DE60224066T2 - Vorrichtung zur thermischen regelung von kraftfahrzeugen - Google Patents

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einer Vorrichtung zur thermischen Regelung, zum Beispiel der elektrischen oder Hybrid-Bauart.
  • Ein Fahrzeug der Hybridbauart kombiniert zwei Energiequellen, um seinen Antrieb zu gewährleisten: einen Elektro- und einen Verbrennungsmotor. In einem Fahrzeug der elektrischen oder Hybridbauart wird der Elektromotor von einer Batterie versorgt und von einer Leistungselektronik-Vorrichtung gesteuert.
  • Die ordnungsgemäße Funktion der Batterie hängt von der Temperatur der Luft ab, die diese Batterie umgibt, vor allem von der Umgebungstemperatur außerhalb des Fahrzeugs. Im allgemeinen ist die Batterie deaktiviert, wenn ihre Temperatur einen maximalen Wert von zirka 55°C überschreitet. Jedoch könnte die Lebensdauer der Batterie durch weitere Begrenzung ihrer maximalen Temperatur verlängert werden, zum Beispiel, wenn es so weit wie möglich vermieden wird, dass diese maximale Temperatur 35°C überschreitet.
  • Es ist bekannt, die Batterie mit Hilfe von Mitteln zu kühlen, die einen Luftstrom in Zirkulation versetzen, der mit dieser Batterie im Kontakt ist. Üblicherweise kommt die Luft zum Kühlen der Batterie aus dem Fahrgastraum bzw. der Fahrgastzelle des Fahrzeugs. Demzufolge sind die Mittel zur Klimatisierung der Fahrgastzelle an der Kühlung der Batterie beteiligt. Als Variante kann die Luft zum Kühlen der Batterie von außerhalb des Fahrzeugs kommen.
  • So ist im Stand der Technik bereits eine Vorrichtung zur thermischen Regelung für Kraftfahrzeuge der Bauart bekannt, die eine Wärmepumpe umfasst, die einen Kältemittel-Hauptkreislauf aufweist, der einer kalten Quelle Kalorien entnimmt, um sie an eine warme Quelle zu übertragen, wobei die kalte Quelle einen Wärmetauscher Kältemittel/Luft, erster Verdampfer genannt, aufweist.
  • Der Verdampfer, der üblicherweise von einem Wärmetauscher Kältemittel/Luft gebildet wird, der in der Fahrgastzelle angeordnet ist, erlaubt, die Luft dieser Fahrgastzelle zu kühlen. Die in der Fahrgastzelle entnommene Luft erlaubt, die Batterie zu kühlen.
  • Wie für die Batterie ist es angezeigt, die Temperatur der Leistungselektronik-Vorrichtung zu begrenzen.
  • Es ist bekannt, die Leistungselektronik-Vorrichtung mit Hilfe eines Wärmeträgerflüssigkeits-Kreislaufs (im allgemeinen ein Gemisch aus Wasser und Frostschutz) zu kühlen, der an einen Wärmetauscher Wärmeträgerflüssigkeit/Luft angeschlossen ist, der in der Front des Fahrzeugs angeordnet ist. Beim Verlassen des Wärmetauschers ist die Temperatur der Wärmeträgerflüssigkeit im allgemeinen bis auf zirka 60°C abgesenkt. Allerdings könnten das Volumen und die Kosten der Leistungselektronik-Vorrichtung durch eine weitere Absenkung der Temperatur der Wärmeträgerflüssigkeit, die zur Kühlung dieser Vorrichtung bestimmt ist, zum Beispiel bis auf 20°C, gesenkt werden.
  • Die Erfindung hat vor allem die Aufgabe, einerseits die Funktionsweise und die Lebensdauer der Batterie und andererseits den Platzbedarf und die Kosten der Leistungselektronik-Vorrichtung bei geringstmöglicher Änderung der Konfiguration des Motorraums und der Mittel zur Klimatisierung der Fahrgastzelle des Fahrzeugs zu optimieren.
