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Die Erfindung betrifft ein Wärmemanagementsystem, bei dem ein Temperierkreislauf, in dem ein Temperiermittel bzw. Kühlmittel zirkulierbar ist, und ein Kältekreislauf, in dem ein Kältemittel zirkulierbar ist zur Ausbildung einer Wärmepumpenfunktionalität zusammenwirken. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Wärmemanagementsystem.
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Es sind Wärmemanagementsysteme für elektrifizierte Kraftfahrzeuge bekannt, die eine Heizleistung für einen Fahrzeuginsassenraum mittels einer Wärmepumpenfunktionalität bereitstellen, in der vorhandene Wärmequellen, z.B. Elektromotor und Hochvoltspeicher, genutzt werden. Bei derartigen Systemen ist es wünschenswert, die Komplexität solcher Wärmemanagementsysteme zu verringern, diese Systeme kostengünstiger in der Herstellung zu gestalten und die Energieeffizienz zu steigern.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein energieeffizientes und möglichst kostengünstiges Wärmemanagementsystem bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch ein Wärmemanagementsystem gemäß Anspruch 1 sowie ein Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 9 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Wärmemanagementsystem für ein Kraftfahrzeug bereitgestellt, mit einem Temperier-Hauptkreislauf, in dem eine erste Wärmequelle, insbesondere ein elektrischer Traktionsmotor zum Antrieb des Kraftfahrzeugs, sowie eine Parallelschaltung aus einem ersten Umgebungsluftkühler und einer Kühler-Bypassleitung angeordnet sind, wobei eine Temperiermittelaufteilung der Parallelschaltung einstellbar ist, insbesondere mittels eines Kühler-Bypassventils einstellbar ist; einem Batteriekreislauf, in dem eine Traktionsbatterie und ein Chiller angeordnet sind, wobei der Batteriekreislauf über eine Eingangsleitung mit dem Temperier-Hauptkreislauf verbunden ist, welche zwischen der ersten Wärmequelle und der Parallelschaltung vom Temperier-Hauptkreislauf abzweigt und zwischen der Traktionsbatterie und dem Chiller in den Batteriekreislauf mündet, und wobei der Batteriekreislauf über eine Ausgangsleitung mit dem Temperier-Hauptkreislauf verbunden ist, welche zwischen dem Chiller und der Traktionsbatterie von dem Batteriekreislauf abzweigt und zwischen der ersten Wärmequelle und der Parallelschaltung in den Temperier-Hauptkreislauf mündet, wobei ein Durchfluss durch die Eingangsleitung und/oder die Ausgangsleitung sperrbar und freigebbar ist. Der Vorteil dieses System ist, dass durch den Kühler-Bypass wahlweise eine von der ersten Wärmequelle kommende Wärmeenergie im Temperierkreislauf zurückgehalten und zur Beheizung der Traktionsbatterie dieser zugeführt werden kann oder je nach Umgebungsbedingungen Wärmeenergie aus der Umgebungsluft in den Temperierkreislauf eingetragen werden kann.
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Im Rahmen dieser Erfindung ist unter einem Chiller ein Wärmetauscher zu verstehen, der von Temperiermittel bzw. Kühlmittel und fluidisch davon getrennt und in Wärmetausch befindlich von Kältemittel durchströmbar ist.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist der Batteriekreislauf eine Batterie-Bypassleitung und ein Batterie-Bypassventil auf, so dass über eine Steuerung des Batterie-Bypassventils eine Aufteilung des Temperiermittels durch die Traktionsbatterie und an ihr vorbei einstellbar ist. Dieser Batterie-Bypassleitung hat den Vorteil, dass ein Betriebszustand darstellbar ist, bei dem der Batteriekreislauf betreibbar ist, ohne dass Wärmeenergie in die Traktionsbatterie eingetragen wird und somit anderweitig zur Verfügung steht, beispielsweise zur Beheizung des Fahrzeuginsassenraums über den Chiller, der die Wärmeenergie in den Kältekreislauf einträgt.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Wärmemanagementsystem ferner ausgestattet mit einem Kondensatorstrang, der vom Temperier-Hauptkreislauf abzweigt und in diesen wieder einmündet und parallel zur Parallelschaltung angeordnet ist, wobei der Kondensatorstrang einen wassergekühlten Kondensator aufweist, der mit einem Kältekreislauf zusammenwirkt. Über den Kondensatorstrang und dessen Steuerung der Durchströmung ist eine Aufteilung der Heizleistung zwischen Beheizung des Fahrzeuginsassenraums und der Traktionsbatterie über den Temperierkreislauf einstellbar.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist der Kondensatorstrang ferner einen zweiten Umgebungsluftkühler, der seriell zum wassergekühlten Kondensator angeordnet ist, sowie eine Bypassleitung auf, mit der das Temperiermittel an dem zweiten Umgebungsluftkühler vorbeiführbar ist. Damit kann das Temperaturniveau stromaufwärts des wassergekühlten Kondensators abgesenkt werden, was sich vorteilhaft auf die Energieeffizienz auswirkt.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist der Kondensatorstrang ferner einen Heizwärmetauscher, der seriell zum wassergekühlten Kondensator angeordnet ist, sowie eine Heizstrang-Rückführleitung auf, mit der das Temperiermittel von einer Ausgangsseite des Heizwärmetauschers zurück zu einer Stelle im Kondensatorstrang stromaufwärts des wassergekühlten Kondensators führbar ist.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die weitere Wärmequelle ein elektrischer Zuheizer.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist als weitere Wärmequelle eine zweite Wärmequelle vorgesehen und die Eingangsleitung mündet im Batteriekreislauf stromaufwärts der zweiten Wärmequelle in den Batteriekreislauf.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist als weitere Wärmequelle eine dritte Wärmequelle vorgesehen und die Eingangsleitung mündet im Batteriekreislauf stromabwärts der dritten Wärmequelle in den Batteriekreislauf.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist als weitere Wärmequelle eine zweite Wärmequelle und eine dritte Wärmequelle vorgesehen und die Eingangsleitung mündet zwischen ihnen in den Batteriekreislauf mündet.
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Die sich daraus ergebende Positionierung einer Wärmequelle stromab der Eingangsleitung ist für Komponenten vorteilhaft, welche einen permanenten Durchfluss benötigen, weil dadurch diese Wärmequelle seriell zur ersten Wärmequelle verschaltet ist. Situativ kann diese Wärmequelle auch auf einem niedrigeren Temperaturniveau betrieben werden, weil der Batteriekreislauf vom Temperier-Hauptkreislauf entkoppelt betreibbar ist. Eine Positionierung einer Wärmequelle stromaufwärts dieser Eingangsleitung ist für Komponenten vorteilhaft, welche eine ähnliche Temperierungsanforderung wie die Traktionsbatterie haben bzw. diesem Wärmeenergie zuführen (beheizen). Außerdem erzeugt die so positionierte Wärmequelle keinen Druckverlust hinsichtlich der Serienschaltung aus Chiller und erster Wärmequelle.
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Darüber hinaus stellt die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit solch einem Wärmemanagementsystem bereit.
