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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verdichtermodul für ein Brennstoffzellensystem. Ferner betrifft die Erfindung ein Brennstoffzellensystem mit einem solchen Verdichtermodul.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verdichtermodul zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Gemäß einer Ausführungsform ist ein Verdichtermodul für ein Brennstoffzellensystem geschaffen. Bei dem Brennstoffzellensystem kann es sich um ein PEM-(Proton Exchange Membrane)Brennstoffzellensystem handeln. Das Verdichtermodul kann auch als Verdichterbaugruppe bezeichnet werden. Das Verdichtermodul bildet eine Einheit, die als Ganzes in das Brennstoffzellensystem integriert und aus diesem entfernt werden kann.
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Das Verdichtermodul weist eine Verdichtereinheit zum Verdichten von Luft auf. Zudem weist das Verdichtermodul eine Leistungselektronik zum Ansteuern der Verdichtereinheit auf. Ferner weist das Verdichtermodul eine Kühlungsanordnung zum Kühlen des Verdichtermoduls auf. Des Weiteren weist das Verdichtermodul eine Modulsteuereinheit zum Steuern der Kühlungsanordnung auf. Die Modulsteuereinheit ist eingerichtet, um die Kühlungsanordnung basierend auf zumindest einer Zustandsgröße des Verdichtermoduls zu steuern. Die Verdichtereinheit und/oder die Leistungselektronik und/oder die Kühlungsanordnung und/oder die Modulsteuereinheit können integraler Bestandteil des Luftkühlmoduls sein. Durch die Ausbildung als integraler Bestandteil kann zum einen ein geringes Totvolumen in den Leitungen des Verdichtermoduls realisiert werden, wodurch z. B. eine exakte Temperaturmessung und/oder eine exakte Steuerung einer Durchflussmenge an Kühlmittel möglich ist. Zum anderen kann die Montage eines Verdichtermoduls in einem Fahrzeug vereinfacht werden. Denn die Vormontage des gesamten Verdichtermoduls kann im Vorfeld stattfinden, d.h. vor der Montage in z. B. ein Fahrzeug. Ferner kann die Effizienz, die Betriebsstabilität sowie die Betriebssicherheit des Luftkühlmoduls vor Einbau in ein Fahrzeug getestet werden.
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Die Verdichtereinheit kann einen Motor und einen Verdichter aufweisen. Der Motor ist dazu eingerichtet, um den Verdichter anzutreiben. Dazu ist der Motor mechanisch an den Verdichter gekoppelt. Der Verdichter kann ein Radialverdichter sein. Alternativ kann der Verdichter ein Schraubenverdichter sein. Der Verdichter bildet einen Teil einer Luftversorgung für das Brennstoffzellensystem. Das Verdichtermodul kann dabei einen Luft-Einlass und einen Luft-Auslass aufweisen. Der Luft-Einlass kann über einen ersten Luftleitungsabschnitt mit dem Verdichter verbunden sein. Der Verdichter kann Luft über den Luft-Einlass ansaugen. Optional kann das Verdichtermodul einen Luftfilter aufweisen, der in dem ersten Luftleitungsabschnitt vorgesehen ist. Der Luft-Auslass kann über einen zweiten Luftleitungsabschnitt mit dem Verdichter verbunden sein. Verdichtete Luft kann somit von dem Verdichter zum Luft-Auslass geführt werden.
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Die Leistungselektronik kann einen Inverter aufweisen. Die Leistungselektronik ist mit der Verdichtereinheit verbunden. Beispielsweise ist der Inverter mit dem Motor verbunden. Der Inverter kann den Motor mit einer geeigneten elektrischen Energie versorgen. Auf diese Weise wird der Motor durch die Leistungselektronik angesteuert.