  • Zu diesem Zweck hat die Erfindung eine Vorrichtung zur thermischen Regelung für Kraftfahrzeuge der Bauart zum Gegenstand, die in der US-A-5 497 941 beschrieben ist, eine Wärmepumpe umfassend, die einen Haupt-Kältemittelkreislauf bzw. Kältemittel-Hauptkreislauf aufweist, der einer Kältequelle bzw. kalten Quelle Kalorien entnimmt, um sie an eine Wärmequelle bzw. warme Quelle zu übertragen, wobei die kalte Quelle einen Wärmetauscher Kältemittel/Luft aufweist, erster Verdampfer genannt, und einen Wärmetauscher Kältemittel/Wärmeträgerflüssigkeit, zweiter Verdampfer genannt, der den Kältemittel-Hauptkreislauf thermisch an einen sekundären Wärmeträgerflüssigkeitskreislauf koppelt, der an mindestens einen ersten sekundären Wärmetauscher in thermischem Austausch mit mindestens einer ersten Kalorienquelle des Fahrzeugs angeschlossen ist, gekennzeichnet durch die Merkmale von Anspruch 1.
  • Gemäß Merkmalen der verschiedenen Ausführungsformen dieser Vorrichtung:
    • – ist der sekundäre Wärmeträgerflüssigkeitskreislauf an einen zweiten sekundären Wärmetauscher in thermischem Austausch mit einer zweiten Kalorienquelle des Fahrzeugs angeschlossen,
    • – sind der erste und zweite sekundäre Wärmetauscher im sekundären Wärmeträgerflüssigkeitskreislauf parallel angeschlossen,
    • – sind der erste und zweite Verdampfer parallel angeschlossen,
    • – umfasst der Kältemittel-Hauptkreislauf erste und zweite parallele Verdampferabzweigungen, an denen jeweils die ersten und zweiten Verdampfer angeschlossen sind, wobei jede Verdampferabzweigung ein Druckminderventil aufweist, das stromabwärts oder stromaufwärts vom Verdampfer angeschlossen ist,
    • – weist die erste Verdampferabzweigung ein Ventil zur Regelung des Flüssigkeits- bzw. Fluiddurchflusses auf, das vorzugsweise stromabwärts vom ersten Verdampfer angeordnet ist,
    • – bilden das Druckminderventil und das Regelventil in der ersten Verdampferabzweigung ein und dasselbe Organ,
    • – sind der erste und der zweite Verdampfer in Reihe angeschlossen, wobei der zweite Verdampfer unter Berücksichtigung der Fließrichtung des Kältemittels im Hauptkreislauf stromaufwärts oder stromabwärts vom ersten Verdampfer angeordnet ist,
    • – ist der sekundäre Wärmeträgerflüssigkeits-Kreislauf mit einer Pumpe zum Antrieb dieser Wärmeträgerflüssigkeit ausgestattet,
    • – ist das Kältemittel des Hauptkreislaufs vom Typ R134a,
    • – umfasst das Kältemittel des Hauptkreislaufs Kohlendioxid,
    • – umfasst der Hauptkreislauf einen Zwischenwärmetauscher, der von einer Abzweigung des Hauptkreislaufs stromaufwärts vom Kompressor durchquert wird und einer Abzweigung des Hauptkreislaufs stromabwärts vom Kondensator,
    • – ist die Wärmeträgerflüssigkeit des sekundären Wärmeträgerflüssigkeitskreislaufs ein Gemisch von Wasser und Frostschutz.
  • Die Erfindung wird bei der Lektüre der nun folgenden Beschreibung besser verstanden werden, die nur als Beispiel gegeben wird und sich auf die Zeichnungen bezieht, von denen:
  • die 1 und 2 schematische Ansichten einer Vorrichtung zur thermischen Regelung gemäß zwei jeweiliger Ausführungsformen der Erfindung sind,
  • die 3 bis 5 schematische Ansichten einer Vorrichtung zur thermischen Regelung gemäß drei anderer jeweiliger Ausführungsformen sind.
  • Auf der 1 ist eine Vorrichtung zur thermischen Regelung für Kraftfahrzeuge, vor allem der elektrischen oder Hybrid-Bauart, gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Diese Vorrichtung zur thermischen Regelung ist mit dem allgemeinen Bezugszeichen 10 bezeichnet.
  • Im folgenden werden zwei Organe als thermisch untereinander gekoppelt bezeichnet, wenn sie mittels eines geeigneten Wärmetauschers untereinander Wärme austauschen.
  • Die Vorrichtung zur thermischen Regelung 10 umfasst einen Wärmepumpe 12, die einen Kältemittel-Hauptkreislauf 14 in der Kompressionsbauart aufweist, der einer kalten Quelle 16 Kalorien entnimmt, um diese mindestens teilweise an eine warme Quelle 18 zu übertragen.
