DE102022119430A1 - Kühlsystem für ein Kraftfahrzeug, Verfahren zum Betreiben eines Kühlsystems und Kraftfahrzeug - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kühlsystem (1) für ein Kraftfahrzeug (2) umfassend wenigstens drei Kreisläufe (3, 4, 5), welche von Kühlmittel durchströmbar sind, und mit einer in dem ersten der Kreisläufe (3) angeordneten ersten Wärmetauschereinheit (8), mit einer in dem zweiten der Kreisläufe (4) angeordneten Speichertauscher (9), welcher zum Wärmetausch mit einem Hochvoltspeicher (6) ausgebildet ist, und mit jeweils wenigstens einer in dem wenigstens einem weiteren Kreislauf (5) angeordneten weiteren Wärmetauschereinheit (10), welche jeweils zum Wärmetausch mit einer Umgebung ausgebildet ist, wobei eine Zentralventil (11) vorgesehen ist, durch welches die wenigstens drei Kreisläufe (3, 4, 5) zumindest jeweils paarweise parallel und/oder in Reihe zu einer jeweiligen Topologie verschaltbar sind. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Kühlsystems (1) sowie ein Kraftfahrzeug (2).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Kühlsystem für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Patentanspruch 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Kühlsystems gemäß dem Patentanspruch 9 sowie ein Kraftfahrzeug gemäß dem Patentanspruch 10.
  • Ein Kraftfahrzeug, welches zumindest teilweise elektrisch angetrieben werden kann beziehungsweise über einen elektrischen Antriebsstrang verfügt, weist in der Regel einen Hochvoltspeicher, insbesondere in Form einer Traktionsbatterie, auf. Solch ein Hochvoltspeicher muss, wie andere Komponenten des Fahrzeugs und/oder beispielsweise der Innenraum, je nach Witterungsbedingungen, gekühlt oder erwärmt werden. So kann ein Kühlsystem des Kraftfahrzeugs dazu dienen, die Traktionsbatterie in einem für ihren Betrieb vorteilhaften Temperaturbereich zu halten.
  • Die DE 10 2015 220 623 B4 zeigt ein Wärmesystem für ein Elektro- oder HybridFahrzeug, mit einem Kältekreis, mit einem Heizungswärmetauscher, der in einem Heizkreis angeordnet ist, zu einer Innenraum-Klimatisierung, mit einem Hochvoltspeicher, der in einem Hochvoltspeicherkreis angeordnet ist, und mit einem Kühler, der in einem Kühlkreis angeordnet ist, wobei der Heizkreis, der Hochvoltkreis und der Kühlkreis in einem gemeinsamen Kühlmittelkreislauf integriert sind.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Kühlsystem für ein Kraftfahrzeug, ein Verfahren zum Betreiben des Kühlsystems sowie ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, durch welche unterschiedliche Kühlkreislauftopologien dargestellt werden können, welche mit verschiedenen Heizquellen betrieben werden können, wobei das Kühlsystem besonders effizient und wartungsarm ausgebildet werden soll.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen sowie in der Beschreibung und in der Zeichnung angegeben.
  • Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Kühlsystem für ein Fahrzeug. Das erfindungsgemäße Kühlsystem umfasst wenigstens drei Kreisläufe, welche von Kühlmittel durchströmbar sind. Dabei ist eine erste Wärmetauschereinheit in dem ersten der Kreisläufe angeordnet, in dem zweiten der Kreisläufe ist ein Speichertauscher angeordnet, welcher zum Wärmetausch mit einem Hochvoltspeicher ausgebildet ist, und ferner ist jeweils wenigstens eine in dem wenigstens einen weiteren Kreislauf angeordnete weitere Wärmetauschereinheit angeordnet, welche jeweils zum Wärmetausch mit einer Umgebung ausgebildet ist, wobei ein Zentralventil vorgesehen ist, durch welches die wenigstens drei Kreisläufe zumindest jeweils paarweise parallel und/oder in Reihe zu einer jeweiligen Topologie verschaltbar sind, insbesondere so, dass ein gemeinsamer Strom des Kühlmittels durch die verschalteten Kreisläufe strömt beziehungsweise strömen kann.
