Kompaktmodul zur Temperierung eines Kraftfahrzeugs

Die Erfindung betrifft ein Kompaktmodul zur Temperierung eines Kraftfahrzeugs, aufweisend einen Kältemittelkreislauf zur Führung eines Kältemittels, mit einem elektrischen Kältemittelverdichter und mit zwei Wärmetauschern sowie mit einem Expansionsventil.

Unter einer „Temperierung eines Kraftfahrzeugs“ wird hier und im Folgenden ins besondere das Thermomanagement oder die Konditionierung, also das Erwärmen oder Kühlen, von Fahrzeugkomponenten und/oder des Fahrgast- oder Fahrzeu ginnenraums verstanden.

Bei Kraftfahrzeugen ist zu Temperierung häufig ein Kältemittelkreislauf als Primär kreislauf vorgesehen, in dem ein Kältemittel als Wärmeträger geführt ist (Kältemit telkreislauf). Das Kältemittel, beispielsweise R-134a (1 ,1 ,1 ,2-Tetrafluorethan) oder R-744 (Kohlenstoffdioxid), wird an einem ersten Wärmetauscher (Verdampfer, Chiller) erwärmt und mittels eines (Kältemittel-)Verdichters beziehungsweise Kompressors verdichtet, wobei das Kältemittel anschließend über einen zweiten Wärmetauscher (Kondensator, Verflüssiger) die aufgenommene Wärme wieder abgibt, bevor es über eine Drossel (Expansionsventil, Expansionsorgan) erneut zum ersten Wärmetauscher geführt wird.

Dieser Kältemittel- oder Primärkreislauf ist regelmäßig mit einem oder mehreren Sekundärkreisläufen gekoppelt, welche typischerweise als Kühlmittelkreisläufe ausgeführt sind. In den Kühlmittelkreisläufen ist ein Kühlmittel, beispielsweise Wasser und Glykol, als Wärmeträger geführt. Die Sekundärkreisläufe sind hierbei beispielsweise an die Fahrzeugkomponenten sowie mit einer Fahrzeugklimaanla ge gekoppelt. Elektrisch beziehungsweise elektromotorisch angetriebene oder antreibbare Kraft fahrzeuge, wie beispielsweise Elektro- oder Hybridfahrzeuge, umfassen üblicher weise einen Elektromotor als elektrisches Antriebssystem, mit dem eine oder bei- de Fahrzeugachsen antreibbar sind. Zum Zwecke einer Versorgung mit elektri scher Energie ist der Elektromotor typischerweise mit einer fahrzeuginternen (Hochvolt-)Batterie als elektrischen Energiespeicher gekoppelt. Unter einer Batte rie ist hier und im Folgenden insbesondere eine wiederaufladbare, elektro chemische Sekundärbatterie, beispielsweise ein Akkumulator, zu verstehen.

Derartige Elektromotoren als elektrische Antriebsmaschinen erzeugen im Betrieb eine vergleichsweise geringe Abwärme, wodurch im Vergleich zu Verbrennungs motoren lediglich eine geringe Kühlleistung bei der Temperierung benötigt wird. Jedoch steht somit auch lediglich eine geringe Heizleistung zur Verfügung, welche für die Temperierung anderer Komponenten und/oder des Fahrzeuginnenraums nutzbar wäre. Dadurch sind beispielsweise zusätzliche elektrische Heizungen notwendig, um eine zuverlässige Temperierung des Kraftfahrzeugs zu gewährleis ten. Jede mit den Sekundärkreisläufen gekoppelte Fahrzeugkomponente kann hierbei abhängig von der Betriebssituation sowohl als eine Wärmequelle als auch als eine Wärmesenke wirken. In der Folge ist es durch ein gezieltes Beeinflussen der Wärmeträgerströme der Primär- und Sekundärkreisläufe möglich, Energieaufwen dungen für die Temperierung des Kraftfahrzeugs zu reduzieren, wodurch die Reichweite des Kraftfahrzeugs verbessert wird. Beispielsweise werden elektri schen Komponenten sowie die Batterie gekühlt und diese Wärme zur Erwärmung des Fahrgastraums genutzt.

Der Primärkreislauf und zumindest Abschnitte der Sekundärkreisläufe sind bei- spielsweise als ein sogenanntes Kompaktmodul ausführbar. Nachteiligerweise weisen solche Kompaktmodule zahlreiche Rohr- und/oder Schlauchabschnitte zur Kopplung der Komponenten des Primärkreislaufs auf, wodurch ein vergleichswei se komplexer Aufbau mit einem hohen Montageaufwand gegeben ist. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein besonders geeignetes Kompaktmo dul zur Temperierung eines Kraftfahrzeugs anzugeben. Insbesondere soll ein Montageaufwand beim Primärkreislauf, insbesondere bei der Kopplung zwischen Primär- und Sekundärkreislauf, reduziert werden.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteran sprüche.

Das erfindungsgemäße Kompaktmodul ist zur Temperierung eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines elektrisch angetriebenen oder antreibbaren Kraftfahrzeugs, wie beispielsweise einem Elektro- oder Hybridfahrzeug, vorgesehen, sowie dafür geeignet und eingerichtet. Hierzu weist das Kompaktmodul einen Kältemittelkreis lauf als Primärkreislauf auf, in welchem ein Kältemittel geführt ist. Der möglichst einfach ausgeführte Kältemittelkreislauf weist einen elektrischen Kältemittelver dichter, beispielsweise einen Scrollverdichter, und zwei Wärmetauscher sowie ein Expansionsventil auf. Die Wärmetauscher sind beispielsweise als Plattenwärme tauscher ausgeführt. Durch den einfachen Aufbau des Primärkreislaufes ist eine Minimierung der Kältemittelfüllmenge bei gegebener Leistung möglich.

Erfindungsgemäß weist das Kompaktmodul eine Kanalplatte und eine damit ge koppelte modulare Ventileinheit auf. Die Kanalplatte ist als ein etwa plattenförmi ges Bauteil mit integrierten Kanälen oder Leitungen ausgeführt. Hierbei sind Käl temittelkanäle des Kältemittelkreislaufs und Kühlmittelkanäle zur Führung eines Kühlmittels in die Kanalplatte integriert. Die Ventileinheit ist hierbei als ein An schlussbereich für Kühlmittelleitungen des Kraftfahrzeugs ausgebildet. Dadurch ist ein besonders geeignetes Kompaktmodul gebildet.

Durch die Kanalplatte ist der Montageaufwand des erfindungsgemäßen Kom paktmoduls verringert, insbesondere im Vergleich zu Modulen oder Systemen mit zahlreichen Rohr- oder Schlauchabschnitten. In einer geeigneten Ausführungsform weist die Ventileinheit eine intergierte Se kundärkreislauftopologie auf, dies bedeutet, dass die Topologie für ein Sekundär kreislaufsystem im Wesentlichen vollständig in der Ventileinheit integriert ist, so dass lediglich die Kühlmittelleitungen zu und von den Fahrzeugkomponenten an- zuschließen sind. Dadurch ist eine einfache und skalierbare bauliche Umsetzung der vorgegebenen skalierbaren Sekundärkreistopologie realisiert.

In einer vorteilhaften Weiterbildung sind der Kältemittelverdichter und die Wärme tauscher sowie das Expansionsventil an oder auf der Kanalplatte angeordnet Dadurch ist einerseits einfache und (bauraum-)kompakte Platzierung sowie ande rerseits eine dichtende Verbindung aller medienführenden Komponenten des Pri märkreislaufs auf der Kanalplatte realisiert.

