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Die Erfindung betrifft ein Kühlsystem mit zwei Kühlern, womit ein Kraftfahrzeug, beispielsweise ein Elektrofahrzeug, ausgestattet ist, von dem einerseits die elektrischen Batterien und andererseits die Komponenten der Leistungselektronik gekühlt werden.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug, das mit wenigstens zwei Kühlern ausgestattet ist, die an zwei verschiedene thermodynamische Kreisläufe zu deren Kühlung angeschlossen sind, wobei diese beiden Kühler typischerweise im vorderen Bereich des Fahrzeugs angebracht sind, um von dem Luftstrom durchströmt zu werden, in dem sich das Fahrzeug bewegt.
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Bei den derzeitigen Architekturen sind die verschiedenen Kühler, mit denen ein Fahrzeug ausgestattet ist, entweder nebeneinander oder hintereinander in dem Bereich des Kühlergrills des Fahrzeugs angeordnet. In der Praxis werden diese Kühler jedoch immer schwieriger zu integrieren, da deren Anzahl und deren Abmessungen steigen, wohingegen der im vorderen Bereich des Fahrzeugs verfügbare Raum sich nicht ändert.
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Die in der Verminderung ihrer Abmessung bestehende Lösung stellt insofern einen Nachteil dar, dass sie zu einer Beeinträchtigung der Kühleffizienz führt, worunter die Lebensdauer der gekühlten Komponenten leidet.
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Die gattungsgemäße
FR 2 969 050 A1 offenbart ein Kühlsystem für ein Elektrofahrzeug das zur Regulierung der Temperatur einer Fahrzeugbatterie sowie verschiedener elektrischer Komponenten wie einem Batterieladegerät, einem Wechselrichter und einem Elektromotor geeignet ist.
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Die
DE 10 2013 009 749 A1 beschreibt eine Vorrichtung zum Kühlen beziehungsweise Temperieren einer Traktions-Stromquelle und von Elektronik-Komponenten eines mit elektrischem Strom antreibbaren Fahrzeugs.
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AUFGABE DER ERFINDUNG
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Die Erfindung zielt darauf ab, eine Lösung vorzuschlagen, um diesem Nachteil Abhilfe zu schaffen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Dazu ist Gegenstand der Erfindung ein Kühlsystem für Kraftfahrzeuge, umfassend mindestens zwei Kühler, die dazu bestimmt sind, in den vorderen Bereich des Fahrzeugs angebracht zu werden, um das Wärmeträgermedium eines ersten Kreislaufs, wie etwa eines Kühlkreislaufs elektrischer Batterien, und das Wärmeträgermedium eines zweiten Kreislaufs, wie etwa eines Kühlkreislaufs von Komponenten der Leistungselektronik, zu kühlen, wobei das Kühlsystem steuerbare Ausgabemittel nach Art von Ventilen oder dergleichen aufweist, zum selektiven
- - Verbinden des ersten Kreislaufs mit dem ersten Kühler und des zweiten Kreislaufs mit dem zweiten Kühler;
- - Trennen des ersten Kreislaufs vom ersten Kühler und Verbinden des zweiten Kreislaufs mit dem ersten und dem zweiten Kühler bzw. Trennen des zweiten Kreislaufs vom zweiten Kühler und Verbinden des ersten Kreislaufs mit dem ersten und dem zweiten Kühler;
wobei die steuerbaren Ausgabemittel dazu vorgesehen sind, den zweiten Kreislauf mit dem ersten und dem zweiten Kühler parallel zu verbinden.
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Mit dieser Lösung ist es möglich, die Abmessungen der Kühler zu vermindern, ohne dabei die Kühlung eines der beiden Kreisläufe zu beeinträchtigen, da bei Bedarf die beiden Kühler gemeinsam genutzt werden können, um einen der Kreisläufe zu kühlen, wenn die Verwendung zumindest eines dieser Kühler nicht zum Kühlen des anderen Kreislaufs erforderlich ist, wodurch es möglich ist, eine bedeutende Kühlleistung für den über die beiden Kühler gekühlten Kreislauf bereitzustellen.
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Die Erfindung betrifft auch ein so definiertes System, bei dem die Ausgabemittel ein erstes Dreiwegeventil enthalten, wodurch der Durchtritt der Wärmeträgerflüssigkeit vom ersten Kreislauf durch den ersten Kühler gesteuert werden und der erste Kreislauf von diesem ersten Kühler getrennt werden kann, wobei dieses erste Dreiwegeventil einen mit einem Einlass des ersten Kühlers verbundenen ersten Weg, einen zweiten Weg, der mit einem Auslass des ersten Kühlers verbunden ist und ferner mit einem Einlass des ersten Kreislaufs verbunden werden soll, und einen dritten Weg aufweist, der mit einem Auslass des ersten Kreislaufs verbunden werden soll.
