WO2023217702A1 - Thermomanagementsystem für ein kraftfahrzeug und kraftfahrzeug mit einem solchen - Google Patents

Thermomanagementsystem für ein kraftfahrzeug und kraftfahrzeug mit einem solchen Download PDF

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WO2023217702A1
WO2023217702A1 PCT/EP2023/062127 EP2023062127W WO2023217702A1 WO 2023217702 A1 WO2023217702 A1 WO 2023217702A1 EP 2023062127 W EP2023062127 W EP 2023062127W WO 2023217702 A1 WO2023217702 A1 WO 2023217702A1
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battery
connection
circuit
cooler
bypass
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PCT/EP2023/062127
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Stefan Hofmanninger
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Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
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    • B60—VEHICLES IN GENERAL
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    • 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
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    • 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
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    • B60H2001/00307—Component temperature regulation using a liquid flow

Definitions

  • the invention relates to a thermal management system with a temperature control circuit and a refrigeration circuit that interacts with it.
  • the thermal management system is used to control the temperature of vehicle components and to control the temperature of a vehicle passenger compartment.
  • the invention relates to a motor vehicle with such a thermal management system.
  • the unpublished German patent application 10 2021 127 770.1 is directed to a thermal management system. If rapid heating of one or more drive motors 35 is desired in this thermal management system, see for example FIG. 22, then a temperature control circuit can be formed in which the cooler 32 is bypassed so that the heat remains in the temperature control circuit. This bypassing of the cooler 32 can be achieved by forming a bypass of the cooler 32 via a connecting line 56, a battery pump 43, a battery bypass line 54 and a valve 141.
  • a thermal management system for a motor vehicle with a motor circuit in which at least a drive motor, a first connection or a first node, a cooler, a second connection or a second node and a motor circuit pump are arranged in series ; a battery string having a chiller and, in series therewith, a bypass-battery parallel circuit with a traction battery and a battery bypass parallel thereto, wherein the chiller can be flowed through fluidly from the battery string by a refrigeration circuit; wherein the first connection in the motor circuit is arranged downstream of the drive motor and upstream of the cooler and coolant can be selectively introduced into the battery string at the first connection by means of a first valve device; wherein the second connection is arranged downstream of the cooler and upstream of the drive motor and a second valve device is arranged on the second connection by means of which coolant can optionally be conducted to the drive motor and / or the chiller and the traction battery can be connected to form a ring-
  • the thermal management system has a second cooler bypass, which branches off from the motor circuit downstream of the drive motor and upstream of the cooler and opens into the motor circuit downstream of the cooler and upstream of the drive motor.
  • This has the advantage that the second cooler bypass provides one for the Drive motor's own bypass option for the cooler is created, which is particularly advantageous for rapid warm-up operation of the drive motor because a circuit is created in which self-heating of the drive motor is possible, while the thermal energy of the drive motor is held in this circuit and is not released into the environment .
  • This can be increased by designing the second cooler bypass with a smaller flow cross section compared to the first cooler bypass, so that the circulated coolant heats up even faster.
  • This also makes it possible to use the first cooler bypass for other purposes, for example to form a battery circuit for heating a vehicle passenger compartment using an electric heater located in the battery circuit.
  • an electric heater is arranged in the battery string. This can be used to generate heating energy when the waste heat from heat sources such as the drive battery or drive motors is not sufficient.
  • the second cooler bypass is free of heat sinks or heat sources.
  • the second cooler bypass is exclusively a line in the form of a hose, a pipeline or a passage in a block of material or the like.
  • the second cooler bypass flows into the second connection.
  • a battery pump is also arranged in the battery string.
  • a second coolant pump is available so that two independent circuits can be formed.
  • the thermal management system is further equipped with a capacitor string which runs between the second connection and the first connection, the capacitor string having a capacitor and the capacitor, being fluidly separated from the capacitor string, can also be flowed through by the refrigeration circuit. This integration of the liquid-cooled capacitor makes it possible to heat the traction battery, bypassing the cooler.
  • the second valve device has at least three switching positions, with the battery string being connected in series with the drive motor in a first switching position, and the chiller and the bypass battery being connected in parallel to the ring-like closed battery circuit in a second switching position can be connected and the second cooler bypass is blocked, and in a third switching position the chiller and the bypass battery can be connected in parallel to the ring-like closed battery circuit and the second cooler bypass is connected in series with the drive motor.
  • the invention provides a motor vehicle with such a thermal management system.
  • Figure 1 shows a temperature control circuit according to a first exemplary embodiment of the invention
  • Figure 2 shows a temperature control circuit according to a second exemplary embodiment of the invention
  • Figure 3 shows a temperature control circuit according to a third exemplary embodiment of the invention
  • Figure 4 shows a temperature control circuit according to a fourth exemplary embodiment of the invention.
  • Figure 5 shows a temperature control circuit according to a fifth exemplary embodiment of the invention.
  • Figure 6 shows a first operating state of the thermal management system
  • Figure 7 shows a second operating state of the thermal management system
  • Figure 8 shows a third operating state of the thermal management system
  • Figure 9 shows a fourth operating state of the thermal management system
  • Figure 10 shows a fifth operating state of the thermal management system
  • Figure 11 shows a sixth operating state of the thermal management system
  • Figure 12 shows a seventh operating state of the thermal management system
  • Figure 13 shows an eighth operating state of the thermal management system
  • Figure 14 shows a ninth operating state of the thermal management system
  • Figure 15 shows a tenth operating state of the thermal management system
  • Figure 16 shows an eleventh operating state of the thermal management system.
  • FIG. 1 shows a temperature control circuit 1 according to an exemplary embodiment of the invention. This can be installed in an electrified motor vehicle, not shown, in particular a passenger car.
  • the temperature control circuit 1 interacts with a refrigeration circuit 2, which is only indicated in FIG. 1.
  • a refrigeration circuit 2 for the refrigeration circuit 2, for example, one of the refrigeration circuits known from DE 10 2021 117 787 A1 or a similar refrigeration circuit can be used.
  • the temperature control circuit 1 comprises a motor circuit 3, in which a first connection 4 in the form of a first valve device 5, a cooler 6, a second connection 7 in the form of a second valve device 8, a motor circuit pump 9 and a drive parallel connection from a first drive motor 10, an optional, second drive motor 11 and a first power electronics component 12 are arranged in series, so that when the first and second valve devices 5, 8 are switched through accordingly, these components form a closed circuit in which coolant can be circulated when the motor circuit pump 9 is activated which is, for example, water mixed with additives.
  • a second power electronic component 13 is connected in series upstream of the first drive motor 10.
  • the drive parallel connection thus includes the first drive motor 10, the optional one second drive motor 11, the power electronics component 12 and the power electronics component 13.
  • the drive motor 10 and the power electronics component 13 are arranged in series with one another.
  • This series circuit, the optional second drive motor 11 and the power electronics component 12 are connected in parallel with each other.
  • the first and second power electronics components 12, 13 can each be a component from, for example, a vehicle-internal charger, an inverter, a DC-DC converter or a control device.
  • a fan 14 is assigned to the cooler 6 in a known manner.
  • a compensating tank line 15 branches off from the cooler 6 and has a compensating tank 16 and opens into the motor circuit 3 at a point downstream of the cooler 6 and upstream of the second connection 7.
  • the flow direction of the coolant is predetermined by the delivery direction of the motor circuit pump 9.
  • a capacitor string 17 is provided between the second connection 7 and the first connection 4.
  • the capacitor string 17 branches off from the motor circuit 3 downstream of the motor circuit pump 9 and leads to the first connection 4. More precisely, the capacitor string 17 is connected at the upstream end to the upstream point of the drive parallel circuit. At the downstream end, the capacitor string is connected to the first valve device 5, but with a different connection point of the first valve device 5 than the drive parallel connection.
  • a capacitor 18 is arranged in the capacitor string 17.
  • the condenser 18 is a heat exchanger through which coolant from the refrigeration circuit 2 and coolant from the temperature control circuit 1 can flow. The refrigerant and the coolant in the condenser 18 are fluidly separated from one another and in heat exchange each other. The capacitor 18 is therefore a so-called liquid-cooled capacitor.
  • the first connection 4 from which a battery strand 19 branches off, is arranged downstream of the drive motor 10.
  • the course of the battery string 19 is indicated in FIG. 1 by a dashed line.
  • the first connection 4 is formed by the first valve device 5, but it should be noted that this does not necessarily have to be the case.
  • the first connection 4 can also simply be a line branch and the first valve device can be formed in the form of two proportional or shut-off valves (one in the battery string 19 and the other downstream of the first connection 4 in the motor circuit 3).
