WO2021244810A1 - Klimasystem für ein elektrisch antreibbares kraftfahrzeug, kraftfahrzeug sowie verfahren zum betreiben eines klimasystems - Google Patents

Klimasystem für ein elektrisch antreibbares kraftfahrzeug, kraftfahrzeug sowie verfahren zum betreiben eines klimasystems Download PDF

Info

Publication number
WO2021244810A1
WO2021244810A1 PCT/EP2021/061516 EP2021061516W WO2021244810A1 WO 2021244810 A1 WO2021244810 A1 WO 2021244810A1 EP 2021061516 W EP2021061516 W EP 2021061516W WO 2021244810 A1 WO2021244810 A1 WO 2021244810A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
circuit
heating
condenser
hvs
conditioning system
Prior art date
Application number
PCT/EP2021/061516
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Markus Moser
Alexander LICHTENBERGER
Andreas Siuka
Torsten Frank
Patrick Oswald
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft filed Critical Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
Priority to CN202180021479.5A priority Critical patent/CN115348928A/zh
Priority to US17/910,039 priority patent/US20230104065A1/en
Publication of WO2021244810A1 publication Critical patent/WO2021244810A1/de

Links

Classifications

    • 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
    • B60H1/00271—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
    • B60H1/00357—Air-conditioning arrangements specially adapted for particular vehicles
    • B60H1/00385—Air-conditioning arrangements specially adapted for particular vehicles for vehicles having an electrical drive, e.g. hybrid or fuel cell
    • B60H1/00392—Air-conditioning arrangements specially adapted for particular vehicles for vehicles having an electrical drive, e.g. hybrid or fuel cell for electric vehicles having only electric drive means
    • 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
    • B60H1/00642—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
    • 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
    • B60H1/32—Cooling devices
    • B60H1/3204—Cooling devices using compression
    • B60H1/3228—Cooling devices using compression characterised by refrigerant circuit configurations
    • B60H1/32284—Cooling devices using compression characterised by refrigerant circuit configurations comprising two or more secondary circuits, e.g. at evaporator and condenser side
    • 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
    • B60H1/00271—HVAC devices specially adapted for particular vehicle parts or components and being connected to the vehicle HVAC unit
    • B60H2001/00307—Component temperature regulation using a liquid flow
    • 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
    • B60H1/00642—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
    • 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
    • B60H1/00642—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
    • B60H2001/00949—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 additional heating/cooling sources, e.g. second evaporator
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • Air conditioning system for an electrically drivable motor vehicle, motor vehicle and method for operating an air conditioning system
  • the invention relates to an air conditioning system for an electrically drivable motor vehicle.
  • the air conditioning system has a coolant-carrying HVS circuit to which a traction battery for supplying an electrical drive unit of the motor vehicle and an evaporator for cooling the traction battery are connected.
  • the air conditioning system has a heating circuit carrying coolant for temperature control of an interior of the motor vehicle, to which a condenser is connected for the output of heat output.
  • the air conditioning system has a refrigerant circuit, to which the evaporator for absorbing heat output, the condenser and a compressor are connected.
  • the invention also relates to an electrically drivable motor vehicle and a method for operating the air conditioning system.
  • the interest is directed towards air conditioning systems for electrically powered vehicles, i.e. hybrid vehicles or electric vehicles.
  • Electrically drivable motor vehicles have an electric drive train, which usually has at least one electric traction machine or drive machine and a rechargeable traction battery, for example a high-voltage energy store, for supplying the electric drive machine.
  • the air conditioning systems are used to carry out various temperature control tasks in the motor vehicle, ie the supply or removal of heat from various vehicle components.
  • a method for operating an air conditioning system is known, which has a refrigeration circuit with an evaporator for absorbing ambient heat output from the environment, with a condenser for outputting heating output and with a compressor that is operated with a drive power.
  • the refrigeration circuit can be switched between a heat pump operation and a short-circuit operation, whereby in heat pump operation by means of the evaporator an ambient heat output is absorbed to generate the heating output, and in short-circuit operation the condenser and the evaporator thermally be short-circuited so that part of the heat output is fed back to the evaporator as recirculated heat output.
  • an additional heating mode is set in which the remaining heating output is given off as useful heating output for heating the interior of the motor vehicle.
  • the temperature control of the traction battery is of particular importance for optimal operation of the motor vehicle.
  • the traction battery is usually integrated into an HVS circuit of the air conditioning system of the motor vehicle.
  • the HVS circuit according to the prior art usually has a separate heater for heating the traction battery. Such a heater represents an additional component and thus increases the costs and the space required for the air conditioning system in the motor vehicle.
  • the air conditioning system has a heating circuit carrying coolant for temperature control of interior air in the interior of the motor vehicle, to which a condenser is connected for the output of thermal power.
  • the air conditioning system also includes a refrigerant circuit, to which the evaporator for absorbing thermal power, the condenser and a compressor are connected.
  • the air conditioning system comprises a heat exchanger which is connected to the heating circuit and can be controllably connected to the HVS circuit and which is designed for the coolant-based transfer of heat output from the heating circuit to the HVS circuit.
  • a control device of the air conditioning system is designed to heat the traction battery and / or the interior with the heat output of the condenser to the heat exchanger with the formation of a thermal short circuit between the To connect the condenser and the evaporator to the heating circuit in order to transfer at least part of the heat output of the condenser into the HVS circuit.
  • control device for heating the traction battery and / or the interior is designed to operate the compressor in order to return at least part of the heat output of the condenser transferred via the heat exchanger to the evaporator into the heating circuit Heating circuit recirculated heat output is increased by a heat output resulting from the operation of the compressor.
  • the invention also includes a method for operating an air conditioning system according to the invention.
  • the heat exchanger is connected to the heating circuit with the formation of a thermal short circuit between the condenser and the evaporator in order to transfer at least part of the heat output of the condenser into the HVS circuit.
  • the compressor is operated in order to return at least part of the heat output of the condenser transferred to the evaporator in the HVS circuit to the heating circuit, with the heat output falling on the condenser and returned to the heating circuit increasing by a heat output resulting from the operation of the compressor will.
  • the invention also relates to an electrically drivable motor vehicle which comprises an air conditioning system according to the invention.
  • the motor vehicle is designed in particular as a passenger vehicle.
  • the motor vehicle has an electric drive train, which has the rechargeable traction battery or the traction accumulator, for example a high-voltage energy store, and the electric drive unit.
  • the electric drive unit has in particular at least one electric traction machine and / or corresponding power electronics, for example at least one inverter, and / or a charger.
  • the air conditioning system is designed for use in a motor vehicle.
  • the air conditioning system can be operated in different operating modes, i.e. different heating modes and different cooling modes.
  • the different operating modes can be provided by the control device of the air conditioning system.
  • the control device can be integrated into one or more control units of the motor vehicle.
  • the air conditioning system has the HVS circuit and the heating circuit.
  • the HVS circuit and the heating circuit are components of an overall cooling circuit of the air conditioning system.
  • the overall cooling circuit is designed for the circulation of a coolant and for this purpose has in particular corresponding lines and at least one pump.
  • the coolant is preferably a water / glycol mixture.
  • the air conditioning system also has a refrigeration circuit, which is designed to circulate a refrigerant and is thermally coupled to the overall cooling circuit.
  • the HVS circuit has the traction battery and the evaporator, which can absorb and transport away the heat given off by the traction battery in order to cool the traction battery.
  • the evaporator is designed to transport the heat into the refrigeration circuit by means of the compressor or compressor.
  • the heating circuit which is used to temper the interior air of the interior or the passenger compartment of the motor vehicle, can also have a heating device.
  • the heating device has, in particular, an auxiliary heater, for example an electrical flow heater, and / or a heating heat exchanger.
  • a heating circuit pump for conveying the circulating coolant is arranged in the heating circuit.
  • the condenser for example a water-cooled condenser, is also connected to the heating circuit and, together with the evaporator and the compressor, can perform a heat pump function.
  • the cooling circuit can be operated in a heat pump mode, in which heat output from the HVS circuit is transferred to the heating circuit via the compressor of the cooling circuit.
  • heat output is absorbed by means of the evaporator.
  • a thermal output can be, for example, an ambient thermal output, a thermal output from the electric drive unit, a thermal output from the traction battery or another thermal output transferred into the HVS circuit.
  • the ambient heat output can be, for example, heat absorbed by an ambient cooler from the surroundings of the motor vehicle.
  • the heat output of the electric drive unit can be, for example, the waste heat from the electric machine, the inverter or also the charger.
  • the thermal output of the traction battery can, for example, be waste heat from the traction battery.
  • This heat output together with a drive power supplied to the compressor to operate the compressor, is transferred as useful heat output into the heating circuit, for example for heating the interior.
  • the useful heat output which is given off by the condenser is thus obtained from the heat output of the evaporator and the drive power of the compressor.
  • the refrigeration circuit can also be operated in short-circuit mode. This short-circuit operation can always be provided when additional heating power or heating power is required to heat the traction battery and / or the interior.
  • the evaporator and the condenser are thermally short-circuited by connecting the heat exchanger of the HVS circuit to the heating circuit.
  • the heating circuit has a valve device via which the heat exchanger can be controllably connected to the heating circuit.
  • the heat exchanger is preferably arranged directly upstream of the evaporator in the HVS circuit. In this way, the heat output transported back into the HVS circuit can be taken up again directly by the evaporator, with almost no losses.
  • the control device is designed in particular to supply the drive power to the compressor.
  • the compressor is supplied with a drive power through which the compressor has a particularly high heat output and thus provides a particularly high heat output. This heat output from the compressor is added to a heat output flow between the evaporator and the condenser.
  • additional useful heat output which is dropped across the capacitor, is generated with the aid of the drive power of the compressor. The thermal output on the capacitor is thus increased by the short-circuit operation.
  • This increased heat output can at least partially be transferred back into the HVS circuit, where it can be used to heat the traction battery and to further increase the heat output via the refrigeration circuit back into the heating circuit. Alternatively or additionally, the increased heat output can be used to heat the interior. In the event of a thermal short circuit of the condenser and the evaporator, the drive power of the compressor is used as additional heat output for heating the traction battery and / or the interior.
  • control device is designed to thermally short-circuit the condenser and the evaporator and to operate the compressor if a temperature of the coolant in the HVS circuit is less than a predetermined threshold value so that the heat output of the condenser transferred into the HVS circuit can also be returned to the evaporator for heating the evaporator.
  • the short-circuit operation can therefore also be provided in order to reach a temperature range of the evaporator which is favorable for the heat pump operation more quickly.
  • the evaporator By returning the heat output of the condenser and the heating device to the HVS circuit, the evaporator, for example, can be heated and thus put into an operating state in which the heat pump can be operated efficiently.
  • the compressor is used in the short-circuit operation of the condenser and the evaporator as a heat source for heating the interior and / or the traction battery.
  • This already existing heating source in the air conditioning system can also be used to heat the traction battery and / or the interior.
  • an additional heater in the HVS circuit which can only fulfill one operating mode, namely the heating of the traction battery.
  • the heat exchanger is required instead of the separate heater, it can provide a multitude of other operating modes, for example cooling the traction battery by dissipating heat from the HVS circuit to the heating circuit.
  • control device for heating the traction battery is designed to connect the heat exchanger to the heating circuit for transferring at least part of the heat output of the heating device of the heating circuit into the HVS circuit, so that the heating device is connected to the HVS circuit .
  • the heating device of the heating circuit is also thermally coupled to the HVS circuit.
  • the heat output provided by the heating device of the heating circuit can not only be used to heat the interior, but can also be fed into the HVS circuit via the heat exchanger, where it is used to heat the traction battery.
  • Another heating source that is already present in the air conditioning system, namely the heating device of the heating circuit can therefore be used to heat the traction battery.