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Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. In diesen Zeichnungen ist Folgendes dargestellt:
- 1 a zeigt schematisch einen Temperierkreislauf eines Wärmemanagementsystems gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 1 b zeigt schematisch einen Kältekreislauf des Wärmemanagementsystems gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
- 2 zeigt schematisch den Temperierkreislauf in einem ersten Betriebszustand;
- 3 zeigt schematisch den Temperierkreislauf in einem zweiten Betriebszustand;
- 4 zeigt schematisch den Temperierkreislauf in einem dritten Betriebszustand;
- 5 zeigt schematisch den Temperierkreislauf in einem vierten Betriebszustand;
- 6 zeigt schematisch den Temperierkreislauf in einem fünften Betriebszustand;
- 7 zeigt schematisch den Temperierkreislauf in einem sechsten Betriebszustand;
- 8a zeigt schematisch einen Temperierkreislauf eines Wärmemanagementsystems gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 8b zeigt schematisch einen Kältekreislauf des Wärmemanagementsystems gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel;
- 9a zeigt schematisch einen Temperierkreislauf eines Wärmemanagementsystems gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 9b zeigt schematisch einen Kältekreislauf des Wärmemanagementsystems gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel;
- 10a zeigt schematisch einen Temperierkreislauf eines Wärmemanagementsystems gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung, der dem Temperierkreislauf aus 9a entspricht;
- 10b zeigt schematisch einen Kältekreislauf des Wärmemanagementsystems gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel, der dem Kältekreislauf aus 1b entspricht;
- 11 a zeigt schematisch einen Temperierkreislauf eines Wärmemanagementsystems gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
- 11 b zeigt schematisch einen Kältekreislauf des Wärmemanagementsystems gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel, der dem Kältekreislauf aus 1b entspricht.
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1a zeigt schematisch einen Temperierkreislauf 1 eines Wärmemanagementsystems gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. 1b zeigt schematisch einen Kältekreislauf 2 des Wärmemanagementsystems gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, welcher mit dem Temperierkreislauf 1 zusammenwirkt. Das Wärmemanagementsystem ist vorzugsweise in einem nicht dargestellten Kraftfahrzeug, beispielsweise einem Personenkraftwagen, insbesondere einem elektrifizierten Kraftfahrzeug installiert, welches zumindest zeitweise rein elektrisch angetrieben wird.
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Im Temperierkreislauf 1 zirkuliert ein Temperiermittel, bei dem es sich insbesondere um eine Flüssigkeit, wie beispielsweise ein mit Additiven versetztes Wasser handelt. Der Temperierkreislauf 1 umfasst einen Temperier-Hauptkreislauf 3, der eine erste Wärmequelle 4, ein Chiller-Ventil 5, ein Kühler-Bypassventil 6, einen ersten Umgebungsluftkühler 7 und eine erste Pumpe 8 aufweist. Diese Komponenten sind seriell im Temperier-Hauptkreislauf 3 angeordnet, insbesondere in der genannten Reihenfolge seriell angeordnet. Im Temperier-Hauptkreislauf 3 kann durch die genannten Elemente Temperiermittel in einem geschlossenen Kreislauf zirkuliert werden. Zur Veranschaulichung ist mit einer gestrichelten Linie 3a der Verlauf des Temperier-Hauptkreislaufs 3 in 1a gekennzeichnet. Bei der ersten Wärmequelle 4 handelt es sich insbesondere um einen oder mehrere Traktionsmotoren, d.h. Elektromotoren zum Antrieb des Kraftfahrzeugs. Es kann sich aber auch um einen Steuercomputer für autonomes Fahren oder um Leistungselektronikkomponenten wie beispielsweise einen Inverter, einen Gleichstromwandler, eine Batteriesteuerung und/oder ein fahrzeuginternes Ladegerät handeln. Bei dem ersten Umgebungsluftkühler 7 handelt es sich insbesondere um einen Hochtemperaturkühler. Dem ersten Umgebungsluftkühler 7 sind in bekannter Weise gesteuerte Luftklappen 9, ein Gebläse 10 sowie ein Temperiermittelausgleichsbehälter 11 zugeordnet. Parallel zum ersten Umgebungsluftkühler 7 ist eine Kühler-Bypassleitung 12 angeordnet, d.h. die Kühler-Bypassleitung 12 erstreckt sich vom Kühler-Bypassventil 6 an eine Stelle zwischen dem ersten Umgebungsluftkühler 7 und der ersten Pumpe 8. Anders ausgedrückt, wird mit der Kühler-Bypassleitung 12 ausschließlich der erste Umgebungsluftkühler 7 umgangen. Das Kühler-Bypassventil 6 ist ein Umschaltventil mit dem ein in das Kühler-Bypassventil 6 strömender Temperiermittelstrom entweder zum ersten Umgebungsluftkühler 7 oder in die Kühler-Bypassleitung 12 geleitet werden kann. Auch stufige oder stufenlose Zwischenstellungen, bei denen der Temperiermittelstrom aufgeteilt wird, sind möglich. Darüber hinaus sind im Temperier-Hauptkreislauf 3 ein erster Temperatursensor 13 sowie ein zweiter Temperatursensor 14 vorgesehen. Der erste Temperatursensor 13 ist stromaufwärts des Kühler-Bypassventils 6, genauer am Eingang des Kühler-Bypassventils 6 vorgesehen. Der zweite Temperatursensor 14 ist zwischen dem ersten Umgebungsluftkühler 7 und der ersten Pumpe 8 vorgesehen, genauer zwischen einer Einmündung der Kühler-Bypassleitung 12 in den Temperier-Hauptkreislauf 3 und der ersten Pumpe 8.