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Die Erfindung betrifft auch ein so definiertes System, bei dem die Ausgabemittel ein zweites Dreiwegeventil aufweisen, das zwischen das erste Dreiwegeventil und den Auslass des ersten Kühlers zwischengeschaltet ist, um einen ersten Weg bereitzustellen, der mit dem Auslass des ersten Kühlers verbunden ist, sowie einen zweiten Weg, der mit dem zweiten Weg des ersten Dreiwegeventils verbunden ist und dabei ferner mit einem Einlass des ersten Kreislaufs verbunden werden soll, wobei dieses zweite Ventil einen dritten Weg aufweist, der mit einem Auslass des zweiten Kühlers verbunden ist und dabei mit einem Einlass des zweiten Kreislaufs verbunden werden soll, sowie ein klappen- bzw. ventilartiges Teil, das mit dem Auslass des ersten Kühlers und mit dem Auslass des zweiten Kühlers verbunden ist und dabei mit dem Einlass des zweiten Kreislaufs verbunden werden soll, wobei dieses Teil es gestattet, den Durchtritt von Medium vom Einlass des ersten Kreislaufs zum Einlass des zweiten Kreislaufs zu unterbinden.
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Die Erfindung betrifft auch ein so definiertes System, bei dem die Ausgabemittel ein weiteres erstes Dreiwegeventil enthalten, wodurch der Durchtritt der Wärmeträgerflüssigkeit vom zweiten Kreislauf durch den zweiten Kühler hindurch gesteuert werden kann und der zweite Kreislauf von diesem zweiten Kühler getrennt werden kann, wobei dieses weitere erste Dreiwegeventil einen mit einem Einlass des zweiten Kühlers verbundenen ersten Weg, einen zweiten Weg, der mit einem Auslass des zweiten Kühlers verbunden ist und ferner mit einem Einlass des zweiten Kreislaufs verbunden werden soll, und einen dritten Weg aufweist, der mit einem Auslass des zweiten Kreislaufs verbunden werden soll.
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Die Erfindung betrifft auch ein so definiertes System, bei dem die Ausgabemittel ein weiteres zweites Dreiwegeventil aufweisen, das zwischen das weitere erste Dreiwegeventil und den Auslass des zweiten Kühlers zwischengeschaltet ist, um einen ersten Weg bereitzustellen, der mit dem Auslass des zweiten Kühlers verbunden ist, sowie einen zweiten Weg, der mit dem zweiten Weg des weiteren ersten Dreiwegeventils verbunden ist und dabei ferner mit einem Einlass des zweiten Kreislaufs verbunden werden soll, wobei dieses weitere zweite Ventil einen dritten Weg aufweist, der mit einem Auslass des ersten Kühlers verbunden ist und dabei mit einem Einlass des ersten Kreislaufs verbunden werden soll, sowie ein klappen- bzw. ventilartiges Teil, das mit dem Auslass des zweiten Kühlers und mit dem Auslass des ersten Kühlers verbunden ist und dabei mit dem Einlass des ersten Kreislaufs verbunden werden soll, wobei dieses Teil es gestattet, den Durchtritt von Medium vom Einlass des zweiten Kreislaufs zum Einlass des ersten Kreislaufs zu unterbinden.
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Nach einer Ausführungsvariante der Erfindung ist das erste Dreiwegeventil progressiv ausgeführt und gestattet, die Menge an Wärmeträgermedium des ersten Kreislaufs durch den ersten Kühler hindurch zu regulieren.
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Nach einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung ist das weitere erste Dreiwegeventil progressiv ausgeführt und gestattet, die Menge an Wärmeträgermedium des zweiten Kreislaufs durch den zweiten Kühler hindurch zu regulieren.
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Nach einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung ist das erste Dreiwegeventil nicht progressiv ausgeführt und ist vorzugsweise dazu geeignet, eine vollständig geöffnete Stellung und eine vollständig geschlossene Stellung einzunehmen.
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Nach einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung ist das weitere erste Dreiwegeventil nicht progressiv ausgeführt und ist vorzugsweise dazu geeignet, eine vollständig geöffnete Stellung und eine vollständig geschlossene Stellung einzunehmen.
