DE102023206182A1 - Method and system for temperature management in a vehicle - Google Patents
Method and system for temperature management in a vehicle Download PDFInfo
- Publication number
- DE102023206182A1 DE102023206182A1 DE102023206182.1A DE102023206182A DE102023206182A1 DE 102023206182 A1 DE102023206182 A1 DE 102023206182A1 DE 102023206182 A DE102023206182 A DE 102023206182A DE 102023206182 A1 DE102023206182 A1 DE 102023206182A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- heat exchanger
- coolant
- way valve
- refrigerant
- heat
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
- B60H1/00—Heating, cooling or ventilating devices
- B60H1/32—Cooling devices
- B60H1/3204—Cooling devices using compression
- B60H1/3228—Cooling devices using compression characterised by refrigerant circuit configurations
- B60H1/32284—Cooling devices using compression characterised by refrigerant circuit configurations comprising two or more secondary circuits, e.g. at evaporator and condenser side
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
- B60H1/00—Heating, cooling or ventilating devices
- B60H1/00271—HVAC devices specially adapted for particular vehicle parts or components and being connected to the vehicle HVAC unit
- B60H1/00278—HVAC devices specially adapted for particular vehicle parts or components and being connected to the vehicle HVAC unit for the battery
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
- B60H1/00—Heating, cooling or ventilating devices
- B60H1/00642—Control systems or circuits; Control members or indication devices for heating, cooling or ventilating devices
- B60H1/00814—Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation
- B60H1/00878—Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation the components being temperature regulating devices
- B60H1/00885—Controlling the flow of heating or cooling liquid, e.g. valves or pumps
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
- B60H1/00—Heating, cooling or ventilating devices
- B60H1/00642—Control systems or circuits; Control members or indication devices for heating, cooling or ventilating devices
- B60H1/00814—Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation
- B60H1/00878—Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation the components being temperature regulating devices
- B60H1/00899—Controlling the flow of liquid in a heat pump system
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
- B60H1/00—Heating, cooling or ventilating devices
- B60H1/02—Heating, cooling or ventilating devices the heat being derived from the propulsion plant
- B60H1/14—Heating, cooling or ventilating devices the heat being derived from the propulsion plant other than from cooling liquid of the plant
- B60H1/143—Heating, cooling or ventilating devices the heat being derived from the propulsion plant other than from cooling liquid of the plant the heat being derived from cooling an electric component, e.g. electric motors, electric circuits, fuel cells or batteries
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
- B60H1/00—Heating, cooling or ventilating devices
- B60H1/00271—HVAC devices specially adapted for particular vehicle parts or components and being connected to the vehicle HVAC unit
- B60H2001/00307—Component temperature regulation using a liquid flow
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
- B60H1/00—Heating, cooling or ventilating devices
- B60H1/00642—Control systems or circuits; Control members or indication devices for heating, cooling or ventilating devices
- B60H1/00814—Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation
- B60H1/00878—Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation the components being temperature regulating devices
- B60H2001/00928—Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation the components being temperature regulating devices comprising a secondary circuit
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Air-Conditioning For Vehicles (AREA)
Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren für das Temperaturmanagement in einem insbesondere batterie-elektrisch angetriebenen Fahrzeug, das Fahrzeug umfassend einen Kühlmittelkreislauf zum Transport von Kühlmittel, wobei der Kühlmittelkreislauf thermisch zumindest mit einem ersten Wärmetauscher und einem zweiten Wärmetauscher gekoppelt ist, einen Kältemittelkreislauf zum Transport von Kältemittel, wobei der Kältemittelkreislauf thermisch zumindest mit dem ersten Wärmetauscher und dem zweiten Wärmetauscher gekoppelt ist und einen Kompressor zur Kompression des Kältemittels aufweist, das Verfahren umfassend die Schritte:
S1. komprimieren des Kältemittels in dem Kompressor unter Anheben eines Temperaturniveaus des Kältemittels;
S2. fördern des Kältemittels im Kältemittelkreislauf vom Kompressor über zumindest den ersten Wärmetauscher und den zweiten Wärmetauscher zu-rück zum Kompressor;
S3. fördern des Kühlmittels zumindest vom ersten Wärmetauscher zum zweiten Wärmetauscher und zurück zum ersten Wärmetauscher;
S4. wobei in einem Heizbetrieb Wärme aus dem Kältemittel am ersten Wärmetauscher an das Kühlmittel übertragen wird und Wärme aus dem Kühlmittel am zweiten Wärmetauscher an das Kältemittel übertragen wird.
Die Erfindung betrifft ferner ein ein Temperaturmanagement-System für ein insbesondere batterie-elektrisch angetriebenes Fahrzeug.
The invention relates to a method for temperature management in a vehicle, in particular a battery-electric vehicle, the vehicle comprising a coolant circuit for transporting coolant, wherein the coolant circuit is thermally coupled to at least a first heat exchanger and a second heat exchanger, a refrigerant circuit for transporting refrigerant, wherein the refrigerant circuit is thermally coupled to at least the first heat exchanger and the second heat exchanger and has a compressor for compressing the refrigerant, the method comprising the steps:
S1. compressing the refrigerant in the compressor while raising a temperature level of the refrigerant;
S2. conveying the refrigerant in the refrigerant circuit from the compressor via at least the first heat exchanger and the second heat exchanger back to the compressor;
S3. conveying the coolant at least from the first heat exchanger to the second heat exchanger and back to the first heat exchanger;
S4. wherein, in a heating operation, heat is transferred from the refrigerant to the cooling medium at the first heat exchanger and heat is transferred from the cooling medium to the refrigerant at the second heat exchanger.
The invention further relates to a temperature management system for a vehicle, in particular a battery-electric vehicle.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren für das Temperaturmanagement in einem Fahrzeug sowie ein Temperaturmanagement-System für ein Fahrzeug. Bei dem Fahrzeug handelt es sich insbesondere um ein batterie-elektrisch angetriebenes Fahrzeug.The invention relates to a method for temperature management in a vehicle and a temperature management system for a vehicle. The vehicle is in particular a battery-electrically powered vehicle.
Stand der TechnikState of the art
Das Energiemanagement von batterie-elektrisch angetriebenen Fahrzeugen (kurz: BEV = Battery electrical vehicles) hat eine essenzielle Bedeutung bei der effizienten Verwendung der verfügbaren elektrischen Energie, um so die Reichweite zum Fahren möglichst zu maximieren und dabei gleichzeitig die Anforderungen an Komponenten-Lebensdauer und Passagierkomfort zu erfüllen.The energy management of battery-electric vehicles (BEVs) is of essential importance in the efficient use of available electrical energy in order to maximize the driving range while at the same time meeting the requirements for component service life and passenger comfort.