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Ferner umfasst der Temperaturkreislauf 1 einen Batteriekreislauf 15, der eine zweite Wärmequelle 16, einen Chiller 17, eine zweite Pumpe 18, ein Batterie-Bypassventil 19, eine Traktionsbatterie 20, ein Einwegeventil 21 sowie eine dritte Wärmequelle 22 aufweist. Diese genannten Elemente des Batteriekreislaufs 15 sind seriell angeordnet, insbesondere in der genannten Reihenfolge seriell angeordnet. Im Batteriekreislauf 15 kann durch die genannten Elemente Temperiermittel in einem geschlossenen Kreislauf zirkuliert werden. Zur Veranschaulichung ist mit einer Strichpunktlinie 15a der Verlauf des Batteriekreislaufs 15 in 1a gekennzeichnet. Parallel zur Traktionsbatterie 20 ist eine Batterie-Bypassleitung 24 angeordnet, d.h. die Batterie-Bypassleitung 24 erstreckt sich vom Batterie-Bypassventil 19 an eine Stelle stromabwärts der Traktionsbatterie 20, genauer an eine Stelle zwischen der Traktionsbatterie 20 und der dritten Wärmequelle 22, noch genauer an eine Stelle zwischen dem Einwegeventil 21 und der dritten Wärmequelle 22. Anders ausgedrückt, wird mit der Batterie-Bypassleitung 24 ausschließlich die Traktionsbatterie 20 und das Einwegeventil 21 umgangen. Das Batterie-Bypassventil 19 ist ein Umschaltventil mit dem ein in das Batterie-Bypassventil 19 strömender Temperiermittelstrom entweder zur Traktionsbatterie 20 oder in die Batterie-Bypassleitung 24 geleitet werden kann. Auch stufige oder stufenlose Zwischenstellungen, bei denen der Temperiermittelstrom aufgeteilt wird, sind möglich. Zwischen der zweiten Pumpe 18 und dem Batterie-Bypassventil 19 ist ein dritter Temperatursensor 25 angeordnet. Bei der Traktionsbatterie handelt es sich um einen elektrochemischen Energiespeicher zum Speichern von elektrischer Energie und zum Bereitstellen dieser zumindest für einen Elektroantrieb des Kraftfahrzeugs. Bei der zweiten Wärmequelle 16 und der dritten Wärmequelle 22 ist zu beachten, dass beide Wärmequellen 16, 22 vorgesehen sein können, dass aber auch nur eine der beiden Wärmequellen 16, 22 oder gar keine zweite und dritte Wärmequelle vorgesehen sein kann. Die zweite Wärmequelle 16 und dritte Wärmequelle 22 kann jeweils beispielsweise ein elektrischer Heizer, ein Steuercomputer für autonomes Fahren oder eine Leistungselektronikkomponente sein. Beispiele für Leistungselektronikkomponenten sind ein Inverter, ein Gleichstromwandler, eine Batteriesteuerung und/oder ein fahrzeuginternes Ladegerät.
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Die Verbindung des Batteriekreislaufs 15 mit dem Temperier-Hauptkreislauf 3 erfolgt über eine Eingangsleitung 26 und eine Ausgangsleitung 27. Die Eingangsleitung 26 verbindet das Chiller-Ventil 5 mit einer Stelle zwischen der Traktionsbatterie 20 und dem Chiller 17, genauer zwischen der zweiten Wärmequelle 16 und dritten Wärmequelle 22. Das Chiller-Ventil 5 ist ein Umschaltventil mit dem ein in das Chiller-Ventil 5 strömender Temperiermittelstrom entweder zum Chiller 17 oder weiter in den Temperier-Hauptkreislauf 3 direkt zum Kühler-Bypassventil 6 geleitet werden kann. Auch stufige oder stufenlose Zwischenstellungen, bei denen der Temperiermittelstrom aufgeteilt wird, sind möglich. Die Ausgangsleitung 27 verbindet eine Stelle zwischen dem Chiller 17 und der zweiten Pumpe 18 mit einer Stelle des Temperier-Hauptkreislaufs 3 zwischen dem Chiller-Ventil 5 und dem Kühler-Bypassventil 6. Über das Chiller-Ventil 5 ist der Batteriekreislauf 15 mit dem Temperier-Hauptkreislauf 3 wahlweise verbindbar, d.h. ist das Chiller-Ventil 5 in einer Schaltstellung, wie in 1a abgebildet, in der der Temperiermittelstrom nicht hin zum Chiller 17 geleitet wird, dann strömt kein Temperiermittel vom Chiller-Ventil 5 in den Batteriekreislauf 15 und da kein Temperiermittel in diesen einströmt, fließt auch im Wesentlichen kein Temperiermittel über die Ausgangsleitung 27 vom Batteriekreislauf 15 in den Temperier-Hauptkreislauf 3 ab. Wird Temperiermittel vom Chiller-Ventil 5 hin zum Chiller 17 geleitet, wird das Temperiermittel bei deaktivierter zweiter Pumpe 18 entlang eines Chiller-Strangs 28, der mit einer Strichzweipunktlinie in 1a eingezeichnet ist, geführt und bei aktivierter zweiter Pumpe 18 zusätzlich zum Chiller-Strang 28 entlang des Batteriekreislaufs 15 zirkuliert. Der Chiller-Strang 28 umfasst eine Reihenschaltung aus der Eingangsleitung 26, der zweiten Wärmequelle 16, dem Chiller 17 und der Ausgangsleitung 27. Die genannten Elemente sind in dem Chiller-Strang 28 seriell, insbesondere in der genannten Reihenfolge angeordnet.
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Parallel zur Kühler-Bypassleitung 12, parallel zum ersten Umgebungsluftkühler 7 sowie parallel zur ersten Wärmequelle 4 ist ein Kondensatorstrang 29 vorgesehen. Genauer zweigt der Kondensatorstrang 29 an einer Stelle zwischen der ersten Pumpe 8 und der ersten Wärmequelle 4 vom Temperier-Hauptkreislauf 3 ab und mündet an einer Stelle zwischen der Ausgangsleitung 27 und dem Kühler-Bypassventil 6 in den Temperier-Hauptkreislauf 3 zurück. Der Kondensatorstrang 29 umfasst ein Bypassventil 30, einen zweiten Umgebungsluftkühler 31, insbesondere einen Niedertemperaturkühler, einen wassergekühlten Kondensator 32 sowie ein Kondensatorstrang-Ventil 33. Mit dem Kondensatorstrang-Ventil 33 lässt sich eine Durchströmung des Kondensatorstrangs 29 einstellen, d.h. sperren, freigeben oder in einer gewünschten stufigen oder stufenlosen Zwischenstellung betreiben. Eine Bypassleitung 34 führt vom Bypassventil 30 unter Umgehung des zweiten Umgebungsluftkühlers 31 zu einer Ausgangsseite des zweiten Umgebungsluftkühlers 31, insbesondere an eine Stelle zwischen dem zweiten Umgebungsluftkühler 31 und dem Kondensator 32. Das Bypassventil 30 ist ein Umschaltventil mit dem ein in das Bypassventil 30 strömender Temperiermittelstrom entweder zum zweiten Umgebungsluftkühler 31 oder in die Bypassleitung 34 geleitet werden kann. Auch stufige oder stufenlose Zwischenstellungen, bei denen der Temperiermittelstrom aufgeteilt wird, sind möglich.
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Nachfolgend wird anhand von 1b der Kältekreislauf 2 näher erläutert. Der Kältekreislauf 2 weist einen Kältemittelverdichter 40, einen Heizkondensator 41, den wassergekühlten Kondensator 32, einen Klima-Verdampfer 42, den Chiller 17, einen Flüssigkeitssammler 43 sowie einen inneren Wärmetauscher 44 bzw. inneren Wärmeüberträger auf. Darüber hinaus ist ein erstes Ventil 45, ein zweites Ventil 46, ein Verdampfer-Ventil 47 sowie ein Chiller-Ventil 48 vorgesehen. Diese Ventile 45 - 48 sind angepasst eine Durchströmung zu sperren oder freizugeben, insbesondere zu sperren, teilweise freizugeben oder vollständig freizugeben. Ferner fungieren das erste Ventil 45, das zweite Ventil 46, das Verdampfer-Ventil 47 und das Chiller-Ventil 48 im teilgeöffneten Zustand als Expansionsorgan. Anstatt dem ersten Ventil 45 und dem zweiten Ventil 46, kann auch nur ein einziges Ventil vorgesehen sein, welches die Aufgaben beider Ventile übernimmt.
