DE102023130210B4 - Thermosystem for a motor vehicle and method for operating the thermosystem - Google Patents

Thermosystem for a motor vehicle and method for operating the thermosystem

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Abstract

Thermosystem (10) für ein Kraftfahrzeug,
mit einem Temperierkreislauf (12) zur Temperierung einer Kraftfahrzeugbatterie (18),
mit einem Klimakreislauf (14) zur Klimatisierung einer Fahrgastzelle über einen Klimawärmetauscher (26), und
mit einem den Temperierkreislauf (12) mit dem Klimakreislauf (14) thermisch koppelnden Wärmetauscher (16),
wobei der Klimakreislauf (14) eine über ein regelbares erstes Expansionsventil (34) an einer Ausgangsseite eines Verdichters (24) angeschlossene Bypassleitung (32) aufweist, wobei die Bypassleitung (32) an dem Wärmetauscher (16) und dem Klimawärmetauscher (26) vorbei an eine Eingangsseite des Verdichters (24) zurückgeführt ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Bypassleitung (32) über einen Sammler (30) an die Eingangsseite des Verdichters (24) zurückgeführt ist.
Thermal system (10) for a motor vehicle,
with a temperature control circuit (12) for temperature control of a motor vehicle battery (18),
with a climate circuit (14) for air conditioning a passenger compartment via a climate heat exchanger (26), and
with a heat exchanger (16) thermally coupling the temperature control circuit (12) with the air conditioning circuit (14),
wherein the climate circuit (14) has a bypass line (32) connected via a controllable first expansion valve (34) to an outlet side of a compressor (24), wherein the bypass line (32) is routed past the heat exchanger (16) and the climate heat exchanger (26) back to an inlet side of the compressor (24),
characterized by the fact that
the bypass line (32) is routed back to the inlet side of the compressor (24) via a collector (30).

Description

Die Erfindung betrifft ein Thermosystem sowie ein Verfahren zum Betrieb eines derartigen Thermosystems, mit deren jeweiligen Hilfe eine Kraftfahrzeugbatterie temperiert und eine Fahrgastzelle des Kraftfahrzeugs klimatisiert werden kann.The invention relates to a thermal system and a method for operating such a thermal system, with the respective aid of which a motor vehicle battery can be temperature controlled and a passenger compartment of the motor vehicle can be air-conditioned.

Aus WO 2019/ 069 018 A1 ist ein Thermosystem nach dem Obergriff des Anspruchs 1 bekannt. So ist es bekannt, einen Temperierkreislauf zur Temperierung einer Kraftfahrzeugbatterie eines Kraftfahrzeugs über einen als „Chiller“ bezeichneten Verdampfer thermisch mit einem Klimakreislauf zur Klimatisierung einer Fahrgastzelle des Kraftfahrzeugs zu koppeln, wobei der Klimakreislauf mit Hilfe von Ventilen wahlweise an dem Chiller vorbei und durch einen dann im Klimakreislauf angeschlossenen Verdampfer verlaufen kann.From WO 2019/069 018 A1, a thermal system according to the preamble of claim 1 is known. It is known to thermally couple a temperature control circuit for temperature control of a motor vehicle battery via an evaporator referred to as a "chiller" with an air conditioning circuit for air conditioning a passenger compartment of the motor vehicle, wherein the air conditioning circuit can optionally bypass the chiller and pass through an evaporator then connected in the air conditioning circuit by means of valves.

Es bestehen Situationen, beispielsweise bei einem Kaltstart eines Kraftfahrzeugs, in denen eine Kraftfahrzeugbatterie nicht gekühlt, sondern aufgeheizt werden soll. Nach dem Erreichen der designierten Betriebstemperatur des Kraftfahrzeugbatterie ist in der Regel nur noch eine Kühlung erforderlich, wobei hierbei die in der Kraftfahrzeugbatterie entstehende Wärme für die Klimatisierung der Fahrgastzelle genutzt werden soll. Damit die Kraftfahrzeugbatterie möglichst schnell ihre Betriebstemperatur erreicht, bei der die Betriebstemperatur mit einem hohen Wirkungsgrad betrieben werden kann, soll jedoch eine Beeinträchtigung der Heizleistung für das Aufheizen der Betriebstemperatur durch eine Leistungsabfuhr für die Klimatisierung der Fahrgastzelle bei einem möglichst geringen apparativen Aufwand vermieden werden.There are situations, such as during a cold start of a vehicle, where the vehicle battery needs to be heated rather than cooled. Once the battery reaches its designated operating temperature, cooling is usually the only remaining requirement, and the heat generated within the battery should be used to cool the passenger compartment. To ensure the battery reaches its operating temperature as quickly as possible, at which point it can operate with high efficiency, the heat required for cooling the battery should not be compromised by the heat dissipated for air conditioning, and this should be achieved with minimal equipment.

