DE102021102355A1 - Wärmemanagementsystem für ein Kraftfahrzeug und Kraftfahrzeug mit einem solchen - Google Patents

Wärmemanagementsystem für ein Kraftfahrzeug und Kraftfahrzeug mit einem solchen Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Wärmemanagementsystem für ein Kraftfahrzeug, mit einem Elektromotor-Kühlkreis (11), der zumindest einen Elektromotor (12) aufweist; einem Heizstrang (17), der einen Kondensator (20), einen elektrischen Heizer (22) und einen Innenraumwärmetauscher (23) aufweist, wobei der Heizstrang (17) vom Elektromotor-Kühlkreis (11) abzweigt und wieder in diesen mündet, so dass der Heizstrang (17) parallel zum Elektromotor (12) geschaltet ist; einem VM-Kühlkreis (2), der einen Verbrennungsmotor (1) aufweist, und einem Heiz-Wärmetauscher (8), mit dem Wärmeenergie vom VM-Kühlkreis (2) wahlweise in den Heizstrang (17) eintragbar ist. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Wärmemanagementsystem.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Wärmemanagementsystem für ein Kraftfahrzeug, insbesondere einem Hybridfahrzeug. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Wärmemanagementsystem.
  • Es sind Wärmemanagementsysteme für elektrifizierte Kraftfahrzeuge bekannt, die eine Heizleistung für einen Fahrzeuginnenraum mittels einer Wärmepumpenfunktionalität bereitstellen, in der vorhandene Wärmequellen, z.B. Elektromotor und Hochvoltspeicher, genutzt werden. Beispielsweise ist aus der DE 10 2019 132 688 A1 und der DE 10 2019 107 191 A1 ein solches Wärmemanagementsystem bekannt.
  • Im Falle von Hybridfahrzeugen, welche sowohl einen Verbrennungsmotor als auch einen Elektroantrieb aufweisen, könnte während einer verbrennungsmotorischen Antriebsphase eine Heizleistung über den elektrischen Heizer bereitgestellt werden. Dies ist jedoch nachteilig, da elektrische Energie zum Heizen verwendet wird, obwohl Abwärme des Verbrennungsmotors verfügbar wäre. Ebenso könnte auch die Abwärme des Verbrennungsmotors über einen Wasser-Luft-Wärmeüberträger an die dem Insassenraum zuzuführende Luft abgegeben werden, welcher zusätzlich zum Innenraumwärmetauscher 18 der DE 10 2019 132 688 A1 in der Luftführung 19 angeordnet ist. Diese Lösung erfordert jedoch wieder zusätzlichen Bauraum, der gerade an dieser Stelle des Kraftfahrzeugs (im Bereich der Mittelkonsole) nicht vorhanden bzw. nicht erwünscht ist.
  • Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Wärmemanagement bereitzustellen, welches besser auf ein Hybridfahrzeug ausgelegt ist. Diese Aufgabe wird durch ein Wärmemanagementsystem gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Wärmemanagementsystem für ein Kraftfahrzeug bereitgestellt, mit einem Elektromotor-Kühlkreis, der zumindest einen Elektromotor aufweist; einem Heizstrang, der einen Kondensator, einen elektrischen Heizer und einen Innenraumwärmetauscher aufweist, wobei der Heizstrang vom Elektromotor-Kühlkreis abzweigt und wieder in diesen mündet, so dass der Heizstrang parallel zum Elektromotor geschaltet ist; einem VM-Kühlkreis, der einen Verbrennungsmotor aufweist, und einem Heiz-Wärmetauscher, mit dem Wärmeenergie vom VM-Kühlkreis wahlweise in den Heizstrang eintragbar ist. Dadurch wird der VM-Kühlkreis wärmeenergetisch mit dem Heizstrang verbunden, so dass bei einem Hybridfahrzeug die Abwärme des Verbrennungsmotors in den Heizstrang eingetragen werden kann und auf einen separaten Innenraumwärmetauscher, welcher ausschließlich dem VM-Kühlkreis zugeordnet ist, verzichtet werden kann.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Heiz-Wärmetauscher wahlweise in den Heizstrang zuschaltbar und herausschaltbar.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Wärmemanagementsystem ferner ausgestattet mit einem Wärmequellen-Ventil welches in einer ersten Schaltstellung den Heizstrang so ausbildet, dass er unter Umgehung des Heiz-Wärmetauschers durchströmbar ist und in einer zweiten Schaltstellung den Heizstrang so ausbildet, dass der Heiz-Wärmetauscher stromaufwärts des Innenraumwärmetauschers angeordnet ist.