CN116349036A - 用于电动或混合动力机动车辆前部面的具有切向涡轮机的冷却模块组 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于电动或混合动力机动车辆(10)的前部面的冷却模块(22、22’、22”)组，所述冷却模块(22、22’、22”)组包括至少两个冷却模块(22、22’、22”)，每个冷却模块包括：‑用于连接至冷却回路的热交换器(28、28’、28”)和‑涡轮机(30、30’、30”)，所述冷却模块(22、22’、22”)并列设置，以使得不同的气流(F)穿过它们。

Description

用于电动或混合动力机动车辆前部面的具有切向涡轮机的冷 却模块组

技术领域

本发明涉及用于电动或混合动力机动车辆的前部面的具有切向流(tangential-flow)涡轮机的冷却模块组。

背景技术

机动车辆的冷却模块(或热交换模块)通常包括至少一个热交换器和通风装置，该通风装置被设计为生成与该至少一个热交换器接触的气流。因此，当车辆静止或低速行驶时，通风装置使得可以例如生成与热交换器接触的气流。

在具有传统内燃机的机动车辆中，该至少一个热交换器具有基本上正方形或矩形的形状，并且通风装置是鼓风机叶轮风扇，其直径基本上等于由热交换器形成的正方形的边长。

通常，热交换器则面向至少两个冷却开口放置，该冷却开口形成在机动车辆车身的前部面。第一冷却开口位于保险杠上方，而第二开口位于保险杠下方。这种配置是优选的，因为内燃机也必须被供给空气，发动机的进气口通常位于穿过该上方冷却开口的气流的通道中。

然而，电动车辆优选地仅设置有位于保险杠下方的冷却开口，更优选地，仍设置有位于保险杠下方的单个冷却开口。这是因为电动机不需要被供给空气。冷却开口数量的减少也使得可以改善电动车辆的空气动力学特性。这也实现了机动车辆的更好的行驶里程和更高的最高速度。

冷却开口数量的减少也导致可用于供气流穿过位于下游的热交换器的通道的表面积量的减少。对冷却功率的需求随用途而不同，例如，用于在正常使用中冷却电池，或者用于在比如快速充电的充电过程中冷却电池。在电池快速充电期间，对冷却功率的需求很高，因此需要有大的表面积用于热交换。在电池的正常使用过程中，对冷却功率的需求较低，因此较小的热交换表面积可能就足够了。

电池的快速充电是在车辆静止时进行的。因此，为了对电池进行适当的热管理，需要在冷却模块处具有大的热交换表面积并且需要强大的通风装置。对于在行驶期间电池的正常使用，对这些电池的适当热管理并不需要所有的热交换表面积。这意味着在前部面有过多的进气口，从而降低了电动或混合动力车辆的空气动力学特性，并且这可能降低机动车辆的可行驶里程和最高速度。

发明内容

因此，本发明的目的是至少部分地克服现有技术的缺点，并提出一种改进的机动车辆前部面。

因此，本发明涉及一种用于电动或混合动力机动车辆前部面的冷却模块组，所述冷却模块组包括至少两个冷却模块，每个冷却模块包括：

-用于连接至冷却回路的热交换器，以及

-涡轮机，

所述冷却模块并列设置，以使得不同的气流穿过所述冷却模块。

根据本发明的一个方面，冷却模块的热交换器是连接至制冷剂流通环路的冷凝器，该制冷剂流通环路被配置用于电动或混合动力车辆的电池的热管理。

根据本发明的另一方面，冷却模块的热交换器在制冷剂流通环路中彼此并联连接。

根据本发明的另一方面，冷却模块的热交换器在制冷剂流通环路中串联连接。

根据本发明的另一方面，每个冷却模块包括单独的马达，该马达被配置为驱动冷却模块的涡轮机的旋转。

根据本发明的另一个方面，冷却模块组包括公共马达，该公共马达被配置为驱动每个冷却模块的涡轮机的同时旋转。

根据本发明的另一方面，并列设置的冷却模块的涡轮机(30、30’、30”)通过连接和驱动轴彼此连接。

根据本发明的另一方面，所述连接和驱动轴包括铰接件。

根据本发明的另一方面，每个冷却模块包括专用的关闭装置。

根据本发明的另一方面，冷却模块组包括主冷却模块和至少一个尺寸小于主冷却模块的辅助冷却模块。

本发明还涉及包括如上所述的冷却模块组的电动和/或混合动力机动车辆的前部面。

附图说明

通过阅读以下以非限制性示例方式给出的说明并且参考附图，本发明进一步的特征和优点将变得更加明显，附图中:

图1以侧视图示出了机动车辆前部的示意图，

图2示出了机动车辆前部和冷却模块的局部横截面的示意性透视图，

图3示出了根据第一实施例的热管理回路的示意图，

图4示出了从上方观察到的根据第一实施例的冷却模块组的示意图，

图5示出了从上方观察到的根据第二实施例的冷却模块组的示意图，

图6示出了从上方观察到的根据第三实施例的冷却模块组的示意图，并且

图7示出了根据第二实施例的热管理回路的示意图。

具体实施方式

以下实施例是示例。尽管说明书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，或者各特征仅适用于一个实施例。不同实施例的各个单独特征也可以组合和/或互换以提供其他实施例。

在本说明书中，某些元件或参数可以被索引，例如第一元件或第二元件以及第一参数和第二参数或第一标准和第二标准等。在这种情况下，索引仅用于区分和表示相似但不相同的元件或参数或标准。这种索引并不意味着给予一个元件、参数或标准比另一个元件、参数或标准更高的优先级，并且这种指定可以容易地互换而不脱离本说明书的范围。这种索引也不意味着任何时间顺序，例如在评估任何给定的标准时。

在本说明书中，“置于上游”意味着相对于气流的流通方向、一个元件放置在另一个元件之前。相比之下，“置于下游”意味着相对于气流的流通方向、一个元件放置在另一个元件之后。

在图1和图2以及图4至图6中示出了三面体XYZ，以限定各种元件相对于彼此的方位。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行驶的方向。表示为Y的第二方向是侧向或横向方向。最后，表示为Z的第三方向是垂直的。方向X、Y、Z成对地正交。

图1和图2示出了处于功能位置的主冷却模块22，也就是说，当位于机动车辆内时，更具体地，位于所述机动车辆的前部面处。

图1示意性地示出了电动或混合动力机动车辆10的前部，车辆10可以包括电动机12。车辆10尤其包括由机动车辆10的底盘(未示出)承载的车身14和保险杠16。车身14限定了冷却开口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优选位于车身14的前部面14a的下部中。在所示的示例中，冷却开口18位于保险杠16下方。格栅20可以定位在冷却开口18中，以防止投射物(projectile)能够穿过冷却开口18。至少两个冷却模块22、22’、22”(图1中仅示出了主冷却模块22)面向冷却开口18定位。

更具体地，电动或混合动力车辆的前部面包括冷却模块22、22’、22”的组，所述冷却模块并列设置，在图4至6中可以看到更多细节。该组冷却模块22、22’、22”包括主冷却模块22和至少一个辅助冷却模块22’、22”。格栅20尤其使得可以保护各种冷却模块22、22’、22”。

如图2所示，主冷却模块22被设计为使平行于方向X的气流F穿过该主冷却模块22，并从车辆10的前部流向后部。主冷却模块22包括热交换器组23，气流F穿过该热交换器组23。

主冷却模块22可以主要包括壳体或整流罩40，该壳体或整流罩40在两个相对端40a、40b之间形成内部管道，并且该热交换器组23设置在该内部管道中。该内部管道优选地平行于方向X定向，使得上游端40a朝向车辆10的前部取向、面向冷却开口18，并且使得下游端40b朝向车辆10的后部取向。

主冷却模块22还可以包括第一收集器壳体41，该第一收集器壳体41在气流的流通方向上位于该热交换器组23的下游。该第一收集器壳体41包括用于气流F的出口45。因此，该第一收集器壳体41使得可以回收穿过该热交换器组23的气流，并将该气流导向出口45。第一收集器壳体41可以与整流罩40集成为一体，或者其可以是固定到所述整流罩40的下游端40b的附加部件。