DE 10 2018 010 019 A1 offenbart weiteren Stand der Technik. DE 10 2018 010 019 A1 reveals further state of the art.

Es ist die Aufgabe der Erfindung Maßnahmen aufzuzeigen, die bei einem geringen apparativen Aufwand eine gute Temperierung einer Kraftfahrzeugbatterie und eine gute Klimatisierung einer Fahrgastzelle ermöglichen.The object of the invention is to demonstrate measures that enable good temperature control of a motor vehicle battery and good air conditioning of a passenger compartment with minimal equipment effort.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch ein Thermosystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 10.According to the invention, the problem is solved by a thermal system having the features of claim 1 and a method having the features of claim 10.

Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung angegeben, die jeweils einzeln oder in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können, wobei der Schutzbereich durch die Ansprüche bestimmt wird.Preferred embodiments of the invention are specified in the dependent claims and the following description, each of which can individually or in combination represent an aspect of the invention, the scope of protection being determined by the claims.

Nach Anspruch 1 weist das Thermosystem für ein Kraftfahrzeug einen Temperierkreislauf zur Temperierung einer Kraftfahrzeugbatterie, einen Klimakreislauf zur Klimatisierung einer Fahrgastzelle über einen Klimawärmetauscher und einen den Temperierkreislauf mit dem Klimakreislauf thermisch koppelnden Wärmetauscher auf, wobei der Klimakreislauf eine über ein regelbares erstes Expansionsventil an einer Ausgangsseite eines Verdichters angeschlossene Bypassleitung aufweist, wobei die Bypassleitung an dem Wärmetauscher und dem Klimawärmetauscher vorbei an eine Eingangsseite des Verdichters zurückgeführt ist.According to claim 1, the thermal system for a motor vehicle comprises a temperature control circuit for temperature control of a motor vehicle battery, an air conditioning circuit for air conditioning a passenger compartment via an air conditioning heat exchanger, and a heat exchanger thermally coupling the temperature control circuit with the air conditioning circuit, wherein the air conditioning circuit has a bypass line connected to an output side of a compressor via a controllable first expansion valve, wherein the bypass line is routed past the heat exchanger and the air conditioning heat exchanger back to an input side of the compressor.

Mit Hilfe der Bypassleitung kann ein Teil oder der gesamte Massenstrom des Klimakreislaufs im Bereich des Verdichters im Kreis gefördert werden und an einem Durchströmen des Wärmetauschers entsprechend gehindert werden. Eine Wärmeaufnahme von Wärme aus dem Temperierkreislauf kann dadurch entsprechend reduziert oder sogar ganz verhindert werden, so dass entsprechend mehr Wärme im Temperierkreislauf zum Aufheizen der Kraftfahrzeugbatterie zur Verfügung steht. Eine für die Klimatisierung der Fahrgastzelle zur Verfügung stehende Wärmeleistung wird dadurch entsprechend reduziert und stattdessen für ein schnelles Aufheizen der Kraftfahrzeugbatterie genutzt. Da die Kraftfahrzeugbatterie dadurch besonders schnell auf die Betriebstemperatur aufgeheizt wird, ist der zeitliche Verzögerung für die Klimatisierung der Fahrgastzelle für einen Fahrzeuginsassen in der Regel akzeptabel. Insbesondere ist es möglich bei einer allmählichen Erhöhung der Temperatur der Kraftfahrzeugbatterie die Entnahme der Wärmeleistung aus dem Temperierkreislauf in den Klimakreislauf durch eine entsprechende Anpassung des Bypassmassenstroms durch den Bypass anzupassen, um zumindest mit einer reduzierten Wärmeleistung die Klimatisierung der Fahrgastzelle vorzunehmen. Zwischen der im Temperierkreislauf benötigten Heizleistung zum Aufheizen der Kraftfahrzeugbatterie und der im Klimakreislauf benötigten Wärmeleistung zur Temperierung der Fahrgastzelle kann ein optimiertes Gleichgewicht eingestellt werden, das insbesondere von dem Abstand der aktuellen Temperatur der Kraftfahrzeugbatterie und dem damit verbundenen Wirkungsgrad zu der Betriebstemperatur der Kraftfahrzeugbatterie abhängen kann. Durch die mit Hilfe des ersten Expansionsventil und der Bypassleitung erreichten Rückführung im Klimakreislauf ist bei einem geringen apparativen Aufwand eine gute Temperierung einer Kraftfahrzeugbatterie und eine gute Klimatisierung einer Fahrgastzelle ermöglicht.With the aid of the bypass line, part or all of the mass flow of the air conditioning circuit can be recirculated in the compressor area and thus prevented from flowing through the heat exchanger. This reduces or even completely prevents heat absorption from the temperature control circuit, making more heat available in the temperature control circuit for heating the vehicle battery. The heat output available for air conditioning the passenger compartment is thereby reduced and instead used for rapidly heating the vehicle battery. Because the vehicle battery heats up to operating temperature particularly quickly, the slight delay in the passenger compartment's air conditioning is generally acceptable to vehicle occupants. In particular, if the vehicle battery temperature gradually increases, the heat output drawn from the temperature control circuit to the air conditioning circuit can be adjusted by appropriately modifying the bypass mass flow, thus ensuring that the passenger compartment can be air-conditioned with a reduced heat output. An optimized balance can be established between the heating power required in the temperature control circuit to heat the vehicle battery and the heat output required in the air conditioning circuit to temperature-control the passenger compartment. This balance depends particularly on the difference between the current temperature of the vehicle battery and its operating temperature, and the associated efficiency. The recirculation in the air conditioning circuit, achieved with the first expansion valve and the bypass line, enables effective temperature control of the vehicle battery and effective air conditioning of the passenger compartment with minimal equipment.

