WO2021048109A1 - Kühlvorrichtung für ein kraftfahrzeug - Google Patents

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WO2021048109A1
WO2021048109A1 PCT/EP2020/075048 EP2020075048W WO2021048109A1 WO 2021048109 A1 WO2021048109 A1 WO 2021048109A1 EP 2020075048 W EP2020075048 W EP 2020075048W WO 2021048109 A1 WO2021048109 A1 WO 2021048109A1
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WO
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air duct
heat exchanger
cooling
cooling device
vehicle
Prior art date
Application number
PCT/EP2020/075048
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English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Börnchen
Willi Parsch
Reinhard Gantke
Norbert STULGIES
Guido Koch
Original Assignee
Brose Fahrzeugteile SE & Co. Kommanditgesellschaft, Würzburg
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
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    • B60K11/00—Arrangement in connection with cooling of propulsion units
    • B60K11/02—Arrangement in connection with cooling of propulsion units with liquid cooling
    • B60K11/04—Arrangement or mounting of radiators, radiator shutters, or radiator blinds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
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    • B60K11/08—Air inlets for cooling; Shutters or blinds therefor
    • B60K11/085—Air inlets for cooling; Shutters or blinds therefor with adjustable shutters or blinds
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P5/00—Pumping cooling-air or liquid coolants
    • F01P5/02—Pumping cooling-air; Arrangements of cooling-air pumps, e.g. fans or blowers
    • F01P5/06—Guiding or ducting air to, or from, ducted fans
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
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    • B60K2001/003—Arrangement or mounting of electrical propulsion units with means for cooling the electrical propulsion units
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/80—Technologies aiming to reduce greenhouse gasses emissions common to all road transportation technologies
    • Y02T10/88—Optimized components or subsystems, e.g. lighting, actively controlled glasses

Definitions

  • the invention relates to a cooling device for a motor vehicle, in particular for an electrically driven or drivable motor vehicle.
  • An electrically powered or drivable motor vehicle is understood here to mean in particular an electric vehicle with an electric motor (battery vehicle) fed by a rechargeable battery, or a hybrid vehicle with an electric motor and an internal combustion engine.
  • the cooling device of an internal combustion engine in particular a motor vehicle, mainly dissipates that heat which is given off to the combustion chamber or cylinder walls. Since temperatures that are too high would damage the engine, the combustion engine must be cooled.
  • Modern internal combustion engines, especially four-stroke engines in motor vehicles, are, with few exceptions, liquid-cooled, with a mixture of water and anti-freeze and anti-corrosion agents generally used as the coolant to maintain the operating temperature of the internal combustion engine and also to operate an air conditioning system comes.
  • the coolant which is routed in pipes that are incorporated into the cooler network or cooler package of a cooler, must in turn be cooled, for which purpose cooling air passes over cooling fins that exchange heat with the coolant. Since in particular at low speeds of the motor vehicle the airflow serving as cooling air is normally not sufficient for cooling, it is z. B. from DE 10 2013 006 499 U1, on which the cooling fins comprehensive radiator to arrange an Axi all owneder within a radiator frame.
  • the axial fan which is preferably driven by an electric motor, generates an additional air flow, with the radiator frame having a number of ram pressure flap openings, which with Back pressure flaps are lockable. When the ram pressure flaps are open and the vehicle speeds are comparatively high, a reduced cooling surface coverage and a large free flow area and thus an increased cooling capacity are made possible due to the low blockage.
  • the axial fan is typically arranged behind the radiator network or cooling package of the radiator (heat exchanger) in the direction of travel. With the help of a fan wheel of the fan, the air is sucked through the radiator network and directed onto the internal combustion engine. If, in addition to the cooler network, there is also a condenser network of a condenser of an air conditioning system, the condenser network is usually arranged in front of the cooler network in the direction of the airflow (air flow direction).
  • Electrically or electromotive driven or drivable motor vehicles such as for example electric or hybrid vehicles, usually comprise an electric motor as an electric drive system with which one or both of the vehicle axles can be driven.
  • the electric motor is typically coupled to an in-vehicle (high-voltage) battery as an electrical energy store.
  • a battery is to be understood here and in the following in particular as a rechargeable, electrochemical secondary battery, for example an accumulator.
  • the battery is usually charged when the vehicle is stationary so that there is no airflow for cooling.
  • it is therefore possible, for example, to generate a cooling air flow through a heat exchanger using an axial fan.
  • an axial fan causes a comparatively high noise level.
  • the invention is based on the object of specifying a particularly suitable cooling device for a motor vehicle.
  • the cooling device according to the invention is intended for a motor vehicle and is suitable and set up for it.
  • the cooling device has an outside air duct for temperature control of the vehicle.
  • the outside air duct leads outside or ambient air to the motor vehicle in a construction space, in particular in a front-soaped engine compartment.
  • the motor vehicle is in particular an electrically powered or drivable motor vehicle, for example an electric or hybrid vehicle.
  • the motor vehicle has an electric motor fed by a rechargeable battery, which is also referred to below as a cooling module Cooling device is provided in particular for cooling the battery and / or the electric motor.
  • the outside air duct has at least one inlet on the front of the vehicle and at least one outlet oriented transversely to this, as well as a first air duct formed in between.
  • a first heat exchanger and a radial fan assigned to it are arranged in the first air duct.
  • a particularly suitable cooling device is thereby implemented.
  • a radial fan or a radial fan is to be understood here and below as a cooling fan which sucks in cooling air axially and - after it has been deflected (90 ° deflection) - delivers it radially. This means that the radial fan delivers (blows out) in a radial direction. Axi all departer is the name given to those radiator fans that draw in the cooling air axially and deliver it axially.
  • Axial means a direction parallel (coaxial) to the axis of rotation (axial direction) of the fan or a fan wheel
  • “Radial” means a lowering direction. understood right (transversely) to the axis of rotation (radial direction) of the fan.
  • the fan axis of rotation in turn runs in the longitudinal direction of the guide channel, ie approximately parallel to the direction of travel of the motor vehicle.
  • the inlet and outlet of the first air duct are preferably as far apart from one another as possible, so that recirculation, that is to say re-sucking in heated air, is largely avoided. This ensures a high degree of efficiency of the cooling device.
  • the outlet is oriented, for example, to a windshield or a wheel arch of the motor vehicle.
  • the cooling device has a particularly high potential for the integration of a larger heat exchanger network due to a set-back position in the area of the rising “engine hood”. Furthermore, new design freedom for the front section as well as better use of the package, attention point, possibly higher installation space requirements, are made possible. In particular, this enables considerable design potential for “fresh vehicle faces”, ie new vehicle fronts.
  • the outside air duct has at least three controllable blinds.
  • the outside air duct is suitable and set up to implement a concentrated, preferably completely defined air duct from an inlet to an outlet.
  • the outside air duct has three actively controllable openings, which enable the cooling air to be routed from inlet to outlet depending on the load case. This improves the energy efficiency of the motor vehicle.
  • a drive power averaged over the driving cycle is reduced by continuously minimizing the driving resistance.
  • the proportion of air flowing around the vehicle is maximized and only the air volume flow, which is absolutely necessary for cooling in a driving situation, into the subsystem outside air leadership poured in.
  • a higher cooling capacity is achieved in comparison to an axial fan due to a higher degree of utilization of the cooler package and due to complete (more) flow formation in the fan.
