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Die Erfindung betrifft einen Klimakreislauf für ein Hybridkraftfahrzeug sowie ein Verfahren zum Vorheizen einer Traktionsbatterie eines Hybridkraftfahrzeugs, mit deren Hilfe eine Traktionsbatterie eines Hybridkraftfahrzeugs temperiert werden kann, um eine geeignete Betriebstemperatur für die Traktionsbatterie einzustellen.
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Aus
DE 10 2007 004 979 A1 ist ein Kältekreislauf für ein Hybridkraftfahrzeug bekannt, bei dem eine Traktionsbatterie des Hybridkraftfahrzeugs mit Hilfe eines zur Kühlung eines Verbrennungsmotors vorgesehenen Hochtemperaturkreislaufs gekühlt werden kann. Zusätzlich ist ein Niedertemperaturkreislauf vorgesehen, der eine Leistungselektronik für die Traktionsbatterie und einen DC/DC-Wandler aufweist, dessen Abwärme von einem Kühler des Niedertemperaturkreislaufs an die Umgebung abgegeben werden kann. Mit Hilfe von schaltbaren Ventilen kann die Traktionsbatterie von dem Hochtemperaturkreislauf abgetrennt werden und mit einem Wärmetauscher verschaltet werden, so dass das zur Kühlung der Traktionsbatterie vorgesehene Kältemittel durch die Traktionsbatterie und den Wärmetauscher im Kreis gefördert werden kann. Der Wärmetauscher ist gleichzeitig Teil des Niedertemperaturkreislaufs, so dass je nach Temperatur der Traktionsbatterie im Vergleich zu der von dem Niedertemperaturkreislauf in dem Wärmetauscher eingeleiteten Temperatur eine heiße Traktionsbatterie gekühlt und eine kalte Traktionsbatterie von der transportierten Abwärme der Leistungselektronik und des DC/DC-Wandlers geheizt werden kann.
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Es besteht ein ständiges Bedürfnis eine Traktionsbatterie eines Hybridkraftfahrzeugs energieeffizient temperieren zu können.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, Maßnahmen aufzuzeigen, die eine energieeffiziente Temperierung einer Traktionsbatterie eines Hybridkraftfahrzeugs ermöglichen.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch einen Klimakreislauf mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung angegeben, die jeweils einzeln oder in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können.
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Erfindungsgemäß ist ein Klimakreislauf für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug, insbesondere Hybridkraftfahrzeug oder Elektrofahrzeug, vorgesehen mit einem einen Hochtemperaturkühler aufweisenden Hochtemperaturkreislauf zur Kühlung einer Hochtemperaturquelle, insbesondere ein zum rein mechanischen Antrieb des Kraftfahrzeugs vorgesehener Verbrennungsmotor und/oder ein Heizer zum Heizen eines Fahrgastinnenraums des Kraftfahrzeugs und/oder eine elektrische Maschine zum rein elektrischen Antrieb des Kraftfahrzeugs, einem einen Niedertemperaturkühler aufweisenden Niedertemperaturkreislauf zur Kühlung einer zum rein elektrischen Antrieb des Hybridkraftfahrzeugs vorgesehenen Traktionsbatterie, wobei eine designierte Betriebstemperatur der Hochtemperaturquelle höher als eine designierte Betriebstemperatur der Traktionsbatterie ist, und einem wahlweise an den Hochtemperaturkreislauf und dem Niedertemperaturkreislauf ankoppelbaren und abkoppelbaren Heiz-Wärmetauscher zur Übertragung von Wärme der Hochtemperaturquelle aus den Hochtemperaturkreislauf an die Traktionsbatterie.
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Wenn die Traktionsbatterie in Anspruch genommen wird, indem elektrische Energie aus der Traktionsbatterie entnommen oder in der Traktionsbatterie gespeichert wird, kann sich die Traktionsbatterie so weit erwärmen, dass der Wirkungsgrad und die Lebensdauer der Traktionsbatterie beeinträchtigt sind. Um dies zu vermeiden, kann die Traktionsbatterie mit Hilfe des Niedertemperaturkreislaufs ausreichend gekühlt werden. Die Kühlung mit Hilfe des Niedertemperaturkühlers, der beispielsweise als luftgekühlter Kühler ausgestaltet ist, ist hierzu in der Regel ausreichend. Jedoch kann die Traktionsbatterie, insbesondere bei einem Kaltstart des Hybridkraftfahrzeugs eine so niedrige Temperatur, beispielsweise niedriger als 10°C, aufweisen, dass bei einer Inanspruchnahme der Traktionsbatterie Beeinträchtigungen auftreten können, die zu einer Verringerung der Lebensdauer und/oder der Leistungsfähigkeit der Traktionsbatterie führen können.
