DE-102021107772-B4 - FAHRZEUG MIT EINER STEUERUNG FÜR DAS THERMISCHE SYSTEM EINES FAHRZEUGS

Abstract

Fahrzeug, umfassend: einen Fahrgastraum; ein Managementsystem (12) für thermische Energie, mit einem ersten und einem zweiten Thermofluidkreislauf (14), wobei der erste Thermofluidkreislauf (14) eine Kühlmittelpumpe (26) enthält, die so konfiguriert ist, dass sie ein Kühlmittel (28) durch ein Leistungselektronik-Modul (34), einen Elektromotor (40), eine Kühlmittelheizung (30), einen Chiller (50) und eine Fahrzeugbatterie (38) in der angegebenen Reihenfolge zirkulieren lässt, so dass der erste Thermofluidkreislauf (14) so konfiguriert ist, dass er selektiv thermische Energie zwischen der Fahrzeugbatterie (38) und dem Chiller (50) überträgt, der zweite Thermofluidkreislauf (14) so konfiguriert ist, dass er ein Kältemittel (74) durch mindestens den Chiller (50), einen Kompressor (80), einen Verdampfer (94) und einen externen Verflüssiger (90) zirkulieren lässt, so dass der zweite Thermofluidkreislauf (14) so konfiguriert ist, dass er thermische Energie zwischen dem Chiller (50) und dem externen Verflüssiger (90) überträgt, wobei der zweite Thermofluidkreislauf (14) stromabwärts des Kompressors (80) ferner einen strömungstechnisch parallel zu dem externen Verflüssiger (90) geschalteten Fahrgastraumverflüssiger (86) zur Abgabe von thermischer Energie in den Fahrgastraum umfasst; und einen Controller (16), der so konfiguriert ist, dass er das Managementsystem (12) für thermische Energie gemäß einem Fahrgastraumkühlungsmodus zum Kühlen des Fahrgastraums und einem Batteriekühlungsmodus zum Kühlen der Fahrzeugbatterie (38) steuert; wobei der externe Verflüssiger (90) so konfiguriert ist, dass er thermische Energie von dem zweiten Thermofluidkreislauf (14) direkt an die Umgebungsluft überträgt.

Inventors

• Michael H. Carlson
• Lawrence P. Ziehr

Assignees

• GM Global Technology Operations LLC

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20210327

Priority Date

20200602

Claims (7)

