CN115956031A - 用于电动或混合动力机动车辆的冷却模块 - Google Patents

用于电动或混合动力机动车辆的冷却模块 Download PDF

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E·埃蒂安
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Abstract

本发明涉及一种用于电动或混合动力机动车辆的冷却模块(22)，所述冷却模块(22)具有壳体(24)，该壳体包括空气入口(24a)和空气出口(24b)，在该壳体内部布置有热交换器(25a、25b、25c)组件(23)和切向涡轮机(28),该切向涡轮机配置成产生从其空气入口(24a)到其空气出口(24b)穿过所述壳体(24)并穿过热交换器(25a、25b、25c)组件(23)的空气流(F),其特征在于，壳体(24)在其外部侧面之一上包括双流体热交换器(27),以便允许在第一流通回路(C1)中流通的第一传热流体和在第二流通回路(C2)中流通的第二传热流体之间交换热能。

Description

用于电动或混合动力机动车辆的冷却模块
技术领域
本发明涉及用于电动或混合动力机动车辆的冷却模块。本发明还涉及配备有这种冷却模块的电动机动车辆。
背景技术
机动车辆的冷却模块(或热交换模块)通常包括一组热交换器和通风装置，该通风装置设计成产生穿过该组热交换器的空气流。因此，当车辆静止时，通风装置使得例如可以产生穿过该组热交换器中的热交换器的空气流。
冷却模块内的热交换器通常堆叠成使得相同的空气流连续通过该组热交换器。然而，在这种热交换器堆叠中，在空气流的流通方向上位于另一个热交换器上游的每个热交换器对另一个热交换器的性能有影响，例如通过增加穿过它的空气流的温度或通过增加空气流的压力损失。
该组热交换器中的热交换器每个连接到冷却剂流通回路，其配置成允许电动或混合动力车辆的各种元件的热管理。因此，冷却模块的一个或多个热交换器可以连接到回路，允许对各种部件进行热管理，例如马达和/或电力电子设备和/或车载充电器。冷却模块的一个或多个其它热交换器本身可以连接到另一个回路，允许对诸如电池的其它元件进行热管理。然而，这些回路也可以包括各种其他热交换器和部件，这些热交换器和部件会在冷却模块内占据相当大的空间。
大量的热交换器在重量方面也可能相当大。因此，为了允许各种元件的良好热管理，同时限制它们的部件所占据的重量和体积，这些传热流体流通回路的架构很重要。
发明内容
本发明的目的之一是至少部分克服现有技术的缺点，并提出一种用于电动机动车辆的改进的冷却模块。
为此，本发明的主题是一种用于电动或混合动力机动车辆的冷却模块，所述冷却模块包括壳体，该壳体包括空气入口和空气出口，在该壳体内布置有一组热交换器和切向流涡轮机，该切向流涡轮机配置成产生从其空气入口到其空气出口穿过所述壳体并穿过该组热交换器的空气流，该壳体在其外部侧面之一上包括双流体热交换器，该双流体热交换器配置成允许在第一流通回路中流通的第一传热流体和在第二流通回路中流通的第二传热流体之间交换热能。
由于双流体热交换器位于冷却模块的侧面上，该双流体热交换器、壳体内的热交换器以及第一和第二流通回路之间的流体连接得以简化。这种布置使得可以减小热交换模块的尺寸，同时使其重量更轻。
本发明可以还包括单独或组合的一个或多个以下方面：
-第一流通回路包括主回路，该主回路包括第一泵、该组热交换器中的第一热交换器以及布置在待冷却元件处的热管理接口，待冷却元件例如是电动马达和/或电力电子设备和/或车载充电器；
-第一流通回路包括绕过热管理接口的支管，所述支管包括布置在热交换器组的第二热交换器的下游的双流体热交换器；
-第一热交换器在空气流的流通方向上布置在第二热交换器的下游的壳体内；
-第一和第二热交换器布置在壳体内，使得第一热交换器的第一传热流体的入口和第二热交换器的第一传热流体的出口布置在与双流体热交换器相同的壳体侧面上；