主冷却模块22还包括至少一个切向流风扇，也称为切向流涡轮机30，其被配置为生成去往该热交换器组23的气流F。切向流涡轮机30包括转子或涡轮(或切向鼓风机叶轮)。涡轮具有基本上圆柱形的形状。涡轮有利地包括多级叶片(或轮叶)。涡轮被安装成能够围绕旋转轴线A旋转，该旋转轴线A例如平行于方向Y。涡轮的直径例如为35mm至200mm，以便限制其尺寸。因此，切向流涡轮机30是紧凑的。这种切向流涡轮机30的使用尤其使得气流F在该热交换器组23的整个宽度上可以是均等的。此外，与传统的风扇相比，这种切向流涡轮机30能够节省空间。

切向流涡轮机30还可包括被配置为使涡轮旋转的马达31(在图2中可见)。马达31例如被设计成以200rpm至14 000rpm的速度驱动涡轮旋转。这尤其使得可以限制由切向流涡轮机30产生的噪声。

切向流涡轮机30优选位于第一收集器壳体41中。则该切向流涡轮机30被配置为吸入空气，以便生成穿过该热交换器组23的气流F。第一收集器壳体41则形成鼓风机蜗壳，涡轮位于该蜗壳的中心处，并且在第一收集器壳体41的出口45处的空气的排出允许气流F离开该蜗壳。

在图2所示的例子中，切向流涡轮机30处于较高的位置，特别是在第一收集器壳体41的上三分之一处，优选在第一收集器壳体41的上四分之一处。这尤其使得可在浸没的情况下保护切向流涡轮机，和/或，限制主冷却模块22在其底部占据的空间。

然而，可以想到的是，切向流涡轮机30处于较低的位置，特别是在第一收集器壳体41的下三分之一处。这将可以限制主冷却模块22在其上部占据的空间。替代地，切向流涡轮机30可以处于中间位置，特别是在第一收集器壳体41的高度的中间三分之一处，例如用于将冷却模块22集成到其周围。

此外，在图2所示的例子中，切向流涡轮机30通过抽吸进行操作，即：其吸入环境空气，使得空气穿过所有的热交换器23。替代地，切向流涡轮机30可以通过吹送来操作，将空气吹向该热交换器组23来操作。为此，切向流涡轮机30将定位在该热交换器组23的上游。

主冷却模块22还可以包括定位在热交换器组23上游的第二收集器壳体42。该第二收集器壳体42包括用于来自车辆10外部的气流F的入口42a。入口42a尤其可以面向冷却开口18定位。该入口42a也可以包括保护格栅20。第二收集器壳体42可以与整流罩40集成为一体，或者可为固定到所述整流罩40的上游端40a的附加部件。

此外，第二收集器壳体42的入口42a可以具有前部面关闭装置(未示出),该装置能够在称为打开位置的第一位置和称为关闭位置的第二位置之间移动。该前部面关闭装置特别被配置为在其打开位置允许来自车辆10外部的气流F穿过所述入口42a，并在其关闭位置关闭所述气流入口42a。用于关闭前部面的装置可以具有不同的形式，例如，被安装成在打开位置和关闭位置之间枢转的多个翻板的形式。这些翻板优选地平行于方向Y安装。然而，完全可以设想其它配置，例如平行于方向Z安装的翻板。该翻板可以是旗形翻板，但是其它类型的翻板，例如蝶形翻板，也是完全可以想到的。

在图2所示的主冷却模块22的例子中，该热交换器组23更具体地包括多个热交换器24、26、28，这些热交换器一个接一个地定位，使得同一气流F穿过它们。在此，主冷却模块22包括三个热交换器24、26和28。每个热交换器可以专用于移除热量，以便冷却电动车辆内的元件或部件。

主冷却模块22的热交换器组23特别包括连接至冷却回路的热交换器28。更具体地，该热交换器28可以是冷凝器，并且可以连接至制冷剂流通环路C，该制冷剂流通环路C被配置为能够对机动车辆的电池进行热管理。

如图3所示，沿制冷剂的流通方向，制冷剂流通环路C可以包括压缩机3、冷凝器28、第一膨胀装置4和与电池进行热交换的热交换界面5。该热交换界面5可以与电池直接接触，或者可以允许与用于间接电池温度管理的另一个流通环路(未示出)交换热能。制冷剂流通环路C例如可以是空调回路，并且包括与第一膨胀装置4和热交换界面5并联的第二膨胀装置6和蒸发器7，该蒸发器7被配置为冷却用于车辆内部的气流。对于该制冷剂流通环路C，当然可以设想出其它更复杂的架构。