Vorzugsweise ist der Kältemittelverdichter hierbei möglichst steif oder starr mit der Kanalplatte gekoppelt, so dass aufgrund des vergleichsweise hohen Baugewichts, eine Schwingungsdämpfung zur Reduzierung oder Dämpfung von im Betrieb auf tretenden Schwingungen oder Vibrationen realisiert ist. Im Montagezustand ist das Kompaktmodul vorzugsweise nachgiebig oder elastisch an eine Fahrzeugstruktur des Kraftfahrzeugs angebunden.

In einer bevorzugten Ausbildung ist die Kanalplatte stirnseitig an dem Kältemittel verdichter angeordnet. Dies bedeutet, dass der Kältemittelverdichter vorzugsweise als eine integrierte Verdichtervariante ausgeführt ist, bei welcher alle Medien schnittstellen an der Stirnseite zur Kanalplatte angeordnet sind. Dadurch ist eine bauraumkompakte Anordnung mit besonders niedrigem Montageaufwand reali siert.

In einer besonders bauraum kompakten Ausgestaltung sind der Kältemittelverdich ter und die Wärmetauscher an gegenüberliegenden Planseiten der Kanalplatte angeordnet. Vorzugsweise ist die Ventileinheit hierbei auf der Seite des Kältemit telverdichters angeordnet. Geeigneterweise sind der Kältemittelverdichter und die Ventileinheit hierbei entlang einer Flöhenrichtung gestapelt auf der Kanalplatte angeordnet. In einet denkbaren Ausführung ist mindestens eine mit den Kühlmittelkanälen ge koppelte Pumpe für die Förderung des Kühlmittels in dem Sekundärkreislaufsys tem vorgesehen, welche an der Kanalplatte, vorzugsweise auf Seiten der Wärme tauscher, angeordnet ist.

In einer geeigneten Ausführung sind die Kühlmittelkanäle und die Kältemittelkanä le der Kanalplatte kreuzungsfrei in einer Ebene geführt. Dies bedeutet, dass die Kanäle nebeneinander geführt sind, wobei lediglich die Anschlussbereiche der Kanäle aus der Ebene hinausragen. Dadurch ist eine konstruktiv besonders einfa che und einfach herstellbare Kanalplatte realisiert.

Ein zusätzlicher oder weiterer Aspekt der Erfindung sieht vor, dass die Ventilein heit eine Anzahl von stirnseitig aneinandergereihten Ventilmodulen aufweist. Vor zugsweise ist hierbei jeweils ein Ventilmodul je anzuschließender Fahrzeugkom ponente vorgesehen. Unter einem Ventilmodul wird hierbei insbesondere eine modulare Ventilbaugruppe verstanden. Dadurch ist eine einfache und aufwands reduzierte Skalierbarkeit der Ventileinheit realisiert, wodurch das Kompaktmodul in einfacher Weise flexibel an eine jeweilige Anwendungssituation anpassbar ist.

In einer geeigneten Ausgestaltung weist das oder jedes Ventilmodul zwei 3-2- Wegeventile auf, welche vorzugsweise mit zwei (einfach wirkenden) Elektromag neten umschaltbar sind. Geeigneterweise sind die Ventilkörper der beiden Wege ventile miteinander gekoppelt. Dies bedeutet, dass das Ventilmodul als ein Dop- pel-3-2-Wege-Umschaltventil ausgeführt ist.

In einer zweckmäßigen Ausbildung weist der Kältemittelverdichter eine (stirn- /verdichterkopfseitige) Mantelkühlung auf, welche mit der Kanalplatte gekoppelt ist. Die Mantelkühlung befindet sich somit insbesondere in einem direkten Aus tausch mit der Kanalplatte. Die Mantelkühlung oder Kühlmantel des Kältemittel verdichters ist insbesondere zur Kühlung oder Entwärmung einer Leistungselekt ronik und/oder eines Elektromotor und/oder eines Verdichterkopf des Kältemittel verdichters vorgesehen, sowie dafür geeignet und eingerichtet. In einer bevorzugten Anwendung ist das Kältemittel des Primärkreislaufes als ein natürliches Kältemittel, insbesondere als Propan, ausgeführt. Natürliche Kältemit tel weisen hohe thermodynamische Eigenschaften, und ein niedriges Treibhaus- potenzial auf. Natürliche Kältemittel sind weiterhin vergleichsweise kostengünstig, weisen jedoch auch eine hohe Entzündlichkeit auf, und können mit Luftsauerstoff explosionsfähige Gemische bilden.

Zum Zwecke eines verbesserten Explosionsschutzes ist in einer bevorzugten Ausgestaltung vorgesehen, dass das Kompaktmodul ein dichtes, insbesondere fluid- oder gasdichtes, Gehäuse aufweist, in welchem der Kältemittelkreislauf und die Kanalplatte sowie die Ventileinheit aufgenommen sind. Dadurch ist das Kom paktmodul, insbesondere der Kältemittel- oder Primärkreislauf, hermetisch oder halbhermetisch abgeschlossen oder gekapselt. Das Gehäuse ist hierbei vorzugs- weise nicht druckbeständig, dies bedeutet, dass das Gehäuse beispielsweise aus einem flexiblen oder elastischen Material gefertigt ist. Das Gehäuse ist hierbei ins besondere als eine Haube oder Membran oder Gewebe (Stoff) ausgeführt. Hierbei ist es beispielsweise denkbar, dass ein Formkörper oder Granulat als Raumfüller in dem Gehäuse angeordnet ist, wodurch im Fehlerfall eine explosive Atmosphäre im Gehäuse reduziert wird.

Vorzugsweise ist an einer Oberseite des Gehäuses eine Belüftungsöffnung und an einer gegenüberliegenden Unterseite eine Entlüftungsöffnung vorgesehen. Im Einbau- oder Montagezustand ist die Unterseite einem Fahrzeugboden zuge- wandt, wobei vorzugsweise ein Kanal vorgesehen ist, über welche eine Atmo sphäre im Gehäuse über die Entlüftungsöffnung sicher an die Fahrzeugumgebung abgeführt werden kann, bevor sich ein explosives oder entzündbares Gemisch innerhalb des Gehäuses ergibt. Bevorzugterweise ist hierbei ein zusätzliches Ge bläse oder ein Lüfter vorgesehen, welcher bedarfsweise einen Luftstrom von der Belüftungsöffnung zu der Entlüftungsöffnung erzeugt. Dadurch ist es möglich, das Gehäuse mit Luft „durchzuspülen“. Das Gebläse ist somit für eine kontrollierte Frischluftzufuhr vorgesehen, sowie dafür geeignet und eingerichtet. Dadurch wird eine nicht explosionsfähige Atmosphäre im Innern des Gehäuses gewährleistet. Dadurch ist ein besonders geeigneter Explosionsschutz für einen Kältemittelkreis lauf mit entzündlichem Kältemittel in Kraftfahrzeugen realisiert. Im Falle einer schweren Fahrzeug-Kollision, in welcher die Dichtheit des Primär kreislaufes negativ beeinflusst wird, soll sich das ausströmende Kältemittel nicht entzünden und stattdessen schnellstmöglich so mit der umgebenden Luft verdünnt werden, dass das Gemisch stets unter der unteren Explosionsgrenze (UEG) ist.

Um eine Zündquelle zu vermeiden, ist es vorzugsweise vorgesehen, dass elektri- sehe Aggregate im gefährdeten Bereich, insbesondere der Kältemittelverdichter, auf Basis eines Pre-Crash-Signals bereits vor der Kollision ausgeschaltet werden. Zur beschleunigten Verdünnung des ausströmenden Kältemittels und damit zur zusätzlichen Erhöhung der Sicherheit kann optional ein mit Inertgas gefüllter Kalt gasgenerator im Gehäuse vorgesehen werden.

Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 in schematischer Darstellung eine Kühlvorrichtung eines Kraftfahrzeugs, Fig. 2 in perspektivischer Darstellung ein Kompaktmodul der Kühlvorrichtung in einer ersten Ausführungsform mit Blick auf eine Oberseite,

Fig. 3 in perspektivischer Darstellung das Kompaktmodul gemäß Fig. 2 mit Blick auf eine Unterseite,

Fig. 4 in perspektivischer Darstellung das Kompaktmodul in einer zweiten Aus führungsform,

Fig. 5 in perspektivischer Darstellung eine Kanalplatte des Kompaktmoduls,

Fig. 6 in perspektivischer Darstellung eine Deckelplatte der Kanalplatte,

Fig. 7 in perspektivischer Schnittdarstellung das Kompaktmodul gemäß Fig. 4, Fig. 8 in perspektivischer Darstellung einen Kältemittelverdichter des Kompakt moduls mit Blick auf eine Stirnseite,

Fig. 9 in perspektivischer Darstellung ausschnittsweise eine Ventileinheit des Kompaktmoduls, Fig. 10 in schematischer Darstellung ein Explosionsschutz des Kompaktmoduls in einer ersten Ausführungsform, und

Fig. 11 in schematischer Darstellung den Explosionsschutz des Kompaktmoduls in einer zweiten Ausführungsform.

Einander entsprechende Teile und Größen weisen in den Figuren stets die glei chen Bezugszeichen auf.

Die Fig. 1 zeigt in schematischer und vereinfachter Darstellung eine Kühlvorrich- tung 2 eines nicht näher gezeigten Kraftfahrzeugs. Das Kraftfahrzeug ist insbe sondere ein elektrisch angetriebenes oder antreibbares Kraftfahrzeug, beispiels weise ein Elektro- oder Flybridfahrzeug, und weist einen elektromotorischen Trak tionsantrieb 4 sowie eine (Hochvolt-)Batterie 6 auf. Die Kühlvorrichtung 2 ist hier bei zur Fahrzeugtemperierung, also zur Temperierung oder Thermomanagement zumindest eines Fahrgastraums oder Fahrzeuginnenraums 8 sowie von Fahr- zeugaggregaten/-komponenten 4, 6, 10 des Kraftfahrzeugs, geeignet und einge richtet.

Die Kühlvorrichtung 2 weist eine Außenluftführung 12 sowie ein damit gekoppeltes Kompaktmodul 14 auf. Das in der Fig. 1 als Kreislaufsystem dargestellte Kom paktmodul 14 weist einen Primärkreislauf 16 und ein damit gekoppeltes Sekun därkreislaufsystem 18 auf.

Der Primärkreislauf 16 ist als ein Kältemittelkreislauf für ein Kältemittel, insbeson- dere für ein natürliches Kältemittel, wie beispielsweise Propan, ausgeführt. Hierzu weist der Primärkreislauf 16 ein elektronisches Expansionsventil 20 und einen elektrischen Kältemittelverdichter 22 sowie zwei Wärmetauscher 24, 26 auf. Der Kältemittelverdichter 22 ist beispielsweise als ein Scrollverdichter ausgeführt, und weist vorzugsweise einen Kühlmantel als Mantelkühlung 28 auf, welcher mit dem Sekundärkreislaufsystem 18 gekoppelt ist.

Das insbesondere gasförmige Kältemittel wird durch den Kältemittelverdichter 22 verdichtet (komprimiert), wobei der folgende (Hochtemperatur-)Wärmetauscher 24 unter Wärmeabgabe des Kältemittels als Kondensator oder Verflüssiger wirkt. An schließend wird das insbesondere flüssige Kältemittel aufgrund der Druckände rung über das Expansionsventil 20 entspannt. Im nachgeschalteten (Nieder- temperatur-)Wärmetauscher 26, welcher als Chiller oder Verdampfer wirkt, ver- dampft das Kältemittel unter Wärmeaufnahme bei niedriger Temperatur.

Die Wärmetauscher 24, 26 bilden die Schnittstellen mit dem als Kühlmittelkreis lauf ausgebildeten Sekundärkreislaufsystem 16. Das Kühlmittel des Sekundär kreislaufsystems 16 ist beispielsweise Wasser und/oder Glykol. Die Kühlmittellei- tungen des Wärmetauschers 24 sind an zwei als Außenwärmeübertrager ausge bildete Wärmetauscher 30, 32 der Außenluftführung 12 geführt. Von den Wärme tauschern 30,32 ist das Kühlmittel zu einem elektronischen Durchflussregelmisch ventil 34 geführt. Das Sekundärkreislaufsystem 18 weist zwei Kühlmittel- oder Sekundärkreisläufe 18a, 18b, einen mit dem Wärmetauscher 24 gekoppelten Hoch- oder Mitteltempe raturkreislauf 18a und einen mit dem Wärmetauscher 26 gekoppelten Niedertem peraturkreislauf 18b auf. Entsprechend weist das Sekundärkreislaufsystem 18 zwei Vorläufe 36, 38 und zwei Rückläufe 40, 42 auf.

Der Vorlauf 36 ist ein Hoch- oder Mitteltemperatur-Vorlauf, wobei der Rücklauf 40 der zugeordnete Hoch- oder Mitteltemperatur-Rücklauf des Kühlmittelkreislau fes 18a ist. Der Vorlauf 38 ist entsprechend ein Niedertemperatur-Vorlauf, wobei der Rücklauf 42 den zugeordnete Niedertemperatur-Rücklauf des Kühlmittelkreis- laufs 18b bildet.

Zur Förderung des Kühlmittels in den Kühlmittelkreisläufen 18a, 18b sind zwei Kühlmittelpumpen 44, 46 vorgesehen. Die Kühlmittelpumpe 44 ist als elektrische Hoch- oder Mitteltemperatur-Kühlmittelpumpe ausgeführt, welche das Kühlmittel vom Rücklauf 40 zu dem Wärmetauscher 24 fördert. Die Kühlmittelpumpe 46 ist entsprechend als eine elektrische Niedertemperatur-Kühlmittelpumpe ausgeführt, welche das Kühlmittel aus dem Rücklauf 42 in Richtung des Wärmetauschers 26 fördert. An dem Sekundärkreislaufsystem 18, beziehungsweise an die Vor- und Rück läufe 36, 38, 40, 42 sind die zu temperierenden Aggregate oder Komponenten 4,

6, 8, 10 des Kraftfahrzeugs angeschlossen. Zusätzlich zu dem Traktionsantrieb 4 und der Batterie 6 sind in diesem Ausführungsbeispiel ein Kühlmittelwärmespei cher 10 als thermische Batterie, und ein Kühlungswärmeüberträger 48 sowie ein Heizungswärmeüberträger 50 und ein beispielsweise als Dachhimmel ausgeführ tes Flächentemperierelement 52 zur Temperierung des Fahrzeuginnenraums 8 an den Kühlmittelkreislauf 18 angeschlossen.

Der Traktionsantrieb 4 weist beispielsweise einen elektrischen Bremswiderstand, einen Inverter (Wechselrichter) und eine Ladeeinrichtung auf. Der Kühlmittel wärmespeicher 10, die Batterie 8 sowie das Flächentemperierelement 52 und der Fahrzeuginnenraum 8 weisen hierbei vorzugsweise jeweils eine wärmetechnische Isolation hoher Güte auf. Die Wärmeübertrager 48, 50 sind mit einem Heiz- oder Klimagebläse 54 gekoppelt. Die Wärmeübertrager 48, 50 und das Klimagebläse 54 sind vorzugsweise Teil eines Klimageräts 56 des Kraftfahrzeugs.

