Beschreibung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Kühlsystem für ein Kraftfahrzeug der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art und ein Verfahren zum Betrieb eines Kühlsystems.

Derartige Kühlsysteme und Verfahren zu deren Betrieb sind aus dem Stand der Technik in zahlreichen Ausführungsvarianten bereits bekannt. Die bekannten Kühlsysteme für Kraftfahrzeuge umfassen einerseits einen Batterieteilkreislauf mit einer ersten Kühlmittelpumpe und einer Batterie und andererseits einen Heizteilkreislauf zum Beheizen einer Fahrgastzelle des Kraftfahrzeugs mit einer zweiten Kühlmittelpumpe, einem Heizluftradiator und einer Kühlmittelheizung zum Beheizen des in dem Heizteilkreislauf strömenden Kühlmittels.

Hier setzt die vorliegende Erfindung an.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kühlsystem für ein Kraftfahrzeug und ein Verfahren zum Betrieb eines Kühlsystems zu verbessern.

Diese Aufgabe wird durch ein Kühlsystem für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, dass das Kühlsystem zusätzlich einen Chillerteilkreislauf mit einem Chiller aufweist, wobei der Batterieteilkreislauf und/oder der Heizteilkreislauf und/oder der Chillerteilkreislauf wahlweise mittels eines Mehrwegeventils des Kühlsystems miteinander kühlmittelleitend verbindbar sind. Ferner wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zum Betrieb eines Kühlsystems mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung liegt insbesondere darin, dass ein Kühlsystem für ein Kraftfahrzeug und ein Verfahren zum Betrieb eines Kühlsystems verbessert sind. Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausbildung des Kühlsystems für ein Kraftfahrzeug und des Verfahrens zum Betrieb eines Kühlsystems für ein Kraftfahrzeug ist eine sehr flexible Verteilung von Wärmeströmen in einem Kühlsystem für ein Kraftfahrzeug auf konstruktiv, fertigungstechnisch, schaltungstechnisch und verfahrenstechnisch einfache Art und Weise realisierbar. Hiermit sind die Kernfunktionen des erfindungsgemäßen Kühlsystems, nämlich das Kühlen der Batterie mittels des Chillers, das Beheizen der Fahrgastzelle mittels der Kühlmittelheizung und des Heizluftradiators und das Beheizen der Batterie mittels der Kühlmittelheizung, kostengünstig und effizient umsetzbar.

Grundsätzlich ist das erfindungsgemäße Kühlsystem für ein Kraftfahrzeug nach Art, Funktionsweise, Material und Dimensionierung in weiten geeigneten Grenzen frei wählbar. Insbesondere sind das erfindungsgemäße Kühlsystem und das erfindungsgemäße Verfahren bei als Elektrofahrzeugen ausgebildeten Kraftfahrzeugen vorteilhaft einsetzbar. Unter Elektrofahrzeugen sind hier allgemein alle Kraftfahrzeuge zu verstehen, bei denen der Antrieb des Kraftfahrzeugs zumindest teilweise mittels eines batteriebetriebenen Elektromotors erfolgt. Entsprechend sind auch Kraftfahrzeuge mit sogenannten Hybridantrieben als Elektrofahrzeuge im vorgenannten Sinn zu verstehen.

Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Kühlsystems sieht vor, dass das Kühlsystem zusätzlich eine Wärmepumpe zur Klimatisierung der Fahrgastzelle aufweist, wobei der Chiller gleichzeitig als eine Komponente der Wärmepumpe ausgebildet ist. Hierdurch ist es möglich, Wärme aus der Umgebung und/oder Abwärme von dem Antriebsstrangteilkreislauf an den Fahrzeuginnenraum, also die Fahrgastzelle, zu transferieren und somit ein effizientes Heizen zu ermöglichen. Hierzu sind üblicherweise eine Vielzahl an Wärmetauschern und Kältemittelventilen notwendig. Die vorliegende Weiterbildung setzt hier an, indem das erfindungsgemäße Kühlsystem die vorgenannten Wärmepumpenfunktionen mittels des Chillers ermöglicht und dadurch Kosten und Aufwand im Kältemittelsystem der Wärmepumpe, insbesondere durch Wegfall von Komponenten bei der Wärmepumpe, reduziert. Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Kühlsystems sieht vor, dass das Mehrwegeventil als ein Fünfwegeventil ausgebildet ist, wobei der Batterieteilkreislauf mit einem ersten und einem zweiten Anschluss des Fünfwegeventils, der Heizteilkreislauf mit dem ersten und einem dritten Anschluss des Fünfwegeventils und der Chillerteilkreislauf mit einem vierten und einem fünften Anschluss des Fünfwegeventils kühlmittelleitend verbunden ist. Zum einen handelt es sich hierbei um eine nach wie vor sehr kostengünstige Variante des erfindungsgemäßen Kühlsystems. Zum anderen ist es mittels des als Fünfwegeventil ausgebildeten Mehrwegeventils möglich, die für die gewünschten Betriebsmodi erforderliche Schaltungstechnik auf konstruktiv und fertigungstechnisch besonders einfache Art und Weise in einem einzigen Mehrwegeventil zusammenzufassen.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der vorgenannten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kühlsystems sieht vor, dass der erste Anschluss des Fünfwegeventils mit einem Eingang der ersten Kühlmittelpumpe, ein Ausgang der ersten Kühlmittelpumpe mit einem Eingang der Batterie, ein Ausgang der Batterie mit dem zweiten Anschluss des Fünfwegeventils, der dritte Anschluss des Fünfwegeventils mit einem Eingang der zweiten Kühlmittelpumpe, ein Ausgang der zweiten Kühlmittelpumpe mit einem Eingang der Kühlmittelheizung, ein Ausgang der Kühlmittelheizung mit einem Eingang des Heizluftradiators, ein Ausgang des Heizluftradiators mit dem ersten Anschluss des Fünfwegeventils und dem Eingang der ersten Kühlmittelpumpe, der vierte Anschluss des Fünfwegeventils mit einem Eingang des Chillers und ein Ausgang des Chillers mit dem fünften Anschluss des Fünfwegeventils kühlmittelleitend verbunden ist. Auf diese Weise ist die Schaltungstechnik zur Realisierung der vorgenannten Kernfunktionen des erfindungsgemäßen Kühlsystems sehr einfach und damit kostengünstig umgesetzt.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der letztgenannten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kühlsystems sieht vor, dass der dritte Anschluss des Fünfwegeventils und der Eingang der zweiten Kühlmittelpumpe gemeinsam mittels eines Rückschlagventils mit dem Eingang der ersten Kühlmittelpumpe, dem ersten Anschluss des Fünfwegeventils und dem Ausgang des Heizluftradiators kühlmittelleitend verbunden sind, wobei das Rückschlagventil eine Kühlmittelströmung lediglich in Richtung des dritten Anschlusses des Fünfwegeventils und des Eingangs der zweiten Kühlmittelpumpe ermöglicht. Hierdurch ist das erfindungsgemäße Kühlsystem beispielsweise vor Trockenlauf und Druckstößen wirksam geschützt.

Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Kühlsystems sieht vor, dass das Kühlsystem zusätzlich einen Antriebsstrangteilkreislauf mit einer dritten Kühlmittelpumpe, einer Leistungselektronik, einem Elektromotor und einem Kühlluftradiator zur Kühlung des in dem Antriebsstrangteilkreislauf strömenden Kühlmittels aufweist, wobei der Antriebsstrangteilkreislauf eine Bypassleitung zu dem Kühlluftradiator umfasst, und wobei der Batterieteilkreislauf und/oder der Heizteilkreislauf und/oder der Chillerteilkreislauf und/oder der Antriebsstrangteilkreislauf wahlweise mittels des vorgenannten Mehrwegeventils und eines weiteren Mehrwegeventils des Kühlsystems miteinander kühlmittelleitend verbindbar sind. Auf diese Weise ist die Effizienz des erfindungsgemäßen Kühlsystems wesentlich verbessert. Somit ist die Erfindung sowohl in einer vorgenannten kostenreduzierten Variante wie auch in einer effizienteren Variante gemäß der vorliegenden Weiterbildung verfügbar, ohne dass hierfür das grundlegende System verändert werden müsste. Zur Überführung der kostenreduzierten Variante in die effizientere Variante des erfindungsgemäßen Kühlsystems sind lediglich geringfügige Anpassungen erforderlich.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der vorgenannten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Kühlsystems, rückbezogen auf Anspruch 1 oder 2, sieht vor, dass das Mehrwegeventil und das weitere Mehrwegeventil jeweils als ein Fünfwegeventil ausgebildet sind, wobei der Batterieteilkreislauf mit einem ersten Anschluss des weiteren Fünfwegeventils und einem zweiten Anschluss des Fünfwegeventils, der Heizteilkreislauf mit einem ersten und einem dritten Anschluss des Fünfwegeventils und einem zweiten Anschluss des weiteren Fünfwegeventils, der Chillerteilkreislauf mit einem vierten Anschluss des Fünfwegeventils und mit einem dritten Anschluss des weiteren Fünfwegeventils, der Antriebsstrangteilkreislauf mit einem fünften Anschluss des Fünfwegeventils und einem vierten und einem fünften Anschluss des weiteren Fünfwegeventils kühlmittelleitend verbunden ist. Flierdurch ist es mittels der beiden als Fünfwegeventile ausgebildeten Mehrwegeventile möglich, die für die gewünschten Betriebsmodi erforderliche Schaltungstechnik auch für die effizientere Variante des erfindungsgemäßen Kühlsystems auf konstruktiv und fertigungstechnisch besonders einfache Art und Weise zusammenzufassen.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der letztgenannten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kühlsystems sieht vor, dass der erste Anschluss des Fünfwegeventils mit dem zweiten Anschluss des weiteren Fünfwegeventils, der erste Anschluss des weiteren Fünfwegeventils mit einem Eingang der ersten Kühlmittelpumpe, ein Ausgang der ersten Kühlmittelpumpe mit einem Eingang der Batterie, ein Ausgang der Batterie mit dem zweiten Anschluss des Fünfwegeventils, der dritte Anschluss des Fünfwegeventils mit einem Eingang der zweiten Kühlmittelpumpe, ein Ausgang der zweiten Kühlmittelpumpe mit einem Eingang der Kühlmittelheizung, ein Ausgang der Kühlmittelheizung mit einem Eingang des Heizluftradiators, ein Ausgang des Heizluftradiators mit dem zweiten Anschluss des weiteren Fünfwegeventils, der vierte Anschluss des Fünfwegeventils mit einem Eingang des Chillers, ein Ausgang des Chillers mit dem dritten Anschluss des weiteren Fünfwegeventils, der vierte Anschluss des weiteren Fünfwegeventils mit einem Eingang des Kühlluftradiators, ein Ausgang des Kühlluftradiators mit einem Eingang der dritten Kühlmittelpumpe, der fünfte Anschluss des weiteren Mehrwegeventils mittels der Bypassleitung mit dem Eingang der dritten Kühlmittelpumpe, ein Ausgang der dritten Kühlmittelpumpe mit einem Eingang der Leistungselektronik, ein Ausgang der Leistungselektronik mit einem Eingang des Elektromotors, ein Ausgang des Elektromotors mit dem fünften Anschluss des Fünfwegeventils kühlmittelleitend verbunden sind. Auf diese Weise ist die Schaltungstechnik zur Realisierung der effizienteren Variante des erfindungsgemäßen Kühlsystems sehr einfach und damit kostengünstig umgesetzt.

Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Kühlsystems gemäß Anspruch 8 sieht vor, dass der dritte Anschluss des Fünfwegeventils und der Eingang der zweiten Kühlmittelpumpe gemeinsam mittels eines Rückschlagventils mit dem zweiten Anschluss des weiteren Fünfwegeventils und des Ausgangs des Heizluftradiators kühlmittelleitend verbunden sind, wobei das Rückschlagventil eine Kühlmittelströmung lediglich in Richtung des dritten Anschlusses des Fünfwegeventils und des Eingangs der zweiten Kühlmittelpumpe ermöglicht. Hierdurch ist das erfindungsgemäße Kühlsystem gemäß der effizienteren Variante, analog zu der kostenreduzierten Variante, beispielsweise vor Trockenlauf und Druckstößen wirksam geschützt.

Grundsätzlich ist das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb eines Kühlsystems für ein Kraftfahrzeug ebenfalls in weiten geeigneten Grenzen frei wählbar.

Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass in Abhängigkeit des mittels des Mehrwegeventils und des weiteren Mehrwegeventils eingestellten Betriebsmodus des Kühlsystems gleichzeitig zum einen der Batterieteilkreislauf mit dem Chillerteilkreislauf und zum anderen der Antriebsstrangteilkreislauf mit dem Heizteilkreislauf kühlmittelleitend verbunden sind, bevorzugt, dass das in dem Antriebsstrangteilkreislauf strömende Kühlmittel durch den Kühlluftradiator strömt und/oder, dass das in dem Heizteilkreislauf strömende Kühlmittel teilweise oder vollständig mittels einer weiteren Bypassleitung des Kühlsystems zu der Kühlmittelheizung und dem Heizluftradiator im Bypass geführt wird. Auf diese Weise ist ein erster Betriebsmodus realisierbar, in dem der Batterieteilkreislauf und der Chillerteilkreislauf sowie der Antriebsstrangteilkreislauf und der Heizteilkreislauf jeweils verbunden sind. Der erste Betriebsmodus ist von Vorteil bei sehr hohen Außentemperaturen und/oder hoher Leistungsabgabe des Antriebstrangs, da die Batterie über den Chiller unabhängig von der Umgebungstemperatur gekühlt werden kann, während die Abwärme des Antriebsstrangs über den Kühlluftradiator an die Umgebung abgegeben wird.

Ferner ist hiermit ein zweiter Betriebsmodus realisierbar, der bei moderat kalten Außentemperaturen und mittlerer Leistungsabgabe des Antriebstrangs von Vorteil ist, da hier die Abwärme des Antriebsstrangs direkt zur effizienten Erwärmung des Fahrzeuginnenraums, also der Fahrgastzelle, genutzt werden kann. Dabei wird das Mehrwegeventil dazu genutzt, um lediglich einen Teil oder den gesamten Kühlmittelstrom aus dem Antriebsstrangteilkreislauf über den Heizteilkreislauf zu leiten, also zu Erwärmen. Die Batterie kann währenddessen, sofern notwendig, über den Chiller gekühlt werden.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass in Abhängigkeit des mittels des Mehrwegeventils und des weiteren Mehrwegeventils eingestellten Betriebsmodus des Kühlsystems gleichzeitig zum einen der Batterieteilkreislauf mit dem Heizteilkreislauf und zum anderen der Antriebsstrangteilkreislauf mit dem Chillerteilkreislauf kühlmittelleitend verbunden sind, bevorzugt, dass das in dem Antriebsstrangteilkreislauf strömende Kühlmittel durch den Kühlluftradiator strömt, und/oder, dass das in dem Heizteilkreislauf strömende Kühlmittel teilweise oder vollständig mittels einer weiteren Bypassleitung des Kühlsystems zu der Kühlmittelheizung und dem Heizluftradiator im Bypass geführt wird. Flierdurch ist ein dritter Betriebsmodus realisierbar, bei dem der Batterieteilkreislauf und der Heizteilkreislauf sowie der Antriebsstrangteilkreislauf und der Chillerteilkreislauf jeweils verbunden sind. Der dritte Betriebsmodus ist von Vorteil bei geringen Außentemperaturen, also bei einem Heizbedarf für die Batterie und/oder des Fahrzeuginnenraums, also der Fahrgastzelle, da in diesem Betriebsmodus die Batterie und der Fahrzeuginnenraum über die Kühlmittelheizung erwärmt werden können. Dabei wird das Mehrwegeventil genutzt, um lediglich einen Teil des Kühlmittelstroms aus dem Batterieteilkreislauf über den Heizteilkreislauf zu leiten, also diesen zu Erwärmen.