Das erste Expansionsventil kann dazu ausgelegt sein eine in dem Verdichter erreichte Druckerhöhung rückgängig zu machen, so dass sich für den Verdichter die Betriebsbedingungen nicht wesentlich ändern. Vorzugsweise kann das erste Expansionsventil in einem Ausgangszustand die Bypassleitung vollständig trennen, so dass der gesamte Massenstrom des Klimakreislaufs durch den auch als „Chiller“ bezeichneten Wärmetauscher geführt wird und möglichst viel Wärme aus dem Temperierkreislauf aufnehmen kann. Vorzugsweise ist das erste Expansionsventil dazu ausgelegt einen Bypassmassenstroms durch die Bypassleitung zwischen 0% und 100% stufenlos einzustellen.The first expansion valve can be designed to reverse a pressure increase achieved in the compressor, so that the operating conditions for the compressor do not change significantly. preferably, the first expansion valve can completely close the bypass line in an initial state, so that the entire mass flow of the air conditioning circuit is routed through the heat exchanger, also known as the "chiller," and can absorb as much heat as possible from the temperature control circuit. Preferably, the first expansion valve is designed to continuously adjust the bypass mass flow through the bypass line between 0% and 100%.

Der Verdichter ist insbesondere dazu ausgelegt ein gasförmiges Medium, insbesondere ein verdampftes Kältemittel, zu verdichten. An der Ausgangsseite des Verdichters kann daher ein deutlich höherer Druck als an der Eingangsseite des Verdichters vorliegen. Durch die Verdichtung kann sich auch die Temperatur des Mediums erhöhen, die auf diesem Temperaturniveau dem Klimawärmetauscher zugeführt werden kann.The compressor is specifically designed to compress a gaseous medium, particularly a vaporized refrigerant. Therefore, the pressure at the compressor's outlet can be significantly higher than at its inlet. Compression can also increase the temperature of the medium, which can then be supplied to the air conditioning heat exchanger at this higher temperature level.

Der Klimawärmetauscher kann dazu ausgelegt sein in die Fahrgastzelle des Kraftfahrzeugs geleitete Luft zu klimatisieren, insbesondere zu erwärmen. In dem Klimawärmetauscher kann sich infolge von Druckverlusten der Druck des Mediums verringern und aufgrund der abgegebenen Wärme die Temperatur des Mediums verringern. Der Klimawärmetauscher ist insbesondere Teil einer Klimaanlage des Kraftfahrzeugs.The air conditioning heat exchanger can be designed to condition, and in particular heat, the air directed into the passenger compartment of the vehicle. Within the air conditioning heat exchanger, pressure losses can cause the pressure of the medium to decrease, and the temperature of the medium can decrease due to the heat released. The air conditioning heat exchanger is, in particular, a component of the vehicle's air conditioning system.