  • Der Speichertauscher ist insbesondere mit einem Hochvoltspeicher, welcher beispielsweise als Traktionsbatterie des Kraftfahrzeugs, ausgebildet, verbunden, so dass zwischen Hochvoltspeicher und dem zweiten Kreislauf und somit mit dem Kühlsystem Wärme ausgetauscht werden kann. In dem wenigstens einen weiteren Kreis beziehungsweise dem dritten Kreislauf ist wenigstens eine weitere Wärmetauschereinheit angeordnet, welche zum Wärmetauschen mit der Umgebung ausgebildet ist, das heißt, mit einer Umgebung der jeweiligen Wärmetauschereinheit, wobei beispielsweise direkt eine weitere Komponente des Kraftfahrzeugs mit dem Wärmetauscher verbunden sein kann und/oder ein Wärmeaustausch beispielsweise mit einer Umgebungsluft des Kraftfahrzeugs stattfinden kann.
  • Bei der ersten Wärmetauschereinheit kann es sich insbesondere um eine Komponente eines elektronischen Kältemittelmittelverdichters, kurz EKMV, handeln, welcher beispielsweise mit einem Kondensator, insbesondere einem wassergekühlten Kondensator, kurz WCC (Englisch: water cooled condensator), verbunden ist. Dabei kann der ersten Wärmetauschereinheit ferner ein Drosselventil zugeordnet sein.
  • Bei dem Zentralventil handelt es sich um genau ein Ventil, welches derart ausgebildet ist, dass die möglichen schaltbaren Topologien durch Betätigung dieses einen Zentralventils erzeugt beziehungsweise dargestellt werden können. So braucht insbesondere kein weiteres Ventil beziehungsweise eine Kombination aus mehreren Ventilen geschaltet werden, um die gewünschte Topologie zu schalten. Durch das Zentralventil können die jeweiligen Kreisläufe derart gestaltet werden, dass zumindest zwei parallel zueinander oder in Reihe von Kühlmittel durchströmt werden können, so dass insbesondere ein Wärmetausch zwischen den jeweils verbundenen Kreisen beziehungsweise Kreisläufen erfolgen kann. So ist es beispielsweise möglich, dass dem Speichertauscher Wärme zugeführt oder entzogen werden kann, wodurch der Hochvoltspeicher, welcher insbesondere als Traktionsbatterie ausgebildet ist, erwärmt oder gekühlt werden kann, so dass dieser mit einer besonders vorteilhaften Betriebstemperatur betrieben werden kann.
  • Die wenigstens eine weitere Wärmetauschereinheit kann beispielsweise eine elektrische Heizquelle, ein weiterer Wärmetauscher, beispielswiese ein Chiller, gespeist über einen elektrischen Kältemittelverdichter, ein Wärmetauscher für Abwärme aus der Antriebseinheit beziehungsweise dem Antriebsstrang und/oder eine Kombination daraus sein.
  • Das Kraftfahrzeug ist insbesondere ein zumindest teilweise elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug und verfügt somit wenigstens über einen elektrischen Antriebsstrang.
  • So kann durch das erfindungsgemäße Kühlsystem eine Topologie, insbesondere eine Kreislauf-Topologie beziehungsweise Kühlkreislauf-Topologie dargestellt werden, bei welcher mit verschiedenen Heizquellen, beispielsweise der ersten Wärmetauschereinheit und/oder der weiteren Wärmetauschereinheit, entsprechend jeweiligen Anforderungen besonders vorteilhaft ausgewählt werden können, um wenigsten einem der Kreisläufe Wärme zuzuführen und/oder zu entziehen beziehungsweise in einem durch die drei Kreisläufe gebildeten Gesamt-Kreislauf vorteilhaft Wärme umzuverteilen.
  • Durch die Verschaltung mit dem Zentralventil können die Kreisläufe entsprechend der vorhandenen Heizquellen dargestellt beziehungsweise gebildet werden. Dabei ist die Art der Heizquellen hier insbesondere frei wählbar. Durch die Verschaltung und die Anordnung des Zentralventils wird eine entsprechende für die jeweilige Situation, beispielsweise der aktuelle Betriebszustand des Kraftfahrzeugs, günstige Heizquelle beziehungsweise ein Wärmetauscher zum Wärmetauschen zur Verfügung gestellt.
