WO2014086443A1 - Fahrzeug mit elektromotor - Google Patents

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WO2014086443A1
WO2014086443A1 PCT/EP2013/003202 EP2013003202W WO2014086443A1 WO 2014086443 A1 WO2014086443 A1 WO 2014086443A1 EP 2013003202 W EP2013003202 W EP 2013003202W WO 2014086443 A1 WO2014086443 A1 WO 2014086443A1
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WO
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air
coupling
low
temperature
heat exchanger
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Application number
PCT/EP2013/003202
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English (en)
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Inventor
Oliver Wagner
Original Assignee
Daimler Ag
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Publication date
Application filed by Daimler Ag filed Critical Daimler Ag
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    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/00271—HVAC devices specially adapted for particular vehicle parts or components and being connected to the vehicle HVAC unit
    • B60H1/00278—HVAC devices specially adapted for particular vehicle parts or components and being connected to the vehicle HVAC unit for the battery
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/00492—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices comprising regenerative heating or cooling means, e.g. heat accumulators
    • B60H1/00499—Heat or cold storage without phase change including solid bodies, e.g. batteries
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60H2001/00307—Component temperature regulation using a liquid flow
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/00642—Control systems or circuits; Control members or indication devices for heating, cooling or ventilating devices
    • B60H1/00814—Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation
    • B60H1/00878—Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation the components being temperature regulating devices
    • B60H2001/00928—Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation the components being temperature regulating devices comprising a secondary circuit

Definitions

  • the present invention relates to a vehicle having at least one electric motor for driving the vehicle.
  • Vehicles with electromotive drive are, for example, pure electric vehicles or hybrid vehicles, hybrid vehicles in the present context to be understood as vehicles that have both an internal combustion engine and at least one electric motor, wherein at least the electric motor is used to drive the vehicle, while the internal combustion engine either also for driving of the vehicle or only for power generation, ie as a so-called "range extender" is used.
  • the heating circuit contains a further heat exchanger for heating supply air, which is supplied to the passenger compartment.
  • the refrigerant circuit includes another heat exchanger for cooling exhaust air, which is discharged from the passenger compartment.
  • the coolant circuit is used to cool the
  • the refrigerant circuit can also be used to cool the battery.
  • a common refrigerant circuit can also be used to cool the battery.
  • Heat accumulator may be provided for the heating circuit and the refrigerant circuit.
  • the present invention is concerned with the problem of providing for a vehicle of the type mentioned an improved embodiment, which is characterized in particular by a comparatively high energy efficiency.
  • the invention is based on the general idea of fluidly coupling a low-temperature cooling circuit, which serves to cool a battery arrangement for supplying power to the at least one electric motor of the vehicle, to an air-conditioning circuit, which serves to supply air to the passenger compartment to be supplied with air. It is also proposed that the low-temperature cooling circuit heat transfer, so to separate fluidly separated with a coupling circuit, which in turn is heat-transmitting, that is coupled fluidly separated with the air conditioning circuit. This makes it possible to transfer heat from the low-temperature cooling circuit to the air conditioning circuit, either directly via the fluidic coupling or preferably indirectly via the coupling circuit. Besides that is It is possible to extract heat from the air conditioning circuit via the low-temperature cooling circuit
  • the invention proposes to equip the climate cycle with a climate conveyor for driving a climate-heat transfer medium in the air cycle, with a first climate exchanger for heat-transmitting coupling of the air conditioning heat transfer medium with the supply air and with a second climatic exchanger.
  • the low-temperature refrigerant cycle with a low-temperature conveyor for driving a low-temperature cooling medium in
  • the coupling circuit is equipped with a coupling conveyor for driving a coupling heat transfer medium in the coupling circuit, with a first coupling heat exchanger for heat-transmitting coupling of the coupling heat transfer medium with the supply air, and with a second coupling heat exchanger, wherein the coupling circuit also with the second climate Heat exchanger for heat-transmitting coupling of the coupling heat transfer medium is coupled to the air conditioning heat transfer medium.
  • the heat-transmitting coupling between the low-temperature cooling circuit and the coupling circuit is provided in the vehicle presented here by means of a first connection line, which leads a low-temperature flow of the low-temperature cooling circuit, which leads from the low-temperature radiator to the battery assembly, with a low-temperature return of the
  • Low-temperature cooling circuit fluidly connects, which leads from the battery assembly to the low-temperature radiator.
  • this first connection line of the second coupling heat exchanger for heat-transmitting coupling of the low-temperature cooling medium is arranged with the coupling heat transfer medium. In this way, a media-separated heat transfer between the low-temperature cooling circuit and the coupling circuit is made possible.
  • the fluidic coupling between the low-temperature cooling circuit and the air conditioning circuit takes place with the aid of a second connecting line and a third connecting line.
  • the second connection line connects the
  • Low-temperature supply fluidly with an air conditioning flow of the climate circle, which leads from the first air-conditioning heat exchanger to the second air-conditioning heat exchanger.
  • the third connecting line fluidly connects the low-temperature return with a climate return of the air conditioning circuit, which leads from the second air-conditioning heat exchanger to the first air-conditioning heat exchanger.
  • the coupling circuit is designed as a heat pump circuit.
  • the first coupling heat exchanger serves as an evaporator
  • the coupling conveyor then serves as a compressor
  • the second air-conditioning heat exchanger then serves as a condenser.
  • the second coupling heat exchanger can also be designed as an evaporator, which can also be preceded by an expansion valve. Due to the design of the coupling circuit as a heat pump cycle, for example, the heat from
  • Low-temperature cooling circuit particularly efficiently transferred to the air conditioning circuit, as on the compression in the coupling circuit, a temperature increase can be realized, which significantly increases the amount of heat in the funded volume flow of the coupling heat transfer medium.
  • waste heat generated during compression of the coupling heat transfer medium in the coupling conveyor can be transmitted via the coupling heat transfer medium using the second air-heat exchanger comparatively directly to the air-conditioning circuit.
  • the two evaporators, ie the first coupling heat exchanger and the second coupling heat exchanger differ in their construction in this case by an appropriate adaptation to the state of aggregation of the heat-supplying medium.
  • the heat is supplied via the gaseous supply air, while it is supplied in the second coupling heat exchanger via the liquid low-temperature cooling medium.
  • the vehicle may also be equipped with a high temperature refrigeration circuit that may be used to cool at least one electrical component of the vehicle other than the battery pack.
  • the high-temperature cooling circuit is at a higher temperature level than the
  • Low-temperature cooling circuit Electrical components that can be cooled by means of the high-temperature cooling circuit, for example, the respective electric motor, which is used to drive the vehicle, as well as an associated power electronics, in particular a converter.
  • a high-temperature cooling circuit can a
  • High-temperature conveyor for driving a high-temperature cooling medium in the high-temperature cooling circuit have.
  • a high-temperature radiator for heat-transmitting coupling of the high-temperature coolant can be integrated with a cooling air flow.
  • the first coupling heat exchanger can be connected in parallel with the second coupling heat exchanger in the coupling circuit, wherein the two coupling heat exchangers are flowed through by means of a coupling valve arrangement either alternatively or cumulatively from the coupling heat transfer medium.
  • the coupling heat transfer medium either exclusively through the first coupling heat exchanger or exclusively through the second coupling heat exchanger or with any division both by the first coupling heat exchanger and by the second coupling heat exchanger.
  • At least one electric heater may be provided for heating the low-temperature coolant. This makes it possible to heat the battery assembly to a desired operating temperature. This can be carried out in particular during a stationary charging process with the aid of an external current source. Since the battery assembly a
  • the battery assembly can simultaneously use as a heat storage.
  • Such an electric heater can be arranged for example in the low-temperature flow, whereby a direct heating of the low-temperature cooling circuit is possible.
  • an electric heater in the air-conditioning circuit, preferably in the air-return. This makes it possible, depending on demand, to heat the air-conditioning circuit or the air-conditioning heat transfer medium.
  • the air-conditioning circuit and the low-temperature circuit are fluidically coupled with each other, it is the same medium, so that automatically heated by the heating of the air conditioning heat transfer medium and the low-temperature cooling medium.
  • Connecting line is also flowed through by the low-temperature cooling medium, the low-temperature cooling medium can be heated with the help of this arrangement.
  • the electric heater is arranged according to an advantageous development between the second coupling heat exchanger and the low-temperature return in the first connection line. Particularly advantageous is an embodiment in which only a single heater is present, which is then preferably arranged in the first connection line.
  • the connecting lines it is also possible, on the one hand to effect the desired heating of the low-temperature cooling circuit and on the other hand, depending on demand, an auxiliary heating of the air-conditioning circuit with the help of the single auxiliary heater.
  • the third connecting line downstream of the first connecting line can be connected to the low-temperature return line, while at the same time the second connecting line is connected upstream of the first connecting line to the low-temperature feed line.
