EP4486583A1 - Kühlmittelsystem für ein elektrofahrzeug und thermomanagementsystem - Google Patents

Kühlmittelsystem für ein elektrofahrzeug und thermomanagementsystem

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Publication number
EP4486583A1
EP4486583A1 EP23704918.4A EP23704918A EP4486583A1 EP 4486583 A1 EP4486583 A1 EP 4486583A1 EP 23704918 A EP23704918 A EP 23704918A EP 4486583 A1 EP4486583 A1 EP 4486583A1
Authority
EP
European Patent Office
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coolant
chiller
components
way valve
thermal management
Prior art date
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Pending
Application number
EP23704918.4A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Sebastian TIEMEYER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hella GmbH and Co KGaA
Original Assignee
Hella GmbH and Co KGaA
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Filing date
Publication date
Application filed by Hella GmbH and Co KGaA filed Critical Hella GmbH and Co KGaA
Publication of EP4486583A1 publication Critical patent/EP4486583A1/de
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Definitions

  • the present invention relates to a coolant system for an electric vehicle of the type mentioned in the preamble of claim 1 and a thermal management system for an electric vehicle with a coolant system and a refrigerant circuit of the type mentioned in the preamble of claim 10.
  • coolant systems for electric vehicles and thermal management systems for electric vehicles are already known from the prior art in numerous design variants.
  • the known coolant systems for electric vehicles for circulating a liquid coolant comprise a plurality of components through which the coolant can flow, wherein the components can be connected to one another, at least in a subset, in a coolant-conducting manner by means of valves and coolant lines.
  • complex coolant systems and thermal management systems such as those required in modern electric vehicles, necessitate a very large number of valves and coolant lines in the prior art. Such systems take up a lot of space and are expensive.
  • the object of the present invention is to improve a coolant system for an electric vehicle and a thermal management system for an electric vehicle with a coolant system and a coolant circuit.
  • a coolant system for electric vehicles with the features of claim 1 which is characterized in that only a single multi-way valve and a single check valve are designed and arranged in such a way that one of the components and another of the components can only be pumped by means of a coolant pump trained additional component and a predetermined switching state of the multi-way valve for flow through the multi-way valve and the check valve can be connected to one another in a flow-conducting manner independently of the rest of the components.
  • the one component and the other component can each be designed as any sensible and suitable component of the coolant system according to the invention through which the coolant can flow.
  • An essential advantage of the invention lies in the fact that a coolant system for an electric vehicle and a thermal management system for an electric vehicle with a coolant system and a coolant circuit are improved. Because of the invention, functionally complex coolant systems and thermal management systems for electric vehicles can be implemented in a manner that is simpler in terms of design and production technology. Accordingly, the number of coolant lines and valves is significantly reduced. At the same time, by means of the invention, the efficiency of such coolant systems and
  • the thermal management system according to the invention for an electric vehicle and the coolant system according to the invention for an electric vehicle can each be freely selected within wide suitable limits in terms of type, function, material and dimensioning.
  • the invention is also not limited to use in purely electric vehicles.
  • the invention can also be advantageously used in so-called hybrid vehicles.
  • a particularly advantageous development of the coolant system according to the invention provides that the valves only as the only multi-way valve and the only Check valve are formed. As a result, the number of valves required for the coolant system according to the invention is reduced to a minimum.
  • a further particularly advantageous development of the coolant system according to the invention provides that the one component, the other component and the further component designed as a coolant pump are arranged in a coolant sub-circuit separate from the rest of the components when coolant flows through them together. In this way, a complete fluidic separation of the three aforementioned components from the rest of the components of the coolant system is made possible.
  • the plurality of components has at least a subset of the following components of a thermal management system: coolant tank, coolant pump, battery, chiller, coolant heater, powertrain with an electric motor and power electronics for the electric motor, cooling air radiator for heat exchange with a free environment, condenser for a refrigerant cycle.
  • the components mentioned can also be installed in a plurality of the respective components in the coolant system according to the invention. This specifies essential components for a coolant system for the coolant system according to the invention.