Des Weiteren sind mittels der vorliegenden Weiterbildung der Antriebsstrangteilkreislauf und der Chillerteilkreislauf verbunden, um die Abwärme des Antriebsstrangteilkreislaufs über den Chiller an das Kühlmittel und anschließend in den Fahrzeuginnenraum, also die Fahrgastzelle, zu transferieren. Dabei wird das Kühlmittel im Chiller auf eine Temperatur heruntergekühlt, welche unterhalb der Umgebungstemperatur liegt. Infolgedessen wird das Kühlmittel beim Durchströmen des Kühlradiators auf Umgebungstemperatur wieder erwärmt, also der Umgebungsluft wird die entsprechende Wärme entzogen. Demnach ermöglicht der dritte Betriebsmodus neben dem Beheizen der Batterie und des Fahrzeuginnenraums die Nutzung der Umgebungs- und Antriebsstrangwärme in Form einer kombinierten Umgebungs- und Antriebsstrangwärmepumpe, sofern die vorliegende Weiterbildung bei einem Kühlsystem rückbezogen auf Anspruch 2, also bei einem Kühlsystem mit Wärmepumpe, Anwendung findet.

Darüber hinaus ist mittels der vorgenannten Weiterbildung ein vierter Betriebsmodus realisierbar. Dieser vierte Betriebsmodus ist von Vorteil bei sehr geringen Außentemperaturen, also bei einem Fleizbedarf für die Batterie und/oder des Fahrzeuginnenraums, also der Fahrgastzelle, da in diesem vierten Betriebsmodus die Batterie und der Fahrzeuginnenraum über die Kühlmittelheizung erwärmt werden können. Dabei wird das Mehrwegeventil dazu genutzt, um lediglich einen Teil des Kühlmittelstroms aus dem Batterieteilkreislauf über den Heizteilkreislauf zu leiten, also diesen zu Erwärmen. Des Weiteren sind der Antriebsstrangteilkreislauf und der Chillerteilkreislauf verbunden, um die Abwärme des Antriebsstrangteilkreislaufs über den Chiller an das Kühlmittel und anschließend in den Fahrzeuginnenraum zu transferieren. Im Unterschied zu dem dritten Betriebsmodus wird das Kühlmittel mittels des weiteren Mehrwegeventils an dem Kühlluftradiator vorbei durch die Bypassleitung direkt zu der dritten Kühlmittelpumpe, die der Leistungselektronik und dem Elektromotor vorgeschaltet ist, zurückgeleitet. Dies ist notwendig bei sehr geringen Umgebungstemperaturen, welche unterhalb der minimal möglichen Kühlmitteltemperatur durch den Chiller liegen und verhindert folglich eine Abgabe von Wärme aus dem Kühlmittel an die Umgebung. Demnach ermöglicht der vierte Betriebsmodus, analog zu dem dritten Betriebsmodus, neben dem Beheizen der Batterie und des Fahrzeuginnenraum die Nutzung der Antriebsstrangwärme in der Funktion einer Antriebsstrangwärmepumpe, sofern die vorliegende Weiterbildung bei einem Kühlsystem rückbezogen auf Anspruch 2, also bei einem Kühlsystem mit Wärmepumpe, Anwendung findet.

Eine andere vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass in Abhängigkeit des mittels des Mehrwegeventils und des weiteren Mehrwegeventils eingestellten Betriebsmodus des Kühlsystems gleichzeitig der Antriebsstrangteilkreislauf und der Chillerteilkreislauf, bevorzugt der Batterieteilkreislauf, der Antriebsstrangteilkreislauf und der Chillerteilkreislauf, kühlmittelleitend verbunden sind und das Kühlmittel in dem Heizteilkreislauf unabhängig von dem Batterieteilkreislauf, dem Antriebsstrangkreislauf und dem Chillerteilkreislauf umgewälzt wird. Auf diese Weise ist ein fünfter Betriebsmodus realisierbar, bei dem es keiner Temperierung der Batterie bedarf, so dass die erste Kühlmittelpumpe ausgeschaltet ist. Der Antriebsstrang erzeugt nutzbare Abwärme zwecks Temperierung des Fahrzeuginnenraums, also der Fahrgastzelle, welche über den Chiller an die Wärmepumpe, nämlich an das Kältemittelsystem der Wärmepumpe, transferiert wird. Darüber hinaus wird der Fahrzeuginnenraum über den Heizteilkreislauf mittels der Kühlmittelheizung zusätzlich erwärmt, sofern die Antriebsstrangwärme nicht ausreichend ist.

