WO2019096696A1 - Kühlsystem für ein kraftfahrzeug und kraftfahrzeug mit einem solchen kühlsystem - Google Patents

Kühlsystem für ein kraftfahrzeug und kraftfahrzeug mit einem solchen kühlsystem Download PDF

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Markus Moser
Christian Allgaeuer
Marion Mack
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Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
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    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the invention relates to a cooling system for a motor vehicle, with an electrical energy storage device for driving the motor vehicle, as well as a motor vehicle with such a cooling system.
  • a chiller is a refrigerant-refrigerant heat exchanger in which heat energy is transferred between a refrigeration cycle and a refrigerant cycle, which are fluidly separated from each other.
  • Another way of energy storage cooling is a direct refrigerant cooling, in which the energy storage is cooled directly through the refrigerant circuit, i. the refrigerant evaporates in
  • Cooling power for the purpose of cooling the power of the electric
  • Refrigerant compressor must be dissipated through the cooling system, resulting in an additional load on the entire cooling system (for example, if an energy storage cooling capacity of 2 kW, a power of the refrigerant compressor of 1 kW, resulting in 3 kW
  • a cooling system for a motor vehicle which has an electrical energy storage to provide.
  • a cooling system according to claim 1 and a motor vehicle according to claim 10.
  • Advantageous developments of the invention are the subject of the dependent claims.
  • a cooling system for a motor vehicle is provided, with an electrical energy store for driving the motor vehicle; a chiller, which is traversed by a refrigeration circuit and fluidly separated from a main cooling circuit to transfer heat energy between the refrigeration circuit and the main cooling circuit; one or more actuators; at least one
  • the actuators form the main cooling circuit so, that of this the chiller, the energy storage and none of
  • Ambient air cooler can be flowed through; in a second operation, the actuators form the main cooling circuit in such a way that the chiller, the energy store and at least one of the ambient air coolers can flow through it, and in a third operation the actuators
  • Ambient air cooler, a chiller and an electrical energy storage are switched to each other as needed, so that a needs-based and energy-efficient cooling is possible.
  • the chiller in the third operation, is located downstream of the heat source and upstream of the at least one ambient cooler.
  • the chiller is arranged downstream of potential heat sources, the waste heat of these heat sources can be transmitted via the chiller in the refrigeration cycle and so available for possible heat pump applications for energy-efficient heating of the interior and / or the energy storage. Because the chiller upstream of the
  • the coolant can under
  • a first actuator is a three-way valve, of which a first input with a Output of the heat source, a second input at least connectable to an output of the chiller and an output to an input of at least one of the ambient air cooler.
  • a second actuator is a three-way valve, of which a first input to an output of at least one of the ambient air cooler, a second input at least with an output of the heat source and an output to an input of the chiller is connectable.
  • the actuators in the first operation and / or in the second operation, additionally form a secondary cooling circuit, from which the heat source and at least one of the ambient air coolers can be flowed through.
  • the main cooling circuit downstream of the energy store opens into the secondary cooling circuit, so that the main cooling circuit and the secondary cooling circuit overlap in sections.
  • a check valve is provided downstream of the energy storage.
  • Heat source at least one element from the group, which comprises: an electronic component, in particular a
  • Power electronics component an electric machine, in particular a Electric motor and / or a generator, an internal combustion engine, at least one accessory of the internal combustion engine, a coolant-air heat exchanger of a rear vent (which may be arranged, for example, for energy recovery from indoor air in the rear vent) and an electric heater.
  • FIG. 1 shows a cooling system according to the invention according to FIG. 1
  • Figure 2 illustrates a first operation of the cooling system of Figure 1;
  • FIG 3 illustrates a second operation of the cooling system of Figure 1
  • FIG. 4 illustrates a third operation of the cooling system of FIG.
  • FIG. 1 shows a cooling system 1 according to the invention in accordance with FIG.
  • the cooling system 1 is in particular for a
  • the cooling system 1 has a first ambient air cooler 2a and a second
  • Ambient air cooler 2b which is associated with an electric fan 3.
  • the cooling system 1 has a first coolant pump 4, a heat source 5, a chiller 6 and an electrical energy store 7.
  • the heat source 5 may be one or more elements of the following group, comprising: an electronic component (for example, a power electronics component), an electric machine (for example, an electric motor and / or a generator), a
  • the chiller 6 is a refrigerant-refrigerant heat exchanger that can transfer heat energy between the refrigerant and the refrigerant, which are fluidly separated from each other.
  • Reference numeral 8 indicates a refrigeration cycle, which flows through the chiller 6, wherein the refrigeration circuit 8 fluidly from a
  • the energy store 7 is an electrical energy store which serves to drive the motor vehicle, in particular comprising lithium-ion cells.
  • the cooling system 1 a second coolant pump 9, a check valve 10, a first actuator 1 1 and a second actuator 12.
  • the first actuator 11 and the second actuator 12 are each three-way valves.
  • the three-way valves in the present embodiment are installed so that they form two inputs and one output.
  • Line for example in the form of hoses or pipes, the
  • Cooling system is. An output of the first ambient air cooler 2a is connected to an input of the first coolant pump 4. Downstream of the output of the first coolant pump branches a coolant line with a coolant line to an input of the second
  • Ambient air cooler 2b and the other coolant line leads to an input of the heat source 5.
  • the output of the heat source 5 is a first input 13 of the first actuator 1 1 connected.