-第一流通回路的支管包括该组热交换器中的第三热交换器；
-第三热交换器在第一传热流体的流通方向上布置在第二热交换器的下游；
-第三热交换器在空气流的流通方向上布置在壳体内的第二热交换器的上游；
-第一和第三热交换器布置在壳体内，使得第一热交换器的第一传热流体入口和第三热交换器的第一传热流体出口布置在与双流体热交换器相同的壳体侧面上；
-第二流通回路是冷却回路，在该冷却回路内，第二传热流体是冷却剂；
-第二流通回路在冷却剂流通方向上包括压缩机、双流体热交换器、第一膨胀装置和第四热交换器，用于与电动或混合动力车辆的电池交换热能；
-第四热交换器与电池直接接触；
-第四热交换器是双流体热交换器，其共同布置在第二流通回路和第三传热流体在其中流通的附加流通回路上；
-附加流通回路包括第二泵和用于与电池交换的第二接口；
-附加流通回路包括旁通支路，用于绕过第四热交换器；
-第二流通回路包括与第一膨胀装置和第四热交换器并联连接的分支；
-所述分支包括布置在蒸发器上游的第二膨胀装置；
-布置在冷却模块的外部侧面上的双流体热交换器的尺寸小于该组热交换器中的热交换器的尺寸；
-布置在冷却模块的外部侧面上的双流体热交换器直接布置在用于移动切向流涡轮机的马达下方；
-壳体包括外壳，双流体热交换器布置在该外壳内；以及
-外壳包括紧固装置，比如紧固凸耳，用于将双流体热交换器紧固到其外部侧面之一。
附图说明
通过阅读下面的描述和附图，本发明的进一步的优点和特征将变得更加明显，下面的描述是通过说明性和非限制性的示例给出的，其中：
图1示意性地示出了从侧面看到的带有电动马达的机动车辆的前部；
图2是可用于图1的机动车辆中的冷却模块的示意性透视图，其中冷却模块的整流罩的一部分被移除；
图3是热管理电路的第一实施例的示意图；
图4是热管理电路的第二实施例的示意图；以及
图5是热管理电路的第三实施例的示意图。
在这些图中，相同的元件具有相同的附图标记。
具体实施方式
以下实施例是示例。尽管描述涉及一个或多个实施例，但这并不一定意味着每个参考涉及相同的实施例，或者特征仅适用于单个实施例。各种实施例的各个特征也可以组合或互换以提供其他实施例。
在描述中，序号可以应用于某些元件，例如第一元件或第二元件。在这种情况下，序数只是为了区分和表示相似但不相同的元素。这种顺序编号并不意味着一个元件优先于另一个元件，并且这种编号可以容易地互换，而不脱离本说明书的范围。同样，这种顺序编号并不意味着任何时间顺序。
在本说明书中，“放置在上游”意味着相对于空气流的流通方向，一个元件放置在另一个元件之前。相比之下，“放置在下游”被理解为是指相对于空气流的流通方向，一个元件放置在另一个元件之后。
在图1和2中，示出了三面体XYZ，以限定各种元件相对于彼此的定向。表示为X的第一方向对应于车辆的纵向方向。它也对应于车辆向前运动的方向。表示为Y的第二方向是侧向或横向方向。最后，表示为Z的第三方向是竖直的。方向X、Y、Z成对正交。
在本说明书中，“下”是指在上面确定的Z方向上一个元件相对于另一个元件的位置。
图1示意性地示出了带有电动马达12的机动车辆10的前部。车辆10尤其具有由机动车辆10的底盘(未示出)支撑的车身14和翼子板16。车身14限定冷却开口18，即穿过车身14的开口。在这种情况下，只有一个冷却开口18。该冷却开口18位于车身14的正面14a的下部。在所示的示例中，冷却开口18位于翼子板16下方。格栅20可以定位在冷却开口18中，以防止射弹能够穿过冷却开口18。冷却模块22面向冷却开口18定位。格栅20使得尤其可以保护该冷却模块22。
冷却模块22在图2中更清晰可见。如图2所示，冷却模块22主要包括整流罩24，其在空气入口24a和空气出口24b之间形成内部通道。空气入口24a旨在布置成与冷却开口18相对，而空气出口24b位于冷却模块22的相对侧。此外，形成在壳体24中的导管的横截面在空气入口24a处明显大于其相对的空气出口24b处。