  • the outside air duct has a second air duct with a second heat exchanger with an axial fan assigned to it.
  • the heat exchangers are designed separately or separately from one another.
  • the radial fan is preferably designed for a higher air output with the same loudness compared to the axial fan.
  • the heat exchangers are each designed, for example, as a coolant network or cooling package through which coolant flows, that is to say as a cooler.
  • the heat exchangers are connected, for example, to a common coolant circuit of the cooling device. This means that the heat exchangers are arranged in particular spatially separated from one another, but can be coupled to one another in terms of coolant technology.
  • the heat exchangers are arranged on the front of the vehicle behind Erlvess sen, in particular next to one another. In relation to the direction of travel of the motor vehicle (X), which means in relation to its main direction of movement, the heat exchangers have a front side and a rear side.
  • the front side of the first heat exchanger faces, for example, a radiator grille on the front of the vehicle, the rear side of the heat exchanger facing the respective air duct and thus the respective cooling fan.
  • the radiator fans are arranged in a lower area of the motor vehicle, that is to say close to the ground, which results in a further reduction in the development of noise during operation.
  • the second air duct is arranged parallel to the first air duct.
  • the cooling device has two parallel air ducts, each of which is supported by a heat exchanger. shear are led to a radiator fan. This means that an air flow is guided or can be guided by means of the air duct between the heat exchangers and the respective cooling fans.
  • the cooling fans are arranged in terms of flow technology or flow dynamics behind the respective heat exchanger.
  • the respective cooler fan is arranged in the air flow direction of the cooling air behind the respective cooler or heat exchanger.
  • the respective outlets of the air guide channels are arranged or oriented diametrically, that is to say opposite one another.
  • blowing directions of the two cooling fans are preferably oriented diametrically to one another. This reduces recirculation between the air ducts of the outside air duct.
  • the outlet of the first air duct is oriented towards a vehicle windshield and the outlet of the second air duct is oriented towards the underside of the vehicle. This ensures the smallest possible recirculation of heated exhaust air.
  • An additional or further aspect of the invention provides that the axial fan and the second heat exchanger have a larger cross section than the radial fan and the first heat exchanger.
  • the heat exchangers therefore preferably have different cross-sections.
  • the (second) heat exchanger with the larger cross section is guided to the radiator fan designed as an axial fan or axial fan, the (first) heat exchanger with the smaller cross section being guided to the radiator fan designed as a radial fan or radial fan.
  • the second air duct with the axial fan and the (second) heat exchanger with the comparatively large cross section has a small pressure loss and is mainly used for cooling when driving using the airflow.
  • the first air duct with the radial fan and the (first) heat exchanger with the comparatively small cross section has a Relatively high pressure loss (based on the second air duct) and is preferably used to cool the motor vehicle during an (ultra) fast charging process.
  • at least one actively controllable opening or flap or louvre and / or further air ducts is provided for each air duct.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a cooling device of a motor vehicle, with a double-flow outside air duct
  • Fig. 2 is a perspective view of the outside air duct
  • Fig. 4 is a plan view of the outside air duct in a second embodiment
  • Fig. 5 is a schematic plan view of the outside air duct with a Strö flow profile of an outside air
  • Fig. 6 in a schematic front view of the outside air duct with the
  • Fig. 1 shows a schematic and simplified representation of adevorrich device 2 of a motor vehicle 4 (Fig. 3a to 3c).
  • the motor vehicle 4 is in particular an electrically driven or drivable motor vehicle, for example an electric or flybridge vehicle, and has an electromotive traction drive 6 and a (high-voltage) battery 8.
  • the cooling device 2 is here for vehicle temperature control, that is to say for temperature control of at least one passenger compartment or vehicle interior 10 of the motor vehicle 4.
  • the cooling device 2 has an outside air duct 12 and a circulatory system 14 coupled to it.
  • the circulatory system 14 comprises a primary circuit 16 and a secondary circuit system 18 coupled therewith.
  • the primary circuit 16 is designed as a refrigerant circuit for a refrigerant, in particular for a natural refrigerant such as propane.
  • the primary circuit 16 has an electronic expansion valve 20 and an electric refrigerant compressor 22 as well as two heat exchangers 24, 26.
  • the refrigerant compressor 22 is designed, for example, as a scroll compressor, and preferably has a cooling jacket 28 which is coupled to the secondary circuit system 18.
  • the particularly gaseous refrigerant is compressed (compressed) by the refrigerant compressor 22, the following (high-temperature) heat exchanger 24 acting as a condenser or liquefier while releasing heat from the refrigerant.
  • the refrigerant which is particularly liquid, is then expanded via the expansion valve 20 due to the change in pressure.
  • the downstream (low-temperature) heat exchanger 26 which acts as a chiller or evaporator, the refrigerant evaporates while absorbing heat at a low temperature.
  • the heat exchangers 24, 26 form the interfaces with the secondary circuit system 16 designed as a coolant circuit.
  • the coolant of the secondary circuit system 16 is, for example, water and / or glycol.
  • the coolant lines of the heat exchanger 24 are routed to two heat exchangers 30, 32 of the external air duct 12, which are designed as external heat exchangers. From the heat exchange Shear 30,32 the coolant is led to an electronic flow control mixing valve 34.
  • the secondary circuit system 18 has two coolant circuits 18a, 18b, a high or medium temperature circuit 18a coupled to the heat exchanger 24 and a low temperature circuit 18b coupled to the heat exchanger 26.
  • the secondary circuit system 18 accordingly has two feed lines 36, 38 and two return lines 40, 42.
  • the flow 36 is a high or medium temperature flow, the return 40 being the associated high or medium temperature return of the coolant circuit 18a.
  • the flow 38 is correspondingly a low-temperature flow, the return 42 forming the associated low-temperature return of the coolant circuit 18b.
  • Two coolant pumps 44, 46 are provided for this purpose.
  • the coolant pump 44 is designed as an electric high- or medium-temperature coolant pump, which conveys the coolant from the return 40 to the heat exchanger 24.
  • the coolant pump 46 is designed accordingly as an electrical low-temperature coolant pump which conveys the coolant from the return 42 in the direction of the heat exchanger 26.
  • the units or components of the motor vehicle 4 to be temperature controlled are connected to the secondary circuit system 18 or to the supply and return lines 36, 38, 40, 42.
  • a coolant heat accumulator 48 as a thermal battery
  • a cooling heat exchanger 50 and a heating heat exchanger 52 and a surface temperature control element 54 for temperature control of the vehicle interior 10 are connected to the coolant circuit in this embodiment.
  • the traction drive 6 has, for example, an electrical braking resistor, an inverter and a charging device.
  • the coolant heat me acknowledged 48, the battery 8 and the surface temperature control element 54 and the vehicle interior 10 preferably each have a high-quality thermal insulation.
  • the heat exchangers 50, 52 are preferably part of an air conditioning device (not designated in more detail) of the motor vehicle 4 and are coupled to a heating or air conditioning fan 56.
  • switching valves 58 are provided to couple the components 6, 8, 48, 50, 54 to the supply and return lines 36, 38, 40, 42 of the secondary circuit system 18.
  • switching valves 58 in particular special electric double 3/2-way switching valves, are provided.
  • the heating heat exchanger 52 is coupled directly to the flow and return lines 36, 40.