  • An output 14 of the first actuator is in turn connected to the input of the first
  • Ambient air cooler 2b is connected to a first input 15 of the second actuator 12.
  • Reference symbol S1 denotes a first temperature measuring point downstream of the second
  • Ambient air cooler 2b and upstream of the second actuator 12 A second input 16 of the second actuator 12 is connected at a junction 17 with the line leading from the output of the heat source 5 to the first input 13 of the first actuator 1 1.
  • An output 18 of the second actuator 12 is connected to the input of the chiller 6.
  • the output of the chiller 6 branches on the one hand to a second input 19 of the first actuator 11 and on the other hand to an input of the second coolant pump 9.
  • the output of the second coolant pump 9 leads to an input of the energy storage 7, an output of the energy storage 7 leads to a junction 20 at the one from the exit of the
  • a check valve 10 is provided which is connected so that only a flow in the direction of the output of the energy storage device 7 is allowed to the connection point 20.
  • a temperature measuring point S2 is provided between an input of the check valve 10 and the output of the energy storage 7.
  • the temperature measuring points S1 and S2 supplies the temperature of the coolant flowing at this point by means of temperature sensors.
  • An expansion tank bears the reference numeral 21 and is integrated into the cooling system 1 such that an outlet of the expansion tank 21 opens into the pipe, which leads from the outlet of the first ambient air cooler 2 a to the inlet of the first coolant pump 4.
  • Compensation tank 21 are each connected to the ambient air coolers 2a, 2b.
  • the ambient air coolers 2a, 2b may be shown as two as shown separate ambient air cooler may be formed or as a single ambient air cooler. In addition, they are structurally the only one
  • Ambient air cooler may be formed, which are internally divided.
  • Junction 20 may be arranged.
  • Check valve 10 and the junction 20 may be arranged.
  • Cooling system 1 described wherein in the respective operating conditions flowed through lines are shown as solid lines and not flowed through lines or lines with standing coolant are shown as dotted lines.
  • the two lines at the entrance of the surge tank 21 are always shown as dashed lines, regardless of the operating conditions or their flow.
  • FIG. 2 shows a first operation.
  • a main cooling circuit is formed, in which the coolant flows through the chiller 6, the second coolant pump 9, the energy store 7, the check valve 10 and the second actuator 12 in the order mentioned below , and then returned to Chiller 6.
  • a secondary cooling circuit is formed in which, in the order mentioned below, the coolant flows through the first ambient air cooler 2a, the first coolant pump 4 and the heat source 5. From the heat source 5, the auxiliary cooling circuit via the first actuator 1 1 leads back to the input of the first
  • Ambient air cooler 2a In order for this main cooling circuit and this secondary cooling circuit to be formed, the first input 15 of the second actuator 12 is blocked and the second input 16 is opened, so that the second actuator 12 is switched from the second input 16 to the output 18. Furthermore, the first one
  • Actuator 11 is switched so that the second input 19 is disabled and the first input 13 is opened, so that the first actuator 1 1 from the first input 13 to the output 14 turns on. Due to the blocking of the second input 19 of the first actuator 1 1 is found in the dotted line section 22 no
  • This first operation is selected in particular, for example, by an air conditioning control when a coolant temperature at
  • Temperature measuring point S2 less than a coolant temperature at
  • Temperature measuring point S1 is or if a waste heat of the
  • Energy storage 7 is to be used for a heat pump application, i. when the waste heat of the energy storage device 7 is to be entered via the chiller 6 in the refrigeration circuit 8 to the refrigeration cycle 8 for
  • FIG. 3 shows a second operation.
  • a secondary cooling circuit is formed, in which, in the order mentioned below, the coolant flows through the first ambient air cooler 2a, the first coolant pump 4 and the heat source 5.
  • Heat source 5 leads the secondary cooling circuit via the first actuator 11 back to the input of the first ambient air cooler 2a.
  • a main cooling circuit is formed, in which the coolant branches off downstream of the first coolant pump 4 and upstream of the heat source 5 at a connection point 24 and in the following order the second
  • Main cooling circuit is formed, the first input 15 of the second actuator 12 is open and the second input 16 is locked, so that the second actuator 12 from the first input 15 to the output 18th
  • the ambient air coolers 2a and 2b, the chiller 6 and the energy storage 7 are arranged in series.
  • Ambient air coolers 2a, 2b thus ensure in the main cooling circuit for the lowest possible temperature level, which is then further lowered by the chiller 6, which is additionally supplied by the cooling circuit 8 cold. This second operation is useful if the
  • Cooling power required to increase the energy efficiency of the Chiller 6 is flowed through, but is shut off on the refrigerant side.
  • Figure 4 illustrates a third operation.
  • the third operation is a
  • Main cooling circuit formed in which, in the order mentioned below, from the coolant, the first ambient air cooler 2a, the first coolant pump 4, the heat source 5, the second actuator 12, the chiller 6 and the first actuator 1 1 is flowed through by the first actuator. 1 1 back to the first ambient air cooler 2a to be performed.
  • the second actuator 12 is switched so that the first input 15 is disabled and the second input 16 is open, so that the second actuator 12 is connected through from the second input 16 to the output 18.
  • the first actuator 1 1 is switched so that the second input 19 is opened and the first input 13 is locked, so that the first actuator 1 1 from the second input 19 to the output 14 turns on.