Der auch als „Chiller“ bezeichnete Wärmetauscher ist sowohl Teil des Klimakreislaufs als auch Teil des Temperierkreislauf, wobei vorzugsweise die den Wärmetauscher durchströmenden Medien des Klimakreislaufs und des Temperierkreislauf voneinander getrennt sind aber untereinander Wärme austauschen können. Eine Änderung des Aggregatszustands der Medien des Klimakreislaufs und des Temperierkreislauf in dem Wärmetauscher muss nicht zwangsläufig vorgesehen sein. Es ist aber möglich in der dem Klimakreislauf zugeordneten Seite des Wärmetauschers ein Verdampfen und/oder in der dem Temperierkreislauf zugeordneten Seite des Wärmetauschers ein Kondensieren des jeweiligen Mediums vorzusehen.The heat exchanger, also known as a "chiller," is part of both the air conditioning circuit and the temperature control circuit. Preferably, the media flowing through the heat exchanger in the air conditioning circuit and the temperature control circuit are separated from each other but can still exchange heat. A change in the state of matter of the media in the air conditioning circuit and the temperature control circuit within the heat exchanger is not strictly necessary. However, it is possible to provide for evaporation on the side of the heat exchanger assigned to the air conditioning circuit and/or condensation of the respective medium on the side assigned to the temperature control circuit.

Die Kraftfahrzeugbatterie kann ein Teil des Temperierkreislaufs sein und je nach aktueller Temperatur der Kraftfahrzeugbatterie bezogen auf die beabsichtigte Betriebstemperatur der Kraftfahrzeugbatterie als Wärmesenke oder Wärmequelle wirken. Die Kraftfahrzeugbatterie kann insbesondere innerhalb eines Gehäuses angeordnete Batteriezellen aufweisen, wobei vorzugsweise das Medium des Temperierkreislaufs in das Gehäuse der Kraftfahrzeugbatterie hineingeleitet wird, um die Batteriezellen zu umspülen.The vehicle battery can be part of the temperature control circuit and, depending on its current temperature relative to the intended operating temperature, can act as either a heat sink or a heat source. The vehicle battery can, in particular, have battery cells arranged within a housing, with the medium of the temperature control circuit preferably being introduced into the housing of the vehicle battery to circulate around the battery cells.

Nach Anspruch 1 ist die Bypassleitung über einen Sammler, insbesondere ausschließlich über den Sammler, an die Eingangsseite des Verdichters zurückgeführt. Abgesehen von Leitungen und/oder dem Sammler sind insbesondere keine weiteren Funktionsbauteile des Klimakreislaufs zwischen dem Ausgang der Bypassleitung und dem Eingang des Verdichters vorgesehen, so dass der Bypassmassenstrom weder einem Verdampfer, noch einem Kondensator oder einem Wärmetauscherelement, wie dem Klimawärmetauscher, zugeführt wird. Ein Verbindungspunkt, an dem die Bypassleitung in die übrige Leitung des Klimakreislaufs zurückgeführt wird, kann dadurch besonders nahe am Verdichter vorgesehen sein, so dass die Bypassleitung entsprechend kurz ausgeführt sein kann. In dem Sammler kann eine Menge an Medium des Klimakreislaufs gepuffert werden, wobei prinzipiell auch eine Phasentrennung vorgesehen sein kann. Der Sammler kann dadurch auch durch das erste Expansionsventil verursachte Druckschwankungen dämpfen.According to claim 1, the bypass line is routed back to the compressor's inlet side via a manifold, and in particular exclusively via the manifold. Apart from the lines and/or the manifold, no further functional components of the air conditioning circuit are provided between the outlet of the bypass line and the compressor's inlet, so that the bypass mass flow is not fed to an evaporator, a condenser, or a heat exchanger element such as the air conditioning heat exchanger. A connection point where the bypass line is routed back into the rest of the air conditioning circuit can therefore be located particularly close to the compressor, allowing the bypass line to be correspondingly short. A quantity of the air conditioning circuit's refrigerant can be buffered in the manifold, and phase separation can also be provided. The manifold can thus also dampen pressure fluctuations caused by the first expansion valve.