  • So ist ein Vorteil des erfindungsgemäßen Kühlsystems, dass ein vorteilhafter adaptiver Kühlmittelkreislauf zur Verfügung gestellt werden kann. Ferner ergibt sich der Vorteil, dass das Kühlsystem beispielsweise besonders bauteilarm und/oder somit besonders wartungsarm ausgebildet werden kann. Darüber hinaus kann das Kühlsystem besonders leicht und/oder besonders effizient ausgebildet werden.
  • In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist in dem weiteren Kreislauf als die wenigstens eine weiteren Wärmetauschereinheit ein Durchlauferhitzer, insbesondere ein elektronischer Durchlauferhitzer, kurz EDH, und/oder eine Kältemaschine beziehungsweise Chiller angeordnet. Die Kältemaschine ist beispielsweise über WCC und/oder den Chiller mit dem Kühlmittelkreis thermisch verbunden. Mit anderen Worten ist die weitere Wärmetauschereinheit des wenigstens einen weiteren Kreislaufes, also insbesondere des dritten Kreislaufs und/oder eines weiteren Kreislaufes, derart ausgebildet, dass das durch den weiteren Kreislauf fließende beziehungsweise durchströmende Kühlmittel über einen Wärmetauscher ein weiteres Fluid mit positiver und/oder negativer Wärme beaufschlagt. Zusätzlich oder alternativ ist der Wärmetauscher derart ausgebildet, dass Wärmeenergie von einer kälteren, zu kühlenden, Stelle in eine wärmere Umgebung abgeführt werden kann. So kann die weitere Wärmetauschereinheit beispielsweise auch als Absorptionskältemaschine ausgebildet sein und beispielsweise einen thermodynamischen Kreisprozess durchführen. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass dem Kühlsystem auf besonders vorteilhafte Weise eine weitere Wärmequelle zur Verfügung gestellt werden kann.
  • In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist durch das Zentralventil der weitere Kreislauf in einen Teilkreislauf unterteilbar, so dass bei zwei oder mehr weiteren Wärmetauschereinheiten, welche in dem weiteren Kreislauf angeordnet sind, wenigstens eine dieser weiteren Wärmetauschereinheiten von dem fluidisch leitenden weiteren Kreislauf separiert ist. Mit anderen Worten kann durch das Zentralventil gesteuert werden, dass bei zwei Wärmetauschern in wenigstens einem der weiteren Teilkreisläufe einer der Wärmetauscher beziehungsweise Wärmetauschereinheiten insbesondere mittels eines Bypasses umgangen wird, so dass in dem Teilkreislauf wenigstens eine weitere Wärmetauschereinheit weniger angeordnet ist als in dem weiteren Kreislauf. Handelt es sich beispielsweise bei den Wärmetauschereinheiten um den Durchlauferhitzer und den Chiller, kann durch das Zentralventil der weitere Kreislauf so geschaltet werden, dass der Chiller umgangen wird und sich nur der Durchlauferhitzer in dem Teilkreislauf und somit in einem Zustand des weiteren Kreislaufs befindet, in dem der Teilkreislauf dem weiteren Kreislauf entspricht. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass durch das Zentralventil und somit besonders ausfallssicher und/oder bauteilarm nicht benötigte Komponenten in dem weiteren Teilkreislauf zu- und/oder abschaltbar sind.
  • In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist in dem ersten Kreislauf zusätzlich zur ersten Wärmetauschereinheit ein Strangtauscher zum Wärmeaustausch mit einem Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs integriert beziehungsweise angeordnet, wobei der Strangtauscher insbesondere mit der ersten Wärmetauschereinheit und/oder insbesondere mit dem WCC parallel geschaltet ist. Mit anderen Worten ist in dem ersten Kreislauf ein weiterer Wärmetauscher, der Strangtauscher, angeordnet, wobei dieser insbesondere mit der bereits in dem ersten Kreislauf angeordneten ersten Wärmetauschereinheit parallel geschaltet ist, so dass Kühlmittel nicht seriell durch die erste Wärmetauschereinheit und den Strangtauscher fließt sondern parallel. Dabei kann der Strangtauscher beispielsweise mit dem Antriebsstrang als ein Bauteil ausgebildet sein und beispielsweise einen hochintegrierten elektrischen Antriebsstrang (Englisch: Highly integrated electric drive train, kurz HEAT) bilden. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass über den Strangtauscher beispielsweise Wärme des elektrischen Antriebsstrangs zum Heizen eines der Kreisläufe des Kühlsystems verwendet werden kann.