  • the first ambient air cooler 2a, the heat source 5 and the chiller 6 are connected in series.
  • the coolant pump 9 is not active, so that no flow through the energy storage 7 takes place.
  • heat or waste heat of the heat source 5 is transported to the chiller 6 and can be used for a heat pump application, ie via the chiller 6, the heat or waste heat of the heat source 5 is entered into the refrigeration cycle 8 and thus on the refrigeration circuit 8 for Heating purposes are used.
  • This third operation is useful if there is no cooling requirement for the energy store 7 and the heat of the heat source 5 or the ambient heat (which is absorbed by the ambient air cooler, as already described above) should be used for a heat pump application. While the invention in detail in the drawings and the

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kühlsystem (1) für ein Kraftfahrzeug, mit einem elektrischen Energiespeicher (7) zum Antrieb des Kraftfahrzeugs; einem Ch iiier (6), der von einem Kältekreislauf und fluidisch davon getrennt von einem Hauptkühlkreislauf durchströmbar ist; einem oder mehreren Stellorganen (11, 12); zumindest einer Wärmequelle (5), und einem oder mehreren Umgebungsluftkühlern (2a, 2b), wobei in einem ersten Betrieb die Stellorgane (11, 12) den Hauptkühlkreislauf so ausbilden, dass von diesem der Chiller (6), der Energiespeicher (7) und keiner der Umgebungsluftkühler (2a, 2b) durchströmbar ist; in einem zweiten Betrieb die Stellorgane (11, 12) den Hauptkühlkreislauf so ausbilden, dass von diesem der Chiller (6), der Energiespeicher (7) und zumindest einer der Umgebungsluftkühler (2a, 2b) durchströmbar ist, und in einem dritten Betrieb die Stellorgane (11, 12) den Hauptkühlkreislauf so ausbilden, dass von diesem der Chiller (6), zumindest einer der Umgebungsluftkühler (2a, 2b) und die Wärmequelle (5) durchströmbar ist.

Description

Kühlsystem für ein Kraftfahrzeug und Kraftfahrzeug mit einem solchen
Kühlsystem
Die Erfindung betrifft ein Kühlsystem für ein Kraftfahrzeug, mit einem elektrischen Energiespeicher zum Antrieb des Kraftfahrzeugs, sowie ein Kraftfahrzeug mit solch einem Kühlsystem.
Für die Kühlung eines elektrischen Energiespeichers in einem Hybrid- oder Elektrofahrzeug sind derzeit folgende Möglichkeiten üblich. So ist es möglich den elektrischen Energiespeicher durch Luftkühlung mittels Umgebungsluft oder mittels über den Kältekreis klimatisierter Luft zu kühlen. Eine weitere Möglichkeit ist eine Kühlmittelkühlung, bei der der Energiespeicher von Kühlmittel gekühlt wird. Das Kühlmittel wird durch einen
Umgebungsluftkühler oder den Kältekreis konditioniert, wobei bei letzterem ein sog. Chiller erforderlich ist. Ein Chiller ist ein Kühlmittel-Kältemittel- Wärmetauscher, bei dem Wärmeenergie zwischen einem Kühlkreislauf und einem Kältemittelkreislauf, welche fluidisch voneinander getrennt sind, übertragen wird. Eine weitere Möglichkeit der Energiespeicherkühlung ist eine Direktkältemittelkühlung, bei welcher der Energiespeicher direkt über den Kältekreis gekühlt wird, d.h. das Kältemittel verdampft in
Verdampferplatten, die direkt an den Energiespeicher-Zellmodulen
angeordnet sind. Der Nachteil bei diesem Stand der Technik besteht darin, dass eine Kühlung des Energiespeichers ohne Unterstützung eines Kältekreises insbesondere bei hohen Umgebungstemperaturen nicht über ausreichend Leistung verfügt, insbesondere gilt dies für die Anwendungsfälle des DC-Schnellladens, dynamische Fahrmanöver oder hohe Fahrgeschwindigkeiten.