In diesem Zusammenhang spielt das abgestimmte Thermomanagement des Antriebsstrangs gemeinsam mit der Temperaturkonditionierung der Passagierkabine eine wichtige Rolle, um dieses Ziel im Gesamtsystem zu optimieren. Eine Anforderung kann hierbei lauten, dass bei niedrigen Außentemperaturen die Passagierkabine beheizt werden muss, um den thermischen Komfort der Passagiere zu gewährleisten. Sofern hierfür zur Effizienzsteigerung eine Wärmepumpe im Fahrzeug verbaut ist, kann diese über einen Kältemittelkreislauf die Wärme aus einer Wärmequelle über einen vor einem Kompressor angeordneten Verdampfer entziehen und diese an einer Wärmesenke über einen nach dem Kompressor angeordneten Kondensator abgeben.In this context, the coordinated thermal management of the drive train together with the temperature conditioning of the passenger cabin plays an important role in optimizing this goal in the overall system. One requirement here may be that the passenger cabin must be heated when outside temperatures are low in order to ensure the thermal comfort of the passengers. If a heat pump is installed in the vehicle to increase efficiency, this can extract the heat from a heat source via an evaporator arranged upstream of a compressor via a refrigerant circuit and release it to a heat sink via a condenser arranged downstream of the compressor.
Vor der Wärmeabgabe wird das verdampfte Kältemittel durch Anhebung des Druckes über den Kompressor auf ein höheres Temperaturniveau gebracht, um so eine höhere Wärmeabgabe zu erzielen. Anschließend wird der Druck wieder auf das Ausgangsniveau entspannt.Before the heat is released, the evaporated refrigerant is brought to a higher temperature level by increasing the pressure via the compressor in order to achieve a higher heat release. The pressure is then released back to the original level.
Nachteilig an der Wärmepumpe ist, dass die Effizienz mit kälteren Außentemperaturen deutlich absinkt und dadurch die nötige elektrische Leistung mit der Differenz zur Solltemperatur ansteigt. Zudem kann die Wärmepumpe normalerweise nur bis zu dem Temperaturbereich betrieben werden, bei dem gerade noch der Verdampfungspunkt des verwendeten Kältemittels eingestellt werden kann (beispielsweise -5 bis -10°C).The disadvantage of the heat pump is that the efficiency drops significantly with colder outside temperatures and therefore the required electrical power increases with the difference to the target temperature. In addition, the heat pump can normally only be operated up to the temperature range at which the evaporation point of the refrigerant used can just be set (for example -5 to -10°C).
Daher werden für extreme Tieftemperaturen im Stand der Technik oft zusätzliche elektrische Heizelemente („positive temperature coefficient“ oder PTC-Heizer) verbaut, um die Luft der Passagierkabine noch beheizen zu können.Therefore, for extremely low temperatures, additional electrical heating elements (“positive temperature coefficient” or PTC heaters) are often installed in the state of the art in order to be able to heat the air in the passenger cabin.
Unter anderem aus Gründen der Energieeffizienz des Temperaturmanagement-Systems sowie aufgrund der zusätzlichen Kosten und eines Verlustes an verfügbarem Konstruktionsraum im Fahrzeug ist die gegebenenfalls alleinige Verwendung von elektrischen Heizelementen als problematisch anzusehen.The possible sole use of electrical heating elements is considered problematic, among other things, for reasons of energy efficiency of the temperature management system and due to additional costs and a loss of available design space in the vehicle.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein alternatives oder ein verbessertes Verfahren für das Temperaturmanagement in einem insbesondere batterie-elektrisch angetriebenen Fahrzeug anzugeben, sowie ein Temperaturmanagement-System für ein insbesondere batterie-elektrisch angetriebenes Fahrzeug.It is an object of the invention to provide an alternative or an improved method for temperature management in a vehicle, in particular a battery-electrically powered vehicle, as well as a temperature management system for a vehicle, in particular a battery-electrically powered vehicle.
Offenbarung der Erfindungdisclosure of the invention
Die Aufgabe der Erfindung ist mittels eines Verfahrens gemäß Anspruch 1 gelöst, sowie durch ein Temperaturmanagement-System gemäß Anspruch 8. Vorteilhafte Weiterbildungen, zusätzliche Merkmale und/oder Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der folgenden Beschreibung.The object of the invention is achieved by means of a method according to claim 1, as well as by a temperature management system according to
Gemäß einem ersten Aspekt offenbart die vorliegende Offenbarung ein Verfahren für das Temperaturmanagement in einem insbesondere batterie-elektrisch angetriebenen Fahrzeug, das Fahrzeug umfassend einen Kühlmittelkreislauf zum Transport von Kühlmittel, wobei der Kühlmittelkreislauf thermisch zumindest mit einem ersten Wärmetauscher und einem zweiten Wärmetauscher gekoppelt ist, einen Kältemittelkreislauf zum Transport von Kältemittel, wobei der Kältemittelkreislauf thermisch zumindest mit dem ersten Wärmetauscher und dem zweiten Wärmetauscher gekoppelt ist und einen Kompressor zur Kompression des Kältemittels aufweist, das Verfahren umfassend die Schritte:
- S1. komprimieren des Kältemittels in dem Kompressor unter Anheben eines Temperaturniveaus des Kältemittels;
- S2. fördern des Kältemittels im Kältemittelkreislauf vom Kompressor über zumindest den ersten Wärmetauscher und den zweiten Wärmetauscher zurück zum Kompressor;
- S3. fördern des Kühlmittels zumindest vom ersten Wärmetauscher zum zweiten Wärmetauscher und zurück zum ersten Wärmetauscher;
- S4. wobei in einem Heizbetrieb Wärme aus dem Kältemittel am ersten Wärmetauscher an das Kühlmittel übertragen wird und Wärme aus dem Kühlmittel am zweiten Wärmetauscher an das Kältemittel übertragen wird.
- S1. compressing the refrigerant in the compressor while raising a temperature level of the refrigerant;
- S2. conveying the refrigerant in the refrigerant circuit from the compressor via at least the first heat exchanger and the second heat exchanger back to the compressor;
- S3. conveying the coolant at least from the first heat exchanger to the second heat exchanger and back to the first heat exchanger;
- S4. wherein, in a heating operation, heat is transferred from the refrigerant to the cooling medium at the first heat exchanger and heat is transferred from the cooling medium to the refrigerant at the second heat exchanger.
Im Rahmen der Erfindung dienen die arabischen Ziffern in der Bezeichnung der Verfahrensschritte „S1“ bis „S4“ lediglich der Identifizierung der einzelnen Schritte, es soll hierdurch keine Reihenfolge der Verfahrensschritte festgelegt werden. So ist es möglich, dass beispielsweise der Schritt S3 vor dem Schritt S1 ausgeführt wird. Insbesondere können einige oder mehrere der Schritte S1 bis S4 auch parallel oder wiederholt in einer Schleife durchgeführt werden.In the context of the invention, the Arabic numerals in the designation of the process Steps "S1" to "S4" are merely used to identify the individual steps; no sequence of the method steps is to be determined here. For example, it is possible that step S3 is carried out before step S1. In particular, some or more of steps S1 to S4 can also be carried out in parallel or repeatedly in a loop.
In Schritt S3 kann bedarfsweise und/oder teilweise Wärme aus dem Kühlmittel an eine oder mehrere weitere Wärmesenken abgegeben werden, die thermisch mit dem Kühlmittelkreislauf gekoppelt sind, beispielsweise an eine Fahrzeugbatterie oder an eine Passagierkabine.In step S3, heat from the coolant can be released as needed and/or partially to one or more further heat sinks that are thermally coupled to the coolant circuit, for example to a vehicle battery or to a passenger cabin.
In Schritt S3 kann mit einem Umgebungswärmetauscher Wärme aus einer Fahrzeugumgebung entnommen und an das Kühlmittel abgegeben werden.In step S3, an ambient heat exchanger can be used to extract heat from a vehicle environment and transfer it to the coolant.