壳体24使得可以容纳一组23热交换器25a、25b、25c和至少一个切向流涡轮机28，该涡轮机能够产生穿过该组23热交换器25a、25b、25c的第一空气流F。如图2所示，冷却模块22设计成使空气流F平行于方向X穿过它，并从车辆10的前部流向后部。
每当空气流F穿过热交换器25a、25b、25c时，其温度都会升高。因此，在车辆前部的格栅20处吸入的空气的温度尤其低于在空气流F的出口45处排出的空气的温度，该出口45在空气流的流通方向上布置在该组23热交换器25a、25b、25c的下游。
该组23热交换器25a、25b、25c例如沿着堆叠轴线A25对齐，该堆叠轴线A25尤其垂直于切向流涡轮机28的涡轮机30的轴线A30。热交换器25a、25b、25c一个接一个地布置在由壳体24形成的内部通道中。
在图2所示的冷却模块22的示例中，该组23热交换器25a、25b、25c包括第一热交换器25a、第二热交换器25b和第三热交换器25c。当然，完全可以设想冷却模块22仅包括两个热交换器25a、25b或者甚至多于三个热交换器25a、25b、25c。
如图2所示，热交换器25a、25b、25c的尺寸可以使得它们沿着轴线Z的总高度和它们沿着轴线Y的长度以及它们沿着轴线X的厚度在各个热交换器间是相同的或者至少是相似的。换句话说，该组23热交换器25a、25b、25c都具有例如相同的尺寸，这有利于它们在冷却模块22内堆叠。
在第一空气流F的流通方向上最下游热交换器(在这种情况下是热交换器25a)有较热流体穿过它，并且布置成比有较冷流体穿过它的最上游热交换器(在这种情况下是热交换器25c)离壳体24的端部24a更远。热交换器25a、25b、25c在冷却模块22的轴向方向X上一个接一个的布置也使得可以限制冷却模块22在其另外两个横向和竖直维度上的尺寸。
切向流涡轮机28包括涡轮机30，该涡轮机也可被描述为切向鼓风机叶轮并且由马达36驱动旋转。涡轮机30具有基本圆柱形形状，并且具有旋转轴线A30。有利地，该旋转轴线A30基本平行于散热器25a、25b、25c的横向方向Y定向，如图2中更具体所示。
马达36具有例如大致圆柱形形状。马达36例如位于冷却模块22的侧面上，该侧面垂直于切向流涡轮机28的轴线A30延伸。更具体地，冷却模块22包括布置在壳体24的任一侧的两个侧面，这些侧面平行于由轴线X和Z产生的平面。
壳体24在其外部侧面之一上还包括双流体热交换器27，其配置成允许在第一流通回路C1中流通的第一传热流体和在第二流通回路C2中流通的第二传热流体之间交换热能。
如图2所示，布置在冷却模块22的外部侧面上的双流体热交换器27例如直接布置在用于移动切向流涡轮机28的马达36下方。双流体热交换器27的这个位置是特别有利的，因为双流体热交换器27在这种情况下占据位于与马达36相同的平面中的死体积。换句话说，双流体热交换器27的位置不会对冷却模块22或各种流通回路C1和C2的紧凑性造成任何额外限制。
此外，由于其特定的功能，双流体热交换器27的尺寸可以小于该组23热交换器25a、25b、25c的尺寸。因此，双流体热交换器27可以容易地集成在冷却模块22的外部侧面上，特别是直接在马达36下方。
壳体24还可以包括外壳(未示出)，双流体热交换器27布置在该外壳内。该外壳包括例如紧固装置，比如紧固凸耳，用于将双流体热交换器27固定到冷却模块22的壳体24的外部侧面之一。
双流体热交换器27配置成允许在第一流通回路C1中流通的第一传热流体和在第二流通回路C2中流通的第二传热流体之间交换热能。更具体地，第二流通回路C2可以是冷却回路，在该冷却回路内，第二传热流体是冷却剂。
如图3所示，第一流通回路C1可以特别地包括主回路C1’(以粗体显示)，该主回路包括第一泵31、该组23的第一热交换器25a和热管理接口33，该热管理接口33布置在待冷却元件处，例如电力电子设备和/或车载充电器和/或电动马达。“热管理接口”更具体地是指与待冷却元件并置的热交换器33。电动马达的工作温度例如在55℃和70℃之间。