  • the air conditioning system has a cooling circuit carrying coolant, to which the electric drive unit of the motor vehicle is connected and which is fluidically coupled to the HVS circuit, the control device for heating the traction battery and / or the interior is designed to additionally connect the cooling circuit to the HVS circuit for transferring at least part of a thermal output of the electric drive unit to the HVS circuit.
  • the heat output of the electric drive unit for heating the traction battery is a heat loss from the electric drive unit.
  • the cooling circuit is also part of the overall cooling circuit and is designed to circulate a coolant.
  • the cooling circuit has the electric drive unit, which can have the at least one drive machine, the power electronics, the charger or the like.
  • an ambient cooling device which has at least one ambient cooler, can be connected to the cooling circuit.
  • the drive unit of the cooling circuit can be connected to the HVS circuit via a valve device controllable by the control device and used as a further heating source.
  • the valve device can, for example, have two three-way valves, via which the coolant can be divided between the HVS circuit and the cooling circuit.
  • the heat lost by the drive unit is fed into the HVS circuit as heat output via the coolant.
  • the heat loss can be given off, for example, in normal operation of the drive unit. In normal operation, the drive unit is operated efficiently and therefore emits minimal heat loss.
  • the three heating sources are in particular operated at least temporarily at the same time by the control device for providing heating power.
  • the control device is preferably designed to operate the electric drive unit in an inefficient operating mode in order to increase the dissipated heat loss.
  • the drive unit In the inefficient operating mode, the drive unit emits a higher power loss than the minimum power loss and can thus provide a higher thermal output or heating output for the traction battery.
  • the traction battery in the HVS circuit is heated by a targeted one
  • the heat output of the electric drive unit can, for example, only partially be fed to the traction battery.
  • the remaining part of the heat output of the drive unit can be transferred from the HVS circuit to the heating circuit via the heat exchanger, where it can be used to heat the interior.
  • control device is designed to distribute the heat output of the condenser between the traction battery and the interior space for heating the interior space.
  • the heat output emitted by the condenser can therefore be used for heating the interior space and for heating at the same time the traction battery. In this way, both interior comfort for vehicle occupants of the motor vehicle and optimal temperature control of the traction battery can be ensured.
  • control device is designed to control the proportion of the heat output transferred from the heating circuit to the HVS circuit by means of the valve device of the heating circuit, via which the heat exchanger can be connected to the heating circuit.
  • the valve device is in particular a three-way valve by means of which the heat exchanger can be decoupled from the heating circuit so that the heat exchanger is not located in the flow path of the coolant circulating in the heating circuit.
  • the heat exchanger can also be integrated into the flow path through the three-way valve in such a way that only part of the coolant transporting the heat output of the condenser and the compressor flows through the heat exchanger, so that the heat output is divided between the interior and the traction battery.
  • the control device is particularly preferably designed to heat the traction battery during a charging operation of the traction battery.
  • heating of the interior is usually not necessary, so that the entire heat output of the heating circuit, for example consisting of the heat output of the condenser or the evaporator and the heat output of the heating device, for Heating of the traction battery can be transferred to the HVS circuit.
  • control device for cooling the traction battery is designed to connect the heat exchanger for pre-cooling the coolant for the evaporator by transferring heat output from the HVS circuit into the heating circuit to the HVS circuit and the heating circuit.
  • the heat exchanger is also connected to the HVS circuit and the heating circuit in a cooling mode of the traction battery. In this way, the heat output of the traction battery can be dissipated via the evaporator and the heat exchanger.
  • the heat exchanger also pre-cools the coolant for the evaporator so that it is supported during cooling.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an embodiment of an air conditioning system according to the invention
  • FIG. 2 shows the air conditioning system according to FIG. 1 in a heating mode of the traction battery
  • FIG. 3 shows the air conditioning system according to FIG. 1 in a cooling mode of the traction battery.
  • the air conditioning system 1 shows an embodiment of an air conditioning system 1 for an electrically drivable motor vehicle (not shown here).
  • the air conditioning system 1 has an overall cooling circuit 2 that carries coolant and a refrigerant circuit 3 that carries coolant.
  • the air conditioning system 1 can be operated in different operating modes, of which exemplary embodiments are shown in FIGS. 2 and 3.
  • the overall cooling circuit 2 here has a cooling circuit 4, an HVS circuit 5 and a heating circuit 6.
  • the HVS circuit 5 has a traction battery 7 of the motor vehicle and an evaporator 8 for cooling the traction battery 7.
  • the evaporator 8 is also connected to the refrigeration circuit 3 of the air conditioning system 1.
  • the HVS circuit 5 here has an HVS pump 9, an HVS shut-off valve 10 upstream of the traction battery 7 and an HVS check valve 11 downstream of the traction battery 7.
  • the HVS shut-off valve 10 and the HVS check valve 11 encapsulate the traction battery 7 fluidically.
  • the HVS circuit 5 in particular does not have a separate heater for heating the traction battery 7.
  • the HVS circuit 5 is therefore designed in particular without heating.
  • the heating circuit 6, which is designed to air-condition an interior of the motor vehicle, here has a heating device 12, which is designed to heat the interior air of the interior.
  • the heating device 12 here has a heating heat exchanger 13 and an auxiliary heater 14.
  • the heating heat exchanger 13 can also transport heat away from the interior in order to cool the interior.
  • the auxiliary heater 14 can be designed, for example, as an electrical instantaneous water heater (EDH).
  • EDH electrical instantaneous water heater
  • the heating circuit 6 has a heating circuit pump 15 and a condenser 16.
  • the condenser 16 is also connected to the refrigeration circuit 3.
  • the refrigeration circuit 3 also has a compressor 17 and an expansion valve 18.
  • the refrigeration circuit 3 can be operated in a heat pump mode, in which heat output can be transported from the HVS circuit 5 into the heating circuit 6 by operating the evaporator 8, the compressor 17 and the condenser 16.
  • the HVS circuit 5 and the heating circuit 6 can also be coupled via a heat exchanger 19.
  • a valve device 20 in the form of a three-way valve is arranged in the heating circuit 6, via which the heat exchanger 19 connected to the HVS circuit 5 can also be connected to the heating circuit 6.
  • the heat exchanger is arranged upstream of the evaporator 8, in particular directly in front of the evaporator 8.
  • the cooling circuit 4 has an electric drive unit 21 of the motor vehicle.
  • the electric drive unit 21 has, for example, at least one electric drive machine and power electronics.
  • the cooling circuit 4 has an ambient cooling device 22 for exchanging heat with the surroundings of the motor vehicle.
  • the electric drive unit 21 can be cooled during operation by means of the ambient cooling device 22.
  • the ambient cooler device 22 here has a first ambient cooler 23, a second ambient cooler 24, a fan 25 and an expansion tank 26. Both ambient coolers 23, 24 are arranged one behind the other in an ambient air path 27, with the second ambient cooler 24 being arranged downstream of the first ambient cooler 23 with regard to the coolant, whereas in the ambient air path 27 upstream of the first ambient cooler 23 .Be high temperature cooler.
  • the second ambient cooler 24 can be, for example, an LT cooler or low-temperature cooler.
  • the second ambient cooler 24 has colder coolant flowing through it than the first ambient cooler 23.
  • the fan 25 for sucking in ambient air is arranged in the ambient air path 27 downstream of the two ambient coolers 23, 24.
  • the cooling circuit 4 has a cooling circuit pump 28 for conveying the coolant in the cooling circuit 4.
  • the cooling circuit 4 and the heating circuit 6 can be fluidically coupled via a shut-off valve 29.
  • the heating circuit 6 can thus be connected to the ambient cooling device 22 of the cooling circuit 4 for cooling the interior.
  • heat is transported from the interior space via the heating system heat exchanger 13 into the heating circuit 6 and carried off to the ambient cooler device 22.
  • the cooling circuit 4 and the HVS circuit 5 can be fluidically coupled via a three-way valve 30 upstream of the drive unit 21 and a three-way valve 31 downstream of the drive unit 21.
  • the electric drive unit 21 can be connected to the HVS circuit 5 via the three-way valves 30, 31.
  • a control device 32 of the air conditioning system 1 is designed to control components of the air conditioning system 1.
  • FIGS. 2 and 3 Different operating modes of the air conditioning system 1 are shown in FIGS. 2 and 3.
  • FIG. 2 An operating mode in the form of a heating mode for the traction battery 7 is shown in FIG. 2.
  • the heating mode the traction battery 7 is supplied with at least parts of the thermal outputs of the condenser 16, the heating device 12 and the electric drive unit 21.
  • the control device 32 puts the three-way valves 30, 31 into a switching state in which at least part of the coolant circulating in the cooling circuit 4 flows into the HVS circuit 5.
  • This coolant transports thermal power in the form of heat loss from the electric drive unit 21.
  • the coolant flows from the drive unit 21 via the three-way valve 31 into the HVS circuit 5.
  • control device 31 can operate the drive unit 21, for example, in an inefficient, loss-increasing operating mode.
  • the heat outputs of the heating device 12 and the condenser 16 are transported from the heating circuit 6 to the HVS circuit 5 via the heat exchanger 19.
  • the control device 31 connects the heat exchanger 19 to the heating circuit 6 by means of the three-way valve 20.
  • the three-way valve 20 is put into a switching state in which at least part of the coolant flows through the heat exchanger 19.
  • control device 31 controls the heating device 12, in particular the auxiliary heater 14, in order to generate heating power.
  • This heating output is at least partially transported as heating output via the heat exchanger 19 into the HVS circuit 5.
  • a remaining part of the heating power of the heating device 12 can be used to heat the interior.
  • the control device 31 operates the compressor 17.
  • the compressor 17 is supplied with an especially increased drive power.
  • This increased drive power of the compressor 17 is converted into heat power, which is dropped at the condenser 16.
  • This thermal power generated with the aid of the compressor 17 and falling across the condenser 16 is also at least partially fed into the HVS circuit 5 via the heat exchanger 19 in order, for example, to heat the traction battery 7 on the one hand and to restore part of the heat output via the refrigeration circuit 3 on the other to be transferred to heating circuit 6.
  • the heat output of the compressor 17 is added to this heat output, so that an increased heat output is dropped on the condenser 16.
  • the heat output dropping across the condenser 16 can be increased.
  • This increased heat output can in turn be at least partially fed back into the HVS circuit 5 via the heat exchanger 19.
  • a part of the thermal output dropping across the condenser 16 can also remain in the heating circuit 6 and be used there for heating the interior.
  • This short-circuit operation is particularly advantageous at low outside temperatures, in which the heat pump operation cannot be provided or cannot be provided efficiently due to the lack of operational readiness of the evaporator 8.
  • Such a lack of operational readiness of the evaporator 8 can result, for example, from icing of the evaporator 8.
  • the drive power of the compressor 17 can therefore be used as thermal power for heating the traction battery 7.
  • the traction battery 7 can therefore be heated by three heating sources, namely the drive unit 21, the heating device 12 and the condenser 16 or the compressor 17. By interconnecting these heating sources with the traction battery 7 in the air conditioning system 1, unnecessary heating of other components of the air conditioning system 1 can also be prevented.
  • FIG. 3 An operating mode in the form of a cooling mode for the traction battery 7 is shown in FIG. 3.
  • the cooling mode the traction battery 7 is cooled via the evaporator 8 in that coolant circulates in the HVS circuit 5 and waste heat from the traction battery 7 is transported to the evaporator 8.
  • the control device 31 connects the heat exchanger 19 to the HVS circuit 5 and the heating circuit 6. Via this heat exchanger 19, heat output can be transported from the HVS circuit 5 into the heating circuit 6 and thus the coolant for the evaporator 8 can be precooled.
  • the heat output transported into the heating circuit 6 can be dissipated via the ambient cooler device 22, for example.
  • the heating circuit 6 is fluidically coupled to the cooling circuit 4 via the shut-off valve 29.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Air-Conditioning For Vehicles (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Klimasystem (1) für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug aufweisend: - einen Kühlmittel führenden HVS-Kreis (5), an welchen eine Traktionsbatterie (7) sowie ein Verdampfer (8) zur Kühlung der Traktionsbatterie (7) angeschlossen sind, - einen Kühlmittel führenden Heizkreis (6) zur Temperierung eines Innenraums des Kraftfahrzeugs, an welchen ein Kondensator (16) zur Abgabe von Wärmeleistung angeschlossen sind, - einen Kältemittel führenden Kältekreis (3), an welchen der Verdampfer (8) zur Aufnahme von Wärmeleistung, der Kondensator (16) sowie ein Verdichter (17) angeschlossen sind, - einen Wärmetauscher (19), welcher an den HVS-Kreis (5) angeschlossen ist und steuerbar an den Heizkreis (6) anschließbar ist und zum kühlmittelbasierten Übertragen von Wärmeleistung aus dem Heizkreis (6) in den HVS-Kreis (5) ausgelegt ist, und - eine Steuereinrichtung (32), welche zum Beheizen der Traktionsbatterie und/oder des Innenraums mit der Wärmeleistung des Kondensators (16) dazu ausgelegt ist, den Wärmetauscher (19) an den Heizkreis (6) anzuschließen, um zumindest einen Teil der Wärmeleistung des Kondensators (16) in den HVS-Kreis (5) zu übertragen, und den Verdichter (17) zu betreiben, um zumindest einen Teil der in den HVS-Kreis (5) an den Verdampfer (8) übertragenen Wärmeleistung des Kondensators (16) in den Heizkreis (6) zurückzuführen, wobei die an dem Kondensator (16) abfallende, in den Heizkreis (6) rückgeführte Wärmeleistung um eine aus dem Betrieb des Verdichters (17) resultierende Wärmeleistung erhöht ist.