In Schritt S3 kann mit einem elektrischen Heizelement Wärme erzeugt und an das Kühlmittel abgegeben werden.In step S3, heat can be generated using an electrical heating element and transferred to the coolant.
In Schritt S3 kann Wärme aus Abwärme einer Antriebseinheit des Fahrzeugs an das Kühlmittel abgegeben werden.In step S3, heat from waste heat of a drive unit of the vehicle can be transferred to the coolant.
In Schritt S2 kann bedarfsweise und/oder teilweise Wärme aus dem Kältemittel an eine oder mehrere weitere Wärmesenken abgegeben werden, die thermisch mit dem Kältemittelkreislauf gekoppelt sind, beispielsweise an einen Kondensator zur Beheizung einer Fahrerkabine des Fahrzeugs oder einer Beheizung einer kältemittelgekühlten Batterie.In step S2, heat from the coolant can be released as needed and/or partially to one or more further heat sinks that are thermally coupled to the coolant circuit, for example to a condenser for heating a driver's cab of the vehicle or for heating a coolant-cooled battery.
in Schritt S2 kann Wärme aus einer oder mehrerer Wärmequellen an das Kältemittel abgegeben wird, beispielsweise Umgebungswärme, Abwärme aus dem Kompressor, oder aus zusätzlichen elektrischen Heizelementen.In step S2, heat can be transferred to the refrigerant from one or more heat sources, for example ambient heat, waste heat from the compressor, or from additional electrical heating elements.
Die Schritte S1 bis S4 können solange durchgeführt werden, bis eine Temperatur des Kältemittels an einem Ausgang des Kompressors einen vorbestimmten Wert erreicht.Steps S1 to S4 may be performed until a temperature of the refrigerant at an outlet of the compressor reaches a predetermined value.
Gemäß einem zweiten Aspekt offenbart die vorliegende Offenbarung ein Temperaturmanagement-System für ein insbesondere batterie-elektrisch angetriebenes Fahrzeug, umfassend:
- - einen Kältemittelkreislauf zur Führung eines Kältemittels, umfassend zumindest einen Kompressor und eine Kältemittelförderpumpe;
- - einen Kühlmittelkreislauf zur Führung eines Kühlmittels, wobei der Kühlmittelkreislauf thermisch mit einer Batterie des Fahrzeugs gekoppelt ist und zumindest eine Kühlmittelförderpumpe umfasst, der Kühlmittelkreislauf aufweisend eines oder mehrere Ventile zur bedarfsweisen Leitung des Kühlmittels;
- - einen ersten Wärmetauscher, insbesondere einen flüssigkeitsgekühlten Kondensator (LCC), der thermisch sowohl mit dem Kältemittelkreislauf als auch mit dem Kühlmittelkreislauf gekoppelt ist;
- - einen zweiten Wärmetauscher, insbesondere einen Batteriekühler, der thermisch sowohl mit dem Kältemittelkreislauf als auch mit dem Kühlmittelkreislauf gekoppelt ist und hinsichtlich einer Flussrichtung des Kältemittels in einem Heizbetrieb hinter dem ersten Wärmetauscher und vor dem Kompressor angeordnet ist;
- - eine Steuerung, die steuerungstechnisch mit der Kühlmittelförderpumpe, der Kältemittelförderpumpe, und dem einen oder den mehreren Ventilen des Kühlmittelkreislaufs verbunden und zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 eingerichtet ist.
- - a refrigerant circuit for carrying a refrigerant, comprising at least one compressor and one refrigerant feed pump;
- - a coolant circuit for conducting a coolant, wherein the coolant circuit is thermally coupled to a battery of the vehicle and comprises at least one coolant feed pump, the coolant circuit having one or more valves for conducting the coolant as required;
- - a first heat exchanger, in particular a liquid-cooled condenser (LCC), which is thermally coupled to both the refrigerant circuit and the coolant circuit;
- - a second heat exchanger, in particular a battery cooler, which is thermally coupled to both the refrigerant circuit and the coolant circuit and is arranged behind the first heat exchanger and in front of the compressor with respect to a flow direction of the refrigerant in a heating mode;
- - a controller which is connected in terms of control technology to the coolant feed pump, the refrigerant feed pump, and the one or more valves of the coolant circuit and is set up to carry out the method according to claim 1.
Der Kühlmittelkreislauf kann thermisch mit einem Umgebungswärmetauscher gekoppelt sein, über welchen Wärme einer Fahrzeugumgebung entnommen und dem Kühlmittel zugeführt wird.The coolant circuit can be thermally coupled to an ambient heat exchanger, via which heat is extracted from the vehicle environment and supplied to the coolant.
Der Kältemittelkreislauf kann thermisch mit einem Kondensator zur Beheizung einer Fahrerkabine des Fahrzeugs gekoppelt sein, wobei der Kondensator hinsichtlich einer Flussrichtung des Kältemittels hinter dem Kompressor angeordnet ist.The refrigerant circuit can be thermally coupled to a condenser for heating a driver's cab of the vehicle, wherein the condenser is arranged behind the compressor with respect to a flow direction of the refrigerant.
Der Kühlmittelkreislauf kann ein Vier-Wege-Ventil umfassen, welches bedarfsweise durch die Steuerung geregelt werden kann und zwei Eingänge und zwei Ausgänge aufweist, wobei:
- - ein erster Eingang fluidisch mit dem ersten Wärmetauscher verbunden ist und ein erster Ausgang mit dem zweiten Wärmetauscher;
- - ein zweiter Eingang einen Kühlmittelstrom aus Richtung der thermischen Kopplung mit der Batterie aufnimmt.
- - a first inlet is fluidly connected to the first heat exchanger and a first outlet is fluidly connected to the second heat exchanger;
- - a second inlet receives a coolant flow from the direction of the thermal coupling with the battery.
Der zweite Wärmetauscher kann fluidisch zwischen dem Vier-Wege-Ventil und einem ersten Drei-Wege-Ventil angeordnet sein, wobei das erste Drei-Wege-Ventil einen Kühlmittelstrom bedarfsweise in Richtung der thermischen Kopplung mit der Batterie und/oder in Richtung des ersten Wärmetauschers leitet.The second heat exchanger can be fluidically arranged between the four-way valve and a first three-way valve, wherein the first three-way valve directs a coolant flow as needed in the direction of the thermal coupling with the battery and/or in the direction of the first heat exchanger.
Ein zweites Drei-Wege-Ventil kann fluidisch zwischen dem ersten Drei-Wege-Ventil und dem ersten Wärmetauscher angeordnet sein, wobei das zweite Drei-Wege-Ventil einen Kühlmittelstrom vom ersten Drei-Wege-Ventil kommend bedarfsweise direkt an den ersten Wärmetauscher leitet und/oder über den Umgebungswärmetauscher an den ersten Wärmetauscher leitet.A second three-way valve can be arranged fluidically between the first three-way valve and the first heat exchanger, wherein the second three-way valve directs a coolant flow coming from the first three-way valve directly to the first heat exchanger as required and/or via the ambient heat exchanger to the first heat exchanger.