  • the two components that can be connected in terms of flow only by means of the multi-way valve and the check valve are, on the one hand, a cooling air radiator for heat exchange of the coolant with an open environment and, on the other hand, a chiller for heat exchange with a refrigerant circuit for air conditioning a passenger compartment of the electric vehicle and/or for temperature control of the coolant flowing in the coolant circuit.
  • a cooling air radiator for heat exchange of the coolant with an open environment
  • a chiller for heat exchange with a refrigerant circuit for air conditioning a passenger compartment of the electric vehicle and/or for temperature control of the coolant flowing in the coolant circuit.
  • the chiller can also be used for other cooling tasks, for example for cooling the power train.
  • the waste heat produced in any cooling by means of the thermal management system according to the invention with the coolant system according to the invention, i.e. also the waste heat from the chiller can be useful for heating other areas of the vehicle, for example a passenger cell, or for heating other components of the coolant system be used.
  • the coolant system according to the invention it is also possible for the coolant to be cooled below an ambient temperature and then to be warmed up again by ambient air through the cooling air radiator. The heat absorbed in this way is given off to the refrigerant circuit in the next circulation step by the chiller, provided that this is in heat transfer connection with the refrigerant circuit, and the process described begins again.
  • An advantageous development of the last-mentioned development of the coolant system according to the invention provides that the chiller and a component designed as a battery are arranged in terms of flow in such a way that coolant can flow through the chiller independently of the battery.
  • the chiller can be used in particular independently of the battery, for example only in connection with the aforementioned cooling air radiator.
  • An advantageous development of the coolant system according to one of claims 4 to 6 provides that the battery can only be fluidically separated by means of an additional valve, preferably a 3/2-way valve, of the coolant system from the rest of the coolant system. As a result, the battery can be fluidically separated from the rest of the coolant system in a manner that is particularly simple in terms of design and circuitry.
  • An advantageous development of the coolant system according to the invention according to one of claims 4 to 7 provides that the multi-way valve is designed in such a way that the power train is connected to the Coolant can flow through. This ensures that the powertrain, and thus the power electronics and the electric motor, is safely cooled to a temperature required for proper functioning under all environmental and operating conditions of the electric vehicle.
  • coolant-conducting connection of the chiller with the battery a) coolant-conducting connection of the chiller with the battery, b) coolant-conducting connection of the chiller with the powertrain, c) coolant-conducting connection of the chiller with the cooling-air radiator, d) coolant-conducting connection of the chiller with the cooling-air radiator and the powertrain, e) coolant-conducting connection of the Chillers with the battery and the powertrain and f) coolant-conducting connection of the chiller with the battery, the cooling air radiator and the powertrain.
  • the coolant system according to the invention is particularly flexible and can therefore also be used for circuitry-wise very demanding temperature control tasks in an electric vehicle. This applies
  • the advantages associated with the coolant system according to the invention can also be used for the thermal management system according to the invention, comprising a coolant system and a coolant circuit.
  • thermo management system provides that the refrigerant circuit for air conditioning a passenger compartment of the Electric vehicle and / or is designed to control the temperature of a coolant flowing in the coolant system.
  • the refrigerant circuit can be used in a particularly advantageous manner.
  • thermo management system is designed in such a way that, if necessary, a heat transfer connection can be established between the coolant system on the one hand and the refrigerant circuit on the other hand by means of the chiller.
  • the temperature of the coolant system can also be controlled in a very simple manner in terms of design and production technology by means of the thermal management system, in addition to controlling the temperature of the coolant circuit, ie a coolant flowing in the coolant circuit.
  • the chiller is therefore a component of both the coolant system and the refrigerant circuit.
  • thermal management system is designed in such a way that, if necessary, a heat transfer connection between the coolant system on the one hand and the refrigerant circuit on the other side can be established by means of the condenser is preferred that the condenser is arranged coolant conducting in the drive train circuit part.
  • a component present in a conventional refrigerant circuit for an electric vehicle namely the condenser, can be used both for the operation of the refrigerant circuit and for heat transfer between the coolant system on the one hand and the refrigerant circuit on the other.