Description

Klimasystem für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug, Kraftfahrzeug sowie Verfahren zum Betreiben eines Klimasystems
Die Erfindung betrifft ein Klimasystem für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug. Das Klimasystem weist einen Kühlmittel führenden HVS-Kreis auf, an welchen eine Traktionsbatterie zur Versorgung einer elektrischen Antriebseinheit des Kraftfahrzeugs sowie ein Verdampfer zur Kühlung der Traktionsbatterie angeschlossen sind. Ferner weist das Klimasystem einen Kühlmittel führenden Heizkreis zur Temperierung eines Innenraums des Kraftfahrzeugs auf, an welchen ein Kondensator zur Abgabe von Wärmeleistung angeschlossen ist. Außerdem weist das Klimasystem einen Kältemittel führenden Kältekreis auf, an welchen der Verdampfer zur Aufnahme von Wärmeleistung, der Kondensator sowie ein Verdichter angeschlossen sind. Die Erfindung betrifft außerdem ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug sowie ein Verfahren zum Betreiben des Klimasystems.
Vorliegend richtet sich das Interesse auf Klimasysteme für elektrisch antreibbare Kraftfahrzeuge, also Hybridfahrzeuge oder Elektrofahrzeuge. Elektrisch antreibbare Kraftfahrzeuge weisen einen elektrischen Antriebsstrang auf, welcher üblicherweise zumindest eine elektrische Traktionsmaschine bzw. Antriebsmaschine und eine wiederaufladbare Traktionsbatterie, beispielsweise einen Hochvoltenergiespeicher, für die Versorgung der elektrischen Antriebsmaschine aufweist. Die Klimasysteme dienen dabei der Durchführung diverser Temperierungsaufgaben im Kraftfahrzeug, d.h. der Zufuhr oder Abfuhr von Wärme von diversen Fahrzeugkomponenten. Beispielsweise ist aus der DE 102016213619 A1 ein Verfahren zum Betrieb eines Klimasystems bekannt, welches einen Kältekreis mit einem Verdampfer zur Aufnahme einer Umgebungswärmeleistung aus der Umgebung, mit einem Kondensator zur Abgabe einer Heizwärmeleistung und mit einem Verdichter, welcher mit einer Antriebsleistung betrieben wird, aufweist. Der Kältekreis kann zwischen einem Wärmepumpenbetrieb und einem Kurzschlussbetrieb umgeschaltet werden, wobei im Wärmepumpenbetrieb mittels des Verdampfers eine Umgebungswärmeleistung zur Erzeugung der Heizwärmeleistung aufgenommen wird, und wobei im Kurzschlussbetrieb der Kondensator und der Verdampfer thermisch kurzgeschlossen werden, sodass ein Teil der Heizwärmeleistung als rückgeführte Wärmeleistung dem Verdampfer zugeführt wird. Im Kurzschlussbetrieb wird ein Zuheizmodus eingestellt, in welchem die übrige Heizwärmeleistung als Nutzwärmeleistung zur Beheizung des Innenraums des Kraftfahrzeugs abgegeben wird.
Für einen optimalen Betrieb des Kraftfahrzeugs ist die Temperierung der Traktionsbatterie von besonderer Bedeutung. Zum Temperieren, also zum Heizen und Kühlen der Traktionsbatterie, ist die Traktionsbatterie in der Regel in einen HVS-Kreis des Klimasystems des Kraftfahrzeugs eingebunden. Der HVS-Kreis gemäß dem Stand der Technik weist zum Heizen der Traktionsbatterie üblicherweise einen separaten Heizer auf. Ein solcher Heizer stellt eine zusätzliche Komponente dar und erhöht somit die Kosten und den Bauraumbedarf des Klimasystems im Kraftfahrzeug.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Wärmesystem für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Klimasystem, ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Klimasystems mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung sowie der Figuren.
Ein erfindungsgemäßes Klimasystem für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug weist einen Kühlmittel führenden HVS-Kreis auf, an welchen eine Traktionsbatterie zur Versorgung einer elektrischen Antriebseinheit des Kraftfahrzeugs sowie ein Verdampfer zur Kühlung der Traktionsbatterie angeschlossen sind. Außerdem weist das Klimasystem einen Kühlmittel führenden Heizkreis zur Temperierung von Innenraumluft eines Innenraums des Kraftfahrzeugs auf, an welchen ein Kondensator zur Abgabe von Wärmeleistung angeschlossen ist. Ferner umfasst das Klimasystem einen Kältemittel führenden Kältekreis, an welchen der Verdampfer zur Aufnahme von Wärmeleistung, der Kondensator sowie ein Verdichter angeschlossen sind. Darüber hinaus umfasst das Klimasystem einen Wärmetauscher, welcher an den Heizkreis angeschlossen ist und steuerbar an den HVS-Kreis anschließbar ist und welcher zum kühlmittelbasierten Übertragen von Wärmeleistung aus dem Heizkreis in den HVS-Kreis ausgelegt ist. Eine Steuereinrichtung des Klimasystems ist zum Beheizen der Traktionsbatterie und/oder des Innenraums mit der Wärmeleistung des Kondensators dazu ausgelegt, den Wärmetauscher unter Ausbildung eines thermischen Kurzschlusses zwischen dem Kondensator und dem Verdampfer an den Heizkreis anzuschließen, um zumindest einen Teil der Wärmeleistung des Kondensators in den HVS-Kreis zu übertragen. Ferner ist die Steuereinrichtung zum Beheizen der Traktionsbatterie und/oder des Innenraums dazu ausgelegt, den Verdichter zu betreiben, um zumindest einen Teil der über den Wärmetauscher an den Verdampfer übertragenen Wärmeleistung des Kondensators in den Heizkreis zurückzuführen, wobei die an dem Kondensator abfallende, in den Heizkreis rückgeführte Wärmeleistung um eine aus dem Betrieb des Verdichters resultierende Wärmeleistung erhöht ist.
Zur Erfindung gehört außerdem ein Verfahren zum Betreiben eines erfindungsgemäßen Klimasystems. Dabei wird zum Beheizen der Traktionsbatterie und/oder des Innenraums der Wärmetauscher unter Ausbildung eines thermischen Kurzschlusses zwischen dem Kondensator und dem Verdampfer an den Heizkreis angeschlossen, um zumindest einen Teil der Wärmeleistung des Kondensators in den HVS-Kreis zu übertragen. Außerdem wird der Verdichter betrieben, um zumindest einen Teil der in den HVS-Kreis an den Verdampfer übertragenen Wärmeleistung des Kondensators in den Heizkreis zurückzuführen, wobei die an dem Kondensator abfallende, in den Heizkreis rückgeführte Wärmeleistung um eine aus dem Betrieb des Verdichters resultierende Wärmeleistung erhöht wird.
Die Erfindung betrifft außerdem ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug, welches ein erfindungsgemäßes Klimasystem umfasst. Das Kraftfahrzeug ist insbesondere als ein Personenkraftwagen ausgebildet. Das Kraftfahrzeug weist einen elektrischen Antriebsstrang auf, welcher die wiederaufladbare Traktionsbatterie bzw. den Traktionsakkumulator, beispielsweise einen Hochvoltenergiespeicher, sowie die elektrische Antriebseinheit aufweist. Die elektrische Antriebseinheit weist insbesondere zumindest eine elektrische Traktionsmaschine und/oder eine entsprechende Leistungselektronik, beispielsweise zumindest einen Inverter, und/oder ein Ladegerät auf.
Das Klimasystem ist zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug ausgebildet. Das Klimasystem ist dabei in unterschiedlichen Betriebsmodi, also unterschiedlichen Heizmodi und unterschiedlichen Kühlmodi, betreibbar. Die unterschiedlichen Betriebsmodi können von der Steuereinrichtung des Klimasystems bereitgestellt werden. Die Steuereinrichtung kann in ein oder mehrere Steuergeräte des Kraftfahrzeugs integriert sein.
Das Klimasystem weist den HVS-Kreis und den Heizkreis auf. Der HVS-Kreis und der Heizkreis sind Komponenten eines Gesamtkühlkreises des Klimasystems. Der Gesamtkühlkreis ist zur Zirkulation eines Kühlmittels ausgebildet und weist hierzu insbesondere entsprechende Leitungen sowie zumindest eine Pumpe auf. Das Kühlmittel ist vorzugsweise ein Wasser/Glykol-Gemisch. Das Klimasystem weist zusätzlich einen Kältekreis auf, welcher zur Zirkulation eines Kältemittels ausgebildet ist und thermisch mit dem Gesamtkühlkreis gekoppelt ist.