  • the battery string 19 there are an electric heater 20, a chiller 21, a battery pump 22, a battery bypass valve 23 and a bypass battery parallel circuit consisting of a traction battery 24 and a parallel battery bypass 25 and downstream of the Bypass battery parallel connection is arranged in series with a first one-way valve 26, in particular arranged in series in the order mentioned.
  • a second one-way valve 27 is arranged downstream of the traction battery 24 in series with the traction battery 24 and upstream of the connection to the battery bypass 25.
  • the one-way valve 26 only allows a flow in the direction from the battery pump 22 towards the second connection 7 and blocks a flow in the opposite direction.
  • the one-way valve 26 only allows a flow in the direction from the battery pump 22 towards the second connection 7 and blocks a flow in the opposite direction.
  • the chiller 21 is a heat exchanger that transfers heat energy between the coolant of the refrigeration circuit 2 and the coolant of the temperature control circuit 1.
  • the refrigerant and the coolant flow fluidly
  • the chiller 21 is located separately from one another and in heat exchange with one another.
  • the traction battery 24 has a large number of electrochemical storage cells, which store electrical energy and provide it at least for driving the motor vehicle.
  • the storage cells and thus the traction battery 24 are rechargeable.
  • These storage cells are tempered, i.e. heated or cooled, by a temperature control device, for which purpose this temperature control device is designed to allow coolant to flow through it.
  • a coolant flow coming from the battery pump 22 can be guided either into the battery bypass line 25 or through the traction battery 24. Intermediate positions are also possible, so that the battery bypass line 25 and the traction battery 24 are flowed through at the same time.
  • the second connection 7 is provided downstream of the first one-way valve 26.
  • the battery string 19 can optionally be connected to a point in the motor circuit 3 that is downstream of the cooler 6 and upstream of the motor circuit pump 9.
  • a circulation line 28 is provided, which leads from the second connection 7 back to the battery string 19 to a point between the first connection 4 and the chiller 21, in particular between the first connection 4 and the electrical heater 20.
  • a third connection 29 is provided, which connects the battery string 19 at a point between the chiller 21 and the battery pump 22 with a point in the motor circuit 3 downstream of the first connection 4 and upstream of the cooler 6.
  • the third connection includes a connecting line 30 without a valve, but a valve could also be provided.
  • a first cooler bypass 31 can be formed via the third connection 29, the battery pump 22, the battery bypass valve 23, the battery bypass 25 and the second connection 7, which is indicated by a dash-dot line .
  • a second cooler bypass 32 is provided, which in the exemplary embodiment shown is designed as a line that is free of heat sources or heat sinks.
  • the second cooler bypass 32 leads from a point in the engine circuit 3 downstream of the first connection 4 and upstream of the cooler 6, more precisely from a point in the engine circuit 3 downstream of the third connection 29 and upstream of the cooler 6 to the second connection 7.
  • the first valve device 5 is a proportional valve with the following four basic positions:
  • the second valve device 8 is a proportional valve with the following three basic positions:
  • a first switching position which is shown in FIG. 1, in which coolant from the battery string 19 is completely directed to the motor circuit pump 9.
  • the circulation line 28, the second cooler bypass 32 and a branch of the motor circuit 3 coming from the cooler 6 are blocked at the second connection 7.
  • a second switching position in which the coolant flow coming from the battery strand 19 is completely directed into the circulation line 28, so that a ring-like battery cooling circuit 33 (marked by a dash-colon line) is formed, in which the components of the battery string 19 can flow through coolant in series and in the form of a ring-like circuit.
  • the coolant flow coming from the cooler 6 is completely routed to the motor circuit pump 9.
  • the second cooler bypass 32 is blocked at the second connection 7.
  • a third switching position in which the coolant flow coming from the battery strand 19 is completely directed into the circulation line 28, so that the battery cooling circuit 33, which can flow through in a ring, is formed.
  • the coolant flow coming from the second cooler bypass 32 is completely directed to the motor circuit pump 9.
  • the coolant flow coming from the cooler 6 is blocked at the second connection 7.
  • a temperature sensor 34 is provided between the second connection 7 and the motor circuit pump 9, a temperature sensor 35 in the connecting line 30 and a temperature sensor 36 between the battery pump 22 and the battery bypass valve 23.
  • FIG. 2 shows a temperature control circuit 101 according to a second exemplary embodiment of the invention.
  • This temperature control circuit 101 differs from the temperature control circuit 1 from FIG. 1 only in that it has a modified expansion tank line 115. This has the expansion tank 16 and branches off from the cooler 6. At a point downstream of the second connection 7 and upstream of the motor circuit pump 9, the expansion tank line 115 flows back into the motor circuit 3.
  • the temperature control circuit 101 corresponds to the temperature control circuit 1, which is why reference is made to its description in order to avoid repetitions.
  • FIG. 3 shows a temperature control circuit 201 according to a third exemplary embodiment of the invention.
  • This temperature control circuit 201 differs from the temperature control circuit 1 from FIG. 1 only in that the one-way valve 26 is omitted and instead a one-way valve 37 is arranged in the circulation line 28, which only allows a flow of coolant from the second connection 7 to the point between the first connection 4 and the chiller 21 allows.
  • the temperature control circuit 201 corresponds to the temperature control circuit 1, which is why reference is made to its description in order to avoid repetitions.
  • FIG. 4 shows a temperature control circuit 301 according to a fourth exemplary embodiment of the invention.
  • This temperature control circuit 301 differs from the temperature control circuit 101 from FIG. 2 only in that the temperature sensors 34 and 35 are omitted. Instead, a temperature sensor 38 is provided between the motor circuit pump 9 and the drive parallel circuit, i.e. downstream of the motor circuit pump 9 and upstream of the drive parallel circuit. In addition, a temperature sensor 39 is provided, which is provided in the motor circuit 3 at a point downstream of the branch of the second cooler bypass 32 and upstream of the cooler 6.
  • FIG. 5 shows a temperature control circuit 401 according to a fifth exemplary embodiment of the invention.
  • This temperature control circuit 401 differs from the temperature control circuit 301 from FIG. 4 in that at the second connection 7 instead of the second valve device 8 in the form of a 5/3-way valve in the fifth exemplary embodiment there is a second valve device 408 in the form of a 5/4-way -Valve is provided. This means that the one-way valve 26 of the fourth exemplary embodiment can be omitted.
  • the second valve device 408 is a proportional valve with the following four basic positions:
  • the temperature control circuit 401 corresponds to the temperature control circuit 301, which is why reference is made to its description in order to avoid repetitions.
  • FIGS. 6 to 16 Various operating states are shown in FIGS. 6 to 16, all of which are applicable to the above exemplary embodiments.
  • coolant flows through the coolant strands shown as solid lines, i.e. coolant is in motion relative to the strands.
  • coolant there is no flow through the coolant strands shown with dashed lines or the coolant is stationary in these strands compared to the strands.
  • a first operating state based on the temperature control circuit 201 is shown in FIG.
  • the first valve device 5 is in its first switching position
  • the second valve device 8 is in its first switching position
  • the motor circuit pump 9 is active
  • the battery pump 22 is active.
  • the capacitor 18 and the drive parallel circuit are connected in parallel to one another.
  • This capacitor drive parallel connection is in series with the first valve device 5, the battery pump 22 and the bypass battery parallel connection.
  • the chiller 21 is bypassed.
  • the second valve device 8 and the motor circuit pump 9 connect in series downstream.
  • the battery string 19 is blocked on the first valve device 5.
  • the flow through the circulation line 28, the second cooler bypass 32 and the cooler 6 is also blocked.
  • This operating state can be used, for example, in a warm-up phase in order to warm up the drive motors 10, 11 to an operating temperature using waste heat from the traction battery 24 (for example after a stationary charging process).
  • This operating state can also be used to heat the traction battery 24 at cold outside temperatures using waste heat from the drive motors 10, 11 (while driving) and/or the capacitor 18.
  • Flow ratio between traction battery 24 and battery bypass 25 can be adjusted via the battery valve 23.
  • a second operating state is shown in FIG. 7 using the temperature control circuit 1.
  • This operating state differs from the operating state from FIG. 7 only in that the capacitor string 17 is blocked in the second operating state.
  • the temperature control circuit 1 is not in heat exchange with the refrigeration circuit 2 either via the chiller 21 or via the condenser 18.
  • FIG. 1 A third operating state, based on the temperature control circuit 201, is shown in FIG.
  • the first valve device 5 is in its first switching position
  • the second valve device 8 is in its third switching position
  • the motor circuit pump 9 is active
  • the battery pump 22 is active.
  • the capacitor 18 and the drive parallel circuit are connected in parallel to one another.