Ein zweiter Ausgang des Vier-Wege-Ventils kann fluidisch mit einem dritten Drei-Wege-Ventil verbunden sein, wobei das dritte Drei-Wege-Ventil einen von dem Vier-Wege-Ventil kommenden Kühlmittelstrom bedarfsweise in Richtung der thermischen Kopplung mit der Batterie und/oder in Richtung des zweiten Drei-Wege-Ventils leitet.A second output of the four-way valve can be fluidically connected to a third three-way valve, wherein the third three-way valve directs a coolant flow coming from the four-way valve as required in the direction of the thermal coupling with the battery and/or in the direction of the second three-way valve.
Der Kühlmittelkreislauf kann zwischen dem Vier-Wege-Ventil und dem dritten Drei-Wege-Ventil thermisch mit einem elektrischen Heizelement gekoppelt sein. Ein elektrisches Heizelement kann am ersten Wärmetauscher thermisch mit dem Kühlmittelkreislauf gekoppelt sein.The coolant circuit may be thermally coupled to an electrical heating element between the four-way valve and the third three-way valve. An electrical heating element may be thermally coupled to the coolant circuit at the first heat exchanger.
Der Kühlmittelkreislauf kann ein Fünf-Wege-Ventil und ein Vier-Wege-Ventil umfassen, wobei:
- - der erste Wärmetauscher fluidisch zwischen einem ersten Ausgang des Fünf-Wege-Ventils und einem ersten Eingang des Vier-Wege-Ventils angeordnet ist;
- - der zweite Wärmetauscher fluidisch zwischen einem ersten Ausgang des Vier-Wege-Ventils und einem ersten Eingang des Fünf-Wege-Ventils angeordnet ist; und
- - die thermische Kopplung mit der Batterie zwischen einem zweiten Ausgang des Fünf-Wege-Ventils und einem zweiten Eingang des Vier-Wege-Ventils angeordnet ist.
- - the first heat exchanger is fluidically arranged between a first outlet of the five-way valve and a first inlet of the four-way valve;
- - the second heat exchanger is fluidically arranged between a first outlet of the four-way valve and a first inlet of the five-way valve; and
- - the thermal coupling with the battery is arranged between a second output of the five-way valve and a second input of the four-way valve.
Ein dritter Ausgang des Fünf-Wege-Ventils kann fluidisch mit einem Umgebungswärmetauscher verbunden sein, welcher zwischen dem Fünf-Wege-Ventil und dem ersten Wärmetauscher angeordnet ist.A third output of the five-way valve may be fluidically connected to an ambient heat exchanger arranged between the five-way valve and the first heat exchanger.
Der Kühlmittelkreislauf kann zwischen einem zweiten Ausgang des Vier-Wege-Ventils und einem zweiten Eingang des Fünf-Wege-Ventils thermisch mit einem elektrischen Heizelement gekoppelt sein.The coolant circuit can be thermally coupled to an electrical heating element between a second output of the four-way valve and a second input of the five-way valve.
Ein elektrisches Heizelement kann am ersten Wärmetauscher thermisch mit dem Kühlmittelkreislauf gekoppelt sein.An electrical heating element can be thermally coupled to the coolant circuit at the first heat exchanger.
Kurzbeschreibung der FigurenShort description of the characters
Die Erfindung ist im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügte schematische und nicht maßstabsgetreue Zeichnung näher erläutert. Bei der Erfindung kann ein Merkmal positiv, d. h. vorhanden, oder negativ, d. h. abwesend, ausgestaltet sein. In dieser Spezifikation ist ein negatives Merkmal als Merkmal nicht explizit erläutert, wenn nicht gemäß der Erfindung Wert darauf gelegt ist, dass es abwesend ist. D. h. die tatsächlich gemachte und nicht eine durch den Stand der Technik konstruierte Erfindung darin besteht, dieses Merkmal wegzulassen. Das Fehlen eines Merkmals (negatives Merkmal) in einem Ausführungsbeispiel zeigt, dass das Merkmal optional ist. - In den lediglich beispielhaften Figuren (Fig.) der Zeichnung zeigen:
-
1 zeigt schematisch den Aufbau und die Funktionsweise einer Wärmepumpe gemäß dem Stand der Technik; -
2 zeigt schematisch den Aufbau und die Funktionsweise eines Temperaturmanagement-Systems für ein Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; -
3a zeigt schematisch den Aufbau und die Funktionsweise eines Temperaturmanagement-Systems für ein Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; -
3b zeigt schematisch den Aufbau und die Funktionsweise eines Temperaturmanagement-Systems für ein Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; -
4 zeigt schematisch den Aufbau und die Funktionsweise eines Temperaturmanagement-Systems für ein Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, auf einer Kühlmittelseite; -
5 zeigt schematisch den Aufbau und die Funktionsweise eines Temperaturmanagement-Systems für ein Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, auf einer Kühlmittelseite; -
6 zeigt schematisch den Aufbau und die Funktionsweise eines Temperaturmanagement-Systems für ein Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; -
7 zeigt schematisch den Aufbau und die Funktionsweise eines Temperaturmanagement-Systems für ein Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
-
1 shows schematically the structure and operation of a heat pump according to the state of the art; -
2 shows schematically the structure and operation of a temperature management system for a vehicle according to an embodiment of the invention; -
3a shows schematically the structure and operation of a temperature management system for a vehicle according to an embodiment of the invention; -
3b shows schematically the structure and operation of a temperature management system for a vehicle according to an embodiment of the invention; -
4 shows schematically the structure and operation of a temperature management system for a vehicle according to an embodiment of the invention, on a coolant side; -
5 shows schematically the structure and operation of a temperature management system for a vehicle according to an embodiment of the invention, on a coolant side; -
6 shows schematically the structure and operation of a temperature management system for a vehicle according to an embodiment of the invention; -
7 shows schematically the structure and operation of a temperature management system for a vehicle according to an embodiment of the invention;
BeschreibungDescription
Dabei entzieht die Wärmepumpe 1 einer Wärmequelle 5 Wärme über einen Verdampfer 3 und gibt diese an einer Wärmesenke 6 über einen Kondensator 4 ab. Vor der Wärmeabgabe am Kondensator 4 wird zunächst noch das am Verdampfer 3 verdampfte Kältemittel durch Anhebung des Druckes über einen elektrischen Kompressor 2 auf ein höheres Temperaturniveau gebracht, um so eine höhere Wärmeabgabe zu erzielen. Anschließend wird der Druck wieder auf das Ausgangsniveau entspannt, und zwar typischerweise durch ein elektronisch geregeltes Expansionsventil 8.The heat pump 1 extracts heat from a
Anhand der
Ein Kühlmittelkreislauf 100 zur Führung eines Kühlmittels ist thermisch mit der Batterie 500 des Fahrzeugs gekoppelt, die in der vorliegenden schematischen Ansicht der
Ein erster Wärmetauscher 300, in der gezeigten Ausführungsform ein flüssigkeitsgekühlter Kondensator („liquid cooled condenser“, LCC), ist thermisch sowohl mit dem Kältemittelkreislauf 200 als auch mit dem Kühlmittelkreislauf 100 gekoppelt. Dies bedeutet, dass Wärme zwischen dem Kältemittelkreislauf 200 und dem Kühlmittelkreislauf 100 übertragen werden kann.A
Ein zweiter Wärmetauscher 400, in der gezeigten Ausführungsform ein Batteriekühler, ist thermisch sowohl mit dem Kältemittelkreislauf 200 als auch mit dem Kühlmittelkreislauf 100 gekoppelt und hinsichtlich einer Flussrichtung des Kältemittels in einem Heizbetrieb hinter dem ersten Wärmetauscher 300 und vor dem Kompressor 210 angeordnet.A
Eine nicht dargestellte elektronische Steuerung ist steuerungstechnisch mit der Kühlmittelförderpumpe, der Kältemittelförderpumpe, den Ventilen des Kühlmittelkreislaufs 100, sowie den ebenfalls in