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Die Kühlungsanordnung kann einen Durchgang mit Leitungen oder Leitungsabschnitten zum Transport eines Kühlmittels zu den zu kühlenden Abschnitten, Bauteilen oder Unterbaugruppen, beispielsweise zu der Verdichtereinheit, der Leistungselektronik, der Modulsteuereinheit, in dem Verdichtermodul aufweisen. Beispielsweise kann die Kühlungsanordnung eine Anordnung zur Flüssigkeitskühlung sein. Das Kühlmittel kann beispielsweise Wasser oder ein Wasser-Glykol-Gemisch aufweisen. An den zu kühlenden Abschnitten, Bauteilen oder Unterbaugruppen können jeweils Kühlvorrichtungen oder Kühlkörper vorgesehen sein, die von dem Kühlmittel durchströmt werden. Die Kühlungsanordnung kann ausgebildet sein, um eine Kühlmittelströmung von einem Kühlmittel-Einlass zu einem Kühlmittel-Auslass zu ermöglichen. Beispielsweise kann die Kühlungsanordnung einen Kühlmitteldurchgang aufweisen, der mehrere Kühlmittelleitungen oder Kühlmittelleitungsabschnitte aufweisen kann, die einen Kühlmitteltransport zu der Verdichtereinheit, der Leistungselektronik oder der Modulsteuereinheit ermöglicht. Alternativ oder ergänzend kann die Kühlungsanordnung einen Kühlmitteldurchgang aufweisen, der mehrere Kühlmittelleitungen oder Kühlmittelleitungsabschnitte aufweisen kann, die einen Kühlmitteltransport in die Verdichtereinheit, die Leistungselektronik oder die Modulsteuereinheit ermöglicht.
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Die Modulsteuereinheit kann eingerichtet sein, um die Kühlungsanordnung so zu steuern, dass eine vorbestimmte Temperatur in dem Verdichtermodul nicht überschritten wird. Beispielsweise kann die Modulsteuereinheit eingerichtet sein, um die Kühlungsanordnung so zu regeln, dass eine Temperatur der Verdichtereinheit und/oder der Leistungselektronik und/oder der Modulsteuereinheit eine vorbestimmte Temperatur nicht übersteigt.
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Auf diese Weise ist ein Verdichtermodul geschaffen, bei welchem eine Regelung der Kühlungsanordnung vollständig in das Verdichtermodul integriert ist. Anders gesagt ist das Verdichtermodul dazu eingerichtet, die Kühlungsanordnung selbstständig anzusteuern, um eine Überhitzung von Komponenten des Verdichtermoduls zu verhindern. Auf diese Weise ist eine Anordnung geschaffen, die platzsparend, bauteilsparend und kostensparend ausgebildet ist. Ferner führt die Anordnung zu einer Steigerung der Effizienz, Betriebsstabilität und Betriebssicherheit. Aufgrund der modularen Bauweise kann das Verdichtermodul flexibel in verschiedenen Systemen eingesetzt werden. Aufgrund der Funktionsintegration in das Verdichtermodul wird die Konstruktion eines Gesamtsystems, bei welcher das Verdichtermodul Verwendung findet, erleichtert. Auch die Nutzerfreundlichkeit wird durch ein solches Verdichtermodul verbessert.
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Die Verdichtereinheit kann einen Motor und die Leistungselektronik kann einen Inverter aufweisen. Die Zustandsgröße des Verdichtermoduls kann eine Zustandsgröße sein, die mit einer Temperatur des Motors und/oder einer Temperatur des Inverters und/oder einer Temperatur der Modulsteuereinheit in Beziehung steht. Die Zustandsgröße kann sich somit in Abhängigkeit der Temperatur des Motors und/oder der Temperatur des Inverters und/oder der Temperatur der Modulsteuereinheit ändern. Auf diese Weise ist es möglich, Rückschlüsse auf eine Temperatur des Motors und/oder auf eine Temperatur des Inverters und/oder auf eine Temperatur der Modulsteuereinheit zu ziehen. Eine Steuerung der Kühlungsanordnung kann dann auf der Grundlage der Zustandsgröße erfolgen. Die Zustandsgröße kann kontinuierlich überwacht werden. Die Zustandsgröße kann als Ist-Wert bei einer Regelung der Kühlungsanordnung dienen.
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Auf diese Weise kann ein besonders kompaktes und verbessertes Verdichtermodul mit erhöhter Betriebssicherheit geschaffen werden.