  • Die kalten und warmen Quellen 16 und 18 sind miteinander durch einen (elektrischen oder mechanischen) Kompressor 20 verbunden. Das Kältemittel verdampft, wobei es der kalten Quelle 16 Wärme entnimmt. Der Kompressor 20 saugt das verdampfte Fluid an und fördert es in Richtung der warmen Quelle 18, wo es beim Abkühlen kondensiert. Die Fließ- bzw. Zirkulationsrichtung des Kältemittels im Hauptkreislauf 14 ist auf der 1 durch Pfeile angezeigt. Das im Hauptkreislauf 14 zirkulierende Kältemittel ist klassischen Typs. Dieses Kältemittel ist zum Beispiel aus einem Chlor- und Fluorderivat des Methans oder Ethans (Freon) ausgewählt, einem Kohlenwasserstoff, einem Chlorfluorkohlenstoff, Ammoniak usw.
  • Im beschriebenen Bespiel ist das Kältemittel R134a (HFC).
  • Die warme Quelle 18 umfasst zum Beispiel einen Kondensator genannten Wärmetauscher 24 Kältemittel/Luft.
  • Der Kompressor 20 und der Kondensator 24 sind in einem Abteil C1 des Fahrzeugs angeordnet, das vorzugsweise einen Motorraum dieses Fahrzeugs bildet. Der Kondensator 24 ist zum Beispiel in einer Front des Fahrzeugs angeordnet.
  • Die kalte Quelle 16 umfasst einen erster Verdampfer genannten Wärmetauscher 26 Kältemittel/Luft sowie einen zweiter Verdampfer genannten Wärmetauscher 28 Kältemittel/Wärmeträgerflüssigkeit.
  • Dieser erste und zweite Verdampfer 26 und 28 sind jeweils an erste und zweite parallele Verdampferabzweigungen 30 und 32 des Kältemittel-Hauptkreislaufs 14 angeschlossen. Der erste und zweite Verdampfer 26 und 28 sind also parallel angeschlossen.
  • Jede Verdampferabzweigung weist ein Druckminderventil 34, 36 (Thermostat- oder elektronisches Ventil, kalibrierte Öffnung), das stromabwärts vom Verdampfer 26, 28 angeschlossen ist, wie auf der 1 dargestellt, oder stromaufwärts vom Verdampfer 26, 28. Jedes Druckminderventil 34, 36 lässt das Kühlmittel in Richtung des entsprechenden Verdampfers 26, 28 passierten und senkt dabei seinen Druck.
  • Die erste Verdampferabzweigung 30 weist ein Ventil zur Regelung der Durchflussmenge des Fluids auf, vor allem vom Typ alles oder nichts, das vorzugsweise stromabwärts vom ersten Verdampfer 26 angeschlossen ist. Im veranschaulichten Beispiel bilden dieses Regelventil und das Druckminderventil der ersten Abzweigung 30 ein und dasselbe Organ 34.
  • Der zweite Verdampfer 28 koppelt den Kältemittel-Hauptkreislauf 14 thermisch an einen sekundären Wärmeträgerflüssigkeits-Kreislauf 38. Dieser Kreislauf 38 weist eine vorzugsweise elektrische Pumpe 40 auf, um die Wärmeträgerflüssigkeit in Zirkulation zu versetzen, die im veranschaulichten Beispiel an einen Ausgang des zweiten Verdampfers 28 angeschlossen ist. Als Variante könnte die Pumpe 40 vor dem zweiten Verdampfer 28 angeordnet sein.
  • Die Wärmeträgerflüssigkeit des sekundären Kreislaufs 38 ist zum Beispiel ein Gemisch von Wasser und Frostschutz.
  • Die Zirkulationsrichtung der Wärmeträgerflüssigkeit im sekundären Kreislauf 38 ist auf der 1 durch Pfeile angezeigt.
  • Der sekundäre Kreislauf 38 kann einerseits an einen ersten sekundären Wärmetauscher 42 in thermischem Austausch mit einem ersten exothermen Organ des Fahrzeugs angeschlossen sein und andererseits an einen zweiten sekundären Wärmetauscher 44 in thermischem Austausch mit einem zweiten exothermen Organ des Fahrzeugs.
  • Der erste und der zweite sekundäre Wärmetauscher 42, 44 sind im sekundären Wärmeträgerflüssigkeitskreislauf 38 parallel angeschlossen. Es ist festzustellen, dass die Abzweigung dieses sekundären Kreislaufs 38, an die der zweite sekundäre Wärmetauscher 44 angeschlossen ist, ein Ventil 46 zur Regelung des Wärmeträgerflüssigkeitsdurchflusses aufweist, vor allem vom Typ alles oder nichts, das vorzugswei se stromabwärts von diesem sekundären Wärmetauscher 44 angeordnet ist.