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung sind der Kondensator, der elektrische Heizer und der Innenraumwärmetauscher seriell angeordnet. Dies ermöglicht dem Wärmemanagementsystem wahlweise auch mittels des elektrischen Heizers und/oder mittels des Kondensators über den Kältekreis eine Wärmeenergie für die Innenraumbeheizung bereitzustellen.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist der Heizstrang ferner ein Heizstrang-Ventil auf, mit dem der Heizstrang eingangsseitig vom Elektromotor-Kühlkreis absperrbar und verbindbar ist. Damit kann ein kurzer Heizkreis ausgebildet werden, mit dem relativ unabhängig von den übrigen Heiz- und Kühlkreisläufen eine Innenraumbeheizung durchgeführt werden kann.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Wärmemanagementsystem ferner ausgestattet mit einer Heiz-Rückleitung, die einen stromabwärtigen Ausgang des Innenraumwärmetauschers mit einem stromaufwärtigen Eingang des Wärmequellen-Ventils verbindet. Die Heiz-Rückleitung ist dabei insbesondere frei von Wärmequellen und Wärmesenken und weist lediglich ein Einwegeventil auf.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Wärmemanagementsystem ferner ausgestattet mit einem Chiller-Strang, der einen Chiller aufweist, welcher von einem Kältekreislauf und fluidisch davon getrennt vom Chiller-Strang durchströmbar ist, wobei der Chiller-Strang stromabwärts des Elektromotors vom Elektromotor-Kühlkreis abzweigt, und einem HVS-Strang, der mit dem Chiller-Strang verbunden ist und einen Energiespeicher aufweist, wobei der HVS-Strang stromaufwärts des Elektromotors in den Motor-Kühlkreis mündet.
  • Darüber hinaus stellt die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit solch einem Wärmemanagementsystem bereit.
  • Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. In diesen Zeichnungen ist Folgendes dargestellt:
    • 1 zeigt schematisch Heiz- und Kühlkreisläufe eines Wärmemanagementsystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
    • 2 zeigt einen Kältekreislauf des Wärmemanagementsystems.
  • 1 zeigt schematisch Heiz- und Kühlkreisläufe eines Wärmemanagementsystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Wärmemanagementsystem ist vorzugsweise in einem nicht dargestellten Kraftfahrzeug, insbesondere einem Personenkraftwagen, installiert. Bei dem Kraftfahrzeug handelt es sich um ein Hybridfahrzeug, d.h. ein Kraftfahrzeug, welches sowohl mittels Verbrennungsmotor als auch mittels Elektromotor antreibbar ist.
  • Die Heiz- und Kühlkreisläufe des Wärmemanagementsystems umfassen einen Verbrennungsmotor 1 und einen den Verbrennungsmotor 1 durchströmenden VM-Kühlkreislauf 2. In dem Kühlkreislauf 2 ist zumindest eine VM-Kühlmittelpumpe 3 sowie ein VM-Kühler 4, insbesondere ein Hochtemperatur-Kühler, angeordnet. In dem VM-Kühlkreislauf 2 ist zur Kühlung des Verbrennungsmotors 1 bei aktivierter VM-Kühlmittelpumpe 3 ein Kühlmittel zirkulierbar, beispielsweise ein mit Additiven versetztes Wasser. Zum schnelleren Aufheizen des Verbrennungsmotors 1, beispielsweise in einer Warmlaufphase, weist der VM-Kühlkreislauf 2 eine VM-Kühler-Bypassleitung 5 auf, mit der ein vom Verbrennungsmotor 1 kommender Kühlmittelstrom unter Umgehung des VM-Kühlers 4 wieder zum Verbrennungsmotor 1 zurückführbar ist.
  • Der VM-Kühlkreislauf 2 kann einen VM-Heizstrang 6 aufweisen, der von einem Hauptkreislauf 7 des VM-Kühlkreislaufs 2 abzweigt. VM-Heizstrang 6 weist einen Heiz-Wärmetauscher 8 sowie eine Heiz-Kühlmittelpumpe 9 zum Fördern des Kühlmittels im VM-Heizstrang 6 auf und mündet stromab dieser Komponenten wieder in den Hauptkreislauf 7 zurück. Für den Fachmann ist jedoch ersichtlich, dass hier auch andere Verschaltungen möglich sind. So kann beispielsweise der Heiz-Wärmetauscher 8 auch direkt im Hauptkreislauf 7 des VM-Kühlkreislaufs 2 angeordnet sein. Darüber hinaus ist ein Getriebeölkühlkreislauf 10 zur Kühlung eines Fahrzeuggetriebes vorgesehen.