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Die für die Steuerung der Kühlungsanordnung verwendete Zustandsgröße kann eine Temperatur sein. Das Verdichtermodul kann eine Temperaturmessanordnung aufweisen. Die Temperaturmessanordnung kann dazu in der Lage sein, die Temperatur des Motors und/oder die Temperatur des Inverters und/oder eine Temperatur der Modulsteuereinheit zu erfassen.
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Die Temperaturmessanordnung kann einen Temperatursensor aufweisen oder mehrere Temperatursensoren aufweisen. Die Temperaturmessanordnung kann eine Temperatur des Motors unmittelbar durch direkte Temperaturmessung am oder in dem Motor erfassen. Die Temperaturmessanordnung kann eine Temperatur des Inverters unmittelbar durch direkte Temperaturmessung am oder in dem Inverter erfassen.
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Auf diese Weise ist es möglich, eine Ist-Temperatur von Komponenten oder Abschnitten des Verdichtermoduls zuverlässig zu erfassen und für eine Steuerung der Kühlungsanordnung bereitzustellen.
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Die Kühlungsanordnung kann dazu eingerichtet sein, um Kühlmittel durch das Verdichtermodul zu leiten, um die Verdichtereinheit und/oder die Leistungselektronik und/oder die Modulsteuereinheit zu kühlen. Das Verdichtermodul kann ferner eine Temperaturmesseinrichtung aufweisen, die dazu eingerichtet ist, eine Kühlmitteltemperatur zu erfassen, beispielsweise an einer Stelle stromabwärts der Verdichtereinheit oder stromabwärts der Leistungselektronik oder stromabwärts der Modulsteuereinheit.
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Die Temperaturmessanordnung kann somit an einer oder mehreren Stellen in der Kühlungsanordnung durch direkte Temperaturmessung eine Temperatur des Kühlmittels erfassen. Durch geeignete Temperaturmessung des Kühlmittels kann die Temperatur des Motors und/oder des Inverters und/oder der Modulsteuereinheit mittelbar erfasst werden. Es ist beispielsweise möglich, einen Temperatursensor am Motor vorzusehen. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, einen Temperatursensor am Inverter vorzusehen. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, einen Temperatursensor stromabwärts von dem Motor und von dem Inverter vorzusehen. Beispielsweise kann die Kühlmitteltemperatur stromabwärts des Motors und des Inverters erfasst werden, beispielsweise an einer Stelle nach den zu kühlenden Abschnitten, Bauteilen oder Unterbaugruppen und vor dem Kühlmittel-Auslass. Es kann ausreichend sein, nur eine Kühlmitteltemperatur unmittelbar vor dem Kühlmittel-Auslass zu erfassen, um zu vermeiden, dass eine Temperatur des Motors und des Inverters eine vorbestimmte Temperatur übersteigt. Die vorbestimmte Temperatur kann beispielsweise eine Temperatur von 65°C sein. Es ist vorteilhaft, eine solche Temperatur nicht zu übersteigen, da andernfalls Komponenten verwendet werden müssen, die teurer sind.
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Die Kühlungsanordnung kann so ausgebildet sein, dass zu kühlende Abschnitte, Bauteile oder Unterbaugruppen zumindest teilweise in einer Parallelschaltung in der Kühlungsanordnung angeordnet sind. Beispielsweise können der Motor und der Inverter in einer Parallelschaltung angeordnet sein bzw. gekühlt werden.
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Auf diese Weise wird sichergestellt, dass den Bauteilen, beispielsweise dem Motor und dem Inverter, Kühlmittel mit derselben Temperatur zugeführt wird. Auf diese Weise kann effizienter und gezielter gekühlt werden.
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Die Kühlungsanordnung kann so ausgebildet sein, dass zu kühlende Abschnitte, Bauteile oder Unterbaugruppen zumindest teilweise in einer Reihenschaltung in der Kühlungsanordnung angeordnet sind. Beispielsweise können der Motor und der Inverter in einer Reihenschaltung angeordnet sein bzw. gekühlt werden.