Zur Kopplung der Komponenten 4, 6, 10, 48, 52 an die Vor- und Rückläufe 36, 38, 40, 42 des Sekundärkreislaufsystems 18 sind jeweils Umschaltventile 58, ins besondere elektrische Doppel-3-/2-Wege-Umschaltventile, vorgesehen. Der Hei zungswärmetäuscher 50 ist direkt mit dem Vor- und Rücklauf 36, 40 gekoppelt. Zwischen den Komponenten 4,10, 48, 52 und den an die Rückläufe 40, 42 geführ ten Umschaltventilauslässen, sowie am Auslass des Heizungswärmetauschers 50 ist jeweils ein elektronisches Durchflussregelventil 60 vorgesehen. Die Umschalt ventile 58 und die Durchflussregelventile 60 sind in den Figuren lediglich beispiel haft mit Bezugszeichen versehen.

Die Kühlmittelleitungen der Batterie 6 sind über ein elektronisches Durchflussre gelmischventil 62 mit dem Kühlmantel 28 des Kältemittelverdichters 22 gekoppelt. Zwischen den zu dem Wärmetauscher 26 geführten Kühlmittelleitungen ist eine elektrische Kühlmittelmischpumpe 64 angeordnet, mittels welcher das Kühlmittel insbesondere zur Batterie 6 gefördert werden kann, um die Kühlleistung, bei- spielsweise in einem Lade- oder Schnellladebetrieb, zu verbessern. Bei aktiver Kühlmittelmischpumpe 64 ergibt sich somit insbesondere ein Teilkreislauf für die Batterietemperierung. Zwischen dem Vorlauf 36 und dem Rücklauf 40 ist ein elekt ronisches Durchflussregelventil 66 vorgesehen.

Die zu- und abführenden Kühlmittelleitungen des Wärmetauschers 24 sind mittels einer steuerbaren Bypass-Leitung 68 gekoppelt oder koppelbar, welche zwischen dem Durchflussregelmischventil 34 und dem Auslass der Kühlmittelpumpe 44 an geordnet ist.

Die Außenluftführung 12 weist beispielsweise zwei parallele Luftführungskanäle 70, 72 auf, welche jeweils von einem Einlass 70a, 72a, zu einem Auslass 70b, 72b geführt sind die Einlässe 68a, 70a sind jeweils mittels einer aktiv steuerbaren Ja lousie 74 bedarfsweise freigebbar. In dem Luftführungskanal 70 ist der Wärmetau- scher 32 und ein dahinter angeordneter Axiallüfter 76 angeordnet. Der Luftfüh rungskanal 72 weist den Wärmetauscher 30 sowie einen dahinter angeordneten Radiallüfter 78 auf.

Die Kühlvorrichtung 2 beziehungsweise das Kompaktmodul 14 sind mit einem mit einem Controller (das heisst einer Steuereinheit) gekoppelt.

Der Controller ist hierbei allgemein - programm- und/oder schaltungstechnisch - zur Durchführung des Thermomanagements vorgesehen, sowie dafür geeignet und ausgestaltet. Der Controller steuert und/oder regelt hierbei die Speicherung von thermischer Energie im Kühlmittelwärmespeicher 10, den Kühlungsfluss zu allen Geräten 4, 8, 10, 12, 14, 48, 50, 52 sowie den Wärmeenergieaustausch zur Umgebung und das Abwärme-Management bei einem Schnell- oder Ultra- Schnelladevorgang der Batterie 6. In einer bevorzugten Ausgestaltungsform ist der Controller zumindest im Kern durch einen Mikrocontroller mit einem Prozessor und einem Datenspeicher gebil det, in dem die Funktionalität zur Durchführung des Thermomanagements in Form einer Betriebssoftware (Firmware) programmtechnisch implementiert ist, so dass das Verfahren - gegebenenfalls in Interaktion mit einem Vorrichtungsnutzer - bei Ausführung der Betriebssoftware in dem Mikrocontroller automatisch durchgeführt wird. Der Controller kann im Rahmen der Erfindung alternativ aber auch durch ein nicht-programmierbares elektronisches Bauteil, wie zum Beispiel einem anwen dungsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC), gebildet sein, in dem die Funk tionalität zur Durchführung des Thermomanagements mit schaltungstechnischen Mitteln implementiert ist.

Im Betrieb tauscht der Controller mit einer Fahrzeugsteuerung des Kraftfahrzeugs Informationen und Daten hinsichtlich des Fahrzeugzustand (Umgebungstempera tur, Position, ...), dem Zustand der Leistungseinheiten (Batterie, Traktionsantrieb, Klimaanlage), und der Betriebsart (Heizen, Kühlen, Laden, ...) aus.

Der Controller steuert und/oder regelt hierbei einerseits die Außenluftführung 12 durch Steuerung und/oder Regelung der Drehzahl der Lüfter 76, 78 sowie der Stellung der Jalousien 74. Der Controller steuert und/oder regelt weiterhin den Betrieb des Kompaktmoduls 14 und der angeschlossenen Komponenten, bei spielsweise durch Variation der Drehzahl des Kältemittelverdichters 22 oder der Öffnung des Expansionsventils 20. Der Controller erfasst und überwacht hierbei die Drücke der Kreisläufe 16, 18 sowie die Betriebstemperatur der Komponenten, des Kühlmittels, und des Kältemittels.

Durch den Controller ist die Kühlvorrichtung 2 in mehreren Betriebsarten betreib bar. Nachfolgend sind beispielhaft acht unterschiedliche Betriebsarten der Kühl vorrichtung 2 zur Temperierung des Kraftfahrzeugs näher erläutert.

Die erste Betriebsart ist beispielsweise im Sommer bei Umgebungstemperaturen von etwa 30 °C bei einer Autobahn- oder Bergfahrt mit Klimatisierung geeignet. Der Kühlmittelkreislauf 18a umfasst hierbei den Wärmetauscher 24, die Wärme tauscher 30, 32, das Durchflussregelmischventil 34, den Traktionsantrieb 4, das Durchflussregelventil 60 und die Kühlmittelpumpe 44. Hierbei wird Kühlmittel im Kühlmittelkreislauf 18a von den Wärmetauschern oder Außenwärmeübertragern 30, 32 zum Traktionsantrieb 4 gefördert. Der Wärmetauscher 32 gibt hierbei Wär- me aus dem Traktionsantrieb 4 ab, wobei der Wärmetauscher 30 unabhängig Wärme aus der Batterie 6 und dem Fahrzeuginnenraum 8 abführt. Im Kühlmittel kreislauf 18b regelt die elektrische Kühlmittelpumpe 64 hierbei die Kühlmittel- Vorlauftemperatur für die Batterie 6 und die Mantelkühlung 28 des Kältemittelver- dichters 22 beispielsweise auf 20 °C bis 30 °C (Grad Celsius).

Die zweite Betriebsart ist beispielsweise im Sommer bei Umgebungstemperaturen von etwa 30 °C bei einer Bergabfahrt mit elektrischer Bremse und mit thermische Pufferung sowie aktiver Klimatisierung geeignet. Der Wärmetauscher 32 gibt hier- bei wiederum Wärme aus dem Traktionsantrieb 4 ab, wobei der der Wärmetau scher 30 unabhängig Wärme aus dem Fahrzeuginnenraum 8 abführt. Der Kühlmit telwärmespeicher 10 nimmt zusätzliche Wärme aus dem Bremswiderstand des Traktionsantriebs 4 auf, zum Puffern der thermischen Lastspitze. Bei reduzierter oder gestoppter Klimatisierung (Komfort) und begrenzter Wärmeabgabe über den Wärmetauscher 32 (wegen Begrenzung der Austrittslufttemperatur, z. B. auf 60°

C) kann die Wärmeaufnahme durch die Batterie 6 erhöht werden (Fahrleistung, Sicherheit), z. B. bis 95° C.