  • Die Heiz- und Kühlkreisläufe des Wärmemanagementsystems umfassen darüber hinaus einen Elektromotor-Kühlkreis 11, in dem zumindest ein Elektromotor 12 (Traktionsmotor) zum Antrieb des Kraftfahrzeugs angeordnet ist. Bei zwei oder mehr Elektromotoren 12 könnten diese parallel zueinander im Elektromotor-Kühlkreis 11 verschaltet sein. Ferner weist der Elektromotor-Kühlkreis 11 zumindest eine Leistungselektronik-Komponente 13 auf, wie beispielsweise einen dem Elektromotor 12 zugeordneten Inverter, einen Gleichstromwandler, eine Batteriesteuerung, ein On-Board-Ladegerät usw. Die Leistungselektronik-Komponente 13 kann stromabwärts des Elektromotors 12 angeordnet sein.
  • Stromab des Elektromotors 12, insbesondere stromab der Leistungselektronik-Komponente 13, sind ein Chiller-Ventil 14, ein Kühler 15, insbesondere ein Niedertemperatur-Kühler, sowie eine Kühler-Pumpe 16, insbesondere in Reihe geschaltet (beispielsweise in dieser Reihenfolge), angeordnet. In dem Elektromotor-Kühlkreis 11 ist bei entsprechend geöffnetem Chiller-Ventil 14 und aktivierter Kühler-Pumpe 16 ein Kühlmittel zirkulierbar, beispielsweise ein mit Additiven versetztes Wasser.
  • Parallel zum Elektromotor 12 ist ein Heizstrang 17 vorgesehen. Genauer zweigt zwischen der Kühler-Pumpe 16 und den im Elektromotor-Kühlkreis 11 zu kühlenden Komponenten (d.h. dem Elektromotor 12 und den Leistungselektronik-Komponenten 13) der Heizstrang 17 vom Elektromotor-Kühlkreis 11 ab. Zwischen dem Chiller-Ventil 14 und dem Kühler 15 mündet der Heizstrang 17 wieder in den Elektromotor-Kühlkreis 11 ein. Ebenso ist der Heizstrang 17 parallel zur Reihenschaltung aus Kühler 15 und Kühler-Pumpe 16.
  • Der Heizstrang 17 weist ein Heizstrang-Ventil 18, ein Wärmequellen-Ventil 19, einen wassergekühlten Kondensator 20, eine Heizkreis-Pumpe 21, einen elektrischen Heizer 22 sowie einen Innenraumwärmetauscher 23 auf. Die Komponenten 18 bis 23 sind in Reihe geschaltet. Insbesondere werden im Betrieb des Heizstrangs 17 die Komponenten 20 bis 23 in dieser genannten Reihenfolge durchströmt. Insbesondere ist das Heizstrang-Ventil 18 stromaufwärts des Wärmequellen-Ventils 19 und dieses wiederum stromaufwärts des Kondensators 20 angeordnet.
  • Der Innenraumwärmetauscher 23 ist innerhalb einer angedeuteten Luftführung 24, beispielsweise einem Luftströmungskanal, angeordnet, mit der Luft in einen nicht dargestellten Insassenraum des Kraftfahrzeugs geführt wird, so dass mittels des Innenraumwärmetauschers 23 der Insassenraum beheizt werden kann.
  • Der Kühler 15 ist von Umgebungsluft durchströmbar angeordnet, so dass er durch Fahrtwind gekühlt werden kann. Dem Kühler 15 ist ein Gebläse 25 zugeordnet, um zusätzlich zum Fahrtwind eine Luftströmung durch diesen zu fördern. In bekannter Weise ist dem Kühler 15 ein Ausgleichsbehälter 26 zugeordnet.
  • Eine Heiz-Rückleitung 27 verbindet einen stromabwärtigen Ausgang des Innenraumwärmetauschers 23 mit einer Stelle zwischen dem Heizstrang-Ventil 18 und dem Wärmequellen-Ventil 19 fluidisch leitend miteinander. In der Heiz-Rückleitung 27 ist ausschließlich ein Einwegeventil 28 vorgesehen, welches nur eine Strömung in einer Richtung vom Ausgang des Innenraumwärmetauschers 23 hin zur Stelle zwischen dem Heizstrang-Ventil 18 und dem Wärmequellen-Ventil 19 zulässt.