Insbesondere ist eine Regelstellung des ersten Expansionsventils zur Einstellung eines Bypassmassenstroms über ein PI-Regelglied regelbar. Die beabsichtigte Regelstellung des ersten Expansionsventils wird dadurch nicht schlagartig, sondern eher rampenförmig angesteuert. Plötzliche Druckschwankungen in den Leitungen des Klimakreislaufs können dadurch vermieden werden.In particular, the position of the first expansion valve for setting a bypass mass flow can be controlled via a PI controller. The intended position of the first expansion valve is thus not reached abruptly, but rather gradually via a ramp. This prevents sudden pressure fluctuations in the air conditioning circuit lines.

Vorzugsweise ist das erste Expansionsventil in Abhängigkeit von einem Heizbedarf im Temperierkreislauf regelbar. Eine Regelung kann den in dem Temperierkreislauf benötigten Heizbedarf berechnen und mit Hilfe der Regelung des ersten Expansionsventils nur soviel Medium des Klimakreislaufs in den Wärmetauschen einleiten lassen, dass der benötigte Heizbedarf nicht unterschritten wird. Hierbei kann die Regelung die aktuelle Temperatur der Kraftfahrzeugbatterie, die designierte Betriebstemperatur der Kraftfahrzeugbatterie, eine innerhalb des Temperierkreislaufs vorgesehene Heizleistung und/oder einen Massenstrom des Mediums des Temperierkreislaufs berücksichtigen.Preferably, the first expansion valve is controllable depending on the heating demand in the temperature control circuit. A control system can calculate the heating demand required in the temperature control circuit and, with the help of the control of the first expansion valve, introduce only as much refrigerant from the air conditioning circuit into the heat exchangers as is necessary to ensure that the required heating demand is not undershot. The control system can take into account the current temperature of the vehicle battery, the designated operating temperature of the vehicle battery, a heating output provided within the temperature control circuit, and/or a mass flow rate of the refrigerant in the temperature control circuit.

Besonders bevorzugt sind der Klimawärmetauscher und der Wärmetauscher innerhalb des Klimakreislaufs über eine unverzweigte Verbindungsleitung miteinander verbunden. Weitere Bypassleitungen im Klimakreislauf können dadurch vermieden sein. Vorzugsweise wird im Klimakreislauf zunächst der Klimawärmetauscher und nachfolgend der Wärmetauscher von dem Medium durchströmt.Preferably, the air conditioning heat exchanger and the heat exchanger within the air conditioning circuit are connected to each other via an unbranched connecting line. This eliminates the need for additional bypass lines in the air conditioning circuit. Preferably, the medium flows through the air conditioning heat exchanger first, followed by the heat exchanger within the air conditioning circuit.

Insbesondere ist in der Verbindungsleitung ein regelbares zweites Expansionsventil vorgesehen. Wen das zweite Expansionsventil geschlossen ist, kann Medium in einem Leitungsbereich bis zum Verdichter zurückgehalten werden, so dass die Verbindungsleitung nicht leerläuft. Außerdem ist es möglich unmittelbar am Eingang des Wärmetaischers an der Seite des Klimakreislaufs den Durchfluss durch den Wärmetauscher anzupassen, ohne dass erst die Verbindungsleitung leerlaufen muss.In particular, a controllable second expansion valve is provided in the connecting line. When the second expansion valve is closed, the medium can be retained in a section of the line up to the compressor, so that the The connecting line does not run dry. Furthermore, it is possible to adjust the flow rate through the heat exchanger directly at the inlet of the heat exchanger on the side of the air conditioning circuit, without having to drain the connecting line first.

Vorzugsweise ist das zweite Expansionsventil in Abhängigkeit von einer Regelstellung des ersten Expansionsventils regelbar. Dadurch kann sichergestellt werden, dass der Massenstrom am Ausgang des Verdichters der Summe der Massenströme durch die Bypassleitung und durch den Wärmetauscher entspricht. Totzeiten und Zeitverzögerungen über die Leitungsstrecke des Klimakreislaufs können dadurch vermieden werden.Preferably, the second expansion valve is controllable depending on the control position of the first expansion valve. This ensures that the mass flow rate at the compressor outlet corresponds to the sum of the mass flow rates through the bypass line and the heat exchanger. Dead times and time delays along the air conditioning circuit can thus be avoided.