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Auf diese Weise wird gegenüber der Parallelschaltung eine Leitungsanordnung vereinfacht. Zudem kann durch eine einzige Temperaturmessung der Kühlflüssigkeit stromabwärts der beiden Komponenten eine sichere Aussage darüber getroffen werden, ob bei einer der Komponenten die vorbestimmte Temperatur überschritten wird. Insgesamt wird so ein kostengünstiges Verdichtermodul geschaffen.
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Das Verdichtermodul kann ferner eine Volumenstromeinstelleinrichtung, beispielsweise ein Ventil, zum Einstellen einer Kühlmitteldurchflussmenge in der Kühlungsanordnung aufweisen. Die Volumenstromeinstelleinrichtung kann basierend auf der Zustandsgröße des Verdichtermoduls, beispielsweise der Temperatur von zu kühlenden Abschnitten, Bauteilen oder Unterbaugruppen, betätigt werden, um die Kühlmitteldurchflussmenge in der Kühlungsanordnung anzupassen.
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Auf diese Weise kann innerhalb des Verdichtermoduls eine Regelung der Kühlungsanordnung implementiert werden, wodurch die Effizienz des Verdichtermoduls verbessert wird.
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Die Modulsteuereinheit kann integraler Bestandteil der Leistungselektronik sein. Mit anderen Worten, die Modulsteuereinheit und die Leistungselektronik können eine Unterbaugruppe des Verdichtermoduls bilden. Statt einzelner Baugruppen kann somit die Unterbaugruppe gekühlt werden. Modulsteuereinheit und Leistungselektronik können somit gemeinsam gekühlt werden. Auf diese Weise kann Bauraum eingespart werden.
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Die Verdichtereinheit kann einen Verdichter aufweisen und das Verdichtermodul kann einen Massendurchflusssensor aufweisen. Der Massendurchflusssensor kann ein Luftmassensensor sein. Der Massendurchflusssensor kann stromaufwärts des Verdichters vorgesehen sein. Das Verdichtermodul kann eingerichtet sein, um die Verdichtereinheit basierend auf einem Signal des Massendurchflusssensors zu steuern. Der Massendurchfluss, beispielsweise der Luftmassenstrom, kann mit Hilfe des Massendurchflusssensors, beispielsweise des Luftmassensensors, lastabhängig geregelt werden. Dazu kann der Massendurchflusssensor mit der Modulsteuereinheit verbunden sein.
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Auf diese Weise ist eine Anordnung geschaffen, bei welcher der Modulsteuereinheit lediglich ein Zielwert vorgegeben werden muss, um die Verdichtereinheit entsprechend zu regeln. So kann beispielsweise auf das Hinterlegen eines Verdichterkennfelds außerhalb des Verdichtermoduls verzichtet werden.
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Offenbart ist auch ein Brennstoffzellensystem mit einem wie vorstehend beschriebenen Verdichtermodul. Das Verdichtermodul weist eine mit der Modulsteuereinheit verbundene Schnittstelle auf, die an eine Systemsteuereinheit des Brennstoffzellensystems koppelbar oder gekoppelt ist. Über die Schnittstelle kann der Modulsteuereinheit ein Zielwert vorgegeben werden, beispielsweise ein Zielwert betreffend den gewünschten Luftmassenstrom.
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Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsformen in Verbindung mit zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigen schematisch:
- 1 eine schematische Darstellung eines Verdichtermoduls gemäß einer Ausführungsform; und
- 2 eine schematische Darstellung eines Verdichtermoduls gemäß einer Abwandlung der Ausführungsform nach 1.
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In der nachfolgenden Beschreibung werden gleiche Bezugszeichen für gleiche Gegenstände verwendet.
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Nachfolgend werden Ausführungsformen und Abwandlungen unter Bezugnahme auf die 1 und 2 beschrieben.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Verdichtermoduls 1 gemäß einer Ausführungsform. Das Verdichtermodul 1 weist eine Verdichtereinheit 3, eine Leistungselektronik 6, eine Modulsteuereinheit 5 und eine Kühlungsanordnung 4 auf.
