel des Arbeitsmittel-Kreislaufs 22 abgekühlt werden. Der Kühler 46 ist in einem Bypass angeordnet, der den Verdampfer 44 umgeht. Der Kühler 46 ist bevorzugt ein Umgebungskühler. The cooler 46 is located directly downstream of the three-way valve 42, preferably the second outlet port of the three-way valve 42. The working medium of the working medium circuit 22 can be cooled in the cooler 46 . The cooler 46 is arranged in a bypass that bypasses the evaporator 44 . The cooler 46 is preferably an ambient cooler.
Der Ausgleichsbehälter 48 ist an den Arbeitsmittel-Kreislauf 24 angeschlossen, vorzugsweise an einem Leitungsabschnitt direkt stromaufwärts der Pumpe 40. Der Ausgleichsbehälter 48 kann beispielsweise eine temperaturbedingte Volumenzunahme oder Volumenabnahme des Arbeitsmittels im Arbeitsmittel-Kreislauf 24 ausgleichen. The equalizing tank 48 is connected to the working fluid circuit 24, preferably to a line section directly upstream of the pump 40. The equalizing tank 48 can, for example, compensate for a temperature-related increase or decrease in volume of the working fluid in the working fluid circuit 24.
Der Arbeitsmittel-Kreislauf 24 kann in mindestens zwei Modi betrieben werden. In den Modi kann zusätzlich jeweils ein Durchfluss des Arbeitsmittels durch den Arbeitsmittel-Kreislauf 24 durch Anpassen einer Förderleistung der Pumpe 40 angepasst werden. Beispielsweise kann die Steuereinheit 19 einen gewünschten Modus und/oder eine gewünschte Förderleistung für den Arbeitsmittel-Kreislauf 24 vorgeben, insbesondere durch Verstellen einer Ventilstellung des Dreiwegeventils 42 und/oder Anpassen einer Drehzahl der Pumpe 40. The working medium circuit 24 can be operated in at least two modes. In addition, a flow of the working medium through the working medium circuit 24 can be adjusted in each of the modes by adjusting a delivery rate of the pump 40 . For example, control unit 19 can specify a desired mode and/or a desired delivery rate for working fluid circuit 24, in particular by adjusting a valve position of three-way valve 42 and/or adjusting a speed of pump 40.
In einem ersten Modus des Arbeitsmittel-Kreislaufs 24 wird das Arbeitsmittel von der elektrischen Antriebseinheit 12 (und ggf. der Leistungselektronik 20) aufgewärmt. Dabei können die elektrische Antriebseinheit 12 (und ggf. die Leistungselektronik 20) gekühlt werden. Vorzugsweise können die elektrische Antriebseinheit 12 und die Leistungselektronik 20 so eine gewünschte Soll-Betriebstemperatur halten. Das erwärmte Arbeitsmittel wird von dem Dreiwegeventil 42 nur zu dem Verdampfer 44 geleitet. Das erwärmte Arbeitsmittel wird in dem Verdampfer 44 abgekühlt, wodurch das Arbeitsmittel des Arbeitsmittel-Kreislaufs 28 verdampft (weiterverdampft oder überhitzt) werden kann. Das abgekühlte Arbeitsmittel des Arbeitsmittel-Kreislaufs 24 wird zum erneuten Erwärmen von der Pumpe 40 zu der elektrischen Antriebseinheit 12 gefördert. In a first mode of the working fluid circuit 24, the working fluid is warmed up by the electric drive unit 12 (and possibly the power electronics 20). In this case, the electric drive unit 12 (and possibly the power electronics 20) can be cooled. The electric drive unit 12 and the power electronics 20 can preferably maintain a desired setpoint operating temperature in this way. The heated working medium is routed from the three-way valve 42 only to the evaporator 44 . The heated working medium is cooled in the evaporator 44, as a result of which the working medium in the working medium circuit 28 can be vaporized (further vaporized or overheated). The cooled working medium of the working medium circuit 24 is conveyed by the pump 40 to the electric drive unit 12 for reheating.
In einem zweiten Modus des Arbeitsmittel-Kreislaufs 24 wird das Arbeitsmittel vom zweiten elektrischen Energiespeicher 16 (und ggf. der Leistungselektronik 20) aufgewärmt, vergleichbar mit dem ersten Modus. Das erwärmte Arbeitsmittel wird von dem Dreiwegeventil 42 nur zu dem Kühler 46 geleitet. Das erwärmte Arbeitsmittel wird in dem Kühler 46 abgekühlt. Das abgekühlte Arbeitsmittel des Arbeitsmittel-Kreislaufs 24 wird zum erneuten Erwärmen von der Pumpe 40 zu der elektrischen Antriebseinheit 12 gefördert. In a second mode of the working fluid circuit 24, the working fluid is warmed up by the second electrical energy store 16 (and possibly the power electronics 20), comparable to the first mode. The heated working medium is only closed by the three-way valve 42 the cooler 46 passed. The heated working medium is cooled in the cooler 46 . The cooled working medium of the working medium circuit 24 is conveyed by the pump 40 to the electric drive unit 12 for reheating.
In einem gegebenenfalls möglichen dritten Modus des Arbeitsmittel-Kreislaufs 24 wird das Arbeitsmittel vom der elektrischen Antriebseinheit 12 (und ggf. der Leistungselektronik 20) aufgewärmt, vergleichbar mit dem ersten und zweiten Modus. Das erwärmte Arbeitsmittel wird von dem Drei Wegeventil 42 aufgeteilt und sowohl zu den Verdampfer 44 als auch zu dem Kühler 46 geleitet. Das erwärmte Arbeitsmittel (erster Teilstrom) wird in dem Verdampfer 44 abgekühlt, wodurch das Arbeitsmittel des Arbeitsmittel-Kreislaufs 28 verdampft, weiterverdampft oder überhitzt werden kann. Das erwärmte Arbeitsmittel (zweiter Teilstrom) wird in dem Kühler 46 abgekühlt. Das abgekühlte Arbeitsmittel (Vereinigung des ersten und zweiten Teilstroms) des Arbeitsmittel-Kreislaufs 24 wird zum erneuten Erwärmen von der Pumpe 40 zu der elektrischen Antriebseinheit 12 gefördert. In a possibly possible third mode of the working medium circuit 24, the working medium is heated by the electric drive unit 12 (and possibly the power electronics 20), comparable to the first and second mode. The heated working fluid is split by the three-way valve 42 and routed to both the evaporator 44 and the cooler 46 . The heated working medium (first partial flow) is cooled in the evaporator 44, as a result of which the working medium in the working medium circuit 28 can be vaporized, further vaporized or superheated. The heated working medium (second partial flow) is cooled in the cooler 46 . The cooled working medium (combination of the first and second partial flows) of the working medium circuit 24 is conveyed by the pump 40 to the electric drive unit 12 for reheating.
Der Arbeitsmittel-Kreislauf 26 ist ein Kreislauf zum Temperieren des ersten elektrischen Energiespeichers 14. Insbesondere kann der Arbeitsmittel-Kreislauf 26 ein Heizkreislauf für den ersten elektrischen Energiespeichers 14 sein, der bei extremen Umgebungsbedingungen auch eine Kühlung des ersten elektrischen Energiespeichers 14 ermöglichen kann, wenn gewünscht. Der erste elektrische Energiespeicher 14 ist im Arbeitsmittel-Kreislauf 26 angeordnet. Zweckmäßig ist der Arbeitsmittel-Kreislauf 26 hierin auch als Erster-Energiespeicher-Arbeits- mittel-Kreislauf 26 bezeichnet. The working medium circuit 26 is a circuit for tempering the first electrical energy store 14. In particular, the working medium circuit 26 can be a heating circuit for the first electrical energy store 14, which can also allow the first electrical energy store 14 to be cooled under extreme ambient conditions, if desired . The first electrical energy store 14 is arranged in the working medium circuit 26 . The working medium circuit 26 is expediently also referred to herein as the first energy storage working medium circuit 26 .