Der HVS-Kreis weist die Traktionsbatterie und den Verdampfer, welcher zur Kühlung der Traktionsbatterie die von der Traktionsbatterie abgegebene Wärme aufnehmen und abtransportieren kann, auf. Der Verdampfer ist dazu ausgelegt, die Wärme mittels des Verdichters bzw. Kompressors in den Kältekreis zu transportieren. Der Heizkreis, welcher zum Temperieren von Innenraumluft des Innenraums bzw. der Fahrgastzelle des Kraftfahrzeugs dient, kann außerdem eine Heizeinrichtung aufweisen. Die Heizeinrichtung weist insbesondere einen Zuheizer, beispielsweise einen elektrischen Durchlauferhitzer, und/oder einen Heizungswärmetauscher auf. Außerdem ist in dem Heizkreis eine Heizkreispumpe zum Fördern des zirkulierenden Kühlmittels angeordnet. An den Heizkreis ist außerdem der Kondensator, beispielsweise ein wassergekühlter Kondensator, angeschlossen, welcher gemeinsam mit dem Verdampfer und dem Verdichter eine Wärmepumpenfunktion darstellen kann.
Der Kältekreis kann in einem Wärmepumpenbetrieb betrieben werden, in welchem Wärmeleistung aus dem HVS-Kreis über den Verdichter des Kältekreises an den Heizkreis transferiert wird. Im Wärmepumpenbetrieb wird mittels des Verdampfers eine Wärmeleistung aufgenommen. Eine solche Wärmeleistung kann beispielsweise eine Umgebungswärmeleistung, eine Wärmeleistung der elektrischen Antriebseinheit, eine Wärmeleistung der Traktionsbatterie oder eine andere, in den HVS-Kreis transferierte Wärmeleistung sein. Die Umgebungswärmeleistung kann beispielsweise eine von einem Umgebungskühler aus einer Umgebung des Kraftfahrzeugs aufgenommene Wärme sein. Die Wärmeleistung der elektrischen Antriebseinheit kann beispielsweise die Abwärme der elektrischen Maschine, des Inverters oder auch des Ladegeräts sein. Die Wärmeleistung der Traktionsbatterie kann beispielsweise eine Abwärme der Traktionsbatterie sein. Diese Wärmeleistung wird, gemeinsam mit einer zum Betreiben des Verdichters dem Verdichter zugeführten Antriebsleistung, als Nutzwärmeleistung in den Heizkreis transferiert, beispielsweise zur Beheizung des Innenraums. Die Nutzwärmeleistung, welche von dem Kondensator abgegeben wird, wird also aus der Wärmeleistung des Verdampfers und der Antriebsleistung des Verdichters gewonnen. Auch kann der Kältekreis in einem Kurzschlussbetrieb betrieben werden. Dieser Kurzschlussbetrieb kann immer dann bereitgestellt werden, wenn zusätzliche Wärmeleistung bzw. Heizleistung zum Beheizen der Traktionsbatterie und/oder des Innenraums benötigt wird. Dazu werden der Verdampfer und der Kondensator durch Anschließen des Wärmetauschers des HVS-Kreises an den Heizkreis thermisch kurzgeschlossen. Insbesondere weist der Heizkreis eine Ventileinrichtung auf, über welche der Wärmetauscher steuerbar an den Heizkreis anschließbar ist. In diesem Kurzschlussbetrieb wird zumindest ein Teil der in den Heizkreis transferierten und von dem Kondensator abgegebenen Wärmeleistung an den Wärmetauscher und damit in den HVS-Kreis zurückgeführt, wo sie zumindest teilweise vom Verdampfer wieder aufgenommen wird. Der Wärmetauscher ist vorzugsweise unmittelbar stromauf des Verdampfers in dem HVS-Kreis angeordnet. So kann die in den HVS-Kreis rücktransportierte Wärmeleistung direkt, nahezu ohne Verluste, von dem Verdampfer wieder aufgenommen werden.
In dem Kurzschlussbetrieb werden insbesondere der Verdichter und der Kältekreis so betrieben, dass dem Verdichter eine möglichst große Antriebsleistung zugeführt wird. Dazu ist die Steuereinrichtung insbesondere dazu ausgelegt, dem Verdichter die Antriebsleistung zuzuführen. Insbesondere wird dem Verdichter eine Antriebsleistung zugeführt, durch welche der Verdichter eine besonders hohe Wärmeabgabe aufweist und damit eine besonders hohe Wärmeleistung bereitstellt. Diese Wärmeleistung des Verdichters wird einem Wärmeleistungsstrom zwischen dem Verdampfer und dem Kondensator hinzugefügt. In dem Kurzschlussbetrieb wird also eine zusätzliche Nutzwärmeleistung, welche an dem Kondensator abfällt, mithilfe der Antriebsleistung des Verdichters generiert. Die Wärmeleistung an dem Kondensator wird also durch den Kurzschlussbetrieb erhöht. Diese erhöhte Wärmeleistung kann zumindest teilweise zurück in den HVS-Kreis transferiert werden, wo sie zum Beheizen der Traktionsbatterie verwendet werden kann sowie zum weiteren Erhöhen der Wärmeleistung über den Kältekreis zurück in den Heizkreis transferiert werden. Alternativ oder zusätzlich kann die erhöhte Wärmeleistung zum Beheizen des Innenraums verwendet werden. Bei einem thermischen Kurzschluss des Kondensators und des Verdampfers wird also die Antriebsleistung des Verdichters als zusätzliche Wärmeleistung zur Beheizung der Traktionsbatterie und/oder des Innenraums verwendet.
Insbesondere ist die Steuereinrichtung dazu ausgelegt, den Kondensator und den Verdampfer thermisch kurzzuschließen und den Verdichter zu betreiben, falls eine Temperatur des Kühlmittels in dem HVS-Kreis kleiner als ein vorbestimmter Schwellwert ist, sodass die in den HVS-Kreis übertragene Wärmeleistung des Kondensators zusätzlich an den Verdampfer zum Beheizen des Verdampfers rückführbar ist. Der Kurzschlussbetrieb kann also auch bereitgestellt werden, um schneller in einen für den Wärmepumpenbetrieb günstigen Temperaturbereich des Verdampfers zu gelangen.
Durch die Rückführung der Wärmeleistung des Kondensators und der Heizeinrichtung in den HVS-Kreis kann dazu beispielsweise der Verdampfer beheizt werden und somit in einen Betriebszustand versetzt werden kann, in welchem der Wärmepumpenbetrieb effizient möglich ist.
Bei dem Verfahren wird also der Verdichter in dem Kurzschlussbetrieb des Kondensators und des Verdampfers als Heizquelle zum Beheizen des Innenraums und/oder der Traktionsbatterie verwendet. Diese bereits bestehende, in dem Klimasystem vorhandene Heizquelle kann also zum Beheizen der Traktionsbatterie und/oder des Innenraums mitgenutzt werden. So kann in vorteilhafter Weise auf einen zusätzlichen Heizer in dem HVS-Kreis verzichtet werden, welcher nur einen Betriebsmodus, nämlich die Beheizung der Traktionsbatterie, erfüllen kann. Zwar wird anstelle des separaten Heizers der Wärmetauscher benötigt, dieser kann jedoch eine Vielzahl von weiteren Betriebsmodi, beispielsweise die Kühlung der Traktionsbatterie durch Abfuhr von Wärme aus dem HVS- Kreis an den Heizkreis, bereitstellen.
Es erweist sich als vorteilhaft, wenn die Steuereinrichtung zum Beheizen der Traktionsbatterie dazu ausgelegt ist, den Wärmetauscher zum Übertragen zumindest eines Teils der Wärmeleistung der Heizeinrichtung des Heizkreises in den HVS-Kreis an den Heizkreis anzuschließen, sodass die Heizeinrichtung an den HVS-Kreis angeschlossen ist. Durch das Anschließen des HVS-Kreises an den Heizkreis wird also auch die Heizeinrichtung des Heizkreises thermisch mit dem HVS-Kreis gekoppelt. So kann die von der Heizeinrichtung des Heizkreises bereitgestellte Wärmeleistung nicht nur zum Beheizen des Innenraums verwendet werden, sondern über den Wärmetauscher in den HVS-Kreis eingespeist werden, wo sie zum Beheizen der Traktionsbatterie verwendet wird. Es kann also eine weitere, bereits in dem Klimasystem vorhandene Heizquelle, nämlich die Heizeinrichtung des Heizkreises, zur Beheizung der Traktionsbatterie verwendet werden.