  • This capacitor-drive parallel connection is in series with the second cooler bypass 32 and the motor circuit pump 9, through which flow occurs in a closed circuit. The flow through the cooler 6 is blocked.
  • the battery circuit 33 is formed without a significant exchange of coolant with the engine circuit 3, i.e. the battery circuit 33 is separated from the engine circuit 3 at the first and second connections 4 and 7. Essentially no coolant exchange takes place at the third connection 29.
  • This operating state can be used, for example, in a warm-up phase in order to heat the drive motors 10, 11 as quickly as possible with their own heat plus thermal energy from the capacitor 18.
  • thermal energy is prevented from being released into the environment but instead remaining in the motor circuit 3.
  • the traction battery can be heated by means of the electric heater 20 or thermal energy can be supplied to the refrigeration circuit 2 via the chiller 21 for heating a vehicle passenger compartment via the refrigeration circuit 2.
  • FIG. 1 A fourth operating state, based on the temperature control circuit 1, is shown in FIG.
  • the first valve device 5 is in its first switching position
  • the second valve device 8 is in its second switching position and the motor circuit pump 9 is active and the battery pump 22 is active.
  • the capacitor 18 and the drive parallel circuit are connected in parallel to one another.
  • This capacitor-drive parallel connection is in series with the cooler 6 and the motor circuit pump 9, which flow through in a closed circuit. The flow through the second cooler bypass 32 is blocked.
  • the battery circuit 33 is formed without a significant exchange of coolant with the engine circuit 3, i.e. the battery circuit 33 is separated from the engine circuit 3 at the first and second connections 4 and 7. Essentially no coolant exchange takes place at the third connection 29.
  • This operating state can be used, for example, to cool the drive motors 10, 11 via the cooler 6 if waste heat is to be dissipated into the environment.
  • the traction battery can be heated simultaneously and separately using the electric heater 20.
  • FIG. 10 shows a fifth operating state based on the temperature control circuit 1. This operating state differs from the operating state from FIG. 8 only in that in the fifth operating state the first Valve device 5 is in its second switching position, whereby the capacitor string 17 is blocked.
  • FIG. 9 A sixth operating state, based on the temperature control circuit 1, is shown in FIG. This operating state differs from the operating state from FIG. 9 only in that in the fifth operating state the first valve device 5 is in its second switching position, whereby the capacitor string 17 is blocked.
  • a seventh operating state, based on the temperature control circuit 1, is shown in FIG.
  • the first valve device 5 is in its third switching position
  • the second valve device 8 is in its first switching position
  • the motor circuit pump 9 is active
  • the battery pump 22 is active.
  • the capacitor string 17 is blocked.
  • the drive parallel connection, the battery string 19, the second valve device 8 and the motor circuit pump 9 are connected in series to form a closed flow-through circuit.
  • the traction battery 24 or the vehicle passenger compartment can be heated via the chiller 21 using waste heat from the drive motor 10, for example while driving in cold ambient conditions.
  • FIG. 13 shows an eighth operating state based on the temperature control circuit 1.
  • This operating state differs from the operating state from Figure 12 only in that in the eighth operating state the first valve device 5 is in its fourth switching position, whereby the capacitor 18 and the drive parallel circuit are parallel to one another are switched.
  • This capacitor-drive parallel connection is in series with the battery string 19 etc. as described in Figure 12.
  • FIG. 1 A ninth operating state, based on the temperature control circuit 1, is shown in FIG.
  • the first valve device 5 is in its fourth switching position
  • the second valve device 8 is in its third switching position
  • the motor circuit pump 9 is active and the battery pump 22 is not active.
  • the capacitor 18 and the drive parallel circuit are connected in parallel to one another.
  • This capacitor drive parallel connection, the first valve device 5, the electric heater 20, the chiller 21, the third connection 29, the second cooler bypass 32, the second valve device 8 and the motor circuit pump 9 are connected in series and form a closed circuit circuit off. The flow through the bypass battery parallel connection, the cooler 6 and the circulation line 28 are blocked.
  • This operating state is used primarily when cooling or heating the traction battery 24 is not required and waste heat from the capacitor 18 and/or the drive motor 10 is to be used to heat the vehicle passenger compartment (via the chiller 21).
  • the second cooler bypass 32 the waste heat from the capacitor-drive parallel connection is kept in the temperature control circuit 1 and is not released into the environment.
  • FIG. 1 A tenth operating state, based on the temperature control circuit 1, is shown in FIG.
  • the first valve device 5 is in its third switching position
  • the second valve device 8 is in its second switching position
  • the motor circuit pump 9 is active and the battery pump 22 is not active.
  • the capacitor string 17 is blocked.
  • the drive parallel connection, the first valve device 5, the electric heater 20, the chiller 21, the third connection 29, the cooler 6, the second valve device 8 and the motor circuit pump 9 are connected in series and form one closed circuit. Flow through the second cooler bypass 32, the bypass battery parallel connection and the circulation line 28 is blocked.
  • This operating state therefore differs from the operating state from FIG. 14 only in that in the operating state from FIG. 15 the flow flows through the cooler 6 and the second cooler bypass 32 is not used. This operating state is therefore used when thermal energy is to be released to the environment via the cooler 6 because there is an excess of thermal energy in the temperature control circuit 1.
  • the 16 shows an eleventh operating state based on the temperature control circuit 1.
  • the first valve device 5 is in its third switching position
  • the second valve device 8 is in its second switching position
  • the motor circuit pump 9 is active and the battery pump 22 is active.
  • the capacitor string 17 is blocked.
  • the drive parallel connection, the first valve device 5, the electric heater 20, the chiller 21, the third connection 29, the cooler 6, the second valve device 8 and the motor circuit pump 9 are connected in series and form a closed circuit. This circuit is connected to the simultaneously formed battery circuit 33 at the junction of the circulation line 28 and at the third connection 29.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Thermomanagementsystem für ein Kraftfahrzeug, mit einem Antriebsmotor (10), einer ersten Verbindung (4) aufweisend einer ersten Ventileinrichtung (5), einem Kühler (6), einer zweiten Verbindung (7) aufweisend einer zweiten Ventileinrichtung (8), einer Motorkreis-Pumpe (9), einem Chiller (21) und einer Traktionsbatterie (24). Die zweite Ventileinrichtung ist so verschaltbar, dass neben einem ersten Kühler- Bypass (31) auch ein zweiter Kühler-Bypass (32) ausbildbar ist. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit solch einem Thermomanagementsystem.

Description

Thermomanagementsystem für ein Kraftfahrzeug und Kraftfahrzeug mit einem solchen
Die Erfindung betrifft ein Thermomanagementsystemf mit einem Temperierkreislauf und einem mit diesem zusammenwirkenden Kältekreislauf. Das Thermomanagementsystem dient zur Temperierung von Fahrzeugkomponenten sowie zur Temperierung eines Fahrzeuginsassenraums. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit solch einem Thermomanagementsystem.