Der Arbeitsmittel-Kreislauf 26 kann neben dem ersten Energiespeicher 14 zusätzlich eine Pumpe 50, ein erstes Drei Wegeventil 52 (optional), einen Kühler (Wärmeübertrager) 54 (optional), ein zweites Dreiwegeventil 56, einen Kondensator (Wärmeübertrager) 58, einen elektrischen Zuheizer 60 und einen Ausgleichsbehälter 62 aufweisen. Es ist möglich, dass der Arbeitsmittel-Kreislauf 26 weitere Komponenten, wie zum Beispiel Ventile, Rückschlagventile, Sensoren usw. aufweist, die zum ordnungsgemäßen Betrieb des Arbeitsmittel-Kreislaufs 26 erforderlich sind (nicht in Figur 1 dargestellt). In addition to the first energy store 14, the working medium circuit 26 can also have a pump 50, a first three-way valve 52 (optional), a cooler (heat exchanger) 54 (optional), a second three-way valve 56, a condenser (heat exchanger) 58, an electric auxiliary heater 60 and an expansion tank 62 have. It is possible for the working medium circuit 26 to have other components, such as valves, check valves, sensors, etc., which are required for the correct operation of the working medium circuit 26 (not shown in FIG. 1).
Die Pumpe 50 ist direkt stromaufwärts von dem ersten elektrischen Energiespeicher 14 angeordnet. Die Pumpe 50 ist direkt stromabwärts von dem Kondensator 58 angeordnet. Die Pumpe 50 ist dazu ausgebildet, ein flüssiges Arbeitsmittel durch den Arbeitsmittel-Kreislauf 26 zu pumpen. Im Arbeitsmittel-Kreislauf 26 zirkuliert bevorzugt eine Flüssigkeit, zum Beispiel ein Wasser/Glykol-Gemisch, ein Öl oder eine andere Flüssigkeit. Das Arbeitsmittel zirkuliert in dem Arbeitsmittel-Kreislauf 26 bevorzugt ohne Phasenwechsel. Eine Förderleistung der Pumpe 50 und somit ein Durchfluss durch den Arbeitsmittel-Kreislauf 26 kann anpassbar sein, zum Beispiel durch Anpassen einer Drehzahl der Pumpe 50. Eine Förderleistung der Pumpe 50 kann von der Steuereinheit 19 der Wärmeübertragungseinrichtung 18 angepasst werden. The pump 50 is arranged directly upstream of the first electrical energy store 14 . The pump 50 is located directly downstream of the condenser 58 . The pump 50 is designed to pump a liquid working medium through the working medium circuit 26 . A liquid preferably circulates in the working medium circuit 26, for example a water/glycol mixture, an oil or another liquid. The working fluid circulates in the working fluid circuit 26 preferably without phase change. A delivery rate of the pump 50 and thus a flow through the working medium circuit 26 can be adjustable, for example by adjusting a speed of the pump 50. A delivery rate of the pump 50 can be adjusted by the control unit 19 of the heat transfer device 18.
Das (erste) Drei Wegeventil 52 ist direkt stromabwärts von dem ersten elektrischen Energiespeicher 14 angeordnet. Das Drei Wegeventil 52 ist direkt stromaufwärts von dem Kühler 54 und einem Bypass, der (nur) den Kühler 54 umgeht, angeordnet. Das Dreiwegeventil 52 weist einen Einlassanschluss und zwei Auslassanschlüsse auf. Der Einlassanschluss ist mit dem ersten elektrischen Energiespeicher 14 verbunden. Der erste Auslassanschluss ist mit dem Kühler 54 verbunden. Der zweite Auslassanschluss ist mit dem Bypass des Kühlers 54 verbunden. Je nach Ventilstellungen kann das Drei Wegeventil 52 das von dem ersten elektrischen Energiespeicher 14 empfangene Arbeitsmittel wahlweise zu dem Kühler 54 und zu dem Bypass des Kühlers 54 (und gegebenenfalls zu sowohl dem Kühler 54 als auch dem Bypass des Kühlers 54) weiterleiten. In einer ersten Ventilstellung des Dreiwegeventils 52 kann das empfangene Arbeitsmittel zu dem Kühler 54 weitergeleitet werden. In einer zweiten Ventilstellung des Dreiwegeventils 52 kann das empfangene Arbeitsmittel zu dem Bypass des Kühlers 54 weitergeleitet werden. In einer gegebenenfalls möglichen dritten Ventilstellung des Dreiwegeventils 52 kann das empfangene Arbeitsmittel zu sowohl dem Kühler 54 als auch dem Bypass des Kühlers 54 weitergeleitet werden. Eine Ventilstellung des Dreiwegeventils 42 kann von der Steuereinheit 19 der Wärmeübertragungseinrichtung 18 angepasst werden. Mittels des ersten Dreiwegeventils 52 kann sichergestellt werden, dass auch der erste elektrische Energiespeicher 14 bei extremen Umgebungsbedingungen über den Kühler 54 gekühlt werden kann. The (first) three-way valve 52 is arranged directly downstream of the first electrical energy store 14 . The three-way valve 52 is located directly upstream of the radiator 54 and a bypass that bypasses the radiator 54 (only). The three-way valve 52 has an inlet port and two outlet ports. The inlet port is connected to the first electrical energy store 14 . The first outlet port is connected to the radiator 54 . The second outlet port is connected to the bypass of the radiator 54 . Depending on the valve positions, the three-way valve 52 can selectively forward the working medium received from the first electrical energy store 14 to the cooler 54 and to the bypass of the cooler 54 (and optionally to both the cooler 54 and the bypass of the cooler 54). In a first valve position of the three-way valve 52 , the working fluid received can be forwarded to the cooler 54 . In a second valve position of the three-way valve 52 , the working fluid received can be forwarded to the bypass of the cooler 54 . In an optionally possible third valve position of the three-way valve 52 , the working fluid received can be forwarded to both the cooler 54 and the bypass of the cooler 54 . A valve position of the three-way valve 42 can be adjusted by the control unit 19 of the heat transfer device 18 . The first three-way valve 52 can be used to ensure that the first electrical energy store 14 can also be cooled via the cooler 54 under extreme ambient conditions.