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Der Klima-Verdampfer 42 und der Chiller 17 sind zueinander parallel geschaltet. Genauer ist eine Reihenschaltung aus dem Verdampfer-Ventil 47, dem Klima-Verdampfer 42 und einem Rückschlagventil 49 bzw. Einwegeventil parallel zu einer Reihenschaltung aus dem Chiller-Ventil 48, dem Chiller 17 und einem Rückschlagventil 50 bzw. Einwegeventil angeordnet. Die genannten Elemente sind in der jeweiligen Reihenschaltung insbesondere in Strömungsrichtung in der genannten Reihenfolge angeordnet.
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In dem Kältekreislauf 2, insbesondere durch die Komponenten des Kältekreislaufs 2, zirkuliert ein Kältemittel, beispielsweise R324a, R1504yf, R290, R744 oder dergleichen.
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Der Kältekreislauf 2 bildet einen Kälte-Hauptkreislauf 51 aus, in dem der Kältemittelverdichter 40, das erste Ventil 45, der Heizkondensator 41, der Kondensator 32, die Parallelschaltung aus Klima-Verdampfer 42 und Chiller 17 sowie der Flüssigkeitssammler 43 in Reihe geschaltet sind. Insbesondere sind die genannten Komponenten, in Strömungsrichtung des Kältemittels gesehen, in dieser Reihenfolge in Reihe geschaltet. Es ist aber auch eine andere Reihenfolge möglich, beispielsweise könnten der Heizkondensator 41 und der Kondensator 32 bzgl. der Reihenfolge getauscht werden.
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Der Kältemittelverdichter 40 ist insbesondere ein elektrisch angetriebener Kältemittelverdichter und weist eine Eingangsseite bzw. Niederdruckseite 52 sowie eine Ausgangsseite bzw. Hochdruckseite 53 auf.
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Der Heizkondensator 41 ist insbesondere ein Luft-Flüssigkeits-Wärmeüberträger, der von dem Kältemittel durchströmbar ist und in einem Klimagerät 54 angeordnet ist. Genauer ist der Heizkondensator 41 in einer Luftführung des Klimageräts 54 angeordnet, welche über Luftklappen ganz oder teilweise absperrbar ist und über welche einem Fahrzeuginsassenraum Luft zuführbar ist, so dass diese Luft mittels des Heizkondensators 41 temperierbar, insbesondere beheizbar, ist.
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Der Klima-Verdampfer 42 ist insbesondere ein Luft-Flüssigkeits-Wärmeüberträger, der von dem Kältemittel durchströmbar ist und ebenfalls in dem Klimagerät 54 angeordnet ist. Genauer ist der Klima-Verdampfer 42 zusammen mit dem Heizkondensator 41 in der Luftführung des Klimageräts 54 angeordnet, über welche dem Fahrzeuginsassenraum Luft zuführbar ist, so dass diese Luft mittels des Klima-Verdampfers 42 temperierbar, insbesondere kühlbar, ist.
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Der Kondensator 32 ist von dem Kältemittel des Kälte-Hauptkreislaufs 51 durchströmbar und fluidisch davon getrennt und in Wärmetausch mit diesem befindlich von dem Temperiermittel des Temperierkreislaufs 1, genauer dem Kondensatorstrang 29.
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Der Chiller 17 ist ein Wärmeüberträger, der Wärmeenergie zwischen dem Kältemittel des Kältekreislaufs 2 und dem Temperiermittel des Temperierkreislaufs 1 überträgt. Dazu durchströmen das Kältemittel und das Temperiermittel fluidisch getrennt voneinander und in Wärmetausch miteinander befindlich den Chiller 17.
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Zum Einstellen der Durchströmung des Klima-Verdampfers 42, zum Einstellen der Expansion des Kältemittels vor dem Klima-Verdampfer 42 und somit zum Einstellen seiner Kühlleistung ist diesem das Verdampfer-Ventil 47 vorgeschaltet. Zum Einstellen der Durchströmung des Chillers 17 und zum Einstellen der Expansion des Kältemittels vor dem Chiller 17 ist diesem das Chiller-Ventil 48 vorgeschaltet. Dabei fungieren das Verdampfer-Ventil 47 und das Chiller-Ventil 48 im teilweise geöffneten Zustand als Expansionsorgane. Es kann sich beispielsweise um selbstregelnde, elektrisch absperrbare Expansionsorgane handeln oder motorisch angesteuerte Expansionsorgane mit frei wählbarem Öffnungsquerschnitt handeln.
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Der Kältekreislauf 2 weist ferner den inneren Wärmetauscher 44 auf, der zwei in Wärmekontakt, aber fluidisch voneinander getrennt durchströmbare Kammern hat. Dabei ist im Kälte-Hauptkreislauf 51 eine Kammer zwischen dem Kondensator 32 und der Parallelschaltung aus Klima-Verdampfer 42 und Chiller 17 und die andere Kammer zwischen dem Flüssigkeitssammler 43 und dem Kältemittelverdichter 40 angeordnet. Die Kammern werden vorzugsweise in entgegengesetzter Richtung durchströmt und bilden somit einen Gegenstromwärmetauscher aus. Den inneren Wärmetauscher 44 durchströmt somit in einer Kammer das vom Flüssigkeitssammler 43 kommende gasförmige, auf Niederdruckniveau befindliche Kältemittel und in der anderen Kammer das vom Kondensator 32 kommende auf Hochdruck befindliche, flüssige Kältemittel. Durch den inneren Wärmetauscher 44 wird dem flüssigen Kältemittel Wärmeenergie entzogen, was dazu führt, dass das Kältemittel weiter abkühlt wird. Dem überwiegend gasförmigen Kältemittel wird diese Energie zugeführt, was dazu führt, dass ein noch höherer Anteil verdampft und gasförmig vorliegt. Dies dient zur Leistungs- und Effizienzsteigerung des Kältekreislaufs 2. Für die Funktion des Kältekreislaufs 2 ist der innere Wärmetauscher 44 jedoch nicht zwingend erforderlich.
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Ferner ist eine Rückführleitung 55 vorgesehen, die auf der Hochdruckseite 53 des Kältemittelverdichters 40, insbesondere zwischen dem Verdichter 40 und dem ersten Ventil 45, vom Kälte-Hauptkreislauf 51 abzweigt und auf der Niederdruckseite 52, insbesondere zwischen der Parallelschaltung des Klima-Verdampfer 42 und des Chiller 17 und dem Flüssigkeitssammler 43 wieder in den Kälte-Hauptkreislauf 51 mündet. Für den Fall, dass das erste Ventil 45 und das zweite Ventil 46 mittels eines einzigen Ventils ausgebildet werden, dann wäre dieses Ventil an der Abzweigung der Rückführleitung 55 vom Hauptkreislauf 51 vorzusehen.