  • Im beschriebenen Beispiel wird das erste exotherme Organ in thermischem Austausch mit dem Wärmetauscher 42 von einer Leistungselektronik-Vorrichtung gebildet, die dazu bestimmt ist, einen elektrischen Antriebsmotor des Fahrzeugs zu steuern. Im übrigen wird das zweite exotherme Organ in thermischem Austausch mit dem Wärmetauscher 44 von einer Versorgungsbatterie des Elektromotors des Fahrzeugs gebildet.
  • Als Variante könnte der sekundäre Wärmeträgerflüssigkeits-Kreislauf 38 nur an einen einzigen sekundären Wärmetauscher angeschlossen sein, zum Beispiel den Wärmetauscher 44 in thermischem Austausch mit der Batterie.
  • Es ist festzustellen, dass die exothermen Organe in thermischem Austausch mit den Wärmetauschern 42, 44 erfindungsgemäß beliebig sein können.
  • Der erste Verdampfer 26 ist zum Beispiel in einem Abteil C2 des Fahrzeugs angeordnet, das eine Fahrgastzelle des Fahrzeugs bildet, insbesondere einen Block zur Klimatisierung der Fahrgastzelle. Der zweite Verdampfer 28 und die zwei sekundären Wärmetauscher 42, 34 sind zum Beispiel in einem Abteil C3 des Fahrzeugs angeordnet sind, das sich von der Fahrgastzelle unterscheidet. Dieses Abteil C3 kann zum Beispiel vom Motorraum (in diesem Fall sind die Abteile C1 und C3 identisch) oder von einem Abteil gebildet werden, das unter einem Boden der Fahrgastzelle des Fahrzeugs angeordnet ist.
  • Nachfolgend werden die wichtigsten Gesichtspunkte der Funktionsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 zur thermischen Regelung beschrieben.
  • a) Funktionsweise der Vorrichtung zur thermischen Regelung 10 in der kalten Jahreszeit
  • Beim Starten des Fahrzeugs müssen die exothermen Organe, die mit den Wärmetauschern 42, 44 in thermischem Austausch sind, nicht gekühlt werden, da ihre Temperatur aus reichend niedrig ist. Auch die Fahrgastzelle des Fahrzeugs muss nicht gekühlt werden.
  • Deswegen sind die Wärmepumpe 12 und die Pumpe 40 des sekundären Wärmeträgerflüssigkeits-Kreislaufs 38 deaktiviert.
  • Nach einer bestimmten Funktionsdauer der elektrischen Motorisierung des Fahrzeugs steigt die Temperatur der exothermen Organe in thermischem Austausch mit den Wärmetauschern 42, 44. Die Wärmepumpe 12 und die Pumpe 40 des sekundären Kreislaufs 38 sind dann aktiviert. Das Ventil 46 erlaubt, die Kühlung des exothermen Organs, das dem zweiten sekundären Wärmetauscher 44 zugeordnet ist, bedarfsgerecht zu kühlen. Der Kompressor 20 läuft mit einer geringen Drehzahl, die ausreichend ist, um die Kalorien von den exothermen Organen und dem sekundären Kreislauf 38 in Richtung der warmen Quelle 18 der Wärmepumpe abzuführen.
  • Das Ventil 34 erlaubt, die Fahrgastzelle bedarfsgerecht zu kühlen.
  • Gegebenenfalls läuft der Kompressor 20 mit einer höheren Drehzahl, um die Kühlung der Fahrgastzelle über den ersten Verdampfer 26, der in dieser Fahrgastzelle angeordnet ist, zu erlauben.
  • b) Funktionsweise der Vorrichtung zur thermischen Regelung 10 in der warmen Jahreszeit
  • In diesem Fall läuft der Kompressor 20 im allgemeinen mit einer höheren Drehzahl, um einerseits die Fahrgastzelle über den ersten Verdampfer 26 und andererseits die exothermen Organe über den zweiten Verdampfer 28 zu kühlen.
  • Wenn es im Laufe des Betriebs des Fahrzeugs nicht mehr notwendig ist, die exothermen Organe zu kühlen, ist die Pumpe 40 deaktiviert.
  • Auf der 2 ist eine Vorrichtung zur thermischen Regelung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Auf dieser 2 sind die zu den Elementen auf der 1 analogen Elemente mit identischen Bezugszeichen bezeichnet.