第一流通回路C1还包括绕过热管理接口33的支管D1。为此，支管D1更具体地将第一连接点41连接到第二连接点42，该第一连接点41沿第一传热流体的流通方向布置在热管理接口33上游的主回路C1’上，该第二连接点42布置在热管理接口33下游的主回路C1’上。
在这种情况下，第一连接点41特别布置在第一泵31和热管理接口33之间。第二连接点42本身布置在热管理接口33和第一热交换器25a之间。第一连接点41是第一流通回路C1和支管D1之间的分散点，而第二连接点42是会聚点。
支管D1还包括布置在第二热交换器25b下游的双流体热交换器27。该第二热交换器25b也是该组23热交换器25a、25b、25c中的热交换器。
第一热交换器25a和第二热交换器25b都是散热器，并且有助于消散车载充电器和/或电子器件和/或电动马达中产生的热量以及由双流体热交换器27提供的热量。第二热交换器25b尤其专用于冷却双流体热交换器27上游的第一传热流体，以便允许第一传热流体从第二流通回路C2吸收尽可能多的热能。
如图2所示，第一热交换器25a优选布置在沿空气流F的流通方向上在第二热交换器25b的下游的壳体24内。
根据热交换器25a和25b的一个特定实施例，它们包括第一流体的多个通道。可以特别设想，第一热交换器25a和第二热交换器25b布置在壳体24内，使得第一热交换器25a的第一传热流体的入口和第二热交换器25b的第一传热流体的出口布置在壳体24的与双流体热交换器27相同的侧面上。这种布置使得尤其可以促进双流体热交换器27与热交换器25a和25b之间的流体连接。
如上所述，如图3所示，第二流通回路C2可以是冷却回路，在该冷却回路内，第二传热流体是冷却剂。因此，第二流通回路C2在冷却剂的流通方向上包括压缩机34、双流体热交换器27、第一膨胀装置53和第四热交换器51，用于与电动或混合动力车辆的电池交换热能。双流体热交换器27中的工作温度例如在40℃和55℃之间。
根据图3所示的第四热交换器51的第一实施例，其与电池直接接触。
根据图4所示的第四热交换器51的第二实施例，第四热交换器51可以是双流体热交换器，其共同布置在第二流通回路C2和附加流通回路C3上，第三传热流体在附加流通回路内流通。在这种情况下，附加流通回路C3更具体地包括第二泵32和用于与电池交换的第二接口55。
附加流通回路C3还可以包括旁通支路B，用于绕过第四热交换器51。该旁通支路B使得可以更具体地确保电动或混合动力车辆的电池中的均匀温度。
根据图5所示的第二流通回路C2的特定实施例，这可以包括与第一膨胀装置53和第四热交换器51并联连接的分支D2。分支D2包括布置在蒸发器52上游的第二膨胀装置54。分支D2经由布置在双流体热交换器27下游的第三连接点43和布置在压缩机34上游的第四连接点44连接到第二流通回路C2。
该蒸发器52使得尤其可以冷却机动车辆的乘客车厢中的空气，因此蒸发器52是布置在机动车辆内的空调回路的元件。该特定实施例比上述第二流通回路C2的第一实施例需要更大的冷却功率。
为此，除了第二热交换器25b之外，支管D1可以包括该组23热交换器25a、25b、25c中的第三热交换器25c。该第三热交换器25c特别在第一传热流体的流通方向上布置在第二热交换器25b的下游。更具体地，第三热交换器25c布置在第二热交换器25b和双流体热交换器27之间的支管D1内。
如图2所示，该第三热交换器25c优选地沿空气流F的流通方向布置在壳体24内的第二热交换器25b的上游。第三热交换器25c的存在使得尤其可以扩大用于热交换的表面积，使得可以耗散来自在支管D1中流通的第一传热流体的热能。换句话说，第三热交换器25c使得可以增加冷却功率。第二和第三热交换器25b和25c更具体地用于冷却双流体热交换器27上游的第一传热流体。
然而，完全可以设想一个未示出的实施例，其中支管D1包括第三热交换器25c，而不与第二流通回路D2上的支管D2的存在相联系。