Die nicht veröffentlichte deutsche Patentanmeldung 10 2021 127 770.1 ist auf ein Thermomanagementsystem gerichtet. Sollte in diesem Thermomanagementsystem, siehe beispielsweise Fig. 22, eine schnelles Aufheizen von einem oder mehreren Antriebsmotoren 35 gewünscht sein, dann kann ein Temperierkreislauf ausgebildet werden, bei dem der Kühler 32 umgangen wird, so dass die Wärme im Temperierkreislauf verbleibt. Diese Umgehung des Kühlers 32 kann erreicht werden, indem über eine Verbindungsleitung 56, eine Batterie-Pumpe 43, eine Batterie-Bypassleitung 54 und ein Ventil 141 eine Umgehung des Kühlers 32 ausgebildet wird. Jedoch hat sich dabei gezeigt, dass während dieser Aufwärmphase wenig Wärmeenergie für eine Fahrzeuginsassenraumheizung zur Verfügung steht, weil die Antriebsmotoren 35 aufgrund ihrer hohen thermischen Masse sehr viel Wärmeenergie aufnehmen können, die dann nicht mehr für eine Fahrzeuginsassenraumheizung zur Verfügung stehen kann. Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung den vorstehend genannten Nachteil zumindest teilweise zu lösen. Diese Aufgabe wird durch ein Thermomanagementsystem gemäß Anspruch 1 sowie ein Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 8 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Thermomanagementsystem für ein Kraftfahrzeug bereitgestellt, mit einen Motorkreis in dem zumindest ein Antriebsmotor, eine erste Verbindung bzw. ein erster Knotenpunkt, ein Kühler, eine zweite Verbindung bzw. ein zweiter Knotenpunkt und eine Motorkreis-Pumpe seriell angeordnet sind; einem Batterie-Strang aufweisend einen Chiller und seriell dazu eine Bypass- Batterie-Parallelschaltung mit einer Traktionsbatterie und einem dazu parallelen Batterie-Bypass, wobei der Chiller fluidisch vom Batterie-Strang getrennt von einem Kältekreislauf durchströmbar ist; wobei die erste Verbindung in dem Motorkreis stromabwärts des Antriebsmotors und stromaufwärts des Kühlers angeordnet ist und an der ersten Verbindung mittels einer ersten Ventileinrichtung Kühlmittel wahlweise in den Batterie- Strang einleitbar ist; wobei die zweite Verbindung stromabwärts des Kühlers und stromaufwärts des Antriebsmotors angeordnet ist und an der zweiten Verbindung eine zweite Ventileinrichtung angeordnet ist mittels der wahlweise Kühlmittel zum Antriebsmotor leitbar ist und/oder der Chiller und die Traktionsbatterie zu einem ringartigen Batteriekreislauf verschaltbar sind, und einer dritten Verbindung zwischen dem Batterie-Strang und dem Motorkreis, wobei im Batterie-Strang zwischen der ersten Verbindung und dritten Verbindung der Chiller angeordnet ist, wobei über die dritte Verbindung, den Batterie-Bypass und die zweite Verbindung ein erster Kühler-Bypass ausbildbar ist. Ferner hat das Thermomanagementsystem einen zweiten Kühler-Bypass, der stromabwärts des Antriebsmotors und stromaufwärts des Kühlers vom Motorkreis abzweigt und stromabwärts des Kühlers und stromaufwärts des Antriebsmotors in den Motorkreis mündet. Dies hat den Vorteil, dass durch den zweiten Kühler-Bypass eine für den Antriebsmotor eigene Umgehungsmöglichkeit des Kühlers geschaffen wird, die besonders vorteilhaft für einen schnellen Aufwärmbetrieb des Antriebsmotors ist, weil ein Kreislauf geschaffen wird, in dem eine Selbstaufheizung des Antriebsmotors möglich ist, während die Wärmeenergie des Antriebsmotors in diesem Kreislauf gehalten und nicht an die Umgebung abgegeben wird. Dies kann verstärkt werden, indem der zweite Kühler-Bypass mit im Vergleich zum ersten Kühler-Bypass kleinerem Strömungsquerschnitt konzipiert wird, so dass das zirkulierte Kühlmittel noch schneller aufheizt. Außerdem ist es dadurch möglich, den ersten Kühler- Bypass anderweitig zu nutzen, beispielsweise zum Ausbilden eines Batteriekreislaufs zum Heizen eines Fahrzeuginsassenraums mittels eines im Batteriekreislauf befindlichen elektrischen Heizers.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im Batterie- Strang ein elektrischer Heizer angeordnet. Mit diesem lässt sich Heizenergie erzeugen, wenn die Abwärme von Wärmequellen, wie beispielsweise der Antriebsbatterie oder der Antriebsmotoren nicht ausreicht.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der zweite Kühler-Bypass frei von Wärmesenken oder Wärmequellen. Anders ausgedrückt handelt es sich beim zweiten Kühler-Bypass ausschließlich um eine Leitung in Form eines Schlauchs, einer Rohrleitung oder eines Durchgangs in einem Materialblock oder dergleichen.
Insbesondere mündet der zweite Kühler-Bypass in die zweite Verbindung.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im Batterie- Strang ferner eine Batterie-Pumpe angeordnet. Damit steht eine zweite Kühlmittel-Pumpe bereit, so dass zwei voneinander unabhängige Kreisläufe ausgebildet werden können. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Thermomanagementsystem ferner ausgestattet mit einem Kondensatorstrang, der zwischen der zweiten Verbindung und der ersten Verbindung verläuft, wobei der Kondensatorstrang einen Kondensator aufweist und der Kondensator, fluidisch vom Kondensatorstrang getrennt, auch von dem Kältekreislauf durchströmbar ist. Durch diese Einbindung des flüssigkeitsgekühlten Kondensators ist eine Beheizung der Traktionsbatterie, unter Umgehung des Kühlers, möglich.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die zweite Ventileinrichtung zumindest drei Schaltstellungen auf, wobei in einer ersten Schaltstellung der Batterie-Strang mit dem Antriebsmotor seriell verschaltet ist, und in einer zweiten Schaltstellung der Chiller und die Bypass-Batterie- Parallelschaltung zu dem ringartig geschlossenen Batteriekreislauf verschaltbar sind und der zweite Kühler-Bypass gesperrt ist, und in einer dritten Schaltstellung der Chiller und die Bypass-Batterie-Parallelschaltung zu dem ringartig geschlossenen Batteriekreislauf verschaltbar sind und der zweite Kühler-Bypass seriell mit dem Antriebsmotor verschaltet ist.
Darüber hinaus stellt die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Thermomanagementsystem bereit.
Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben. In diesen Zeichnungen ist Folgendes dargestellt:
Figur 1 zeigt einen Temperierkreislauf gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Figur 2 zeigt einen Temperierkreislauf gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung; Figur 3 zeigt einen Temperierkreislauf gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Figur 4 zeigt einen Temperierkreislauf gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Figur 5 zeigt einen Temperierkreislauf gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Figur 6 zeigt einen ersten Betriebszustand des Thermomanagementsystems;
Figur 7 zeigt einen zweiten Betriebszustand des Thermomanagementsystems;
Figur 8 zeigt einen dritten Betriebszustand des Thermomanagementsystems;
Figur 9 zeigt einen vierten Betriebszustand des Thermomanagementsystems;
Figur 10 zeigt einen fünften Betriebszustand des Thermomanagementsystems;
Figur 11 zeigt einen sechsten Betriebszustand des Thermomanagementsystems;
Figur 12 zeigt einen siebten Betriebszustand des Thermomanagementsystems;
Figur 13 zeigt einen achten Betriebszustand des Thermomanagementsystems; Figur 14 zeigt einen neunten Betriebszustand des Thermomanagementsystems;
Figur 15 zeigt einen zehnten Betriebszustand des Thermomanagementsystems, und
Figur 16 zeigt einen elften Betriebszustand des Thermomanagementsystems.
Figur 1 zeigt einen Temperierkreislauf 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dieser kann in einem nicht dargestellten elektrifizierten Kraftfahrzeug, insbesondere einem Personenkraftwagen, installiert sein. Dabei wirkt der Temperierkreislauf 1 mit einem Kältekreislauf 2 zusammen, der in Fig. 1 nur angedeutet ist. Im Detail kann für den Kältekreislauf 2 beispielsweise einer der aus der DE 10 2021 117 787 A1 bekannten Kältekreisläufe oder ein ähnlicher Kältekreislauf verwendet werden.
Der Temperierkreislauf 1 umfasst einen Motorkreis 3, in dem eine erste Verbindung 4 in Form einer ersten Ventileinrichtung 5, ein Kühler 6, eine zweite Verbindung 7 in Form einer zweiten Ventileinrichtung 8, eine Motorkreis-Pumpe 9 sowie eine Antriebs-Parallelschaltung aus einem ersten Antriebsmotor 10, einem optionalen, zweiten Antriebsmotor 11 und einer ersten Leistungselektronikkomponente 12 seriell angeordnet sind, so dass bei entsprechender Durchschaltung der ersten und zweiten Ventileinrichtung 5, 8 diese Komponenten einen geschlossenen Kreislauf ausbilden, in dem bei aktivierter Motorkreis-Pumpe 9 Kühlmittel zirkulierbar ist, bei dem es sich beispielsweise um ein mit Additiven versetztes Wasser handelt.
Dem ersten Antriebsmotor 10 ist seriell eine zweite Leistungselektronikkomponente 13 vorgeschaltet. Somit umfasst die Antriebs-Parallelschaltung den ersten Antriebsmotor 10, den optionalen zweiten Antriebsmotor 11 , die Leistungselektronikkomponente 12 sowie die Leistungselektronikkomponente 13. Der Antriebsmotor 10 und die Leistungselektronikkomponente 13 sind seriell zueinander angeordnet. Diese Seriellschaltung, der optionale zweite Antriebsmotor 11 sowie die Leistungselektronikkomponente 12 sind zueinander parallel geschaltet. Bei der ersten und zweiten Leistungselektronikkomponente 12, 13 kann es sich jeweils um eine Komponente aus beispielsweise einem fahrzeuginternen Ladegerät, einem Inverter, einem DC-DC-Wandler oder einem Steuergerät handeln.