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Die Verdichtereinheit 3 weist einen Verdichter 13 auf, der mechanisch an eine elektrische Maschine 29 bzw. einen Motor M gekoppelt ist. Der Motor M treibt den Verdichter 13 an. Der Motor M ist elektrisch an die Leistungselektronik 6 gekoppelt.
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Die Leistungselektronik 6 weist einen Inverter I auf. Der Inverter I steuert den Motor 29 an. Die Leistungselektronik 6 und der Motor M sind über eine Leitung 36 aneinandergekoppelt. Der Inverter I ist ferner über eine Leitung 33 mit der Modulsteuereinheit 5 verbunden. Die Modulsteuereinheit 5 kann eingerichtet sein, um den Inverter I zu steuern oder diesem zumindest einen Sollwert vorzugeben. Das Verdichtermodul 1 hat ferner einen Energiezufuhranschluss 40, der ein Hochvoltanschluss sein kann. Der Energiezufuhranschluss 40 kann über eine Leitung 41 mit dem Inverter I verbunden sein.
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Der Verdichter 13 ist Teil eines Fluiddurchgangs durch die Verdichtereinheit 3. Der Fluiddurchgang ist zum Transport von Luft eingerichtet und kann daher auch als Luftdurchgang bezeichnet werden. Der Fluiddurchgang erstreckt sich zwischen einem Einlass 10 und einem Auslass 15, im Folgenden auch Luft-Einlass 10 und Luft-Auslass 15 genannt. Der Luft-Einlass 10 und der Luft-Auslass 15 können jeweils als eine Schnittstelle zur Anbindung an ein Brennstoffzellensystem 7 ausgebildet sein. Der Luft-Einlass 15 kann beispielsweise an einen Luftfilter gekoppelt sein. Der Luft-Auslass 15 kann mit einem Brennstoffzellenstack oder mit einem anderen Modul oder Abschnitt eines Brennstoffzellensystems fluidverbunden werden, wobei zwischen Luft-Auslass 15 und Brennstoffzellenstack weitere Abschnitte oder Module zur Konditionierung der verdichteten Luft vorgesehen sein können, beispielsweise eine Kühlungsvorrichtung und eine Befeuchtungsvorrichtung. Der Fluiddurchgang dient somit bei der Ausführungsform zur Bereitstellung von Zuluft für einen Brennstoffzellenstack am Luft-Auslass 15.
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Der Fluiddurchgang weist einen ersten Luftleitungsabschnitt 11 und einen zweiten Luftleitungsabschnitt 14 auf. Der erste Luftleitungsabschnitt 11 verbindet den Luft-Einlass 10 mit einer Eingangsseite des Verdichters 13. Der zweite Luftleitungsabschnitt 14 verbindet eine Auslassseite des Verdichters 13 mit dem Luft-Auslass 15.
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Bei der gezeigten Ausführungsform weist das Verdichtermodul 1 ferner einen Luftmassensensor 12 auf, der über eine Leitung 32 mit der Modulsteuereinheit 5 verbunden ist. Der Luftmassensensor 12 ist an den ersten Luftleitungsabschnitt 11 gekoppelt. Demnach ist Luftmassensensor 12 dazu in der Lage, einen Luftmassenstrom im ersten Luftleitungsabschnitt 11 zu erfassen und ein entsprechendes Signal auszugeben.
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Bei der gezeigten Ausführungsform ist das Verdichtermodul 1 dazu in der Lage, die Verdichtereinheit 3 basierend auf dem Signal des Luftmassensensors 12 zu steuern.
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Auf diese Weise kann die Verdichtereinheit 3 so geregelt werden, dass eine bestimmter Luftmassenstrom erreicht wird. Anders gesagt kann eine Verdichterdrehzahl so geregelt werden, dass ein vorgegebener Luftmassenstrom bereitgestellt wird. Der durch den Luftmassensensor 12 erfasste tatsächliche Luftmassenstrom kann in der Modulsteuereinheit 5 mit einem vorgegebenen Sollwert verglichen werden. Entsprechend einer sich ergebenden Abweichung, kann die Modulsteuereinheit 5 ein Signal an die Leistungselektronik 6 ausgeben, um die Verdichterdrehzahl anzupassen. Die Überwachung des Luftmassenstroms durch den Luftmassensensor 12 kann dabei kontinuierlich erfolgen.