  • An electronic flow control valve 60 is provided between the components 6, 48, 50, 54 and the switching valve outlets led to the return lines 40, 42, and at the outlet of the Schuungsfeldtäu shear 52.
  • the switchover valves 58 and the flow control valves 60 are provided with reference symbols in the figures merely by way of example.
  • the coolant lines of the battery 8 are coupled to the cooling jacket 28 of the refrigerant compressor 22 via an electronic flow regulating valve 62.
  • An electric coolant mixing pump 64 is arranged between the coolant lines leading to the heat exchanger 26, by means of which the coolant can be conveyed in particular to the battery 8 in order to improve the cooling performance, for example in a charging or quick charging mode.
  • An electronic flow control valve 66 is provided between the flow 36 and the return 40.
  • the supply and discharge coolant lines of the heat exchanger 24 are coupled or can be coupled by means of a controllable bypass line 67 which is arranged between the flow control mixing valve 34 and the outlet of the coolant pump 44.
  • the outside air duct 12 has two parallel air ducts 68, 70, each of which is led from an inlet 68a, 70a to an outlet 68b, 70b.
  • the inlets 68a, 70a can each be released if necessary by means of an actively controllable louvre 72.
  • the heat exchanger 32 and an axial fan 74 arranged behind it are arranged in the air duct 68.
  • the air duct 70 has the heat exchanger 30 and a radial fan 76 arranged behind it.
  • the outside air duct 12 is arranged in an installation space 78 on the front of the vehicle, in particular in the region of the Mo door hood.
  • the secondary circuit system 18 is designed, for example, as a compact secondary circuit module, the compact module and the coolant heat storage device 48 preferably being space-compatible with the space 78.
  • the outside air duct 12 forms two parallel, fully defined air ducts 68, 70 with inlets 68a, 70a in the front end and widely spaced outlets 68b, 70b on the underside of the vehicle and in front of the windshield with diametrical discharge directions 80, 82 for the smallest possible recirculation of heated exhaust air.
  • the air duct 68 has the axial fan 74 and the heat exchanger 74, the heat exchanger 74 having a relatively large cross-section and small pressure loss, and is provided primarily for cooling when driving using the airflow.
  • the airflow is used to cool the traction drive 6 with the axial fan 74.
  • a comparatively large, flat heat exchanger network with low pressure loss is provided.
  • the axial fan 74 suitably has a relatively large volume flow and a small pressure difference.
  • the air duct 70 has the radial fan 76 and the heat exchanger 30, the heat exchanger 30 having a relatively small cross-section and relatively higher pressure loss, and is primarily intended for cooling the stationary vehicle during ultra / fast charging of the battery 8. For this purpose, a comparatively small, deeper heat exchanger network with a higher pressure loss is provided.
  • the radial fan 76 suitably has a large volume flow and a greater pressure difference.
  • the radial fan 76 is preferably designed for a higher air output with the same loudness in relation to the axial fan 74.
  • the outside air duct 12 ' which is particularly single-channel or single-flow in this embodiment, has a fully defined air duct as an air duct 84 between three inlets 86a, 86b, 86c and an outlet 88, the outside air duct 12' preferably having four actively controllable openings or louvers 90a, 90b, 90c, 90d, air ducts, and one or more heat exchangers 92, 94, 96 integrated as a package, which are optionally oriented at an angle in the installation space 74.
  • the air duct 84 has a radial fan 76, the conduction of the cooling air from the inlets 86a, 86b, 86c to the outlet 88, ie the position of the blinds 90a, 90b, 90c, 90d being set as a function of the load.
  • the directions of flow or discharge of the cooling air or outside air are shown schematically in FIGS. 5 and 6 by means of arrows.
  • the inlet 86a is arranged at the front in the area of a radiator grille and can be closed and opened as required by means of the louvre 90a.
  • the inlet 86b is oriented towards the windshield or (vehicle) front window) and can be closed by means of the blind 90b.
  • the inlet 86c is oriented towards a wheel arch and can be closed with the louvre 90c, the outlet 88 opening into the opposite wheel arch.
  • a diffuser 98 is provided for discharging the cooling air.
  • the blind 90d is arranged in front of the heat exchangers 92, 94, 96, that is to say between the inlets 86a, 86b, 86c and the heat exchangers 92, 94, 96.
  • the heat exchanger 92 is designed as a refrigerant cooler, the heat exchanger 94 being designed as a low-temperature coolant cooler and the heat exchanger 96 as a high-temperature heat cooler.
  • the louvre 90c of the inlet 86c is open, the louvre 90b of the inlet 86b is closed, the louvre 90d in front of the heat exchangers 92, 94, 96 and the blind 90a the inlet 86a are open, wherein the radial fan 76 is in active operation.
  • the blinds 90c and 90b are closed, the blinds 90a and 90d are open, and the radial fan 76 is in passive operation.
  • the motor vehicle 4 When the battery 8 is being charged, the motor vehicle 4 is at a standstill so that there is no head wind.
  • the blinds 90a are closed and the remaining blinds 90b, 90c, 90d are opened, and the radial fan 76 is put into active operation.
  • the drive power averaged over the driving cycle is reduced by the outside air duct 12 'by continuously minimizing the driving resistance.
  • the proportion of air flowing around the vehicle is maximized and only the air volume flow, which is absolutely necessary for cooling in a driving situation, flows into the outside air ducting subsystem 12 '.
  • a higher cooling output is achieved in comparison to an axial fan, in that an improved degree of utilization of the cooler package 92, 94, 96 is realized through complete (re) flow formation in the radial fan 76.
  • the hot air recirculation is further reduced or prevented, so that the power requirement required for the air volume flow decreases.
  • the outside air duct 12 has a high potential for integrating a larger heat exchanger network 92, 94, 96 through a set back position in the area of the rising “engine hood”. This also creates new design freedom for the front section, including better use of the package.
  • the invention is not restricted to the exemplary embodiments described above. Rather, other variants of the invention can be derived therefrom by the person skilled in the art without leaving the subject matter of the invention. In particular, all of the individual features described in connection with the exemplary embodiments can also be combined with one another in other ways without departing from the subject matter of the invention.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung (2) für ein Kraftfahrzeug (4), aufweisend eine Außenluftführung (12, 12') mit mindestens einem fahrzeugfrontseitigen Einlass (70a, 86a) und mit mindestens einem hierzu quer orientierten Auslass (70b, 88) sowie mit einem dazwischen gebildeten ersten Luftführungskanal (70, 84) mit einem ersten Wärmetauscher (30, 92, 94, 96) und mit einem diesem zugeordneten Radiallüfter (76).

Description

Beschreibung
Kühlvorrichtung für ein Kraftfahrzeug
Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für ein elektrisch angetriebenes oder antreibbares Kraftfahrzeug. Unter einem elektrisch angetriebenen oder antreibbaren Kraftfahrzeug wird hierbei insbesonde re ein Elektrofahrzeug mit einem von einer aufladbaren Batterie gespeisten Elekt romotor (Batteriefahrzeug), oder ein Hybridfahrzeug mit einem Elektromotor und mit einem Verbrennungsmotor verstanden.