Dem Kühler 6 ist in bekannter Weise ein Lüfter 14 zugeordnet. Darüber hinaus zweigt vom Kühler 6 ein Ausgleichsbehälterstrang 15 ab, der einen Ausgleichsbehälter 16 aufweist und an einer Stelle stromabwärts des Kühlers 6 und stromaufwärts der zweiten Verbindung 7 in den Motorkreis 3 mündet.
Durch die Förderrichtung der Motorkreis-Pumpe 9 ist eine Strömungsrichtung des Kühlmittels vorgegeben.
Zwischen der zweiten Verbindung 7 und der ersten Verbindung 4 ist ein Kondensatorstrang 17 vorgesehen. Insbesondere zweigt der Kondensatorstrang 17 stromabwärts Motorkreis-Pumpe 9 vom Motorkreis 3 ab und führt zur ersten Verbindung 4. Genauer ist der Kondensatorstrang 17 am ström aufwärtigen Ende mit dem ström aufwärtigen Punkt der Antriebs- Parallelschaltung verbunden. Am stromabwärtigen Ende ist der Kondensatorstrang mit der ersten Ventileinrichtung 5 verbunden, jedoch mit einem anderen Anschlusspunkt der ersten Ventileinrichtung 5 als die Antriebs-Parallelschaltung. Im Kondensatorstrang 17 ist ein Kondensator 18 angeordnet. Der Kondensator 18 ist ein Wärmeüberträger, der von Kältemittel des Kältekreislaufs 2 und von Kühlmittel des Temperierkreislaufs 1 durchströmbar ist. Dabei sind das Kältemittel und das Kühlmittel im Kondensator 18 fluidisch voneinander getrennt und in Wärmetausch miteinander. Der Kondensator 18 ist somit ein sog. flüssigkeitsgekühlter Kondensator.
Stromabwärts des Antriebsmotors 10 ist die erste Verbindung 4 angeordnet, an der ein Batterie-Strang 19 abzweigt. Der Verlauf des Batterie-Strangs 19 ist in Fig. 1 durch eine gestrichelte Linie angedeutet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird die erste Verbindung 4 durch die erste Ventileinrichtung 5 ausgebildet, es ist jedoch zu beachten, dass dies nicht zwangsläufig so sein muss. So kann beispielsweise die erste Verbindung 4 auch einfach eine Leitungsabzweigung sein und die erste Ventileinrichtung in Form von zwei Proportional- oder Absperrventilen (eines in dem Batterie- Strang 19 und das andere stromabwärts der ersten Verbindung 4 in dem Motorkreis 3) gebildet werden.
In dem Batterie-Strang 19 sind ein elektrischer Heizer 20, ein Chiller 21 , eine Batterie-Pumpe 22, ein Batterie-Bypass-Ventil 23 sowie eine Bypass- Batterie-Parallelschaltung aus einer Traktionsbatterie 24 und einem parallelen Batterie-Bypass 25 sowie stromabwärts der Bypass-Batterie- Parallelschaltung einem ersten Einwegeventil 26 seriell angeordnet, insbesondere in der genannten Reihenfolge seriell angeordnet.
Stromabwärts der Traktionsbatterie 24 ist seriell zur Traktionsbatterie 24 und stromaufwärts der Verbindung zum Batterie-Bypass 25 ein zweites Einwegeventil 27 angeordnet. Das Einwegeventil 26 lässt nur eine Strömung in Richtung von der Batterie-Pumpe 22 hin zur zweiten Verbindung 7 zu und sperrt eine Strömung in entgegengesetzte Richtung. Das Einwegeventil 26 lässt nur eine Strömung in Richtung von der Batterie-Pumpe 22 hin zur zweiten Verbindung 7 zu und sperrt eine Strömung in entgegengesetzte Richtung.
Der Chiller 21 ist ein Wärmeüberträger, der Wärmeenergie zwischen dem Kältemittel des Kältekreislaufs 2 und dem Kühlmittel des Temperierkreislaufs 1 überträgt. Dazu durchströmen das Kältemittel und das Kühlmittel fluidisch getrennt voneinander und in Wärmetausch miteinander befindlich den Chiller 21.
Die Traktionsbatterie 24 weist eine Vielzahl von elektrochemischen Speicherzellen auf, welche elektrische Energie speichern und zumindest für einen Antrieb des Kraftfahrzeugs bereitstellen. Darüber hinaus sind die Speicherzellen und somit die Traktionsbatterie 24 wiederaufladbar. Diese Speicherzellen werden von einer Temperiereinrichtung temperiert, d.h. beheizt oder gekühlt, wozu diese Temperiereinrichtung von Kühlmittel durchströmbar ausgebildet ist.
Mit dem Batterie-Bypass-Ventil 23 kann ein von der Batterie-Pumpe 22 kommender Kühlmittelstrom wahlweise in die Batterie-Bypassleitung 25 oder durch die Traktionsbatterie 24 geführt werden. Auch Zwischenstellungen sind möglich, so dass gleichzeitig die Batterie-Bypassleitung 25 und die Traktionsbatterie 24 durchströmt werden.
Stromabwärts des ersten Einwegeventils 26 ist die zweite Verbindung 7 vorgesehen. An der zweiten Verbindung 7 ist der Batteriestrang 19 wahlweise mit einer Stelle des Motorkreises 3 verbindbar, die stromabwärts des Kühler 6 und stromaufwärts der Motorkreis-Pumpe 9 ist.
Ferner ist eine Zirkulationsleitung 28 vorgesehen, welche von der zweiten Verbindung 7 zurück zum Batterie-Strang 19 an eine Stelle zwischen der ersten Verbindung 4 und dem Chiller 21 , insbesondere zwischen der ersten Verbindung 4 und dem elektrischen Heizer 20, führt.
Darüber hinaus ist eine dritte Verbindung 29 vorgesehen, welche den Batterie-Strang 19 an einer Stelle zwischen dem Chiller 21 und der Batterie- Pumpe 22 mit einer Stelle des Motorkreises 3 stromabwärts der ersten Verbindung 4 und stromaufwärts des Kühlers 6 verbindet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst die dritte Verbindung eine Verbindungsleitung 30 ohne Ventil, es könnte jedoch auch ein Ventil vorgesehen sein.
Über die dritte Verbindung 29, die Batterie-Pumpe 22, das Batterie-Bypass- Ventil 23, den Batterie-Bypass 25 und die zweite Verbindung 7 kann ein erster Kühler-Bypass 31 ausgebildet werden, der mit einer Strich-Punkt-Linie angedeutet ist.
Erfindungsgemäß ist ein zweiter Kühler-Bypass 32 vorgesehen, der im dargestellten Ausführungsbeispiel als Leitung ausgebildet ist, die frei von Wärmequellen oder Wärmesenken ist. Der zweite Kühler-Bypass 32 führt von einer Stelle des Motorkreises 3 stromabwärts der ersten Verbindung 4 und stromaufwärts des Kühlers 6, genauer von einer Stelle des Motorkreises 3 stromabwärts der dritten Verbindung 29 und stromaufwärts des Kühlers 6 zur zweiten Verbindung 7.
Die erste Ventileinrichtung 5 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel ein Proportionalventil mit den folgenden vier Grundstellungen:
- Einer ersten Schaltstellung, die in Fig. 1 dargestellt ist, in welcher Kühlmittel aus dem Kondensatorstrang 17 und aus der Antriebs- Parallelschaltung zusammengeführt werden und unter Umgehung des Batterie-Strangs 19 weiter auf dem Motorkreis 3 hin zur dritten Verbindung 29 geführt wird. Der Batterie-Strang 19 ist in dieser ersten Schaltstellung an der ersten Verbindung 4 gesperrt.
- Einer zweiten Schaltstellung, in der sowohl der Kondensatorstrang 17 als auch der Batterie-Strang 19 gesperrt ist. Das von der Antriebs- Parallelschaltung kommende Kühlmittel wird weiter auf dem Motorkreis 3 hin zur dritten Verbindung 29 geführt wird. - Einer dritten Schaltstellung, in der sowohl der Kondensatorstrang 17 als auch die Weiterströmung im Motorkreis 3 hin zur dritten Verbindung 29 gesperrt ist. Das von der Antriebs-Parallelschaltung kommende Kühlmittel wird vollständig in den Batterie-Strang 19 geleitet.
- Einer vierten Schaltstellung, in welcher Kühlmittel aus dem Kondensatorstrang 17 und aus der Antriebs-Parallelschaltung zusammengeführt werden und vollständig in den Batterie-Strang 19 geführt wird.
Da es sich um ein Proportionalventil handelt sind Zwischenstellungen möglich, insbesondere stufenlos, so dass eine entsprechende Aufteilung zwischen diesen Grundstellungen erreicht wird.