Das (zweite) Dreiwegeventil 56 ist direkt stromabwärts von dem Kühler 54 und dem Dreiwegeventil 52 (sofern vorhanden) angeordnet. Alternativ kann das Dreiwegeventil 56 bspw. direkt stromabwärts von dem ersten elektrischen Energiespeicher 14 angeordnet sein. Das Dreiwegeventil 56 ist direkt stromaufwärts von dem Kondensator 58 und einem Bypass, der (nur) den Kondensator 58 umgeht, angeordnet. Das Dreiwegeventil 56 weist einen Einlassanschluss und zwei Auslassanschlüsse auf. Der Einlassanschluss empfängt das Arbeitsmittel von dem Kühler 54, dem Bypass des Kühlers 54 oder dem ersten elektrischen Energiespeicher 14. Der erste Auslassanschluss ist mit dem Kondensator 58 verbunden. Der zweite Auslassanschluss ist mit dem Bypass des Kondensators 58 verbunden. Je nach Ventilstellungen kann das Dreiwegeventil 56 das empfangene Arbeitsmittel wahlweise zu dem Kondensator 58 und zu dem Bypass des Kondensators 58 (und gegebenenfalls zu sowohl dem Kondensator 58 als auch dem Bypass des Kondensators 58) weiterleiten. In einer ersten Ventilstellung des Dreiwegeventils 56 kann das empfangene Arbeitsmittel zu dem Kondensator 58 weitergeleitet werden. In einer zweiten Ventilstellung des Dreiwegeventils 56 kann das empfangene Arbeitsmittel zu dem Bypass des Kondensators 58 weitergeleitet werden. In einer gegebenenfalls möglichen dritten Ventilstellung des Dreiwegeventils 56 kann das empfangene Arbeitsmittel zu sowohl dem Kondensator 58 als auch dem Bypass des Kondensators 58 weitergeleitet werden. Eine Ventilstellung des Dreiwegeventils 56 kann von der Steuereinheit 19 der Wärmeübertragungseinrichtung 18 angepasst werden. Das zweite Dreiwegeventil 56 kann dafür sorgen, dass das Arbeitsmittel nicht durch den Kondensator 58 geführt wird und das Arbeitsmittel aufheizt bzw. je nach Betriebspunkt selbst aufgeheizt wird. The (second) three-way valve 56 is located directly downstream of the radiator 54 and three-way valve 52 (if present). Alternatively, the three-way valve 56 can be arranged, for example, directly downstream of the first electrical energy store 14 . The three-way valve 56 is located directly upstream of the condenser 58 and a bypass that bypasses the condenser 58 (only). The three-way valve 56 has an inlet port and two outlet ports. The inlet port receives the working fluid from the radiator 54 , the radiator 54 bypass or the first electrical energy storage device 14 . The first outlet port is connected to the condenser 58 . The second outlet port is connected to the bypass of the condenser 58 . Depending on the valve positions, the three-way valve 56, the working fluid received either to the capacitor 58 and to the bypass of the capacitor 58 (and optionally to both the capacitor 58 and the bypass of the capacitor 58). In a first valve position of the three-way valve 56, the working fluid received can be forwarded to the condenser 58. In a second valve position of the three-way valve 56, the working fluid received can be forwarded to the bypass of the condenser 58. In an optionally possible third valve position of the three-way valve 56 , the working fluid received can be forwarded to both the condenser 58 and the bypass of the condenser 58 . A valve position of the three-way valve 56 can be adjusted by the control unit 19 of the heat transfer device 18 . The second three-way valve 56 can ensure that the working medium is not routed through the condenser 58 and the working medium is heated or, depending on the operating point, is heated itself.
Der Kondensator 58 ist direkt stromabwärts von dem Dreiwegeventil 56, vorzugsweise dem ersten Auslassanschluss des Dreiwegeventils 56, angeordnet. Der Kondensator 58 kann in Reihe mit dem Kühler 54 bzw. dem Bypass des Kühlers 54 (sofern vorhanden) geschaltet bzw. angeordnet sein. Eine Parallelschaltung ist ebenfalls möglich. Im Kondensator 58 kann das Arbeitsmittel des Arbeitsmittel-Kreislaufs 26 erwärmt werden. Das Arbeitsmittel des Arbeitsmittel-Kreislaufs 26 vollzieht dabei bevorzugt keinen Phasenwechsel. Wärme des Arbeitsmittels des Arbeitsmittel-Kreislaufs 28 kann im Kondensator 58 auf das Arbeitsmittel des Arbeitsmittel-Kreislaufs 26 übertragen werden. Das Arbeitsmittel des Arbeitsmittel-Kreislaufs 28 kann dabei in dem Kondensator 58 kondensiert werden, also bspw. einen Phasenwechsel von gas- förmig/dampfförmig zu flüssig vollziehen. The condenser 58 is located directly downstream of the three-way valve 56, preferably the first outlet port of the three-way valve 56. The condenser 58 can be connected or arranged in series with the cooler 54 or the bypass of the cooler 54 (if present). A parallel connection is also possible. The working medium of the working medium circuit 26 can be heated in the condenser 58 . The working medium of the working medium circuit 26 preferably does not carry out a phase change. Heat of the working medium of the working medium circuit 28 can be transferred to the working medium of the working medium circuit 26 in the condenser 58 . The working medium of the working medium circuit 28 can be condensed in the condenser 58, that is to say, for example, complete a phase change from gaseous/vaporous to liquid.
Der elektrische Zuheizer 60 ist direkt stromabwärts von der Pumpe 50 angeordnet. Der elektrische Zuheizer 60 ist direkt stromaufwärts von dem ersten elektrischen Energiespeicher 14 angeordnet. Der elektrischer Zuheizer 60 kann das Arbeitsmittel des Arbeitsmittel-Kreislaufs 26 erwärmen, sofern noch erforderlich, sodass der erste elektrische Energiespeicher 14 auf die erste Soll-Betriebstemperatur erwärmbar ist. Der elektrische Zuheizer 60 kann mit elektrischer Energie von dem zweiten elektrischen Energiespeicher 16 versorgt werden, vorzugsweise bei einem Kaltstart des Kraftfahrzeugs. Der elektrische Zuheizer 60 kann mit elektrischer Energie von dem ersten elektrischen Energiespeicher 14 versorgt werden, vorzugsweise wenn eine Ist-Betriebstemperatur des ersten elektrischen Energiespeichers 14 bereits der ersten Soll-Betriebstemperatur entspricht und ein Zuheizen erforderlich ist. Der Zuheizer 60 kann bei Bedarf von der Steuereinheit 19 für den Heizbedarf des ersten elektrischen Energiespeichers 14 hinzugeschaltet zugeschaltet werden. So kann eine Unterstützung durch den Zuheizer 60 von 0-100 % des Heizbedarfs gewährleistet werden. The electric auxiliary heater 60 is arranged directly downstream of the pump 50 . The electric auxiliary heater 60 is arranged directly upstream of the first electric energy store 14 . The electrical auxiliary heater 60 can heat the working fluid of the working fluid circuit 26, if still necessary, so that the first electrical energy store 14 can be heated to the first setpoint operating temperature. Electrical auxiliary heater 60 can be supplied with electrical energy from second electrical energy store 16, preferably when the motor vehicle is started from cold. The electrical auxiliary heater 60 can be supplied with electrical energy from the first electrical energy store 14, preferably when an actual operating temperature of the first electrical energy store 14 already corresponds to the first target operating temperature and additional heating is required. If required, the auxiliary heater 60 can be controlled by the control unit 19 for the heating requirements of the first electrical energy store 14 can be switched on. In this way, support from the auxiliary heater 60 can be guaranteed from 0-100% of the heating requirement.
Der Ausgleichsbehälter 62 ist an den Arbeitsmittel-Kreislauf 26 angeschlossen, vorzugsweise an einem Leitungsabschnitt direkt stromabwärts oder stromaufwärts des ersten elektrischen Energiespeichers 14. Der Ausgleichsbehälter 62 kann beispielsweise eine temperaturbedingte Volumenzunahme oder Volumenabnahme des Arbeitsmittels im Arbeitsmittel-Kreislauf 26 ausgleichen. Compensating tank 62 is connected to working fluid circuit 26, preferably to a line section directly downstream or upstream of first electrical energy store 14. Compensating tank 62 can, for example, compensate for a temperature-related increase or decrease in volume of the working fluid in working fluid circuit 26.