Ferner ist mittels dieser Weiterbildung ein sechster Betriebsmodus realisierbar, bei dem die Batterie über die Antriebsstrangabwärme erwärmt wird, während der Heizteilkreislauf den Fahrzeuginnenraum, also die Fahrgastzelle, mittels der Kühlmittelheizung, beispielsweise elektrisch, erwärmt.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass in Abhängigkeit des mittels des Mehrwegeventils und des weiteren Mehrwegeventils eingestellten Betriebsmodus des Kühlsystems gleichzeitig der Batterieteilkreislauf, der Chillerteilkreislauf, der Antriebsstrangteilkreislauf und der Heizteilkreislauf miteinander kühlmittelleitend verbunden sind, bevorzugt, dass das in dem Antriebsstrangteilkreislauf strömende Kühlmittel durch den Kühlluftradiator strömt, und/oder, dass das in dem Heizteilkreislauf strömende Kühlmittel teilweise oder vollständig mittels einer weiteren Bypassleitung des Kühlsystems zu der Kühlmittelheizung und dem Heizluftradiator im Bypass geführt wird. Auf diese Weise ist ein siebter Betriebsmodus realisierbar, bei dem alle Teilkreisläufe des erfindungsgemäßen Kühlsystems miteinander verbunden sind. Dabei sind zunächst der Antriebsstrangteilkreislauf und der Heizteilkreislauf über das Mehrwegeventil verbunden. Anschließend verbindet das weitere Mehrwegeventil den Heizteilkreislauf mit dem Batterieteilkreislauf. Ferner verbindet das Mehrwegeventil den Batterieteilkreislauf mit dem Chillerteilkreislauf. Schließlich verbindet das weitere Mehrwegeventil den Chillerteilkreislauf und den Antriebsstrangteilkreislauf. Der siebte Betriebsmodus ist von Vorteil bei kalten Außentemperaturen und hoher Leistungsabgabe des Antriebstrangs, da hier die Abwärme des Antriebsstrangs direkt zur effizienten Erwärmung der Batterie und des Fahrzeuginnenraums, also der Fahrgastzelle, genutzt werden kann. Dabei wird das Mehrwegeventil genutzt, um lediglich einen Teil oder den gesamten Kühlmittelstrom aus dem Antriebsstrangteilkreislauf über den Heizteilkreislauf zu leiten, also zu Erwärmen. Anschließend wird die Batterie mit der Restwärme in dem Kühlmittel geheizt.

Anhand der beigefügten, grob schematischen Zeichnung wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Dabei zeigt:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kühlsystems zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem

Verfahrensschaltbild,

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kühlsystems zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem

Verfahrensschaltbild,

Fig. 3 das zweite Ausführungsbeispiel in einem ersten Betriebsmodus,

Fig. 4 das zweite Ausführungsbeispiel in einem zweiten Betriebsmodus,

Fig. 5 das zweite Ausführungsbeispiel in einem dritten Betriebsmodus,

Fig. 6 das zweite Ausführungsbeispiel in einem vierten Betriebsmodus,

Fig. 7 das zweite Ausführungsbeispiel in einem fünften Betriebsmodus,

Fig. 8 das zweite Ausführungsbeispiel in einem sechsten Betriebsmodus und

Fig. 9 das zweite Ausführungsbeispiel in einem siebten Betriebsmodus.

In der Fig. 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kühlsystems für ein Kraftfahrzeug dargestellt. Bei dem nicht näher dargestellten Kraftfahrzeug handelt es sich um ein als Elektrofahrzeug ausgebildetes Kraftfahrzeug.

Das Kühlsystem 2 zum Umwälzen eines nicht dargestellten und als Kühlflüssigkeit ausgebildeten Kühlmittels umfasst einerseits einen Batterieteilkreislauf 4 mit einer ersten Kühlmittelpumpe 6 und einer Batterie 8 und andererseits einen Heizteilkreislauf 10 zum Beheizen einer nicht dargestellten Fahrgastzelle des Kraftfahrzeugs mit einer zweiten Kühlmittelpumpe 12, einem Heizluftradiator 14 und einer als eine elektrische PTC-Heizung ausgebildete Kühlmittelheizung 16 zum Beheizen des in dem Heizteilkreislauf 10 strömenden Kühlmittels.

Erfindungsgemäß weist das Kühlsystem 2 zusätzlich einen Chillerteilkreislauf 18 mit einem Chiller 20 auf, wobei der Batterieteilkreislauf 4 und/oder der Heizteilkreislauf 10 und/oder der Chillerteilkreislauf 18 wahlweise mittels eines Mehrwegeventils 22 des Kühlsystems 2 miteinander kühlmittelleitend verbindbar sind.

Das Kühlsystem 2 weist hier zusätzlich eine nicht näher dargestellte Wärmepumpe zur Klimatisierung der Fahrgastzelle auf, wobei der Chiller 20 gleichzeitig als eine Komponente der Wärmepumpe ausgebildet ist.

Das Mehrwegeventil 22 ist hier als ein Fünfwegeventil ausgebildet, wobei der Batterieteilkreislauf 4 mit einem ersten und einem zweiten Anschluss des Fünfwegeventils 22, der Heizteilkreislauf 10 mit dem ersten und einem dritten Anschluss des Fünfwegeventils 22 und der Chillerteilkreislauf 18 mit einem vierten und einem fünften Anschluss des Fünfwegeventils 22 kühlmittelleitend verbunden ist.