  • In dieser zweiten Ausführungsform der Erfindung, die auf der 2 dargestellt ist, umfasst das Kältemittel des Hauptkreislaufs 14 Kohlendioxid.
  • Der Hauptkreislauf 14 umfasst einen klassischen Zwischenwärmetauscher 48, der von einer Abzweigung des Hauptkreislaufs 14 stromaufwärts vom Kompressor 29 durchquert wird und einer Abzweigung des Hauptkreislaufs 14 stromabwärts vom Kondensator 24.
  • Zu den Vorteilen der Erfindung gehört, dass der über den zweiten Verdampfer 28 an die Wärmepumpe 12 gekoppelte sekundäre Wärmeträgerflüssigkeits-Kreislauf 28 erlaubt, die Batterie und die Leistungselektronik-Vorrichtung eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs effizient zu kühlen. Deswegen kann die maximale Temperatur der Batterie derart begrenzt werden, dass sich die Lebensdauer dieser Batterie verlängert. Weiterhin kann die Temperatur der Wärmeträgerflüssigkeit in thermischem Austausch mit der Leistungselektronik-Vorrichtung im Verhältnis zu einer klassischen Vorrichtung zur thermischen Regelung effizient gesenkt werden, wodurch das Volumen dieser Leistungselektronik-Vorrichtung erheblich reduziert werden kann.
  • In der warmen Jahreszeit erlaubt der sekundäre Wärmeträgerflüssigkeits-Kreislauf 38, der thermisch an die kalte Quelle 16 der Wärmepumpe gekoppelt ist, die Temperatur der Batterie schnell abzusenken, so dass sie auf den Wert von zirka 35°C stabilisiert wird, der eine relativ lange Lebensdauer der Batterien garantiert.
  • Die Reaktionszeit der Batterien bei einem Warmstart kann reduziert werden.
  • Die Erfindung erlaubt demzufolge, die Benutzung von Elektro- oder Hybridfahrzeugen in warmen Regionen zu erleichtern.
  • Schließlich kann die Erfindung an vorhandene Fahrzeuge angepasst werden, ohne die Konfiguration des Motorraums und der Mittel zur Klimatisierung der Fahrgastzelle dieser Fahrzeuge erheblich zu verändern.
  • Auf den 3 bis 5 ist eine Vorrichtung zur thermischen Regelung gemäß der jeweiligen dritten bis fünften Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Auf diesen Figuren sind die zu den Elementen auf den vorangehenden Figuren analogen Elemente mit identischen Bezugszeichen bezeichnet.
  • Auf der 3 sind die kalte und die warme Quelle 16 und 18 durch den Kompressor 20 und ein Druckminderventil 122 miteinander verbunden. Das im Hauptkreislauf 14 zirkulierende Kältemittel ist klassischen Typs. Dieses Kältemittel ist zum Beispiel aus einem Chlor- und Fluorderivat des Methans oder Ethans (Freon) ausgewählt, einem Kohlenwasserstoff, Ammoniak, Kohlendioxid usw.
  • Der Kompressor 20, das Druckminderventil 122 und der Kondensator 24 sind in einem Abteil C1 des Fahrzeugs angeordnet.
  • Der zweite Verdampfer 28 koppelt den Kältemittel-Hauptkreislauf 14 thermisch an einen sekundären Wärmeträgerflüssigkeits-Kreislauf 130. Dieser Kreislauf 130 weist eine vorzugsweise elektrische Pumpe 132 auf, um die Wärmeträgerflüssigkeit in Zirkulation zu versetzen, die im veranschaulichten Beispiel an einen Ausgang des zweiten Verdampfers 28 angeschlossen ist. Als Variante könnte die Pumpe 132 vor dem zweiten Verdampfer 28 angeordnet sein.
  • Die Wärmeträgerflüssigkeit des sekundären Kreislaufs 130 ist zum Beispiel ein Gemisch von Wasser und Frostschutz.
  • Der sekundäre Kreislauf 130 kann einerseits an einen ersten sekundären Wärmetauscher 134 in thermischem Austausch mit einem ersten exothermen Organ des Fahrzeugs angeschlossen sein und andererseits an einen zweiten sekundären Wärmetauscher 136 in thermischem Austausch mit einem zweiten exothermen Organ des Fahrzeugs.
  • Der erste und der zweite sekundäre Wärmetauscher 134, 136 sind im sekundären Wärmeträgerflüssigkeitskreislauf 130 parallel angeschlossen.