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In einem Betriebszustand, in dem das erste Ventil 45 eine Durchströmung sperrt und das zweite Ventil 46 eine Durchströmung freigibt, wird über die Rückführleitung 55 ein Kurzschluss-Kreislauf ausgebildet, der nur den Kältemittelverdichter 40, die Rückführleitung 55 inklusive des zweiten Ventils 46, den Flüssigkeitssammler 43 und den inneren Wärmetauscher 44 aufweist. In diesem Betriebszustand wird Kältemittel nur in diesem Kurzschluss-Kreislauf und durch die Sperrung des ersten Ventils 45 nicht im Kälte-Hauptkreislauf 51 zirkuliert.
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Über diesen Kurzschluss-Kreislauf wird Kältemittel in Form von Heißgas von der Hochdruckseite 53 entnommen, vom zweiten Ventil 46 auf ein Niederdruckniveau expandiert und der Niederdruckseite 52 zugeführt. Durch diese Kältemittelheißgaseinspritzung auf der Niederdruckseite des Kältemittelverdichters 40, kann insbesondere in einer Anlaufphase ein sehr schnelles Aufstarten des Kältekreislaufs 2 erreicht werden, weil dem Kältemittel über den Kältemittelverdichter Wärmeenergie zugeführt wird, diese dann zurück zum Eingang des Kältemittelverdichters 40 zurück zirkuliert und erneut mit Wärmeenergie beaufschlagt wird, ohne dass dem Kältemittel diese Wärmeenergie wieder wesentlich entzogen wird.
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Der Kältekreislauf 2 kann ferner in einem Betriebszustand betrieben werden, in dem das erste Ventil 45 teilweise oder vollständig geöffnet ist und das zweite Ventil 46 eine Durchströmung sperrt, so dass der Kälte-Hauptkreislauf 51 in Betrieb ist (Kältemittel zirkuliert) und der Kurzschluss-Kreislauf nicht in Betrieb ist (Kältemittel nicht zirkuliert). Dieser Betriebszustand ist beispielsweise dann geeignet, wenn die Kältekreisleistungsanforderung (beispielsweise zum Beheizen des Fahrzeuginsassenraums) nicht so hoch ist, so dass die vorstehend beschriebene zusätzlich Wärmeenergie vom Kurzschluss-Kreislauf nicht benötigt wird.
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Darüber hinaus kann der Kältekreislauf 2 in einem Betriebszustand betrieben werden, in dem das erste Ventil 45 teilweise oder vollständig geöffnet ist und das zweite Ventil 46 ebenfalls teilweise oder vollständig geöffnet ist, so dass sowohl der Kurzschluss-Kreislauf als auch der Kälte-Hauptkreislauf 51 in Betrieb ist. Dieser Betriebszustand ist beispielsweise nach einer Anlaufphase geeignet, wobei im Dauerbetrieb nach wie vor eine hohe Kältekreisleistung (beispielsweise zum Beheizen des Fahrzeuginsassenraums) erforderlich ist.
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Wenn der Kurzschluss-Kreislauf, wie vorstehend beschrieben, in Betrieb ist, wird dem Kältekreislauf 2 durch den Antrieb des Kältemittelverdichters 40 Wärmeenergie zugeführt. Diese Wärmeenergie kann dann anschließend, falls zunächst nur der Kurzschluss-Kreislauf betrieben wird, oder parallel, falls gleichzeitig der Kurzschluss-Kreislauf und der Kälte-Hauptkreislauf 51 betrieben wird, am Heizkondensator 41 an das Klimagerät 54 abgegeben werden, so dass schneller eine höhere Heizleistung bereitgestellt werden kann.
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Anders ausgedrückt, wird beim Aufstarten des Kältekreislaufes 40 durch Sperrung einer Durchströmung des ersten Ventils 45, eine Wärmeabgabe am Heizkondensator 41 und/oder am Kondensator 32 vermieden, wodurch der Kältekreislauf 2 schneller hochgefahren werden kann.
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In einem Heizbetrieb, bei dem sowohl der Kälte-Hauptkreislauf 51 als auch der Kurzschluss-Kreislauf in Betrieb ist, kann über das erste Ventil 45 am Heizkondensator 41 ein optimaler Zwischendruck eingestellt werden, so dass eine Kältemittelkondensationstemperatur zur bedarfsgerechten Wärmeabgabe vom Heizkondensator 41 an das Klimagerät 54, genauer an die zu beheizende Luft, und eine bedarfsgerechte Wärmeabgabe am Kondensator 32 einstellbar ist.
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Über die Steuerung des ersten und zweiten Ventils 45, 46, des Chiller-Ventils 48 sowie einer Steuerung des Kältemittelverdichters 40, kann in einem Wärmepumpenbetrieb ein Niederdruckniveau so eingestellt werden, dass zusätzlich zur Wärmeaufnahme am Chiller 17 eine Heizleistung durch Zumischen von Heißgas auf die Niederdruckseite 52 gesteigert werden kann.
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Ferner kann beim Betrieb des Kurzschluss-Kreislaufs das Niederdruckniveau über Steuerung des ersten Ventils 45, des zweiten Ventils 46, des Chiller-Ventils 48 und eine Ansteuerung des Kältemittelverdichters 40 so eingestellt werden, dass eine resultierende Kältemittelsättigungstemperatur bzw.
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Kältemitteldichte maximal hoch liegt, damit der Kältemittelverdichter 40 maximal belastet wird. Damit liegt die resultierende Kältemittelsättigungstemperatur in der Regel über der Luft- bzw. Temperiermitteltemperatur am Klima-Verdampfer 42 bzw. Chiller 17.
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Parallel zur Parallelschaltung des Verdampfers 42 und des Chillers 17 ist eine Kältekreis-Bypassleitung 56 vorgesehen ist, welche sich parallel zur Reihenschaltung aus dem Verdampfer-Ventil 47, dem Verdampfer 42 und dem Rückschlagventil 49 sowie parallel zur Reihenschaltung aus dem Chiller-Ventil 48, dem Chiller 17 und dem Rückschlagventil 50 erstreckt. In der Kältekreis-Bypassleitung 56 ist ein drittes Ventil 57 angeordnet, welches angepasst ist, eine Durchströmung zu sperren oder freizugeben, insbesondere zu sperren teilweise freizugeben oder vollständig freizugeben.
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Das dritte Ventil 57 wird insbesondere so angesteuert, dass es eine Durchströmung ganz oder teilweise freigibt, während der Kurzschluss-Kreislauf in Betrieb ist und insbesondere der Kälte-Hauptkreislauf 51 nicht in Betrieb ist. Dies hat den Vorteil, dass der Verdampfer 42 und der Chiller 17 kältemittelseitig abgesperrt sind und keine ungewollte Wärmeübertragung in die Luft am Verdampfer 42 oder in das Kühlmittel am Chiller 17 erfolgt. Über die Rückschlagventile 49 und 50 wird bei geschlossenem Verdampfer-Ventil 47 und Chiller-Ventil 48 eine Kältemittelverlagerung in den Verdampfer 42 bzw. Chiller 17 verhindert, da in diesem Betriebszustand im Chiller 17 bzw. Verdampfer 42 ein niedrigeres Druckniveau vorliegt als am Eingang des Verdichters 40.