在组23包括三个热交换器25a、25b和25c的情况下，第一热交换器25a和第三热交换器25c例如布置在壳体24内，使得第一热交换器25a的第一传热流体入口和第三热交换器25c的第一传热流体出口布置在壳体24的与双流体热交换器27相同的侧面上，特别如图2所示。
本发明不限于关于附图描述的示例性实施例，并且进一步的实施例对于本领域技术人员来说将变得显而易见。特别地，各种示例可以组合，只要它们不矛盾。

Claims (10)

1.一种用于电动或混合动力机动车辆的冷却模块(22)，所述冷却模块(22)包括壳体(24)，该壳体包括空气入口(24a)和空气出口(24b)，在该壳体内部布置有一组(23)热交换器(25a、25b、25c)和切向流涡轮机(28),该切向流涡轮机配置成产生从其空气入口(24a)到其空气出口(24b)穿过所述壳体(24)并穿过所述组(23)热交换器(25a、25b、25c)的空气流(F),其特征在于，壳体(24)在其外部侧面之一上包括双流体热交换器(27),该双流体热交换器配置成允许在第一流通回路(C1)中流通的第一传热流体和在第二流通回路(C2)中流通的第二传热流体之间交换热能。
2.如前一权利要求所述的冷却模块，其特征在于，所述第一流通回路(C1)包括：
·主回路(C1’)，其包括第一泵(31)、所述组(23)热交换器(25a、25b、25c)中的第一热交换器(25a)以及布置在待冷却元件处的热管理接口(33)，所述待冷却元件例如是电动马达和/或电力电子设备和/或车载充电器，
·绕过热管理接口(33)的支管(D1)，所述支管(D1)包括布置在所述组(23)热交换器(25a、25b、25c)中的第二热交换器(25b)下游的双流体热交换器(27)。
3.如权利要求2所述的冷却模块，其特征在于，所述第一热交换器(25a)在所述空气流(F)的流通方向上布置在所述第二热交换器(25b)的下游的所述壳体(24)内。
4.如权利要求2或3所述的冷却模块，其特征在于，所述第一热交换器(25a)和第二热交换器(25b)布置在所述壳体(24)内，使得第一热交换器(25a)的第一传热流体的入口和第二热交换器(25b)的第一传热流体的出口布置在壳体(24)的与所述双流体热交换器(27)相同的侧面上。
5.如权利要求2至4中任一项所述的冷却模块，其特征在于，所述第一流通回路(C1)的支管(D1)包括所述组(23)热交换器(25a、25b、25c)中的第三热交换器(25c)，该第三热交换器(25c)在所述第一传热流体的流通方向上布置在所述第二热交换器(25b)的下游。
6.如前一权利要求所述的冷却模块，其特征在于，所述第三热交换器(25c)在所述空气流(F)的流通方向上布置在所述壳体(24)内的所述第二热交换器(25b)的上游。
7.如前述权利要求中任一项所述的冷却模块，其特征在于，所述第二流通回路(C2)是冷却回路，在该冷却回路内，所述第二传热流体是冷却剂，所述第二流通回路(C2)在冷却剂的流通方向上包括压缩机(34)、所述双流体热交换器(27)、第一膨胀装置(53)和第四热交换器(51)，用于与电动或混合动力车辆的电池交换热能。
8.如权利要求7所述的冷却模块，其特征在于，所述第四热交换器(51)与电池直接接触。
9.如权利要求7或8所述的冷却模块，其特征在于，所述第二流通回路(C2)包括与所述第一膨胀装置(53)和第四热交换器(51)并联连接的分支(D2)，所述分支(D2)包括布置在蒸发器(52)上游的第二膨胀装置(54)。
10.如前述权利要求中任一项所述的冷却模块，其特征在于，所述壳体(24)包括外壳，所述双流体热交换器(27)布置在所述外壳内，并且所述外壳包括紧固装置，例如紧固凸耳，用于将双流体热交换器(27)固定到其外部侧面之一。
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