Auch erweist es sich als vorteilhaft, wenn das Klimasystem einen Kühlmittel führenden Kühlkreis aufweist, an welchen die elektrische Antriebseinheit des Kraftfahrzeugs angeschlossen ist und welcher mit dem HVS-Kreis fluidisch gekoppelt ist, wobei die Steuereinrichtung zum Beheizen der Traktionsbatterie und/oder des Innenraums dazu ausgelegt ist, zusätzlich den Kühlkreis an den HVS-Kreis zum Übertragen zumindest eines Teils einer Wärmeleistung der elektrischen Antriebseinheit an den HVS-Kreis anzuschließen. Die Wärmeleistung der elektrischen Antriebseinheit für die Beheizung der Traktionsbatterie ist eine Verlustwärme der elektrischen Antriebseinheit. Der Kühlkreis ist ebenfalls Teil des Gesamtkühlkreises und zur Zirkulation eines Kühlmittels ausgelegt. Der Kühlkreis weist die elektrische Antriebseinheit auf, welche die zumindest eine Antriebsmaschine, die Leistungselektronik, das Ladegerät oder dergleichen aufweisen kann. Zum Kühlen der Antriebseinheit kann an den Kühlkreis eine Umgebungskühleinrichtung angeschlossen sein, welche zumindest einen Umgebungskühler aufweist. Die Antriebseinheit des Kühlkreises kann über eine von der Steuereinrichtung steuerbare Ventileinrichtung an den HVS-Kreis angeschlossen werden und als weitere Heizquelle verwendet werden. Die Ventileinrichtung kann beispielsweise zwei Dreiwegeventile aufweisen, über welche das Kühlmittel auf den HVS-Kreis und den Kühlkreis aufteilbar ist. Über das Kühlmittel wird die von der Antriebseinheit abgegebene Verlustwärme als Wärmeleistung in den HVS-Kreis eingespeist. Die Verlustwärme kann beispielsweise in einem Normalbetrieb der Antriebseinheit abgegeben werden. In dem Normalbetrieb wird die Antriebseinheit effizient betrieben und gibt daher eine minimale Verlustwärme ab. In dem Heizmodus der Traktionsbatterie werden die drei Heizquellen insbesondere zumindest zeitweise gleichzeitig von der Steuereinrichtung zum Bereitstellen von Wärmeleistung betrieben.
Vorzugsweise ist die Steuereinrichtung dazu ausgelegt, die elektrische Antriebseinheit zum Erhöhen der abgegebenen Verlustwärme in einem ineffizienten Betriebsmodus zu betreiben. In dem ineffizienten Betriebsmodus gibt die Antriebseinheit eine gegenüber der minimalen Verlustleistung höhere Verlustleistung ab und kann damit eine höhere Wärmeleistung bzw. Heizleistung für die Traktionsbatterie bereitstellen. Die Beheizung der Traktionsbatterie im HVS-Kreis erfolgt also über eine gezielte
Wirkungsgradverschlechterung des elektrischen Antriebssystems. Die Wärmeleistung der elektrischen Antriebseinheit kann beispielsweise nur teilweise der Traktionsbatterie zugeführt werden. Ein übriger Teil der Wärmeleistung der Antriebseinheit kann über den Wärmetauscher aus dem HVS-Kreis in den Heizkreis transferiert werden und dort zur Beheizung des Innenraums verwendet werden.
Dabei kann vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung dazu ausgelegt ist, die Wärmeleistung des Kondensators auf die Traktionsbatterie und den Innenraum zum Beheizen des Innenraums aufzuteilen. Die von dem Kondensator abgegebene Wärmeleistung kann also gleichzeitig zum Beheizen des Innenraums und zum Beheizen der Traktionsbatterie verwendet werden. Hierdurch können sowohl ein Innenraumkomfort für Fahrzeuginsassen des Kraftfahrzeugs als auch eine optimale Temperierung der Traktionsbatterie sichergestellt werden.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist die Steuereinrichtung dazu ausgelegt ist, mittels der Ventileinrichtung des Heizkreises, über welche der Wärmetauscher an den Heizkreis anschließbar ist, den Anteil der aus dem Heizkreis an den HVS-Kreis übertragenen Wärmeleistung zu steuern. Die Ventileinrichtung ist insbesondere ein Dreiwegeventil, mittels welchem der Wärmetauscher von dem Heizkreis abgekoppelt werden kann, sodass der Wärmetauscher nicht im Strömungspfad des in dem Heizkreis zirkulierenden Kühlmittels liegt. Auch kann durch das Dreiwegeventil der Wärmetauscher derart in den Strömungspfad eingebunden werden, dass nur ein Teil des die Wärmeleistungen des Kondensators und des Verdichters transportierende Kühlmittels über den Wärmetauscher fließt, sodass die Wärmeleistungen auf den Innenraum und die Traktionsbatterie aufgeteilt werden.
Besonders bevorzugt ist die Steuereinrichtung dazu ausgelegt, die Traktionsbatterie während eines Ladebetriebs der Traktionsbatterie zu beheizen. In diesem Ladebetrieb, in welchem die Traktionsbatterie beispielsweise an eine fahrzeugexterne Ladeeinrichtung angeschlossen wird, ist eine Beheizung des Innenraums üblicherweise nicht notwendig, sodass die gesamte Wärmeleistung des Heizkreises, beispielsweise bestehend aus der Wärmeleistung des Kondensators bzw. des Verdampfers und der Wärmeleistung der Heizeinrichtung, zum Beheizen der Traktionsbatterie in den HVS-Kreis übertragen werden kann.
In einerweiteren Ausführungsform ist die Steuereinrichtung zum Kühlen der Traktionsbatterie dazu ausgelegt, den Wärmetauscher zum Vorkühlen des Kühlmittels für den Verdampfer durch Übertragen von Wärmeleistung aus dem HVS-Kreis in den Heizkreis an den HVS-Kreis und den Heizkreis anzuschließen. Der Wärmetauscher wird also auch in einem Kühlmodus der Traktionsbatterie an den HVS-Kreis und den Heizkreis angeschlossen. So kann die Wärmeleistung der Traktionsbatterie über den Verdampfer und über den Wärmetauscher abgeführt werden. Der Wärmetauscher kühlt zudem das Kühlmittel für den Verdampfer vor, sodass dieser beim Kühlen unterstützt wird. Durch das Unterstützen des Verdampfers bei der Kühlung der Traktionsbatterie können in vorteilhafter Weise dynamischere Fahrpunkte für das Kraftfahrzeug bereitgestellt werden. Die mit Bezug auf das erfindungsgemäße Klimasystem vorgestellten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug sowie für das erfindungsgemäße Verfahren.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar.
Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Klimasystems;
Fig. 2 das Klimasystem gemäß Fig. 1 in einem Heizmodus der Traktionsbatterie; und
Fig. 3 das Klimasystem gemäß Fig. 1 in einem Kühlmodus der Traktionsbatterie.
In den Figuren sind gleiche sowie funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform eines Klimasystems 1 für ein hier nicht gezeigtes elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug. Das Klimasystem 1 weist einen Kühlmittel führenden Gesamtkühlkreis 2 sowie einen Kältemittel führenden Kältekreis 3 auf. Das Klimasystem 1 ist in unterschiedlichen Betriebsmodi betreibbar, von welchen Ausführungsbeispiele in Fig. 2 und Fig. 3 gezeigt sind.
Der Gesamtkühlkreis 2 weist hier einen Kühlkreis 4, einen HVS-Kreis 5 und einen Heizkreis 6 auf. Der HVS-Kreis 5 weist eine Traktionsbatterie 7 des Kraftfahrzeugs und einen Verdampfer 8 zum Kühlen der Traktionsbatterie 7 auf. Der Verdampfer 8 ist außerdem an den Kältekreis 3 des Klimasystems 1 angeschlossen. Außerdem weist der HVS-Kreis 5 hier eine HVS-Pumpe 9, ein HVS-Absperrventil 10 stromauf der Traktionsbatterie 7 sowie ein HVS-Rückschlagventil 11 stromab der Traktionsbatterie 7 auf. Das HVS-Absperrventil 10 und das HVS-Rückschlagventil 11 kapseln die Traktionsbatterie 7 fluidisch ein. Der HVS-Kreis 5 weist insbesondere keinen separaten Heizer zum Heizen der Traktionsbatterie 7 auf. Der HVS-Kreis 5 ist also insbesondere heizungslos ausgebildet.
Der Heizkreis 6, welcher zum Klimatisieren eines Innenraums des Kraftfahrzeugs ausgebildet ist, weist hier eine Heizeinrichtung 12 auf, welche zum Beheizen einer Innenraumluft des Innenraums ausgebildet ist. Die Heizeinrichtung 12 weist hier einen Heizungswärmetauscher 13 und einen Zuheizer 14 auf. Der Heizungswärmetauscher 13 kann außerdem zum Kühlen des Innenraums Wärme aus dem Innenraum abtransportieren. Der Zuheizer 14 kann beispielsweise als ein elektrischer Durchlauferhitzer (EDH) ausgebildet sein. Darüber hinaus weist der Heizkreis 6 eine Heizkreispumpe 15 und einen Kondensator 16 auf. Der Kondensator 16 ist außerdem an den Kältekreis 3 angeschlossen. Der Kältekreis 3 weist außerdem einen Verdichter 17 sowie ein Expansionsventil 18 auf. Der Kältekreis 3 kann in einem Wärmepumpenbetrieb betrieben werden, in welchem Wärmeleistung durch Betreiben des Verdampfers 8, des Verdichters 17 und des Kondensators 16 aus dem HVS-Kreis 5 in den Heizkreis 6 transportiert werden kann.
Der HVS-Kreis 5 und der Heizkreis 6 sind außerdem über einen Wärmetauscher 19 koppelbar. Dazu ist in dem Heizkreis 6 eine Ventileinrichtung 20 in Form von einem Dreiwegeventil angeordnet, über welche der an den HVS-Kreis 5 angeschlossene Wärmetauscher 19 auch an den Heizkreis 6 anschließbar ist. Der Wärmetauscher ist dabei stromauf des Verdampfers 8, insbesondere unmittelbar vor dem Verdampfer 8, angeordnet.