Besonders bevorzugt weist der Temperierkreislauf einen Heizer zum Aufheizen eines Temperiermediums für die Kraftfahrzeugbatterie auf. Der Heizer kann insbesondere elektrisch betrieben sein und das Medium des Temperierkreislaufs, insbesondere Wasser, aufheizen. Wenn die Kraftfahrzeugbatterie ihre designierte Betriebstemperatur erreicht hat, kann der Heizer leicht ausgeschaltet werden, so dass die Kühlfunktion des Temperierkreislaufs zum Kühlen der Kraftfahrzeugbatterie nicht beeinträchtigt wird. Durch den Heizer ist eine Wärmezufuhr aus anderen Wärmequellen, insbesondere aus dem Klimakreislauf, vermieden.The temperature control circuit preferably includes a heater for heating a temperature control medium for the vehicle battery. The heater can be electrically operated and heat the medium of the temperature control circuit, particularly water. Once the vehicle battery has reached its designated operating temperature, the heater can be easily switched off, so that the cooling function of the temperature control circuit for cooling the vehicle battery is not impaired. The heater prevents heat input from other heat sources, particularly from the air conditioning system.

Insbesondere ist der Klimawärmetauscher als ein Heizregister einer Klimawärmepumpe zur Temperierung von in die Fahrgastzelle geführter Luft ausgestaltet. Die Temperierung der Fahrgastzelle kann nach dem Wärmepumpenprinzip erfolgen, wobei das zugehörige Heizregister leicht von dem Medium des Klimakreislaufs für einen Wärmeaustausch mit der in die Fahrgastzelle geführter Luft durchströmt werden kann.In particular, the climate control heat exchanger is designed as a heating element of a climate control heat pump for temperature control of the air supplied to the passenger compartment. The passenger compartment can be temperature controlled according to the heat pump principle, whereby the associated heating element can be easily supplied with air from the climate control system for heat exchange with the air supplied to the passenger compartment.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Thermosystems, das wie vorstehend aus- und weitergebildet sein kann, bei dem ein im Klimakreislauf durch den Wärmetauscher geleiteter Massenstrom in Abhängigkeit von einem Heizbedarf des Temperierkreislaufs geregelt wird. Durch die mit Hilfe des ersten Expansionsventil und der Bypassleitung erreichten Rückführung im Klimakreislauf ist bei einem geringen apparativen Aufwand eine gute Temperierung einer Kraftfahrzeugbatterie und eine gute Klimatisierung einer Fahrgastzelle ermöglicht.Another aspect of the invention relates to a method for operating a thermal system, which can be designed and further developed as described above, in which a mass flow routed through the heat exchanger in the air conditioning circuit is regulated depending on the heating demand of the temperature control circuit. The recirculation in the air conditioning circuit achieved with the aid of the first expansion valve and the bypass line enables effective temperature control of a vehicle battery and effective air conditioning of a passenger compartment with minimal equipment.

Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können, wobei der Schutzbereich durch die Ansprüche bestimmt wird. Es zeigt:

  • 1: eine schematische Prinzipdarstellung eines Thermosystems.
The invention is now explained by way of example with reference to the accompanying drawing, using a preferred embodiment as an illustration, wherein the features shown below can represent an aspect of the invention, either individually or in combination, and the scope of protection is defined by the claims. It shows:
  • 1 : a schematic representation of the principle of a thermosystem.

Das in 1 dargestellte Thermosystem 10 kann in einem Kraftfahrzeug verwendet werden. Das Thermosystem 10 weist einen Temperierkreislauf 12 und einen Klimakreislauf 14 auf, die über einen auch als „Chiller“ bezeichneten Wärmetauscher 16 thermisch miteinander gekoppelt sind. Der Temperierkreislauf 12 weist eine Kraftfahrzeugbatterie 18, die meistens von einem mit Hilfe einer Pumpe 20 umgepumptes flüssigen Medium gekühlt werden soll. Hierzu kann in der Kraftfahrzeugbatterie 18 entstehende und von dem flüssigen Medium aufgenommene Wärme in dem Wärmetauscher 16 an das Medium des Klimakreislaufs 14 abgeführt werden. Falls die Kraftfahrzeugbatterie 18, beispielsweise bei einem Kaltstart des Kraftfahrzeugs, erst auf eine designierte Betriebstemperatur aufgeheizt werden soll, kann das flüssige Medium von einem Heizer aufgeheizt werden.The 1 The illustrated thermal system 10 can be used in a motor vehicle. The thermal system 10 comprises a temperature control circuit 12 and an air conditioning circuit 14, which are thermally coupled via a heat exchanger 16, also referred to as a "chiller." The temperature control circuit 12 includes a vehicle battery 18, which is typically cooled by a liquid medium circulated by a pump 20. For this purpose, heat generated in the vehicle battery 18 and absorbed by the liquid medium can be transferred to the medium of the air conditioning circuit 14 via the heat exchanger 16. If the vehicle battery 18 needs to be heated to a designated operating temperature, for example, during a cold start of the vehicle, the liquid medium can be heated by a heater.