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Figurenliste
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- 1 zeigt schematisch das erfindungsgemäße System in einer Ausgestaltung, wo der erste und der zweite Kühler das Medium des ersten Kreislaufs bzw. das Medium des zweiten Kreislaufs kühlen;
- 2 zeigt schematisch das erfindungsgemäße System in einer Ausgestaltung, wo der erste und der zweite Kühler das Medium des zweiten Kreislaufs gemeinsam kühlen und wo das Medium des ersten Kreislaufs nicht gekühlt wird.
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NÄHERE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die der Erfindung zugrundliegende Idee ist, die Auslastung von zwei Kühlern mit Hilfe eines gesteuerten Ausgabesystems zu optimieren, das so ausgelegt sein kann, dass entweder die beiden Kühler den ersten bzw. den zweiten Kreislauf kühlen oder im Gegensatz dazu die beiden Kühler das Medium eines einzigen dieser beiden Kreisläufe gemeinsam kühlen.
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Die in 1 und 2 dargestellte Anordnung gestattet es, in gesteuerter Weise von der einen zur anderen dieser beiden Auslegungen überzugehen, so dass eine Leiteinheit zum Leiten der Kühlung je nach Situation das System automatisch steuern kann, damit die beiden Kühler entweder beide Kreisläufe oder nur einen kühlen.
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Dieses System enthält einen ersten Kühler R1 und einen zweiten Kühler R2, die hier nebeneinander angeordnet sind, indem sie vorteilhaft im vorderen Bereich des Fahrzeugs so angebracht sind, dass sie von einem Frischluftstrom durchströmt werden. Gegebenenfalls könnten sie auch hintereinander im vorderen Bereich des Fahrzeugs angebracht sein.
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Diese beiden Kühler R1 und R2 sind dazu vorgesehen, das Wärmeträgermedium von zwei verschiedenen Kreisläufen des Fahrzeugs zu kühlen, die mit C1 und C2 bezeichnet sind. Diese beiden Kreisläufe, in welchen ein gleicher Typ von Wärmeträgermedium strömt, sind beispielsweise ein Kreislauf zum Kühlen der elektrischen Batterien des Fahrzeugs bei dem Kreislauf C1 und ein Kreislauf zum Kühlen der Leitungselektronik dieses Fahrzeug bei dem Kreislauf C2, wenn es sich um ein Elektrofahrzeug handelt.
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Das Kühlsystem ist einerseits mit einem Auslass SC1 des Kreislaufs C1 verbunden, der zu kühlendes Medium bereitstellt und der beispielsweise über die elektrischen Batterien erhitzt wurde, und andererseits mit einem Einlass EC1 des Kreislaufs C1, der dazu bestimmt ist, das abgekühlte Wärmeträgermedium aufzunehmen. In analoger Weise ist es mit einem Auslass SC2 des Kreislaufs C2 verbunden, der zu kühlendes Medium bereitstellt, das über Komponenten der Leistungselektronik erhitzt wurde, sowie mit einem Einlass EC2 dieses Kreislaufs C2, der dazu bestimmt ist, das abgekühlte Medium aufzunehmen, um die in Rede stehenden Komponenten der Leistungselektronik zu kühlen.
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Wie in 1 ersichtlich ist, ist insbesondere der Auslass SC1 des Kreislaufs C1 mit einem Einlass ER1 des ersten Kühlers R1 über ein erstes Dreiwegeventil VTP verbunden, das progressiv oder nicht progressiv ausgeführt sein kann.
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Dieses erste Dreiwegeventil VTP umfasst einen ersten Weg vtp1, der mit dem Einlass ER1 des ersten Kühlers R1 verbunden ist, und einen zweiten Weg vtp2, der mit einem Auslass SR1 dieses ersten Kühlers R1 verbunden ist, wobei dieser zweite Weg vtp2 ferner auch mit einem Einlass EC1 des ersten Kreislaufs C1 verbunden ist. Der Auslass SC1 des ersten Kreislaufs ist mit dem dritten Weg vtp3 dieses ersten Ventils VTP verbunden.
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Wenn dieses erste Dreiwegeventil VTP progressiv ausgeführt ist, so wird es über eine Steuereinheit angesteuert, um die Kühlung des ersten Kreislaufs zu regulieren, beispielsweise gemäß einem Temperatur-Sollwert der in den Einlass EC1 eingespritzten gekühlten Flüssigkeit. Das heißt, wenn dieses erste Ventil VTP vollständig geöffnet ist, wie in 1, dann strömt das gesamte, aus dem Auslass SC1 stammende Medium durch den ersten Kühler R1, um darin abgekühlt zu werden, bevor es wieder über den Einlass EC1 eingespritzt wird.