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Die Modulsteuereinheit 5 ist über eine Leitung 31 mit einer Schnittstelle 30 verbunden. Über die Schnittstelle 30 kann die Modulsteuereinheit 5, beispielsweise über eine Leitung 38, mit einer Systemsteuereinheit 39 eines übergeordneten Systems verbunden werden. Ein solches übergeordnetes System kann beispielsweise ein Brennstoffzellensystem 7 sein. Ein solches ist in den Figuren mit gestrichelten Linien angedeutet.
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Die Kühlungsanordnung 4 weist einen Kühlmitteldurchgang auf, der sich zwischen einem Kühlmittel-Einlass 20 und einem Kühlmittel-Auslass 27 erstreckt. Der Kühlmitteldurchgang ist mit wenigstens einer zu kühlenden Komponente des Verdichtermoduls 1 wirkverbunden. Als Kühlmittel kann beispielsweise ein Kühlmittel verwendet werden, das Wasser oder ein Wasser-Glykol-Gemisch aufweist. Insofern kann der Kühlmitteldurchgang für den Transport eines solchen Kühlmittels eingerichtet sein.
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Nachfolgend werden der Kühlmitteldurchgang und mit dem Kühlmitteldurchgang zu Kühlungszwecken verbundene Bauteile und Komponenten des Verdichtermoduls 1 in Strömungsrichtung des Kühlmittels von dem Kühlmittel-Einlass 20 zu den Kühlmittel-Auslass 27 beschrieben. Die Reihenfolge der Anordnung der einzelnen Bestandteile ist dabei rein beispielhaft. Eine andere Reihenfolge und/oder andere Kombination von Bauteilen und Komponenten ist ebenfalls denkbar.
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Bei der Ausführungsform gemäß 1 ist der Kühlmittel-Einlass 20 über eine erste Kühlmittelleitung 21 mit einer Volumenstromeinstelleinrichtung 9 verbunden, die bei der Ausführungsform ein elektrisch betätigbares Ventil 25 aufweist. Alternativ oder zusätzlich kann die Volumenstromeinstelleinrichtung 9 auch eine Pumpe aufweisen.
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Das Ventil 25 ist durch die Modulsteuereinheit 5 ansteuerbar. Das Ventil 25 ist über eine Leitung 35 mit der Modulsteuereinheit 5 verbunden. Das Ventil 25 weist einen Stellmotor auf, über den eine Öffnung des Ventils 25 eingestellt werden kann.
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Eine zweite Kühlmittelleitung 22 verbindet bei der in 1 gezeigten Anordnung eine stromabwärtige Seite des Ventils 25 mit der Leistungselektronik 6, beispielsweise mit dem Inverter I. Mit anderen Worten ist das Ventil 25 über die zweite Kühlmittelleitung 22 mit der Leistungselektronik 6 fluidgekoppelt. Die Kühlmittelleitung 22 kann dabei z. B. mit einem an der Leistungselektronik 6 vorgesehenen Kühlungsabschnitt, beispielsweise einem Kühlkörper, verbunden sein, um diesen mit Kühlmittel zu versorgen. Der Kühlungsabschnitt kann dazu eingerichtet sein, um einen Wärmetransfer zwischen der Leistungselektronik 6 und dem Kühlmittel zu verbessern. Der Kühlungsabschnitt kann beispielsweise in einem Gehäuse der Leistungselektronik 6 vorgesehen sein.
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Eine dritte Kühlmittelleitung 23 verbindet die Leistungselektronik 6 mit dem Motor M. Auch am Motor M ist ein nicht dargestellter Kühlungsabschnitt vorgesehen, durch welche das Kühlmittel strömen kann, um den Motor 29 zu kühlen. Der Kühlungsabschnitt kann beispielsweise in einem Motorgehäuse ausgebildet sein.