Erfolgt eine Kühlung mittels des Kältekreislaufs, dann stellt der Kältekreislauf die Kälteleistung sowohl für die Kühlung des Innenraums als auch für die Kühlung des Energiespeichers zur Verfügung. Aufgrund der erhöhten Kühlanforderungen des Energiespeichers ist in einigen Betriebszuständen (z.B. hohe Fahrgeschwindigkeiten, DC-Schnellladen) die Kälteleistung nicht ausreichend. Außerdem ist zu berücksichtigen, dass zur eigentlichen
Kühlleistung zum Zwecke der Kühlung, die Leistung des elektrischen
Kältemittelverdichters über das Kühlsystem abgeführt werden muss, was zu einer zusätzlichen Belastung des gesamten Kühlsystems führt (wenn beispielsweise bei einer Energiespeicher-Kühlleistung von 2 kW eine Leistung des Kältemittelverdichters von 1 kW anfällt, dann ergeben sich 3 kW
Kondensatorleistung). Daher ist eine Kühlung des Energiespeichers mittels eines Kältekreislaufs nicht in jedem Betriebszustand energieeffizient.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein verbessertes,
insbesondere effizienteres, Kühlsystem für ein Kraftfahrzeug, welches einen elektrischen Energiespeicher hat, bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch ein Kühlsystem gemäß Anspruch 1 und ein Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 10 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Kühlsystem für ein Kraftfahrzeug bereitgestellt, mit einem elektrischen Energiespeicher zum Antrieb des Kraftfahrzeugs; einem Chiller, der von einem Kältekreislauf und fluidisch davon getrennt von einem Hauptkühlkreislauf durchströmbar ist, um Wärmeenergie zwischen dem Kältekreislauf und dem Hauptkühlkreislauf zu übertragen; einem oder mehreren Stellorganen; zumindest einer
Wärmequelle, und einem oder mehreren Umgebungsluftkühlern, wobei in einem ersten Betrieb die Stellorgane den Hauptkühlkreislauf so ausbilden, dass von diesem der Chiller, der Energiespeicher und keiner der
Umgebungsluftkühler durchströmbar ist; in einem zweiten Betrieb die Stellorgane den Hauptkühlkreislauf so ausbilden, dass von diesem der Chiller, der Energiespeicher und zumindest einer der Umgebungsluftkühler durchströmbar ist, und in einem dritten Betrieb die Stellorgane den
Hauptkühlkreislauf so ausbilden, dass von diesem der Chiller, zumindest einer der Umgebungsluftkühler und die Wärmequelle durchströmbar ist. Dieses Ausführungsbeispiel bietet den Vorteil, dass ein
Umgebungsluftkühler, ein Chiller und ein elektrischer Energiespeicher je nach Bedarf unterschiedlich zueinander geschaltet werden, sodass eine bedarfsgerechte und energieeffiziente Kühlung ermöglicht wird.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in dem dritten Betrieb der Chiller stromabwärts der Wärmequelle und stromaufwärts des zumindest einen Umgebungskühlers angeordnet. Dadurch, dass der Chiller stromabwärts von potentiellen Wärmequellen angeordnet ist, kann die Abwärme dieser Wärmequellen über den Chiller in den Kältekreislauf übertragen werden und so für mögliche Wärmepumpenanwendungen zur energieeffizienten Heizung des Innenraums und/oder des Energiespeichers zur Verfügung stehen. Dadurch, dass der Chiller stromaufwärts des
Umgebungskühlers angeordnet ist, kann das Kühlmittel unter
Umgebungstemperatur abgekühlt werden und so Wärme aus der Umgebung in den Hauptkühlkreislauf aufgenommen werden und mittels des Chillers in den Kältekreislauf übertragen werden und so für mögliche
Wärmepumpenanwendungen zur energieeffizienten Heizung des
Innenraums und/oder des Energiespeichers zur Verfügung stehen. Diese Erfindung konzentriert sich jedoch auf die wärmeaufnehmende Seite, wobei es für die Verschaltung des Kältekreises auf der wärmeabgebenden Seite vielfältige Gestaltungsmöglichkeiten gibt.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein erstes Stellorgan ein Drei-Wege-Ventil, von dem ein erster Eingang mit einem Ausgang der Wärmequelle, ein zweiter Eingang zumindest mit einem Ausgang des Chillers und ein Ausgang mit einem Eingang zumindest eines der Umgebungsluftkühler verbindbar. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein zweites Stellorgan ein Drei-Wege-Ventil, von dem ein erster Eingang mit einem Ausgang zumindest eines der Umgebungsluftkühler, ein zweiter Eingang zumindest mit einem Ausgang der Wärmequelle und ein Ausgang mit einem Eingang des Chillers verbindbar ist.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung bilden in dem ersten Betrieb und/oder in dem zweiten Betrieb die Stellorgane zusätzlich einen Nebenkühlkreislauf aus, von dem die Wärmequelle und zumindest einer der Umgebungsluftkühler durchströmbar ist.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird in dem ersten Betrieb ein Austausch von Kühlmittel zwischen dem
Hauptkühlkreislauf und dem Nebenkühlkreislauf im Wesentlichen unterbunden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung mündet in dem zweiten Betrieb der Hauptkühlkreislauf stromabwärts des Energiespeichers in den Nebenkühlkreislauf, so dass sich der Hauptkühlkreislauf und der Nebenkühlkreislauf abschnittsweise überlappen.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist stromabwärts des Energiespeichers ein Rückschlagventil vorgesehen.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die
Wärmequelle zumindest ein Element aus der Gruppe, welche Folgendes umfasst: eine Elektronikkomponente, insbesondere eine
Leistungselektronikkomponente, eine Elektromaschine, insbesondere ein Elektromotor und/oder ein Generator, einen Verbrennungsmotor, zumindest ein Nebenaggregat des Verbrennungsmotors, einen Kühlmittel-Luft- Wärmetauscher einer Heckentlüftung (welcher beispielsweise für eine Energierückgewinnung aus Innenraumluft in der Heckentlüftung angeordnet sein kann) und einen elektrischen Heizer.
Darüber hinaus stellt die vorliegende Erfindung ein Kraftfahrzeug mit solch einem Kühlsystem bereit. Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. In diesen Zeichnungen ist Folgendes dargestellt:
Figur 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Kühlsystem gemäß einem
Ausführungsbeispiel;
Figur 2 stellt einen ersten Betrieb des Kühlsystems aus Figur 1 dar;
Figur 3 stellt einen zweiten Betrieb des Kühlsystems aus Figur 1 dar, und
Figur 4 stellt einen dritten Betrieb des Kühlsystems aus Figur 1 dar.