  • FIG. 1 shows an exemplary embodiment of the coolant system according to the invention for the thermal management system according to the invention in a procedural flow diagram
  • FIG. 2 shows the exemplary embodiment in a representation analogous to FIG. 1 , in a first operating state of the coolant system
  • FIG. 3 shows the exemplary embodiment in a representation analogous to FIG. 1 , in a second operating state of the coolant system
  • FIG. 4 shows the exemplary embodiment in a representation analogous to FIG. 1 , in a third operating state of the coolant system
  • FIG. 5 shows the exemplary embodiment in a representation analogous to FIG. 1 , in a fourth operating state of the coolant system
  • FIG. 6 shows the exemplary embodiment in a representation analogous to FIG. 1 , in a fifth operating state of the coolant system
  • FIG. 7 shows the exemplary embodiment in a representation analogous to FIG. 1 , in a sixth operating state of the coolant system.
  • the thermal management system is designed as a thermal management system for a purely electric vehicle and includes a coolant system 2 on the one hand and a coolant circuit (not shown) on the other.
  • the refrigerant circuit is for air-conditioning a passenger cell of the electric vehicle (also not shown) and for tempering a cooling medium flowing in the coolant system 2 not shown, formed coolant.
  • the coolant system 2 is shown in FIG.
  • the coolant system 2 for circulating the liquid coolant comprises a plurality of components through which the coolant can flow, wherein the components can be connected to one another, at least in a subset, in a coolant-conducting manner by means of valves and coolant lines.
  • the coolant system 2 is designed in such a way that only a single multi-way valve 4 and a single check valve 6 are designed and arranged in such a way that one of the components 20 and another of the components 16 can only be switched by means of a further component 10 designed as a coolant pump and a predetermined switching state of the multi-way valve 4 for flow through the multi-way valve 4 and the check valve 6 independently of a remainder of the components 8, 12, 14, 18 can be connected to one another in a flow-conducting manner. See Fig. 4 for this.
  • the components are a coolant tank 8, a first coolant pump 10, a second coolant pump 12, a battery 14, a chiller 16, a powertrain 18 with an electric motor and power electronics for the electric motor, and a cooling air radiator 20 for heat exchange with a trained in free environment.
  • the three aforementioned components which can only be fluidly connected to one another by means of a predetermined switching state of the multi-way valve 4 for flow through the multi-way valve 4 and the check valve 6, are here as the cooling air radiator 20 for heat exchange of the coolant with a free environment, the chiller 16 for heat exchange with the coolant circuit, not shown in detail, for air conditioning the passenger compartment of the electric vehicle and for controlling the temperature of the coolant flowing in the coolant circuit 2 and as the first coolant pump 10, with the cooling air radiator 20, the chiller 16 and the first coolant pump 10 in their common flow with Coolant are arranged in a separate from a rest of the components 8, 12, 14, 18 of the coolant system 2 partial circuit of the coolant.
  • the chiller 16 and the battery 14 are arranged in terms of flow in such a way that coolant can flow through the chiller 16 independently of the battery 14 . See, for example, Fig. 4.
  • the battery 14 can be fluidically separated from the rest of the coolant system 2 by means of a 3/2-way valve 22 of the coolant system 2 .
  • the present exemplary embodiment of the coolant system according to the invention has a total of only three valves, namely the multi-way valve 4, the check valve 6 and the 3/2-way valve 22.
  • embodiments of the coolant system according to the invention are conceivable in which the coolant system has only a single multi-way valve and a has a single check valve.
  • the multi-way valve 4 in the present exemplary embodiment is designed in such a way that the coolant can flow through the powertrain 18 without interruption in all possible switching states of the multi-way valve 4 and when the multi-way valve 4 is transferred from one of these switching states to another of these switching states.