Die dritte Betriebsart ist beispielsweise im Sommer bei Umgebungstemperaturen von etwa 30 °C bei einem (Ultra-)Schnellladen mit thermische Pufferung und Er haltungsklimatisierung geeignet. Hierbei wird im Kühlmittelkreislauf 18a Wärme aus der Batterie 6 und dem Fahrzeuginnenraum 8 über den Wärmetauscher 30 abgegeben. Der Kühlmittelwärmespeicher 10 nimmt hierbei zusätzlich Wärme zum Puffern der thermischen Lastspitze auf. Sobald die Wärmekapazität des Kühlmittelwärmespeichers 10 erschöpft ist, gibt der Wärmetauscher 30 (weiter) Wärme aus der Batterie 6 und dem Fahrzeuginnenraum 10 ab, wobei gegebenen falls ein Derating oder eine Reduzierung des Ladestroms notwendig ist. Gegebe nenfalls kann im Falle eines abgekühlten Traktionsantriebs 4 dieser zusätzlich be laden werden.

Die vierte Betriebsart ist beispielsweise im Winter bei Umgebungstemperaturen von etwa -20 °C bei einer Autobahn-/Bergfahrt mit Batteriekühlung und einer Fahrgastraumheizung geeignet. Die Kühlmittelpumpe 46 speist hierbei Abwärme aus dem Traktionsantrieb 4 über den inneren Wärmetauscher 26 in den Primär kreislauf 16. Der elektrische Kältemittelverdichter 22 erzeugt zusätzliche Wärme, wobei die Gesamtwärme auf höherem Temperaturniveau über den Wärmetau scher 24 wieder abgegeben wird (Wärmepumpenfunktion). Die Kühlmittelpumpe 44 versorgt den Fahrzeuginnenraum 10 mit einer Vorlauftemperatur von möglichst z. B. 60 °C. Die Batterie 6 erzeugt etwas Verlustwärme und wird leicht gekühlt, auch ein Nachheizen ist möglich.

Die fünfte Betriebsart ist beispielsweise im Winter bei Umgebungstemperaturen von etwa -20 °C bei einem (Ultra-)Schnellladen mit thermischer Pufferung und Fahrgastraumheizung geeignet. Die Temperatur der Batterie 6 wird hierbei auf z. B. 30 °C bis 50 °C erhöht. Der Wärmetauscher 30 gibt Wärme aus der Batterie 6 ab, so dass die Vorlauftemperatur für die Erhaltungsklimatisierung beispielsweise noch 50 °C beträgt. Der Kühlungswärmeübertrager 48 kann hierbei als zweiter Fleizungswärmeübertrager 50 parallel geschaltet werden, um die gesamte wärme tauschende Netzfläche im Klimagerät 56 zu vergrößern. Der Kühlmittelwärme speicher 10 kann zusätzlich Ladeverlustwärme aus der Batterie 6 aufnehmen, so dass die Ladephase ohne Leistungsdrosselung verlängert wird. Die gespeicherte Wärme im Kühlmittelwärmespeicher 10 ist anschließend bei einer Weiterfahrt zum Heizen nutzbar.

Die sechste Betriebsart ist beispielsweise im Frühling oder Herbst bei Umge bungstemperaturen von etwa 5 °C bei einem Entfeuchten und Fahrgastraumhei zen geeignet. Hierbei wird Außenluft und/oder rezirkulierte Luft aus dem Fahr- zeuginnenraum 10 im Kühlungswärmeübertrager 48 abgekühlt und dadurch ein Teil der Feuchte entzogen. Der Heizungswärmeübertrager 50 erwärmt die Luft wieder auf eine Einströmtemperatur von z. B. 55 °C. Das Flächentemperierele ment 52 erhöht den Wärmestrom in die Kabine bei möglichst niedriger und damit effizienter Vorlauftemperatur. Ein arbeitspunktbedingtes Ungleichgewicht zwi- sehen Kälte- und Heizleistungsbedarf kann zeitweise durch den Kühlmittelwärme speicher 10 ausgeglichen werden. Die siebte Betriebsart ist beispielsweise im Sommer bei Umgebungstemperaturen von etwa 30 °C bei einem Vorkonditionieren vom Kühlmittelwärmespeicher 10 und dem Fahrgastraum am Netz geeignet. Vorzugsweise erfolgt hierbei ein relativ langsames Abkühlen (bei frühzeitigem Start der Vorkonditionierung) des Kühlmit telwärmespeichers 10 und des Fahrzeuginnenraums 8. Insbesondere erfolgt ein sequentielles Abkühlen beginnend mit der Wärmequelle mit Isolation höherer Gü te, also zunächst der Kühlmittelwärmespeicher 10 und anschließend der Fahr zeuginnenraum 8. Hierbei ist gegebenenfalls auch eine geringe Kühlmantelküh lung des Kältemittelverdichters 22 und der Batterie 6 möglich. Vorzugsweise zirku liert die Kühlmittelmischpumpe 64 das Kühlmittel durch die Batterie 6 für eine sehr homogene Zelltemperaturverteilung. Die gespeicherte „Kälte“ im Kühlmittelwärme speicher 10 ist zur Klimatisierung während der ersten z. B. 20 min/20 km nach dem Losfahren nutzbar.

Die achte Betriebsart ist beispielsweise im Winter bei Umgebungstemperaturen von etwa -20 °C bei einem Vorkonditionieren von der Batterie 6, dem Kühlmittel wärmespeicher 10 und dem Fahrgastraum am Netz geeignet. Der Kältemittelver dichter 22 und der Primärkreislauf 16 sind hierbei im Dreieckbetrieb, dies bedeu tet, dass Kältemittel ist im Betrieb einphasig gasförmig, ohne Kondensation und Verdampfung. Die elektrische Aufnahmeleistung des Kältemittelverdichters wird annähernd vollständig in Wärmstrom gewandelt und über den Wärmetauscher 24 ins Kühlmittel übertragen, dies bedeutet die Leistungszahl (engl.: Coefficient of Performance, COP) ist etwas kleiner Eins. Damit kann der Kältemittelverdichter 22 einen separaten Zuheizer (z. B. HV-PTC-Heizer) ersetzen. Vorzugsweise erfolgt hierbei sequentielles Erwärmen, beginnend mit der Batterie 6, bis eine Ladetem peratur erreicht ist und ein Ladevorgang beginnt, dann Wärmequellen mit Isolation höherer Güte, dies bedeutet erst der Kühlmittelwärmespeicher 10 und anschlie ßend der Fahrzeuginnenraum 8. Die Wärme im Kühlmittelwärmespeicher 10 ist zum Heizen während der ersten z. B. 20 min/20 km nach dem Losfahren nutzbar.

Der Kältemittel- oder Primärkreislauf 16 des Kompaktmoduls 14 ist möglichst ein fach ausgeführt, und weist im Wesentlichen lediglich den Kältemittelverdichter 22 und die Wärmetauscher 24, 26 sowie das Expansionsventil 20 und diese verbin- dende Kältemittelkanäle auf. Die Topologie des Sekundärkeislaufsystems 18 ist hierbei im Wesentlichen in einer als Steuerblock ausgeführten Ventileinheit (Coo- lant Hub) 80 des Kompaktmoduls 14, insbesondere in der Ventileinheit 80 und einer damit gekoppelten Kanalplatte 82, integriert oder abgebildet (Fig. 4).

Die Kanalplatte 82 des Kompaktmoduls 14 ist als ein etwa plattenförmiges Bauteil mit integrierten Kanälen oder Leitungen ausgebildet. Hierbei sind Kältemittelkanä le 84 des Kältemittelkreislaufs 18 und Kühlmittelkanäle 86 zur Führung des Kühl mittels in die Kanalplatte 82 integriert.