Figur 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Kühlsystem 1 gemäß einem
Ausführungsbeispiel. Das Kühlsystem 1 ist insbesondere für ein
Kraftfahrzeug, welches zeitweise oder vollständig elektrisch angetrieben wird, insbesondere für ein Hybrid- oder Elektrofahrzeug. Das Kühlsystem 1 weist einen ersten Umgebungsluftkühler 2a und einen zweiten
Umgebungsluftkühler 2b auf, denen ein elektrisches Gebläse 3 zugeordnet ist. Darüber hinaus hat das Kühlsystem 1 eine erste Kühlmittelpumpe 4, eine Wärmequelle 5, einen Chiller 6 und einen elektrischen Energiespeicher 7.
Bei der Wärmequelle 5 kann es sich um ein oder mehrere Elemente aus der folgenden Gruppe handeln, welche umfasst: Eine Elektronikkomponente (beispielsweise eine Leistungelektronikkomponente), eine Elektromaschine (beispielsweise ein Elektromotor und/oder ein Generator), einen
Verbrennungsmotor, zumindest ein Nebenaggregat des
Verbrennungsmotors, einen Kühlmittel-Luft-Wärmetauscher einer
Heckentlüftung (welcher beispielsweise für eine Energierückgewinnung aus Innenraumluft in der Heckentlüftung angeordnet sein kann) und einen elektrischen Heizer. Der Chiller 6 ist ein Kältemittel-Kühlmittel- Wärmetauscher, der Wärmeenergie zwischen dem Kältemittel und dem Kühlmittel, welche fluidisch voneinander getrennt sind, übertragen kann. Bezugszeichen 8 deutet dabei einen Kältekreislauf an, der den Chiller 6 durchströmt, wobei der Kältekreislauf 8 fluidisch von einem
Hauptkühlkreislauf getrennt ist, welcher ebenfalls den Chiller 6 durchströmt. Der Energiespeicher 7 ist ein elektrischer Energiespeicher, der zum Antrieb des Kraftfahrzeugs dient, insbesondere umfassend Lithium-Ionen-Zellen.
Darüber hinaus weist das Kühlsystem 1 eine zweite Kühlmittelpumpe 9, ein Rückschlagventil 10, ein erstes Stellorgan 1 1 sowie ein zweites Stellorgan 12 auf. Das erste Stellorgan 11 und das zweite Stellorgan 12 sind jeweils Drei- Wege-Ventile. Insbesondere werden die Drei-Wege-Ventile im vorliegenden Ausführungsbeispiel so verbaut, dass sie zwei Eingänge und einen Ausgang ausbilden.
Nachfolgend wird die Verschaltung der vorstehend genannten Bauteile beschrieben, wobei der Begriff„verbunden“ für eine fluidisch leitende
Leitung, beispielsweise in Form von Schläuchen oder Rohren, des
Kühlsystems steht. Ein Ausgang des ersten Umgebungsluftkühlers 2a ist mit einem Eingang der ersten Kühlmittelpumpe 4 verbunden. Stromabwärts des Ausgangs der ersten Kühlmittelpumpe verzweigt sich eine Kühlmittelleitung wobei ein Kühlmittelstrang zu einem Eingang des zweiten
Umgebungsluftkühlers 2b und der andere Kühlmittelstrang zu einem Eingang der Wärmequelle 5 führt. Der Ausgang der Wärmequelle 5 ist mit einem ersten Eingang 13 des ersten Stellorgans 1 1 verbunden. Ein Ausgang 14 des ersten Stellorgans ist wiederum mit dem Eingang des ersten
Umgebungsluftkühlers 2a verbunden. Ein Ausgang des zweiten
Umgebungsluftkühlers 2b ist mit einem ersten Eingang 15 des zweiten Stellorgans 12 verbunden. Bezugszeichen S1 kennzeichnet dabei einen ersten Temperaturmesspunkt stromabwärts des zweiten
Umgebungsluftkühlers 2b und stromaufwärts des zweiten Stellorgans 12. Ein zweiter Eingang 16 des zweiten Stellorgans 12 ist an einer Verbindungsstelle 17 mit der vom Ausgang der Wärmequelle 5 zum ersten Eingang 13 des ersten Stellorgans 1 1 führenden Leitung verbunden. Ein Ausgang 18 des zweiten Stellorgans 12 ist mit dem Eingang des Chillers 6 verbunden. Der Ausgang des Chillers 6 verzweigt sich einerseits zu einem zweiten Eingang 19 des ersten Stellorgans 11 und andererseits zu einem Eingang der zweiten Kühlmittelpumpe 9. Der Ausgang der zweiten Kühlmittelpumpe 9 führt zu einem Eingang des Energiespeichers 7, ein Ausgang des Energiespeichers 7 führt zu einer Verbindungsstelle 20 an der eine vom Ausgang des
Energiespeichers 7 kommende Leitung mit der Leitung, welche vom zweiten Eingang 16 des zweiten Stellorgans 12 zur Verbindungsstelle 17 führt, zusammengeführt wird. In der Leitung, welche vom Ausgang des
Energiespeichers 7 zur Verbindungsstelle 20 führt, ist ein Rückschlagventil 10 vorgesehen, welches so verschaltet ist, dass nur eine Strömung in Richtung vom Ausgang des Energiespeichers 7 hin zur Verbindungsstelle 20 zugelassen wird. Zwischen einem Eingang des Rückschlagventils 10 und dem Ausgang des Energiespeichers 7 ist ein Temperaturmesspunkt S2 vorgesehen. Die Temperaturmesspunkte S1 und S2 liefert die Temperatur des an dieser Stelle strömenden Kühlmittels mittels Temperatursensoren. Ein Ausgleichsbehälter trägt Bezugszeichen 21 und ist so in das Kühlsystem 1 integriert, dass ein Ausgang des Ausgleichsbehälters 21 in die Leitung mündet, welche von Ausgang des ersten Umgebungsluftkühlers 2a zum Eingang der ersten Kühlmittelpumpe 4 führt. Die Eingänge des
Ausgleichsbehälters 21 sind jeweils mit den Umgebungsluftkühlern 2a, 2b verbunden. Die Umgebungsluftkühler 2a, 2b können wie dargestellt als zwei separate Umgebungsluftkühler ausgebildet sein oder als ein einziger Umgebungsluftkühler. Außerdem können sie baulich als einziger
Umgebungsluftkühler ausgebildet sein, die intern unterteilt sind. Alternativ zum vorstehend beschriebenen Aufbau kann die Kühlmittelpumpe 9 auch in der Leitung zwischen dem Energiespeicher 7 und der
Verbindungsstelle 20 angeordnet sein.