Die Kühlvorrichtung eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines Kraftfahr zeugs, führt hauptsächlich diejenige Wärme ab, welche an die Brennraum - oder Zylinderwände abgegeben wird. Da zu hohe Temperaturen den Motor beschädi gen würden, muss der Verbrennungsmotor gekühlt werden. Moderne Verbren nungsmotoren, insbesondere Viertaktmotoren in Kraftfahrzeugen, werden, allen falls mit wenigen Ausnahmen, flüssigkeitsgekühlt, wobei als Kühlmittel zum Halten der Betriebstemperatur des Verbrennungsmotors und auch für den Betrieb einer Klimaanlage in der Regel ein Gemisch aus Wasser sowie Frost- und Korrosions schutzmittel zum Einsatz kommt.
Das in Rohren, die in das Kühlernetz oder Kühlerpaket eines Kühlers eingearbeitet sind, geleitete Kühlmittel muss wiederum gekühlt werden, wozu Kühlluft über Kühl rippen streicht, die im Wärmeaustausch zu dem Kühlmittel stehen. Da insbeson dere bei geringen Geschwindigkeiten des Kraftfahrzeugs der als Kühlluft dienende Fahrtwind zur Kühlung normalerweise nicht ausreicht, ist es z. B. aus der DE 10 2013 006 499 U1 bekannt, an dem die Kühlrippen umfassenden Kühler einen Axi allüfter innerhalb einer Kühlerzarge anzuordnen. Der vorzugsweise elektromoto risch angetriebene Axiallüfter erzeugt einen zusätzlichen Luftstrom, wobei die Kühlerzarge eine Anzahl an Staudruckklappenöffnungen aufweist, welche mit Staudruckklappen verschließbar sind. Bei geöffneten Staudruckklappen und ver gleichsweise hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten ist aufgrund geringer Verblo ckung eine verringerte Kühlflächenabdeckung sowie eine große frei durchströmba- re Fläche und somit eine erhöhte Kühlleistung ermöglicht.
Der Axiallüfter ist in Fahrtrichtung typischerweise hinter dem Kühlernetz oder Kühlpaket des Kühlers (Wärmetauscher) angeordnet. Mit Hilfe eines Lüfterrads des Lüfters wird die Luft durch das Kühlernetz hindurch gesaugt und auf den Ver brennungsmotor gelenkt. Falls zusätzlich zum Kühlernetz noch ein Kondensator- netz eines Verflüssigers einer Klimaanlage vorhanden ist, so wird üblicherweise das Kondensatornetz in Fahrtwindrichtung (Luftström richtung) vor dem Kühlernetz angeordnet.
Elektrisch beziehungsweise elektromotorisch angetriebene oder antreibbare Kraft- fahrzeuge, wie beispielsweise Elektro- oder Hybridfahrzeuge, umfassen üblicher weise einen Elektromotor als elektrisches Antriebssystem, mit dem eine oder bei de Fahrzeugachsen antreibbar sind. Zum Zwecke einer Versorgung mit elektri scher Energie ist der Elektromotor typischerweise mit einer fahrzeuginternen (Hochvolt-)Batterie als elektrischen Energiespeicher gekoppelt. Unter einer Batte- rie ist hier und im Folgenden insbesondere eine wiederaufladbare, elektro chemische Sekundärbatterie, beispielsweise ein Akkumulator, zu verstehen.
Derartige Elektromotoren als elektrische Antriebsmaschinen erzeugen im Betrieb eine vergleichsweise geringe Abwärme, wodurch im Vergleich zu Verbrennungs- motoren lediglich eine geringe Kühlleistung der Kühlvorrichtung benötigt wird. Bei elektrisch angetriebenen oder antreibbaren Kraftfahrzeugen tritt jedoch das zu sätzliche Problem auf, dass die Batterie bei einer hohen Batterietemperatur, bei spielsweise höher als 45 °C, beginnt zu degenerieren. Dies bedeutet, dass bei derartig erhöhten Temperaturen elektrochemische Reaktionen innerhalb der Bat- terie auftreten, welche die Batterie beschädigen oder vollständig zerstören.
Zur Verbesserung der Elektromobilität sind bei Elektro- oder Hybridfahrzeugen häufig sogenannte Schnellladebetriebe gewünscht, bei welchem die fahrzeugin- terne Batterie innerhalb einer möglichst kurzen Zeitdauer aufgeladen wird. Im Zu ge einer solchen Schnellladung treten vergleichsweise hohe Stromstärken auf, welche in der Folge während des Ladeprozesses eine Erhöhung der Batterietem peratur bewirken.
Die Ladung der Batterie erfolgt in der Regel bei einem Fahrzeugstillstand, so dass kein Fahrtwind zur Kühlung vorhanden ist. Um die Kühlleistung im (Schnell- )Ladebetrieb der Batterie zu verbessern, ist es daher beispielsweise möglich, mit tels eines Axiallüfters einen kühlenden Luftstrom durch einen Wärmetauscher zu erzeugen. Nachteiligerweise wird durch einen solchen Axiallüfter jedoch eine ver gleichsweise hohe Geräuschbelastung bewirkt.
Des Weiteren weisen gewöhnlichen Kühlvorrichtungen im Ladebetrieb aufgrund des fehlenden Fahrwindes eine vergleichsweise geringe Kühlleistung auf, wodurch es somit häufig notwendig ist, nach einer gewissen Ladezeit die Stromstärke des Ladestroms zu reduzieren, um Überhitzungen und Degradierungen der Batterie zu vermeiden. Dadurch werden Ladezeiten des Kraftfahrzeugs nachteilig erhöht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine besonders geeignete eine Kühlvor- richtung für ein Kraftfahrzeug anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteran sprüche.
Die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung ist für ein Kraftfahrzeug vorgesehen, sowie dafür geeignet und eingerichtet. Die Kühlvorrichtung weist eine Außenluftführung zur Fahrzeugtemperierung auf. Die Außenluftführung führt eine Außen- oder Um gebungsluft des Kraftfahrzeugs in einem Bauraum, insbesondere in einem front- seifigen Motorraum. Das Kraftfahrzeug ist insbesondere ein elektrisch angetriebe nes oder antreibbares Kraftfahrzeug, beispielsweise ein Elektro- oder Hybridfahr zeug. Das Kraftfahrzeug weist hierbei einen von einer aufladbaren Batterie ge speisten Elektromotor auf, wobei die nachfolgend auch als Kühlmodul bezeichnete Kühlvorrichtung insbesondere auch zur Kühlung der Batterie und/oder des Elekt romotors vorgesehen ist.
Die Konjunktion „und/oder“ ist hier und im Folgenden derart zu verstehen, dass die mittels dieser Konjunktion verknüpften Merkmale sowohl gemeinsam als auch als Alternativen zueinander ausgebildet sein können.
Die Außenluftführung weist mindestens einen fahrzeugfrontseitigen Einlass und mindestens einen hierzu quer orientierten Auslass sowie einen dazwischen gebil- deten ersten Luftführungskanal auf. In dem ersten Luftführungskanal sind ein ers ter Wärmetauscher sowie ein diesem zugeordneter Radiallüfter angeordnet. Dadurch ist eine besonders geeignete Kühlvorrichtung realisiert.
Unter einem Radiallüfter oder einem Radialgebläse ist hier und im Folgenden ein Kühlerlüfter zu verstehen, welcher Kühlluft axial ansaugt und - nach erfolgter Um lenkung (90°-Umlenkung) - radial ausfördert. Dies bedeutet, dass der Radiallüfter in radialer Richtung nach außen fördert (ausbläst). Entsprechend bezeichnen Axi allüfter solche Kühlerlüfter, welche die Kühlluft axial ansaugen und axial ausför dern.