Der Arbeitsmittel-Kreislauf 26 kann in mehreren Modi betrieben werden. In den Modi kann zusätzlich jeweils ein Durchfluss des Arbeitsmittels durch den Arbeitsmittel-Kreislauf 26 durch Anpassen einer Förderleistung der Pumpe 50 angepasst werden. Beispielsweise kann die Steuereinheit 19 einen gewünschten Modus und/oder eine gewünschte Förderleistung für den Arbeitsmittel-Kreislauf 26 vorgeben, insbesondere durch Verstellen einer Ventilstellung der Dreiwegeventile 52, 56 und/oder Anpassen einer Drehzahl der Pumpe 50. The working medium circuit 26 can be operated in several modes. In addition, a flow of the working medium through the working medium circuit 26 can be adjusted in each of the modes by adjusting a delivery rate of the pump 50 . For example, control unit 19 can specify a desired mode and/or a desired delivery rate for working medium circuit 26, in particular by adjusting a valve position of three-way valves 52, 56 and/or adjusting a speed of pump 50.
In einem ersten Modus des Arbeitsmittel-Kreislaufs 26 wird das Arbeitsmittel von der Pumpe 50 durch den elektrischen Zuheizer 60, den ersten elektrischen Energiespeicher 14, den Bypass des Kühlers 54 und den Kondensator 58 gepumpt. Das Dreiwegeventil 52 leitet das Arbeitsmittel nur zu dem Bypass des Kühlers 54. Das Dreiwegeventil 56 leitet das Arbeitsmittel nur zu dem Kondensator 58. Im Kondensator 58 kann das Arbeitsmittel erwärmt werden. Sofern erforderlich kann das erwärmte Arbeitsmittel im elektrischen Zuheizer 60 weiter erwärmt werden. Das erwärmte Arbeitsmittel kann den ersten elektrische Energiespeicher 14 erwärmen, sodass der erste elektrische Energiespeicher 14 die erste Soll-Betriebstemperatur halten kann. Das abgekühlte Arbeitsmittel des Arbeitsmittel-Kreislaufs 26 wird zum erneuten Erwärmen von der Pumpe 50 zu dem Kondensator 58 gefördert. In a first mode of the working medium circuit 26, the working medium is pumped by the pump 50 through the electric auxiliary heater 60, the first electric energy store 14, the bypass of the cooler 54 and the condenser 58. The three-way valve 52 directs the working fluid only to the bypass of the cooler 54. The three-way valve 56 directs the working fluid only to the condenser 58. In the condenser 58, the working fluid can be heated. If necessary, the heated working medium can be further heated in the electrical auxiliary heater 60 . The heated working medium can heat the first electrical energy store 14 so that the first electrical energy store 14 can maintain the first target operating temperature. The cooled working medium of the working medium circuit 26 is conveyed by the pump 50 to the condenser 58 for reheating.
In einem zweiten (optionalen) Modus des Arbeitsmittel-Kreislaufs 26 wird das Arbeitsmittel von der Pumpe 50 durch den elektrischen Zuheizer 60, den ersten elektrischen Energiespeicher 14, den Bypass des Kühlers 54 und den Bypass des Kondensators 58 gepumpt. Das Dreiwegeventil 52 leitet das Arbeitsmittel nur zu dem Bypass des Kühlers 54. Das Dreiwegeventil 56 leitet das Arbeitsmittel nur zu dem Bypass des Kondensators 58. Das Arbeitsmittel kann im elektrischen Zuheizer 60 erwärmt werden. Das erwärmte Arbeitsmittel kann den ersten elektrische Energiespeicher 14 erwärmen, sodass der erste elektrische Energiespeicher 14 die erste Soll-Betriebstemperatur halten kann. Das abgekühlte Arbeitsmittel des Arbeitsmittel- Kreislaufs 26 wird zum erneuten Erwärmen von der Pumpe 50 zu dem elektrischen Zuheizer 60 gefördert. In a second (optional) mode of the working fluid circuit 26 , the working fluid is pumped by the pump 50 through the electric auxiliary heater 60 , the first electric energy store 14 , the cooler bypass 54 and the condenser bypass 58 . The three-way valve 52 directs the working fluid only to the cooler 54 bypass. The three-way valve 56 directs the working fluid only to the condenser 58 bypass. The heated working medium can heat the first electrical energy store 14 so that the first electrical energy store 14 can maintain the first target operating temperature. The cooled working fluid of the working fluid Circulation 26 is conveyed by the pump 50 to the electric auxiliary heater 60 for reheating.
In einem dritten (optionalen) Modus des Arbeitsmittel-Kreislaufs 26 wird das Arbeitsmittel von der Pumpe 50 durch den elektrischen Zuheizer 60, den ersten elektrischen Energiespeicher 14, den Kühler 54 und den Bypass des Kondensators 58 gepumpt. Der dritte Modus kann insbesondere bei sehr heißen Umgebungsbedingungen verwendet werden, bei denen die Umgebungstemperatur höher als die erste Soll-Betriebstemperatur ist. Das Dreiwegeventil 52 leitet das Arbeitsmittel nur zu dem Kühler 54. Im Kühler 54 wird das Arbeitsmittel abgekühlt. Das Dreiwegeventil 56 leitet das Arbeitsmittel nur zu dem Bypass des Kondensators 58. Das abgekühlte Arbeitsmittel kann den ersten elektrische Energiespeicher 14 abkühlen, sodass der erste elektrische Energiespeicher 14 die erste Soll-Betriebstemperatur halten kann. Das erwärmte Arbeitsmittel des Arbeitsmittel-Kreislaufs 26 wird zum erneuten Abkühlen von der Pumpe 50 zu dem Kühler 54 gefördert. In a third (optional) mode of the working fluid circuit 26 , the working fluid is pumped by the pump 50 through the electric auxiliary heater 60 , the first electric energy store 14 , the cooler 54 and the condenser 58 bypass. The third mode can be used in particular in very hot ambient conditions where the ambient temperature is higher than the first target operating temperature. The three-way valve 52 directs the working fluid only to the cooler 54. In the cooler 54, the working fluid is cooled. The three-way valve 56 directs the working fluid only to the bypass of the capacitor 58. The cooled working fluid can cool the first electrical energy store 14, so that the first electrical energy store 14 can maintain the first target operating temperature. The heated working fluid of the working fluid circuit 26 is conveyed by the pump 50 to the cooler 54 for cooling down again.
Es ist möglich, dass, je nach Anforderung, im ersten Modus, im zweiten Modus oder im dritten Modus die Dreiwegeventile 52, 56 das jeweils empfangene Arbeitsmittel aufteilen, also sowohl zu dem jeweiligen Bypass als auch dem Kühler 54 bzw. dem Kondensator 58 weiterleiten. It is possible that, depending on the requirement, in the first mode, in the second mode or in the third mode, the three-way valves 52, 56 split the working medium received in each case, i.e. forward it both to the respective bypass and to the cooler 54 or the condenser 58.
Der Arbeitsmittel-Kreislauf 28 ist ein Kreislauf zur Wärmeübertragung von den Arbeitsmittel- Kreisläufen 22 und 24 (und somit dem zweiten elektrischen Energiespeicher 16, der elektrischen Antriebseinheit 12 und der Leistungselektronik 20) zu dem Arbeitsmittel-Kreislauf 26. Zweckmäßig ist der Arbeitsmittel-Kreislauf 28 hierin auch als Wärmeübertrager-Arbeitsmittel- Kreislauf 28 bezeichnet. The working medium circuit 28 is a circuit for heat transfer from the working medium circuits 22 and 24 (and thus the second electrical energy store 16, the electric drive unit 12 and the power electronics 20) to the working medium circuit 26. The working medium circuit 28 is expedient also referred to herein as the heat exchanger working fluid circuit 28 .