如图2所示，主冷却模块22的热交换器组23可以包括附加的热交换器24、26。在所示的例子中，主冷却模块22包括两个附加的热交换器24和26。然而，完全可以设想仅具有一个附加的热交换器24的例子。这些附加的热交换器24、26也可以是专用于移除热量的热交换器，以便冷却电动车辆内的元件或部件。

如图3所示，这些附加的热交换器24中的一个可以是连接至传热流体流通回路B的散热器。该传热流体流通回路B可以特别地配置为提供电气元件的热管理，该电气元件比如为机动车辆的功率电子器件和/或电动机。因此，除了散热器24之外，该传热流体流通回路B可以包括泵8和热交换界面9，该热交换界面9与比如机动车辆的功率电子器件和/或电动机的电气元件交换热量。

如图2和3所示，该散热器24更具体地位于冷却模块22内气流F的最下游，特别是冷凝器28的下游。具体而言，由于该散热器24为比如机动车辆的功率电子器件和/或电动机的电气元件提供热管理，因此对冷却的需求低于比如电池的其他元件对冷却的需求。因此，与穿过冷凝器28的气流F不同，穿过散热器24的气流F不需要尽可能“冷”。

在图3所示的例子中，该热交换器组23仅包括两个热交换器28和24。未示出第三热交换器26。第三热交换器26可以是可选的，并且例如连接至专用于电动机冷却的传热流体回路。

如图4至6所示并且如上所述，该组冷却模块22、22’、22”包括主冷却模块22和至少一个辅助冷却模块22’、22”。

冷却模块22、22’、22”并列设置，以使得不同的气流F穿过它们。具有各种并列设置的冷却模块22、22’、22”意味着可以控制穿过每个冷却模块22、22’、22”的气流F，从而控制热管理的各个方面所需的热交换表面积。

为了管理通过每个冷却模块22、22’、22”的气流F的通道，这些模块尤其可以各自包括专用的关闭装置(未示出)。

在图4至6所示的例子中，该组冷却模块22、22’、22”更具体地包括一个主冷却模块22和两个辅助冷却模块22’和22”。在这种情况下，辅助冷却模块22’和22”在横向方向Y上位于主冷却模块22的两侧。

这些辅助冷却模块22’、22”在结构上类似于主冷却模块22。辅助冷却模块22’、22”还包括用于连接至冷却回路的至少一个热交换器28’、28”以及涡轮机30’、30”。这使得可以控制分配给各种元件的热管理的热交换表面积，并因此使冷却功率适应于需求，例如介于电池的正常使用和其快速充电之间。

更具体地，辅助冷却模块22’、22”的热交换器28’、28”也可以是连接至制冷剂流通环路C的冷凝器，制冷剂流通环路C被配置用于电动或混合动力车辆的电池的热管理。

根据图3所示的制冷剂流通环路C的第一实施例，冷却模块22、22’、22”的热交换器28、28’、28”在制冷剂流通环路C内串联连接。辅助冷却模块22’和22”的热交换器28’和28”尤其可以在制冷剂流通环路C内定位在主冷却模块22的热交换器28的下游。

制冷剂流通环路C还可以包括旁路分支(未示出)，使得可以绕过辅助冷却模块22′、22″的热交换器28′和28″，从而增加或减少气流F和制冷剂之间的热交换表面积。

因此，借助于前部面关闭装置来控制例如穿过各种冷却模块22、22’、22”、特别是辅助冷却模块22’、22”的气流，或者通过利用旁路分支来控制制冷剂是否流通通过辅助冷却模块22’、22”的热交换器28’和28”，可以增加或减少气流F和制冷剂之间的热交换表面积。

根据图7所示的制冷剂流通环路C的第二实施例，冷却模块22、22’、22”的热交换器28、28’、28”可以在制冷剂流通环路C内彼此并联连接。这尤其使得可以通过控制制冷剂流通环路C来控制哪个热交换器28、28’、28”将使制冷剂通过它。因此，可以通过控制制冷剂的流通来增加或减少气流F和制冷剂之间的热交换表面积。