  • Darüber hinaus weist das Wärmemanagementsystem einen HVS-Strang 29 auf, der eine Reihenschaltung aus einer HVS-Pumpe 30, einem HVS-Ventil 31, einem elektrischen Energiespeicher 32 (HVS), einem Rückschlagventil 33 sowie HVS-Umschaltmittel 34 aufweist, welche an einer Verzweigung 35 positioniert sind. Die genannten Elemente werden im Betrieb des HVS-Stangs 29 insbesondere in der genannten Reihenfolge durchströmt. Die HVS-Umschaltmittel 34 sind in 1 als ein Umschaltventil bzw. ein 2/3-Wege-Ventil ausgeführt, jedoch können diese ebenso durch zwei oder drei Absperrventile ausgebildet werden. Bei dem elektrischen Energiespeicher 32 handelt es sich um einen elektrochemischen Energiespeicher mit einer Vielzahl an Speicherzellen zum Speichern und Bereitstellen von elektrischer Energie, insbesondere zum Antrieb des Kraftfahrzeugs.
  • Ferner ist im Wärmemanagementsystem ein Chiller-Strang 36 vorgesehen, der stromabwärts des Elektromotors 12, insbesondere stromabwärts der Leistungselektronik-Komponente 13, an einer Abzweigung 37 vom Elektromotor-Kühlkreis 11 abzweigt und den Chiller 38 sowie das Chiller-Ventil 14 aufweist. Das Chiller-Ventil 14 bildet dabei die Abzweigung 37 des Chiller-Strangs 36 vom Elektromotor-Kühlkreis 11. Ferner ist das Chiller-Ventil 14 in 1 als ein Umschaltventil bzw. ein 2/3-Wege-Ventil ausgeführt, jedoch kann dies ebenso durch zwei oder drei Absperrventile ausgebildet werden.
  • Auf der Chiller-Ventil abgewandten Seite ist der Chiller 38 mit dem HVS-Strang 29, genauer mit einer Eingangsseite der HVS-Pumpe 30, sowie einer Verbindungsleitung 39 verbunden. Die Verbindungsleitung 39 führt zum Elektromotor-Kühlkreis 11 und zwar an eine Stelle zwischen der Einmündung des Heizstrangs 17 in den Elektromotor-Kühlkreis 11 und der Abzweigung 37.
  • Zwischen dem Chiller 38 und der Abzweigung 37 mündet eine von der Verzweigung 35 bzw. den HVS-Umschaltmitteln 34 kommende Bypassleitung 40 ein. Ferner führt von der Verzweigung 35 eine Verbindungsleitung 41 in den Elektromotor-Kühlkreis 11, genauer mündet die Verbindungsleitung 41 an einer Stelle stromaufwärts des Elektromotors 12 und stromabwärts der Abzweigung des Heizstrangs 17 in den Elektromotor-Kühlkreis 11.
  • Der in 1 rechts des Getriebeölkühlkreislauf 10 befindliche Teil des Wärmemanagementsystems stellt eine Wärmeenergie vorwiegend auf Basis eines elektrifizierten Antriebs des Kraftfahrzeugs bereit während der links des Kühlers 15 dargestellte Teil eine Wärmeenergie vorwiegend auf Basis des verbrennungsmotorischen Antriebs des Kraftfahrzeugs bereitstellt. Energetisch verbunden sind diese beiden Teile des Wärmemanagementsystems über einen Verbindungskreislauf 42, der den Heiz-Wärmetauscher 8 aufweist. Der Heiz-Wärmetauscher 8 ist ein Wasser-Wasser-Wärmetauscher, der einerseits von dem Kühlmittel des VM-Kühlkreislaufs 2 bzw. des VM-Heizstrang 6 und andererseits, fluidisch davon getrennt, von dem Kühlmittel des Heizstrang 17 durchströmbar ist. Somit ist das Kühlmittel des VM-Kühlkreislaufs 2 bzw. des VM-Heizstrang 6 fluidisch vom Kühlmittel des Heizstrang 17 getrennt, Wärmeenergie kann jedoch übertragen werden, insbesondere vom VM-Kühlkreislaufs 2 in den Heizstrang 17.