Der Arbeitsmittel-Kreislauf 28 ist umfasst, um die verschiedenen Abwärmeströme von dem zweiten elektrischen Energiespeicher 16, der elektrischen Antriebseinheit 12 und der Leistungselektronik 20 zu nutzen. Im Arbeitsmittel-Kreislauf 28 kommt es bevorzugt zu einem Phasenwechsel des zirkulierenden Fluids. Durch den Phasenwechsel des Arbeitsmittels sind auch Wärmeströme gegen das Temperaturgefälle möglich. Dieser Effekt kommt im Rahmen der vorliegenden Offenbarung dadurch zum Tragen, dass die Abwärme des zweiten elektrischen Energiespeichers 16 ein deutlich geringeres Temperaturniveau als der erste elektrische Energiespeichers 14 aufweist (vergleiche erste und zweite Soll-Betriebstemperatur). The working medium circuit 28 is included in order to use the various waste heat flows from the second electrical energy store 16 , the electrical drive unit 12 and the power electronics 20 . A phase change of the circulating fluid preferably occurs in the working medium circuit 28 . Due to the phase change of the working medium, heat flows against the temperature gradient are also possible. This effect comes into play within the scope of the present disclosure in that the waste heat from the second electrical energy store 16 has a significantly lower temperature level than the first electrical energy store 14 (compare the first and second target operating temperatures).
Die Arbeitsmittel-Kreislauf 28 weist zusätzlich zu den Verdampfern 34, 44 und dem Kondensator 58 einen Verdichter 64 und eine Drossel 66 auf. Es ist möglich, dass der Arbeitsmittel- Kreislauf 28 weitere Komponenten, wie zum Beispiel Ventile, Rückschlagventile, Sensoren usw. aufweist, die zum ordnungsgemäßen Betrieb des Arbeitsmittel-Kreislaufs 28 erforderlich sind (nicht in Figur 1 dargestellt). In addition to the evaporators 34 , 44 and the condenser 58 , the working fluid circuit 28 has a compressor 64 and a throttle 66 . It is possible that the work equipment Circuit 28 further components, such as valves, check valves, sensors, etc., which are required for the proper operation of the working fluid circuit 28 (not shown in Figure 1).
Der Verdichter 64 ist direkt stromabwärts von dem Verdampfer 44, der wiederum direkt stromabwärts von dem Verdampfer 34 angeordnet ist, angeordnet. Der Verdichter 64 ist direkt stromaufwärts von dem Kondensator 58 angeordnet. Der Verdichter 64 ist dazu ausgebildet, ein gasförmiges Arbeitsmittel durch den Arbeitsmittel-Kreislauf 26 zu fördern. Im Arbeitsmittel- Kreislauf 28 zirkuliert bevorzugt ein Fluid, das beim Zirkulieren in den Verdampfern 34, 44 verdampfen und im Kondensator 58 kondensieren kann, zum Beispiel ein Ammoniakgemisch oder ein Silikonöl. Eine Förderleistung des Verdichters 64 und somit ein Durchfluss durch den Arbeitsmittel-Kreislauf 28 kann anpassbar sein, zum Beispiel durch Anpassen einer Drehzahl des Verdichters 64. Eine Förderleistung des Verdichters 64 kann von der Steuereinheit 19 der Wärmeübertragungseinrichtung 18 angepasst werden. Compressor 64 is located directly downstream from evaporator 44 which, in turn, is located directly downstream from evaporator 34 . Compressor 64 is located directly upstream of condenser 58 . The compressor 64 is designed to convey a gaseous working medium through the working medium circuit 26 . A fluid which can evaporate when circulating in the evaporators 34, 44 and condense in the condenser 58, for example an ammonia mixture or a silicone oil, preferably circulates in the working medium circuit 28. A delivery rate of the compressor 64 and thus a flow through the working fluid circuit 28 can be adjustable, for example by adjusting a speed of the compressor 64. A delivery rate of the compressor 64 can be adjusted by the control unit 19 of the heat transfer device 18.
Die Drossel 66 ist direkt stromabwärts von dem Kondensator angeordnet. Die Drossel 66 ist direkt stromaufwärts von dem Verdampfer 34 angeordnet. Die Drossel bewirkt eine Entspannung des flüssigen Arbeitsmittels. Bei der Expansion kann es bereits zu einer teilweisen Verdampfung des Arbeitsmittels kommen. Die Drossel 66 kann bspw. als ein Expansionsventil ausgeführt sein. The choke 66 is located directly downstream of the condenser. The choke 66 is located directly upstream of the evaporator 34 . The throttle causes the liquid working medium to relax. Partial evaporation of the working medium can already occur during the expansion. The throttle 66 can, for example, be designed as an expansion valve.
Die Figur 2 zeigt den im Arbeitsmittel-Kreislauf 28 bevorzugt ausgeführten linksläufigen Kaltdampfprozess in einem T-s-Diagramm. FIG. 2 shows the left-handed cold vapor process, which is preferably carried out in the working medium circuit 28, in a T-s diagram.
Die Verdampfer 34, 44 verdampfen das Arbeitsmittel auf einem niedrigem Temperatur- und Druckniveau durch Zuführung von Wärme von den Arbeitsmittel-Kreisläufen 22 und 24 zur Kühlung des zweiten Energiespeichers 16, der elektrischen Antriebseinheit 16 und der Leistungselektronik 20. Der Verdichter 64 verdichtet das Arbeitsmittel. Im Kondensator 58 wird das Arbeitsmittel auf hohem Temperatur- und Druckniveau (im Vergleich zur Wärmezuführung mittels der Verdampfer 34, 44) abgekühlt, kondensiert (und ggf. unterkühlt). Dabei wird Wärme an den Arbeitsmittel-Kreislauf 26 zum Erwärmen des ersten Energiespeichers 14 abgegeben. In der Drossel 66 erfolgt eine Entspannung der flüssigen Phase, wobei eine teilweise Verdampfung erfolgt, vorzugsweise als isenthalpe Zustandsänderung. Die Wärmeübertragungseinrichtung 18 ermöglicht eine besonders effiziente Nutzung der Abwärme des Fahrzeugs, da stromabwärts des Verdampfers 34 noch der Verdampfer 44 angeordnet ist, der die Abwärme elektrischen Antriebseinheit 12 und der Leistungselektronik 20 nutzen kann. Somit kann bspw. sichergestellt werden, dass das Arbeitsmittel im Arbeitsmittel- Kreislauf 28 vollständig verdampft. The evaporators 34, 44 evaporate the working fluid at a low temperature and pressure level by supplying heat from the working fluid circuits 22 and 24 to cool the second energy store 16, the electric drive unit 16 and the power electronics 20. The compressor 64 compresses the working fluid. In the condenser 58, the working fluid is cooled, condensed (and optionally supercooled) at a high temperature and pressure level (compared to the supply of heat by means of the evaporators 34, 44). In the process, heat is given off to the working medium circuit 26 for heating the first energy store 14 . The liquid phase expands in the throttle 66, with partial evaporation taking place, preferably as an isenthalpic change of state. The heat transfer device 18 enables the waste heat of the vehicle to be used particularly efficiently, since the evaporator 44 , which can use the waste heat from the electric drive unit 12 and the power electronics 20 , is also arranged downstream of the evaporator 34 . It can thus be ensured, for example, that the working medium in the working medium circuit 28 evaporates completely.