1. Fahrzeug, umfassend: einen Fahrgastraum; ein Managementsystem (12) für thermische Energie, mit einem ersten und einem zweiten Thermofluidkreislauf (14), wobei der erste Thermofluidkreislauf (14) eine Kühlmittelpumpe (26) enthält, die so konfiguriert ist, dass sie ein Kühlmittel (28) durch ein Leistungselektronik-Modul (34), einen Elektromotor (40), eine Kühlmittelheizung (30), einen Chiller (50) und eine Fahrzeugbatterie (38) in der angegebenen Reihenfolge zirkulieren lässt, so dass der erste Thermofluidkreislauf (14) so konfiguriert ist, dass er selektiv thermische Energie zwischen der Fahrzeugbatterie (38) und dem Chiller (50) überträgt, der zweite Thermofluidkreislauf (14) so konfiguriert ist, dass er ein Kältemittel (74) durch mindestens den Chiller (50), einen Kompressor (80), einen Verdampfer (94) und einen externen Verflüssiger (90) zirkulieren lässt, so dass der zweite Thermofluidkreislauf (14) so konfiguriert ist, dass er thermische Energie zwischen dem Chiller (50) und dem externen Verflüssiger (90) überträgt, wobei der zweite Thermofluidkreislauf (14) stromabwärts des Kompressors (80) ferner einen strömungstechnisch parallel zu dem externen Verflüssiger (90) geschalteten Fahrgastraumverflüssiger (86) zur Abgabe von thermischer Energie in den Fahrgastraum umfasst; und einen Controller (16), der so konfiguriert ist, dass er das Managementsystem (12) für thermische Energie gemäß einem Fahrgastraumkühlungsmodus zum Kühlen des Fahrgastraums und einem Batteriekühlungsmodus zum Kühlen der Fahrzeugbatterie (38) steuert; wobei der externe Verflüssiger (90) so konfiguriert ist, dass er thermische Energie von dem zweiten Thermofluidkreislauf (14) direkt an die Umgebungsluft überträgt.
2. Fahrzeug nach Anspruch 1 , wobei im Fahrgastraumkühlungsmodus der Kompressor (80) mit einer ersten Leistungseinstellung betrieben wird und wobei im Batteriekühlungsmodus der Kompressor (80) mit einer zweiten Leistungseinstellung betrieben wird und der Chiller (50) so gesteuert wird, dass er thermische Energie von dem ersten Thermofluidkreislauf (14) zu dem zweiten Thermofluidkreislauf (14) überträgt, wobei die zweite Leistungseinstellung kleiner ist als die erste Leistungseinstellung.
3. Fahrzeug nach Anspruch 1 , wobei die zweite Leistungseinstellung eine Einstellung minimaler Betriebsleistung für den Kompressor (80) ist.
4. Fahrzeug nach Anspruch 1 , wobei der externe Verflüssiger (90) mit einer ersten Luftströmungsrate und einer zweiten Luftströmungsrate betrieben werden kann, wobei die zweite Luftströmungsrate größer ist als die erste Luftströmungsrate, und wobei der externe Verflüssiger (90) im Batteriekühlungsmodus mit der zweiten Luftströmungsrate betrieben wird.
5. Fahrzeug nach Anspruch 4 , wobei die zweite Luftströmungsrate eine maximale passive Luftströmungsrate für den externen Verflüssiger (90) ist.
6. Fahrzeug nach Anspruch 1 , wobei der erste Thermofluidkreislauf (14) ein Kühlmittelkreislauf (24) und der zweite Thermofluidkreislauf (14) ein Kältemittelkreislauf (52) ist.
7. Fahrzeug nach Anspruch 1 , wobei bei der zweiten Leistungseinstellung das Thermofluid im externen Verflüssiger (90) in einem unterkritischen Zustand gehalten wird.