Rad iallüfter weisen im Gegensatz zu Axiallüftern eine geringere Geräuschentwick lung auf. Insbesondere erzielen Radiallüfter bei gleicher Luftleistung deutlich ge ringere Schalldruckpegel. Dadurch ist eine geräuschreduzierte Kühlvor-richtung realisiert. Bei einem stehenden Kraftfahrzeug mit hohem Wärmeabführungsbedarf, beispielsweise während eines Schnellladevorgangs einer Batterie, weist die Au ßenluftführung luftleistungsgleich signifikant weniger Luftschall auf, als ein konven tionelles Kühlerlüftermodul mit Axiallüfter, z. B. 10 dB(A) weniger im Vergleich zu 70...80 dB(A). Somit ist bei einem Ladebetrieb der Batterie die Geräuschentwick lung der Kühlvorrichtung (des Kühlmoduls) möglichst gering, also möglichst ge- räuscharm (leise).
Unter „axial“ wird hierbei eine Richtung parallel (koaxial) zur Drehachse (Axial richtung) des Lüfters oder eines Lüfterrads und unter „radial“ eine Richtung senk- recht (quer) zur Drehachse (Radialrichtung) des Lüfters verstanden. Die Lüfter drehachse verläuft wiederum in Längsrichtung zum Führungskanal, also etwa pa rallel zur Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs. Durch eine verbesserte räumliche Trennung von Ein- und Auslassbereichen wird weiterhin die (Warmluft-)Rezirkulation vermindert oder verhindert, so dass der für den Luftvolumenstrom erforderliche Leistungsbedarf sinkt. Der Einlass und Aus lass des ersten Luftführungskanals sind vorzugsweise möglichst weit voneinander beabstandet, so dass eine Rezirkulation, also ein Wiederansaugen einer erwärm- ten Luft, weitestgehend vermieden wird. Dadurch wird ein hoher Wirkungsgrad der Kühlvorrichtung gewährleistet. Der Auslass ist beispielsweise zu einer Frontschei be oder einem Radkasten des Kraftfahrzeugs orientiert.
Des Weiteren weist die Kühlvorrichtung ein besonders hohes Potential zur Integra tion eines größeren Wärmetauschernetzes durch eine zurückversetzte Position im Bereich der ansteigenden „Motorhaube“ auf. Weiterhin werden neue Gestaltungs freiheiten für die Frontpartie sowie eine bessere Packagenutzung, Achtungspunkt u. U. höherer Bauraumbedarf ermöglicht. Insbesondere wird somit ein erhebliches Designpotential für „frische Fahrzeuggesichter“, also neue Fahrzeugfronten, er- mög licht.
In einer vorteilhaften Ausführung weist die Außenluftführung mindestens drei steuerbare Jalousien auf. Dadurch ist die Außenluftführung dazu geeignet und eingerichtet eine konzentrierte, vorzugsweise vollständig definierte Luftführung von einem Einlass bis zu einem Auslass zu realisieren.
Durch die Jalousien weist die Außenluftführung drei aktiv steuerbare Öffnungen auf, welche eine lastfallabhängige Leitung der Kühlluft von Ein- zu Auslass ermög lichen. Dadurch wird die Energieeffizienz des Kraftfahrzeugs verbessert. Insbe- sondere wird eine über den Fahrzyklus gemittelte Antriebsleistung reduziert, in dem der Fahrwiderstand kontinuierlich minimiert wird. Hierzu wird der Anteil an fahrzeugumströmender Luft maximiert und lediglich der in einer Fahrsituation zur Entwärmung zwingend erforderliche Luftvolumenstrom ins Subsystem Außenluft- führung eingeströmt. Bei einer gegebenen Luftleistung wird somit im Vergleich zu einem Axiallüfter durch einen höheren Nutzungsgrad des Kühlerpakets und durch vollständige(re) Strömungsausbildung im Lüfter eine höhere Entwärmungsleistung erzielt.
In einer bevorzugten Weiterbildung weist die Außenluftführung einen zweiten Luft führungskanal mit einem zweiten Wärmetauscher mit einem diesem zugeordneten Axiallüfter auf. Die Wärmetauscher sind hierbei separat oder getrennt voneinander ausgeführt. Der Radiallüfter ist bei gleicher Lautheit im Vergleich zu dem Axiallüf- ter vorzugsweise für eine höhere Luftleistung ausgelegt.
Die Wärmetauscher sind beispielsweise jeweils als ein von Kühlmittel durchflos senes Kühlernetz oder Kühlpaket, also als Kühler, ausgeführt. Die Wärmetauscher sind beispielsweise an einen gemeinsamen Kühlmittelkreislauf der Kühlvorrichtung angeschlossen. Dies bedeutet, dass die Wärmetauscher insbesondere räumlich voneinander getrennt angeordnet sind, jedoch kühlmitteltechnisch miteinander gekoppelt sein können. Die Wärmetauscher sind fahrzeugfrontseitig hinter Erläs sen insbesondere nebeneinander angeordnet. Die Wärmetauscher weisen bezogen auf die Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs (X), dies bedeutet bezogen auf dessen Hauptbewegungsrichtung, eine Vorderseite und eine Rückseite auf. Die Vorderseite des ersten Wärmetauschers ist hierbei beispielsweise einem fahrzeugfrontseitigen Kühlergrill zugewandt, wobei die Rückseite der Wärmetauscher dem jeweiligen Luftführungskanal, und somit dem jeweiligen Kühlerlüfter zugewandt ist.
In einer geeigneten Einbausituation sind die Kühlerlüfter in einem unteren Bereich des Kraftfahrzeugs, also nahe dem Untergrund, angeordnet, wodurch im Betrieb eine weitere Reduzierung der Geräuschentwicklung bewirkt ist.
In einer geeigneten Ausgestaltung ist der zweite Luftführungskanal parallel zum ersten Luftführungskanal angeordnet. Mit anderen Worten weist die Kühlvorrich tung zwei parallele Luftführungskanäle auf, welche jeweils von einem Wärmetau- scher zu einem Kühlerlüfter geführt sind. Dies bedeutet, dass ein Luftstrom mittels des Luftführungskanals zwischen den Wärmetauschern und den jeweiligen Küh lerlüftern geführt oder führbar ist.
Die Kühlerlüfter sind strömungstechnisch oder strömungsdynamisch hinter dem jeweiligen Wärmetauscher angeordnet. Mit anderen Worten ist der jeweilige Küh lerlüfter in Luftströmungsrichtung der Kühlluft hinter dem jeweiligen Kühler bzw. Wärmetauscher angeordnet.
In einer zweckmäßigen Ausführung sind die jeweiligen Auslässe der Luftführungs kanäle diametral, also gegenüberliegend zueinander angeordnet oder orientiert.
Mit anderen Worten sind die Ausblasrichtungen der beiden Kühlerlüfter vorzugs weise diametral zueinander orientiert. Dadurch wird eine Rezirkulation zwischen den Luftführungskanälen der Außenluftführung reduziert. Insbesondere sind der Auslass des ersten Luftführungskanals zu einer Fahrzeugfrontscheibe und der Auslass des zweiten Luftführungskanals zu einer Fahrzeugunterseite hin orientiert. Dadurch wird eine kleinstmögliche Rezirkulation von erwärmter Abluft sicherge stellt.