Als Wärmequellen der Wärmepumpe können eine Fahrzeugumgebung oder auch Abwärme des elektrischen Antriebsstranges des Fahrzeugs dienen. Zur Nutzung der Abwärme des elektrischen Antriebsstranges beispielsweise aus eAchse 112 und Batterie 500, die in den Komponenten 101 und 101' zusammengefasst sind, wird der zweite Wärmetauscher 300, im vorliegenden Fall also der Batteriekühler, verwendet.The heat pump's heat sources can be the vehicle's surroundings or waste heat from the vehicle's electric drive train. The
Zur Nutzung der Wärme aus der Umgebung bedarf es eines Umgebungswärmetauschers im Kältemittelkreislauf 200 oder eines Wärmetauschers zum Kühlmittelkreislauf 100, welcher wiederum selbst mit einem Umgebungswärmetauscher 110 verbunden ist. Letzterer kann beispielsweise ein Radiator sein, welcher üblicherweise zur Wärmeabfuhr des elektrischen Antriebsstranges an die Umgebung dient. Ein Umgebungswärmetauscher 110 ist in
Um im Falle des Kabinenkühlens einen Umgebungswärmetauscher im Kältemittelkreislauf 200 komplett einsparen zu können, muss nicht nur die Wärmeaufnahme, sondern auch die Wärmeabgabe von Kältemittel in Kühlmittel mit anschließendem Übertrag auf die Umgebung möglich sein.In order to be able to completely eliminate an ambient heat exchanger in the
Dazu dient in der Ausführungsform der
Weitere Komponenten des Kältemittelkreislaufs der in
Ein Absperrventil 260 sowie zwei elektronisch regelbare Drei-Wege-Ventile 250, 251 dienen dazu, das Kältemittel bedarfsweise zu dem Verdunster 230, dem Kondensator 240, und/oder zu dem ersten Wärmetauscher 300 zu leiten.A shut-off
Der erste Wärmetauscher 300 kann dafür verwendet werden, um über die Wärmepumpenfunktionalität Wärme in den Kühlmittelkreislauf 100 einzubringen und dadurch die Batterie aufzuheizen, beispielsweise zur Vorkonditionierung für ein Gleichstrom-Laden an einer Schnelladesäule oder aus Leistungs- und Lebensdauergründen bei kalter Batteriezelltemperatur. Sofern die Wärme aus dem Kältemittelkreislauf 200 über den ersten Wärmetauscher 300 abgegeben werden soll, wird der Pfad zum Kondensator 240 über das 3-Wege-Ventil 251 gesperrt.The
Es wurde eingangs bereits auf das Problem hingewiesen, dass die Wärmepumpe normalerweise nur bis zu dem Temperaturbereich betrieben werden kann, bei dem gerade noch der Verdampfungspunkt des verwendeten Kältemittels eingestellt werden kann (z.B. -5 bis -10°C).The problem was already mentioned at the beginning that the heat pump can normally only be operated up to the temperature range at which the evaporation point of the refrigerant used can just be set (e.g. -5 to -10°C).
Um die Effizienz der Wärmepumpenfunktionalität zu steigern und das Problem der Limitierung durch den Verdampfungspunkt des Kältemittels zu umgehen, wird zur Steigerung des Temperaturniveaus die Ausgangsheizleistung des Kompressors erfindungsgemäß zunächst zu seinem Eingang zurückgeführt, bevor sie dann bei ausreichender Heizleistung an den gewünschten Wärmesenken abgegeben wird.In order to increase the efficiency of the heat pump functionality and to avoid the problem of limitations caused by the evaporation point of the refrigerant, the output heating power of the compressor is initially fed back to its input to increase the temperature level before it is then released to the desired heat sink when the heating power is sufficient.
Dies geschieht durch einen Dreiecksprozess auf der Kühlmittelseite, der im Folgenden unter Bezug auf die
Ähnlich zu der Bezugsziffern 101, 101' des Kühlmittelkreislaufs 100 repräsentieren die Bezugszeichen 201, 201', und 201" in der
Wie in
Die Verbindung von erstem 300 und zweitem Wärmetauscher 400 in dem gemeinsamen, über die Kühlmittelpumpe angetriebenen Kühlmittelkreislauf 100 erlaubt es, dass der erste Wärmetauscher 300 die Wärme aus dem Kältemittelkreislauf 200 nach dem Kompressor 210 aufnimmt und der zweite Wärmetauscher 400 die Wärme wieder an den Kältemittelkreislauf 200 vor Eingang des Kompressors 210 überträgt. Es ist dies ein Dreiecksprozess mit der Zurückführung der Heizleistung, die in der
Dabei ist es möglich, den Kühlmittel-Dreiecksprozess mit weiteren Wärmequellen im selben Kühlmittelkreislauf 100 auszuführen, wie z.B. mit dem Umgebungswärmetauscher 110 und einem Bypassventil zur möglichen Nutzung von zusätzlicher Umgebungswärme, sowie der eventuellen Einbindung der Abwärme der Antriebseinheit oder anderen kühlmittelgekühlten Komponenten.It is possible to carry out the coolant triangulation process with additional heat sources in the
Ferner sind potentiell mehrere Wärmequellen an den durch 108, 108', und 108" gekennzeichneten Stellen in den Kühlmittelkreislauf 100 eingebunden, beispielsweise in Form eines Umgebungswärmetauschers oder als Abwärme aus einem Fahrzeugantrieb (eAchse 112). Wie in der
Um nun ein schnelleres Aufheizen auf Kühlmittelseite zu unterstützen, weist der Kühlmittelkreislauf 100 in der gezeigten Ausführungsform ein Drei-Wege-Ventil 107 mit einem Eingang und zwei Ausgängen auf, welches in Bezug auf die Flussrichtung des Kühlmittels hinter dem ersten Wärmetauscher 300 und vor der Wärmesenke 106 angeordnet ist. Ein erster Ausgang des Drei-Wege-Ventils 107 ist dabei mit der Wärmesenke 106 verbunden, während ein zweiter Ausgang den Kältekreislauf 100 bei Bedarf so kurzschließt, dass die Wärmesenke 106 umgangen wird („bypass“). Das bedarfsweise Kurzschließen oder, in anderen Worten, Einbinden beziehungsweise Umgehen der Wärmesenke 106 erlaubt es, dass auf Kühlmittelseite während der Aufheizphase keine Wärme beziehungsweise, bei Durchleiten nur eines Teils des Kühlmittels zur Wärmesenke 106, lediglich eine akzeptable Wärmemenge an die Wärmesenke 106 abgegeben wird, während eine ausreichend große Wärmemenge für den Kühlmittel-Dreiecksprozess zur Verfügung steht.In order to support faster heating on the coolant side, the
In ähnlicher Weise ist ein Drei-Wege-Ventil 207 im Kältemittelkreislauf 200 so angeordnet, dass es eine im Kältemittelkreislauf 200 eingebundene Wärmesenke 206 bedarfsweise ganz oder teilweise überbrückt werden kann. Dabei ist das Drei-Wege-Ventil 206 bezogen auf die Flussrichtung des Kältemittels hinter dem Kompressor 210 und vor dem ersten Wärmetauscher 300 angeordnet. Durch entsprechende Ansteuerung des Drei-Wege-Ventils 207 kann der Kältemittelstrom unter Ausschluss der Wärmesenke 206 vom Kompressor 210 zum ersten Wärmetauscher 300 und weiter zum zweiten Wärmetauscher 400 geleitet werden, oder vom Kompressor 210 über die Wärmesenke 206 weiter zum zweiten Wärmetauscher 400. Um ein schnelles Aufheizen des Kältemittelkreises zu unterstützen, kann somit die Wärmesenke 206 bedarfsweise ganz oder teilweise umgangen werden.In a similar way, a three-
Im Allgemeinen sei angemerkt, dass das in Figure 3b dargestellte Drei-Wege Ventil nur ein mögliches Ausführungsbeispiel ist. Generell kann eine Ventilvorrichtung verwendet werden, die es ermöglicht, eine Aufteilung des Massenstroms ganz oder teilweise vorzunehmen, so dass eine Aufteilung der vorhandenen Wärmeleistung auf die gewünschten Wärmesenken ermöglicht wird und eine entsprechende Regelung möglich ist. Beispielsweise kann auch ein proportortional ansteuerbares 4-Wege Ventil zum Aufsplitten des Massenstroms oder die Funktionalität eines 3-Wege Ventils durch zwei 2-Wege Ventile realisiert werden.In general, it should be noted that the three-way valve shown in Figure 3b is only one possible embodiment. In general, a valve device can be used that allows the mass flow to be divided in whole or in part, so that the available heat output can be divided between the desired heat sinks and corresponding control is possible. For example, a proportionally controllable 4-way valve can be used to split the mass flow or the functionality of a 3-way valve can be implemented using two 2-way valves.