  • Mittels der Ventile 18 und 19 kann gewählt werden ob ein Eintrag von Wärmeenergie vom VM-Kühlkreislauf 2 oder dem Elektromotor-Kühlkreis 11 stattfinden soll, wobei auch eine Mischform bzw. Zwischenstellung denkbar ist. Das Heizstrang-Ventil 18 ist beispielsweise ein Absperrventil, mittels dem der Heizstrang 17 eingangsseitig mit dem Elektromotor-Kühlkreis 11 verbunden oder von ihm getrennt werden kann, so dass Kühlmittel vom Elektromotor-Kühlkreis 11 in den Heizstrang 17 einströmen kann oder nicht. Selbstverständlich sind auch Zwischenstellungen denkbar. In der in 1 dargestellten Schaltstellung des Heizstrang-Ventils 18 kann Kühlmittel vom Elektromotor-Kühlkreis 11 in den Heizstrang 17 einströmen. Wenn sich gleichzeitig das Wärmequellen-Ventil 19 in der in 1 dargestellten ersten Schaltstellung befindet, in welcher eine Ausgangsseite des Heizstrang-Ventils 18 direkt mit einer Eingangsseite des Kondensators 20 verbunden wird, kann Kühlmittel vom Elektromotor-Kühlkreis 11 in den Heizstrang 17 einströmen und durchströmt unter Umgehung des Heiz-Wärmetauschers 8 eine Reihenschaltung aus Heizstrang-Ventil 18, Wärmequellen-Ventil 19, Kondensator 20, Heizkreis-Pumpe 21, elektrischen Heizer 22 und Innenraumwärmetauscher 23. Die Heizkreis-Pumpe 21 kann dabei für eine gewünschte Strömung durch den Heizstrang 17 sorgen. Der Insassenraum kann somit über am Innenraumwärmetauscher 23 abgegebene Wärmeenergie geheizt werden, die dem Innenraumwärmetauscher 23 von zumindest einer Komponente der folgenden Gruppe zugeführt wird: dem Elektromotor 12, der Leistungselektronik-Komponente 13, dem Kondensator 20 und/oder dem elektrischen Heizer 22. In dieser ersten Schaltstellung des Wärmequellen-Ventils 19 ist am Wärmequellen-Ventil 19 der Verbindungskreislauf 42 unterbrochen, so dass keine oder im Wesentlichen keine Kühlmittelströmung im Verbindungskreislauf 42 stattfindet.
  • Wird das Wärmequellen-Ventil 19 in eine zweite Schaltstellung gebracht, wird zwischen der Ausgangsseite des Heizstrang-Ventils 18 und der Eingangsseite des Kondensators 20 der Heiz-Wärmetauscher 8 zwischengeschaltet. Wird gleichzeitig das Heizstrang-Ventil 18 in der vorstehend genannten Stellung beibehalten, kann Kühlmittel vom Elektromotor-Kühlkreis 11 in den Heizstrang 17 einströmen und durchströmt eine Reihenschaltung aus Heizstrang-Ventil 18, Wärmequellen-Ventil 19, Heiz-Wärmetauscher 8, Kondensator 20, Heizkreis-Pumpe 21, elektrischen Heizer 22 und Innenraumwärmetauscher 23. Die Heizkreis-Pumpe 21 kann dabei für eine gewünschte Strömung durch den Heizstrang 17 sorgen. Der Insassenraum kann somit über am Innenraumwärmetauscher 23 abgegebene Wärmeenergie geheizt werden, die dem Innenraumwärmetauscher 23 von zumindest einer Komponente der folgenden Gruppe zugeführt wird: dem Elektromotor 12, der Leistungselektronik-Komponente 13, dem Heiz-Wärmetauscher 8, dem Kondensator 20 und/oder dem elektrischen Heizer 22. Insbesondere wird in diesem Betriebszustand die Wärmeenergie zumindest vom Heiz-Wärmetauscher 8 in den Innenraumwärmetauscher 23 eingetragen.