Ein zusätzlicher oder weiterer Aspekt der Erfindung sieht vor, dass der Axiallüfter und der zweite Wärmetauscher einen größeren Querschnitt als das Radiallüfter und der erste Wärmetauscher aufweisen. Die Wärmetauscher weisen also vor zugsweise unterschiedliche Querschnitte auf. Der (zweite) Wärmetauscher mit dem größeren Querschnitt ist hierbei an den als Axiallüfter oder Axialgebläse aus gebildeten Kühlerlüfter geführt, wobei der (erste) Wärmetauscher mit dem kleine ren Querschnitt an den als Radiallüfter oder Radialgebläse ausgebildeten Kühler lüfter geführt ist.
Der zweite Luftführungskanal mit dem Axiallüfter und dem (zweiten) Wärmtau scher mit dem vergleichsweise großen Querschnitt weist hierbei einen kleinen Druckverlust auf, und wird vorwiegend zur Kühlung beim Fahren unter Ausnutzung des Fahrtwinds genutzt. Der erste Luftführungskanal mit dem Radiallüfter und dem (ersten) Wärmetauscher mit dem vergleichsweise kleinen Querschnitt weist einen relativ (bezogen auf den zweiten Luftführungskanal) hohen Druckverlust auf, und wird vorzugsweise zur Kühlung des Kraftfahrzeugs während eines (Ultra- )Schnellladevorgangs genutzt. Vorzugsweise ist je Luftführungskanal mindestens eine aktiv steuerbare Öffnung oder Klappe beziehungsweise Jalousie und/oder weitere Luftleitkanäle vorgese hen.
Dadurch ist eine besonders geeignete Kühlvorrichtung für ein elektrisch oder elektromotorisch angetriebenes oder antreibbares Kraftfahrzeug realisiert. Insbe sondere sind durch die unterschiedliche Luftführungen unterschiedliche Strö mungspfade für einen geführten Luftstrom realisierbar, so dass je nach Betriebs situation des Kraftfahrzeugs eine optimale Kühlung ermöglicht ist. Die Erfindung ist nachfolgend anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zei gen:
Fig. 1 in schematischer Darstellung eine Kühlvorrichtung eines Kraftfahr zeugs, mit einer zweiflutigen Außenluftführung, Fig. 2 in perspektivischer Darstellung die Außenluftführung,
Fig. 3a bis 3c in unterschiedlichen Perspektiven die Anordnung der Kühlvorrich tung in einem Kraftfahrzeug,
Fig. 4 in Draufsicht die Außenluftführung in einer zweiten Ausführungs form, Fig. 5 in schematischer Draufsicht die Außenluftführung mit einem Strö mungsverlauf einer Außenluft, und
Fig. 6 in schematischer Frontansicht die Außenluftführung mit dem
Strömungsverlauf der Außenluft. Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren stets mit den glei chen Bezugszeichen versehen. Die Fig. 1 zeigt in schematischer und vereinfachter Darstellung eine Kühlvorrich tung 2 eines Kraftfahrzeugs 4 (Fig. 3a bis 3c). Das Kraftfahrzeug 4 ist insbesonde re ein elektrisch angetriebenes oder antreibbares Kraftfahrzeug, beispielsweise ein Elektro- oder Flybridfahrzeug, und weist einen elektromotorischen Traktionsan- trieb 6 sowie eine (Hochvolt-)Batterie 8 auf. Die Kühlvorrichtung 2 ist hierbei zur Fahrzeugtemperierung, also zur Temperierung zumindest eines Fahrgastraums oder Fahrzeuginnenraums 10 des Kraftfahrzeugs 4.
Die Kühlvorrichtung 2 weist eine Außenluftführung 12 sowie ein damit gekoppeltes Kreislaufsystem 14 auf. Das Kreislaufsystem 14 umfasst einen Primärkreislauf 16 und ein damit gekoppeltes Sekundärkreislaufsystem 18 auf.
Der Primärkreislauf 16 ist als ein Kältemittelkreislauf für ein Kältemittel, insbeson dere für ein natürliches Kältemittel, wie beispielsweise Propan, ausgeführt. Hierzu weist der Primärkreislauf 16 ein elektronisches Expansionsventil 20 und einen elektrischen Kältemittelverdichter 22 sowie zwei Wärmetauscher 24, 26 auf. Der Kältemittelverdichter 22 ist beispielsweise als ein Scrollverdichter ausgeführt, und weist vorzugsweise einen Kühlmantel 28 auf, welcher mit dem Sekundärkreis laufsystem 18 gekoppelt ist.
Das insbesondere gasförmige Kältemittel wird durch den Kältemittelverdichter 22 verdichtet (komprimiert), wobei der folgende (Hochtemperatur-)Wärmetauscher 24 unter Wärmeabgabe des Kältemittels als Kondensator oder Verflüssiger wirkt. An schließend wird das insbesondere flüssige Kältemittel aufgrund der Druckände- rung über das Expansionsventil 20 entspannt. Im nachgeschalteten (Niedertempe- ratur-)Wärmetauscher 26, welcher als Chiller oder Verdampfer wirkt, verdampft das Kältemittel unter Wärmeaufnahme bei niedriger Temperatur.
Die Wärmetauscher 24, 26 bilden die Schnittstellen mit dem als Kühlmittelkreislauf ausgebildeten Sekundärkreislaufsystem 16. Das Kühlmittel des Sekundärkreis laufsystems 16 ist beispielsweise Wasser und/oder Glykol. Die Kühlmittelleitungen des Wärmetauschers 24 sind an zwei als Außenwärmeübertrager ausgebildete Wärmetauscher 30, 32 der Außenluftführung 12 geführt. Von den Wärmetau- schern 30,32 ist das Kühlmittel zu einem elektronischen Durchflussregelmischven til 34 geführt.
Das Sekundärkreislaufsystem 18 weist zwei Kühlmittelkreisläufe 18a, 18b, einen mit dem Wärmetauscher 24 gekoppelten Hoch- oder Mitteltemperaturkreislauf 18a und einen mit dem Wärmetauscher 26 gekoppelten Niedertemperaturkreislauf 18b auf. Entsprechend weist das Sekundärkreislaufsystem 18 zwei Vorläufe 36, 38 und zwei Rückläufe 40, 42 auf. Der Vorlauf 36 ist ein Hoch- oder Mitteltemperatur- Vorlauf, wobei der Rücklauf 40 der zugeordnete Hoch- oder Mitteltemperatur- Rücklauf des Kühlmittelkreislaufes 18a ist. Der Vorlauf 38 ist entsprechend ein Niedertemperatur-Vorlauf, wobei der Rücklauf 42 den zugeordnete Niedertempe ratur-Rücklauf des Kühlmittelkreislaufs 18b bildet. Hierzu sind zwei Kühlmittel pumpen 44, 46 vorgesehen. Die Kühlmittelpumpe 44 ist als elektrische Hoch- oder Mitteltemperatur-Kühlmittelpumpe ausgeführt, welche das Kühlmittel vom Rücklauf 40 zu dem Wärmetauscher 24 fördert. Die Kühlmittelpumpe 46 ist entsprechend als eine elektrische Niedertemperatur-Kühlmittelpumpe ausgeführt, welche das Kühlmittel aus dem Rücklauf 42 in Richtung des Wärmetauschers 26 fördert.