  • Im beschriebenen Beispiel wird das erste exotherme Organ in thermischem Austausch mit dem Wärmetauscher 134 von einer Leistungselektronik-Vorrichtung gebildet, die dazu bestimmt ist, einen elektrischen Antriebsmotor des Fahrzeugs zu steuern. Im übrigen wird das zweite exotherme Organ in thermischem Austausch mit dem Wärmetauscher 136 von einer Versorgungsbatterie des Elektromotors des Fahrzeugs gebildet.
  • Als Variante könnte der sekundäre Wärmeträgerflüssigkeits-Kreislauf 130 nur an einen einzigen sekundären Wärmetauscher angeschlossen sein, zum Beispiel den Wärmetauscher 136 in thermischem Austausch mit der Batterie.
  • Es ist festzustellen, dass die exothermen Organe in thermischem Austausch mit den Wärmetauschern 134, 136 erfindungsgemäß beliebig sein können.
  • Der sekundäre Wärmeträgerflüssigkeits-Kreislauf 130 umfasst ein Ventil 138, das mit einem ersten Weg 138A ausgestattet ist, der über die Pumpe 132 an den Ausgang des zweiten Verdampfers 28 angeschlossen ist, einem zweiten Weg 138B, der an einen Eingang des ersten sekundären Wärmetauschers 134 angeschlossen ist, und einem dritten Weg 138C, der an einen Eingang des zweiten sekundären Wärmetauschers 136 angeschlossen ist.
  • Der erste und zweite Verdampfer 26 und 28 sind in Reihe angeschlossen. Diese Verdampfer 26, 28 können in ein gemeinsames Modul integriert sein oder voneinander getrennt.
  • In der dritten Ausführungsform, die auf der 3 veranschaulicht ist, ist der zweite Verdampfer 28 stromabwärts vom ersten Verdampfer 26 angeordnet unter Berücksichtigung der Fließ- bzw. Zirkulationsrichtung des Kältemittels im Hauptkreislauf 14.
  • Im übrigen ist festzustellen, dass in dieser dritten Ausführungsform der erste Verdampfer 26 und der zweite Verdampfer 28 im Abteil C2 angeordnet sind. Dem gegenüber sind die zwei sekundären Wärmetauscher 134, 136 im Abteil C3 des Fahrzeugs angeordnet, das sich von der Fahrgastzelle unterscheidet.
  • Nachfolgend werden die wichtigsten Gesichtspunkte der Funktionsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 zur thermischen Regelung gemäß der dritten Ausführungsform beschrieben.
  • c) Funktionsweise der Vorrichtung zur thermischen Regelung 10 in der kalten Jahreszeit
  • Beim Starten des Fahrzeugs müssen die exothermen Organe, die mit den Wärmetauschern 134, 136 in thermischem Austausch sind, nicht gekühlt werden, da ihre Temperatur ausreichend niedrig ist. Auch die Fahrgastzelle des Fahrzeugs muss nicht gekühlt werden.
  • Deswegen sind die Wärmepumpe 12 und die Pumpe 132 des sekundären Wärmeträgerflüssigkeits-Kreislaufs 130 deaktiviert.
  • Nach einer bestimmten Funktionsdauer der elektrischen Motorisierung des Fahrzeugs steigt die Temperatur der exothermen Organe in thermischem Austausch mit den Wärmetauschern 134, 136. Die Wärmepumpe 12 und die Pumpe 132 des sekundären Kreislaufs 130 sind dann aktiviert. Das Ventil 138 ist derart geregelt, dass die bedarfsgerechte Kühlung jedes exothermen Organs erlaubt wird. Der Kompressor 20 läuft mit einer geringen Drehzahl, die ausreichend ist, um die Kalorien von den exothermen Organen und dem sekundären Kreislauf 130 in Richtung der warmen Quelle 18 der Wärmepumpe abzuführen.
  • Gegebenenfalls läuft der Kompressor 20 mit einer höheren Drehzahl, um die Kühlung der Fahrgastzelle über den ersten Verdampfer 26, der in dieser Fahrgastzelle angeordnet ist, zu erlauben.
  • d) Funktionsweise der Vorrichtung zur thermischen Regelung 10 in der warmen Jahreszeit
  • In diesem Fall läuft der Kompressor 20 im allgemeinen mit einer höheren Drehzahl, um einerseits die Fahrgastzelle über den ersten Verdampfer 26 und andererseits die exothermen Organe über den zweiten Verdampfer 28 zu kühlen.
  • Wenn es im Laufe des Betriebs des Fahrzeugs nicht mehr notwendig ist, die exothermen Organe zu kühlen, ist die Pumpe 132 deaktiviert.