Die
In der in
Hierbei ist ein erster Eingang 131 fluidisch mit dem ersten Wärmetauscher 300 verbunden und ein erster Ausgang 133 mit dem zweiten Wärmetauscher 400. Ein zweiter Eingang 132 nimmt einen Kühlmittelstrom aus Richtung der thermischen Kopplung mit der Batterie 500 auf. Der zweite Wärmetauscher 400 ist fluidisch zwischen dem Vier-Wege-Ventil 130 und einem ersten Drei-Wege-Ventil 140 angeordnet, wobei das erste Drei-Wege-Ventil 140 einen Kühlmittelstrom bedarfsweise in Richtung der thermischen Kopplung mit der Batterie 500 und/oder in Richtung des ersten Wärmetauschers 300 leitet. Ein zweites Drei-Wege-Ventil 150 ist fluidisch zwischen dem ersten Drei-Wege-Ventil 140 und dem ersten Wärmetauscher 300 angeordnet, wobei das zweite Drei-Wege-Ventil 150 einen Kühlmittelstrom vom ersten Drei-Wege-Ventil 140 kommend bedarfsweise direkt an den ersten Wärmetauscher 300 leitet und/oder über den Umgebungswärmetauscher 110 unter Aufnahme von Wärme aus der Umgebung an den ersten Wärmetauscher 300 leitet. Dabei wird das zweite Drei-Wege-Ventil 150 zumindest teilweise in Abhängigkeit von einer Außentemperatur des Fahrzeugs gesteuert, die beispielsweise über einen Außentemperatursensor ermittelt werden kann.Here, a
Ein zweiter Ausgang des Vier-Wege-Ventils 130 ist fluidisch mit einem dritten Drei-Wege-Ventil 160 verbunden, wobei das dritte Drei-Wege-Ventil 160 einen von dem Vier-Wege-Ventil 130 kommenden Kühlmittelstrom bedarfsweise in Richtung der thermischen Kopplung mit der Batterie 500 und/oder in Richtung des zweiten Drei-Wege-Ventils 150 leitet.A second output of the four-
In der in
Zur Steigerung der Heizleistung kann ein elektrisches Heizelement am ersten Wärmetauscher 300 thermisch mit dem Kühlmittelkreislauf 100 gekoppelt sein, oder das elektrische Heizelement 120 kann, wie in
Vorteile dieses Ansatzes können je nach Betrachtungsweise in einer relativen Kosteneinsparung oder einer gesteigerten Funktionalität gesehen werden, mit der sich beispielsweise die Antwortzeit bei der Anforderung zum Kabinenheizen verbessern lässt. Der Prozess begünstigt die Unabhängigkeit des Wärmepumpenbetriebs vom Verdampfungspunkt des Kältemittels und trägt damit ebenso zur Energieeffizienz des Fahrzeugs bei, da der Betrieb einer Wärmepumpe üblicherweise energetisch effizienter als der Betrieb von elektrischen Heizelementen ist. Eine gesteigerte Energieeffizienz trägt somit zur Maximierung der Fahrreichweite bei.Depending on how you look at it, the advantages of this approach can be seen in relative cost savings or increased functionality, which can, for example, improve the response time when a cabin is heated. The process makes heat pump operation independent of the evaporation point of the coolant and thus also contributes to the energy efficiency of the vehicle, since the operation of a heat pump is usually more energy efficient than the operation of electrical heating elements. Increased energy efficiency therefore helps to maximize the driving range.
Alternativ oder zusätzlich wäre es auch denkbar, dass der Kühlmittel-Dreiecksprozess gleichzeitig mit einem Kältemittel-Dreiecksprozess verwendet wird, bei dem auf Seite des Kältemittelkreislaufs 200 durch entsprechende Anordnung zusätzlicher Ventile Kältemittel vom Ausgang des Kompressors 210 direkt zurück zum Kompressoreingang gefördert wird, um durch diesen Kurzschluss das Temperaturniveau anzuheben.Alternatively or additionally, it would also be conceivable for the coolant triangle process to be used simultaneously with a refrigerant triangle process, in which, on the side of the
Aus der Kombination des Kältemittel-Dreiecksprozesses und des Kühlmittel-Dreiecksprozess kann sich somit eine noch weiter verbesserte Heizleistung ergeben. Durch die verbesserte Verfügbarkeit der Wärmepumpe bei Tiefsttemperaturen sowie einer gesteigerten Heizleistung lassen sich bei geeigneter Dimensionierung des Kompressors ebenso weitere elektrische PTC-Heizer einsparen.The combination of the refrigerant triangle process and the coolant triangle process can therefore result in an even further improved heating performance. The improved availability of the heat pump at extremely low temperatures and increased heating performance also mean that additional electrical PTC heaters can be saved if the compressor is suitably dimensioned.