Ferner kann alternativ zum vorstehend beschriebenen Aufbau die
Temperaturmessstelle S2 auch zwischen dem Ausgang des
Rückschlagventils 10 und der Verbindungsstelle 20 angeordnet sein.
Nachfolgend werden drei unterschiedliche Betriebszustände des
Kühlsystems 1 beschrieben, wobei in den jeweiligen Betriebszuständen durchströmte Leitungen als Volllinien dargestellt sind und nicht durchströmte Leitungen bzw. Leitungen mit stehendem Kühlmittel als gepunktete Linien dargestellt sind. Die beiden Linien am Eingang des Ausgleichsbehälters 21 sind unabhängig von den Betriebszuständen oder deren Durchströmung immer als gestrichelte Linien dargestellt.
Figur 2 stellt einen ersten Betrieb dar. In diesem ersten Betrieb wird ein Hauptkühlkreislauf ausgebildet, in dem das Kühlmittel, in der nachfolgend genannten Reihenfolge, den Chiller 6, die zweite Kühlmittelpumpe 9, den Energiespeicher 7, das Rückschlagventil 10 und das zweite Stellorgan 12 durchströmt, um dann wieder zum Chiller 6 zurückgeführt zu werden.
Des Weiteren wird im ersten Betrieb ein Nebenkühlkreislauf ausgebildet, in dem, in der nachfolgend genannten Reihenfolge, vom Kühlmittel der erste Umgebungsluftkühler 2a, die erste Kühlmittelpumpe 4 und die Wärmequelle 5 durchströmt wird. Von der Wärmequelle 5 führt der Nebenkühlkreislauf über das erste Stellorgan 1 1 zurück zum Eingang des ersten
Umgebungsluftkühlers 2a. Damit dieser Hauptkühlkreislauf und dieser Nebenkühlkreislauf ausgebildet werden, ist der erste Eingang 15 des zweiten Stellorgans 12 gesperrt und der zweite Eingang 16 geöffnet, sodass das zweite Stellorgan 12 vom zweiten Eingang 16 zum Ausgang 18 durchgeschaltet ist. Ferner ist das erste
Stellorgan 11 so geschaltet, dass der zweite Eingang 19 gesperrt und der erste Eingang 13 geöffnet ist, sodass das erste Stellorgan 1 1 vom ersten Eingang 13 zum Ausgang 14 durchschaltet. Bedingt durch die Sperrung des zweiten Eingangs 19 des ersten Stellorgans 1 1 findet im gepunktet dargestellten Leitungsabschnitt 22 keine
Kühlmittelströmung statt, sodass kein Kühlmittel aus dem Hauptkühlkreislauf ausströmen kann. Da keine Ausströmung von Kühlmittel aus dem
Hauptkühlkreislauf stattfindet, kann auch kein Kühlmittel über den gepunktet dargestellten Leitungsabschnitt 23 von dem Nebenkühlkreislauf in den Hauptkühlkreislauf einströmen. Folglich findet im Wesentlichen kein
Kühlmittelaustausch zwischen dem Hauptkühlkreislauf und dem
Nebenkühlkreislauf statt (abgesehen natürlich von minimalem Austausch in der Leitung 23 selbst).
Dieser erste Betrieb wird insbesondere dann ausgewählt, beispielsweise von einer Klimatisierungssteuerung, wenn eine Kühlmitteltemperatur am
Temperaturmesspunkt S2 kleiner als eine Kühlmitteltemperatur am
Temperaturmesspunkt S1 ist oder wenn eine Abwärme des
Energiespeichers 7 für eine Wärmepumpenanwendung genutzt werden soll, d.h. wenn die Abwärme des Energiespeichers 7 über den Chiller 6 in den Kältekreislauf 8 eingetragen werden soll, um den Kältekreislauf 8 für
Heizzwecke zu verwenden. Sollte weder eine Kühlanforderung für den Energiespeicher 7 noch eine Wärmepumpenanforderung bestehen, dann kann der Hauptkühlkreislauf auch deaktiviert werden, indem die zweite Kühlmittelpumpe 9 abgeschaltet wird. In einem solchen Fall wäre nur der Nebenkühlkreislauf aktiv und nicht der Hauptkühlkreislauf, d.h. im Nebenkühlkreislauf würde Kühlmittel strömen, während das Kühlmittel im Hauptkühlkreislauf steht. Figur 3 stellt einen zweiten Betrieb dar. In dem zweiten Betrieb wird ein Nebenkühlkreislauf ausgebildet, in dem, in der nachfolgend genannten Reihenfolge, vom Kühlmittel der erste Umgebungsluftkühler 2a, die erste Kühlmittelpumpe 4 und die Wärmequelle 5 durchströmt wird. Von der
Wärmequelle 5 führt der Nebenkühlkreislauf über das erste Stellorgan 11 zurück zum Eingang des ersten Umgebungsluftkühlers 2a.