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Wenn jedoch dieses erste Ventil VTP progressiv ausgeführt ist, dann kann dieses Ventil VTP auch teilweise geschlossen werden, damit nur ein Teil des aus dem Auslass SC1 stammenden Mediums dem Kühler R1 zugeleitet wird, wobei der nicht dem Kühler R1 zugeleitete Teil des Mediums dann direkt wieder in den Einlass EC1 des Kreislaufs C1 eingespritzt wird. Im äußersten Falle wird dann, wenn es nicht erforderlich ist, das Medium des Kreislaufs C1 zu kühlen oder wenn die Außentemperatur höher wird als die Solltemperatur der Flüssigkeit, dieses erste Ventil VTP geschlossen, so dass das gesamte aus dem Auslass SC1 stammende Medium direkt wieder in den Einlass EC1 eingespritzt wird, ohne dabei über den Kühler R1 gekühlt zu werden, was der Situation in 2 entspricht.
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Wie in den Figuren ersichtlich ist, ist ein mit VTB bezeichnetes zweites Dreiwegeventil zwischen das erste Ventil VTP und den Auslass SR1 des Kühlers R1 zwischengeschaltet. Dieses zweite Dreiwegeventil VTB umfasst einen ersten Weg vtb1, der mit dem Auslas SR1 des ersten Kühlers R1 verbunden ist, und einen zweiten Weg vtb2, der mit dem zweiten Weg vtp2 des ersten Ventils VTP und auch mit dem Einlass EC1 des ersten Kreislaufs C1 verbunden ist. Der dritte Weg vtb3 dieses zweiten Ventils VTB ist auch mit einem Auslass SR2 des zweiten Kühlers R2 und auch mit dem Einlass EC2 des zweiten Kreislaufs C2 verbunden.
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Ergänzend sind die beiden Einlasse ER1 und ER2 des ersten Kühlers R1 bzw. des zweiten Kühlers R2 über ein gesteuertes Ventil bzw. eine Klappe CL miteinander verbunden, wenn beispielsweise der Druck im Bereich des Einlasses ER1 höher als der im Bereich des Einlasses ER2 ist, wodurch der Durchtritt des Wärmeträgermediums vom ersten Einlass ER1 zum zweiten Einlass ER2 unterbunden wird, jedoch der Durchtritt des Mediums vom Einlass ER2 des zweiten Kühlers zum Einlass ER1 des ersten Kühlers gestattet ist.
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Wie in den Figuren ersichtlich ist, ist ergänzend der Auslass SC2 des zweiten Kreislaufs C2 direkt mit dem Einlass ER2 des zweiten Kühlers R2 und somit ja auch mit der Klappe CL verbunden.
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Wenn das Medium der beiden Kreisläufe C1 und C2 gekühlt werden kann und muss, wird das System so gesteuert, dass einerseits das erste Dreiwegeventil VTP seine Wege vtp1 und vtp3 miteinander in Verbindung setzt und dabei seinen Weg vtp2 schließt und dass sein zweites Dreiwegeventil VTB seine Wege vtb1 und vtb2 miteinander in Verbindung setzt und dabei seinen dritten Weg vtb3 schließt.
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Diese Ausgestaltung, die der aus 1 entspricht, bewirkt, dass das gesamte Wärmeträgermedium des Kreislaufs C1 über den ersten Kühler R1 gekühlt wird und dass das gesamte Wärmeträgermedium des Kreislaufs C2 über den zweiten Kühler R2 gekühlt wird. Mit anderen Worten wird das Wärmeträgermedium, das über den Auslass SC1 des Kreislaufs C1 ankommt, vollständig in den Einlass ER1 des ersten Kühlers R1 eingespritzt, um darin gekühlt zu werden, bevor es vollständig wieder in den Kreislauf C1 über seinen Einlass EC1 eingeführt wird. In analoger Weise wird das aus dem Auslass SC2 des zweiten Kreislaufs C2 stammende Wärmeträgermedium vollständig in den Einlass ER2 des zweiten Kühlers R2 eingespritzt, um darin gekühlt zu werden, bevor es wieder vollständig in den Einlas EC2 dieses zweiten Kreislaufs C2 eingespritzt wird.
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Wenn nur das Medium des zweiten Kreislaufs C2 gekühlt werden muss, jedoch mit einer hohen Kühlleistung, werden die beiden Ventile VTP und VTB des Systems so gesteuert, dass das Medium des zweiten Kreislaufs C2 die beiden Kühler R1 und R2 parallel durchströmt, was der Ausgestaltung in 2 entspricht.