Die zweite Ventileinrichtung 8 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel ein Proportionalventil mit den folgenden drei Grundstellungen:
- Einer ersten Schaltstellung, die in Fig. 1 dargestellt ist, in welcher Kühlmittel aus dem Batterie-Strang 19 vollständig hin zur Motorkreis- Pumpe 9 geleitet wird. Die Zirkulationsleitung 28, der zweite Kühler- Bypass 32 und ein vom Kühler 6 kommender Strang des Motorkreises 3 ist an der zweiten Verbindung 7 gesperrt.
- Einer zweiten Schaltstellung, in der der vom Batterie-Strang 19 kommende Kühlmittelstrom vollständig in die Zirkulationsleitung 28 geleitet wird, so dass ein ringartig durchström barer Batterie- Kühlkreislauf 33 (durch eine Strich-Doppelpunkt-Linie gekennzeichnet) ausgebildet wird, in dem die Komponenten des Batterie-Strangs 19 seriell und in Form eines ringartigen Kreislaufs von Kühlmittel durchströmbar sind. Der vom Kühler 6 kommende Kühlmittelstrom wird vollständig zur Motorkreis-Pumpe 9 geleitet. Der zweite Kühler- Bypass 32 wird an der zweiten Verbindung 7 gesperrt.
- Einer dritten Schaltstellung, in der der vom Batterie-Strang 19 kommende Kühlmittelstrom vollständig in die Zirkulationsleitung 28 geleitet wird, so dass der ringartig durchströmbare Batterie- Kühlkreislauf 33 ausgebildet wird. Der vom zweiten Kühler-Bypass 32 kommende Kühlmittelstrom wird vollständig zur Motorkreis-Pumpe 9 geleitet. Der vom Kühler 6 kommende Kühlmittelstrom wird an der zweiten Verbindung 7 gesperrt.
Da es sich um ein Proportionalventil handelt sind Zwischenstellungen möglich, insbesondere stufenlos, so dass eine entsprechende Aufteilung zwischen diesen Grundstellungen erreicht wird.
Ferner ist zwischen der zweiten Verbindung 7 und der Motorkreis-Pumpe 9 ein Temperatursensor 34, in der Verbindungsleitung 30 ein Temperatursensor 35 und zwischen der Batterie-Pumpe 22 und dem Batterie-Bypass-Ventil 23 ein Temperatursensor 36 vorgesehen.
Verschiedene spezifische Betriebsmodi des Temperierkreislaufs 1 werden später erläutert.
Figur 2 zeigt einen Temperierkreislauf 101 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dieser Temperierkreislauf 101 unterscheidet sich vom Temperierkreislauf 1 aus Fig. 1 nur durch einen modifizierten Ausgleichsbehälterstrang 115. Dieser weist den Ausgleichsbehälter 16 auf und zweigt vom Kühler 6 ab. An einer Stelle stromabwärts der zweiten Verbindung 7 und stromaufwärts der Motorkreis- Pumpe 9 mündet der Ausgleichsbehälterstrang 115 wieder in den Motorkreis 3 ein. Abgesehen von diesem genannten Unterschied entspricht der Temperierkreislauf 101 dem Temperierkreislauf 1 , weshalb auf dessen Beschreibung verwiesen wird, um Wiederholungen zu vermeiden.
Figur 3 zeigt einen Temperierkreislauf 201 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dieser Temperierkreislauf 201 unterscheidet sich vom Temperierkreislauf 1 aus Fig. 1 nur dadurch, dass das Einwegeventil 26 entfällt und stattdessen in der Zirkulationsleitung 28 ein Einwegeventil 37 angeordnet ist, welches nur eine Strömung von Kühlmittel von der zweiten Verbindung 7 zur Stelle zwischen der ersten Verbindung 4 und dem Chiller 21 zulässt.
Abgesehen von diesem genannten Unterschied entspricht der Temperierkreislauf 201 dem Temperierkreislauf 1 , weshalb auf dessen Beschreibung verwiesen wird, um Wiederholungen zu vermeiden.
Figur 4 zeigt einen Temperierkreislauf 301 gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dieser Temperierkreislauf 301 unterscheidet sich vom Temperierkreislauf 101 aus Fig. 2 nur dadurch, dass die Temperatursensoren 34 und 35 entfallen. Stattdessen ist ein Temperatursensor 38 zwischen der Motorkreis-Pumpe 9 und der Antriebs- Parallelschaltung, d.h. stromabwärts der Motorkreis-Pumpe 9 und stromaufwärts der Antriebs-Parallelschaltung, vorgesehen. Darüber hinaus ist ein Temperatursensor 39 vorgesehen, der im Motorkreis 3 an einer Stelle stromabwärts der Abzweigung des zweiten Kühler-Bypasses 32 und stromaufwärts des Kühlers 6 vorgesehen.
Abgesehen von diesen genannten Unterschieden entspricht der Temperierkreislauf 301 dem Temperierkreislauf 101 , weshalb auf dessen Beschreibung verwiesen wird, um Wiederholungen zu vermeiden. Figur 5 zeigt einen Temperierkreislauf 401 gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dieser Temperierkreislauf 401 unterscheidet sich vom Temperierkreislauf 301 aus Fig. 4 dadurch, dass an der zweiten Verbindung 7 anstatt der zweiten Ventileinrichtung 8 in Form eines 5/3-Wege-Ventils im fünften Ausführungsbeispiel eine zweite Ventileinrichtung 408 in Form eines 5/4-Wege-Ventils vorgesehen ist. Dadurch kann das das Einwegeventil 26 des vierten Ausführungsbeispiels entfallen.
Die zweite Ventileinrichtung 408 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel ein Proportionalventil mit den folgenden vier Grundstellungen:
- Einer ersten Schaltstellung, die der ersten Schaltstellung der zweiten Ventileinrichtung 8 entspricht.
- Einer zweiten Schaltstellung, die der dritten Schaltstellung der zweiten Ventileinrichtung 8 entspricht.
- Einer dritten Schaltstellung, die der zweiten Schaltstellung der zweiten Ventileinrichtung 8 entspricht.
- Einer vierten Schaltstellung, in der der vom Kühler 6 kommende Kühlmittelstrom vollständig zur Motorkreis-Pumpe 9 geleitet wird. Der zweite Kühler-Bypass 32 wird an der zweiten Verbindung 7 gesperrt. Außerdem werden der vom Batterie-Strang 19 kommende Kühlmittelstrom sowie die Zirkulationsleitung 28 an der zweiten Verbindung 7 gesperrt.
Da es sich um ein Proportionalventil handelt sind Zwischenstellungen möglich, insbesondere stufenlos, so dass eine entsprechende Aufteilung zwischen diesen Grundstellungen erreicht wird. Abgesehen von diesen genannten Unterschieden entspricht der Temperierkreislauf 401 dem Temperierkreislauf 301 , weshalb auf dessen Beschreibung verwiesen wird, um Wiederholungen zu vermeiden.
In den Figuren 6 bis 16 sind verschiedene Betriebszustände dargestellt, die alle auf die vorstehenden Ausführungsbeispiele anwendbar sind. In den Figuren 6 bis 16 sind jeweils die als Volllinien dargestellten Kühlmittelstränge von Kühlmittel durchströmt, d.h. Kühlmittel ist gegenüber den Strängen in Bewegung. Hingegen sind die mit gestrichelten Linien dargestellten Kühlmittelstränge nicht durchströmt bzw. das Kühlmittel befindet sich gegenüber den Strängen unbewegt in diesen Strängen.
In Figur 6 ist ein erster Betriebszustand, anhand des Temperierkreislaufs 201 , dargestellt. In diesem Betriebszustand ist die erste Ventileinrichtung 5 in ihrer ersten Schaltstellung, die zweite Ventileinrichtung 8 in ihrer ersten Schaltstellung, die Motorkreis-Pumpe 9 aktiv und die Batterie-Pumpe 22 aktiv. Dadurch sind der Kondensator 18 und die Antriebs-Parallelschaltung parallel zueinander geschaltet. Diese Kondensator-Antriebs- Parallelschaltung ist seriell zur ersten Ventileinrichtung 5, der Batterie-Pumpe 22 und der Bypass-Batterie-Parallelschaltung. Der Chiller 21 wird dabei umgangen. Stromabwärts schließt sich die zweite Ventileinrichtung 8 und die Motorkreis-Pumpe 9 seriell an. Der Batterie-Strang 19 ist an der ersten Ventileinrichtung 5 gesperrt. Die Durchströmung der Zirkulationsleitung 28, des zweiten Kühler-Bypass 32 und des Kühlers 6 ist ebenfalls gesperrt.