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Darüber hinaus kann ein Betriebszustand vorgesehen sein, in dem eine Kältemitteldurchströmung, durch Schließen des Verdampfer-Ventils 47 und des Chiller-Ventils 48, durch den Verdampfer 42 und den Chiller 17 gesperrt wird, so dass eine Wärmeabfuhr am Chiller 17 und am Verdampfer 42 zeitweise verhindert wird.
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Das dritte Ventil 57 kann ebenfalls so angesteuert werden, dass dieses teilweise oder ganz geöffnet wird, während der Hauptkreislauf 24 in Betrieb ist. Gleichzeitig sind das Verdampfer-Ventil 47 und das Chiller-Ventil 48 geschlossen. Somit wird eine Wärmeabfuhr sowohl am Verdampfer 42 als auch am Chiller 17 verhindert.
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Anhand der 2 bis 7 werden verschiedene Betriebszustände des Wärmemanagementsystems gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben. In den 2 bis 7 ist eine Abwandlung des Temperierkreislauf 1 ohne Bypassventil 30, ohne zweiten Umgebungsluftkühler 31 und ohne Bypassleitung 34 dargestellt. Die Funktion des zweiten Umgebungsluftkühlers 31 stromaufwärts des wassergekühlten Kondensators 32 besteht darin, die Vorlauftemperatur des wassergekühlten Kondensators 32, insbesondere bei warmen Umgebungstemperaturen, abzusenken. Dies führt zu einer besseren Effizienz und Leistungsfähigkeit des Kältekreislaufs 2. In einem Heizfall ist es vorteilhaft, wenn mittels des Bypassventils 30 der zweite Umgebungsluftkühler 31 umgangen werden kann, um auf diese Weise Wärmeverluste an die Umgebung zu verhindern. Abgesehen von diesem Unterschied entspricht der Temperierkreislauf aus den 2 bis 7 jenem aus 1a.
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In den Betriebszuständen, die in den 2 bis 7 dargestellt sind, sind die vom Temperiermittel durchströmten Pfade mit dicken Linien dargestellt, wohingegen die nicht durchströmten Pfade mit dünnen Linien dargestellt sind.
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Wie in dem in 2 dargestellten, ersten Betriebszustand zu erkennen ist, ist das Chiller-Ventil 5 so geschaltet, dass das in das Chiller-Ventil 5 einströmende Temperiermittel vollständig in den Chiller-Strang 28 geleitet wird, sodass der Chiller-Strang 28 durchströmt wird. Außerdem ist die zweite Pumpe 18 aktiviert, sodass zusätzlich der Batteriekreislauf 15 durchströmt wird. Das Kondensatorstrang-Ventil 33 ist geöffnet, so dass der Kondensatorstrang 29 durchströmt wird. Die erste Pumpe 8 ist aktiviert und zirkuliert das Temperiermittel entsprechend im Temperier-Hauptkreislauf 3. Ebenso ist der Verdichter 40 des Kältekreislaufs 2 aktiviert. Durch den Betrieb des Kältekreislaufs 2, wird vom Verdichter 40 erzeugte Wärmeenergie über den Heizkondensator 41 dem Klimagerät 54 zur Beheizung des Fahrzeuginsassenraums zugeführt. Zusätzlich wird die Wärmeenergie im Kältekreislauf 2 dem wassergekühlten Kondensator 32 zugeführt. Über Einstellung der Durchströmung des Kondensatorstrang-Ventil 33 ist einstellbar, wieviel dieser Wärmeenergie in den Temperierkreislauf 1, genauer in den Kondensatorstrang 29, eingetragen wird. Insbesondere ist in diesem Betriebszustand das Verdampfer-Ventil 47 und das Chiller-Ventil 48 geschlossen, sodass weder der Chiller 17 noch der Verdampfer 42 kältemittelseitig durchströmt werden. Hingegen ist das dritte Ventil 57 geöffnet, so dass die Kältekreis-Bypassleitung 56 durchströmt wird.
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Im Temperierkreislauf 1 kann zusätzlich Wärmeenergie von der ersten Wärmequelle 4, der zweiten Wärmequelle 16 und/oder der dritten Wärmequelle 22 in den Temperierkreislauf 1 eingetragen werden. Diese Wärmeenergie im Temperierkreislauf 1 kann zur Beheizung der Traktionsbatterie 20 und zur Beheizung des Fahrzeuginsassenraums verwendet werden. Wie bereits erwähnt, ist über eine entsprechende Steuerung des Kondensatorstrang-Ventils 33 einstellbar, wieviel Wärmeenergie vom Kältekreislaufs 2 zur Beheizung des Fahrzeuginsassenraums verwendet wird und wieviel Wärmeenergie zur Beheizung der Traktionsbatterie 20 verwendet wird. Die Wärmepumpenleistung wird in diesem Betriebszustand auf den Fahrzeuginsassenraum und die Traktionsbatterie 20 aufgeteilt oder vollständig für eine der zwei Möglichkeiten verwendet.
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Über die Schaltung des Kühler-Bypassventils 6 kann das Temperiermittel bei warmen Umgebungstemperaturen, wenn beispielsweise eine vom ersten Temperatursensor 13 gemessene Temperatur niedriger ist als eine Umgebungstemperatur, (vollständig) durch den ersten Umgebungsluftkühler 7 geleitet werden, wodurch eine Wärmeaufnahme aus der Umgebung möglich ist. Ist im Wärmepumpenbetrieb eine Wärmeaufnahme aus der Umgebung nicht möglich oder nicht nötig, wenn beispielsweise eine vom ersten Temperatursensor 13 gemessene Temperatur höher ist als eine Umgebungstemperatur, dann wird das Temperiermittel über die Schaltung des Kühler-Bypassventils 6 (vollständig) durch die Kühler-Bypassleitung 12 geleitet, um keine Wärme an die Umgebung zu verlieren.
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Als heizleistungssteigernde Maßnahme kann der Chiller 17 aktiviert werden, indem das Chiller-Ventil 48 geöffnet wird, wodurch der Kältekreislauf 2 und damit der Verdichter 40 stärker belastet wird. Obwohl dem Temperierkreislauf 1 dadurch zunächst Wärmeenergie entzogen wird, steht durch die zusätzliche Leistung des Verdichters 40 eine erhöhte Heizleistung am Heizkondensator 41 zur Verfügung.
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Der in 3 dargestellte, zweite Betriebszustand unterscheidet sich von dem in 2 dargestellten Betriebszustand dadurch, dass die zweite Pumpe 18 nicht aktiviert ist, so dass der Batteriekreislauf 15 nicht von Temperiermittel durchströmt wird. Hingegen wird der Chiller-Strang 28 durchströmt, d.h. das in das Chiller-Ventil 5 einströmende Temperiermittel wird vollständig in den Chiller-Strang 28 geleitet. Es wird somit Wärmeenergie über den wassergekühlten Kondensator 32 vom Kältekreislauf 2 in den Temperierkreislauf 1 eingetragen, wodurch die erste Wärmequelle 4, die zweite Wärmequelle 16 und/oder die dritte Wärmequelle 22 ggf. temperiert, insbesondere beheizt, werden kann. Zusätzlich steht Wärmeenergie am Heizkondensator 41 zur Beheizung des Fahrzeuginsassenraums zur Verfügung.