辅助冷却模块22’、22”在尺寸上可以明显小于主冷却模块22。具体地，主冷却模块22及其热交换器28仍然是主要的热交换表面，因此是冷却功率的主要来源，而辅助冷却模块22’、22”及其热交换器28’、28”是在某些特定情况下使用的附加的热交换表面，例如在电池快速充电期间。

根据图4所示的第一实施例，每个冷却模块22、22’、22”包括单独的马达31、31’、31”，该马达被配置为驱动冷却模块的涡轮机30、30’、30”的旋转。因此，可以使用冷却模块22、22’、22”各自的涡轮机30、30’、30”独立地为每个冷却模块22、22’、22”生成气流F。

根据图5和图6所示的第二实施例，该组冷却模块22、22’、22”可包括公共马达38，该公共马达38被配置为驱动每个冷却模块22、22’、22”的涡轮机30、30’、30”同时旋转。

为此，并列设置的冷却模块22、22’、22”的涡轮机30、30’、30”可通过连接和驱动轴32彼此连接，如图5所示。更具体地，一个涡轮机30、30’、30”的一端通过连接和驱动轴32连接至面向它的另一涡轮机30、30’、30”的一端。

如图6所示，连接和驱动轴32还可以包括铰接件33。该铰接件33例如可以是万向节。这则使得可以改变各个冷却模块22、22’、22”相对于彼此的角度，以便例如符合机动车辆前部面的圆形形状。

因此，可以清楚地看到，由于并列设置的冷却模块22、22’、22”组，机动车辆的前部面允许冷却功率根据不同的需求水平进行调整，从而使得可以减少对电动或混合动力车辆的空气动力学特性的影响。

Claims (10)

1.一种用于电动或混合动力机动车辆(10)前部面的冷却模块(22、22’、22”)组，其特征在于，所述冷却模块(22、22’、22”)组包括至少两个冷却模块(22、22’、22”)，每个冷却模块包括：

热交换器(28、28’、28”)，用于连接至冷却回路，以及

涡轮机(30、30’、30”)，

所述冷却模块(22、22’、22”)并列设置，以使得不同的气流(F)穿过所述冷却模块(22、22’、22”)。

2.根据权利要求1所述的冷却模块(22、22’、22”)组，其特征在于，所述冷却模块(22、22’、22”)的所述热交换器(28、28’、28”)是连接至制冷剂流通环路(C)的冷凝器，所述制冷剂流通环路(C)被配置用于电动或混合动力车辆的电池的热管理。

3.根据权利要求2所述的冷却模块(22、22’、22”)组，其特征在于，所述冷却模块(22、22’、22”)的所述热交换器(28、28’、28”)在所述制冷剂流通环路(C)内彼此并联连接。

4.根据权利要求2所述的冷却模块(22、22’、22”)组，其特征在于，所述冷却模块(22、22’、22”)的所述热交换器(28、28’、28”)在所述制冷剂流通环路(C)内串联连接。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的冷却模块(22、22’、22”)组，其特征在于，每个冷却模块(22、22’、22”)包括单独的马达(31、31’、31”)，所述马达被配置为驱动所述冷却模块(22、22’、22”)的所述涡轮机(30、30’、30”)旋转。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的冷却模块(22、22’、22”)组，其特征在于，其包括公共马达(31)，所述公共马达被配置为驱动每个冷却模块(22、22’、22”)的所述涡轮机(30、30’、30”)同时旋转。

7.根据权利要求6所述的冷却模块(22、22’、22”)组，其特征在于，所述并列设置的冷却模块(22、22’、22”)的所述涡轮机(30、30’、30”)通过连接和驱动轴(32)彼此连接。

8.根据前述权利要求中任一项所述的冷却模块(22、22’、22”)组，其特征在于，所述冷却模块(22、22’、22”)各自包括专用的关闭装置。

9.根据前述权利要求中任一项所述的冷却模块(22、22’、22”)组，其特征在于，其包括主冷却模块(22)和至少一个尺寸小于所述主冷却模块(22)的辅助冷却模块(22’，22”)。

10.一种电动和/或混合动力机动车辆的前部面，包括根据前述权利要求中任一项所述的冷却模块(22、22’、22”)组。

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