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Bei der Erfindung wird die Erkenntnis ausgenutzt, dass bei einem Kaltstart eines als Hybridkraftfahrzeug ausgestalteten elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs in der Regel zunächst der Verbrennungsmotor gestartet wird, der sich dadurch schnell aufheizt und von dem Hochtemperaturkreislauf gekühlt werden muss. Bei einem als reines Elektrofahrzeug ausgestalteten elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeug, das keinen Verbrennungsmotor aufweist, wird bei einem Kaltstart in der Regel zunächst die elektrische Maschine gestartet, die sich durch die eingespeiste elektrische Energie schnell aufheizen kann und von dem Hochtemperaturkreislauf gekühlt werden muss. Zudem ist es möglich bei einem Kaltstart des elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs zunächst einen elektrisch betreibbaren und/oder fossil betreibbaren Heizer, beispielsweise eine Standheizung, einzuschalten, mit dessen Hilfe der Fahrgastinnenraum aufgeheizt werden kann und dessen Wärme dem Hochtemperaturkreislauf zumindest teilweise zugeführt werden kann. Die hierbei von mindestens einer dieser Hochtemperaturquellen und/oder einer weiteren Hochtemperaturquelle erzeugte und in den Hochtemperaturkreislauf eingeleitete Wärme kann in dieser oder einer vergleichbaren Situation mit Hilfe des Heiz-Wärmetauschers, der insbesondere als ein indirekter Wasserwärmetauscher ausgestaltet ist, von dem Hochtemperaturkreislauf auf den Niedertemperaturkreislauf übertragen werden, wo diese Wärme zum Vorheizen der Traktionsbatterie genutzt werden kann. Die Traktionsbatterie kann hierbei als Wärmesenke für die von der Hochtemperaturquelle sowieso abzuführende Wärme wirken, so dass die Kühlung der Hochtemperaturquelle, beispielsweise des Verbrennungsmotors, verbessert ist. Da die Betriebstemperatur der Hochtemperaturquelle höher als die Temperatur der Traktionsbatterie beim Kaltstart und/oder höher als eine gewünschte Zieltemperatur für den regulären Betrieb der Traktionsbatterie ist, kann ein Wärmestrom von der Hochtemperaturquelle zu der Traktionsbatterie über den wahlweise an- und abkoppelbaren Heizwärmetauscher sichergestellt werden. Gleichzeitig kann die Traktionsbatterie auf eine besonders geeignete Betriebstemperatur geheizt werden, ohne dass es erforderlich ist, für die Traktionsbatterie eine separate Heizung vorzusehen oder den zur Kühlung der Traktionsbatterie verwendeten Niedertemperaturkreislauf mit einer zusätzlichen Heizfunktion auszustatten. Insbesondere ist es möglich, für die Traktionsbatterie eine vorgegebene Zieltemperatur zu regeln, indem je nach Bedarf mit Hilfe des Niedertemperaturkreislaufs die Traktionsbatterie gekühlt und/oder mit Hilfe des Heiz-Wärmetauschers die Traktionsbatterie geheizt wird. Dies ermöglicht es, die Traktionsbatterie über einen besonders langen Zeitraum in einem Temperaturbereich zu halten, in dem die Leistungsfähigkeit und/oder die Lebensdauer der Traktionsbatterie optimal sind. Ferner ist es möglich, die Traktionsbatterie bewusst auf eine erhöhte Temperatur zu erwärmen, beispielsweise wenn eine längere Standphase zu erwarten ist, so dass die Traktionsbatterie als Wärmespeicher dienen kann und/oder eine zu starken Auskühlung der Traktionsbatterie während der Standphase vermieden werden kann. Die in dem Hochtemperaturkreislauf zu kühlende Wärme der Hochtemperaturquelle kann mit Hilfe des Heiz-Wärmetauschers für eine Vorheizung und/oder Temperierung der Traktionsbatterie genutzt werden, während der Niedertemperaturkreislauf nur zum Kühlen der Traktionsbatterie ausgelegt sein braucht, so dass eine energieeffiziente Temperierung einer Traktionsbatterie eines Hybridkraftfahrzeugs ermöglicht ist.