Dabei ist, wie in
Ein dritter Ausgang des Fünf-Wege-Ventils 170 ist fluidisch mit dem Umgebungswärmetauscher 120 verbunden, welcher zwischen dem Fünf-Wege-Ventil 180 und dem ersten Wärmetauscher 300 angeordnet ist. Der Kühlmittelkreislauf 100 kann wie in
Ein erfindungsgemäßes Temperaturmanagement-Verfahren umfasst in beiden in den
- S1. Komprimieren des Kältemittels in
dem Kompressor 210 unter Anheben eines Temperaturniveaus des Kältemittels; - S2. fördern des
Kältemittels im Kältemittelkreislauf 200 vomKompressor 210 über zumindest den erstenWärmetauscher 300 und den zweitenWärmetauscher 400 zurück zumKompressor 210; - S3. fördern des Kühlmittels zumindest vom ersten Wärmetauscher 300 zum zweiten Wärmetauscher 400 und zurück zum ersten Wärmetauscher 300;
- S4. wobei im Heizbetrieb Wärme aus dem Kältemittel
am ersten Wärmetauscher 300 an das Kühlmittel übertragen wird und Wärme aus dem Kühlmittelam zweiten Wärmetauscher 400 an das Kältemittel übertragen wird.
- S1. Compressing the refrigerant in the
compressor 210 while raising a temperature level of the refrigerant; - S2. conveying the refrigerant in the
refrigerant circuit 200 from thecompressor 210 via at least thefirst heat exchanger 300 and thesecond heat exchanger 400 back to thecompressor 210; - S3. conveying the coolant at least from the
first heat exchanger 300 to thesecond heat exchanger 400 and back to thefirst heat exchanger 300; - S4. wherein in heating operation heat from the refrigerant is transferred to the coolant at the
first heat exchanger 300 and heat from the coolant is transferred to the refrigerant at thesecond heat exchanger 400.
Wie bereits weiter oben angemerkt, dienen die arabischen Ziffern in der Bezeichnung der Verfahrensschritte „S1“ bis „S4“ lediglich der Identifizierung der einzelnen Schritte, es soll hierdurch keine Reihenfolge der Verfahrensschritte festgelegt werden. So ist es möglich, dass beispielsweise der Schritt S3 vor dem Schritt S1 ausgeführt wird. Insbesondere können einige oder mehrere der Schritte S1 bis S4 auch parallel oder wiederholt in einer Schleife durchgeführt werden.As already noted above, the Arabic numerals in the designation of the process steps "S1" to "S4" serve only to identify the individual steps; they are not intended to specify a sequence of the process steps. For example, it is possible that step S3 is carried out before step S1. In particular, some or more of the steps S1 to S4 can also be carried out in parallel or repeatedly in a loop.
Die im Kühlmittel vorhandene Wärme wird über den zweiten Wärmetauscher 400 an das Kältemittel übertragen und dabei nicht beziehungsweise nicht vollständig an eine anderweitige Wärmesenke, beispielsweise die Batterie 500, abgegeben. Die Kühlmitteltemperatur am Auslass des zweiten Wärmetauschers 400 sinkt dabei unter Berücksichtigung des thermischen Widerstandes in Richtung des Temperaturniveaus des Kältemittels ab. Sofern der Verdampfungspunkt des Kältemittels und dadurch die abgesenkte Kühlmitteltemperatur unterhalb der Umgebungstemperatur liegt, kann das Kühlmittel über das zweite Drei-Wege-Ventil 150 zum Umgebungswärmetauscher 110 umgeleitet werden, um darüber zusätzliche Umgebungswärme zu entnehmen. Falls die Umgebung zu kalt ist, kann der Umgebungswärmetauscher 110 über das zweite Drei-Wege-Ventil 150 auch überbrückt werden. Die über den Kompressor 210 gesteigerte Wärmeleistung wird über den ersten Wärmetauscher 300 in das Kühlmittel eingebracht und dabei nicht beziehungsweise nicht vollständig an eine anderweitige Wärmesenke, beispielsweise den Kondensator 240, an die Passagierkabine abgegeben. Dieser Kreislauf kann so lange fortgeführt werden, bis eine Temperatur des Kältemittels an einem Ausgang des Kompressors 210 einen vorbestimmten Wert erreicht, der es erlaubt, die Heizleistung an die gewünschte Wärmesenke abzugeben. The heat present in the coolant is transferred to the coolant via the
Alternativ zu den offenbarten Topologien können auch weitere Topologie-Ausprägungen und -Verschaltungen existieren, welche ebenso den vorstehend beschriebenen Kühlmitteldreiecksprozess ermöglichen. Ausführungsformen der Erfindung umfassen beispielsweise Topologien des Kühlmittelkreislaufs, in welchen anstelle der in den
Zur weiteren Steigerung des Heizpotentials kann ebenfalls die Abwärme der Antriebseinheit des Fahrzeugs eingebunden werden, wobei die Einbindung je nach Präferenz und Auslegung vor oder nach dem ersten Wärmetauscher 300 angeordnet werden kann. Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn sich über einen bewussten ineffizienten Betrieb der eAchse (in der Zusammenfassung als Inverter, eMaschine und Getriebe) eine gezielte Abwärmeproduktion einstellen lässt (auch: „wasteheat generation“). Neben der Antriebseinheit können je nach Verfügbarkeit von anderen Wärmequellen diese ebenso in die thermische Topologie eingebunden werden, sodass sie den Kühlmittel-Dreiecksprozess begünstigen.To further increase the heating potential, the waste heat from the vehicle's drive unit can also be integrated, whereby the integration can be arranged before or after the
Anhand der
In dem in
Der zweite Wärmetauscher 400, der ein Batteriekühler sein kann, ist in Bezug auf die Flussrichtung des Kältemittels im Heizbetrieb wie bereits in
Unter Berücksichtigung der im Vergleich zur Ausführungsform der
Hinsichtlich des Kühlmittelkreislaufs 100 zeigt
Wie der
Im Unterschied zu
Der Kältemittelkreislauf 200 umfasst in der dargestellten Ausführungsform lediglich die Komponenten Kompressor 210, erster Wärmetauscher 300, zweiter Wärmetauscher 400, und Verdunster 230, die mit entsprechenden Leitungen 205 verbunden sind. Ein Drei-Wege-Ventil 255, das hinter dem ersten Wärmetauscher 300 angeordnet ist, ermöglicht es, den Kältemittelstrom bedarfsweise ganz oder teilweise über den Verdunster und/oder über den zweiten Wärmetauscher 400 zum Kompressor 210 zu leiten, von dem aus das Kältemittel wieder zum ersten Wärmetauscher 300 gelangt. Alternativ hierzu sind in Ausführungsformen der Erfindung anstatt des Drei-Wege-Ventils 255 zwei elektronische Expansionsventile angeordnet.In the embodiment shown, the
Der Kühlmittelkreislauf 100 ist prinzipiell ähnlich zu dem in
Ausgehend vom Fünf-Wege-Ventil 2000 kann das Kühlmittel wahlweise zurück zum ersten Drei-Wege-Ventil 118 geleitet werden, oder an einen Unterkreislauf 100', welcher ausgehend vom Fünf-Wege-Ventil 2000 hintereinander die Komponenten zweiter Wärmetauscher 400, Vier-Wege-Ventil 1900, und Batterie 500 umfasst. Optional kann hinter dem Fünf-Wege-Ventil 2000 auch ein elektrisches Heizelement 120 vorgesehen sein.Starting from the five-
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen und dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Sie umfasst vielmehr auch alle fachmännischen Weiterbildungen im Rahmen der durch die Patentansprüche definierten Erfindung.The invention is not limited to the embodiments described and illustrated. Rather, it also includes all specialist developments within the scope of the invention defined by the patent claims.