Der Kühlkreis 4 weist eine elektrische Antriebseinheit 21 des Kraftfahrzeugs auf. Die elektrische Antriebseinheit 21 weist beispielsweise zumindest eine elektrische Antriebsmaschine sowie eine Leistungselektronik auf. Außerdem weist der Kühlkreis 4 eine Umgebungskühlereinrichtung 22 zum Wärmetausch mit einer Umgebung des Kraftfahrzeugs auf. Mittels der Umgebungskühlereinrichtung 22 kann die elektrische Antriebseinheit 21 im Betrieb gekühlt werden. Die Umgebungskühlereinrichtung 22 weist hier einen ersten Umgebungskühler 23, einen zweiten Umgebungskühler 24, einen Lüfter 25 sowie einen Ausgleichsbehälter 26 auf. Beide Umgebungskühler 23, 24 sind hintereinander in einem Umgebungsluftpfad 27 angeordnet, wobei der zweite Umgebungskühler 24 bezüglich des Kühlmittels stromab des ersten Umgebungskühlers 23 angeordnet ist, im Umgebungsluftpfad 27 dagegen stromauf des ersten Umgebungskühlers 23. Der erste Umgebungskühler 23 kann beispielsweise ein HT- Kühler bzw. Hochtemperaturkühler sein. Der zweite Umgebungskühler 24 kann beispielsweise ein NT-Kühler bzw. Niedertemperaturkühler sein. Dabei wird der zweite Umgebungskühler 24 von kälterem Kühlmittel durchströmt als der erste Umgebungskühler 23. Im Umgebungsluftpfad 27 stromab der beiden Umgebungskühler 23, 24 ist der Lüfter 25 zum Ansaugen von Umgebungsluft angeordnet. Außerdem weist der Kühlkreis 4 eine Kühlkreispumpe 28 zum Fördern des Kühlmittels in dem Kühlkreis 4 auf.
Der Kühlkreis 4 und der Heizkreis 6 sind über ein Absperrventil 29 fluidisch koppelbar. So kann der Heizkreis 6 zum Kühlen des Innenraums an die Umgebungskühlereinrichtung 22 des Kühlkreises 4 angeschlossen werden. Dazu wird Wärme aus dem Innenraum über den Heizungswärmetauscher 13 in den Heizkreis 6 transportiert und an die Umgebungskühlereinrichtung 22 abgeführt. Außerdem sind der Kühlkreis 4 und der HVS- Kreis 5 über ein Dreiwegeventil 30 stromauf der Antriebseinheit 21 und ein Dreiwegeventil 31 stromab der Antriebseinheit 21 fluidisch koppelbar. Über die Dreiwegeventile 30, 31 kann die elektrische Antriebseinheit 21 an den HVS-Kreis 5 angeschlossen werden. Eine Steuereinrichtung 32 des Klimasystems 1 ist zum Ansteuern von Komponenten des Klimasystems 1 ausgebildet.
In Fig. 2 und Fig. 3 sind unterschiedliche Betriebsmodi des Klimasystems 1 gezeigt.
Dabei sind in dem jeweiligen Betriebsmodus aktive Pfade fett gedruckt dargestellt. In Fig. 2 ist ein Betriebsmodus in Form von einem Heizmodus für die Traktionsbatterie 7 gezeigt. In dem Heizmodus werden der Traktionsbatterie 7 hier zumindest Teile der Wärmeleistungen des Kondensators 16, der Heizeinrichtung 12 und der elektrischen Antriebseinheit 21 zugeführt. Um die Wärmeleistung der elektrischen Antriebseinheit 21 in den HVS-Kreis 5 einzuspeisen, versetzt die Steuereinrichtung 32 die Dreiwegeventile 30, 31 in einen Schaltzustand, in welchem zumindest ein Teil des in dem Kühlkreis 4 zirkulierenden Kühlmittels in den HVS-Kreis 5 fließt. Dieses Kühlmittel transportiert Wärmeleistung in Form von Verlustwärme der elektrischen Antriebseinheit 21. Das Kühlmittel fließt dabei von der Antriebseinheit 21, über das Dreiwegeventil 31 in den HVS- Kreis 5. Dort fließt es über den Wärmetauscher 19, den Verdampfer 8 und die Traktionsbatterie 7 zu dem Dreiwegeventil 30 und von dort aus zurück in den Kühlkreis 4 zu der Antriebseinheit 21. Um die Verlustwärme der elektrischen Antriebseinheit 21 und damit die Wärmeleistung für die Traktionsbatterie 7 zu erhöhen, kann die Steuereinrichtung 31 die Antriebseinheit 21 beispielsweise in einem ineffizienten, verlustleistungserhöhenden Betriebsmodus betreiben.
Die Wärmeleistungen der Heizeinrichtung 12 und des Kondensators 16 werden über den Wärmetauscher 19 aus dem Heizkreis 6 in den HVS-Kreis 5 transportiert. Dazu schließt die Steuereinrichtung 31 den Wärmetauscher 19 mittels des Dreiwegeventils 20 an den Heizkreis 6 an. Das Dreiwegeventil 20 wird dabei in einen Schaltzustand versetzt, in welchem zumindest ein Teil des Kühlmittels über den Wärmetauscher 19 fließt.
Außerdem steuert die Steuereinrichtung 31 die Heizeinrichtung 12, insbesondere den Zuheizer 14, zum Generieren von Heizleistung an. Diese Heizleistung wird zumindest teilweise als Wärmeleistung über den Wärmetauscher 19 in den HVS-Kreis 5 transportiert. Ein restlicher Teil der Heizleistung der Heizeinrichtung 12 kann zum Beheizen des Innenraums verwendet werden.
Durch das Anschließen des Wärmetauschers 19 an den Heizkreis 6 und den HVS-Kreis 5 werden außerdem der Verdampfer 8 und der Kondensator 16 thermisch kurzgeschlossen. Der Kältekreis 3 wird also in einem Kurzschlussbetrieb betrieben. In diesem Kurzschlussbetrieb betreibt die Steuereinrichtung 31 den Verdichter 17. Dazu wird dem Verdichter 17 eine, insbesondere erhöhte, Antriebsleistung zugeführt. Diese erhöhte Antriebsleistung des Verdichters 17 wird in Wärmeleistung umgewandelt, welche an dem Kondensator 16 abfällt. Diese mit Hilfe dem Verdichter 17 generierte, an dem Kondensator 16 abfallende Wärmeleistung wird ebenfalls zumindest teilweise über den Wärmetauscher 19 in den HVS-Kreis 5 eingespeist, um beispielsweise einerseits die Traktionsbatterie 7 zu beheizen und um andererseits wieder einen Teil der Wärmeleistung über den Kältekreis 3 in den Heizkreis 6 zu transferieren. Beim Transferieren der Wärmeleistung über den Kältekreis 6 in den Heizkreis wird dieser Wärmeleistung die Wärmeleistung des Verdichters 17 hinzugefügt, sodass an dem Kondensator 16 eine erhöhte Wärmeleistung abfällt. Durch das Rückspeisen von Wärmeleistung aus dem Heizkreis 6 in den HVS-Kreis 5 und das Transportieren zumindest eines Teils der rückgespeisten Wärme über den Kältekreis 3 zurück in den Heizkreis 6 kann also die an dem Kondensator 16 abfallende Wärmeleistung erhöht werden. Diese erhöhte Wärmeleistung kann wiederum zumindest teilweise über den Wärmetauscher 19 in den HVS-Kreis 5 zurückgeführt werden. Auch kann ein Teil der an dem Kondensator 16 abfallenden Wärmeleistung in dem Heizkreis 6 verbleiben und dort zum Beheizen des Innenraums verwendet werden. Dieser Kurzschlussbetrieb ist insbesondere bei niedrigen Außentemperaturen besonders vorteilhaft, bei welchem der Wärmepumpenbetrieb aufgrund einer fehlenden Betriebsbereitschaft des Verdampfers 8 nicht oder nicht effizient bereitgestellt werden kann. Eine solche fehlende Betriebsbereitschaft des Verdampfers 8 kann beispielsweise aus einer Vereisung des Verdampfers 8 resultieren. In dem Kurzschlussbetrieb kann also die Antriebsleistung des Verdichters 17 als Wärmeleistung zum Beheizen der Traktionsbatterie 7 verwendet werden. Die Traktionsbatterie 7 kann in dem Heizmodus also von drei Heizquellen, nämlich der Antriebseinheit 21, der Heizeinrichtung 12 und dem Kondensator 16 bzw. dem Verdichter 17, geheizt werden. Durch die Verschaltung dieser Heizquellen mit der Traktionsbatterie 7 in dem Klimasystem 1 kann außerdem ein unnötiges Aufheizen anderer Komponenten des Klimasystems 1 verhindert werden.
In Fig. 3 ist ein Betriebsmodus in Form von einem Kühlmodus für die Traktionsbatterie 7 gezeigt. In dem Kühlmodus wird die Traktionsbatterie 7 über den Verdampfer 8 gekühlt, indem Kühlmittel in dem HVS-Kreis 5 zirkuliert und Abwärme der Traktionsbatterie 7 an den Verdampfer 8 transportiert. Außerdem wird von der Steuereinrichtung 31 der Wärmetauscher 19 an den HVS-Kreis 5 und den Heizkreis 6 angeschlossen. Über diesen Wärmetauscher 19 kann Wärmeleistung aus dem HVS-Kreis 5 in den Heizkreis 6 transportiert werden und somit das Kühlmittel für den Verdampfer 8 vorgekühlt werden. Die in den Heizkreis 6 transportierte Wärmeleistung kann beispielsweise über die Umgebungskühlereinrichtung 22 abgeführt werden. Dazu wird der Heizkreis 6 über das Absperrventil 29 mit dem Kühlkreis 4 fluidisch gekoppelt.