Konkret sind der erste Anschluss des Fünfwegeventils 22 mit einem Eingang der ersten Kühlmittelpumpe 6, ein Ausgang der ersten Kühlmittelpumpe 6 mit einem Eingang der Batterie 8, ein Ausgang der Batterie 8 mit dem zweiten Anschluss des Fünfwegeventils 22, der dritte Anschluss des Fünfwegeventils 22 mit einem Eingang der zweiten Kühlmittelpumpe 12, ein Ausgang der zweiten Kühlmittelpumpe 12 mit einem Eingang der Kühlmittelheizung 16, ein Ausgang der Kühlmittelheizung 16 mit einem Eingang des Heizluftradiators 14, ein Ausgang des Heizluftradiators 14 mit dem ersten Anschluss des Fünfwegeventils 22 und dem Eingang der ersten Kühlmittelpumpe 6, der vierte Anschluss des Fünfwegeventils 22 mit einem Eingang des Chillers 20 und ein Ausgang des Chillers 20 mit dem fünften Anschluss des Fünfwegeventils 22 kühlmittelleitend verbunden.

Ferner sind der dritte Anschluss des Fünfwegeventils 22 und der Eingang der zweiten Kühlmittelpumpe 12 gemeinsam mittels eines Rückschlagventils 24 mit dem Eingang der ersten Kühlmittelpumpe 6, dem ersten Anschluss des Fünfwegeventils 22 und dem Ausgang des Heizluftradiators 14 kühlmittelleitend verbunden, wobei das Rückschlagventil 24 eine Kühlmittelströmung lediglich in Richtung des dritten Anschlusses des Fünfwegeventils 22 und des Eingangs der zweiten Kühlmittelpumpe 12 ermöglicht.

Das erste Ausführungsbeispiel entspricht hier der kostenreduzierten Variante gemäß der Beschreibungseinleitung, so dass hier auf die diesbezüglichen Ausführungen in der Beschreibungseinleitung Bezug genommen wird.

Ein Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs, mit einer Leistungselektronik, einem Elektromotor und einem Kühlsystem mit einer dritten Kühlmittelpumpe, der Leistungselektronik, dem Elektromotor und einem Kühlluftradiator zur Kühlung dieses Antriebsstrangs ist mit dem Kühlsystem 2 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel nicht wirkverbunden. Dies ist in der Fig. 1 durch eine breite strichpunktierte Trennlinie verdeutlicht, wobei das Kühlsystem für den vorgenannten Antriebsstrang in der Bildebene der Fig. 1 links von der strichpunktierten Trennlinie angedeutet ist, während das Kühlsystem 2 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in der Bildebene der Fig. 1 rechts von der strichpunktierten Trennlinie dargestellt ist.

In den Fig. 2 bis 9 ist ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kühlsystems zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Gleiche oder gleichwirkende Bauteile sind mit den gleichen Bezugszeichen wie in dem ersten Ausführungsbeispiel bezeichnet. Im Unterschied zu dem ersten Ausführungsbeispiel weist das Kühlsystem 2 hier zusätzlich einen Antriebsstrangteilkreislauf 26 mit einer dritten Kühlmittelpumpe 28, einer Leistungselektronik 30, einem Elektromotor 32 und einem Kühlluftradiator 34 zur Kühlung des in dem Antriebsstrangteilkreislauf 26 strömenden Kühlmittels auf, wobei der Antriebsstrangteilkreislauf 26 eine Bypassleitung 36 zu dem Kühlluftradiator 34 umfasst, und wobei der Batterieteilkreislauf 4 und/oder der Heizteilkreislauf 10 und/oder der Chillerteilkreislauf 18 und/oder der Antriebsstrangteilkreislauf 26 mittels des vorgenannten Mehrwegeventils 22 und eines weiteren Mehrwegeventils 38 des Kühlsystems 2 wahlweise miteinander kühlmittelleitend verbindbar sind.

Das Mehrwegeventil 22 und das weitere Mehrwegeventil 38 sind hier jeweils als ein Fünfwegeventil ausgebildet, wobei der Batterieteilkreislauf 4 mit einem ersten Anschluss des weiteren Fünfwegeventils 38 und einem zweiten Anschluss des Fünfwegeventils 22, der Heizteilkreislauf 10 mit einem ersten und einem dritten Anschluss des Fünfwegeventils 22 und einem zweiten Anschluss des weiteren Fünfwegeventils 38, der Chillerteilkreislauf 18 mit einem vierten Anschluss des Fünfwegeventils 22 und mit einem dritten Anschluss des weiteren Fünfwegeventils 38, der Antriebsstrangteilkreislauf 26 mit einem fünften Anschluss des Fünfwegeventils 22 und einem vierten und einem fünften Anschluss des weiteren Fünfwegeventils 38 kühlmittelleitend verbunden ist.