Neben den beschriebenen und abgebildeten Ausführungsformen sind weitere Ausführungsformen vorstellbar, welche weitere Abwandlungen sowie Kombinationen von Merkmalen umfassen können.In addition to the embodiments described and illustrated, further embodiments are conceivable, which may include further modifications and combinations of features.
Claims (21)
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102023206182.1A DE102023206182A1 (en) | 2023-06-30 | 2023-06-30 | Method and system for temperature management in a vehicle |
| PCT/EP2024/068309 WO2025003439A1 (en) | 2023-06-30 | 2024-06-28 | Method and system for temperature management in a vehicle |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102023206182.1A DE102023206182A1 (en) | 2023-06-30 | 2023-06-30 | Method and system for temperature management in a vehicle |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE102023206182A1 true DE102023206182A1 (en) | 2025-01-02 |
Family
ID=91759487
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE102023206182.1A Pending DE102023206182A1 (en) | 2023-06-30 | 2023-06-30 | Method and system for temperature management in a vehicle |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE102023206182A1 (en) |
| WO (1) | WO2025003439A1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102024204312A1 (en) * | 2024-05-08 | 2025-11-13 | Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Method, computing unit and temperature control system for temperature control of a passenger compartment of a vehicle that is at least partially electrically powered. |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20150258875A1 (en) * | 2012-08-28 | 2015-09-17 | Denso Corporation | Thermal management system for vehicle |
| DE102016203045A1 (en) * | 2016-02-26 | 2017-08-31 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Tempering device for tempering an interior of a vehicle and method for operating such a tempering device |
| DE102018108317A1 (en) * | 2017-12-08 | 2019-06-13 | Hyundai Motor Company | Heating, Ventilation and Air Conditioning (HVAC) - System of a vehicle |
| FR3077335A1 (en) * | 2018-01-31 | 2019-08-02 | Valeo Systemes Thermiques | REFRIGERANT FLUID CIRCUIT |
| DE102018104301A1 (en) * | 2018-02-26 | 2019-08-29 | Hanon Systems | Device for an air conditioning system of a motor vehicle and method for operating the device |
| DE102018127539A1 (en) * | 2018-04-09 | 2019-10-10 | Hyundai Motor Company | HEATING SYSTEM OF A VEHICLE |
| DE102021210258A1 (en) * | 2020-10-29 | 2022-05-05 | Rivian Ip Holdings, Llc | Integrated thermal management system for a vehicle |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5589967B2 (en) * | 2011-06-13 | 2014-09-17 | 株式会社デンソー | Temperature control device for vehicles |
| JP6838535B2 (en) * | 2017-09-21 | 2021-03-03 | 株式会社デンソー | Refrigeration cycle equipment |
| DE102018117099A1 (en) * | 2018-07-16 | 2020-01-16 | Hanon Systems | Thermal system of a motor vehicle and method for operating the thermal system |
-
2023
- 2023-06-30 DE DE102023206182.1A patent/DE102023206182A1/en active Pending
-
2024
- 2024-06-28 WO PCT/EP2024/068309 patent/WO2025003439A1/en not_active Ceased
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20150258875A1 (en) * | 2012-08-28 | 2015-09-17 | Denso Corporation | Thermal management system for vehicle |
| DE102016203045A1 (en) * | 2016-02-26 | 2017-08-31 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Tempering device for tempering an interior of a vehicle and method for operating such a tempering device |
| DE102018108317A1 (en) * | 2017-12-08 | 2019-06-13 | Hyundai Motor Company | Heating, Ventilation and Air Conditioning (HVAC) - System of a vehicle |
| FR3077335A1 (en) * | 2018-01-31 | 2019-08-02 | Valeo Systemes Thermiques | REFRIGERANT FLUID CIRCUIT |
| DE102018104301A1 (en) * | 2018-02-26 | 2019-08-29 | Hanon Systems | Device for an air conditioning system of a motor vehicle and method for operating the device |
| DE102018127539A1 (en) * | 2018-04-09 | 2019-10-10 | Hyundai Motor Company | HEATING SYSTEM OF A VEHICLE |
| DE102021210258A1 (en) * | 2020-10-29 | 2022-05-05 | Rivian Ip Holdings, Llc | Integrated thermal management system for a vehicle |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102024204312A1 (en) * | 2024-05-08 | 2025-11-13 | Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Method, computing unit and temperature control system for temperature control of a passenger compartment of a vehicle that is at least partially electrically powered. |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2025003439A1 (en) | 2025-01-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP3711983B1 (en) | Heat system for electric or hybrid vehicle, electric or hybrid vehicle, method for operating a heat system | |
| EP3454401B1 (en) | Motor vehicle with a cooling system | |
| DE102015220623B4 (en) | Warming system for an electric or hybrid vehicle | |
| DE102020117471B4 (en) | Heat pump arrangement with indirect battery heating for battery-operated motor vehicles and method for operating a heat pump arrangement | |
| DE102020107111B4 (en) | Heat pump arrangement for vehicles with a vehicle cabin heating circuit and a battery heating circuit | |
| EP3191328B1 (en) | Heat pump system for climate control of a vehicle, and method for operating a heat pump system of this type | |
| DE102016006682B4 (en) | Method for operating an air conditioning system of an electric or hybrid vehicle and air conditioning system for carrying out the method | |
| DE102021131215A1 (en) | Heat pump assembly with a chiller for battery powered vehicles and method of operating the heat pump assembly | |
| DE102020206727B4 (en) | Thermal management system for a battery of a motor vehicle, and method for thermal management for a battery of a motor vehicle | |
| WO2019096696A1 (en) | Cooling system for a motor vehicle and motor vehicle having such a cooling system | |
| DE102019129442A1 (en) | Heat pump system for a vehicle | |
| DE102019111127A1 (en) | Cooling and heating system for vehicle | |
| DE102013206630A1 (en) | Cooling and heating system for an electric or hybrid vehicle and method for operating such a cooling and heating system | |
| DE102022126583A1 (en) | INTEGRATED HEAT MANAGEMENT SYSTEM FOR VEHICLES | |
| DE102010048853A1 (en) | Air conditioning system for a motor vehicle and method for operating an air conditioning system of a motor vehicle | |
| WO2014086443A1 (en) | Vehicle having an electric motor | |
| DE102017216778B4 (en) | Refrigeration system for a vehicle with a refrigerant circuit | |
| DE102021204380B4 (en) | Thermal management system for a battery in a motor vehicle and motor vehicle with a thermal management system | |
| EP4171977B1 (en) | Thermal management system for an electric vehicle and method for operating said thermal management system | |
| DE102020206268A1 (en) | Thermal management system for a battery of a motor vehicle and a method for thermal management for a battery of a motor vehicle | |
| DE102021127770A1 (en) | Thermal management system for a motor vehicle and motor vehicle with such | |
| DE102022131381A1 (en) | Heat pump system for a vehicle | |
| WO2023061685A1 (en) | Thermal management system for a motor vehicle | |
| DE102018221281A1 (en) | Refrigeration system for a vehicle with a refrigerant circuit that can be operated for a refrigeration system operation and a heat pump operation | |
| DE102015200334A1 (en) | HEATING SYSTEM FOR AN ELECTRIC OR HYBRID VEHICLE AND METHOD FOR AIR-CONDITIONING SUCH A VEHICLE |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R163 | Identified publications notified |