Dieser Betriebszustand kann beispielsweise in einer Aufwärm phase verwendet werden, um mit Abwärme der Traktionsbatterie 24 (beispielsweise nach einem stationären Ladevorgang), die Antriebsmotoren 10, 11 auf eine Betriebstemperatur aufzuwärmen. Dieser Betriebszustand kann auch dazu verwendet werden, mit einer Abwärme der Antriebsmotoren 10, 11 (während der Fahrt) und/oder des Kondensators 18 die Traktionsbatterie 24 bei kalten Außentemperaturen zu beheizen. Je nach Bedarf kann dabei ein Durchströmungsverhältnis zwischen Traktionsbatterie 24 und Batterie- Bypass 25 über das Batterie-Ventil 23 eingestellt werden.
In Figur 7 ist ein zweiter Betriebszustand, anhand des Temperierkreislaufs 1 dargestellt. Dieser Betriebszustand unterscheidet sich vom Betriebszustand aus Figur 7 nur dadurch, dass im zweiten Betriebszustand der Kondensatorstrang 17 gesperrt ist. Dadurch ist der Temperierkreislauf 1 weder über den Chiller 21 noch über den Kondensator 18 mit dem Kältekreislauf 2 im Wärmetausch befindlich.
In Figur 8 ist ein dritter Betriebszustand, anhand des Temperierkreislaufs 201 , dargestellt. In diesem Betriebszustand ist die erste Ventileinrichtung 5 in ihrer ersten Schaltstellung, die zweite Ventileinrichtung 8 in ihrer dritten Schaltstellung, die Motorkreis-Pumpe 9 aktiv und die Batterie-Pumpe 22 aktiv. Dadurch sind der Kondensator 18 und die Antriebs-Parallelschaltung parallel zueinander geschaltet. Diese Kondensator-Antriebs- Parallelschaltung ist seriell zum zweiten Kühler-Bypass 32 und der Motorkreis-Pumpe 9, die in einem geschlossenen Kreislauf durchströmt werden. Die Durchströmung des Kühlers 6 ist gesperrt.
Separat davon wird der Batteriekreislauf 33 ausgebildet ohne dass ein wesentlicher Kühlmittelaustausch mit dem Motorkreis 3 stattfindet, d.h. an der ersten und zweiten Verbindung 4 und 7 ist der Batteriekreislauf 33 vom Motorkreis 3 getrennt. An der dritten Verbindung 29 findet im Wesentlichen kein Kühlmittelaustausch statt.
Dieser Betriebszustand kann beispielsweise in einer Aufwärm phase verwendet werden, um die Antriebsmotoren 10, 11 möglichst schnell mit Eigenwärme plus Wärmeenergie vom Kondensator 18 zu erwärmen. Durch die Umgehung des Kühlers 6 wird dabei verhindert, dass Wärmeenergie an die Umgebung abgegeben wird, sondern im Motorkreis 3 verbleibt. Im Batteriekreislauf 33 kann gleichzeitig und separat davon die Traktionsbatterie mittels des elektrischen Heizers 20 beheizt werden oder dem Kältekreislauf 2 über den Chiller 21 Wärmeenergie zum Beheizen eines Fahrzeuginsassenraums über den Kältekreislauf 2 zugeführt werden.
In Figur 9 ist ein vierter Betriebszustand, anhand des Temperierkreislaufs 1 , dargestellt. In diesem Betriebszustand ist die erste Ventileinrichtung 5 in ihrer ersten Schaltstellung, die zweite Ventileinrichtung 8 in ihrer zweiten Schaltstellung sowie die Motorkreis-Pumpe 9 aktiv und die Batterie-Pumpe 22 aktiv. Dadurch sind der Kondensator 18 und die Antriebs- Parallelschaltung parallel zueinander geschaltet. Diese Kondensator- Antriebs-Parallelschaltung ist seriell zum Kühler 6 und der Motorkreis-Pumpe 9, die in einem geschlossenen Kreislauf durchströmt werden. Die Durchströmung des zweiten Kühler-Bypasses 32 ist gesperrt.
Separat davon wird der Batteriekreislauf 33 ausgebildet ohne dass ein wesentlicher Kühlmittelaustausch mit dem Motorkreis 3 stattfindet, d.h. an der ersten und zweiten Verbindung 4 und 7 ist der Batteriekreislauf 33 vom Motorkreis 3 getrennt. An der dritten Verbindung 29 findet im Wesentlichen kein Kühlmittelaustausch statt.
Dieser Betriebszustand kann beispielsweise verwendet werden, um die Antriebsmotoren 10, 11 über den Kühler 6 zu kühlen, wenn Abwärme an die Umgebung abgeführt werden soll.
Im Batteriekreislauf 33 kann gleichzeitig und separat davon die Traktionsbatterie mittels des elektrischen Heizers 20 beheizt werden.
In Figur 10 ist ein fünfter Betriebszustand, anhand des Temperierkreislaufs 1 , dargestellt. Dieser Betriebszustand unterscheidet sich vom Betriebszustand aus Figur 8 nur dadurch, dass im fünften Betriebszustand die erste Ventileinrichtung 5 in ihrer zweiten Schaltstellung ist, wodurch der Kondensatorstrang 17 gesperrt ist.
In Figur 11 ist ein sechster Betriebszustand, anhand des Temperierkreislaufs 1 , dargestellt. Dieser Betriebszustand unterscheidet sich vom Betriebszustand aus Figur 9 nur dadurch, dass im fünften Betriebszustand die erste Ventileinrichtung 5 in ihrer zweiten Schaltstellung ist, wodurch der Kondensatorstrang 17 gesperrt ist.
In Figur 12 ist ein siebter Betriebszustand, anhand des Temperierkreislaufs 1 , dargestellt. In diesem Betriebszustand ist die erste Ventileinrichtung 5 in ihrer dritten Schaltstellung, die zweite Ventileinrichtung 8 in ihrer ersten Schaltstellung, die Motorkreis-Pumpe 9 aktiv und die Batterie-Pumpe 22 aktiv. Dadurch sind der Kondensatorstrang 17 gesperrt. Die Antriebs- Parallelschaltung, der Batteriestrang 19, die zweite Ventileinrichtung 8 und die Motorkreis-Pumpe 9 sind seriell zu einem geschlossen durchström baren Kreislauf verschaltet.
Die Durchströmung des Kühlers 6, des zweiten Kühler-Bypasses 32, der Zirkulationsleitung 28 ist gesperrt.
Mit diesem Betriebszustand kann beispielsweise mit Abwärme des Antriebsmotors 10 die Traktionsbatterie 24 oder der Fahrzeuginsassenraum über den Chiller 21 beheizt werden, beispielsweise während der Fahrt bei kalten Umgebungsbedingungen.
In Figur 13 ist ein achter Betriebszustand, anhand des Temperierkreislaufs 1 , dargestellt. Dieser Betriebszustand unterscheidet sich vom Betriebszustand aus Figur 12 nur dadurch, dass im achten Betriebszustand die erste Ventileinrichtung 5 in ihrer vierten Schaltstellung ist, wodurch der Kondensator 18 und die Antriebs-Parallelschaltung parallel zueinander geschaltet sind. Diese Kondensator-Antriebs-Parallelschaltung ist seriell zum Batteriestrang 19 usw. wie in Figur 12 beschrieben.
In Figur 14 ist ein neunter Betriebszustand, anhand des Temperierkreislaufs 1 , dargestellt. In diesem Betriebszustand ist die erste Ventileinrichtung 5 in ihrer vierten Schaltstellung, die zweite Ventileinrichtung 8 in ihrer dritten Schaltstellung, die Motorkreis-Pumpe 9 ist aktiv und die Batterie-Pumpe 22 ist nicht aktiv. Dadurch sind der Kondensator 18 und die Antriebs- Parallelschaltung parallel zueinander geschaltet. Diese Kondensator- Antriebs-Parallelschaltung, die erste Ventileinrichtung 5, der elektrische Heizer 20, der Chiller 21 , die dritte Verbindung 29, der zweite Kühler-Bypass 32, die zweite Ventileinrichtung 8 und die Motorkreis-Pumpe 9 sind seriell verschaltet und bilden einen geschlossenen Kreislauf aus. Die Durchströmung der Bypass-Batterie-Parallelschaltung, des Kühlers 6 und der Zirkulationsleitung 28 sind gesperrt.
Dieser Betriebszustand wird vor allem verwendet, wenn eine Kühlung oder Beheizung der Traktionsbatterie 24 nicht erforderlich ist und eine Abwärme des Kondensators 18 und/oder des Antriebsmotors 10 zur Beheizung des Fahrzeuginsassenraums (über den Chiller 21 ) verwendet werden soll. Durch die Verwendung des zweiten Kühler-Bypasses 32 wird die Abwärme der Kondensator-Antriebs-Parallelschaltung im Temperierkreislauf 1 gehalten und nicht an die Umgebung abgegeben.