  • the combination with the aforementioned heat pump cycle is particularly advantageous since in this case the heater can be dimensioned smaller than in an arrangement in the air-conditioning circuit. The missing temperature difference in this case is due to the compression of the
  • the air-conditioning circuit has a climate-valve arrangement, via which the second connecting line is connected to the air conditioning flow.
  • the low-temperature cooling circuit can be fluidly coupled to the air-conditioning circuit, depending on demand.
  • the low-temperature cooling circuit may comprise a low-temperature valve arrangement via which the first
  • Connecting line is connected to the low-temperature return line.
  • the fluidic coupling between low-temperature return and low-temperature flow can be controlled via the low-temperature valve arrangement.
  • Connecting line creates a bypass within the low-temperature cooling circuit to bypass the low-temperature radiator.
  • a control device may be provided which is configured and / or programmed to drive the respective heater for heating the low-temperature cooling circuit to a predetermined temperature, while a charging operation for charging the battery assembly takes place, in which the vehicle connected to an external power source.
  • this control device or another control device can be configured and / or programmed such that it transmits the valve arrangements for transferring heat from the low-temperature cooling circuit via the coupling circuit Climate circuit controls, if the supply air is to be heated, and for transferring heat from the air-conditioning circuit to the low-temperature cooling circuit controls, if the supply air to be cooled.
  • Control device is programmed and / or configured such that for heating the supply air, the low-temperature cooling medium from the low-temperature return through the first connecting line and thus by the second coupling heat exchanger for
  • Low-temperature flow is performed so that the second coupling heat exchanger transfers heat from the low-temperature cooling medium to the coupling heat transfer medium, wherein the coupling heat transfer medium is guided from the second coupling heat exchanger to the second air conditioning heat exchanger and back to the second second coupling heat exchanger such that the second air conditioning heat exchanger transfers heat from the coupling heat transfer medium to the air conditioning heat transfer medium and the first air conditioning heat exchanger transfers heat from the air conditioning heat transfer medium to the supply air.
  • the vehicle interior or passenger compartment can be heated with heat from the low-temperature cooling circuit.
  • a cooling of the low-temperature cooling medium can be realized thereby.
  • control device is programmed and / or configured such that for cooling the supply air, the air conditioning heat transfer medium from the air-return by the third
  • Connecting line is passed through the low-temperature return line through the low-temperature radiator, via the low-temperature flow in the second connecting line and through this in the air flow, so that the second air-heat exchanger heat from the coupling heat transfer medium to the air conditioning heat transfer medium transmits and transfers the low-temperature radiator heat from the air conditioning heat transfer medium to the cooling air flow, wherein the coupling heat transfer medium is guided by the second air heat exchanger through the first coupling heat exchanger, so that the first Coupling heat exchanger transfers heat from the supply air to the coupling heat transfer medium.
  • a control device is programmed and / or designed such that it activates the coupling circuit as a heat pump circuit is preferred in such a way that the first coupling heat exchanger by means of the supply air and / or the second coupling heat exchanger by means of the low-temperature cooling medium evaporates the coupling heat transfer medium, that the coupling conveyor superheats the coupling heat transfer medium, ie heated above its evaporation temperature and that the second air-heat exchanger condenses the coupling heat transfer medium by means of the air conditioning heat transfer medium. At the same time, the resulting waste heat of the coupling conveyor can be introduced into the coupling heat transfer medium.
  • 1 and 2 are each a greatly simplified schematic diagram of a schematic diagram
  • a vehicle 1 comprises at least one electric motor 2 for driving the vehicle, a battery assembly 3 for supplying power to the at least one electric motor 2, and power electronics 4, in particular a converter, for controlling the power supply of the electric motor 2.
  • power electronics 4 in particular a converter, for controlling the power supply of the electric motor 2.
  • Corresponding power supply lines are here not shown for simplicity.
  • the electric motor 2 can drive a drive train of the vehicle 1 in the usual way. Likewise, it is basically possible to configure the electric motor 2 as a wheel or hub motor, so that it directly drives a wheel of the vehicle 1. In principle, a plurality of such wheel motors can be provided, in particular in order to be able to drive each vehicle wheel individually.
  • the vehicle 1 also includes in a conventional manner a passenger compartment 5, which can be supplied with the aid of a corresponding, not shown blower supply air 6, which is indicated here by an arrow.
  • the vehicle 1 further includes an air-conditioning circuit 7 for air-conditioning the supply air 6.
  • an air-conditioning circuit 7 for air-conditioning the supply air 6.
  • a air-conditioning conveyor 8 for driving an air-conditioning heat transfer medium in the air-conditioning circuit 7, a first air-conditioning heat exchanger 9 for heat-transfer coupling Air-heat transfer medium with the supply air 6 and a second air-heat exchanger 10 integrated.
  • An air-conditioning flow 11 of the air-conditioning circuit 7 leads from the first air-conditioning heat exchanger 9 to the second air-conditioning heat exchanger 10.
  • An air-conditioning return 12 of the air-conditioning circuit 7 leads from the second air-conditioning heat exchanger 10 to the first air-conditioning heat exchanger 9.
  • the vehicle 1 is also equipped with a low-temperature refrigerant circuit 13 which serves to cool the battery assembly 3.
  • a low-temperature conveyor 14 for driving a low-temperature cooling medium in the low-temperature cooling circuit 13 and a low-temperature radiator 15 are integrated, which serves for heat-transmitting coupling of the low-temperature cooling medium with a cooling air flow 16, which in the figures 1 and 2 is indicated by an arrow.
  • the cooling air flow 16 can be generated during driving operation of the vehicle 1 by the airstream.
  • the cooling air flow 16 can be generated or amplified by means of a blower 17.
  • the low-temperature cooling circuit 13 includes a low-temperature flow 18, which from the low-temperature radiator 15 to
  • Battery assembly 3 leads, and a low-temperature return 19, of the
  • the vehicle 1 further comprises a high-temperature refrigeration cycle 20, which serves to cool at least one electrical component of the vehicle 1.
  • the high-temperature cooling circuit 20 is used for cooling the electric motor 2 and the
  • the high-temperature refrigeration cycle 20 includes a high-temperature conveyor 21 for driving a high-temperature cooling medium and a high-temperature radiator 22 for heat-transmitting coupling of the high-temperature cooling medium with the cooling air flow 16.
  • the vehicle 1 is also equipped with a coupling circuit 23, which allows a fluidly separated, but heat-transmitting coupling between the low-temperature cooling circuit 13 and the air-conditioning circuit 7. Furthermore, with the help of the coupling circuit 23 the heat-circulating circuit 7 can be withdrawn.
  • the coupling circuit 23 includes a coupling conveyor 24 for driving a coupling heat transfer medium in
  • the coupling circuit 23 includes a first coupling heat exchanger 25 for heat-transmitting coupling of the coupling heat transfer medium with the supply air 6 and a second coupling heat exchanger 26. Furthermore, the second air-heat exchanger 10 in the coupling circuit 23 involved, creating a
  • the low-temperature cooling circuit 13 is also equipped with a first connecting line 27, which is connected via a connection point 28 to the low-temperature feed line 18 and a connection point 29 to the low-temperature return line 19, so that the first connecting line 27, the low-temperature return 19th fluidly connected to the low-temperature feed 18.
  • first connecting line 27 is connected via a connection point 28 to the low-temperature feed line 18 and a connection point 29 to the low-temperature return line 19, so that the first connecting line 27, the low-temperature return 19th fluidly connected to the low-temperature feed 18.
  • the second coupling heat exchanger 26 is also involved, so that it can be done in a heat-transmitting coupling of the low-temperature cooling medium with the coupling heat transfer medium.
  • the low-temperature cooling circuit 13 is also equipped with a second connecting line 30, which is connected via a connection point 31 to the low-temperature supply line 18 and a connection point 32 to the air flow 11, so that the second connecting line 30 is a fluid connection of the low temperature -Vorlaufs 8 with the air conditioning flow 11 creates.
  • the connection point 31 of the second Connecting line 30 is upstream of the connection point 28 of the first
  • the low-temperature cooling circuit 13 further includes a third connecting line 33, which is connected via a connection point 34 to the low-temperature return line 19 and a connection point 35 to the air-return 12, so that the third connecting line 33, the low-temperature return line 19 with the Air-return 12 fluidly connects.
  • the connection point 34 of the third connection line 33 downstream of the connection point 29 of the first connection line 27 at the low-temperature return line 19 is arranged.
  • the two coupling heat exchangers 25, 26 connected in parallel and controllable with a coupling valve assembly 36, the first coupling heat exchanger 25 associated first coupling valve 37 and a second coupling heat exchanger 26 associated second coupling Valve 38 includes.
  • the two coupling heat exchangers 25, 26 can flow alternatively alternatively or cumulatively from the coupling heat transfer medium.
  • connection point 32 of the second connecting line 30 is realized by means of a climatic valve assembly 39, whereby the fluidic connection between the second connecting line 30 and the air flow 1 is controllable.