  • In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist in dem ersten Kreislauf zusätzlich zur ersten Wärmetauschereinheit ein, insbesondere als Hochtemperaturkühler ausgebildeter, Kühler, insbesondere in Reihe, geschaltet und durch das Zentralventil ist der erste Kreislauf in einen Teilkreislauf unterteilbar, so dass der Kühler von dem ersten Kreislauf separiert werden kann. Mit anderen Worten kann durch das Zentralventil der erste Kreislauf unterteilt werden, so dass der Kühler nicht in den insbesondere fluidisch leitend mit dem Kühlmittel durchströmbaren Teil des ersten Kreislaufs integriert ist. Der Kühler weist beispielsweise einen Kühlkörper auf und wird zur Wärmeabfuhr eingesetzt. Dabei kann es sich insbesondere um einen Frontkühler des Kraftfahrzeugs handeln. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass der erste Kreislauf besonders vorteilhaft zum Kühlen des Kühlsystems beitragen kann.
  • In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist in wenigstens einem der Kreisläufe ein, insbesondere als Niedertemperaturkühler ausgebildeter, weiterer Kühler integriert. Mit anderen Worten weist einer der Kreisläufe zusätzlich zu den dort verbauten Wärmetauschern beziehungsweise Wärmetauschereinheiten und/oder dem Speichertauscher einen Kühler auf, welcher ebenfalls der Wärmeabfuhr dient. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass das Kühlsystem besonders vorteilhaft zum Kühlen verwendet werden kann.
  • In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung sind in wenigstens einem der wenigstens drei Kreisläufe eine Pumpe, welche zum Fördern des Kühlmittels ausgebildet ist, und/oder ein Kühlmittelreservoire angeordnet. Mit anderen Worten ist ein Tank vorgesehen, welcher Kühlmittel aufnehmen kann. Zusätzlich oder alternativ ist wenigstens ein Förderelement vorgesehen, durch welches in zumindest einem der Kreisläufe ein Kühlmittelstrom ausgebildet beziehungsweise aufrechterhalten werden kann. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass das Kühlsystem besonders vorteilhaft verwendet werden kann.
  • In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist das Zentralventil als 8/7-Ventil ausgebildet. Mit anderen Worten handelt es sich bei dem Zentralventil um ein Wegeventil, welches insbesondere acht Anschlüsse aufweist und sieben Schaltstellungen einnehmen kann. Dadurch wird ermöglicht, dass beispielsweise die wenigstens drei Kreisläufe zumindest jeweils paarweise parallel und in Reihe geschaltet werden können und zusätzlich oder alternativ beispielsweise die jeweiligen Teilkreise realisiert werden können. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass das Zentralventil besonders kompakt ausgebildet werden kann, wodurch das Kühlsystem besonders kompakt ausgebildet werden kann.
  • Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Kühlsystems gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird in einer ersten Topologie, welche durch ein Zentralventil geschaltet wird, eine erste Wärmetauschereinheit und/oder in einer zweiten Topologie ein Durchlauferhitzer und/oder in einer dritten Topologie die erste Wärmetauschereinheit und der Durchlauferhitzer und/oder in einer vierten Topologie der Durchlauferhitzer und ein Strangtauscher als Heizquelle, insbesondere für einen Hochvoltspeicher verwendet.
  • Dabei sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des ersten Aspekts der Erfindung als vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des zweiten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.
  • Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug, welches insbesondere als zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug ausgebildet ist und welches ein Kühlsystem gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung umfasst und/oder dazu ausgebildet ist, ein Verfahren gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung durchzuführen.