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Das erste Dreiwegeventil VTP wird dann so gesteuert, dass es seine Wege vtp2 und vtp3 miteinander in Verbindung setzt und dabei seinen Weg vtp1 schließt. Das zweite Dreiwegeventil VTB wird so gesteuert, dass es seine Wege vtb1 und vtb3 miteinander in Verbindung setzt und dabei seinen Weg vtb2 schließt.
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Wie in 2 ersichtlich ist, wird dann das gesamte aus dem Auslass SC1 des Kreislaufs C1 stammende Medium vollständig dem Einlass EC1 dieses Kreislaufs zugeleitet, ohne gekühlt zu werden. Parallel dazu wird das aus dem Auslass SC2 des Kreislaufs C2 stammende Medium einerseits in den Einlass ER1 des ersten Kühlers und in den Einlass ER2 des zweiten Kühler eingelassen, so dass es in diesen beiden Kühlern gekühlt wird. Im Bereich der Auslässe SR1 und SR2 dieser beiden Kühler kommt das aus dem Auslass SR1 stammende Medium über den Weg vtb1 des Ventils VTB an, so dass es dem Weg vtb3 dieses gleichen Ventils zugeleitet wird, um wieder in den Einlass EC2 eingespritzt zu werden, und zwar zusammen mit dem Medium, das in dem zweiten Kühler R2 gekühlt wird und vom Auslass SR2 dieses zweiten Kühlers R2 stammt.
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Unter diesen Bedingungen wird das Wärmeträgermedium des zweiten Kreislaufs C2 parallel über die beiden Kühler R1 und R2 gekühlt, wodurch die Wirksamkeit bei der Kühlung dieses Mediums erhöht werden kann.
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Das Rückschlagventil CL, das zwischen die beiden Einlasse ER1 und ER2 zwischengeschaltet ist, kann durch ein Magnetventil ersetzt werden, das dann so gesteuert wird, dass es in der Ausgestaltung in 1 geschlossen ist, wo die Kreisläufe C1 und C2 über die Kühler R1 bzw. R2 gekühlt werden. Dieses Magnetventil wird dann so gesteuert, dass es in der Ausgestaltung in 2 geöffnet ist, wo die Kühler R1 und R2 gemeinsam die Kühlung des Mediums des Kreislaufs C2 gewährleisten.
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In der Praxis wird die Erfindung auf den Fall eines Hybridfahrzeugs oder Elektrofahrzeugs angepasst, das einerseits einen Kühlkreislauf zum Kühlen seiner Batterien aufweist, der nur dann richtig betrieben werden kann, wenn die Außentemperatur niedrig genug ist und/oder der Luftstrom stark genug ist, sowie einen Kühlkreislauf zum Kühlen der Komponenten seiner Leistungselektronik, die in sämtlichen Situationen wirkungsvoll funktionieren müssen.
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Da die normale Betriebstemperatur für die Batterien eines Fahrzeugs relativ niedrig ist, beispielsweise 30°, ist es somit nicht erstrebenswert, in den Kühlkreislauf dieser Batterien ein Medium einzuspritzen, das eine Temperatur von über 30° hat. Diese Maßgabe besteht im Falle der Leistungselektronikkomponenten eines Elektrofahrzeugs nicht, da diese entscheidend höhere Betriebstemperaturen aufweisen und dabei kontinuierlich gekühlt werden müssen.
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Unter diesen Umständen werden dann, wenn der Luftstrom unzureichend wird oder die Außentemperatur zu hoch wird, damit der erste Kühler eine angemessene Kühlung der Batterien sicherstellt, die Ausgabemittel über die Steuerung neu konfiguriert, damit sie nicht mehr die Batterien kühlen, sondern damit die elektronischen Komponenten mittels beider Kühler gekühlt werden, gemäß der Ausgestaltung in 2. Die Batterien können zugleich beispielsweise über einen Plattenwärmetauscher gekühlt werden.
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Mit anderen Worten gestattet die Erfindung, eine wirkungsvolle Kühlung der elektronischen Komponenten zu gewährleisten, wenn diese beispielsweise Temperaturen von über 30 °C ausgesetzt sind, und zwar über die beiden Kühler, indem die Gesamtfläche der Kühler des Fahrzeugs unter allen Umständen optimiert wird. Sie ermöglicht somit, die Abmessung des zweiten Kühlers zu verändern, um ihn zu verkleinern und dabei für eine Höchsttemperatur der Luft vorzugsweise in einem Bereich von 24 °C - 30 °C zu dimensionieren, da der erste Kühler beaufschlagt und betrieben werden kann, um die Kühlung der Leistungselektronikkomponenten bei höherer Temperatur zu ergänzen.