  • connection point 29 of the first connection line 27 is realized with the aid of a low-temperature valve arrangement 40, whereby the fluidic coupling of the first connection line 27 with the low-temperature return line 19 is controllable.
  • At least one additional electric heater 41 is provided, with the aid of which the low-temperature coolant can be heated directly or indirectly.
  • the embodiment shown in Figure 1 are two electrical
  • a first electric heater 41 is in the low-temperature flow 18 upstream of the low-temperature conveyor 14.
  • Ein second electric heater 41 is located in the air-conditioning circuit 7, in the air return 12th
  • Figure 2 shows a preferred embodiment, in which only a single electric heater 41 is provided, which is arranged in the first connecting line 27, between the second coupling heat exchanger 26 and the low-temperature return 19.
  • Power supply lines from the battery assembly 3 to the respective electric heater 41 are shown here for the sake of clarity as well as power lines to power the individual conveyors 8, 14, 21, 24.
  • a power supply line for supplying the blower 17 is shown with power.
  • the vehicle 1 may also be equipped with a control device 42 suitably connected to a plurality of, preferably all, electrical components of the circuits in order to be able to actuate them.
  • a control device 42 suitably connected to a plurality of, preferably all, electrical components of the circuits in order to be able to actuate them.
  • Corresponding control lines, which lead, for example, from the respective control device 42 to the delivery devices 8, 14, 21, 24 and to the valve arrangements 36, 39, 40 are not shown here.
  • the respective control device 42 may for example be configured so that it then controls the respective heaters 41 for heating the low-temperature cooling circuit 13 to a predetermined Temneratur when the Fahrzeua 1 is connected during a Ladevoraanas for charging the battery assembly 3 to an external power source. In particular, then the low-temperature conveyor 14 is driven to drive the low-temperature cooling medium. In this way, the
  • Battery assembly 3 are heated simultaneously during the charging process to a predetermined temperature, whereby the battery assembly 3 can be used as a heat storage.
  • control device 42 may also be configured such that it via a corresponding control of the valve assemblies 36, 39, 40 a
  • the coupling circuit 23 may be configured as a heat pump circuit.
  • at least the first coupling heat exchanger 25 is designed as an evaporator, while the second air-conditioning heat exchanger 10 is then designed as a capacitor.
  • the coupling conveyor 24 operates as a compressor.
  • the second coupling heat exchanger 26 may be configured as an evaporator.
  • the first connection line 27, which serves as a bypass for bypassing the low-temperature radiator 15, is opened more or less via a corresponding control of the low-temperature valve arrangement 40, so that the low-temperature cooling medium flows through the first connecting line 27 from the low-temperature return line 19 to the low-temperature flow line 18 and is guided through the second coupling heat exchanger 26.
  • This can lead to evaporation of the coupling heat transfer medium.
  • the coupling circuit 23 can be operated as a cooling circuit, so that heat over the first coupling heat exchanger 25 of the supply air 6 can be withdrawn.
  • the thereby heated coupling heat transfer medium can then transfer 10 heat in the second air-heat exchanger to the air conditioning heat transfer medium.
  • the air-conditioning heat transfer medium is conducted downstream of the second air-conditioning heat exchanger 10 via the air-return 12 and the third connection line 33 into the low-temperature return line 19 and passed through the low-temperature cooler 15. In this way, heat from the low-temperature cooling medium, respectively from the air conditioning heat transfer medium to the cooling air flow 16 can be transmitted. Subsequently, the cooled low-temperature cooling medium, so the air conditioning heat transfer medium passes through the low-temperature supply line 18 in the second
  • the present invention thus relates to a vehicle 1 having at least one electric motor 2, in particular electric vehicle or hybrid vehicle, with a passenger compartment 5, with a climate control circuit 7 for air conditioning of the passenger compartment 5 supplied supply air 6, with a low-temperature cooling circuit 13 for cooling a battery assembly 3 for powering the at least one electric motor 2, with a coupling circuit 23, in which an air-heat exchanger 10 for heat-transmitting coupling of the coupling heat transfer medium with the air-heat transfer medium integrated is, with a first connecting line 27 for fluidly connecting a low-temperature flow 18 of the low-temperature cooling circuit 13 with a
  • Low-temperature return 19 of the low-temperature cooling circuit 13 in which a coupling heat exchanger 26 is integrated for heat-transmitting coupling of the low-temperature cooling medium with the coupling heat transfer medium, with a second connecting line 30 for fluidly connecting the low-temperature supply line 18 with an air flow 11 of the air-conditioning circuit 7, with a third connecting line 33 for fluidically connecting the low-temperature return 19 with a return air 12 of the air-conditioning circuit. 7

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fahrzeug (1) mit wenigstens einem Elektromotor (2), insbesondere Elektrofahrzeug oder Hybridfahrzeug, mit einem Fahrgastraum (5), mit einem Klima-Kreis (7) zur Klimatisierung von dem Fahrgastraum (5) zuzuführender Zuluft (6), mit einem Niedertemperatur-Kühlkreis (13) zum Kühlen einer Batterieanordnung (3) zur Stromversorgung des wenigstens einen Elektromotors (2), mit einem Koppel-Kreis (23), in den ein Klima-Wärmetauscher (10) zum wärmeübertragenden Koppeln des Koppel-Wärmeübertragermediums mit dem Klima-Wärmeübertragermedium eingebunden ist, mit einer ersten Verbindungsleitung (27) zum fluidischen Verbinden eines Niedertemperatur- Vorlaufs (18) des Niedertemperatur-Kühlkreises (13) mit einem Niedertemperatur-Rücklauf (19) des Niedertemperatur-Kühlkreises (13), in die ein Koppel-Wärmetauscher (26) zum wärmeübertragenden Koppeln des Niedertemperatur-Kühlmediums mit dem Koppel-Wärmeübertragermedium eingebunden ist, mit einer zweiten Verbindungsleitung (30) zum fluidischen Verbinden des Niedertemperatur-Vorlaufs (18) mit einem Klima-Vorlauf (11) des Klima-Kreises (7), mit einer dritten Verbindungsleitung (33) zum fluidischen Verbinden des Niedertemperatur-Rücklaufs (19) mit einem Klima-Rücklauf (12) des Klima-Kreises (7).

Description

Fahrzeug mit Elektromotor
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit wenigstens einem Elektromotor zum Antreiben des Fahrzeugs.
Fahrzeuge mit elektromotorischem Antrieb sind beispielsweise reine Elektrofahrzeuge oder Hybridfahrzeuge, wobei unter Hybridfahrzeugen im vorliegenden Zusammenhang Fahrzeuge verstanden werden sollen, die sowohl einen Verbrennungsmotor als auch wenigstens einen Elektromotor aufweisen, wobei zumindest der Elektromotor zum Antreiben des Fahrzeugs dient, während die Brennkraftmaschine entweder ebenfalls zum Antreiben des Fahrzeugs oder nur zur Stromerzeugung, also als sogenannter„Range- Extender" dient.
Bei derartigen Fahrzeugen kann sich das Thermomanagement extrem aufwändig aestalten. da Batterien zur Stromversorauna des Elektromotors abhänaia von ihrer Leistungsabgabe gekühlt werden müssen. Ebenso müssen der Elektromotor sowie eine Leistungselektronik, wie zum Beispiel ein Umrichter, gekühlt werden, wobei
unterschiedliche Temperaturniveaus beim Elektromotor einerseits und bei den Batterien andererseits wünschenswert sind, da eine Batterie bei zu niedrigen Temperaturen nur eine stark reduzierte Leistung bereitstellen kann. Ferner ist für den Komfort des
Fahrzeugführers sowie gegebenenfalls vorhandener Passagiere eine Klimatisierung eines Fahrgastraumes des Fahrzeugs vorzusehen, so dass je nach Umgebungstemperaturen eine Heizung oder Kühlung des Fahrgastraumes erforderlich ist.
Grundsätzlich ist es möglich, die verschiedenen Einheiten des Fahrzeugs, die gekühlt bzw. erwärmt werden müssen, mit separaten Kühl- bzw. Heizeinrichtungen, insbesondere mit separaten Kühl- bzw. Heizkreisen auszustatten. Zum einen ist hierfür der apparative Aufwand vergleichsweise groß. Zum anderen ist der energetische Aufwand ebenfalls verhältnismäßig groß. Insbesondere kann es zu Betriebszuständen kommen, bei denen zumindest eine Einheit gekühlt werden muss, während gleichzeitig zumindest eine andere Einheit erwärmt werden muss. Um hier den energetischen Wirkungsgrad des Fahrzeugs zu verbessern, ist es zweckmäßig, die unterschiedlichen Kühl- und Heizkreise bzw. Kühl- und Heizsysteme miteinander zukoppeln, um Wärme innerhalb der Systeme austauschen und innerhalb des Fahrzeugs verschieben zu können.