An dem Sekundärkreislaufsystem 18, beziehungsweise an die Vor- und Rückläufe 36, 38, 40, 42 sind die zu temperierenden Aggregate oder Komponenten des Kraftfahrzeugs 4 angeschlossen. Zusätzlich zu dem Traktionsantrieb 6 und der Batterie 8 sind in diesem Ausführungsbeispiel ein Kühlmittelwärmespeicher 48 als thermische Batterie, ein Kühlungswärmeüberträger 50 und ein Heizungswärme überträger 52 sowie ein Flächentemperierelement 54 zur Temperierung des Fahr zeuginnenraums 10 an den Kühlmittelkreislauf angeschlossen.
Der Traktionsantrieb 6 weist beispielsweise einen elektrischen Bremswiderstand, einen Inverter (Wechselrichter) und eine Ladeeinrichtung auf. Der Kühlmittelwär mespeicher 48, die Batterie 8 sowie das Flächentemperierelement 54 sowie der Fahrzeuginnenraum 10 weisen hierbei vorzugsweise jeweils eine wärmetechni sche Isolation hoher Güte auf. Die Wärmeübertrager 50, 52 sind vorzugsweise Teil eines nicht näher bezeichneten Klimageräts des Kraftfahrzeugs 4, und sind mit einem Heiz- oder Klimagebläse 56 gekoppelt. Zur Kopplung der Komponenten 6, 8, 48, 50, 54 an die Vor- und Rückläufe 36, 38, 40, 42 des Sekundärkreislaufsystems 18 sind jeweils Umschaltventile 58, insbe sondere elektrische Doppel-3-/2-Wege-Umschaltventile, vorgesehen. Der Hei- zungswärmetauscher 52 ist direkt mit dem Vor- und Rücklauf 36, 40 gekoppelt. Zwischen den Komponenten 6, 48, 50, 54 und den an die Rückläufe 40, 42 ge führten Umschaltventilauslässen, sowie am Auslass des Heizungswärmetäu schers 52 ist jeweils ein elektronisches Durchflussregelventil 60 vorgesehen. Die Umschaltventile 58 und die Durchflussregelventile 60 sind in den Figuren lediglich beispielhaft mit Bezugszeichen versehen.
Die Kühlmittelleitungen der Batterie 8 sind über ein elektronisches Durchflussre gelmischventil 62 mit dem Kühlmantel 28 des Kältemittelverdichters 22 gekoppelt. Zwischen den zu dem Wärmetauscher 26 geführten Kühlmittelleitungen ist eine elektrische Kühlmittelmischpumpe 64 angeordnet, mittels welcher das Kühlmittel insbesondere zur Batterie 8 gefördert werden kann, um die Kühlleistung, bei spielsweise in einem Lade- oder Schnellladebetrieb, zu verbessern. Bei aktiver Kühlmittelmischpumpe 64 ergibt sich somit insbesondere ein Teilkreislauf für die Batterietemperierung. Zwischen dem Vorlauf 36 und dem Rücklauf 40 ist ein elekt- ronisches Durchflussregelventil 66 vorgesehen.
Die zu- und abführenden Kühlmittelleitungen des Wärmetauschers 24 sind mittels einer steuerbaren Bypass-Leitung 67 gekoppelt oder koppelbar, welche zwischen dem Durchflussregelmischventil 34 und dem Auslass der Kühlmittelpumpe 44 an- geordnet ist.
Die Außenluftführung 12 weist zwei parallele Luftführungskanäle 68, 70 auf, wel che jeweils von einem Einlass 68a, 70a, zu einem Auslass 68b, 70b geführt sind die Einlässe 68a, 70a sind jeweils mittels einer aktiv steuerbaren Jalousie 72 be- darfsweise freigebbar. In dem Luftführungskanal 68 ist der Wärmetauscher 32 und ein dahinter angeordneter Axiallüfter 74 angeordnet. Der Luftführungskanal 70 weist den Wärmetauscher 30 sowie einen dahinter angeordneten Radiallüfter 76 auf. Wie insbesondere in den Fig. 2 und 3a bis 3c ersichtlich ist die Außenluftführung 12 in einem fahrzeugfrontseitigen Bauraum 78 insbesondere im Bereich der Mo torhaube angeordnet. Das Sekundärkreislaufsystem 18 ist hierbei beispielsweise als Sekundärkreis-Kompaktmodul ausgebildet, wobei das Kompaktmodul und der Kühlmittelwärmespeicher 48 vorzugsweise bauraumkompatibel mit dem Bauraum 78 sind. Durch die Außenluftführung 12 sind zwei parallele, vollständig definierte Luftführungen 68, 70 mit Einlässen 68a, 70a im Frontend und weit beabstandeten Auslässen 68b, 70b an der Fahrzeugunterseite und vor der Windschutzscheibe mit diametralen Ausblasrichtungen 80, 82 für eine kleinstmögliche Rezirkulation von erwärmter Abluft gebildet.
Der Luftführungskanal 68 weist den Axiallüfter 74 und den Wärmetauscher 74 auf, wobei der Wärmetaucher 74 einen relativ großen Querschnitt und kleinen Druck- Verlust aufweist, und vorwiegend zur Kühlung beim Fahren unter Ausnutzung des Fahrtwindes vorgesehen ist. Insbesondere wird der Fahrtwind hierbei zur Kühlung des Traktionsantriebs 6 mit dem Axiallüfter 74 genutzt. Hierzu ist ein vergleichs weise großes, flaches Wärmetauschernetz mit niedrigem Druckverlust vorgese hen. Der Axiallüfter 74 weist geeigneterweise einen relativ großen Volumenstrom und eine kleine Druckdifferenz auf.
Der Luftführungskanal 70 weist den Radiallüfter 76 und den Wärmetauscher 30 auf, wobei der Wärmetauscher 30 einen relativ kleinen Querschnitt und relativ hö heren Druckverlust aufweist, und vorwiegend zur Kühlung des stehenden Fahr- zeugs bei einem Ultra-/Schnelladen der Batterie 8 vorgesehen ist. Hierzu ist ein vergleichsweise kleines, tieferes Wärmetauschernetz mit höherem Druckverlust vorgesehen. Der Radiallüfter 76 weist geeigneterweise einen großen Volumen strom und eine größere Druckdifferenz auf. Der Radiallüfter 76 ist vorzugsweise für eine höhere Luftleistung bei gleicher Lautheit in Relation zum Axiallüfter 74 ausgelegt.
Durch die zweikanalige oder zweiflutige Außenluftführung 12 ist eine räumliche Trennung von erwärmter Kühlluft und der Frischluftzufuhr für den Fahrzeuginnen- raum 10 realisiert. Weiterhin wird eine zusätzlichen Aufheizung des Fahrzeugin nenraums 10 bei hoher Umgebungstemperatur durch Warmluftansaugung ver mieden. Nachfolgend ist anhand der Figuren 4 bis 6 ein zweites Ausführungsbeispiel der Außenluftführung 12' näher erläutert. Die in dieser Ausführung insbesondere ein- kanalige oder einflutige Außenluftführung 12' weist eine vollständig definierte Luft führung als Luftführkanal 84 zwischen drei Einlässen 86a, 86b, 86c und einem Auslass 88 auf, wobei die Außenluftführung 12' vorzugsweise vier aktiv steuerbare Öffnungen oder Jalousien 90a, 90b, 90c, 90d, Luftleitkanäle, sowie einen oder mehrere als Paket integrierte Wärmetauscher 92, 94, 96, die gegebenenfalls schräg im Bauraum 74 orientiert sind. Der Luftführkanal 84 weist einen Radiallüfter 76 auf, wobei die Leitung der Kühlluft von den Einlässen 86a, 86b, 86c zu dem Auslass 88, also die Stellung der Jalousien 90a, 90b, 90c, 90d lastabhängig ein- gestellt wird. Die Strömungs- oder Ausblasrichtungen der Kühlluft oder Außenluft sind in den Figuren 5 und 6 mittels Pfeilen schematisch dargestellt.