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Der Niedertemperaturkühler und/oder der Hochtemperaturkühler kann insbesondere als frontseitiger Kraftfahrzeugkühler, der mit Hilfe von Fahrtwind eine Kühlung eines für den Niedertemperaturkreislauf verwendeten NT-Fluids beziehungsweise eines für den Hochtemperaturkreislauf verwendeten HT-Fluids erreichen kann. Der Hochtemperaturkreislauf und der Niedertemperaturkreislauf sind insbesondere fluidisch voneinander getrennt, so dass kein Fluid-Austausch zwischen dem Hochtemperaturkreislauf und dem Niedertemperaturkreislauf stattfindet. Das NT-Fluid strömt nur innerhalb des Niedertemperaturkreislauf und das HT-Fluid nur innerhalb des Hochtemperaturkreislaufs. Vorzugsweise sind der Niedertemperaturkreislauf und der Hochtemperaturkreislauf auch thermisch voneinander getrennt, wobei insbesondere ausschließlich über den Heiz-Wärmetauscher ein Wärmeaustausch zwischen dem Niedertemperaturkreislauf und der Hochtemperaturkreislauf herbeiführbar ist. Die Traktionsbatterie ist insbesondere als eine Hochvoltbatterie ausgestaltet und weist insbesondere eine Nennbetriebsspannung U von U > 48 V, vorzugsweise U > 52 V und besonders bevorzugt U > 60 V auf. Die Hochtemperaturquelle kann prinzipiell jede in einem zum Niedertemperaturkreislauf der Traktionsbatterie separaten mit dem Heiz-Wärmetausche verschaltbaren Kühlkreislauf angeordnete Wärmequelle sein, die ein höheres Temperaturniveau als die Traktionsbatterie erreichen kann. Insbesondere ist es möglich, mehrere jeweils in verschiedenen Hochtemperaturkreisläufen vorgesehene Hochtemperaturquellen über den Heiz-Wärmetauscher und/oder jeweils einen dem jeweiligen Hochtemperaturkreislauf zugeordneten Heiz-Wärmetauscher zur Vorwärmung und/oder Temperierung der Traktionsbatterie an den Niedertemperaturkreislauf anzuschließen. Dadurch kann beispielsweise in einem ersten Betriebszustand eine erste Hochtemperaturquelle eines ersten Hochtemperaturkreislaufs, in einem zweiten Betriebszustand eine zweite Hochtemperaturquelle eines zweiten Hochtemperaturkreislaufs und/oder in einem dritten Betriebszustand sowohl die erste Hochtemperaturquelle des ersten Hochtemperaturkreislaufs als auch die zweite Hochtemperaturquelle des zweiten Hochtemperaturkreislaufs und so weiter zum Erwärmen und/oder Temperieren der Traktionsbatterie an den Niedertemperaturkreislauf über den mindestens einen Heiz-Wärmetauscher thermisch angeschlossen werden. Dies ermöglicht es, ja nach aktueller Temperatur der jeweiligen Hochtemperaturquellen und der aktuellen Temperatur der Traktionsbatterie eine geeignete thermische Ankoppelung der jeweiligen Hochtemperaturquellen vorzunehmen, um eine bestimmte Zieltemperatur der Traktionsbatterie schnell und genau zu regeln. Eine alternative oder zusätzliche Hochtemperaturquelle kann beispielsweise ein in einem Motorölkühlstrang vorgesehenes zu kühlendes Motoröl, ein in einem Getriebeölstrang angeordnetes zu kühlendes Getriebeöl und/oder ein in einem Turboladerkühlstrang angeordneter zu kühlender Turbolader sein.
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Insbesondere weist der Niedertemperaturkreislauf ein schaltbares erstes NT-Ventil auf, wobei in einem ersten Schaltzustand des ersten NT-Ventils die Traktionsbatterie mit dem Niedertemperaturkühler verbunden ist und in einem zweiten Schaltzustand des ersten NT-Ventils die Traktionsbatterie mit einer den Niedertemperaturkühler überbrückenden NT-Bypassleitung zur Ausbildung eines separaten Heizkreislaufs zum Vorheizen der Traktionsbatterie mit Hilfe der über den Heiz-Wärmetauscher eingeleiteten Wärme der Hochtemperaturquelle verbunden ist. In einem Betriebszustand, wenn mit Hilfe des Heiz-Wärmetauschers Wärme zum Heizen der Traktionsbatterie in den Niedertemperaturkreislauf eingeleitet wird, kann eine in diesem Fall unerwünschte Kühlung des zum Heizen der Traktionsbatterie erwärmten NT-Fluids in dem Niedertemperaturkühler verhindert werden. Stattdessen kann das erwärmte NT-Fluid in dem mit Hilfe des ersten NT-Ventils von dem Niedertemperaturkühler abgeschalteten separaten Heizkreislauf im Kreis gefördert werden, wobei insbesondere die Traktionsbatterie die einzige Wärmesenke in dem separaten Heizkreislauf darstellt.