  • Befindet sich das Heizstrang-Ventil 18 in einer Sperrstellung, in der der Heizstrang 17 eingangsseitig von dem Elektromotor-Kühlkreis 11 getrennt ist und gleichzeitig die Heizkreis-Pumpe 21 betrieben wird, dann wird ein kurzer Heizkreis 43 ausgebildet, welcher mit einer Strichpunktlinie angedeutet ist, jedoch der Übersichtlichkeit halber nur für den Fall, dass sich das Wärmequellen-Ventil 19 in seiner ersten Schaltstellung befindet. Beim kurzen Heizkreis 43 wird eine Reihenschaltung aus Kondensator 20, Heizkreis-Pumpe 21, elektrischen Heizer 22, Innenraumwärmetauscher 23, Heiz-Rückleitung 27 und Einwegeventil 28 durchströmt. Je nach Stellung des Wärmequellen-Ventils 19 wird in der zweiten Schaltposition des Wärmequellen-Ventils 19 nach dem Einwegeventil 28 das Wärmequellen-Ventil 19 sowie der Heiz-Wärmetauscher 8 vom Kühlmittel durchströmt und kehrt dann wieder zum Kondensator 20 zurück. In der ersten Schaltposition des Wärmequellen-Ventils 19 hingegen wird nach dem Einwegeventil 28 das Wärmequellen-Ventil 19 durchströmt und das Kühlmittel kehrt unter Umgehung des Heiz-Wärmetauschers 8 wieder zum Kondensator 20 zurück. Der Insassenraum kann somit über den kurzen Heizkreis 43 über am Innenraumwärmetauscher 23 abgegebene Wärmeenergie geheizt werden, die dem Innenraumwärmetauscher 23 in der zweiten Schaltposition des Wärmequellen-Ventils 19 zumindest vom Heiz-Wärmetauscher 8 zugeführt wird, aber zusätzlich auch vom Kondensator 20 und/oder dem elektrischen Heizer 22 zugeführt werden kann. Wohingegen in der ersten Schaltposition des Wärmequellen-Ventils 19 die Wärmeenergie vom Kondensator 20 und/oder dem elektrischen Heizer 22 zugeführt wird.
  • 2 zeigt schematisch einen Kältekreislauf 44 des Wärmemanagementsystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der Kältekreislauf 44 umfasst den wassergekühlten Kondensator 20, den Chiller 38 sowie einen Klima-Verdampfer 45, welcher in der Luftführung 24 angeordnet ist. Es sei angemerkt, dass es sich nicht notwendiger Weise um einen wassergekühlten Kondensator handeln muss, sondern dass die Erfindung auch vorteilhaft im Zusammenhang mit einem luftgekühlten Kondensator verwendet werden kann. Durch diese Komponenten zirkuliert ein Kältemittel, beispielsweise R134a, R1234yf, R1234ze oder dergleichen. Der Chiller 38 ist ein Wärmetauscher bzw. Wärmeüberträger, der Wärmeenergie zwischen dem Kältemittel des Kältekreislaufs 44 und dem Kühlmittel im Chiller-Strang 36 überträgt. Dazu durchströmen das Kältemittel und das Kühlmittel fluidisch getrennt voneinander den Chiller 38. Der Klima-Verdampfer 45 ist ein Wärmetauscher bzw. Wärmeüberträger, der Wärmeenergie zwischen dem Kältemittel des Kältekreislaufs 44 und einer in der Luftführung 24 strömenden Luft überträgt. Dazu durchströmen das Kältemittel und die Luft fluidisch getrennt voneinander den Klima-Verdampfer 45. Der Klima-Verdampfer 45 ist im Kältekreislauf 44 parallel zum Chiller 38 geschaltet. Zum Einstellen der Kühlleistung des Klima-Verdampfers 45 ist diesem ein selbstregelndes und elektrisch absperrbares Expansionsventil 46 vorgeschaltet. Dem Chiller 38 ist ein Expansionsventil 47 vorgeschaltet. Der Innenraumwärmetauscher 23 und der Klima-Verdampfer 45 sind beide in der Luftführung 24 angeordnet. Mit ihnen kann der Insassenraum beheizt, gekühlt und/oder entfeuchtet werden.
  • Ferner weist der Kältekreislauf 44 einen elektrischen Verdichter 48 auf, mit dem das Kältemittel verdichtet und gefördert werden kann. Der Kältekreislauf 44 in 2 weist zusätzlich zwei innere Wärmetauscher 49, 50 auf, von denen einer dem Klima-Verdampfer 45 und der andere dem Chiller 38 zugeordnet ist und deren Funktionsweise aus dem Stand der Technik (siehe Beschreibungseinleitung) bekannt ist. Stromab des Klima-Verdampfers 45 ist ein Rückschlagventil 51 bzw. Einwegeventil angeordnet.
  • Stromabwärts des Kondensators 20 zweigt sich der Kältekreislauf 44 in die parallelen Stränge auf, von denen einer zu dem Klima-Verdampfer 45 und der andere zu dem Chiller 38 führt. Von diesem Punkt wird in dieser Reihenfolge in einen Strang der innere Wärmetauscher 49, das Expansionsventil 46, der Klima-Verdampfer 45, der innere Wärmetauscher 49, das Rückschlagventil 51 und der Verdichter 48 durchströmt. Im anderen Strang wird in dieser Reihenfolge der innere Wärmetauscher 50, das Expansionsventil 47, der Chiller 38, der innere Wärmetauscher 50 und der Verdichter 48 durchströmt. Die parallelen Stränge werden stromaufwärts des Verdichters 48 wieder zusammengeführt.