  • Dadurch sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des dritten Aspekts der Erfindung als vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des zweiten und/oder ersten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.
  • Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar.
  • Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
    • 1 eine schematische Ansicht eines Kühlsystems für ein Kraftfahrzeug, umfassend drei Kreisläufe;
    • 2 eine schematische Ansicht des Kühlsystems gemäß 1, wobei ein Zentralventil zwei der drei Kreisläufe parallel schaltet;
    • 3 eine schematische Ansicht des Kühlsystems gemäß 1, wobei das Zentralventil einen der Kreisläufe unter Ausschluss eines Kühlers als Teilkreislauf schaltet;
    • 4 eine schematische Ansicht des Kühlsystems gemäß 1, wobei das Zentralventil derart geschaltet ist, dass der Kühler und eine Kältemaschine umgangen werden;
    • 5 eine schematische Ansicht des Kühlsystems gemäß 1, wobei durch das Zentralventil eine Umgebungswärmepumpe realisiert wird;
    • 6 eine schematische Ansicht des Kühlsystems gemäß 1, wobei das Zentralventil einen der Kreisläufe mit einem Teilkreislauf verschaltet;
    • 7 eine schematische Ansicht des Kühlsystems gemäß 1, wobei das Zentralventil zwei Kreisläufe und einen Teilkreislauf verschaltet; und
    • 8 eine schematische Ansicht des Kühlsystems gemäß 1, wobei das Zentralventil einen der Kreisläufe mit zwei Teilkreisläufen verschaltet.
  • 1 zeigt in einer schematischen Ansicht ein Kühlsystem 1 für ein Kraftfahrzeug 2, wobei das Kühlsystem 1 wenigstens drei Kreisläufe 3, 4 und 5 aufweist, welche von Kühlmittel oder in einer nicht gezeigten Alternative von Kältemittel durchströmbar sind. Durch das Kühlmittel kann somit Wärme durch die Kreisläufe transportiert beziehungsweise abgeführt werden. Die Kreisläufe sind somit fluidisch durchströmbar.
  • Dabei kann das Kraftfahrzeug 2 zumindest teilweise elektrisch angetrieben werden und weißt dafür einen insbesondere als Traktionsbatterie ausgebildeten Hochvoltspeicher 6 sowie wenigstens einen elektrischen Antriebsstrang 7 auf.
  • So soll das Kühlsystem 1 soll unter anderem dazu verwendet werden können, beispielsweise den Hochvoltspeichers 6 vorteilhaft auf Betriebstemperatur zu halten und dabei den Hochvoltspeicher 6 somit zu kühlen oder zu erwärmen. Dabei soll das Kühlsystem1 im Betrieb besonders sein und besonders bauteilarm ausgebildet werden können.
  • Bei dem gezeigten Kühlsystem 1 ist eine erste Wärmetauschereinheit 8 in dem ersten der Kreisläufe 3 angeordnet. In dem zweiten der Kreisläufe 4 ist ein Speichertauscher 9 angeordnet, welcher zum Wärmetausch mit dem Hochvoltspeicher 6 ausgebildet ist. Ferner ist wenigstens eine in dem wenigstens einem weiteren Kreislauf 5 angeordnete weitere Wärmetauschereinheit 10 vorgesehen, welche jeweils zum Wärmetauschen mit einer Umgebung ausgebildet ist. Bei dem Kühlsystem ist ein Zentralventil 11 vorgesehen, durch welches die wenigstens drei Kreisläufe 3, 4 und 5 zumindest jeweils paarweise parallel und/oder in Reihe zu einer jeweiligen Topologie verschaltbar sind, sodass ein gemeinsamer Strom des Kühlmittels durch die verschalteten Kreisläufe 3, 4 oder 5 strömen kann.
  • Die erste Wärmetauschereinheit 8 umfasst vorteilhafterweise ein insbesondere als Drosselventil ausgebildetes Ventil 13 sowie einen wassergekühlten Kondensator 12 (Englisch: water cooled condensator, kurz WCC) fungieren kann und als WCC 2/2 Wegeventil ausgebildet ist. Bei dem Ventil 13 handelt es sich somit insbesondere um ein 2/2 Drosselventil. Der WCC kann mit einem Kältemittelkreislauf einer Kältemaschine verbunden sein.