Andererseits ermöglicht die Wärmeübertragungseinrichtung 18 auch, dass die Wärmeübertragung in besonderen Situationen nicht oder zumindest teilweise nicht genutzt wird. So besteht nämlich die Möglichkeit, die Arbeitsmittel in den Arbeitsmittel-Kreisläufen 22, 24 über die Kühler 36 bzw. 46 zu kühlen. Hierzu können die Dreiwegeventile 32 bzw. 42 entsprechend von der Steuereinheit 19 verstellt werden, je nachdem ob die Abwärme über die Kühler 36 bzw. 46 abgeführt werden soll oder über den Arbeitsmittel-Kreislauf 28 zu dem ersten elektrischen Energiespeicher 14 im Arbeitsmittel-Kreislauf 26 gelangen soll. On the other hand, the heat transfer device 18 also makes it possible for the heat transfer not to be used or at least partially not used in special situations. There is namely the possibility of cooling the working fluid in the working fluid circuits 22, 24 via the coolers 36 and 46, respectively. For this purpose, the three-way valves 32 or 42 can be adjusted accordingly by the control unit 19, depending on whether the waste heat is to be dissipated via the cooler 36 or 46 or via the working medium circuit 28 to the first electrical energy store 14 in the working medium circuit 26 target.
Um die volle Effizienz des Konzepts zu erreichen, kann die Steuereinheit 19 so konfiguriert sein, dass sie die Pumpen 30, 40 und 50, den Verdichter 64 sowie die Ventile 32, 42, 52, 56 (sofern vorhanden) so steuert, dass der Betrieb an die Umgebungsbedingungen (insbesondere Umgebungstemperatur und Umgebungsdruck) sowie die Leistungsanforderungen der Komponenten (Energiespeicher 14 und 16, Leistungselektronik 20 und elektrische Antriebseinheit 12) angepasst ist. Durch Sensoren (nicht gesondert dargestellt) können hierfür wichtige Kenngrößen, wie Umgebungstemperatur und Vorlauftemperaturen der Kreisläufe erfasst und an die Steuereinheit 19 kommuniziert werden. In order to achieve the full efficiency of the concept, the control unit 19 can be configured in such a way that it controls the pumps 30, 40 and 50, the compressor 64 and the valves 32, 42, 52, 56 (if present) in such a way that the operation is adapted to the ambient conditions (especially ambient temperature and ambient pressure) and the performance requirements of the components (energy storage 14 and 16, power electronics 20 and electric drive unit 12). Important parameters such as ambient temperature and flow temperatures of the circuits can be detected by sensors (not shown separately) and communicated to the control unit 19 .
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen möglich, die ebenfalls von dem Erfindungsgedanken Gebrauch machen und deshalb in den Schutzbereich fallen. Insbesondere beansprucht die Erfindung auch Schutz für den Gegenstand und die Merkmale der Unteransprüche unabhängig von den in Bezug genommenen Ansprüchen. Insbesondere sind die einzelnen Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 jeweils unabhängig voneinander offenbart. Zusätzlich sind auch die Merkmale der Unteransprüche unabhängig von sämtlichen Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 und beispielsweise unabhängig von den Merkmalen bezüglich des Vorhandenseins und/oder der Konfiguration der elektrischen Antriebseinheit, des ersten elektrischen Energiespeichers, des zweiten elektrischen Energiespeichers und/oder der Wärmeübertragungseinrichtung des unabhängigen Anspruchs 1 offenbart. Alle Bereichsangaben hierin sind derart offenbart zu verstehen, dass gleichsam alle in den jeweiligen Bereich fallenden Werte einzeln offenbart sind, z. B. auch als jeweils bevorzugte engere Außengrenzen des jeweiligen Bereichs. The invention is not limited to the preferred embodiments described above. Rather, a large number of variants and modifications are possible, which also make use of the idea of the invention and therefore fall within the scope of protection. In particular, the invention also claims protection for the subject matter and the features of the subclaims independently of the claims referred to. In particular, the individual features of independent claim 1 are each disclosed independently of one another. In addition, the features of the subclaims are also independent of all features of independent claim 1 and, for example, independent of the features relating to the presence and/or configuration of the electric drive unit, the first electrical energy store, the second electrical energy store and/or the heat transfer device of the independent claim 1 revealed. All Range specifications disclosed herein are understood to mean that all values falling within the respective range are disclosed individually, e.g. B. also as the respective preferred narrower outer limits of the respective area.
Bezugszeichenliste Reference List
10 Vorrichtung zum Antreiben des Kraftfahrzeugs10 device for driving the motor vehicle
12 Elektrische Antriebseinheit 12 Electric drive unit
14 Erster Energiespeicher 14 First energy storage
16 Zweiter Energiespeicher 16 Second energy store
18 Wärmeübertragungseinrichtung 18 heat transfer device
19 Steuereinheit 19 control unit
20 Leistungselektronik 20 power electronics
22 Arbeitsmittel-Kreislauf 22 work equipment cycle
24 Arbeitsmittel-Kreislauf 24 work equipment cycle
26 Arbeitsmittel-Kreislauf 26 work equipment cycle
28 Arbeitsmittel-Kreislauf 28 work equipment cycle
30 Pumpe 30 pump
32 Dreiwegeventil 32 three-way valve
34 Verdampfer 34 evaporators
36 Kühler 36 cooler
38 Ausgleichsbehälter 38 expansion tank
40 Pumpe 40 pump
42 Dreiwegeventil 42 three-way valve
44 Verdampfer 44 evaporators
46 Kühler 46 cooler
48 Ausgleichsbehälter 48 expansion tank
50 Pumpe 50 pump
52 Erstes Dreiwegeventil 52 First three-way valve
54 Kühler 54 cooler
56 Zweites Dreiwegeventil 56 Second three-way valve
58 Kondensator 58 condenser
60 Elektrischer Zuheizer 60 electric auxiliary heater
62 Ausgleichsbehälter 62 expansion tank
64 Verdichter 64 compressors
66 Drossel 66 thrush

Claims

25 25
Patentansprüche patent claims
1 . Vorrichtung (10) zum Antreiben eines Kraftfahrzeugs, vorzugsweise eines Nutzfahrzeugs, aufweisend: eine elektrische Antriebseinheit (12) zum Antreiben des Kraftfahrzeugs; einen ersten elektrischen Energiespeicher (14), der eine erste Soll-Betriebstemperatur aufweist und zum Zuführen von elektrischer Energie mit der elektrischen Antriebseinheit (12) verbunden ist; einen zweiten elektrischen Energiespeicher (16), der eine zweite Soll-Betriebstemperatur, die geringer ist als die erste Soll-Betriebstemperatur, aufweist und zum Zuführen von elektrischer Energie mit der elektrischen Antriebseinheit (12) verbunden ist; und eine Wärmeübertragungseinrichtung (18), mittels der der zweite elektrische Energiespeicher (16) und/oder die elektrische Antriebseinheit (12) mit dem ersten elektrischen Energiespeicher (14) zum Übertragen von Wärme koppelbar oder gekoppelt sind, vorzugsweise zum Erwärmen des ersten elektrischen Energiespeichers (14) mittels Abwärme von dem zweiten elektrischen Energiespeicher (16) und/oder der elektrischen Antriebseinheit (12). 1 . Device (10) for driving a motor vehicle, preferably a commercial vehicle, comprising: an electric drive unit (12) for driving the motor vehicle; a first electrical energy store (14) which has a first target operating temperature and is connected to the electrical drive unit (12) for supplying electrical energy; a second electrical energy store (16) which has a second target operating temperature which is lower than the first target operating temperature and is connected to the electrical drive unit (12) for supplying electrical energy; and a heat transfer device (18), by means of which the second electrical energy store (16) and/or the electrical drive unit (12) can be coupled or are coupled to the first electrical energy store (14) for the purpose of transferring heat, preferably for heating the first electrical energy store ( 14) by means of waste heat from the second electrical energy store (16) and/or the electrical drive unit (12).