Des Weiteren wird in diesem zweiten Betrieb ein Hauptkühlkreislauf ausgebildet, in dem das Kühlmittel stromabwärts der ersten Kühlmittelpumpe 4 und stromaufwärts der Wärmequelle 5 an einer Verbindungsstelle 24 abzweigt und in der nachfolgend genannten Reihenfolge den zweiten
Umgebungsluftkühler 2b, das zweite Stellorgan 12, den Chiller 6, die zweite Kühlmittelpumpe 9, den Energiespeicher 7 und das Rückschlagventil 10 durchströmt, um an der Verbindungsstelle 17 zurück in den
Nebenkühlkreislauf zu strömen. Zwischen der Verbindungsstelle 17 und der Verbindungsstelle 24 überlappen sich der Hauptkühlkreislauf und der
Nebenkühlkreislauf.
Damit im zweiten Betrieb dieser Nebenkühlkreislauf und dieser
Hauptkühlkreislauf ausgebildet wird, ist der erste Eingang 15 des zweiten Stellorgans 12 geöffnet und der zweite Eingang 16 gesperrt, sodass das zweite Stellorgan 12 vom ersten Eingang 15 zum Ausgang 18
durchgeschaltet ist. Ferner ist das erste Stellorgan 1 1 so geschaltet, dass der zweite Eingang 19 gesperrt und der erste Eingang 13 geöffnet ist, sodass das erste Stellorgan 1 1 vom ersten Eingang 13 zum Ausgang 14
durchschaltet. In diesem zweiten Betrieb sind die Umgebungsluftkühler 2a und 2b, der Chiller 6 und der Energiespeicher 7 seriell angeordnet. Die
Umgebungsluftkühler 2a, 2b sorgen somit im Hauptkühlkreislauf für ein möglichst niedriges Temperaturniveau, welches dann durch den Chiller 6, dem durch den Kältekreislauf 8 zusätzlich Kälte zugeführt wird, weiter abgesenkt wird. Dieser zweite Betrieb ist dann sinnvoll, wenn die
Kühlmitteltemperatur am Temperaturmesspunkt S2 größer als die
Kühlmitteltemperatur am Temperaturmesspunkt S1 ist und wenn keine Wärmepumpenanwendung genutzt werden soll. Ist der Chiller 6 aktiv, sorgt dieser für eine zusätzliche Unterkühlung des Kühlmittels, welches vom zweiten Umgebungsluftkühler 2b kommt. Dadurch ist eine besonders leistungsstarke und energieffiziente Kühlung des Energiespeichers 7 möglich. In diesem zweiten Betrieb ist auch möglich, dass je nach
Kühlleistungsbedarf zur Energieeffizienzsteigerung der Chiller 6 zwar durchströmt wird, aber auf der Kältemittelseite abgesperrt ist.
Figur 4 stellt einen dritten Betrieb dar. In dem dritten Betrieb wird ein
Hauptkühlkreislauf ausgebildet, in dem, in der nachfolgend genannten Reihenfolge, vom Kühlmittel der erste Umgebungsluftkühler 2a, die erste Kühlmittelpumpe 4, die Wärmequelle 5, das zweite Stellorgan 12, der Chiller 6 und das erste Stellorgan 1 1 durchströmt wird, um vom ersten Stellorgan 1 1 zurück zum ersten Umgebungsluftkühler 2a geführt zu werden.
Um diesen Hauptkühlkreislauf auszubilden ist das zweite Stellorgan 12 so geschaltet, dass der erste Eingang 15 gesperrt und der zweite Eingang 16 geöffnet ist, sodass das zweite Stellorgan 12 vom zweiten Eingang 16 zum Ausgang 18 durchgeschaltet ist. Das erste Stellorgan 1 1 ist so geschaltet, dass der zweite Eingang 19 geöffnet und der erste Eingang 13 gesperrt ist, sodass das erste Stellorgan 1 1 vom zweiten Eingang 19 zum Ausgang 14 durchschaltet. In diesem dritten Betrieb sind der erste Umgebungsluftkühler 2a, die Wärmequelle 5 und der Chiller 6 in Serie geschaltet. Die Kühlmittelpumpe 9 ist nicht aktiv, sodass keine Durchströmung des Energiespeichers 7 erfolgt. Bei diesem dritten Betrieb wird Wärme bzw. Abwärme der Wärmequelle 5 zum Chiller 6 transportiert und kann für eine Wärmepumpenanwendung verwendet werden, d.h. über den Chiller 6 kann die Wärme bzw. Abwärme der Wärmequelle 5 in den Kältekreislauf 8 eingetragen und somit über den Kältekreislauf 8 für Heizzwecke verwendet werden. Dieser dritte Betrieb ist dann sinnvoll, wenn keine Kühlanforderung für den Energiespeicher 7 vorliegt und die Wärme der Wärmequelle 5 oder die Umgebungswärme (welche über den Umgebungsluftkühler aufgenommen wird, wie bereits eingangs beschrieben) für eine Wärmepumpenanwendung genutzt werden soll. Während die Erfindung detailliert in den Zeichnungen und der
vorangehenden Beschreibung veranschaulicht und beschrieben wurde, ist diese Veranschaulichung und Beschreibung als veranschaulichend oder beispielhaft und nicht als beschränkend zu verstehen und es ist nicht beabsichtigt die Erfindung auf das offenbarte Ausführungsbeispiel zu beschränken. Die bloße Tatsache, dass bestimmte Merkmale in
verschiedenen abhängigen Ansprüchen genannt sind, soll nicht andeuten, dass eine Kombination dieser Merkmale nicht auch vorteilhaft genutzt werden könnte.