Konkret sind der erste Anschluss des Fünfwegeventils 22 mit dem zweiten Anschluss des weiteren Fünfwegeventils 38, der erste Anschluss des weiteren Fünfwegeventils 38 mit einem Eingang der ersten Kühlmittelpumpe 6, ein Ausgang der ersten Kühlmittelpumpe 6 mit einem Eingang der Batterie 8, ein Ausgang der Batterie 8 mit dem zweiten Anschluss des Fünfwegeventils 22, der dritte Anschluss des Fünfwegeventils 22 mit einem Eingang der zweiten Kühlmittelpumpe 12, ein Ausgang der zweiten Kühlmittelpumpe 12 mit einem Eingang der Kühlmittelheizung 16, ein Ausgang der Kühlmittelheizung 16 mit einem Eingang des Heizluftradiators 14, ein Ausgang des Heizluftradiators 14 mit dem zweiten Anschluss des weiteren Fünfwegeventils 38, der vierte Anschluss des Fünfwegeventils 22 mit einem Eingang des Chillers 20, ein Ausgang des Chillers 20 mit dem dritten Anschluss des weiteren Fünfwegeventils 38, der vierte Anschluss des weiteren Fünfwegeventils 38 mit einem Eingang des Kühlluftradiators 34, ein Ausgang des Kühlluftradiators 34 mit einem Eingang der dritten Kühlmittelpumpe 28, der fünfte Anschluss des weiteren Mehrwegeventils 38 mittels der Bypassleitung 36 mit dem Eingang der dritten Kühlmittelpumpe 28, ein Ausgang der dritten Kühlmittelpumpe 28 mit einem Eingang der Leistungselektronik 30, ein Ausgang der Leistungselektronik 30 mit einem Eingang des Elektromotors 32, ein Ausgang des Elektromotors 32 mit dem fünften Anschluss des Fünfwegeventils 38 kühlmittelleitend verbunden.

Ferner sind der dritte Anschluss des Fünfwegeventils 22 und der Eingang der zweiten Kühlmittelpumpe 12 gemeinsam mittels des Rückschlagventils 24 mit dem zweiten Anschluss des weiteren Fünfwegeventils 38 und des Ausgangs des Heizluftradiators 14 kühlmittelleitend verbunden, wobei das Rückschlagventil 24 eine Kühlmittelströmung lediglich in Richtung des dritten Anschlusses des Fünfwegeventils 22 und des Eingangs der zweiten Kühlmittelpumpe 12 ermöglicht.

Das zweite Ausführungsbeispiel entspricht hier der effizienteren Variante gemäß der Beschreibungseinleitung, so dass hier auf die diesbezüglichen Ausführungen in der Beschreibungseinleitung Bezug genommen wird.

Im Nachfolgenden wird die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Kühlsystems und das erfindungsgemäße Verfahren gemäß dem vorliegenden ersten und zweiten Ausführungsbeispiel anhand der Fig. 1 bis 9 näher erläutert. Kühlmittelströme sind in der jeweiligen Fig. 3 bis 9 durch im Vergleich zu den übrigen Linien durchgezogene und gestrichelte Linien mit größerer Strichstärke sowie Pfeile zur Kennzeichnung der Strömungsrichtung dargestellt.

Mittels der kostenreduzierten Variante, also der Erfindung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, ist es möglich, in Abhängigkeit eines mittels des Mehrwegeventils 22 eingestellten Betriebsmodus aus einer Mehrzahl von Betriebsmodi des Kühlsystems 2 die Batterie 8 mittels des Chillers 20 zu kühlen und/oder die Fahrgastzelle mittels der Kühlmittelheizung 16 und des Heizluftradiators 14 zu beheizen und/oder die Batterie 8 mittels des Kühlmittelheizung 16 zu beheizen. Entsprechend können mittels der kostenreduzierten Variante der Erfindung, also dem ersten Ausführungsbeispiel, die Kernfunktionen des Kühlsystems 2 bei im Vergleich zum zweiten Ausführungsbeispiel geringerer Effizienz durchgeführt werden.

Zusätzlich dazu ermöglicht die effizientere Variante der Erfindung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel das Folgende:

In Abhängigkeit des mittels des Mehrwegeventils 22 und des weiteren Mehrwegeventils 38 eingestellten Betriebsmodus aus einer Mehrzahl von Betriebsmodi des Kühlsystems 2 sind gleichzeitig zum einen der Batterieteilkreislauf 4 mit dem Chillerteilkreislauf 18 und zum anderen der Antriebsstrangteilkreislauf 26 mit dem Heizteilkreislauf 10 kühlmittelleitend verbunden. Beispielsweise, indem das in dem Antriebsstrangteilkreislauf 26 strömende Kühlmittel durch den Kühlluftradiator 34 strömt und/oder, dass das in dem Heizteilkreislauf 10 strömende Kühlmittel teilweise oder vollständig mittels einer weiteren Bypassleitung 40 des Kühlsystems 2 zu der Kühlmittelheizung 16 und dem Heizluftradiator 14 im Bypass geführt wird. Siehe hierzu die Fig. 3 und 4, in denen der erste und der zweite Betriebsmodus des Kühlsystems 2 gemäß der Beschreibungseinleitung dargestellt sind.

Hierbei sei angemerkt, dass auch das Kühlsystem 2 gemäß des ersten Ausführungsbeispiels über eine weitere Bypassleitung 40 verfügt. Siehe hierzu die Fig. 1.