In den Figuren 2 und 3 ist ein erstes Ausführungsbeispiel für die Kanalplatte 82 des Kompaktmoduls 14 gezeigt. In dieser Ausführungsform sind der Kältemittel verdichter 22, die Wärmetauscher 24, 26 sowie das Expansionsventil 20 auf einer gemeinsamen Planseite oder Oberseite der Kanalplatte 82 angeordnet. Die bei- spielsweise als Druckgussteil ausgeführte Kanalplatte 82 weist an der den Kom ponenten 20, 22, 24, 26 abgewandten Unterseite die als Prägungen oder Vertie fungen ausgeführten Kanäle 84, 86 auf. Die Kanäle 84, 86 sind hierbei mittels ei ner in Fig. 3 halbtransparent dargestellten Deckelplatte 88 abgedeckt. Nachfolgend ist anhand der Figuren 4 bis 9 ein zweites Ausführungsbeispiel für das Kompaktmodul 18 näher erläutert.

Der in Fig. 4 und in der Fig. 7 näher dargestellte Kältemittelverdichter 22 ist als ein elektromotorischer Scrollverdichter ausgeführt. Der Kältemittelverdichter 22 weist hierbei einen elektrischen (elektromotorischen) Antrieb 90 mit einem Stator 92 und einem Rotor 94 sowie ein mit diesem gekoppelten Verdichterkopf 96 auf. Zwi schen dem Antrieb 90 und dem Verdichterkopf 96 ist eine Centerplate 98 als La gerschild oder mechanische Schnittstelle vorgesehen, mittels welchem der Ver dichterkopf 96 antriebstechnisch an den Antrieb 90 angebunden ist.

Die Fig. 4 und Fig. 7 zeigen zwei unterschiedliche Ausführungsvarianten des Käl temittelverdichters 22. In der Ausführungsvariante der Fig. 4 bildet die Centerpla te 98 eine Zwischenwand zwischen einem Antriebsgehäuse 100 und einem Ver- dichterkopfgehäuse 102. Ein verdichterkopfseitiger Gehäuseteilbereich des An triebsgehäuses 102 ist als ein Motorgehäuse zur Aufnahme des durch den Stator 92 und den Rotor 94 gebildeten Elektromotors ausgebildet. Stirnseitig zu dem Mo torgehäuse ist ein Elektronikgehäuse mit einer den Elektromotor ansteuernden Leistungselektronik 104 vorgesehen. Das Antriebsgehäuse 102 weist im Bereich des Elektronikgehäuses einen Anschlussabschnitt 106 zur elektrischen Kontaktie rung der Leistungselektronik 104 an ein Bordnetz des Kraftfahrzeugs auf.

Der Kältemittelantrieb 22 weist einen (Kältemittel-)Einlass oder (Kältemittel-)Zulauf 108 zum Anschluss an den Kältemittelkreislauf 16 und einen (Kältemittel-)Auslass 110 auf.

In der Ausführungsvariante der Fig. 4 ist der Einlass 108 in einem dem Elektronik gehäuse zugewandten Bereich des Motorgehäuses angeformt, und mittels einer Niederdruckleitung 112 an die Kanalplatte 82 geführt. Der Auslass 110 ist an ei nem Boden eines Verdichterkopfgehäuses 102 angeformt, und mit einer Hoch druckleitung 114 an die Kanalplatte 82 geführt. Im angeschlossenen Zustand bil det der Einlass 108 die Niederdruck- oder Saugseite (Sauggasseite) und der Aus lass 110 die Hochdruck- oder Pumpseite (Pumpenseite) des Kältemittelverdichters 22.

In der Ausführungsvariante der Fig. 7 ist der Kältemittelverdichter 22 als eine inte grierte Verdichtervariante ausgeführt ist, bei welcher alle Medienschnittstellen an der Stirnseite zur Kanalplatte 82 angeordnet sind. Dies bedeutet, dass der Einlass 108 und der Auslass 110 im Bereich des Verdichterkopfs 96 angeordnet sind. In dieser Ausführungsvariante weist der Kältemittelverdichter 22 ein gemeinsames Gehäuse 116 für den Verdichterkopf 96 und den Elektromotor auf, welches von der Mantelkühlung 28 umfangsseitig eingefasst ist. Die Mantelkühlung 28 ist hier bei als ein vom Kühlmittel durchströmter Hohlraum 117 ausgebildet, welcher das Gehäuse 116 umgibt.

Die Fig. 8 zeigt die kanalplattenseitige Stirnseite des Kältemittelverdichters 22.

Wie in der Fig. 8 vergleichsweise deutlich ersichtlich ist, ist die Mantelkühlung 28 beziehungsweise der Hohlraum 117 in einen Kühlmittel-Vorlauf 117a und in einen Kühlmittel-Rücklauf 117b unterteilt. Die Mantelkühlung 28 des Kältemittelverdich ters 22 ist insbesondere zur Kühlung oder Entwärmung der Leistungselektronik 104 und/oder des Elektromotor und/oder des Verdichterkopfs 96 vorgesehen, so- wie dafür geeignet und eingerichtet.

Der Rotor 94 des insbesondere bürstenlosen Elektromotors des Antriebs 90 ist drehfest mit einer Motorwelle 118 gekoppelt. Der Verdichterkopf 96 weist einen nicht näher bezeichneten beweglichen Scroll (Scrollteil) auf, welcher mittels eines Antirotationsmechanismus an die Motorwelle 118 des Elektromotors gekoppelt ist. Der bewegliche Scroll ist im Betrieb des Kältemittelverdichters 22 orbitierend an getrieben.

Der Verdichterkopf 96 weist zudem einen starren, also gehäusefesten, festste- henden Scroll (Scrollteil) auf. Die beiden Scrolls (Scrollteile) greifen mit deren Schnecken- oder spiralförmigen Spiralwänden (Scrollwänden, Scrollspiralen) inei nander, die von einer jeweiligen Basisplatte axial emporragen. Der feststehende Scroll weist weiterhin eine den Außenumfang bildende, umlaufende Begren zungswand auf.

Wie in den Figuren 4 und 7 vergleichsweise deutlich ersichtlich ist, ist die Kanal platte 82 in dieser Ausführung des Kompaktmoduls 14 stirnseitig an dem Kältemit telverdichter 22 angeordnet. Das Expansionsventil 20, der Kältemittelverdichter 22, und die Ventileinheit 82 sind hierbei übereinander oder nebeneinander an ei- ner nachfolgend als Oberseite bezeichneten ersten Planseite der Kanalplatte 82 angeordnet, wobei die Wärmetauscher 24, 26 und die Pumpen 44, 46 an der ge genüberliegenden, als Unterseite bezeichneten, Planseite der Kanalplatte 82 an geordnet sind. Die Pumpen 44, 46 sind beispielsweise als Umwälzpumpen ausge führt. Die Unterseite der Kanalplatte 82 ist hierbei im Wesentlichen durch die in Fig. 6 einzeln dargestellte Deckelplatte 88 gebildet.

Die Fig. 5 zeigt die Kanäle 84, 86 der Kanalplatte 82. Die Kanalplatte 82 weist in dieser Ausführung sieben integrierte Kühlmittelkanäle 86a, 86b, 86c, 86d, 86e, 86f, 86h und vier Kältemittelkanäle 84a, 84b, 84c, 84d auf, welche kreuzungsfrei in einer Ebene geführt sind.

Die Kühlmittelkanäle 86a, 86b, 86c sind dem Hoch- oder Mitteltemperaturkreislauf 18a und die Kühlmittelkanäle 86d, 86e, 86f dem Niedertemperaturkreislauf 18b des Sekundärkreislaufsystems 18 zugeordnet. Der Kühlmittelkanal 86a ist für den Vorwärtsstrom vom Wärmetauscher 24, wobei der Kühlmittelkanal 86b das Kühl mittel zu der Pumpe 44 führt, und wobei der Kühlmittelkanal 86c das Kühlmittel von der Pumpe 44 abführt. Der Kühlmittelkanal 86d ist für den Vorwärtsstrom des Wärmetauschers 26, wobei der Kühlmittelkanal 86e das Kühlmittel zu der Pumpe 46 führt, und wobei der Kühlmittelkanal 86f das Kühlmittel von der Pumpe 46 ab führt. Der Kühlmittelkanal 86h ist Rücklauf zum Wärmetauscher 24.