Der Klimakreislauf 14 weist einen Verdichter 24, mit dessen Hilfe ein insbesondere gasförmiges Medium gefördert werden kann. Das von dem Verdichter auf einen hohen Druck und eine hohe Temperatur verdichtete Medium kann einem Klimawärmetauscher 26 zugeführt werden. Der Klimawärmetauscher 26 kann Teil eines Klimageräts 28 sein, mit dessen Hilfe in eine Fahrgastzelle des Kraftfahrzeugs geförderte Luft klimatisiert, insbesondere erwärmt, werden kann. Das nach dem Klimawärmetauscher 26 auf einem niedrigen Druck und eine niedrige Temperatur vorliegende Medium kann nachfolgend dem Wärmetauscher 16 zugeführt werden, um zu Kühlungszwecke der Kraftfahrzeugbatterie 18 Wärme aus dem Temperierkreislauf 12 aufzunehmen. Das den Wärmetauscher 16 verlassende Medium des Temperierkreislauf 12 wird über einen Sammler 30 wieder dem Verdichter 24 zugeführt.The air conditioning circuit 14 includes a compressor 24, which can pump a medium, particularly a gaseous medium. The medium, compressed by the compressor to high pressure and high temperature, can be fed to an air conditioning heat exchanger 26. The air conditioning heat exchanger 26 can be part of an air conditioning unit 28, which can be used to condition, and in particular heat, the air supplied to the passenger compartment of the motor vehicle. The medium, now at low pressure and low temperature after the air conditioning heat exchanger 26, can subsequently be fed to the heat exchanger 16 to absorb heat from the temperature control circuit 12 for cooling purposes of the motor vehicle battery 18. The medium leaving the heat exchanger 16 from the temperature control circuit 12 is fed back to the compressor 24 via a manifold 30.

Damit der Klimakreislauf 14 nicht das Aufheizen der Kraftfahrzeugbatterie 18 beeinträchtigt, weist der Klimakreislauf 14 einen an einer Ausgangsseite des Verdichters 24 angeschlossene Bypassleitung 32 auf, das an dem Klimawärmetauscher 26 und dem Wärmetauscher 16 vorbei über den Sammler 30 an der Eingangsseite des Verdichters 24 angeschlossen ist. Mit Hilfe eines ersten Expansionsventils 34 kann der über die Bypassleitung 32 abgezweigte Bypassmassenstrom eingestellt werden. Der Bypassmassenstrom wird im Wesentlichen von dem Verdichter 24 über den Sammler 30 im Kreis gefördert, ohne dass eine Wärmeabfuhr aus dem Temperierkreislauf 12 an den Bypassmassenstrom erfolgen kann. Vorzugsweise ist zusätzlich einer Verbindungsleitung 36 zwischen dem Klimawärmetauscher 26 und dem Wärmetauscher 16 ein zweites Expansionsventil 38 vorgesehen, deren Durchflussmenge an den von dem ersten Expansionsventil 34 eingestellten Bypassmassenstrom angepasst ist.To prevent the air conditioning circuit 14 from interfering with the heating of the vehicle battery 18, the air conditioning circuit 14 has a bypass line 32 connected to an outlet side of the compressor 24. This bypass line runs past the air conditioning heat exchanger 26 and the heat exchanger 16, via the manifold 30, and is connected to the inlet side of the compressor 24. A first expansion valve 34 allows the bypass mass flow rate diverted via the bypass line 32 to be adjusted. The bypass mass flow rate is essentially circulated by the compressor 24 via the manifold 30 without any heat being transferred from the temperature control circuit 12 to the bypass mass flow rate. Preferably, a second bypass line 36 is also connected between the air conditioning heat exchanger 26 and the heat exchanger 16. Expansion valve 38 is provided, the flow rate of which is adapted to the bypass mass flow set by the first expansion valve 34.