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Eine vierte Kühlmittelleitung 24 verbindet eine stromabwärtige Seite des Motors M mit dem Kühlmittel-Auslass 27. Das Verdichtermodul 1 weist eine Temperaturmessanordnung 8 auf. Bei der gezeigten Ausführungsform weist die Temperaturmessanordnung 8 eine Temperaturmesseinrichtung 26 auf, die an der vierten Kühlmittelleitung 24 vorgesehen ist, um eine Temperatur des Kühlmittels in der vierten Kühlmittelleitung 24, also zwischen der letzten zu kühlenden Baugruppe und dem Kühlmittel-Auslass 27, zu erfassen und ein entsprechendes Signal auszugeben. Die Temperaturmesseinrichtung 26 ist über eine Leitung 34 mit der Modulsteuereinheit 5 verbunden. Die Modulsteuereinheit 5 ist so eingerichtet, dass diese auf der Grundlage der mit der Temperaturmesseinrichtung 26 erfassten Temperatur des Kühlmittels das Ventil 25 so ansteuert, dass ausreichend Kühlmittel zur Kühlung der Komponenten zur Verfügung gestellt wird.
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2 zeigt eine weitere Ausführungsform. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der in 1 gezeigten Ausführungsform in der Art und Weise, wie die zu kühlenden Baugruppen in die Kühlungsanordnung eingebunden sind. Bei der Ausführungsform gemäß 1 sind die Leistungselektronik 6 bzw. der Inverter I und der Motor M in Reihe geschaltet. Kühlmittel strömt daher zuerst durch den Inverter I und dann durch den Motor M. Der Motor M erhält dadurch immer ein bereits durch den Inverter I geströmtes Kühlmittel mit höherer Temperatur.
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Bei der Ausführungsform gemäß 2 sind die Leistungselektronik 6 bzw. der Inverter I und der Motor M parallelgeschaltet. Der Leistungselektronik 6 bzw. dem Inverter I und dem Motor M wird daher Kühlmittel gleicher Temperatur zugeführt. Bei der Ausführungsform gemäß 2 sind die Leistungselektronik 6 bzw. der Inverter und der Motor M an die zweite Kühlmittelleitung 22 gekoppelt. Eine stromabwärtige Seite des Motors M ist an die vierte Kühlmittelleitung 24 gekoppelt. Eine stromabwärtige Seite der Leistungselektronik 6 bzw. des Inverters I ist über die dritte Kühlmittelleitung an die Kühlmittelleitung 24 gekoppelt. In der vierten Kühlmittelleitung 24 werden somit die durch die Leistungselektronik 6 und den Motor M strömenden Kühlmittelteilströme zusammengeführt und über den Kühlmittel-Auslass 27 abgegeben.
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Bei den gezeigten Ausführungsformen ist die Modulsteuereinheit 5 als eigenständige Einheit dargestellt. Diese eigenständige Einheit kann beispielsweise zur Regelung der Kühlungsanordnung 4 eingerichtet sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Modulsteuereinheit 5 dazu eingerichtet sein, um von einer System-ECU erhaltene Signale über eine Leitung 33 an die Leistungselektronik 6 zu übermitteln. Es ist möglich, die Modulsteuereinheit 5 mit anderen Komponenten zu kombinieren und somit eine integrale Einheit zu schaffen. Beispielsweise ist es möglich, die Modulsteuereinheit 5 und die Leistungselektronik 6 in einer Einheit zu kombinieren. Auf diese Weise wird Bauraum eingespart und eine gemeinsame Kühlung dieser Bestandteile ist möglich. Eine solche Kombination ist in den 1 und 2 als gepunktete Linie kenntlich gemacht. Die Leistungselektronik 6 kann demnach beispielsweise so eingerichtet sein, dass diese auch die Regelung der Kühlungsanordnung 4 übernehmen kann. Hard- und Software zur Regelung der Kühlungsanordnung 4 kann somit vollständig in die Leistungselektronik 6 integriert sein.