  • Das gezeigte Kühlsystem 1 umfasst somit beispielsweise 13 Anschlüsse, ein zentrales Schaltventil, das Zentralventil 11, sowie das Drosselventil, das Ventil 13 und die wenigstens drei Kreise 3, 4 und 5.
  • Wie in dem Ausführungsbeispiel gezeigt, ist im weiteren Kreislauf 5 als die wenigstens eine weitere Wärmetauschereinheit 10, ein Durchlauferhitzer 14 und/oder Chiller 15 angeordnet, welcher ebenfalls mit einem Kältemittelkreislauf einer Kältemaschine verbunden sein kann.
  • Dabei wird der WCC über den Kältemittelkreislauf beheizt und der Chiller 15 wird über diesen Kreis mittels Kältemittel gekühlt.
  • In dem ersten Kreislauf 3 kann zusätzlich zur ersten Wärmetauschereinheit 8 ein Strangtauscher 16 angeordnet sein, welcher zum Wärmetausch mit dem wenigstens einen Antriebsstrang 7 des Kraftfahrzeugs 2 ausgebildet ist. Der Strangtauscher 16 ist insbesondere mit der ersten Wärmetauschereinheit 8 parallel geschaltet. Einer der beiden Antriebsstränge 7 dient beispielsweise als Antriebsstrang 7 der Vorderachse und der andere der beiden Antriebsstränge 7 dient als Antriebsstrang 7 der Hinterachse. Die Antriebsstränge 7 sind insbesondere als elektrische Antriebsstränge7 ausgebildet und weisen beispielsweise jeweils eine elektrische Maschine auf. Insbesondere ist der jeweilige Antriebsstrang 7 beispielsweise zusammen mit dem Strangtauscher 16 als hochintegrierter elektrischer Antriebsstrang (Englisch: Highly integrated electric drive train, kurz HEAT) ausgebildet.
  • Vorteilhafterweise ist in wenigstens einem der Kreisläufe 3, 4 und 5 ein insbesondere als Nieder-Temperaturkühler ausgebildeter Kühler 17 integriert beziehungsweise angeordnet.
  • Dabei ist es ferner von Vorteil wenn in wenigstens einem der drei Kreisläufe 3, 4 oder 5 eine Pumpe 18 angeordnet ist, welche zum Fördern des Kühlmittels dient. Zusätzlich oder alternativ kann in wenigstens einem der drei Kreisläufe 3, 4 oder 5 ein Kühlmittelreservoir 19, beispielsweise in Form eines Tanks beziehungsweise Vorratsbehälter, angeordnet sein. Dieses Kühlmittelreservoir 19 dient zum Vorhalten von Kühlmittel.
  • Zusätzlich zu dem hier vorgestellten Kühlsystem 1 und dem das Kühlsystem 1 umfassenden Kraftfahrzeug 2, soll ein Verfahren zum Betreiben des Kühlsystems 1 vorgestellt werden.
  • Bei dem Verfahren wird in einer ersten Topologie die erste Wärmetauschereinheit 8 und/oder in einer zweiten Topologie der Durchlauferhitzer 14 und/oder in einer dritten Topologie die erste Wärmetauschereinheit 8 und der Durchlauferhitzer 14 und/oder in einer vierte Topologie der Durchlauferhitzer 14 und der Strangtauscher 16 jeweils als Heizquelle, insbesondere beispielsweise für den Hochvoltspeicher 6, verwendet. Dabei wird die jeweilige Topologie durch betätigten des Zentralventils 11 bereitgestellt.
  • In den 2 bis 8 sind die insbesondere durch das einzige Zentralventil 11 realisierbaren Betriebsarten vorgestellt. Dabei ist das Zentralventil 11 vorteilhafterweise als 8/7-Ventil beziehungsweise 8/7-Wegeventil ausgebildet. Beim Betreib des Kühlsystems 1 im gezeigten Ausführungsbeispiel sind mehrere Heizquellen möglich, deren Verwendung im Folgenden skizziert wird.