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Vorzugsweise weist die NT-Bypassleitung einen Kältemaschinen-Wärmetauscher zur Kühlung eines von der Traktionsbatterie kommenden und zum Heiz-Wärmetauscher strömenden NT-Fluids auf. Eine zu starke Erwärmung des in dem separaten Heizkreislauf umgeförderten NT-Fluids kann durch den Kältemaschinen-Wärmetauscher vermieden werden, indem der Kältemaschinen-Wärmetauscher das NT-Fluid geeignet abkühlt. Die Kühlleistung des Kältemaschinen-Wärmetauscher kann über die Betriebsleistung einer zugehörigen Kältemaschine individuell geregelt werden, so dass es nicht erforderlich ist die Wärmeübertragungsleistung im Heiz-Wärmetauscher zu steuern. Die Temperatur des NT-Fluids und damit die Betriebstemperatur des Traktionsbatterie kann dadurch leicht und genau geregelt werden. Die den Kältemaschinen-Wärmetauscher aufweisende Kältemaschine ist insbesondere eine Maschine, die Wärme aus dem NT-Fluid über ein Dampfkompressionsverfahren oder ein Absorptionskühlverfahren mit Hilfe eines Kältemittels entzieht, so dass die Kältemaschine als ein sogenannter „Chiller“ ausgestaltet ist.
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Besonders bevorzugt weist der Niedertemperaturkreislauf ein schaltbares zweites NT-Ventil auf, wobei in einem ersten Schaltzustand des zweiten NT-Ventils ein NT-Fluid des Niedertemperaturkreislaufs zum Wärmeaustausch an die Traktionsbatterie geleitet wird und in einem zweiten Schaltzustand des zweiten NT-Ventils das NT-Fluid des Niedertemperaturkreislaufs über eine Überbrückungsleitung an der Traktionsbatterie vorbei geleitet wird. Mit Hilfe des zweiten NT-Ventils kann die Traktionsbatterie wahlweise von dem Niedertemperaturkreislauf abgekoppelt werden, beispielsweise um in einem Fehlerfall bei einer zu niedrigen oder zu hohen Temperatur des NT-Fluids, beispielsweise wenn der Heiz-Wärmetauscher unbeabsichtigt betrieben wird und Wärme in den Niedertemperaturkreislauf einleitet, unerwünschte Betriebstemperaturen in der Traktionsbatterie, beispielsweise eine Überhitzung, zu vermeiden. Beispielsweise in einem Überhitzungsfall kann mit Hilfe des zweiten NT-Ventils und der Überbrückungsleitung die Traktionsbatterie abgekoppelt werden, der elektrische Betrieb der Traktionsbatterie unterbunden werden und eine Abkühlung der Traktionsbatterie durch natürliche Konvektion abgewartet werden.
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Insbesondere weist der Niedertemperaturkreislauf weitere zu kühlende Wärmequellen, insbesondere eine von der Traktionsbatterie speisbare elektrische Maschine zum rein elektrischen Antrieb des Hybridkraftfahrzeugs und/oder ein DC/DC-Wandler und/oder eine Leistungselektronik zum Betrieb der elektrischen Maschine und/oder der Traktionsbatterie, auf, wobei die weiteren Wärmequellen in Serie und/oder parallel zur Traktionsbatterie verschaltet sind. Die weiteren Wärmequellen können ebenfalls mit Hilfe des für die Traktionsbatterie vorgesehenen NT-Fluids gekühlt werden.