Claims

Patentansprüche
1. Klimasystem (1) für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug aufweisend:
- einen Kühlmittel führenden HVS-Kreis (5), an welchen eine Traktionsbatterie (7) zur Versorgung einer elektrischen Antriebseinheit (21) des Kraftfahrzeugs sowie ein Verdampfer (8) zur Kühlung der Traktionsbatterie (7) angeschlossen sind,
- einen Kühlmittel führenden Heizkreis (6) zur Temperierung eines Innenraums des Kraftfahrzeugs, an welchen ein Kondensator (16) zur Abgabe von Wärmeleistung angeschlossen ist,
- einen Kältemittel führenden Kältekreis (3), an welchen der Verdampfer (8) zur Aufnahme von Wärmeleistung, der Kondensator (16) sowie ein Verdichter (17) angeschlossen sind, gekennzeichnet durch
- einen Wärmetauscher (19), welcher an den HVS-Kreis (5) angeschlossen ist und steuerbar an den Heizkreis (6) anschließbar ist und welcher zum kühlmittelbasierten Übertragen von Wärmeleistung aus dem Heizkreis (6) in den HVS-Kreis (5) ausgelegt ist, und
- eine Steuereinrichtung (32), welche zum Beheizen der Traktionsbatterie und/oder des Innenraums mit der Wärmeleistung des Kondensators (16) dazu ausgelegt ist, den Wärmetauscher (19) unter Ausbildung eines thermischen Kurzschlusses zwischen dem Kondensator (16) und dem Verdampfer (8) an den Heizkreis (6) anzuschließen, um zumindest einen Teil der Wärmeleistung des Kondensators (16) in den HVS-Kreis (5) zu übertragen, und den Verdichter (17) zu betreiben, um zumindest einen Teil der in den HVS-Kreis (5) an den Verdampfer (8) übertragenen Wärmeleistung des Kondensators (16) in den Heizkreis (6) zurückzuführen, wobei die an dem Kondensator (16) abfallende, in den Heizkreis (6) rückgeführte Wärmeleistung um eine aus dem Betrieb des Verdichters (17) resultierende Wärmeleistung erhöht ist.
2. Klimasystem (1) nach Anspruch 1, dadurch kennzeichnet, dass der Wärmetauscher (19) unmittelbar stromauf des Verdampfers (8) in dem HVS-Kreis (5) angeordnet ist.
3. Klimasystem (1) nach Anspruch 1 oder 2, der Heizkreis eine Heizeinrichtung zum Bereitstellen von Wärmeleistung aufweist, wobei die Steuereinrichtung (32) zum Beheizen der Traktionsbatterie (7) dazu ausgelegt ist, den Wärmetauscher (19) zum Übertragen zumindest eines Teils der Wärmeleistung der Heizeinrichtung (12) in den HVS-Kreis (5) an den Heizkreis (6) anzuschließen, sodass die Heizeinrichtung (12) an den HVS-Kreis (5) angeschlossen ist.
4. Klimasystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch kennzeichnet, dass das Klimasystem (1) einen Kühlmittel führenden Kühlkreis (4) aufweist, an welchen die elektrische Antriebseinheit (21) des Kraftfahrzeugs angeschlossen ist und welcher mit dem HVS-Kreis (5) fluidisch koppelbar ist, wobei die Steuereinrichtung (32) zum Beheizen der Traktionsbatterie (7) dazu ausgelegt ist, zusätzlich den Kühlkreis (4) an den HVS-Kreis (5) zum Übertragen zumindest eines Teils einer Wärmeleistung der elektrischen Antriebseinheit (21) an den HVS-Kreis (5) anzuschließen, wobei die Wärmeleistung der elektrischen Antriebseinheit (21) eine Verlustwärme der elektrischen Antriebseinheit (21) ist.
5. Klimasystem (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (32) dazu ausgelegt ist, die elektrische Antriebseinheit (32) zum Erhöhen der abgegebenen Verlustwärme in einem ineffizienten Betriebsmodus zu betreiben.
6. Klimasystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (32) dazu ausgelegt ist, die Wärmeleistung des Kondensators (16) auf die Traktionsbatterie (7) und den Innenraum aufzuteilen.
7. Klimasystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (19) über eine Ventileinrichtung (20) an den Heizkreis (6) angeschlossen ist, wobei die Steuereinrichtung (32) dazu ausgelegt ist, mittels der Ventileinrichtung (20) den Anteil der aus dem Heizkreis (6) an den HVS-Kreis (5) übertragenen Wärmeleistung zu steuern.
8. Klimasystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (32) dazu ausgelegt ist, den Kondensator (16) und den Verdampfer (8) thermisch kurzzuschließen und den Verdichter (17) zu betreiben, falls eine Temperatur des Kühlmittels in dem HVS-Kreis (5) kleiner als ein vorbestimmter Schwellwert ist, sodass die in den HVS-Kreis (5) übertragene Wärmeleistung des Kondensators (16) zusätzlich zum Beheizen des Verdampfers (8) ausgelegt ist.
9. Klimasystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (32) dazu ausgelegt ist, die Traktionsbatterie (7) während eines Ladebetriebs der Traktionsbatterie (7) bereitzustellen.
10. Klimasystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (32) zum Kühlen der Traktionsbatterie (7) dazu ausgelegt ist, den Wärmetauscher (19) zum Vorkühlen des Kühlmittels für den Verdampfer (8) durch Übertragen von Wärmeleistung aus dem HVS-Kreis (5) in den Heizkreis (6) an den HVS-Kreis (5) und den Heizkreis (6) anzuschließen.
11. Elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug mit einem Klimasystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
12. Verfahren zum Betreiben eines Klimasystems (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei zum Beheizen der Traktionsbatterie und/oder des Innenraums mit der Wärmeleistung des Kondensators (16)
- der Wärmetauscher (19) unter Ausbildung eines thermischen Kurzschlusses zwischen dem Kondensator (16) und dem Verdampfer (8) an den Heizkreis (6) angeschlossen wird, um zumindest einen Teil der Wärmeleistung des Kondensators (16) in den HVS-Kreis (5) zu übertragen, und - der Verdichter (17) betrieben wird, um zumindest einen Teil der in den HVS-Kreis (5) an den Verdampfer (8) übertragenen Wärmeleistung des Kondensators (16) in den Heizkreis (6) zurückzuführen, wobei die an dem Kondensator (16) abfallende, in den Heizkreis (6) rückgeführte Wärmeleistung um eine aus dem Betrieb des Verdichters (17) resultierende Wärmeleistung erhöht wird.
PCT/EP2021/061516 2020-06-04 2021-05-03 Klimasystem für ein elektrisch antreibbares kraftfahrzeug, kraftfahrzeug sowie verfahren zum betreiben eines klimasystems WO2021244810A1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202180021479.5A CN115348928A (zh) 2020-06-04 2021-05-03 用于可电驱动的机动车的空调***、机动车以及用于运行空调***的方法
US17/910,039 US20230104065A1 (en) 2020-06-04 2021-05-03 Air-Conditioning System for an Electrically Driveable Motor Vehicle, Motor Vehicle and Method for Operating an Air-Conditioning System