Description

EINLEITUNG Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Fahrzeug mit einem Wärmemanagementsystem zur Steuerung des Betriebs von Quellen und Senken thermischer Energie innerhalb eines Kraftfahrzeugs. Die DE 11 2013 001 769 T5 beschreibt beispielsweise ein Fahrzeug mit einem ersten und einem zweiten Thermofluidkreislauf, wobei der erste Thermofluidkreislauf eine Kühlmittelpumpe enthält, mittels derer ein Kühlmittel durch eine Fahrzeugbatterie umgewälzt wird. Mit dem ersten Thermofluidkreislauf ist über einen Wärmetauscher der zweite Thermofluidkreislauf thermisch gekoppelt, dessen Kompressor ein Kältemittel durch einen Verflüssiger umwälzt, um thermische Energie zwischen dem Wärmetauscher und dem Verflüssiger zu übertragen. Weitergehender Stand der Technik ergibt sich ferner aus den Druckschriften WO 2021 / 259 513 A1, WO 2021 / 009 309 A1 und US 2019/0 070 924 A1, wobei jedoch die beiden WO-Schriften zum hier maßgeblichen Prioritätstag noch nicht bekannt waren. Emissionsnormen, Umweltbelange und die Wahrnehmung des Fahrers in Bezug auf Ansprechverhalten, Laufruhe und Geräusch-, Vibrations- und Rauigkeitsentwicklung (NVH) sowie Fahrerkomfort diktieren viele der Wege, auf denen die thermische Energie innerhalb eines Kraftfahrzeugs gesteuert wird. Traditionell wurde nach Wirkungsgraden innerhalb der Grenzen der Brennkraftmaschinen (ICE) gesucht, die als Antriebsaggregate für Kraftfahrzeuge dienen. Solche Fortschritte haben im Allgemeinen die Form einer Verbesserung des Verbrennungswirkungsgrads (Maximierung der Umwandlung von Verbrennungsenergie in Antriebskraft), der Rückgewinnung bzw. Verwertung von thermischer Verbrennungsenergie zum Betrieb von Heizungs-/Lüftungs-/Klimatisierungs (HVAC)-Funktionen, der Rückgewinnung von kinetischer Energie beim Bremsen zum Aufladen der Batterie und Ähnlichem angenommen. Die Rückgewinnungsfunktionen werden häufig in speziellen Heiz-, Kühl- oder Stromkreisen ausgeführt, was zu einer relativ komplexen Reihe von Schaltkreisen führt, von denen viele fast völlig unabhängig voneinander funktionieren. Doch obwohl Brennkraftmaschinen immer effizienter geworden sind und wahrscheinlich auch weiterhin werden, werden erhebliche Mengen an thermischer Energie von den Brennkraftmaschinen erzeugt, von denen ein erheblicher Teil normalerweise an die Umgebung des Fahrzeugs abgegeben wird. Das heißt, in einem Fahrzeug mit Brennkraftmaschine wird ein Überschuss an thermischer Energie durch die Brennkraftmaschine erzeugt und kann nicht effektiv oder effizient innerhalb des Kraftfahrzeugs gehalten werden. So wird oft eine erhebliche Menge an so genannter „hochwertiger“ thermischer Energie aus dem Kraftfahrzeug an die Atmosphäre abgegeben. In dem Bestreben, die ineffiziente Nutzung von Brennkraftmaschinen abzuschwächen, die Emissionen zu senken, die Umweltbelastung zu reduzieren und das Ansprechverhalten, die Laufruhe, die NVH und den Fahrerkomfort zu verbessern, verlassen sich Kraftfahrzeuge zunehmend auf elektrischen Strom sowohl für den Antrieb als auch für das Management der Fahrgastraumumgebung. Der zunehmende Einsatz von elektrischem Strom, wie er von innovativen Antriebssystemen wie Hybridsystemen, Batterien, Brennstoffzellen und dergleichen erzeugt wird, hat jedoch die Menge und die Qualität der thermischen Energie, die von Fahrzeugen mit solchen innovativen Antriebssystemen erzeugt wird, drastisch reduziert. Dementsprechend können herkömmliche Systeme und Verfahren des Wärmemanagements, die ursprünglich für Brennkraftmaschinen entwickelt wurden, zwar auf innovative Antriebssysteme wie batterieelektrische Fahrzeuge (BEVs) angewandt werden - die sich in erster Linie auf eine Batterie und einen Elektromotor-Generator für den Antrieb verlassen -, der Überschuss an thermischer Energie ist jedoch viel geringer als bei einer Brennkraftmaschine. Während herkömmliche Systeme und Verfahren des Wärmemanagements in Brennkraftmaschinen ihren Zweck erfüllen können, besteht daher ein Bedarf an verbesserten Systemen und Verfahren des Wärmemanagements für Fahrzeuge, in denen die Verwendung von Brennkraftmaschinen reduziert und/oder ganz eliminiert wird. Daher besteht ein Bedarf an neuen und verbesserten Wärmemanagementsystemen und -verfahren, die thermische Energie effizient sammeln, speichern und an Fahrzeugsysteme verteilen, die diese Energie benötigen, während sie gleichzeitig die Hardwarekosten und -komplexität reduzieren, die Zuverlässigkeit verbessern und eine verbesserte Sicherheit und Redundanz sowie eine geringere Reichweitenangst für Kraftfahrzeugbetreiber bieten. ZUSAMMENFASSUNG Ein Fahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung zeichnet sich durch die Merkmale des Anspruchs 1 aus und umfasst einen Fahrgastraum, ein Managementsystem für thermische Energie und einen Controller. Das Managementsystem für thermische Energie hat einen ersten und einen zweiten Thermofluidkreislauf. Der erste Thermofluidkreislauf umfasst eine Kühlmittelpumpe, die so konfiguriert ist, dass sie ein Kühlmittel durch mindest