Beispielsweise ist es aus der DE 10 2009 048 674 A1 bekannt, bei einem Fahrzeug mit Elektromotor einen Kältemittelkreis mit einem Heizungskreis wärmeübertragend zu koppeln, indem die beiden Kreise jeweils über einen separaten Wärmetauscher in einen Kühlmittelkreis eingebunden sind, so dass der Kühlmittelkreis die Wärme vom
Kältemittelkreis zum Heizungskreis transportiert. Der Heizungskreis enthält einen weiteren Wärmetauscher zum Beheizen von Zuluft, den dem Fahrgastraum zugeführt wird. Der Kältemittelkreis enthält einen weiteren Wärmetauscher zum Kühlen von Abluft, die vom Fahrgastraum abgeführt wird. Der Kühlmittelkreis dient zum Kühlen des
Elektromotors sowie einer Leistungselektronik. Der Kältemittelkreis kann außerdem zum Kühlen der Batterie verwendet werden. Außerdem kann ein gemeinsamer
Wärmespeicher für den Heizungskreis und den Kältemittelkreis vorgesehen sein.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für ein Fahrzeug der eingangs genannten Art eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch einen vergleichsweise hohen energetischen Wirkungsgrad auszeichnet.
Erfindungsgemäß wird dieses Problem insbesondere durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, einen Niedertemperatur-Kühlkreis, der zum Kühlen einer Batterieanordnung zur Stromversorgung des wenigstens einen Elektromotors des Fahrzeugs dient, fluidisch mit einem Klimakreis zu koppeln, der zur Klimatisierung von dem Fahrgastraum zuzuführende Zuluft dient. Außerdem wird vorgeschlagen, den Niedertemperatur-Kühlkreis wärmeübertragend, also fluidisch getrennt mit einem Koppelkreis zu koppeln, der seinerseits wärmeübertragend, also fluidisch getrennt mit dem Klimakreis gekoppelt ist. Hierdurch ist es möglich, Wärme aus dem Niedertemperatur-Kühlkreis auf den Klimakreis zu übertragen, entweder direkt über die fluidische Kopplung oder vorzugsweise indirekt über den Koppelkreis. Außerdem ist es möglich, Wärme aus dem Klimakreis über den Niedertemperatur-Kühlkreis
abzuführen.
Im Einzelnen schlägt die Erfindung vor, den Klimakreis mit einer Klima-Fördereinrichtung zum Antreiben eines Klima-Wärmeübertragermediums im Klimakreis, mit einem ersten Klimawärmetauscher zum wärmeübertragenden Koppeln des Klima- Wärmeübertragermediums mit der Zuluft und mit einem zweiten Klimawärmetauscher auszustatten. Ferner ist der Niedertemperatur-Kühlkreis mit einer Niedertemperatur- Fördereinrichtung zum Antreiben eines Niedertemperatur-Kühlmediums im
Niedertemperatur-Kühlkreis und mit einem Niedertemperatur-Kühler zum
wärmeübertragenden Koppeln des Niedertemperatur-Kühlmittels mit einem Kühlluftstrom ausgestattet. Schließlich ist der Koppelkreis mit einer Koppel-Fördereinrichtung zum Antreiben eines Koppel-Wärmeübertragermediums im Koppelkreis, mit einem ersten Koppelwärmetauscher zum wärmeübertragenden Koppeln des Koppel- Wärmeübertragermediums mit der Zuluft, und mit einem zweiten Koppel-Wärmetauscher ausgestattet, wobei der Koppelkreis außerdem mit dem zweiten Klima-Wärmetauscher zum wärmeübertragenden Koppeln des Koppel-Wärmeübertragermediums mit dem Klima-Wärmeübertragermedium gekoppelt ist. Die wärmeübertragende Kopplung zwischen dem Niedertemperatur-Kühlkreis und dem Koppelkreis wird beim hier vorgestellten Fahrzeug mit Hilfe einer ersten Verbindungsleitung geschaffen, die einen Niedertemperatur-Vorlauf des Niedertemperatur-Kühlkreises, der vom Niedertemperatur- Kühler zur Batterieanordnung führt, mit einem Niedertemperatur-Rücklauf des
Niedertemperatur-Kühlkreises fluidisch verbindet, der von der Batterieanordnung zum Niedertemperatur-Kühler führt. In diese erste Verbindungsleitung ist der zweite Koppel- Wärmetauscher zum wärmeübertragenden Koppeln des Niedertemperatur-Kühlmediums mit dem Koppel-Wärmeübertragermedium angeordnet. Auf diese Weise wird eine mediengetrennte Wärmeübertragung zwischen dem Niedertemperatur-Kühlkreis und dem Koppelkreis ermöglicht. Die fluidische Kopplung zwischen dem Niedertemperatur- Kühlkreis und dem Klimakreis erfolgt mit Hilfe einer zweiten Verbindungsleitung und einer dritten Verbindungsleitung. Die zweite Verbindungsleitung verbindet den
Niedertemperatur-Vorlauf fluidisch mit einem Klima-Vorlauf des Klima-Kreises, der vom ersten Klima-Wärmetauscher zum zweiten Klima-Wärmetauscher führt. Die dritte Verbindungsleitung verbindet fluidisch den Niedertemperatur-Rücklauf mit einem Klima- Rücklauf des Klimakreises, der vom zweiten Klima-Wärmetauscher zum ersten Klima- Wärmetauscher führt. Von besonderem Vorteil ist eine Ausführungsform, bei welcher der Koppelkreis als Wärmepumpenkreis ausgestaltet ist. In diesem Fall dient der erste Koppel- Wärmetauscher als Verdampfer, die Koppel-Fördereinrichtung dient dann als Kompressor und der zweite Klima-Wärmetauscher dient dann als Kondensator. Zwischen dem
Kondensator, also dem zweiten Klima-Wärmetauscher und dem Verdampfer, also dem ersten Koppel-Wärmetauscher ist im Koppelkreis dann zumindest eine
Expansionseinrichtung, zweckmäßig ein Expansionsventil angeordnet. Optional kann außerdem der zweite Koppel-Wärmetauscher ebenfalls als Verdampfer ausgestaltet sein, dem ebenfalls ein Expansionsventil vorgeschaltet sein kann. Durch die Ausgestaltung des Koppelkreises als Wärmepumpenkreis, lässt sich beispielsweise die Wärme vom
Niedertemperatur-Kühlkreis besonders effizient auf den Klimakreis übertragen, da über die Kompression im Koppelkreis eine Temperaturerhöhung realisierbar ist, was die Wärmemenge im geförderten Volumenstrom des Koppel-Wärmeübertragermediums erheblich vergrößert. Außerdem kann Abwärme, die beim Komprimieren des Koppel- Wärmeübertragermediums in der Koppel-Fördereinrichtung entsteht, über das Koppel- Wärmeübertragermedium mithilfe des zweiten Klima-Wärmetauschers vergleichsweise direkt auf den Klima-Kreis übertragen werden. Die beiden Verdampfer, also der erste Koppel-Wärmeübertrager und der zweite Koppel-Wärmeübertrager unterscheiden sich in ihrem Aufbau dabei durch eine entsprechende Adaption an den Aggregatzustand des Wärme zuführenden Mediums. Im ersten Koppel-Wärmeübertrager wird die Wärme über die gasförmige Zuluft zugeführt, während sie im zweiten Koppel-Wärmeübertrager über das flüssige Niedertemperatur-Kühlmedium zugeführt wird.
Optional kann das Fahrzeug außerdem mit einem Hochtemperatur-Kühlkreis ausgestattet werden, mit dessen Hilfe wenigstens eine elektrische Komponente des Fahrzeugs, die sich von der Batterieanordnung unterscheidet, gekühlt werden kann. Dabei befindet sich der Hochtemperatur-Kühlkreis auf einem höheren Temperaturniveau als der
Niedertemperatur-Kühlkreis. Elektrische Komponenten, die mit Hilfe des Hochtemperatur- Kühlkreises gekühlt werden können, sind beispielsweise der jeweilige Elektromotor, der zum Antreiben des Fahrzeugs dient, sowie eine zugehörige Leistungselektronik, insbesondere ein Umrichter. Ein derartiger Hochtemperatur-Kühlkreis kann eine
Hochtemperatur-Fördereinrichtung zum Antreiben eines Hochtemperatur-Kühlmediums im Hochtemperatur-Kühlkreis aufweisen. Ebenso kann im Hochtemperatur-Kühlkreis ein Hochtemperatur-Kühler zum wärmeübertragenden Koppeln des Hochtemperatur- Kühlmittels mit einem Kühlluftstrom eingebunden sein. Entsprechend einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann der erste Koppel- Wärmetauscher mit dem zweiten Koppel-Wärmetauscher im Koppel-Kreis parallel geschaltet sein, wobei die beiden Koppel-Wärmetauscher mittels einer Koppel- Ventilanordnung wahlweise alternativ oder kumulativ vom Koppel- Wärmeübertragermedium durchströmbar sind. Je nach Betriebszustand ist es somit möglich, das Koppel-Wärmeübertragermedium entweder ausschließlich durch den ersten Koppel-Wärmetauscher oder ausschließlich durch den zweiten Koppel-Wärmetauscher oder mit beliebiger Aufteilung sowohl durch den ersten Koppel-Wärmetauscher als auch durch den zweiten Koppel-Wärmetauscher zu führen.
Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann zumindest ein elektrischer Zuheizer zum Beheizen des Niedertemperatur-Kühlmittels vorgesehen sein. Hierdurch ist es möglich, die Batterieanordnung auf eine gewünschte Betriebstemperatur aufzuheizen. Dies kann insbesondere während eines stationären Ladevorgangs mit Hilfe einer externen Stromquelle durchgeführt werden. Da die Batterieanordnung eine
vergleichsweise große thermische Masse besitzt, lässt sich die Batterieanordnung gleichzeitig als Wärmespeicher nutzen.
Ein derartiger elektrischer Zuheizer kann beispielsweise im Niedertemperatur-Vorlauf angeordnet sein, wodurch eine direkte Beheizung des Niedertemperatur-Kühlkreises möglich ist.
Zusätzlich oder alternativ ist es möglich, einen solchen elektrischen Zuheizer im Klima- Kreis anzuordnen, vorzugsweise im Klima-Rücklauf. Hierdurch ist es bedarfsabhängig möglich, den Klima-Kreis bzw. das Klima-Wärmeübertragermedium zu beheizen. Da jedoch der Klima-Kreis und der Niedertemperatur-Kreis fluidisch miteinander gekoppelt sind, handelt es sich um dasselbe Medium, so dass über die Beheizung des Klima- Wärmeübertragermediums automatisch auch das Niedertemperatur-Kühlmedium beheizt wird.
Ferner ist es gemäß einer bevorzugten Ausführungsform möglich, einen solchen elektrischen Zuheizer in der ersten Verbindungsleitung anzuordnen. Da die erste
Verbindungsleitung ebenfalls vom Niedertemperatur-Kühlmedium durchströmt ist, kann auch mit Hilfe dieser Anordnung das Niedertemperatur-Kühlmedium aufgeheizt werden. Zweckmäßig ist der elektrische Zuheizer gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung dabei zwischen dem zweiten Koppel-Wärmetauscher und dem Niedertemperatur-Rücklauf in der ersten Verbindungsleitung angeordnet. Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform, bei welcher nur ein einziger Zuheizer vorhanden ist, der dann bevorzugt in der ersten Verbindungsleitung angeordnet ist.
Hierdurch reduziert sich der apparative Aufwand. Bei einer entsprechenden Anordnung bzw. Verschaltung der Verbindungsleitungen ist es darüber hinaus möglich, mit Hilfe des einzigen Zuheizers einerseits die gewünschte Aufheizung des Niedertemperatur- Kühlkreises und andererseits bedarfsabhängig eine Zuheizung des Klima-Kreises zu bewirken. Insbesondere kann hierzu die dritte Verbindungsleitung stromab der ersten Verbindungsleitung an den Niedertemperatur-Rücklauf angeschlossen sein, während gleichzeitig die zweite Verbindungsleitung stromauf der ersten Verbindungsleitung an den Niedertemperatur-Vorlauf angeschlossen ist. Besonders vorteilhaft ist in diesem Fall die Kombination mit dem zuvor genannten Wärmepumpenkreis, da in diesem Fall der Zuheizer kleiner dimensioniert werden kann als bei einer Anordnung im Klima-Kreis. Die fehlende Temperaturdifferenz wird in diesem Fall durch die Kompression des
verdampften Klima-Wärmeübertragermediums und die Abwärme des Kompressors, also der Koppel-Fördereinrichtung bereitgestellt.
Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass der Klima-Kreis eine Klima-Ventilanordnung aufweist, über die die zweite Verbindungsleitung an den Klima-Vorlauf angeschlossen ist. Somit lässt sich insbesondere bedarfsabhängig der Niedertemperatur-Kühlkreis fluidisch mit dem Klima-Kreis koppeln. Zusätzlich oder alternativ kann der Niedertemperatur- Kühlkreis eine Niedertemperatur-Ventilanordnung aufweisen, über die die erste
Verbindungsleitung an den Niedertemperatur-Rücklauf angeschlossen ist. Somit lässt sich über die Niedertemperatur- Ventilanordnung die fluidische Kopplung zwischen Niedertemperatur-Rücklauf und Niedertemperatur-Vorlauf steuern. Die erste
Verbindungsleitung schafft dabei einen Bypass innerhalb des Niedertemperatur- Kühlkreises zur Umgehung des Niedertemperatur-Kühlers.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann eine Steuereinrichtung vorgesehen sein, die so ausgestaltet und/oder programmiert ist, dass sie den jeweiligen Zuheizer zum Beheizen des Niedertemperatur-Kühlkreises auf eine vorbestimmte Temperatur ansteuert, während ein Ladevorgang zum Aufladen der Batterieanordnung stattfindet, bei dem das Fahrzeug an eine externe Stromquelle angeschlossen ist.
Während dieses Ladevorgangs wird somit nicht nur die Batterieanordnung aufgeladen, vielmehr wird dabei gleichzeitig über eine entsprechende Betätigung der jeweils erforderlichen Fördereinrichtung sowie des jeweiligen Zuheizers gleichzeitig eine thermische Aufladung des Niedertemperatur-Kühlkreises realisiert, wobei die große thermische Masse der Batterieanordnung als Wärmespeicher genutzt wird.
Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform, die zusätzlich oder alternativ zu vorgenannten Ausführungsformen realisierbar ist, kann diese Steuereinrichtung oder eine andere Steuereinrichtung so ausgestaltet und/oder programmiert sein, dass sie die Ventilanordnungen zum Übertragen von Wärme vom Niedertemperatur-Kühlkreis über den Koppel-Kreis auf den Klima-Kreis ansteuert, falls die Zuluft beheizt werden soll, und zum Übertragen von Wärme vom Klima-Kreis auf den Niedertemperatur-Kühlkreis ansteuert, falls die Zuluft gekühlt werden soll.
Bei einer besonderen Weiterbildung kann nun vorgesehen sein, dass die
Steuereinrichtung so programmiert und/oder ausgestaltet ist, dass zum Beheizen der Zuluft das Niedertemperatur-Kühlmedium vom Niedertemperatur-Rücklauf durch die erste Verbindungsleitung und somit durch den zweiten Koppel-Wärmetauscher zum
Niedertemperatur-Vorlauf geführt ist, so dass der zweite Koppel-Wärmetauscher Wärme vom Niedertemperatur-Kühlmedium auf das Koppel-Wärmeübertragermedium überträgt, wobei das Koppel-Wärmeübertragermedium vom zweiten Koppel-Wärmetauscher zum zweiten Klima-Wärmetauscher und zurück zum zweiten zweiten Koppel-Wärmetauscher geführt ist, so dass der zweite Klima-Wärmetauscher Wärme vom Koppel- Wärmeübertragermedium auf das Klima-Wärmeübertragermedium überträgt und der erste Klima-Wärmetauscher Wärme vom Klima-Wärmeübertragermedium auf die Zuluft überirägi. Durch diese Betriebsweise kann der Fahrzeuginnenraum oder Fahrgastraum mit Wärme aus dem Niedertemperatur-Kühlkreis beheizt werden. Gleichzeitig kann dadurch auch eine Kühlung des Niedertemperatur-Kühlmediums realisiert werden.
Zusätzlich oder alternativ kann bei einer anderen Weiterbildung vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung so programmiert und/oder ausgestaltet ist, dass zum Kühlen der Zuluft das Klima-Wärmeübertragermedium vom Klima-Rücklauf durch die dritte
Verbindungsleitung, über den Niedertemperatur-Rücklauf durch den Niedertemperatur- Kühler, über den Niedertemperatur-Vorlauf in die zweite Verbindungsleitung und durch diese in den Klima-Vorlauf geführt ist, so dass der zweite Klima-Wärmetauscher Wärme vom Koppel-Wärmeübertragermedium auf das Klima-Wärmeübertragermedium überträgt und der Niedertemperatur-Kühler Wärme vom Klima-Wärmeübertragermedium an den Kühlluftstrom überträgt, wobei das Koppel-Wärmeübertragermedium vom zweiten Klima- Wärmetauscher durch den ersten Koppel-Wärmetauscher geführt ist, so dass der erste Koppel-Wärmetauscher Wärme von der Zuluft auf das Koppel-Wärmeübertragermedium überträgt.