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Vorzugsweise sind die weiteren Wärmequellen in einem zum Heizkreislauf separaten Kühlkreislauf vorgesehen, wobei insbesondere der Kühlkreislauf einen ersten NT-Verdichter zur Förderung eines NT-Fluids des Niedertemperaturkreislaufs und der Heizkreislauf einen zweiten NT-Verdichter zur Förderung des NT-Fluids des Niedertemperaturkreislaufs aufweist. Die weiteren Wärmequellen können derart verschaltet sein, dass bei einem Abtrennen der Traktionsbatterie von dem Niedertemperaturkühler mit Hilfe der NT-Bypassleitung die weiteren Wärmequellen an dem Niedertemperaturkühler angeschlossen bleiben. Hierbei kann in jedem Teilkreislauf des Niedertemperaturkreislaufs in dem Heizkreislauf und dem Kühlkreislauf ein separater Verdichter vorgesehen sein, damit in jedem voneinander getrennten Teilkreislauf das NT-Fluid umgefördert werden kann. Ferner ist es möglich durch ein bewusstes Abschalten des zweiten NT-Verdichters in dem Heizkreislauf ein Überhitzen der Traktionsbatterie, beispielsweise als Fail-Safe-Maßnahme, zu vermeiden. Wenn der Heizkreislauf und der Kühlkreislauf miteinander verbunden sind, kann über die Förderleistung des ersten NT-Verdichters und des zweiten NT-Verdichters der Massenstrom von dem durch den Niedertemperaturkühler gekühlten NT-Fluid je nach Bedarf geeignet auf die im Heizkreislauf und die im Kühlkreislauf angeordneten Aggregate aufgeteilt werden.
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Besonders bevorzugt weist der Niedertemperaturkreislauf den Heiz-Wärmetauscher und der Hochtemperaturkreislauf eine HT-Schaltungseinrichtung auf, wobei in einem ersten Schaltungszustand der HT-Schaltungseinrichtung ein HT-Fluid des Hochtemperaturkreislaufs über eine HT-Verbindungsleitung an dem Heiz-Wärmetauscher vorbei geleitet wird und in einem zweiten Schaltzustand der HT-Schaltungseinrichtung das HT-Fluid des Hochtemperaturkreislaufs zum Heizen eines NT-Fluids des Niedertemperaturkreislaufs durch den Heiz-Wärmetauscher geleitet wird, oder der Hochtemperaturkreislauf weist den Heiz-Wärmetauscher und der Niedertemperaturkreislauf eine NT-Schaltungseinrichtung auf, wobei in einem ersten Schaltungszustand der NT-Schaltungseinrichtung ein NT-Fluid des Niedertemperaturkreislauf über eine NT-Verbindungsleitung an dem Heiz-Wärmetauscher vorbei geleitet wird und in einem zweiten Schaltzustand der NT-Schaltungseinrichtung das NT-Fluid des Niedertemperaturkreislaufs zum Kühlen des HT-Fluids des Hochtemperaturkreislaufs durch den Heiz-Wärmetauscher geleitet wird. Der Heiz-Wärmetauscher kann dadurch entweder von dem NT-Fluid des Niedertemperaturkreislaufs oder von dem HT-Fluid des Hochtemperaturkreislaufs permanent durchströmt werden, während zur Aktivierung des Wärmeübergangs zwischen dem Hochtemperaturkreislauf und dem Niedertemperaturkreislauf das jeweils andere Fluid mit Hilfe der zugeordneten Schaltungseinrichtung wahlweise dem Heiz-Wärmetauscher zugespeist wird. Der Schaltungsaufwand und/oder der Leitungsaufwand kann dadurch gering gehalten werden.
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Insbesondere weist der Hochtemperaturkreislauf einen Heizer zum Aufheizen eines HT-Fluids des Hochtemperaturkreislaufs, einem dem Heizer nachgeschalteten Klima-Wärmetauscher zum Heizen eines Kraftfahrzeuginnenraums und ein schaltbares erstes HT-Ventil auf, wobei in einem ersten Schaltzustand des HT-Ventils das von Klima-Wärmetauscher kommende HT-Fluid zur Hochtemperaturquelle geleitet wird und in einem zweiten Schaltzustand des HT-Ventils das von Klima-Wärmetauscher kommende HT-Fluid über eine HT-Bypassleitung zur Ausbildung eines separaten Klima-Heizkreislaufs zum Heizer an der Hochtemperaturquelle und dem HT-Kühler vorbei geleitet wird. Mit Hilfe des Heizers kann der Kraftfahrzeuginnenraum des Hybridkraftfahrzeugs auch dann geheizt werden, wenn die von der Hochtemperaturquelle abtransportierte Wärme hierzu nicht ausreichen sollte, beispielsweise wenn ein als Hochtemperaturquelle vorgesehener Verbrennungsmotor ausgeschaltet ist oder bei einem reinen Elektrofahrzeug ein Verbrennungsmotor erst gar nicht vorgesehen ist. Der Heizer kann ein elektrischer oder fossiler Heizer oder eine Kombination aus beidem sein. Gleichzeitig kann mit Hilfe des Heizers das HT-Fluid weiter aufgeheizt werden, so dass es möglich ist eine entsprechend größere Wärmemenge über den Heiz-Wärmetauscher an den Niedertemperaturkreislauf zu übertragen. Dies bietet sich insbesondere bei einem Kaltstart des Hybridkraftfahrzeugs an, wenn sowohl der als Hochtemperaturquelle verwendete Verbrennungsmotor als auch die Traktionsbatterie noch sehr kalt sind. Mit Hilfe des HT-Ventils und der HT-Bypassleitung kann eine in einem derartigen Betriebszustand unerwünschte Kühlung des HT-Fluids im Hochtemperaturkühler vermieden werden. Stattdessen kann das erwärmte HT-Fluid in dem mit Hilfe des ersten HT-Ventils von dem Hochtemperaturkühler abgeschalteten separaten Klima-Heizkreislaufs im Kreis gefördert werden, wobei insbesondere allenfalls der Heiz-Wärmetauscher die einzige Wärmesenke in dem separaten Klima-Heizkreislauf darstellt, falls der Heiz-Wärmetauscher bei einer entsprechenden Ventilschaltung von dem HT-Fluid und dem NT-Fluid durchströmt wird.