In Abhängigkeit des mittels des Mehrwegeventils 22 und des weiteren Mehrwegeventils 38 eingestellten Betriebsmodus des Kühlsystems 2 sind gleichzeitig zum einen der Batterieteilkreislauf 4 mit dem Heizteilkreislauf 10 und zum anderen der Antriebsstrangteilkreislauf 26 mit dem Chillerteilkreislauf 18 kühlmittelleitend verbunden, beispielsweise derart, dass das in dem Antriebsstrangteilkreislauf 26 strömende Kühlmittel durch den Kühlluftradiator 34 strömt, und/oder, dass das in dem Heizteilkreislauf 10 strömende Kühlmittel teilweise oder vollständig mittels der weiteren Bypassleitung 40 des Kühlsystems 2 zu der Kühlmittelheizung 16 und dem Heizluftradiator 14 im Bypass geführt wird. Siehe hierzu die Fig. 5 und 6, in denen der dritte und vierte Betriebsmodus des Kühlsystems 2 gemäß der Beschreibungseinleitung dargestellt sind.

Ferner sind in Abhängigkeit des mittels des Mehrwegeventils 22 und des weiteren Mehrwegeventils 38 eingestellten Betriebsmodus des Kühlsystems 2 gleichzeitig der Antriebsstrangteilkreislauf 26 und der Chillerteilkreislauf 18 oder der Batterieteilkreislauf 4, der Antriebsstrangteilkreislauf 26 und der Chillerteilkreislauf 18, kühlmittelleitend verbunden und das Kühlmittel in dem Heizteilkreislauf 10 wird unabhängig von dem Batterieteilkreislauf 4, dem Antriebsstrangkreislauf 10 und dem Chillerteilkreislauf 18 umgewälzt. Siehe hierzu die Fig. 7 und 8, in denen der fünfte und sechste Betriebsmodus des Kühlsystems 2 gemäß der Beschreibungseinleitung dargestellt sind.

Darüber hinaus sind in Abhängigkeit des mittels des Mehrwegeventils 22 und des weiteren Mehrwegeventils 38 eingestellten Betriebsmodus des Kühlsystems 2 gleichzeitig der Batterieteilkreislauf 4, der Chillerteilkreislauf 18, der Antriebsstrangteilkreislauf 26 und der Heizteilkreislauf 10 miteinander kühlmittelleitend verbunden, beispielsweise derart, dass das in dem Antriebsstrangteilkreislauf 26 strömende Kühlmittel durch den Kühlluftradiator 34 strömt, und/oder, dass das in dem Heizteilkreislauf 10 strömende Kühlmittel teilweise oder vollständig mittels der weiteren Bypassleitung 40 des Kühlsystems 2 zu der Kühlmittelheizung 16 und dem Heizluftradiator 14 im Bypass geführt wird. Siehe hierzu die Fig. 9, in der der siebte Betriebsmodus des Kühlsystems 2 gemäß der Beschreibungseinleitung dargestellt ist.

Bezüglich der vorgenannten Ausführungen hinsichtlich des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel und der genannten Betriebsmodi wird hier wiederum auf die diesbezüglichen Ausführungen in der Beschreibungseinleitung verwiesen. Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausbildung des Kühlsystems 2 und des Verfahrens zum Betrieb des Kühlsystems 2 ist eine sehr flexible Verteilung von Wärmeströmen in dem Kühlsystem 2 des Kraftfahrzeugs, nämlich des Elektrofahrzeugs, auf konstruktiv, fertigungstechnisch, schaltungstechnisch und verfahrenstechnisch einfache Art und Weise realisierbar. Hiermit sind die Kernfunktionen des Kühlsystems 2, nämlich das Kühlen der Batterie 8 mittels des Chillers 20, das Beheizen der Fahrgastzelle mittels der Kühlmittelheizung 16 und des Heizluftradiators 14 und das Beheizen der Batterie 8 mittels der Kühlmittelheizung 16, kostengünstig und effizient umsetzbar. Zusätzlich dazu ist die Effizienz des Kühlsystems 2 gemäß des zweiten Ausführungsbeispiels im Vergleich zu der Effizienz des kostengünstigeren ersten Ausführungsbeispiels wesentlich verbessert. Somit ist die Erfindung sowohl in einer kostenreduzierten Variante wie auch in einer effizienteren Variante verfügbar, ohne das hierfür das grundlegende System verändert werden müsste. Zur Überführung der kostenreduzierten Variante in die effizientere Variante des Kühlsystems 2 sind lediglich geringfügige Anpassungen erforderlich.

Die Erfindung ist jedoch nicht auf die vorliegenden Ausführungsbeispiele begrenzt. Beispielsweise ist die Erfindung auch bei anderen Arten von Kraftfahrzeugen vorteilhaft einsetzbar.

Bezugszeichenliste

2 Kühlsystem

4 Batterieteilkreislauf

6 Erste Kühlmittelpumpe

8 Batterie

10 Heizteilkreislauf

12 Zweite Kühlmittelpumpe 14 Heizluftradiator

16 Kühlmittelheizung

18 Chillerteilkreislauf

20 Chiller

22 Mehrwegeventil

24 Rückschlagventil

26 Antriebsstrangteilkreislauf 28 Dritte Kühlmittelpumpe

30 Leistungselektronik

32 Elektromotor

34 Kühlluftradiator

36 Bypassleitung

38 Weiteres Mehrwegeventil 40 Weitere Bypassleitung