Claims (10)

Thermosystem (10) für ein Kraftfahrzeug, mit einem Temperierkreislauf (12) zur Temperierung einer Kraftfahrzeugbatterie (18), mit einem Klimakreislauf (14) zur Klimatisierung einer Fahrgastzelle über einen Klimawärmetauscher (26), und mit einem den Temperierkreislauf (12) mit dem Klimakreislauf (14) thermisch koppelnden Wärmetauscher (16), wobei der Klimakreislauf (14) eine über ein regelbares erstes Expansionsventil (34) an einer Ausgangsseite eines Verdichters (24) angeschlossene Bypassleitung (32) aufweist, wobei die Bypassleitung (32) an dem Wärmetauscher (16) und dem Klimawärmetauscher (26) vorbei an eine Eingangsseite des Verdichters (24) zurückgeführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Bypassleitung (32) über einen Sammler (30) an die Eingangsseite des Verdichters (24) zurückgeführt ist.Thermosystem (10) for a motor vehicle, comprising a temperature control circuit (12) for temperature control of a motor vehicle battery (18), an air conditioning circuit (14) for air conditioning a passenger compartment via an air conditioning heat exchanger (26), and a heat exchanger (16) thermally coupling the temperature control circuit (12) to the air conditioning circuit (14), wherein the air conditioning circuit (14) has a bypass line (32) connected to an outlet side of a compressor (24) via a controllable first expansion valve (34), wherein the bypass line (32) is routed past the heat exchanger (16) and the air conditioning heat exchanger (26) back to an inlet side of the compressor (24), characterized in that the bypass line (32) is routed back to the inlet side of the compressor (24) via a collector (30). Thermosystem (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Regelstellung des ersten Expansionsventils (34) zur Einstellung eines Bypassmassenstroms über ein PI-Regelglied regelbar ist.Thermosystem (10) according to Claim 1 , characterized in that a control position of the first expansion valve (34) for setting a bypass mass flow can be controlled via a PI control element. Thermosystem (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Expansionsventil (34) in Abhängigkeit von einem Heizbedarf im Temperierkreislauf (12) regelbar ist.Thermosystem (10) according to Claim 1 or 2 , characterized in that the first expansion valve (34) is controllable depending on a heating requirement in the temperature control circuit (12). Thermosystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bypassleitung (32) ausschließlich über den Sammler (30) an die Eingangsseite des Verdichters (24) zurückgeführt ist.Thermosystem (10) according to one of the Claims 1 until 3 , characterized in that the bypass line (32) is routed back to the inlet side of the compressor (24) exclusively via the collector (30). Thermosystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Klimawärmetauscher (26) und der Wärmetauscher (16) innerhalb des Klimakreislaufs (14) über eine unverzweigte Verbindungsleitung (36) miteinander verbunden sind.Thermosystem (10) according to one of the Claims 1 until 4 , characterized in that the climate heat exchanger (26) and the heat exchanger (16) are connected to each other within the climate circuit (14) via an unbranched connecting line (36). Thermosystem (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der Verbindungsleitung (36) ein regelbares zweites Expansionsventil (38) vorgesehen ist.Thermosystem (10) according to Claim 5 , characterized in that a controllable second expansion valve (38) is provided in the connecting line (36). Thermosystem (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Expansionsventil (38) in Abhängigkeit von einer Regelstellung des ersten Expansionsventils (34) regelbar ist.Thermosystem (10) according to Claim 6 , characterized in that the second expansion valve (38) is controllable depending on a control position of the first expansion valve (34). Thermosystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperierkreislauf (12) einen Heizer (22) zum Aufheizen eines Temperiermediums für die Kraftfahrzeugbatterie (18) aufweist.Thermosystem (10) according to one of the Claims 1 until 7 , characterized in that the temperature control circuit (12) has a heater (22) for heating a temperature control medium for the motor vehicle battery (18). Thermosystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Klimawärmetauscher (26) als ein Heizregister einer Klimawärmepumpe zur Temperierung von in die Fahrgastzelle geführter Luft ausgestaltet ist.Thermosystem (10) according to one of the Claims 1 until 8 , characterized in that the climate heat exchanger (26) is designed as a heating register of a climate heat pump for tempering air supplied into the passenger compartment. Verfahren zum Betrieb eines Thermosystems (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem ein im Klimakreislauf (14) durch den Wärmetauscher (16) geleiteter Massenstrom in Abhängigkeit von einem Heizbedarf des Temperierkreislaufs (12) geregelt wird.Method for operating a thermal system (10) according to one of the Claims 1 until 9 , in which a mass flow directed through the heat exchanger (16) in the climate circuit (14) is regulated depending on a heating requirement of the temperature control circuit (12).
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