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Vorzugsweise weist der Klima-Heizkreislauf einen ersten HT-Verdichter zur Förderung des HT-Fluids auf. Dadurch kann auch bei aktivierter HT-Bypassleitung ein Umfördern des HT-Fluids in dem Klima-Heizkreislauf gewährleistet werden.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Vorheizen einer Traktionsbatterie eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs, insbesondere Hybridkraftfahrzeug oder Elektrofahrzeug, mit Hilfe eines Klimakreislaufs, der wie vorstehend beschrieben aus- und weitergebildet sein kann, bei dem unterhalb einer Grenztemperatur der Traktionsbatterie in dem Hochtemperaturkreislauf vorliegende Wärme zum Heizen der im Niedertemperaturkreislauf angeordnete Traktionsbatterie verwendet wird. Die in dem Hochtemperaturkreislauf zu kühlende Wärme der Hochtemperaturquelle kann mit Hilfe des Heiz-Wärmetauschers für eine Vorheizung und/oder Temperierung der Traktionsbatterie genutzt werden, während der Niedertemperaturkreislauf nur zum Kühlen der Traktionsbatterie ausgelegt sein braucht, so dass eine energieeffiziente Temperierung einer Traktionsbatterie eines Hybridkraftfahrzeugs ermöglicht ist. Das Verfahren kann insbesondere wie vorstehend anhand des Klimakreislaufs erläutert aus- und weitergebildet sein.
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Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigen:
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1: ein schematisches Blockschaltbild eines Klimakreislaufs.
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Der in 1 dargestellte Klimakreislauf 10 für ein Hybridkraftfahrzeug weist einen Hochtemperaturkreislauf 12 und einen Niedertemperaturkreislauf 14 auf. Der Hochtemperaturkreislauf 12 weist als Hochtemperaturquelle einen zu kühlenden Verbrennungsmotor 16 auf, der mit Hilfe eines Hochtemperaturkühlers 18 gekühlt werden kann. Ferner kann das von dem Verbrennungsmotor 16 erwärmte HT-Fluid des Hochtemperaturkreislaufs 12 über einen Heizer 20 einem Klima-Wärmetauscher 22 einer Kraftfahrzeugklimaanlage zum Heizen eines Fahrgastinnenraums des Hybridkraftfahrzeugs zugeführt werden. Mit Hilfe eines ersten HT-Ventils 24 kann das von dem Klima-Wärmetauscher 22 kommende HT-Fluid über eine HT-Bybassleitung 26 an dem Verbrennungsmotor 16 und dem hochtemperaturkühler 18 vorbeigeleitet werden, so dass das HT-Fluid in einem separatem Klima-Heizkreislauf 28 mit Hilfe eines in dem Klima-Heizkreislauf 28 vorgesehenen, beispielsweise als Pumpe ausgestalteten, ersten HT-Verdichters 30 umgefördert werden kann.