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102020114851.8A DE102020114851A1 (de) 2020-06-04 2020-06-04 Klimasystem für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug, Kraftfahrzeug sowie Verfahren zum Betreiben eines Klimasystems
DE102020114851.8 2020-06-04

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2021244810A1 true WO2021244810A1 (de) 2021-12-09

Family

ID=75870596

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2021/061516 WO2021244810A1 (de) 2020-06-04 2021-05-03 Klimasystem für ein elektrisch antreibbares kraftfahrzeug, kraftfahrzeug sowie verfahren zum betreiben eines klimasystems

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20230104065A1 (de)
CN (1) CN115348928A (de)
DE (1) DE102020114851A1 (de)
WO (1) WO2021244810A1 (de)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102021103483A1 (de) * 2021-02-15 2022-08-18 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Klimasystem für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug mit einem Kühlkörper und einer Heizeinrichtung, Kraftfahrzeug sowie Verfahren zum Betreiben eines Klimasystems
DE102021124992A1 (de) 2021-09-28 2023-03-30 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Temperiereinrichtung für ein Kraftfahrzeug sowie Kraftfahrzeug
DE102022130140A1 (de) 2022-11-15 2024-05-16 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Klimasystem für ein Kraftfahrzeug mit effizienter Lenkung von Wärmetransportmittelströmen
DE102022004340A1 (de) 2022-11-21 2024-05-23 Mercedes-Benz Group AG Temperiereinrichtung für einen Kraftwagen, insbesondere für einen Personenkraftwagen, Kraftwagen sowie Verfahren zum Betreiben einer solchen Temperiereinrichtung
CN117134037B (zh) * 2023-08-28 2024-03-19 无锡柯诺威新能源科技有限公司 一种电池热管理***及压缩机电机温度调节方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012108043A1 (de) * 2012-08-30 2014-05-15 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Temperierungsanordnung
DE102016213619A1 (de) 2016-07-25 2018-01-25 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren zum betrieb eines klimasystems sowie klimasystem
SE1750574A1 (en) * 2017-05-10 2018-11-11 Scania Cv Ab A cooling arrangement for cooling of an electric machine and at least one further component of an electric power unit and a vehicle comprising such a cooling arrangement
US10611210B2 (en) * 2014-09-09 2020-04-07 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Heat pump system for climate control of a vehicle, and method for operating a heat pump system of this type
US10634402B2 (en) * 2017-11-10 2020-04-28 Hyundai Motor Company Heat pump system for vehicle with battery and electronic component cooling

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19649710C2 (de) 1996-11-30 1999-04-15 Mc Micro Compact Car Ag Vorrichtung zur Fahrgastraumbeheizung eines Elektrofahrzeugs
DE102009043316A1 (de) * 2009-09-28 2011-03-31 Valeo Klimasysteme Gmbh Verfahren zur Steuerung der Innenraumtemperatur eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs und Klimaanlagensystem
DE102014217959A1 (de) * 2014-09-09 2016-03-10 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren und Klimatisierungseinrichtung zum Klimatisieren eines Innenraums eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs
DE102015220623B4 (de) 2015-10-22 2022-01-27 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Wärmesystem für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug
DE102017201206A1 (de) * 2017-01-25 2018-07-26 Mahle International Gmbh Abwärmenutzungseinrichtung für ein Elektrofahrzeug
GB2571263B (en) 2018-02-16 2020-05-27 Jaguar Land Rover Ltd Apparatus and method for low grade heat recovery in an electric vehicle
US11065936B2 (en) * 2018-08-10 2021-07-20 GM Global Technology Operations LLC Vehicle thermal system architecture
DE102019107191A1 (de) * 2019-03-20 2020-09-24 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Wärmesystem für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug, Elektro- oder Hybridfahrzeug, Verfahren zum Betrieb eines Wärmesystems
DE102019205575A1 (de) * 2019-04-17 2020-10-22 Mahle International Gmbh Vorrichtung zur Kühlung einer Fahrzeugbatterie

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012108043A1 (de) * 2012-08-30 2014-05-15 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Temperierungsanordnung
US10611210B2 (en) * 2014-09-09 2020-04-07 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Heat pump system for climate control of a vehicle, and method for operating a heat pump system of this type
DE102016213619A1 (de) 2016-07-25 2018-01-25 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren zum betrieb eines klimasystems sowie klimasystem
SE1750574A1 (en) * 2017-05-10 2018-11-11 Scania Cv Ab A cooling arrangement for cooling of an electric machine and at least one further component of an electric power unit and a vehicle comprising such a cooling arrangement
US10634402B2 (en) * 2017-11-10 2020-04-28 Hyundai Motor Company Heat pump system for vehicle with battery and electronic component cooling

Also Published As

Publication number Publication date
CN115348928A (zh) 2022-11-15
DE102020114851A1 (de) 2021-12-09
US20230104065A1 (en) 2023-04-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2021244810A1 (de) Klimasystem für ein elektrisch antreibbares kraftfahrzeug, kraftfahrzeug sowie verfahren zum betreiben eines klimasystems
DE102019132688B4 (de) Wärmemanagementsystem für ein Kraftfahrzeug und Verfahren zum Steuern des Wärmemanagementsystems
EP3711983B1 (de) Wärmesystem für ein elektro- oder hybridfahrzeug, elektro- oder hybridfahrzeug, verfahren zum betrieb eines wärmesystems
EP2731813B1 (de) Verfahren zum betreiben eines kraftwagens in einem sportbetriebsmodus
DE102016006682B4 (de) Verfahren zum Betreiben einer Klimaanlage eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs sowie Klimaanlage zur Durchführung des Verfahrens
DE102009019607B4 (de) Fahrzeug mit einem elektrischen Antrieb und einer Einrichtung zur Klimatisierung des Fahrgastraums
EP0504653A1 (de) Verfahren zur Kühlung von Antriebskomponenten und Heizung eines Fahrgastraumes eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Elektromobils, und Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens
DE102015016241B4 (de) Elektrisch angetriebenes Fahrzeug mit einem Kühlsystem
DE102010037446A1 (de) Verfahren zur Steuerung einer Klimaanlage
DE102019130543B4 (de) Kühlmittelführendes Temperiersystem für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug sowie Kraftfahrzeug
EP3859848B1 (de) Schienenfahrzeug mit kühleinrichtung für eine brennstoffzellenanordnung
DE102018211559B4 (de) Fahrzeug mit einer Klimatisierungsvorrichtung zum Erwärmen und Kühlen eines elektrischen Energiespeichers
DE102021204380B4 (de) Thermomanagementsystem für eine Batterie eines Kraftfahrzeuges sowie Kraftfahrzeug mit einem Thermomanagementsystem
WO2018219779A1 (de) System zum versorgen eines fahrzeugs mit elektrischer energie
DE102019132816A1 (de) Wärmemanagementsystem für ein Kraftfahrzeug und Kraftfahrzeug mit einem solchen
DE102021132036B4 (de) Kühlanordnung zum Kühlen einer Batterie eines Kraftfahrzeugs, Kraftfahrzeug und Verfahren zum Betreiben einer Kühlanordnung
DE102021103483A1 (de) Klimasystem für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug mit einem Kühlkörper und einer Heizeinrichtung, Kraftfahrzeug sowie Verfahren zum Betreiben eines Klimasystems
WO2021089268A1 (de) Wärmesystem für ein elektrisch antreibbares kraftfahrzeug, kraftfahrzeug sowie verfahren zum betreiben des wärmesystems
DE102019116573A1 (de) Wärmesystem für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug sowie Kraftfahrzeug
DE102021132035B4 (de) Kühlanordnung zum Kühlen einer Batterie eines Kraftfahrzeugs, Kraftfahrzeug und Verfahren zum Betreiben einer Kühlanordnung
DE102022206698B4 (de) Wärmeenergiesystem zum Regulieren von Temperaturen eines Fahrzeugs und Fahrzeug mit einem solchen
DE102022122328B3 (de) Wärmetauschanordnung für ein Fahrzeug, Schienenfahrzeug und assoziiertes Verfahren
DE102022111661A1 (de) Klimasystem für ein Kraftfahrzeug mit effizienter Lenkung von Wärmetransportmittelströmen
DE102021102355A1 (de) Wärmemanagementsystem für ein Kraftfahrzeug und Kraftfahrzeug mit einem solchen
DE102022130140A1 (de) Klimasystem für ein Kraftfahrzeug mit effizienter Lenkung von Wärmetransportmittelströmen

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 21724222

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 21724222

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1