  • 2 zeigt eine schematische Ansicht, bei welcher die Kreisläufe 4 und 5 parallel geschaltet sind. Somit ist der zweite Kreislauf 4 und der weitere Kreislauf 5 parallel geschaltet, wobei bei der gezeigten Topologie die Kältemaschine 15 in Reihe mit dem Durchlauferhitzer 14 geschaltet ist.
  • Der Speichertauscher 9 verfügt beispielsweise über ein Ventil, durch welches beispielsweise eine Wärmemenge zum Tauschen zwischen dem zweiten Kreislauf 4 und dem Hochvoltspeicher 6 bestimmt werden kann.
  • 3 zeigt eine schematischen einer weiteren Verschaltung beziehungsweise Topologie des Kühlsystems 1, welche durch das Zentralventil 11 realisiert wird. Dabei wird im ersten Kreislauf 3 zusätzlich zur ersten Wärmetauschereinheit 8 ein insbesondere als Hochvolttemperaturkühler ausgebildeter Kühler 20 vorgehalten, welcher insbesondere in Reihe geschaltet ist. Durch das Zentralventil 11 kann der erste Kreislauf 3 in einen Teilkreislauf 21 unterteilt werden, sodass der Kühler 20 von dem ersten Kreislauf 3 separiert ist, sodass quasi der Kühler 20 mittels Bypass aus dem ersten Kreislauf 3 entfernt ist.
  • Dabei ist ferner im Unterschied zu der Topologie der 2 in der 3 der Kreislauf 3 und der Kreislauf 5 nicht parallel sondern in Reihe beziehungsweise seriell geschaltet. Das Kühlsystem 1 wird entsprechend betrieben.
  • Ein weiterer Betriebszustand beziehungsweise eine weitere Topologie ist in 4 gezeigt, bei welcher sowohl der Kühler 20 als auch die Kältemaschine 15 in ihrem jeweiligen Kreislauf 3, 5 umgangen beziehungsweise gebypasst werden. Beziehungsweise kann durch das Zentralventil 11 der weitere Kreislauf 5 in einen Teilkreislauf 22 geschaltet werden, bei welchem eine der beiden weiteren Wärmetauschereinheiten 10 von dem fluidisch leitenden Teil des Kreislaufs 5 separiert ist.
  • In 5 ist eine Topologie geschaltet, bei welcher das Zentralventil 11 das Kühlsystem 1 so schaltet dass dieses als Umgebungswärmepumpe betrieben werden kann.
  • In 6 ist das Zentralventil 11 derart geschaltet, dass eine Abwärme der Antriebsstränge 7 über den Strangtauscher 16 zum Wärmen verwendet werden kann, wobei somit der Teilkreis 21 parallel mit dem Kreislauf 5 geschaltet ist. Somit ist durch diese Topologie ein Vertrimmen mit dem Durchlauferhitzer 14 realisiert.
  • Die 7 zeigt eine Topologie zum Wärmen, wobei das Zentralventil 11 derart geschaltet ist, dass der Kühler 20 umgangen beziehungsweise gebypasst wird.
  • Schließlich zeigt die 8 eine Topologie analog der 7 wobei das Zentralventil 11 derart geschaltet ist, dass zusätzlich zum Kühler 20 auch die Kältemaschine 15 gebypasst wird.
  • Dabei sind in den 2 bis 8 je nach Topologie nicht mit Kühlmittel durchflossene Bereiche des Kühlsystems 1 gestrichelt dargestellt.