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Im zweiten Betriebszustand kann wie vorstehend, im Zusammenhand mit 2 beschrieben, als heizleistungssteigernde Maßnahme der Chiller 17 aktiviert werden, indem das Chiller-Ventil 48 geöffnet wird, wodurch der Kältekreislauf 2 und damit der Verdichter 40 stärker belastet wird. Obwohl dem Temperierkreislauf 1 dadurch zunächst Wärmeenergie entzogen wird, steht durch die zusätzliche Leistung des Verdichters 40 eine erhöhte Heizleistung am Heizkondensator 41 zur Verfügung. Durch den zweiten Betriebszustand steht somit schneller eine hohe Heizleistung zur Beheizung des Fahrzeuginsassenraums zur Verfügung.
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Der in 4 dargestellte, dritte Betriebszustand unterscheidet sich von dem in 2 dargestellten Betriebszustand dadurch, dass die zweite Pumpe 18 nicht aktiviert ist, so dass der Batteriekreislauf 15 nicht von Temperiermittel durchströmt wird. Hingegen wird der Chiller-Strang 28 durchströmt, d.h. das in das Chiller-Ventil 5 einströmende Temperiermittel wird vollständig in den Chiller-Strang 28 geleitet. Außerdem ist das Kondensatorstrang-Ventil 33 geschlossen, so dass der Kondensatorstrang 29 nicht durchströmt wird.
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Somit wird Abwärme der ersten Wärmequelle 4 und/oder der zweiten Wärmequelle 16 über den Chiller 17 in den Kältekreislauf 2 eingetragen. Diese Wärmeenergie steht dann im Kältekreislauf 2 am Heizkondensator 41 zur Beheizung des Fahrzeuginsassenraums zur Verfügung.
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Der in 5 dargestellte, vierte Betriebszustand unterscheidet sich von dem in 2 dargestellten Betriebszustand dadurch, dass das Chiller-Ventil 5 so geschaltet ist, dass kein Temperiermittel in die Eingangsleitung 26 strömt. Somit wird der Batteriekreislauf 15 im Wesentlichen getrennt vom Temperier-Hauptkreislauf 3 vom Temperiermittel durchströmt.
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In diesem Betriebszustand kann die Traktionsbatterie 20 ausschließlich mittels Abwärme der zweiten Wärmequelle 16 und/oder der dritten Wärmequelle 22 beheizt werden.
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Außerdem ist das Kondensatorstrang-Ventil 33 geschlossen, so dass der Kondensatorstrang 29 nicht durchströmt wird.
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Die erste Wärmequelle 4 wird je nach Schaltung des Kühler-Bypassventils 6 über den erster Umgebungsluftkühler 7 gekühlt oder die Wärmeenergie wird im Temperier-Hauptkreislauf 3 gehalten.
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Der in 6 dargestellte, fünfte Betriebszustand unterscheidet sich von dem in 5 dargestellten Betriebszustand dadurch, dass das Batterie-Bypassventil 19 so geschaltet ist, dass das in das Batterie-Bypassventil 19 strömende Temperiermittel, insbesondere vollständig, in die Batterie-Bypassleitung 24 geleitet wird und somit die Traktionsbatterie 20 umgeht.
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In diesem fünften Betriebszustand kann die zweite Wärmequelle 16 und/oder die dritte Wärmequelle 22, von denen eine der beiden ein elektrischer Zuheizer sein kann, ausschließlich für die Innenraumheizung genutzt werden, indem die Wärmeenergie des elektrischen Zuheizers über den Chiller 17 in den Kältekreislauf 2 eingetragen wird und dort über den Heizkondensator 41 zur Beheizung des Fahrzeuginsassenraums genutzt werden.
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Durch die Umgehung der Traktionsbatterie 20 ist das System deutlich effizienter, da die thermische Masse der Traktionsbatterie 20 nicht erwärmt werden muss. Gleichzeitig ergibt sich eine höhere Aufheizdynamik, da das Temperiermittel vor dem Chiller 17 schneller erwärmt wird und somit schneller für die Beheizung des Fahrzeuginsassenraums zur Verfügung steht. Grundsätzlich nimmt die Heizleistung der Wärmepumpe mit steigender Temperiermitteltemperatur vor dem Chiller 17 zu.
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In der nachfolgenden Tabelle ist exemplarisch für das Kältemittel R1234yf die Heizleistung in Abhängigkeit von der Temperiermitteltemperatur vor dem Chiller 17 und der Wärmeaufnahme am Chiller 17 dargestellt. Die Leistung des Verdichters 40 ergibt sich aus den Randbedingungen (Drucklagen, Drehzahl).
| Temperiermitteltemperatur vor dem Chiller [°C] | Wärmeaufnahme des Chillers [kW] | EI. Leistung des Verdichters 40 [kW] | Heizleistung [kW] |
| 0 | 3,5 | 3,0 | 6,5 |
| 5 | 4,0 | 3,5 | 7,5 |
| 10 | 4,5 | 4,0 | 8,5 |
| 15 | 4,5 | 5,0 | 9,5 |
| 20 | 5,0 | 5,5 | 10,5 |
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Über die Kühler-Bypassleitung 12 kann analog dem vierten Betriebszustand bei aktiver Beheizung der Traktionsbatterie 20 mittels der zweiten Wärmequelle 16 und/oder der dritten Wärmequelle 22 die Abwärme der ersten Wärmequelle 4 im Temperier-Hauptkreislauf 3 gespeichert werden und nach Abschluss der Beheizung der Traktionsbatterie 20 zur effizienten Heizung, beispielsweise des Fahrzeuginsassenraums, genutzt werden.
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Außerdem kann die Batterie-Bypassleitung 24 in Kombination mit dem Einwegeventil 21 genutzt werden, um in einem Fehlerfall, wie beispielsweise einer Leckage im Temperierkreislauf 1 im Bereich der Traktionsbatterie 20 ein Zuführen von Temperiermittel an die Traktionsbatterie 20 zu verhindern.
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Der in 7 dargestellte, sechste Betriebszustand unterscheidet sich von dem in 6 dargestellten Betriebszustand dadurch, dass das Chiller-Ventil 5 so geschaltet ist, dass zumindest ein Teil des in das Chiller-Ventil 5 einströmenden Temperiermittels in die Eingangsleitung 26 strömt. Dadurch wird sowohl der Batteriekreislauf 15 als auch der Chiller-Strang 28 durchströmt.
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Im Unterschied zu dem in 6 dargestellten Betriebszustand, kann beim sechsten Betriebszustand zusätzlich die erste Wärmequelle 4 zur Beheizung des Fahrzeuginsassenraums genutzt werden, wobei die Wärmeenergie über den Chiller 17 in den Kältekreislauf 2 eingetragen wird.
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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.