In Figur 15 ist ein zehnter Betriebszustand, anhand des Temperierkreislaufs 1 , dargestellt. In diesem Betriebszustand ist die erste Ventileinrichtung 5 in ihrer dritten Schaltstellung, die zweite Ventileinrichtung 8 in ihrer zweiten Schaltstellung, die Motorkreis-Pumpe 9 aktiv und die Batterie-Pumpe 22 nicht aktiv. Dadurch ist der Kondensatorstrang 17 gesperrt. Die Antriebs- Parallelschaltung, die erste Ventileinrichtung 5, der elektrische Heizer 20, der Chiller 21 , die dritte Verbindung 29, der Kühler 6, die zweite Ventileinrichtung 8 und die Motorkreis-Pumpe 9 sind seriell verschaltet und bilden einen geschlossenen Kreislauf aus. Eine Durchströmung des zweiten Kühler- Bypasses 32, der Bypass-Batterie-Parallelschaltung und der Zirkulationsleitung 28 ist gesperrt.
Damit unterscheidet sich dieser Betriebszustand vom Betriebszustand aus Figur 14 nur dadurch, dass im Betriebszustand aus Figur 15 der Kühler 6 durchströmt wird und der zweite Kühler-Bypass 32 nicht verwendet wird. Daher kommt dieser Betriebszustand zum Einsatz, wenn Wärmeenergie über den Kühler 6 an die Umgebung abgegeben werden soll, weil ein Wärmeenergieüberschuss im Temperierkreislauf 1 vorhanden ist.
In Figur 16 ist ein elfter Betriebszustand, anhand des Temperierkreislaufs 1 , dargestellt. In diesem Betriebszustand ist die erste Ventileinrichtung 5 in ihrer dritten Schaltstellung, die zweite Ventileinrichtung 8 in ihrer zweiten Schaltstellung, die Motorkreis-Pumpe 9 aktiv und die Batterie-Pumpe 22 aktiv. Dadurch sind der Kondensatorstrang 17 gesperrt. Die Antriebs- Parallelschaltung, die erste Ventileinrichtung 5, der elektrische Heizer 20, der Chiller 21 , die dritte Verbindung 29, der Kühler 6, die zweite Ventileinrichtung 8 und die Motorkreis-Pumpe 9 sind seriell verschaltet und bilden einen geschlossenen Kreislauf aus. Dieser Kreislauf ist an der Einmündung der Zirkulationsleitung 28 sowie an der dritten Verbindung 29 mit dem gleichzeitig ausgebildeten Batteriekreislauf 33 verbunden.
Die Durchströmung des zweiten Kühler-Bypasses 32 ist gesperrt.
Während die Erfindung detailliert in den Zeichnungen und der vorangehenden Beschreibung veranschaulicht und beschrieben wurde, ist diese Beschreibung als beispielhaft und nicht als beschränkend zu verstehen und es ist nicht beabsichtigt die Erfindung auf die offenbarten Ausführungsbeispiele zu beschränken. Die bloße Tatsache, dass bestimmte Merkmale in verschiedenen abhängigen Ansprüchen genannt sind, soll nicht andeuten, dass eine Kombination dieser Merkmale nicht auch vorteilhaft genutzt werden könnte.
Bezugszeichenliste
1 Temperierkreislauf
2 Kältekreislauf
3 Motorkreis
4 Erste Verbindung
5 Erste Ventileinrichtung
6 Kühler
7 Zweite Verbindung
8 Zweite Ventileinrichtung
9 Motorkreis-Pumpe
10 Erster Antriebsmotor
11 Zweiter Antriebsmotor
12 Erste Leistungselektronikkomponente
13 Zweite Leistungselektronikkomponente
14 Lüfter
15 Ausgleichsbehälterstrang
16 Ausgleichsbehälter
17 Kondensatorstrang
18 Kondensator
19 Batterie-Strang
20 Elektrischer Heizer
21 Chiller
22 Batterie-Pumpe
23 Batterie-Bypass-Ventil
24 Traktionsbatterie
25 Batterie-Bypass
26 Erstes Einwegeventil
27 Zweites Einwegeventil
28 Zirkulationsleitung
29 Dritte Verbindung
30 Verbindungsleitung 31 Erster Kühler-Bypass
32 Zweiter Kühler-Bypass
33 Batterie-Kühlkreislauf
34 Temperatursensor 35 Temperatursensor
36 Temperatursensor
37 Einwegeventil

Claims

Ansprüche
1. Thermomanagementsystem für ein Kraftfahrzeug, mit einen Motorkreis (3) in dem zumindest ein Antriebsmotor (10), eine erste Verbindung (4), ein Kühler (6), eine zweite Verbindung (7) und eine Motorkreis-Pumpe (9) seriell angeordnet sind; einem Batterie-Strang (19) aufweisend einen Chiller (21 ) und seriell dazu eine Bypass-Batterie-Parallelschaltung mit einer Traktionsbatterie (24) und einem dazu parallelen Batterie-Bypass (25), wobei der Chiller (21 ) fluidisch vom Batterie-Strang (19) getrennt von einem Kältekreislauf (2) durchströmbar ist; wobei die erste Verbindung (4) in dem Motorkreis (3) stromabwärts des Antriebsmotors (10) und stromaufwärts des Kühlers (6) angeordnet ist und an der ersten Verbindung (4) mittels einer ersten Ventileinrichtung (5) Kühlmittel wahlweise in den Batterie-Strang (19) einleitbar ist; wobei die zweite Verbindung (7) stromabwärts des Kühlers (6) und stromaufwärts des Antriebsmotors (10) angeordnet ist und an der zweiten Verbindung (7) eine zweite Ventileinrichtung (8; 408) angeordnet ist mittels der wahlweise Kühlmittel zum Antriebsmotor (10) leitbar ist und/oder der Chiller (21 ) und die Traktionsbatterie (24) zu einem ringartigen Batteriekreislauf (33) verschaltbar sind, und einer dritten Verbindung (29) zwischen dem Batterie-Strang (19) und dem Motorkreis (3), wobei im Batterie-Strang (19) zwischen der ersten Verbindung (4) und dritten Verbindung (29) der Chiller (21 ) angeordnet ist, wobei über die dritte Verbindung (29), den Batterie-Bypass (25) und die zweite Verbindung (7) ein erster Kühler-Bypass (31 ) ausbildbar ist, gekennzeichnet durch einen zweiten Kühler-Bypass (32), der stromabwärts des Antriebsmotors (10) und stromaufwärts des Kühlers (6) vom Motorkreis (3) abzweigt und stromabwärts des Kühlers (6) und stromaufwärts des Antriebsmotors (10) in den Motorkreis (3) mündet.
2. Thermomanagementsystem gemäß Anspruch 1 , wobei im Batterie- Strang (19) ein elektrischer Heizer (20) angeordnet ist.
3. Thermomanagementsystem gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Kühler-Bypass (32) frei von Wärmesenken oder Wärmequellen ist.
4. Thermomanagementsystem gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Kühler-Bypass (32) in die zweite Verbindung (7) mündet.
5. Thermomanagementsystem gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im Batterie-Strang (19) ferner eine Batterie-Pumpe (22) angeordnet ist.
6. Thermomanagementsystem gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit einem Kondensatorstrang (17), der zwischen der zweiten Verbindung (7) und der ersten Verbindung (4) verläuft, wobei der Kondensatorstrang (17) einen Kondensator (18) aufweist und der Kondensator (18), fluidisch vom Kondensatorstrang (17) getrennt, auch von dem Kältekreislauf (2) durchströmbar ist.
7. Thermomanagementsystem gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Ventileinrichtung (8) zumindest drei Schaltstellungen aufweist, wobei in einer ersten Schaltstellung der Batterie-Strang (19) mit dem Antriebsmotor (10) seriell verschaltet ist, und in einer zweiten Schaltstellung der Chiller (21) und die Bypass- Batterie-Parallelschaltung zu dem ringartig geschlossenen Batteriekreislauf (33) verschaltbar sind und der zweite Kühler-Bypass (32) gesperrt ist, und in einer dritten Schaltstellung der Chiller (21 ) und die Bypass-Batterie- Parallelschaltung zu dem ringartig geschlossenen Batteriekreislauf (33) verschaltbar sind und der zweite Kühler-Bypass (32) seriell mit dem Antriebsmotor (10) verschaltet ist.
8. Kraftfahrzeug mit einem Thermomanagementsystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7.
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