Bevorzugt ist jedoch, wie weiter oben bereits erwähnt, eine Ausführungsform, bei der eine Steuereinrichtung so programmiert und/oder ausgestaltet ist, dass sie de Koppel-Kreis als Wärmepumpenkreis ansteuert, derart, dass der erste Koppel-Wärmetauscher mittels der Zuluft und/oder der zweite Koppel-Wärmetauscher mittels des Niedertemperatur- Kühlmediums das Koppel-Wärmeübertragermedium verdampft, dass die Koppel- Fördereinrichtung das Koppel-Wärmeübertragermedium überhitzt, also über seine Verdampfungstemperatur erhitzt und dass der zweite Klima-Wärmetauscher mittels des Klima-Wärmeübertragermediums das Koppel-Wärmeübertragermedium kondensiert. Gleichzeitig kann die dabei entstehende Abwärme der Koppel-Fördereinrichtung in das Koppel-Wärmeübertragermedium eingebracht werden.
Mit Hilfe der jeweiligen Steuereinrichtung werden somit Betriebsverfahren realisiert, die im Hinblick auf das Thermomanagement einen vorteilhaften Betrieb des Fahrzeugs ermöglichen.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
Es zeigen, jeweils schematisch:
Fig. 1 und 2 jeweils eine stark vereinfachte, schaltplanartige Prinzipdarstellung eines
Fahrzeugs bei verschiedenen Ausführungsformen. Entsprechend den Figuren 1 und 2 umfasst ein Fahrzeug 1 zumindest einen Elektromotor 2 zum Antreiben des Fahrzeugs, eine Batterieanordnung 3 zur Stromversorgung des wenigstens einen Elektromotors 2 und eine Leistungselektronik 4, insbesondere einen Umrichter, zur Steuerung der Stromversorgung des Elektromotors 2. Entsprechende Stromversorgungsleitungen sind hier zur Vereinfachung nicht dargestellt.
Der Elektromotor 2 kann in üblicher Weise einen Antriebsstrang des Fahrzeugs 1 antreiben. Ebenso ist es grundsätzlich möglich, den Elektromotor 2 als Rad- oder Nabenmotor zu konfigurieren, so dass er unmittelbar ein Rad des Fahrzeugs 1 antreibt. Grundsätzlich können mehrere derartige Radmotoren vorgesehen sein, insbesondere um jedes Fahrzeugrad individuell antreiben zu können.
Das Fahrzeug 1 enthält außerdem in üblicher Weise einen Fahrgastraum 5, dem mit Hilfe eines entsprechenden, hier nicht dargestellten Gebläses Zuluft 6 zugeführt werden kann, die hier durch einen Pfeil angedeutet ist.
Das Fahrzeug 1 umfasst außerdem einen Klima-Kreis 7 zur Klimatisierung der Zuluft 6. In diesem Klima-Kreis 7 sind eine Klima-Fördereinrichtung 8 zum Antreiben eines Klima- Wärmeübertragermediums im Klima-Kreis 7, ein erster Klima-Wärmetauscher 9 zum wärmeübertragenden Koppeln des Klima-Wärmeübertragermediums mit der Zuluft 6 und ein zweiter Klima-Wärmetauscher 10 eingebunden. Ein Klima-Vorlauf 11 des Klima- Kreises 7 führt vom ersten Klima-Wärmetauscher 9 zum zweiten Klima-Wärmetauscher 10. Ein Klima-Rücklauf 12 des Klima-Kreises 7 führt vom zweiten Klima-Wärmetauscher 10 zum ersten Klima-Wärmetauscher 9.
Das Fahrzeug 1 ist außerdem mit einem Niedertemperatur-Kühlkreis 13 ausgestattet, der zum Kühlen der Batterieanordnung 3 dient. In dem Niedertemperatur-Kühlkreis 13 sind eine Niedertemperatur-Fördereinrichtung 14 zum Antreiben eines Niedertemperatur- Kühlmediums im Niedertemperatur-Kühlkreis 13 und ein Niedertemperatur-Kühler 15 eingebunden, der zum wärmeübertragenden Koppeln des Niedertemperatur- Kühlmediums mit einem Kühlluftstrom 16 dient, der in den Figuren 1 und 2 durch einen Pfeil angedeutet ist. Der Kühlluftstrom 16 kann im Fahrbetrieb des Fahrzeugs 1 durch den Fahrtwind erzeugt werden. Zusätzlich kann der Kühlluftstrom 16 mit Hilfe eines Gebläses 17 erzeugt bzw. verstärkt werden. Der Niedertemperatur-Kühlkreis 13 umfasst einen Niedertemperatur-Vorlauf 18, der vom Niedertemperatur-Kühler 15 zur
Batterieanordnung 3 führt, und einen Niedertemperatur-Rücklauf 19, der von der
Batterieanordnung 3 zum Niedertemperatur-Kühler 15 führt. Bei den hier gezeigten, bevorzugten Ausführungsformen umfasst das Fahrzeug 1 außerdem einen Hochtemperatur-Kühlkreis 20, der zum Kühlen wenigstens einer elektrischen Komponente des Fahrzeugs 1 dient. In den gezeigten Beispielen dient der Hochtemperatur-Kühlkreis 20 zum Kühlen des Elektromotors 2 und der
Leistungselektronik 4. Der Hochtemperatur-Kühlkreis 20 enthält eine Hochtemperatur- Fördereinrichtung 21 zum Antreiben eines Hochtemperatur-Kühlmediums und einen Hochtemperatur-Kühler 22 zum wärmeübertragenden Koppeln des Hochtemperatur- Kühlmediums mit dem Kühlluftstrom 16.
Das Fahrzeug 1 ist außerdem mit einem Koppelkreis 23 ausgestattet, der eine fluidisch getrennte, jedoch wärmeübertragende Kopplung zwischen dem Niedertemperatur- Kühlkreis 13 und dem Klima-Kreis 7 ermöglicht. Ferner kann mit Hilfe des Koppelkreises 23 dem Klima-Kreis 7 Wärme entzogen werden. Der Koppel-Kreis 23 enthält eine Koppel- Fördereinrichtung 24 zum Antreiben eines Koppel-Wärmeübertragermediums im
Koppelkreis 23. Ferner enthält der Koppel-Kreis 23 einen ersten Koppel-Wärmetauscher 25 zum wärmeübertragenden Koppeln des Koppel-Wärmeübertragermediums mit der Zuluft 6 und einen zweiten Koppel-Wärmetauscher 26. Des Weiteren ist auch der zweite Klima-Wärmetauscher 10 in den Koppel-Kreis 23 eingebunden, wodurch eine
wärmeübertragende Kopplung des Koppel-Wärmeübertragermediums mit dem Klima- Wärmeübertragermedium ermöglicht wird.
Der Niedertemperatur-Kühlkreis 13 ist außerdem mit einer ersten Verbindungsleitung 27 ausgestattet, die über eine Anbindungsstelle 28 an den Niedertemperatur-Vorlauf 18 und über eine Anbindungsstelle 29 an den Niedertemperatur-Rücklauf 19 angeschlossen ist, so dass die erste Verbindungsleitung 27 den Niedertemperatur-Rücklauf 19 mit dem Niedertemperatur- Vorlauf 18 fluidisch verbindet. Insoweit bildet die erste
Verbindungsleitung 27 einen Bypass zur Umgehung des Niedertemperatur-Kühlers 15. In diese erste Verbindungsleitung 27 ist außerdem der zweite Koppel-Wärmetauscher 26 eingebunden, so dass darin eine wärmeübertragende Kopplung des Niedertemperatur- Kühlmediums mit dem Koppel-Wärmeübertragermedium erfolgen kann.
Der Niedertemperatur-Kühlkreis 13 ist außerdem mit einer zweiten Verbindungsleitung 30 ausgestattet, die über eine Anbindungsstelle 31 an den Niedertemperatur- Vorlauf 18 und über eine Anbindungsstelle 32 an den Klima- Vorlauf 11 angeschlossen ist, so dass die zweite Verbindungsleitung 30 eine fluidische Verbindung des Niedertemperatur-Vorlaufs 8 mit dem Klima-Vorlauf 11 schafft. Die Anbindungsstelle 31 der zweiten Verbindungsleitung 30 ist dabei stromauf der Anbindungsstelle 28 der ersten
Verbindungsleitung 27 an den Niedertemperatur- Vorlauf 18 angeschlossen.
Der Niedertemperatur-Kühlkreis 13 umfasst ferner eine dritte Verbindungsleitung 33, die über eine Anbindungsstelle 34 an den Niedertemperatur-Rücklauf 19 und über eine Anbindungsstelle 35 an den Klima-Rücklauf 12 angeschlossen ist, so dass die dritte Verbindungsleitung 33 den Niedertemperatur-Rücklauf 19 mit dem Klima-Rücklauf 12 fluidisch verbindet. Dabei ist die Anbindungsstelle 34 der dritten Verbindungsleitung 33 stromab der Anbindungsstelle 29 der ersten Verbindungsleitung 27 am Niedertemperatur- Rücklauf 19 angeordnet.