  • Nachfolgend sollen für das Verständnis der Erfindung einige weitere Betriebsmodi dieses Wärmemanagementsystems beschreiben werden.
  • In Kühlfällen in denen der Kühler 15 zur Wärmeabgabe an die Umgebung genutzt werden soll, wird der Elektromotor-Kühlkreis 11 betrieben, so dass Abwärme des zumindest einen Elektromotors 12 und/oder der zumindest einen Leistungselektronik-Komponente 13 über den Kühler 15 an die Umgebungsluft abgegeben wird.
  • Mit der in 1 dargestellten Schaltung lässt sich ein HVS-Chiller-Kreislauf 52 (entlang der gestrichelten Linie) ausbilden. Dabei wird mittels der aktivierten HVS-Pumpe 30 Kühlmittel vom Energiespeicher 32 entlang der Bypassleitung 40 zum Chiller 38 geführt. Nach dem Durchströmen des Chillers 38 fördert die HVS-Pumpe 30 das Kühlmittel wieder zurück zum Energiespeicher 32 usw. Auf diese Weise kann beispielsweise eine Abwärme des Energiespeichers 32 in den Chiller 38 eingetragen werden und von dort über den Kältekreis 44 und über den Kondensator 20 in den Heizstrang 17 oder den kurzen Heizkreis 43 eingetragen werden. Dadurch wird der Energiespeicher 32 gekühlt während die Abwärme für Heizzwecke verwendet werden kann.
  • Darüber hinaus lässt sich ein Motor-Chiller-Kreislauf 53 (entlang der Strichpunktlinie) ausbilden. Dabei wird mittels der aktivierten HVS-Pumpe 30 Kühlmittel vom Energiespeicher 32, über den Elektromotor 12 sowie die Leistungselektronik-Komponente 13 zum Chiller 38 gefördert. Von dort fördert die HVS-Pumpe 30 das Kühlmittel wieder zurück zum Energiespeicher 32 usw. In diesem Betriebszustand kann der Elektromotor 12 vertrimmt werden, so dass er mehr Abwärme erzeugt. Durch Betrieb des Motor-Chiller-Kreislaufs 53 wird eine Abwärme des Elektromotor 12 in den Energiespeicher 32 eingetragen, um den Energiespeicher bei kalten Umgebungsbedingungen zu heizen. In diesem Betriebszustand sind der Chiller 38 und der Kältekreis 44 vorzugsweise ausgeschaltet. Abhängig von den Umgebungs- und Betriebsbedingungen können der Chiller 38 und der Kältekreis 44 aber auch in Betrieb sein.
  • Mit den HVS-Umschaltmitteln 34 kann ein vom elektrischen Energiespeicher 32 kommender Kühlmittelstrom vollständig in die Bypassleitung 40 oder vollständig in die Verbindungsleitung 41 geleitet werden. Darüber hinaus kann der Kühlmittelstrom ebenso in einem gewünschten Verhältnis auf die Bypassleitung 40 und die Verbindungsleitung 41 aufgeteilt werden.
  • Diese Betriebsmodi sind nicht abschließend und der Fachmann ist sicher in der Lage anhand der aufgezeigten Funktionalität und des Schaltschemas des Wärmemanagementsystems weitere Betriebsmodi vorteilhaft zu nutzen.