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8a zeigt schematisch einen Temperierkreislauf 101 eines Wärmemanagementsystems gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. 8b zeigt schematisch einen Kältekreislauf 102 des Wärmemanagementsystems gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel, welcher mit dem Temperierkreislauf 101 zusammenwirkt. Für dieses zweite Ausführungsbeispiel werden nur die Unterschiede zum ersten Ausführungsbeispiel beschrieben. Im Übrigen gilt die Beschreibung des ersten Ausführungsbeispiels, um Wiederholungen zu vermeiden.
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Der Temperierkreislauf 101 unterscheidet sich vom Temperierkreislauf 1 dadurch, dass im Temperierkreislauf 101 das Batterie-Bypassventil 19 und die Batterie-Bypassleitung 24 fehlt. Darüber hinaus ist ein Kondensatorstrang 129 vorgesehen, der gleich zum Kondensatorstrang 29 in den Temperierkreislauf 1 eingebunden und in diesem positioniert ist, aber etwas anders aufgebaut ist.
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Der Kondensatorstrang 129 umfasst eine Kondensatorstrang-Pumpe 158, den wassergekühlten Kondensator 32, einen Heizwärmetauscher 159 sowie das Kondensatorstrang-Ventil 33. Eine Heizstrang-Rückführleitung 134 führt von einer Eingangsseite der Kondensatorstrang-Pumpe 158 zu einer Stelle zwischen dem Heizwärmetauscher 159 und dem Kondensatorstrang-Ventil 33. In der Heizstrang-Rückführleitung 134 ist ferner ein Einwegeventil 160 vorgesehen.
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Der Kältekreislauf 102 unterscheidet sich vom Kältekreislauf 2 dadurch, dass Der Heizkondensator 41, das erste Ventil 45, die Rückführleitung 55, das zweite Ventil 46, die Kältekreis-Bypassleitung 56 und das dritte Ventil 57 fehlt. Anstatt des Flüssigkeitssammlers 43 ist ein wassergekühlter Kondensator 132 an der Stelle des Kondensators 32 vorgesehen, der einen integrierten Flüssigkeitssammler aufweist.
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Im Unterschied zu dem ersten Ausführungsbeispiel wird bei diesem zweiten Ausführungsbeispiel die Beheizung des Fahrzeuginsassenraums über den im Kondensatorstrang 129 vorgesehenen Heizwärmetauscher 159 umgesetzt.
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9a zeigt schematisch einen Temperierkreislauf 201 eines Wärmemanagementsystems gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung. 9b zeigt schematisch einen Kältekreislauf 202 des Wärmemanagementsystems gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel, welcher mit dem Temperierkreislauf 201 zusammenwirkt. Für dieses dritte Ausführungsbeispiel werden nur die Unterschiede zum ersten Ausführungsbeispiel beschrieben. Im Übrigen gilt die Beschreibung des zweiten Ausführungsbeispiels, um Wiederholungen zu vermeiden.
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Der Temperierkreislauf 201 unterscheidet sich vom Temperierkreislauf 1 dadurch, dass im Temperierkreislauf 201 das Batterie-Bypassventil 19 und die Batterie-Bypassleitung 24 fehlt. Darüber fehlt im Kondensatorstrang 229 gegenüber dem Kondensatorstrang 29 das Bypassventil 30, der zweite Umgebungsluftkühler 31 und die Bypassleitung 34.
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Der Kältekreislauf 102 unterscheidet sich vom Kältekreislauf 2 dadurch, dass Das erste Ventil 45, die Rückführleitung 55, das zweite Ventil 46, die Kältekreis-Bypassleitung 56 und das dritte Ventil 57 fehlt. Anstatt des Flüssigkeitssammlers 43 ist der wassergekühlte Kondensator 132 an der Stelle des Kondensators 32 vorgesehen, der einen integrierten Flüssigkeitssammler aufweist.
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Die 10a und 10b zeigen schematisch ein Wärmemanagementsystems gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Bei diesem Ausführungsbeispiel wirkt der Temperierkreislauf 201 mit dem Kältekreislauf 2 zusammen. Um Wiederholungen zu vermeiden wird hier auf die entsprechenden Beschreibungen verwiesen.
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11 a zeigt schematisch einen Temperierkreislauf 301 eines Wärmemanagementsystems gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dieser wirkt mit dem in 11b dargestellten Kältekreislauf 2 zusammen, der dem Kältekreislauf aus 1b entspricht.
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Der Temperierkreislauf 301 unterscheidet sich vom Temperierkreislauf 1 nur dadurch, dass im Temperierkreislauf 301 das Batterie-Bypassventil 19 und die Batterie-Bypassleitung 24 weggelassen wurden.
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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.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Temperierkreislauf
- 2
- Kältekreislauf
- 3
- Temperier-Hauptkreislauf
- 4
- Erste Wärmequelle
- 5
- Chiller-Ventil
- 6
- Kühler-Bypassventil
- 7
- Erster Umgebungsluftkühler
- 8
- Erste Pumpe
- 9
- Gesteuerte Luftklappen
- 10
- Gebläse
- 11
- Temperiermittelausgleichsbehälter
- 12
- Kühler-Bypassleitung
- 13
- Erster Temperatursensor
- 14
- Zweiter Temperatursensor
- 15
- Batteriekreislauf
- 16
- Zweite Wärmequelle
- 17
- Chiller
- 18
- Zweite Pumpe
- 19
- Batterie-Bypassventil
- 20
- Traktionsbatterie
- 21
- Einwegeventil
- 22
- Dritte Wärmequelle
- 24
- Batterie-Bypassleitung
- 25
- Dritter Temperatursensor
- 26
- Eingangsleitung
- 27
- Ausgangsleitung
- 28
- Chiller-Strang
- 29
- Kondensatorstrang
- 30
- Bypassventil
- 31
- Zweiter Umgebungsluftkühler
- 32
- Wassergekühlter Kondensator
- 33
- Kondensatorstrang-Ventil
- 34
- Bypassleitung
- 40
- Kältemittelverdichter
- 41
- Heizkondensator
- 42
- Verdampfer
- 43
- Flüssigkeitssammler
- 44
- Innerer Wärmetauscher
- 45
- Erstes Ventil
- 46
- Zweites Ventil
- 47
- Verdampfer-Ventil
- 48
- Chiller-Ventil
- 49
- Rückschlagventil
- 50
- Rückschlagventil
- 51
- Kälte-Hauptkreislauf
- 52
- Niederdruckseite
- 53
- Hochdruckseite
- 54
- Klimagerät
- 55
- Rückführleitung
- 56
- Kältekreis-Bypassleitung
- 57
- Drittes Ventil
- 101
- Temperierkreislauf
- 102
- Kältekreislauf
- 129
- Kondensatorstrang
- 132
- Wassergekühlter Kondensator
- 134
- Heizstrang-Rückführleitung
- 158
- Kondensatorstrang-Pumpe
- 159
- Heizwärmetauscher
- 160
- Einwegeventil
- 201
- Temperierkreislauf
- 202
- Kältekreislauf
- 229
- Kondensatorstrang
- 301
- Temperierkreislauf