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Bei den gezeigten Ausführungsformen erfolgt eine Temperaturmessung mit der Temperaturmesseinrichtung 26, welche die Temperatur des Kühlmittels vor dem Kühlmittel-Auslass 27 erfasst. Eine Temperaturmessung kann alternativ oder zusätzlich auch direkt in den zu kühlenden Anordnungen erfolgen, beispielsweise in der Leistungselektronik 6, im Motor M und/oder der Modulsteuereinheit 5.
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Obwohl nicht in den Figuren dargestellt, kann die Modulsteuereinheit 5 zu Kühlungszwecken an die Kühlungsanordnung 4 angebunden sein, beispielsweise an die zweite Kühlmittelleitung 22, auch wenn diese als eigenständige Einheit verwirklicht ist und nicht in die Leistungselektronik integriert ist.
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Die vorstehenden Bestandteile des Verdichtermoduls 1 können in bzw. an einem Gehäuse 2 untergebracht sein. Auf diese Weise ist ein Verdichtermodul 1 geschaffen, welches gut handhabbar und in andere Systeme integrierbar ist. Es ist auch denkbar, dass Subsysteme der Verdichtereinheit eigene Gehäuse besitzen und diese miteinander verbunden sind oder sich innerhalb eines anderen Gehäuses befinden. Beispielsweise können die genannten Sensoren in einem Gehäuse von außen zugänglich befestigt sein oder von außen an einem Gehäuse verschraubt sein. Die vorstehend beschriebenen Leitungen sind, mit Ausnahme der Kühlmittelleitungen, als elektrische Leitungen ausgebildet. Die elektrischen Leitungen, welche Sensoren mit der ECU/Modulsteuereinheit 5 verbinden, können als reine Signalleitungen ausgebildet sein. Eine evtl. erforderliche Stromversorgung und/oder Spannungsversorgung kann dann über nicht näher dargestellte Zusatzleitungen erfolgen. Alternativ können die elektrischen Leitungen zusätzlich zur Energieversorgung der jeweiligen Sensoren ausgebildet sein, sodass zumindest teilweise auf zusätzliche Leitungen zur Strom- und/oder Spannungsversorgung verzichtet werden kann. In den Ausführungsformen sind die Leitungen 31, 33, 34 und 35 direkt mit der Modulsteuereinheit 5 verbunden. Sind die Modulsteuereinheit 5 und die Leistungselektronik 6 zu einer Einheit kombiniert und beispielsweise in einem Gehäuse untergebracht, so können die Leitungen 31, 33, 34 und 35 auch mit Anschlüssen an diesem Gehäuse verbunden sein. Die Anschlüsse können mit der Modulsteuereinheit 5 verbunden sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Verdichtermodul
- 2
- Gehäuse
- 3
- Verdichtereinheit
- 4
- Kühlungsanordnung
- 5
- Modulsteuereinheit
- 6
- Leistungselektronik
- 7
- Brennstoffzellensystem
- 8
- Temperaturmessanordnung
- 9
- Volumenstromeinstelleinrichtung
- 10
- Luft-Einlass
- 11
- erster Luftleitungsabschnitt
- 12
- Massendurchflusssensor / Luftmassensensor
- 13
- Verdichter
- 14
- zweiter Luftleitungsabschnitt
- 15
- Luft-Auslass
- 20
- Kühlmittel-Einlass
- 21
- erste Kühlmittelleitung
- 22
- zweite Kühlmittelleitung
- 23
- dritte Kühlmittelleitung
- 24
- vierte Kühlmittelleitung
- 25
- Ventil
- 26
- Temperaturmesseinrichtung
- 27
- Kühlmittel-Auslass
- 29
- Elektrische Maschine
- 30
- Schnittstelle
- 31
- Leitung
- 32
- Leitung
- 33
- Leitung
- 34
- Leitung
- 35
- Leitung
- 36
- Leitung
- 38
- Leitung
- 39
- Systemsteuereinheit
- 40
- Energiezufuhranschluss
- 41
- Leitung
- I
- Inverter
- M
- Motor