  • In der vierten Ausführungsform, die auf der 4 veranschaulicht ist, ist der zweite Verdampfer 28 stromaufwärts vom ersten Verdampfer 26 angeordnet, um die Kühlung der exothermen Organe in thermischem Austausch mit den Wärmetauschern 134, 136 zu optimieren.
  • In der fünften Ausführungsform, die auf der 5 veranschaulicht ist, ist der zweite Verdampfer 28 im Abteil C3 angeordnet, das sich von der Fahrgastzelle unterscheidet und einen Motorraum oder ein Abteil bildet, das unter einem Boden der Fahrgastzelle des Fahrzeugs angeordnet ist.
  • Durch die Anordnung des zweiten Verdampfers 28 im Motorraum wird die Integration der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur thermischen Regelung 10 in einem klassischen Fahrzeug erleichtert, da eine erhebliche Veränderung der bereits vorhandenen Konfiguration der Klimatisierungsmittel der Fahrgastzelle des Fahrzeugs vermieden wird.
  • Selbstverständlich ist eine Kombination der verschiedenen, oben beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung möglich, ohne den Rahmen dieser Erfindung zu verlassen.
  • Zu den Vorteilen der Erfindung gehört, dass der über den zweiten Verdampfer 28 an die Wärmepumpe 12 gekoppelte sekundäre Wärmeträgerflüssigkeits-Kreislauf 130 erlaubt, die Batterie und die Leistungselektronik-Vorrichtung eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs effizient zu kühlen. Deswegen kann die maximale Temperatur der Batterie auf 45°C begrenzt werden, wodurch sich die Lebensdauer dieser Batterie verlängert, speziell um ein Drittel der üblichen Lebensdauer. Weiterhin kann die Temperatur der Wärmeträgerflüssigkeit in thermischem Austausch mit der Leistungselektronik-Vorrichtung im Verhältnis zu einer klassischen Vorrichtung zur thermischen Regelung um zirka 40°C abgesenkt werden, wodurch das Volumen dieser Leistungselektronik-Vorrichtung um zirka 1 Liter reduziert werden kann.
  • In der warmen Jahreszeit erlaubt der sekundäre Wärmeträgerflüssigkeits-Kreislauf 130, der thermisch an die kalte Quelle 16 der Wärmepumpe gekoppelt ist, die Temperatur der Batterie schnell abzusenken, so dass sie auf den Wert von zirka 45°C stabilisiert wird, der eine relativ lange Lebensdauer der Batterien garantiert.
  • Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die zuvor beschriebenen Ausführungsformen. Insbesondere kann jeder sekundäre Wärmetauscher in thermischem Austausch mit einer beliebigen Wärmequelle des Fahrzeugs sein, zum Beispiel einer Brennstoffzelle, oder einer anderen Wärmequelle als ein exothermes Organ des Fahrzeugs, wie zum Beispiel Ladeluft eines Verbrennungsmotors des Fahrzeugs.
  • In diesem Fall wird der Motor im allgemeinen mittels einer Turbokompressorbaugruppe, die einerseits mit einer Turbine ausgestattet ist, die von Abgasen des Motors angetrieben wird und nach dem Motor angeordnet ist, und andererseits mit einem Kompressor für die angesaugte Luft, der vor dem Motor angeordnet ist, mit Ladeluft versorgt. Die Ansaugluft des Motors, die sich im Kompressor erwärmt, kann am Ausgang aus diesem Kompressor mit einem sekundären Wärmetauscher der erfindungsgemäßen Vorrichtung gekühlt werden, um die Leistungen des Motors zu optimieren und die Schadstoffemissionen zu minimieren.