Der Kältemittelkanal 84a führt das Kältemittel von dem Expansionsventil 20 zu dem Wärmetauscher oder Verdampfer 26. Im Auslassbereich des Kältemittelka nals 84a ist der hierzu koaxial angeordnete Kältemittelkanal 84b angeordnet, wel cher das Kältemittel nach der Abkühlung vom Wärmetauscher 24 zu dem Expan sionsventil 20 führt. Der Kältemittelkanal 84c führt das Kältemittel nach der Kom pression von dem Kältemittelverdichter 22 an den Wärmetauscher oder Konden- sator 24, wobei der Kältemittelkanal 84d das Kältemittel nach der Verdampfung von dem Wärmetauscher 26 an den Kältemittelverdichter 22 führt.

Durch die Kanalplatte 82 des Kompaktmoduls 14 ist ein stirnseitiger Vor- und Rücklauf für Kältemittel und Kühlmittel realisiert.

Nachfolgend ist der Aufbau der Ventileinheit 80 anhand der Figuren 4, 7 und 9 näher erläutert. Die modular aufgebaute Ventileinheit 80 ist als ein Anschlussbe reich für die Kühlmittelleitungen der Fahrzeugaggregate und -komponenten 4, 6, 10, 48, 50, 52 ausgebildet. In den Figuren weist die Ventileinheit 80 vier aneinan- dergereihte Ventilmodule 120 auf, wobei das stirnseitig äußerste Ventilmodul 120 in den Figuren teilweise geöffnet oder geschnitten dargestellt ist. Die einzelnen Ventilmodule 120 bilden hierbei die Doppel-3-2-Wege-Umschaltventile 58. Je Ventilmodul 120 ist ein Vorlauf- und ein Rücklaufanschluss vorgesehen, welche mit dem jeweils zugeordneten 3-2 -Wegeventil gesteuert werden. Das etwa qua derförmige Ventilmodul 120 weist an den gegenüberliegenden Stirnseiten zwei wechselwirkende elektromagnetische Spulen 122 zur Verstellung eines jeweils zugeordneten Ventilkörpers 124 auf. Die Ventilkörper 124 sind jeweils auf einer Ventilstange 126 getragen, wobei die Ventilstangen 126 einen Berührungs- oder Druckkontakt 128 aufweisen. Die Ventilstangen 126 sind in deren Endlagen ras tend. Die Ventilmodule 120 werden in Reihenrichtung von vier Kühlmittelkanälen durchsetzt, welche die Vor- und Rückläufe, 36, 38, 40, 42 des Sekundärkreis laufsystems 18 ausbilden. Hierbei ist es beispielsweise denkbar, dass die Strö mungsquerschnitte der Vor- und Rückläufe, 36, 38, 40, 42 der einzelnen Ventil module 120 gestuft variabel mit Übergängen ausgeführt sind. Die Komponenten 122, 124, 126, 128 der Ventilmodule 120 sind in den Figuren lediglich beispielhaft mit Bezugszeichen versehen.

In einer bevorzugten Anwendung ist das Kältemittel des Kältemittelkreislaufes 16 Propan. Da der Primärkreislauf 16 des Kompaktmoduls 14 somit ein entzündliches Kältemittel führt, ist das Kompaktmodul 14 vorzugsweise mit einem Explosions schutz oder einer Explosionssicherung ausgeführt. Nachfolgend sind zwei Explo sionssicherungen des Kompaktmoduls 14 anhand der schematischen und verein fachten Darstellungen der Figuren 10 und 11 näher erläutert.

Das Kompaktmodul 14 ist hierbei mittels eines Gehäuses 130 hermetisch oder halbhermetisch gekapselt oder abgeschlossen. Das vereinfacht dargestellte Se kundärkreislaufsystem 18 befindet sich in einem Wärmeaustausch mit der vom Heiz-/Klimagebläse 54 durch das Klimagerät 56 geleiteten Zuluft 132. Die Zuluft beziehungsweise der Luftstrom 132 ist in den Figuren 10 und 11 mit Pfeilen ange deutet.

Das beispielsweise als Haube ausgeführte Gehäuse 130 umschließt die Primär kreissystemgrenze des Kompaktmoduls 14 gas- oder fluiddicht, wobei das Ge häuse 130 eine Belüftungsöffnung 134 an einer (Gehäuse-)Oberseite und eine Entlüftungsöffnung 136 an einer (Gehäuse-)Unterseite aufweist. Das Innere des Primärkreises 16 ist in einem gewöhnlichen Betriebs- oder Ruhe zustand der Kühlvorrichtung 2 und bei geeigneter Ausführung insbesondere der statischen Dichtungen nicht als eine Zone im Sinne des Explosionsschutzes zu betrachten ist, da die Kältemittelkonzentration stets bei oberhalb der oberen Ex plosionsgrenze (OEG) liegt. Ein vom Gehäuse 130 eingeschlossener Raum 138 ist im Sinne des Explosionsschutzes als Zone 2 zu betrachten, da die Kältemittel konzentration grundsätzlich zwischen 0 % und der UEG liegt, und somit nicht da mit zu rechnen ist, dass eine explosionsfähige Atmosphäre auftritt. Sofern eine solche explosionsfähige Atmosphäre dennoch auftritt, dann aller Wahrscheinlich keit nach nur selten und während eines kurzen Zeitraums.

Ein Flammschutzsieb 140 erstreckt sich über die Entlüftungsöffnung 134 an der Oberseite der des Gehäuses 130 und bildet die Grenze zwischen der innenliegen den Zone 2 und der Atmosphäre außen. Die Entlüftungsöffnung 136 an der Unter seite ist offen, und die Zonengrenze verläuft im Wesentlichen kegelförmig zum Boden oder Untergrund 142 des Kraftfahrzeugs. Zwischen dem Flammschutzsieb 140 und dem Gebläse 54 ist ein Luftführungsabschnitt 144 vorgesehen.

Es ist ein Betriebsverhalten vorgesehen, bei welchem zuerst das Gebläse 54 und danach und mit einem Zeitabstand der Kältemittelverdichter 22 im Primärkreislauf 16 eingeschaltet werden. Das Gebläse 54 wechselt somit vor und während des Verdichterbetriebs die stehende Undefinierte Atmosphäre in Raum 138 gegen nicht explosionsfähige Außenluft mittels einer Zwangsbelüftung als primären Ex plosionsschutz aus, um die Bildung einer explosionsfähigen Atmosphäre im Ge häuse 130 zu unterbinden oder zu vermeiden.

Aufgrund der im Vergleich zur Luft hohen Dichte des Kältemittels (z. B. Propan ca. 493 : 1 ) ist davon auszugehen, dass eine im ausgeschalteten Zustand der Anlage entstehende explosionsfähige Atmosphäre durch die untere Belüftungsöffnung 136 in Richtung des Bodens 142 sinkt und sich nicht wesentlich über die obere Lüftungsöffnung 134 des Gehäuses 130 ausbreitet. Für den unwahrscheinlichen Fall, dass das Gebläse 54 kurzzeitig doch von einer explosionsfähigen Atmosphäre umgeben ist und beim Einschaltens eine Zünd energie entsteht, bildet sich eine Flamme geringer Energie. Das Flammschutzsieb 140 entzieht der entstehenden Flamme Wärme und kühlt sie unter den Flamm- punkt ab, so dass sie unmittelbar nach ihrem Entstehen wieder verlischt und sich nicht in den Raum 138 ausbreiten kann. Dadurch ist ein sekundärer Explosions schutz zur Vermeidung einer Zündquelle realisiert.