Im Koppel-Kreis 23 sind die beiden Koppel-Wärmetauscher 25, 26 parallel geschaltet und mit einer Koppel-Ventilanordnung 36 steuerbar, die ein dem ersten Koppel- Wärmetauscher 25 zugeordnetes erstes Koppel-Ventil 37 und ein dem zweiten Koppel- Wärmetauscher 26 zugeordnetes zweites Koppel-Ventil 38 umfasst. Mit Hilfe der Koppel- Ventilanordnung 36 lassen sich die beiden Koppel-Wärmetauscher 25, 26 wahlweise alternativ oder kumulativ vom Koppel-Wärmeübertragermedium durchströmen.
Die Anbindungsstelle 32 der zweiten Verbindungsleitung 30 ist mit Hilfe einer Klima- Ventilanordnung 39 realisiert, wodurch die fluidische Verbindung zwischen der zweiten Verbindungsleitung 30 und dem Klima- Vorlauf 1 steuerbar ist. Die Anbindungsstelle 29 der ersten Verbindungsleitung 27 ist mit Hilfe einer Niedertemperatur-Ventilanordnung 40 realisiert, wodurch die fluidische Kopplung der ersten Verbindungsleitung 27 mit dem Niedertemperatur-Rücklauf 19 steuerbar ist.
Erkennbar sind hier der Niedertemperatur-Kühler 15 und der Hochtemperatur-Kühler 22 so hintereinander angeordnet, dass der gleiche Kühlluftstrom 16 durch alle zwei Bauteile hindurch geführt ist. Erkennbar sind hier außerdem der erste-Koppelwärmetauscher 25 und der erste Klima-Wärmetauscher 9 so hintereinander angeordnet, dass der gleiche Strom an Zuluft 6 durch alle zwei Bauteile hindurch geführt ist.
Beim hier vorgestellten Fahrzeug 1 ist außerdem zumindest ein elektrischer Zuheizer 41 vorgesehen, mit dessen Hilfe direkt oder indirekt das Niedertemperatur-Kühlmittel beheizt werden kann. Bei der in Figur 1 gezeigten Ausführungsform sind zwei elektrische
Zuheizer 41 vorgesehen. Ein erster elektrischer Zuheizer 41 befindet sich dabei im Niedertemperatur-Vorlauf 18 stromauf der Niedertemperatur-Fördereinrichtung 14. Ein zweiter elektrischer Zuheizer 41 befindet sich im Klima-Kreis 7, und zwar im Klima- Rücklauf 12.
Im Unterschied dazu zeigt Figur 2 eine bevorzugte Ausführungsform, bei der nur ein einziger elektrischer Zuheizer 41 vorgesehen ist, der in der ersten Verbindungsleitung 27 angeordnet ist, und zwar zwischen dem zweiten Koppel-Wärmetauscher 26 und dem Niedertemperatur-Rücklauf 19. Stromversorgungsleitungen von der Batterieanordnung 3 zum jeweiligen elektrischen Zuheizer 41 sind hier zur Wahrung der Übersichtlichkeit ebenso wenig dargestellt wie Stromleitungen zur Energieversorgung der einzelnen Fördereinrichtungen 8, 14, 21 , 24. Ebenso wenig ist eine Stromversorgungsleitung zur Versorgung des Gebläses 17 mit Strom dargestellt.
Das Fahrzeug 1 kann außerdem mit einer Steuereinrichtung 42 ausgestattet sein, die auf geeignete Weise mit mehreren, vorzugsweise mit sämtlichen elektrischen Komponenten der Kreise verbunden ist, um diese betätigen bzw. ansteuern zu können. Entsprechende Steuerleitungen, die beispielsweise von der jeweiligen Steuereinrichtung 42 zu den Fördereinrichtungen 8, 14, 21 , 24 sowie zu den Ventilanordnungen 36, 39, 40 führen, sind hier jedoch nicht dargestellt. Ebenso wenig sind Steuerlettungen zum Betätigen der Zuheizer 41 dargestellt.
Die jeweilige Steuereinrichtung 42 kann beispielsweise so ausgestaltet sein, dass sie die jeweiligen Zuheizer 41 dann zum Beheizen des Niedertemperatur-Kühlkreises 13 auf eine vorbestimmte Temneratur ansteuert wenn das Fahrzeua 1 während eines Ladevoraanas zum Aufladen der Batterieanordnung 3 an eine externe Stromquelle angeschlossen ist. Insbesondere wird dann auch die Niedertemperatur-Fördereinrichtung 14 zum Antreiben des Niedertemperatur-Kühlmediums angesteuert. Auf diese Weise kann die
Batterieanordnung 3 während des Ladevorgangs gleichzeitig auf eine vorbestimmte Temperatur aufgeheizt werden, wodurch die Batterieanordnung 3 als Wärmespeicher genutzt werden kann.
Zusätzlich oder alternativ kann die Steuereinrichtung 42 auch so ausgestaltet sein, dass sie über eine entsprechende Ansteuerung der Ventilanordnungen 36, 39, 40 eine
Wärmeübertragung vom Niedertemperatur-Kühlkreis 13 über den Koppel-Kreis 23 auf den Klima-Kreis 7 ermöglicht, falls die Zuluft 6 beheizt werden soll. Ebenso kann über eine entsprechende Ansteuerung der Ventilanordnungen 36, 39, 40 eine Übertragung von Wärme vom Klima-Kreis 7 auf den Niedertemperatur-Kreis 13 realisiert werden, falls die Zuluft 6 gekühlt werden soll. Der Koppel-Kreis 23 kann als Wärmepumpenkreis ausgestaltet sein. In diesem Fall ist zumindest der erste Koppel-Wärmetauscher 25 als Verdampfer konzipiert, während der zweite Klima-Wärmetauscher 10 dann als Kondensator konzipiert ist. Die Koppel- Fördereinrichtung 24 arbeitet dabei als Kompressor. Zusätzlich kann auch der zweite Koppel-Wärmetauscher 26 als Verdampfer ausgestaltet sein. Falls nun Wärme vom Niedertemperatur-Kühlkreis 13 auf den Klima-Kreis 7 übertragen werden soll, wird die erste Verbindungsleitung 27, die als Bypass zur Umgehung des Niedertemperatur- Kühlers 15 dient, über eine entsprechende Ansteuerung der Niedertemperatur- Ventilanordnung 40 mehr oder weniger geöffnet, so dass das Niedertemperatur- Kühlmedium durch die erste Verbindungsleitung 27 vom Niedertemperatur-Rücklauf 19 zum Niedertemperatur-Vorlauf 18 strömt und dabei durch den zweiten Koppel- Wärmetauscher 26 geführt ist. Dabei kann es zu einem Verdampfen des Koppel- Wärmeübertragermediums kommen. Durch Komprimieren des verdampften Koppel- Wärmeübertragermediums in der Koppel-Fördereinrichtung 24 kann die Temperatur des Koppel-Wärmeübertragermediums nochmals erhöht werden, wodurch die Effizienz des zweiten Klima-Wärmetauschers 10 erhöht wird und die Wärmeabgabe an das Klima- Wärmeübertragermedium verbessert ist.
Falls jedoch dem Klima-Kühlkreis 7 Wärme entzogen werden soll, kann der Koppel-Kreis 23 als Kühl-Kreis betrieben werden, so dass Wärme über den ersten Koppel- Wärmetauscher 25 der Zuluft 6 entzogen werden kann. Das dabei erwärmte Koppel- Wärmeübertragermedium kann dann im zweiten Klima-Wärmetauscher 10 Wärme an das Klima-Wärmeübertragermedium übergeben. Das Klima-Wärmeübertragermedium wird in diesem Fall stromab des zweiten Klima-Wärmetauschers 10 über den Klima- Rücklauf 12 und die dritte Verbindungsleitung 33 in den Niedertemperatur-Rücklauf 19 geleitet und durch den Niedertemperatur-Kühler 15 hindurchgeführt. Auf diese Weise kann Wärme vom Niedertemperatur-Kühlmedium, respektive vom Klima- Wärmeübertragermedium an den Kühlluftstrom 16 übertragen werden. Anschließend gelangt das gekühlte Niedertemperatur-Kühlmedium, also das Klima- Wärmeübertragermedium über den Niedertemperatur- Vorlauf 18 in die zweite
Verbindungsleitung 30 und in den Klima-Vorlauf 11 und somit zurück zum zweiten Klima- Wärmetauscher 10.
Zusammenfassend betrifft die vorliegende Erfindung somit ein Fahrzeug 1 mit wenigstens einem Elektromotor 2, insbesondere Elektrofahrzeug oder Hybridfahrzeug, mit einem Fahrgastraum 5, mit einem Klima-Kreis 7 zur Klimatisierung von dem Fahrgastraum 5 zuzuführender Zuluft 6, mit einem Niedertemperatur-Kühlkreis 13 zum Kühlen einer Batterieanordnung 3 zur Stromversorgung des wenigstens einen Elektromotors 2, mit einem Koppel-Kreis 23, in den ein Klima-Wärmetauscher 10 zum wärmeübertragenden Koppeln des Koppel-Wärmeübertragermediums mit dem Klima-Wärmeübertragermedium eingebunden ist, mit einer ersten Verbindungsleitung 27 zum fluidischen Verbinden eines Niedertemperatur- Vorlaufs 18 des Niedertemperatur-Kühlkreises 13 mit einem
Niedertemperatur-Rücklauf 19 des Niedertemperatur-Kühlkreises 13, in die ein Koppel- Wärmetauscher 26 zum wärmeübertragenden Koppeln des Niedertemperatur- Kühlmediums mit dem Koppel-Wärmeübertragermedium eingebunden ist, mit einer zweiten Verbindungsleitung 30 zum fluidischen Verbinden des Niedertemperatur- Vorlaufs 18 mit einem Klima- Vorlauf 11 des Klima-Kreises 7, mit einer dritten Verbindungsleitung 33 zum fluidischen Verbinden des Niedertemperatur-Rücklaufs 19 mit einem Klima- Rücklauf 12 des Klima-Kreises 7.