Claims (14)

  1. Fahrzeug, wie ein Kraftfahrzeug, ausgerüstet mit einer Vorrichtung zur thermischen Regelung, eines Typs, eine Wärmepumpe (12) umfassend, die einen Haupt-Kältemittelkreislauf (14) umfasst, der einer Kältequelle (16) Kalorien entnimmt, um sie einer Wärmequelle (18) zuzuführen, wobei die Kältequelle (16) einen Wärmetauscher (26) Kältemittel/Luft aufweist, erster Verdampfer genannt, und einen Wärmetauscher (28) Kältemittel/Wärmeträgerflüssigkeit, zweiter Verdampfer genannt, der direkt mit dem ersten Verdampfer (26) verbunden ist und den Haupt-Kältemittelkreislauf (14) mit einem sekundären Wärmeträgerflüssigkeitskreislauf (38) thermisch verbindet, der mindestens an einen ersten sekundären Wärmetauscher (42, 44) in thermischem Austausch mit mindestens einer ersten Kalorienquelle des Fahrzeugs angeschlossen ist, wobei die Wärmequelle (18) einen Wärmetauscher (24) Kältemittel/Luft, Kondensator genannt, umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator (24) im Motorraum (C1) des Fahrzeugs angeordnet ist, und der erste Verdampfer (26) der Kältequelle (18) im Fahrgastraum (C2) des Fahrzeugs angeordnet ist, um dem ersten Verdampfer (26) zu erlauben, diesen Fahrgastraum zu kühlen, dadurch, dass der zweite Verdampfer (28) der Kältequelle (18) in einem vom Fahrgastraum unterschiedlichen Teil (C3) des Fahrzeugs angeordnet ist, dadurch, dass jeder sekundäre Wärmetauscher (42, 44) im vom Fahrgastraum unterschiedlichen Teil (C3) des Fahrzeugs angeordnet ist, und dadurch, dass jede Kalorienquelle entweder ein exothermisches Organ des Fahrzeugs ist, dessen Funktion durch Kühlung optimiert werden soll, ausgewählt aus einem Organ, das eine Leistungselektronik-Vorrichtung bildet, eine Batterie zur Versorgung eines elektrischen Antriebsmotors des Fahrzeugs oder eine Brennstoffzelle, oder Ladeluft eines thermischen Motors des Fahrzeugs, dessen Funktion durch Kühlung der Ladeluft optimiert werden soll.
  2. Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Teil (C3) des Fahrzeugs, in dem der zweite Verdampfer (28) und jeder sekundäre Wärmetauscher (42, 44) angeordnet sind, vom Motorraum oder von einem Raum unter dem Boden des Fahrgastraums gebildet wird.
  3. Fahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der sekundäre Wärmeträgerflüssigkeitskreislauf (38) an einen zweiten sekundären Wärmetauscher (42, 44) in thermischem Austausch mit einer zweiten Kalorienquelle des Fahrzeugs angeschlossen ist.
  4. Fahrzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite sekundäre Wärmetauscher (42, 44) parallel im sekundären Wärmeträgerflüssigkeitskreislauf (38) angeschlossen sind.
  5. Fahrzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste (26) und zweite (28) Verdampfer parallel angeschlossen sind.
  6. Fahrzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Haupt-Kältemittelkreislauf (14) erste (30) und zweite (32) parallele Verdampferabzweigungen umfasst, an die jeweils der erste (26) und der zweite (28) Verdampfer angeschlossen sind, wobei jede Verdampferabzweigung (30, 32) ein Druckminderventil (34, 36) umfasst, das stromabwärts oder stromaufwärts zum Verdampfer (26, 28) angeordnet ist.
  7. Fahrzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Verdampferabzweigung (30) ein Ventil (34) zur Regelung des Flüssigkeitsdurchsatzes aufweist, das vorzugsweise stromabwärts zum ersten Verdampfer (26) angeordnet ist.
  8. Fahrzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Verdampferabzweigung (30) das Druckminderventil und das Regelungsventil ein und dasselbe Organ (34) bilden.
  9. Fahrzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste (26) und der zweite Verdampfer (28) in Reihe angeschlossen sind, wobei der zweite Verdampfer (28) unter Berücksichtigung der Fließrichtung des Kältemittels im Hauptkreislauf (14) stromaufwärts oder stromabwärts zum ersten Verdampfer (26) angeordnet ist.
  10. Fahrzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der sekundäre Wärmeträgerflüssigkeitskreislauf (38) mit einer Pumpe (40) zum Antreiben dieser Wärmeträgerflüssigkeit ausgestattet ist.
  11. Fahrzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kältemittel des Hauptkreislaufs (14) vom Typ R134a ist.
  12. Fahrzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kältemittel des Hauptkreislaufs (14) Kohlendioxid umfasst.
  13. Fahrzeug nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptkreislauf (14) einen Zwischenwärmetauscher (48) umfasst, der von einer Abzweigung des Hauptkreislaufs (14) stromaufwärts vom Kompressor (20) und einer Abzweigung des Hauptkreislaufs (14) stromabwärts vom Kondensator (24) durchquert wird.
  14. Fahrzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeträgerflüssigkeit des sekundären Wärmeträgerflüssigkeitskreislaufs (38) ein Gemisch aus Wasser und Frostschutz ist.
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