Der Einlass 86a ist frontseitig im Bereich eines Kühlergrills angeordnet, und mittels der Jalousie 90a bedarfsweise schließ- und öffenbar. Der Einlass 86b ist zur Windschutzscheibe oder (Fahrzeug-)Frontscheibe) orientiert, und mittels der Ja lousie 90b verschließbar. Der Einlass 86c ist zu einem Radkasten orientiert und mit der Jalousie 90c verschließbar, wobei der Auslass 88 in den gegenüberliegen den Radkasten mündet. Hierzu ist ein Diffusor 98 zur Ableitung der Kühlluft vorge sehen. Die Jalousie 90d ist vor den Wärmetauschen 92, 94, 96, also zwischen den Einlässen 86a, 86b, 86c und den Wärmetauschern 92, 94, 96 angeordnet. Der Wärmetauscher 92 ist als ein Kältemittelkühler ausgeführt, wobei der Wärmetau scher 94 als ein Niedertemperatur-Kühlmittelkühler und der Wärmetauscher 96 als ein Hochtemperatur-Wärmekühler ausgebildet sind. Bei niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten unter 100 km/h (Stundenkilometer), bei welchen kein ausreichender Fahrtwind zur Kühlung bereitsteht, ist die Jalousie 90c des Einlasses 86c geöffnet, die Jalousie 90b des Einlasses 86b geschlossen, die Jalousie 90d vor den Wärmetauschern 92, 94, 96 und die Jalousie 90a vor dem Einlass 86a sind geöffnet, wobei der Radiallüfter 76 in einem aktiven Betrieb ist.
Bei hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten von 100 km/h oder mehr, bei welchen ein ausreichender Fahrtwind zur Kühlung bereitsteht, sind die Jalousien 90c und 90b geschlossen, die Jalousien 90a und 90d geöffnet, und der Radiallüfter 76 ist in einem passiven Betrieb.
Bei einem Ladevorgang der Batterie 8 steht das Kraftfahrzeug 4 still, so dass kein Fahrtwind vorliegt. Hierbei werden die Jalousien 90a geschlossen und die übrigen Jalousien 90b, 90c, 90d geöffnet, und der Radiallüfter 76 in einen aktiven Betrieb versetzt.
Durch die Außenluftführung 12' wird die über den Fahrzyklus gemittelte Antriebs- leistung reduziert, indem der Fahrwiderstand kontinuierlich minimiert wird. Dazu wird der Anteil an fahrzeugumströmender Luft maximiert und lediglich der in einer Fahrsituation zur Entwärmung zwingend erforderliche Luftvolumenstrom ins Sub system Außenluftführung 12' eingeströmt. Bei einer gegebenen Luftleistung wird im Vergleich zu einem Axiallüfter eine höhere Entwärmungsleistung erzielt, indem ein verbesserter Nutzungsgrad des Kühlerpakets 92, 94, 96 durch vollständige(re) Strömungsausbildung im Radiallüfter 76 realisiert wird.
Durch eine verbesserte räumliche Trennung von Ein- und Auslassbereichen wird weiterhin die Warmluftrezirkulation vermindert oder verhindert, so dass der für den Luftvolumenstrom erforderliche Leistungsbedarf sinkt.
Insbesondere weist die Außenluftführung 12' ein hohes Potential zur Integration eines größeren Wärmetauschernetzes 92, 94, 96 durch eine zurückversetzte Posi tion im Bereich der ansteigenden „Motorhaube“ auf. Dadurch entstehen auch neue Gestaltungsfreiheiten für die Frontpartie inklusive einer besseren Packagenut zung. Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu ver lassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit den Ausführungsbei- spielen beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kom binierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste
2 Kühlvorrichtung
4 Kraftfahrzeug
Traktionsantrieb
8 Batterie 10 Fahrzeuginnenraum
12, 12' Außenluftführung 14 Kreislaufsystem 16 Primärkreislauf 18 Sekundärkreislaufsystem
18a, 18b Kühlmittelkreislauf 20 Expansionsventil 22 Kältemittelverdichter 24, 26 Wärmetauscher
28 Kühlmantel
30, 32 Wärmetauscher 34 Durchflussregelmischventil
36, 38 Vorlauf 40, 42 Rücklauf 44, 46 Kühlmittelpumpe 48 Kühlmittelwärmespeicher 50 Kühlungswärmeübertrager 52 Heizungswärmeübertrager 54 Flächentemperierelement
56 Klimagebläse 58 Umschaltventil 60 Durchflussregelventil 62 Durchflussregelmischventil 64 Kühlmittelmischpumpe 66 Durchflussregelventil
67 Bypass-Leitung
68 Luftführungskanal a Einlass b Auslass
Luftführungskanala Einlass b Auslass
Jalousie
Axial lüfter
Radiallüfter
Bauraum , 82 Ausblasrichtung
Luftführkanala, 86b, 86c Einlass
Auslass a, 90b, 90c, 90d Jalousie , 94, 96 Wärmetauscher
Diffusor

Claims

Ansprüche
1. Kühlvorrichtung (2) für ein Kraftfahrzeug (4), aufweisend eine Außenluftfüh rung (12, 12‘) mit mindestens einem fahrzeugfrontseitigen Einlass (70a, 86a) und mit mindestens einem hierzu quer orientierten Auslass (70b, 88) sowie mit einem dazwischen gebildeten ersten Luftführungskanal (70, 84) mit ei nem ersten Wärmetauscher (30, 92, 94, 96) und mit einem diesem zugeord neten Radiallüfter (76).
2. Kühlvorrichtung (2) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Außenluftführung (12‘) mindestens drei steuerbare Jalousien (90a, 90b, 90c, 90d) aufweist.
3. Kühlvorrichtung (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenluftführung (12) einen zweiten Luftführungskanal (68) mit ei nem zweiten Wärmetauscher (32) mit einem diesem zugeordneten Axiallüfter (74) aufweist.
4. Kühlvorrichtung (2) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Luftführungskanal (68) parallel zum ersten Luftführungskanal (70) angeordnet ist.
5. Kühlvorrichtung (2) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslass (70b) des ersten Luftführungskanals (70) und ein Auslass (68b) des zweiten Luftführungskanals (68) diametral zueinander orientiert sind.
6. Kühlvorrichtung (2) nach Anspruch 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslass (70b) des ersten Luftführungskanals (70) zu einer Fahr zeugfrontscheibe des Kraftfahrzeugs (4) orientiert ist, und dass der Auslass (68b) des zweiten Luftführungskanals (68) zu einer Fahrzeugunterseite orien tiert ist.
7. Kühlvorrichtung (2) nach Anspruch 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Axiallüfter (74) und der zweite Wärmetauscher (32) einen größeren Querschnitt als der Radiallüfter (76) und der erste Wärmetauscher (30) auf weisen.
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