Claims

Patentansprüche
1. Fahrzeug mit wenigstens einem Elektromotor (2), insbesondere Elektrofahrzeug oder Hybridfahrzeug,
- mit einem Fahrgastraum (5),
- mit einem Klima-Kreis (7) zur Klimatisierung von dem Fahrgastraum (5)
zuzuführender Zuluft (6), in den eine Klima-Fördereinrichtung (8) zum Antreiben eines Klima-Wärmeübertragermediums im Klima-Kreis (7), ein erster Klima- Wärmetauscher (9) zum wärmeübertragenden Koppeln des Klima- Wärmeübertragermediums mit der Zuluft (6) und ein zweiter Klima- Wärmetauscher (10) eingebunden sind,
- mit einem Niedertemperatur-Kühlkreis (13) zum Kühlen einer Batterieanordnung (3) zur Stromversorgung des wenigstens einen Elektromotors (2), in den eine iedertemperatur-Fördereinrichiung (14) zum Antreiben eines Niedertemperatur- Kühlmediums im Niedertemperatur-Kühlkreis (13) und ein Niedertemperatur- Kühler (15) zum wärmeübertragenden Koppeln des Niedertemperatur- Kühlmediums mit einem Kühlluftstrom (16) eingebunden sind,
- mit einem Koppel-Kreis (23), in den eine Koppel-Fördereinrichtung (24) zum Antreiben eines Koppel-Wärmeübertragermediums im Koppel-Kreis (23), ein erster Koppel-Wärmetauscher (25) zum wärmeübertragenden Koppeln des Koppel-Wärmeübertragermediums mit der Zuluft (6), ein zweiter Koppel- Wärmetauscher (26) und der zweite Klima-Wärmetauscher (10) zum
wärmeübertragenden Koppeln des Koppel-Wärmeübertragermediums mit dem Klima-Wärmeübertragermedium eingebunden sind,
- mit einer ersten Verbindungsleitung (27) zum fluidischen Verbinden eines vom Niedertemperatur-Kühler (15) zur Batterieanordnung (3) führenden Niedertemperatur-Vorlaufs (18) des Niedertemperatur-Kühlkreises (13) mit einem von der Batterieanordnung (3) zum Niedertemperatur-Kühler (15) führenden Niedertemperatur-Rücklauf (19) des Niedertemperatur-Kühlkreises (13), in die der zweite Koppel-Wärmetauscher (26) zum wärmeübertragenden Koppeln des Niedertemperatur-Kühlmediums mit dem Koppel-Wärmeübertragermedium eingebunden ist,
- mit einer zweiten Verbindungsleitung (30) zum fluidischen Verbinden des
Niedertemperatur- Vorlaufs (18) mit einem vom ersten Klima-Wärmetauscher (9) zum zweiten Klima-Wärmetauscher (10) führenden Klima-Vorlauf (11) des Klima- Kreises (7),
- mit einer dritten Verbindungsleitung (33) zum fluidischen Verbinden des
Niedertemperatur-Rücklaufs (19) mit einem vom zweiten Klima-Wärmetauscher (10) zum ersten Klima-Wärmetauscher (9) führenden Klima-Rücklauf (12) des Klima-Kreises (7).
2. Fahrzeug nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
der erste Koppel-Wärmetauscher (25) und der zweite Koppel-Wärmetauscher (26) im Koppel-Kreis (23) parallel geschaltet sind, wobei die beiden Koppel- Wärmetauscher (25, 26) mittels einer Koppel-Ventilanordnung (36) wahlweise alternativ oder kumulativ vom Koppel-Wärmeübertragermedium durchströmbar sind.
3. Fahrzeug nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein elektrischer Zuheizer (41) in der ersten Verbindungsleitung (27) angeordnet ist.
4. Fahrzeug nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
der elektrische Zuheizer (41) zwischen dem zweiten Koppel-Wärmetauscher (26) und dem Niedertemperatur-Rücklauf (19) in der ersten Verbindungsleitung (27) angeordnet ist.
5. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, - dass der Klima-Kreis (7) eine Klima-Ventilanordnung (39) aufweist, über die die zweite Verbindungsleitung (30) an den Klima-Vorlauf (11) angeschlossen ist, und/oder
- dass der Niedertemperatur-Kühlkreis (13) eine Niedertemperatur- Ventilanordnung (40) aufweist, über die die erste Verbindungsleitung (27) an den
Niedertemperatur-Rücklauf (19) angeschlossen ist.
6. Fahrzeug zumindest nach Anspruch 3,
gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung (42) zum Ansteuern des jeweiligen Zuheizers (41) zum Beheizen des Niedertemperatur-Kühlkreises (13) auf eine vorbestimmte Temperatur während eines Ladevorgangs zum Aufladen der
Batterieanordnung (3), bei dem das Fahrzeug (1) an eine externe Stromquelle angeschlossen ist.
7. Fahrzeug zumindest nach den Ansprüchen 2 und 5,
gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung (42) zum Ansteuern der
Ventilanordnungen (36, 39, 40) zum Übertragen von Wärme vom
Niedertemperatur-Kühlkreis (13) über den Koppel-Kreis (23) auf den Klima-Kreis (7), falls die Zuluft (6) beheizt werden soll, und vom Klima-Kreis (7) auf den
Niedertemperatur-Kühlkreis (13), falls die Zuluft (6) gekühlt werden soll.
8. Fahrzeug nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass zum Beheizen der Zuluft (6) das Niedertemperatur-Kühlmedium vom
Niedertemperatur-Rücklauf (19) durch die erste Verbindungsleitung (27) und somit durch den zweiten Koppel-Wärmetauscher (26) zum Niedertemperatur- Vorlauf (18) geführt ist, so dass der zweite Koppel-Wärmetauscher (26) Wärme vom
Niedertemperatur-Kühlmedium auf das Koppel-Wärmeübertragermedium überträgt, wobei das Koppel-Wärmeübertragermedium vom zweiten Koppel-Wärmetauscher (26) zum zweiten Klima-Wärmetauscher (10) und zurück zum zweiten zweiten Koppel-Wärmetauscher (26) geführt ist, so dass der zweite Klima-Wärmetauscher (10) Wärme vom Koppel-Wärmeübertragermedium auf das Klima- Wärmeübertragermedium überträgt und der erste Klima-Wärmetauscher (9) Wärme vom Klima-Wärmeübertragermedium auf die Zuluft (6) überträgt.
9. Fahrzeug nach Anspruch 7 oder 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass zum Kühlen der Zuluft (6) das Klima-Wärmeübertragermedium vom Klima- Rücklauf (12) durch die dritte Verbindungsleitung (33), über den Niedertemperatur- Rücklauf (19) durch den Niedertemperatur-Kühler ( 5), über den Niedertemperatur- Vorlauf (18) in die zweite Verbindungsleitung (30) und durch diese in den Klima- Vorlauf (11) geführt ist, so dass der zweite Klima-Wärmetauscher (10) Wärme vom Koppel-Wärmeübertragermedium auf das Klima-Wärmeübertragermedium überträgt und der Niedertemperatur-Kühler (15) Wärme vom Klima- Wärmeübertragermedium an den Kühlluftstrom (16) überträgt, wobei das Koppel- Wärmeübertragermedium vom zweiten Klima-Wärmetauscher (10) durch den ersten Koppel-Wärmetauscher (25) geführt ist, so dass der erste Koppel- Wärmetauscher (25) Wärme von der Zuluft (6) auf das Koppel- Wärmeübertragermedium überträgt.
10. Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung (42) zum Ansteuern des Koppel- Kreises (23) als Wärmepumpenkreis, derart, dass der erste Koppel-Wärmetauscher (25) mittels der Zuluft (6) und/oder der zweite Koppel-Wärmetauscher (26) mittels des Niedertemperatur-Kühlmediums das Koppel-Wärmeübertragermedium verdampft, dass die Koppel-Fördereinrichtung (24) das Koppel- Wärmeübertragermedium überhitzt und dass der zweite Klima-Wärmetauscher (10) mittels des Klima-Wärmeübertragermediums das Koppel-Wärmeübertragermedium kondensiert.
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