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Der Niedertemperaturkreislauf 14 weist als zu kühlende Wärmequellen beispielsweise einen DC/DC-Wandler 32, eine elektrische Maschine 34 zum elektrischen Antrieb des Hybridkraftfahrzeugs und/oder eine Leistungselektronik der elektrischen Maschine 34 auf, die mit Hilfe eines Niedertemperaturkühlers 36 gekühlt werden können. Hierzu kann mit Hilfe eines, beispielsweise als Pumpe ausgestalteten, ersten NT-Verdichters 38 ein NT-Fluid umgefördert werden. Der Niedertemperaturkreislauf 14 weist zusätzlich eine zu kühlende Traktionsbatterie 40 auf, die im dargestellten Ausführungsbeispiel zu den übrigen Wärmequellen 32, 34 des Niedertemperaturkreislaufs 14 parallel geschaltet ist, aber auch in Reihe geschaltet sein könnte. Mit Hilfe eines, beispielsweise als Pumpe ausgestalteten, zweiten NT-Verdichters 42, die zum ersten NT-Verdichter 38 parallel geschaltet ist, kann das NT-Fluid zur Traktionsbatterie 40 und zum Niedertemperaturkühler 36 gefördert werden.
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Der Niedertemperaturkreislauf 14 weist zusätzlich einen Heiz-Wärmetauscher 44 auf, welcher der Traktionsbatterie 40 vorgeschaltet ist. Mit Hilfe einer im Klima-Heizkreislauf 28 des Hochtemperaturkreislaufs 12 angeordneten HT-Schalteinrichtung 45 kann erwärmtes HT-Fluid dem Heiz-Wärmetauscher 44 zugeführt werden, so dass Wärme des Hochtemperaturkreislaufs 12 aus dem Verbrennungsmotor 16 und/oder dem Heizer 20 über den Heiz-Wärmetauscher 44 dem Niedertemperaturkreislauf 14 und damit der Traktionsbatterie 40 zugeführt werden kann, um die Traktionsbatterie 40 zu heizen. Insbesondere bei zur Wärmeübertragung aktiviertem Heiz-Wärmetauscher 44 kann mit Hilfe eines ersten NT-Ventils 46 das von der Traktionsbatterie 40 kommende NT-Fluid an dem Niedertemperaturkühler 36 vorbei über eine NT-Bypassleitung 48 zurückgeführt werden, so dass das von der Traktionsbatterie 40 kommende NT-Fluid in einem separaten Heizkreislauf 50 des Niedertemperaturkreislaufs 14 mit Hilfe des zweiten Verdichters 42 umgefördert werden kann. Die übrigen Wärmequellen 32, 34 des Niedertemperaturkreislaufs 14 können mit Hilfe des ersten Verdichters 38 in einem separaten Kühlkreislauf 52 des Niedertemperaturkreislaufs 14 über den Niedertemperaturkühler 36 umgefördert werden, so dass die Kühlung der übrigen Wärmequellen 32, 34 des Niedertemperaturkreislaufs 14 beibehalten ist. Mit Hilfe eines zwischen dem Heiz-Wärmetauscher 44 und der Traktionsbatterie 40 vorgesehenen zweiten NT-Ventils 54 kann das NT-Fluid über eine Überbrückungsleitung 56 an der Traktionsbatterie 40 vorbei geleitet werden, um erforderlichenfalls eine Überhitzung der Traktionsbatterie 40 zu vermeiden. Ferner kann der Heizkreislauf 50, insbesondere die NT-Bypassleitung 48 einen Kältemaschinen-Wärmetauscher 58 aufweisen, um das NT-Fluid auf eine gewünschte Temperatur zu kühlen.
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Insbesondere kann der Niedertemperaturkreislauf 14, vorzugsweise der Kühlkreislauf 52, ein Kurzschlussventil 60 zum wahlweisen überbrücken des Niedertemperaturkühlers 36 aufweisen, wobei in einem ersten Schaltzustand des Kurzschlussventils 60 das NT-Fluid dem Niedertemperaturkühler 36 zugeführt wird und in einem zweiten Schaltzustand des Kurzschlussventils 60 das NT-Fluid an dem Niedertemperaturkühler 36 vorbeigeführt wird. Dies ermöglicht es von dem Heiz-Wärmetauscher 44 erwärmtes NT-Fluid an dem Niedertemperaturkühler 36 ohne Abkühlung im Niedertemperaturkühler 36 der Traktionsbatterie 40 zuzuführen. Hierbei ist es insbesondere möglich, in einem entsprechenden Schaltzustand des ersten NT-Ventils 46 das von dem Heiz-Wärmetauscher 44 erwärmte NT-Fluid nicht über die NT-Bypassleitung 48 und den in der NT-Bypassleitung 48 vorgesehenen Kältemaschinen-Wärmetauscher 58 zu fördern, ohne dass das an dem Heiz-Wärmetauscher 44 vorbei geleitete erwärmte NT-Fluid von dem Niedertemperaturkühler 36 abgekühlt wird.