In der Ausführung der Fig. 11 ist alternativ zu dem Klimagebläse 54 ein separates Gebläse 146 als Bestandteil des Kompaktmoduls 14 vorgesehen. Vorteile sind bei dieser Variante eine zusätzliche Trennung des Kompaktmoduls 14 vom Fahrgast raum 8 und die entfallende Verbindung einer Luftführung mit dem Kompaktmodul 14 beim Fahrzeugeinbau. Abhängig von einer Risikobewertung kann das Gebläse 7 als ein eigensicheres, d. h. zündenergiefreies Gebläse, ausgebildet sein. Abhängig von einer Risikobewer tung kann die obere Zonengrenze von Raum 138 anstelle durch das Flamm schutzsieb 140 auch durch eine Klappe 148 oder einen ausreichenden Abstand des Gebläses 146 von dem Gehäuse 130 gewährleistet werden.

Für den Fall eines Berstrisikos des Primärkreises 16 durch übermäßige Drucker höhung wird eine passiv wirkende Entlastung 150 im Primärkreislauf 16 vorgese hen, insbesondere in Form einer Berstscheibe. Wird der Ansprechüberdruck der Berstscheibe 150 überschritten und sie ausgelöst, entsteht ein Druckabfall, der zum Auslösen eines Zündfunkens genutzt werden kann, indem eine Membran auf einen gefederten Bolzen wirkt, der einen Impuls auf einen Piezokristall ausübt und eine kurzzeitige, funkenbildende Hochspannung erzeugt (Prinzip Piezofeuerzeug). Der Funke entzündet das ausströmende Kältemittel somit unmittelbar nach Auslö sen der Berstscheibe 150.

Diese Sicherheitseinrichtung ist vorzugsweise in einem Abschnitt des Primärkreis laufes 16 angeordnet, in dem das Kältemittel immer in der Gasphase ist, insbe sondere vor oder nach dem Kältemittelverdichter 22, und räumlich nah an der un- teren Entlüftungsöffnung 136. In der Fig. 11 ist die Berstscheibe 150 hinter vor und hinter dem Kältemittelverdichter 22 gezeigt, wobei die Position vor dem Kältemit telverdichter 22 strichliniert dargestellt ist.

Ein insbesondere schirm-, glocken- oder rohrförmiges Strömungsleitstück 152 um die untergrundseitige Auslassöffnung gewährleistet, dass die entstehende Flamme hoher Energie sich kontrolliert in Richtung des Bodens 142 unter dem Kraftfahr zeug ausbildet. Das Strömungsleitstück weist einen Mindestquerschnitt und eine ausreichende Druck- und Temperaturfestigkeit auf, so dass die Flamme stabil ist bis zur vollständigen Entleerung der Kältemittelfüllung und dann verlischt. Dieses kontrollierte Verbrennen vermeidet unkontrolliertes Ausströmen und das Bilden einer Lache mit einer explosionsfähigen Atmosphäre darüber, wodurch ein tertiä rer Explosionsschutz hinsichtlich einer Reduzierung der Auswirkungen und Scha densschwere realisiert ist. Vorteil dieses Mechanismus ist insbesondere, dass sei ne Funktion unabhängig von einer Versorgung mit elektrischer Energie ist.

Bevorzugterweise ist das Kompaktmodul 14 in einem kollisionsgeschützten Be reich des Kraftfahrzeugs integriert, insbesondere benachbart zu dem Fahrgast raum oder Fahrzeuginnenraum 8 und dem Klimagerät 56. Dadurch werden die wärmeaustauschenden Leitungen vorteilhaft verkürzt. Integrität und Dichtheit des Primärkreislaufes 16 sollen bei Verformungen der umgebenden Struktur im Falle eines Aufpralls gewahrt bleiben.

Zur Erhöhung der Sicherheit ist das Gehäuse 130 beispielsweise flexibel oder elastisch ausgeführt, so dass es durch Verformung anteilig Energie aus der Kolli sion absorbiert.

Für den Fall einer besonders schweren Kollision, in der die Dichtheit des Primär kreislaufes 16 verloren geht, wird eine aktiv wirkende Entlastung 154 im Primär kreislauf 16 vorgesehen. Für deren Integration gilt dasselbe wie für die passiv wir kende Entlastung 150. Die aktiv wirkende Entlastung 154 wird durch ein Signal von einem Steuergerät ausgelöst. Das ausströmende Kältemittel wird durch einen Zündfunken oder ein Glühelement entflammt, die aus dem Fahrzeugbordnetz gespeist sind.

Das Steuergerät bewertet auf Basis von Sensordaten einer Fahrzeugumfeldüber wachung das Risiko des Integritätsverlustes für den Primärkreislauf 16 durch eine bevorstehende oder verlaufende Kollision. Kann durch die Kollisionsschwere die Wahrscheinlichkeit eintreten, dass Kältemittel austritt und eine explosionsfähige Atmosphäre entsteht, löst es mittels Signal die aktive Entlastung 154 aus. Der Auslösezeitpunkt ist insbesondere kurz vor oder während einer Kollision. Vorteil ist, dass das elektrische Zünden auch bei einer geringen Druckdifferenz des Käl tekreislaufes 16 zur Atmosphäre möglich ist.

Abhängig von einer Risikobewertung sind alle vorstehend beschriebenen Maß nahmen als Einzelbestandteile eines Explosionsschutzkonzepts oder in Kombina tion verwendbar.

Das Gehäuse 130 kann durch Maßnahmen an Material, Formgebung und Anbin dungen zusätzlich zur akustischen Kapselung des Kompaktmoduls 14 genutzt werden.

Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu ver lassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit den Ausführungsbei spielen beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kom binierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Bezugszeichenliste

2 Kühlvorrichtung

4 Traktionsantrieb

Batterie

8 Fahrzeuginnenraum 10 Kühlmittelwärmespeicher 12 Außenluftführung 14 Kompaktmodul 16 Primärkreislauf/Kältemittelkreislauf 18 Sekundärkreislaufsystem

18a, 18b Kühlmittelkreislauf 20 Expansionsventil 22 Kältemittelverdichter 24, 26 Wärmetauscher

28 Kühlmantel/Mantelkühlung

30, 32 Wärmetauscher 34 Durchflussregelmischventil

36, 38 Vorlauf 40, 42 Rücklauf 44, 46 Kühlmittelpumpe 48 Kühlungswärmeübertrager 50 Heizungswärmeübertrager 52 Flächentemperierelement 54 Klimagebläse

56 Klimagerät 58 Umschaltventil 60 Durchflussregelventil 62 Durchflussregelmischventil 64 Kühlmittelmischpumpe 66 Durchflussregelventil 68 Bypass-Leitung 70 Luftführungskanal a Einlass b Auslass

Luftführungskanala Einlass b Auslass

Jalousie

Axial lüfter

Radiallüfter

Ventileinheit

Kanalplatte , 84a...84d Kältemittelkanal , 86a...86f Kühlmittelkanal

Deckelplatte

Antrieb

Stator

Rotor

Verdichterkopf

Centerplate 0 Antriebsgehäuse 2 Verdichterkopfgehäuse4 Leistungselektronik6 Anschlussabschnitt8 Einlass 0 Auslass 2 Niederdruckleitung 4 Hochdruckleitung 6 Gehäuse 7 Hohlraum 8 Motorwelle 0 Ventilmodul 2 Spule 4 Ventilkörper 6 Ventilstange Druckkontakt

Gehäuse

Zuluft

Belüftungsöffnung

Entlüftungsöffnung

Raum

Flammchutzsieb

Untergrund/Boden

Luftführungsabschnitt

Gebläse

Klappe

Entlastung/Berstscheibe

Strömungsleitstück

Entlastung