Claims

Ansprüche
1. Kühlsystem (1 ) für ein Kraftfahrzeug, mit
einem elektrischen Energiespeicher (7) zum Antrieb des
Kraftfahrzeugs;
einem Chiller (6), der von einem Kältekreislauf (8) und fluidisch davon getrennt von einem Hauptkühlkreislauf durchströmbar ist, um Wärmeenergie zwischen dem Kältekreislauf (8) und dem Hauptkühlkreislauf zu übertragen; einem oder mehreren Stellorganen (1 1 , 12);
zumindest einer Wärmequelle (5), und
einem oder mehreren Umgebungsluftkühlern (2a, 2b), wobei in einem ersten Betrieb die Stellorgane (1 1 , 12) den
Hauptkühlkreislauf so ausbilden, dass von diesem der Chiller (6), der Energiespeicher (7) und keiner der Umgebungsluftkühler (2a, 2b)
durchströmbar ist;
in einem zweiten Betrieb die Stellorgane (1 1 , 12) den
Hauptkühlkreislauf so ausbilden, dass von diesem der Chiller (6), der Energiespeicher (7) und zumindest einer der Umgebungsluftkühler (2a, 2b) durchströmbar ist, und
in einem dritten Betrieb die Stellorgane (1 1 , 12) den
Hauptkühlkreislauf so ausbilden, dass von diesem der Chiller (6), zumindest einer der Umgebungsluftkühler (2a, 2b) und die Wärmequelle (5)
durchströmbar ist.
2. Kühlsystem (1 ) gemäß Anspruch 1 , wobei in dem dritten Betrieb der
Chiller (6) stromabwärts der Wärmequelle (5) und stromaufwärts des zumindest einen Umgebungsluftkühlers (2a, 2b) angeordnet ist.
3. Kühlsystem (1 ) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein erstes Stellorgan (1 1 ) ein Drei-Wege-Ventil ist, von dem ein erster
Eingang (13) mit einem Ausgang der Wärmequelle, ein zweiter Eingang (19) zumindest mit einem Ausgang des Chillers (6) und ein Ausgang (14) mit einem Eingang zumindest eines der Umgebungsluftkühler (2a) verbindbar ist.
4. Kühlsystem (1 ) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein zweites Stellorgan (12) ein Drei-Wege-Ventil ist, von dem ein erster
Eingang (15) mit einem Ausgang zumindest eines der Umgebungsluftkühler (2b), ein zweiter Eingang (16) zumindest mit einem Ausgang der
Wärmequelle (5) und ein Ausgang mit einem Eingang des Chillers (6) verbindbar ist.
5. Kühlsystem (1 ) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in dem ersten Betrieb und/oder in dem zweiten Betrieb die Stellorgane (11 , 12) zusätzlich einen Nebenkühlkreislauf ausbilden, von dem die
Wärmequelle (5) und zumindest einer der Umgebungsluftkühler (2a) durchströmbar ist.
6. Kühlsystem (1 ) gemäß Anspruch 5, wobei in dem ersten Betrieb ein Austausch von Kühlmittel zwischen dem Hauptkühlkreislauf und dem
Nebenkühlkreislauf im Wesentlichen unterbunden wird.
7. Kühlsystem (1 ) gemäß Anspruch 5 oder 6, wobei in dem zweiten Betrieb der Hauptkühlkreislauf stromabwärts des Energiespeichers (7) in den Nebenkühlkreislauf mündet, so dass sich der Hauptkühlkreislauf und der Nebenkühlkreislauf abschnittsweise überlappen.
8. Kühlsystem (1 ) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei stromabwärts des Energiespeichers (7) ein Rückschlagventil (10)
vorgesehen ist.
9. Kühlsystem (1 ) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wärmequelle (5) zumindest ein Element aus der Gruppe ist, welche Folgendes umfasst: eine Elektronikkomponente, insbesondere eine Leistungselektronikkomponente, eine Elektromaschine, insbesondere ein Elektromotor und/oder ein Generator, einen Verbrennungsmotor, zumindest ein Nebenaggregat des Verbrennungsmotors, einen Kühlmittel-Luft- Wärmetauscher einer Heckentlüftung und einen elektrischen Heizer.
10. Kraftfahrzeug mit einem Kühlsystem (1 ) gemäß einem der
vorhergehenden Ansprüche.
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