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Beispielsweise bei einem reinen Elektrofahrzeug ohne Verbrennungsmotor 16 und/oder bei einer rein elektrischen Fahrt eines Hybridfahrzeugs, bei dem der Verbrennungsmotor 16 aktuell ausgeschaltet ist, kann die Hochtemperaturquelle durch den Heizer 20 oder ein anderes Bauteil mit einem zum Erwärmen der Traktionsbatterie 40 über den Heiz- Wärmetauscher 44 hinreichend hohen Temperaturniveau ausgebildet sein. Zudem ist es möglich, dass im Hochtemperaturkreislauf 12 mehr als eine Hochtemperaturquelle genutzt wird und/oder die Wärme mehr als eines Hochtemperaturkreislaufs 12 zum Erwärmen der Traktionsbatterie 40 genutzt wird.
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In einer weiteren Ausführungsform des Klimakreislaufs 10 kann der Heiz-Wärmetauscher mit einer den Kühlkreislauf 52 mit den Heizkreislauf 50 verbindenden und stromaufwärts zur Traktionsbatterie 40 vorgesehenen ersten Koppelleitung 62 ankoppelbar sein. Die erste Koppelleitung 62 kann stromabwärts zum Kühlkreislauf 52 und/oder dem Niedertemperatur-Kühler 36 beziehungsweise stromabwärts zum Kurzschlussventil 60 angeordnet sein. Dadurch kann je nach Schaltstellung des ersten NT-Ventils 46 das NT-Fluid im Heizkreislauf 50 mit Hilfe des in der NT-Bypassleitung 48 vorgesehenen Kältemaschinen-Wärmetauscher 58 gekühlt oder mit Hilfe des an der ersten Koppelleitung 62 thermisch angebundenen Heiz-Wärmetauschers 44 geheizt werden. Bei dieser Anbindung des Heiz-Wärmetauschers 44 mit der ersten Koppelleitung 62 ist es möglich, gleichzeitig eine Kühlung des NT-Fluids über den Niedertemperatur-Wärmetauscher 36 zuzulassen, um eine ausreichende Kühlung der weiteren Wärmequellen 32, 34 sicherzustellen.
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Bei der in 2 dargestellten Ausführungsform des Klimakreislaufs 10 ist im Vergleich zu der in 1 dargestellten Ausführungsform des Klimakreislaufs 10 der Heiz-Wärmetauscher 44 mit einer den Kühlkreislauf 52 mit den Heizkreislauf 50 verbindenden und stromabwärts zur Traktionsbatterie 40 vorgesehenen zweiten Koppelleitung 64 ankoppelbar. Die zweite Koppelleitung 64 kann stromabwärts zum Heizkreislauf 50 und/oder zum ersten NT-Ventil 46 und stromaufwärts zum Kurzschlussventil 60 und/oder zum Niedertemperaturkühler 36 angeordnet sein. Dadurch ist es möglich, je nach Schaltstellung des Kurzschlussventils 60 mit Hilfe des Niedertemperaturkühlers 36 anstelle des Kältemaschinen-Wärmetauschers 58 in der NT-Bypassleitung 48 eine gewünschte Temperatur des NT-Fluids für die Traktionsbatterie 40 zu regeln. Hierbei kann das Kurzschlussventil 60 gegebenenfalls zwischen seinen Schaltstellungen vergleichsweise schnell hin- und her wechseln und über die Verweilzeit in den jeweiligen Schaltstellungen eine gewünschte Temperatur des NT-Fluids im zeitlichen Mittel einstellen. Zudem ist es möglich, die Abwärme der weiteren Wärmequellen 32, 34 des Kühlkreislaufs 52 für die Erwärmung der Traktionsbatterie 40 zu nutzen. Bei einer entsprechend hohen Temperatur des NT-Fluids kann die Förderung des NT-Fluids in den Kühlkreislauf 52 unterbunden werden, indem beispielsweise die Förderung mit Hilfe des ersten NT-Verdichters 38 eingestellt wird. Dies bietet sich insbesondere bei einem Kaltstart des Kraftfahrzeugs an, wenn die zusätzlichen Wärmequellen 32, 34 noch kalt sind und nicht zusätzlich gekühlt werden müssen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007004979 A1 [0002]