2. Vorrichtung (10) nach Anspruch 1 , wobei: der erste elektrische Energiespeicher (14) als ein Festkörperelektrolyt-Energiespeicher, vorzugsweise ein polymerbasierter Festkörperelektrolyt-Energiespeicher, ausgeführt ist; und/oder der zweite elektrische Energiespeicher (16) als ein Flüssigelektrolyt-Energiespeicher, vorzugsweise als ein Lithium-Ionen-Flüssigelektrolyt-Energiespeicher, ausgeführt ist. 2. Device (10) according to claim 1, wherein: the first electrical energy store (14) is designed as a solid electrolyte energy store, preferably a polymer-based solid electrolyte energy store; and/or the second electrical energy store (16) is designed as a liquid electrolyte energy store, preferably as a lithium-ion liquid electrolyte energy store.
3. Vorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei: die Wärmeübertragungseinrichtung (18) dazu ausgebildet ist, einen Erwärmungsbedarf des ersten elektrischen Energiespeichers (14) zum Erreichen der ersten Soll-Betriebstemperatur zumindest teilweise durch einen Kühlbedarf des zweiten elektrischen Energiespeichers (16) zum Erreichen der zweiten Soll-Betriebstemperatur und/oder einen Kühlbedarf der elektrischen Antriebseinheit (12) zu decken. 3. Device (10) according to claim 1 or claim 2, wherein: the heat transfer device (18) is designed to meet a heating requirement of the first electrical energy store (14) in order to reach the first target operating temperature at least partially by a cooling requirement of the second electrical energy store ( 16) to reach the second target operating temperature and/or to cover a cooling requirement of the electric drive unit (12).
4. Vorrichtung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei: die Wärmeübertragungseinrichtung (18) dazu ausgebildet ist, den ersten elektrischen Energiespeicher (14) wahlweise mit keinem, mit einem und mit beiden von dem zweiten elektrischen Energiespeicher (16) und der elektrischen Antriebseinheit (12) zum Übertragen von Wärme zu koppeln, vorzugsweise umgebungsbedingungsabhängig, leistungsabhängig und/oder lastabhängig. 4. Device (10) according to any one of the preceding claims, wherein: the heat transfer device (18) is adapted to the first electrical energy storage device (14) optionally with none, with one and with both of the to couple the second electrical energy store (16) and the electrical drive unit (12) for the transfer of heat, preferably dependent on environmental conditions, performance-related and/or load-dependent.
5. Vorrichtung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, ferner aufweisend: eine Leistungselektronik (20), die die elektrische Antriebseinheit (12) mit dem ersten elektrischen Energiespeicher (14) und dem zweiten elektrischen Energiespeicher (16) elektrisch verbindet; wobei mittels der Wärmeübertragungseinrichtung (18) der erste elektrische Energiespeicher (14) und die Leistungselektronik (20) zum Übertragen von Wärme miteinander koppelbar oder gekoppelt sind. 5. Device (10) according to any one of the preceding claims, further comprising: power electronics (20) which electrically connects the electric drive unit (12) to the first electric energy store (14) and the second electric energy store (16); wherein by means of the heat transfer device (18) the first electrical energy store (14) and the power electronics (20) can be coupled to one another or are coupled to transfer heat.
6. Vorrichtung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei: die Wärmeübertragungseinrichtung (18) einen Wärmeübertrager-Arbeitsmittel- Kreislauf (28) mit einer Phasenumwandlung eines Arbeitsmittels aufweist, vorzugsweise einen im T-s-Diagramm linksläufigen Kaltdampfprozess. 6. Device (10) according to one of the preceding claims, wherein: the heat transfer device (18) has a heat exchanger-working medium circuit (28) with a phase transformation of a working medium, preferably a left-handed cold steam process in the T-s diagram.
7. Vorrichtung (10) nach Anspruch 6, wobei: mittels der Phasenumwandlung in dem Wärmeübertrager-Arbeitsmittel-Kreislauf (18) eine beim Kühlen des zweiten elektrischen Energiespeichers (16) auf die zweite Soll- Betriebstemperatur und/oder beim Kühlen der elektrischen Antriebseinheit (12) anfallende Abwärme zum Erwärmen des ersten elektrischen Energiespeichers (14) auf die erste Soll- Betriebstemperatur nutzbar ist. 7. The device (10) according to claim 6, wherein: by means of the phase transformation in the heat exchanger working medium circuit (18) during cooling of the second electrical energy store (16) to the second target operating temperature and/or during cooling of the electrical drive unit ( 12) waste heat that is produced can be used to heat the first electrical energy store (14) to the first target operating temperature.
8. Vorrichtung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Wärmeübertragungseinrichtung (18) mindestens eines aufweist von: einem Erster-Energiespeicher-Arbeitsmittel-Kreislauf (26), in dem der erste elektrische Energiespeicher (14) angeordnet ist; einem Zweiter-Energiespeicher-Arbeitsmittel-Kreislauf (22), in dem der zweite elektrische Energiespeicher (16) angeordnet ist; und einem Antriebseinheit-Arbeitsmittel-Kreislauf (24), in dem die elektrische Antriebseinheit (12) angeordnet ist, vorzugsweise mit einer Leistungselektronik (20). Vorrichtung (10) nach Anspruch 8, wobei: der Wärmeübertrager-Arbeitsmittel-Kreislauf (28), der Erster-Energiespeicher-Ar- beitsmittel-Kreislauf (26), der Zweiter-Energiespeicher-Arbeitsmittel-Kreislauf (22) und/oder der Antriebseinheit-Arbeitsmittel-Kreislauf (24) fluidisch voneinander getrennt sind; und/oder mittels des Wärmeübertrager-Arbeitsmittel-Kreislaufs (28) der Erster-Energiespei- cher-Arbeitsmittel-Kreislauf (26), der Zweiter-Energiespeicher-Arbeitsmittel-Kreislauf (22) und/oder der Antriebseinheit-Arbeitsmittel-Kreislauf (24) zum Übertragen von Wärme miteinander koppelbar oder gekoppelt sind; und/oder der Erster-Energiespeicher-Arbeitsmittel-Kreislauf (26), der Zweiter-Energiespei- cher-Arbeitsmittel-Kreislauf (22) und/oder der Antriebseinheit-Arbeitsmittel-Kreislauf (24) ohne Phasenumwandlung des jeweiligen Arbeitsmittels betreibbar sind oder betrieben werden. Vorrichtung (10) nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, wobei: der Wärmeübertrager-Arbeitsmittel-Kreislauf (28) und der Erster-Energiespeicher- Arbeitsmittel-Kreislauf (26) mittels eines Kondensators (58) verbunden sind, in dem das Arbeitsmittel des Wärmeübertrager-Arbeitsmittel-Kreislaufs (28) unter Wärmeabgabe an den Erster-Energiespeicher-Arbeitsmittel-Kreislauf (26) kondensierbar ist; und/oder der Wärmeübertrager-Arbeitsmittel-Kreislauf (28) und der Zweiter-Energiespei- cher-Arbeitsmittel-Kreislauf (22) mittels eines Verdampfers (34) verbunden sind, in dem das Arbeitsmittel des Wärmeübertrager-Arbeitsmittel-Kreislaufs (28) unter Wärmezufuhr von dem Zweiter-Energiespeicher-Arbeitsmittel-Kreislauf (22) verdampfbar ist; und/oder der Wärmeübertrager-Arbeitsmittel-Kreislauf (28) und der Antriebseinheit-Arbeitsmittel-Kreislauf (24) mittels eines Verdampfers (44) verbunden sind, in dem das Arbeitsmittel des Wärmeübertrager-Arbeitsmittel-Kreislaufs (28) unterWärmezufuhr von dem Antriebseinheit-Arbeitsmittel-Kreislauf (24) verdampfbar ist. Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei: der Erster-Energiespeicher-Arbeitsmittel-Kreislauf (26) einen elektrischen Zuheizer (60) aufweist, der vorzugsweise mit elektrischer Energie von dem ersten und/oder dem zweiten elektrischen Energiespeicher (14, 16) versorgbar ist. Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 8 bis 11 , wobei: mindestens einer von dem Erster-Energiespeicher-Arbeitsmittel-Kreislauf (26), dem Zweiter-Energiespeicher-Arbeitsmittel-Kreislauf (22) und/oder dem Antriebseinheit- 28 8. Device (10) according to one of the preceding claims, wherein the heat transfer device (18) has at least one of: a first energy storage working medium circuit (26), in which the first electrical energy storage device (14) is arranged; a second energy storage working fluid circuit (22) in which the second electrical energy storage (16) is arranged; and a drive unit/working medium circuit (24) in which the electric drive unit (12) is arranged, preferably with power electronics (20). Device (10) according to claim 8, wherein: the heat exchanger working medium circuit (28), the first energy storage working medium circuit (26), the second energy storage working medium circuit (22) and/or the drive unit - working medium circuit (24) are fluidically separated from one another; and/or by means of the heat exchanger working medium circuit (28) the first energy storage working medium circuit (26), the second energy storage working medium circuit (22) and/or the drive unit working medium circuit (24) couplable or couplable to transfer heat; and/or the first energy storage working medium circuit (26), the second energy storage working medium circuit (22) and/or the drive unit working medium circuit (24) can be operated or are operated without phase conversion of the respective working medium . Device (10) according to claim 8 or claim 9, wherein: the heat exchanger working medium circuit (28) and the first energy storage working medium circuit (26) are connected by means of a condenser (58) in which the working medium of the heat exchanger The working medium circuit (28) can be condensed with the release of heat to the first energy storage working medium circuit (26); and / or the heat exchanger working medium circuit (28) and the second energy storage working medium circuit (22) are connected by means of an evaporator (34) in which the working medium of the heat exchanger working medium circuit (28) is supplied with heat can be vaporized by the second energy storage working medium circuit (22); and/or the heat exchanger working medium circuit (28) and the drive unit working medium circuit (24) are connected by means of an evaporator (44) in which the working medium of the heat exchanger working medium circuit (28) is supplied with heat from the drive unit working medium - Circuit (24) is vaporizable. Device (10) according to one of Claims 8 to 10, wherein: the first energy storage working medium circuit (26) has an electrical auxiliary heater (60) which is preferably supplied with electrical energy from the first and/or the second electrical energy storage device (14 , 16) can be supplied. Device (10) according to one of claims 8 to 11, wherein: at least one of the first energy storage working medium circuit (26), the second energy storage working medium circuit (22) and/or the drive unit 28
Arbeitsmittel-Kreislauf (24) einen, vorzugsweise mittels Bypass umgehbaren, Kühler (36, 46, 54) aufweist. The working medium circuit (24) has a cooler (36, 46, 54), which can preferably be bypassed.
13. Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei: die Wärmeübertragungseinrichtung (18) dazu ausgebildet ist, Betriebe von den Arbeitsmittel-Kreisläufen (22, 24, 26, 28) so aufeinander abzustimmen, dass die Temperie- rungsbedarfe von der elektrischen Antriebseinheit (12), dem ersten elektrischen Energiespeicher (14) und dem zweiten elektrischen Energiespeicher (16) gegenseitig gedeckt werden, vorzugsweise umgebungsbedingungsabhängig, leistungsabhängig und/oder lastabhängig. 13. The device (10) according to any one of claims 8 to 12, wherein: the heat transfer device (18) is adapted to operations of the working medium circuits (22, 24, 26, 28) so coordinate that the temperature control needs of the electrical drive unit (12), the first electrical energy store (14) and the second electrical energy store (16) are mutually covered, preferably dependent on environmental conditions, performance and/or load.
14. Kraftfahrzeug, vorzugsweise Nutzfahrzeug, aufweisend: eine Vorrichtung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche. 14. Motor vehicle, preferably commercial vehicle, comprising: a device (10) according to any one of the preceding claims.
15. Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung (10) zum Antreiben eines Kraftfahrzeugs, vorzugsweise nach einem der vorherigen Ansprüche, mit einer elektrischen Antriebseinheit (12), einem ersten elektrischen Energiespeicher (14), der eine erste Soll-Betriebstemperatur aufweist und zum Zuführen von elektrischer Energie mit der elektrischen Antriebseinheit (12) verbunden ist, und einem zweiten elektrischen Energiespeicher, der eine zweite Soll-Betriebstemperatur, die geringer ist als die erste Soll-Betriebstemperatur, aufweist und zum Zuführen von elektrischer Energie mit der elektrischen Antriebseinheit (12) verbunden ist, wobei das Verfahren aufweist: 15. A method for operating a device (10) for driving a motor vehicle, preferably according to any one of the preceding claims, with an electric drive unit (12), a first electrical energy store (14) having a first target operating temperature and for supplying electrical Energy is connected to the electric drive unit (12), and a second electric energy storage device, which has a second target operating temperature that is lower than the first target operating temperature, and is connected to the electric drive unit (12) for supplying electrical energy , where the method comprises:
Übertragen von Abwärme von der elektrischen Antriebseinheit (12) und/oder dem zweiten elektrischen Energiespeicher (16) zu dem ersten elektrischen Energiespeicher (14), vorzugsweise umgebungsbedingungsabhängig, leistungsabhängig und/oder lastabhängig. Transmission of waste heat from the electric drive unit (12) and/or the second electric energy store (16) to the first electric energy store (14), preferably depending on the ambient conditions, performance and/or load.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011012723A1 (en) * 2011-02-02 2012-08-02 Linde Material Handling Gmbh Cooling system for controlling temperature of e.g. lithium-ion-battery and converter of mobile working machine e.g. industrial truck, has cooling circuit arranged in circulation direction of cooling fluid of energy storage heat exchanger
US20140093760A1 (en) 2012-09-28 2014-04-03 Quantumscape Corporation Battery control systems
US9553346B2 (en) * 2013-02-09 2017-01-24 Quantumscape Corporation Battery system with selective thermal management
US10279676B2 (en) 2017-03-07 2019-05-07 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Hybrid vehicle with in wheel motor and rankine cycle system
DE102017219792A1 (en) * 2017-11-08 2019-05-09 Robert Bosch Gmbh Energy storage system and method for operating the energy storage system
DE102018219824A1 (en) 2018-11-20 2020-05-20 Robert Bosch Gmbh Drive system for an electric vehicle, method for operating a drive system and electric vehicle
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