  • Durch das gezeigte Kühlsystem 1 sowie das Verfahren zum Betreiben des Kühlsystems 1 und das Kraftfahrzeug 2 wird eine Möglichkeit geschaffen, einen besonders vorteilhaften Betrieb des Kraftfahrzeugs 2 durch einen adaptiven Kühlmittelkreislauf bereitzustellen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Kühlsystem
    2
    Kraftfahrzeug
    3
    erster Kreislauf
    4
    zweiter Kreislauf
    5
    dritter/weiterer Kreislauf
    6
    Hochvoltspeicher
    7
    Antriebsstrang
    8
    erste Wärmetauschereinheit
    9
    Speichertauscher
    10
    weitere Wärmetauschereinheit
    11
    Zentralventil
    12
    Kondensator
    13
    Ventil
    14
    Durchlauferhitzer
    15
    Chiller
    16
    Strangtauscher
    17
    Kühler
    18
    Pumpe
    19
    Kühlmittelreservoir
    20
    Kühler
    21
    Teilkreislauf
    22
    Teilkreislauf
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102015220623 B4 [0003]

Claims (10)

  1. Kühlsystem (1) für ein Kraftfahrzeug (2) umfassend wenigstens drei Kreisläufe (3, 4, 5), welche von Kühlmittel durchströmbar sind, und mit einer in dem ersten der Kreisläufe (3) angeordneten ersten Wärmetauschereinheit (8), mit einer in dem zweiten der Kreisläufe (4) angeordneten Speichertauscher (9), welcher zum Wärmetausch mit einem Hochvoltspeicher (6) ausgebildet ist, und mit jeweils wenigstens einer in dem wenigstens einem weiteren Kreislauf (5) angeordneten weiteren Wärmetauschereinheit (10), welche jeweils zum Wärmetausch mit einer Umgebung ausgebildet ist, wobei eine Zentralventil (11) vorgesehen ist, durch welches die wenigstens drei Kreisläufe (3, 4, 5) zumindest jeweils paarweise parallel und/oder in Reihe zu einer jeweiligen Topologie verschaltbar sind.
  2. Kühlsystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem weiteren Kreislauf (5) als die wenigstens eine weitere Wärmetauschereinheit (10) ein Durchlauferhitzer (14) und /oder eine Kältemaschine (15) angeordnet ist.
  3. Kühlsystem (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Zentralventil (11) der weitere Kreislauf (5) in einen Teilkreislauf (22) unterteilbar ist, sodass bei zwei oder mehr weiteren Wärmetauschereinheiten (10) wenigstens eine dieser weiteren Wärmetauschereinheiten (10) von dem weiteren Kreislauf (5) separiert ist.
  4. Kühlsystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem ersten Kreislauf (3) zusätzlich zur ersten Wärmetauschereinheit (8) ein Strangtauscher (16) zum Wärmetausch mit einem Antriebsstrang (7) des Kraftfahrzeugs (2) integriert ist und welcher insbesondere mit der ersten Wärmetauschereinheit (8) parallel geschaltet ist.
  5. Kühlsystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem ersten Kreislauf (3) zusätzlich zur ersten Wärmetauschereinheit (8) ein, insbesondere als Hoch-Temperaturkühler ausgebildeter, Kühler (20), insbesondere in Reihe, geschalten ist, und durch das Zentralventil (11) der erste Kreislauf (3) in einen Teilkreislauf (21) unterteilbar ist, sodass der Kühler (20) von dem ersten Kreislauf (3) separiert ist.
  6. Kühlsystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in wenigsten einem der Kreisläufe (3, 4, 5) ein, insbesondere als Nieder-Temperaturkühler ausgebildeter, weiterer Kühler (17) integriert ist.
  7. Kühlsystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in wenigsten einem der wenigstens drei Kreisläufe (3, 4, 5) eine Pumpe (18), zum Fördern des Kühlmittel, und/oder ein Kühlmittelreservoir (19) angeordnet ist.
  8. Kühlsystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zentralventil (11) als 8/7-Ventil ausgebildet ist.
  9. Verfahren zum Betreiben eines Kühlsystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in einer ersten Topologie eine erste Wärmetauschereinheit (8) und/oder in einer zweiten Topologie ein Durchlauferhitzer (14) und/oder in einer dritten Topologie die erste Wärmetauschereinheit (8) und der Durchlauferhitzer (14) und/oder in einer vierten Topologie der Durchlauferhitzer (14) und ein Strangtauscher (16) als Heizquellen verwendet werden.
  10. Kraftfahrzeug (2) mit einem Kühlsystem (1) nach einem Ansprüche 1 bis 8 und/oder dazu ausgebildet ein Verfahren nach Anspruch 9 durchzuführen.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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