  • Während die Erfindung detailliert in den Zeichnungen und der vorangehenden Beschreibung veranschaulicht und beschrieben wurde, ist diese Beschreibung als beispielhaft und nicht als beschränkend zu verstehen und es ist nicht beabsichtigt die Erfindung auf das offenbarte Ausführungsbeispiel zu beschränken. Die bloße Tatsache, dass bestimmte Merkmale in verschiedenen abhängigen Ansprüchen genannt sind, soll nicht andeuten, dass eine Kombination dieser Merkmale nicht auch vorteilhaft genutzt werden könnte.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Verbrennungsmotor
    2
    VM-Kühlkreislauf
    3
    VM-Kühlmittelpumpe
    4
    VM-Kühler
    5
    Kühler-Bypassleitung
    6
    VM-Heizstrang
    7
    Hauptkreislauf
    8
    Wärmetauscher
    9
    Heiz-Kühlmittelpumpe
    10
    Getriebeölkühlkreislauf
    11
    Elektromotor-Kühlkreis
    12
    Elektromotor
    13
    Leistungselektronik-Komponente
    14
    Chiller-Ventil
    15
    Kühler
    16
    Kühler-Pumpe
    17
    Heizstrang
    18
    Heizstrang-Ventil
    19
    Wärmequellen-Ventil
    20
    Kondensator
    21
    Heizkreis-Pumpe
    22
    Elektrischer Heizer
    23
    Innenraumwärmetauscher
    24
    Luftführung
    25
    Gebläse
    26
    Ausgleichsbehälter
    27
    Heiz-Rückleitung
    28
    Einwegeventil
    29
    HVS-Strang
    30
    HVS-Pumpe
    31
    HVS-Ventil
    32
    Elektrischer Energiespeicher (HVS)
    33
    Rückschlagventil
    34
    HVS-Umschaltmittel
    35
    Verzweigung
    36
    Chiller-Strang
    37
    Abzweigung
    38
    Chiller
    39
    Verbindungsleitung
    40
    Bypassleitung
    41
    Verbindungsleitung
    42
    Verbindungskreislauf
    43
    Kurzer Heizkreis
    44
    Kältekreislauf
    45
    Klima-Verdampfer
    46
    Expansionsventil
    47
    Expansionsventil
    48
    Elektrischer Verdichter
    49
    Innerer Wärmetauscher
    50
    Innerer Wärmetauscher
    51
    Rückschlagventil
    52
    HVS-Chiller-Kreislauf
    53
    Motor-Chiller-Kreislauf
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102019132688 A1 [0002, 0003]
    • DE 102019107191 A1 [0002]

Claims (8)

  1. Wärmemanagementsystem für ein Kraftfahrzeug, mit einem Elektromotor-Kühlkreis (11), der zumindest einen Elektromotor (12) aufweist; einem Heizstrang (17), der einen Kondensator (20), einen elektrischen Heizer (22) und einen Innenraumwärmetauscher (23) aufweist, wobei der Heizstrang (17) vom Elektromotor-Kühlkreis (11) abzweigt und wieder in diesen mündet, so dass der Heizstrang (17) parallel zum Elektromotor (12) geschaltet ist; einem VM-Kühlkreis (2), der einen Verbrennungsmotor (1) aufweist, und einem Heiz-Wärmetauscher (8), mit dem Wärmeenergie vom VM-Kühlkreis (2) wahlweise in den Heizstrang (17) eintragbar ist.
  2. Wärmemanagementsystem gemäß Anspruch 1, wobei der Heiz-Wärmetauscher (8) wahlweise in den Heizstrang (17) zuschaltbar und herausschaltbar ist.
  3. Wärmemanagementsystem gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit einem Wärmequellen-Ventil (19) welches in einer ersten Schaltstellung den Heizstrang (17) so ausbildet, dass er unter Umgehung des Heiz-Wärmetauschers (8) durchströmbar ist und in einer zweiten Schaltstellung den Heizstrang (17) so ausbildet, dass der Heiz-Wärmetauscher (8) stromaufwärts des Innenraumwärmetauschers (23) angeordnet ist.
  4. Wärmemanagementsystem gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kondensator (20), der elektrische Heizer (22) und der Innenraumwärmetauscher (23) seriell angeordnet sind.
  5. Wärmemanagementsystem gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Heizstrang (17) ferner ein Heizstrang-Ventil (18) aufweist, mit dem der Heizstrang (17) eingangsseitig vom Elektromotor-Kühlkreis (11) absperrbar und mit diesem verbindbar ist.
  6. Wärmemanagementsystem gemäß Anspruch 3, ferner mit einer Heiz-Rückleitung (27), die einen stromabwärtigen Ausgang des Innenraumwärmetauschers (23) mit einem stromaufwärtigen Eingang des Wärmequellen-Ventils (19) verbindet.
  7. Wärmemanagementsystem gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit einem Chiller-Strang (36), der einen Chiller (38) aufweist, welcher von einem Kältekreislauf (44) und fluidisch davon getrennt vom Chiller-Strang (36) durchströmbar ist, wobei der Chiller-Strang (36) stromabwärts des Elektromotors (12) vom Elektromotor-Kühlkreis (11) abzweigt, und einem HVS-Strang (29), der mit dem Chiller-Strang (36) verbunden ist und einen Energiespeicher (32) aufweist, wobei der HVS-Strang (29) stromaufwärts des Elektromotors (12) in den Motor-Kühlkreis (11) mündet.
  8. Kraftfahrzeug mit einem Wärmemanagementsystem gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.
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