  • the coolant system 2 is designed in such a way that, depending on the switching state of the multi-way valve 4, the following coolant-conducting connections can all be implemented simply by means of the multi-way valve 4 and the check valve 6: a) coolant-conducting connection of the chiller 16 to the battery 14, b) coolant-conducting connection of the chiller 16 to the powertrain 18, c) coolant-conducting connection of the chiller 16 to the cooling air radiator 20, d) coolant-conducting connection of the chiller 16 to the cooling-air radiator 20 and the powertrain 18, e) coolant-conducting connection of the chiller 16 to the battery 14 and the powertrain 18 and f) coolant-conducting Connection of the chiller 16 to the battery 14, the cooling air radiator 20 and the powertrain 18.
  • the thermal management system is designed in such a way that, if necessary, a heat transfer connection can be established between the coolant system 2 on the one hand and the refrigerant circuit, not shown in detail, on the other hand by means of the chiller 16 .
  • the aforementioned components of the coolant system 2 can represent heat sources or heat sinks.
  • the efficiency of the overall system can be improved by connecting or disconnecting the individual aforementioned components as required. According to the invention, this is done in a manner that is particularly simple in terms of design and production technology, while at the same time having a high efficiency of the overall system.
  • the battery 14 can be efficiently warmed up in the cold state by the waste heat from the power train 18, namely the power electronics and the electric motor.
  • the battery 14 must be connected to the power electronics and the electric motor, that is to say the powertrain 18, in a coolant-conducting manner.
  • the battery 14 must be separated from the powertrain 18 so that only the heat-sensitive battery 14 can be cooled by the chiller 16 .
  • the powertrain 18 In particular, heating the interior, i.e. the passenger cell, represents a major challenge, as in an electric vehicle compared to a vehicle with an internal combustion engine, the powertrain 18 usually generates too little waste heat.
  • the chiller 16 is used to supply heat from all available heat sources of the coolant system 2 to the coolant circuit, which is not shown in detail, ie the heat pump. Accordingly, the waste heat from the battery 14, the power train 18, or from an ambient air, which is transferred to the coolant by means of the cooling air radiator 20, must be supplied to the chiller 16, depending on availability, by creating a coolant-conducting connection between these components.
  • the structural system complexity is greatly reduced and the system efficiency is significantly improved.
  • the combination of the components of the coolant system 2 according to the invention enables the following six operating modes of the coolant system 2.
  • a first operating state of the coolant system 2 and a corresponding switching state of the multi-way valve 4 the battery 14 is cooled separately via the chiller 16; the drive train, ie the power train 18, is connected to the cooling air radiator 20 in a parallel partial circuit of the coolant via the multi-way valve 4. See Fig. 2.
  • the coolant lines of coolant system 2 through which coolant flows are shown in Figs. 1 to 7 each drawn in bold, with solid or dashed lines.
  • This first operating state of the coolant system 2 corresponds to the above-mentioned coolant-conducting connection a.
  • a second operating state of the coolant system 2 with the corresponding switching state of the multi-way valve 4, which is an alternative to the aforementioned use of waste heat the battery 14 and the powertrain 18 are combined together with the chiller 16 in a common sub-circuit of the coolant.
  • the cooling air radiator 20 is not connected. See FIG. 3.
  • This second operating state of the coolant system 2 corresponds to the above-mentioned coolant-conducting connections b and e.
  • the 3/2-way valve 22 can be used to implement this circuit, for example to produce the coolant-conducting connection b.
  • embodiments of the invention are also conceivable in which no such valve is used. Instead, the coolant in the present circuit is forced through the battery.
  • the battery 14 and the powertrain 18 are connected to one another in a common partial circuit of the coolant.
  • the cooling air radiator 20 is connected to the chiller 16 in a flow-conducting manner. See FIG. 4.
  • the third operating state of the coolant system 2 corresponds to the aforementioned coolant-conducting connection c.
  • the battery 14, the power train 18 and the chiller 16 are fluidly connected to one another in a common sub-circuit of the coolant; the cooling air radiator 20 is additionally arranged between the battery 14 and the powertrain 18 here. See FIG. 5 in this regard.
  • the 3/2-way valve 22 can, analogously to the above case, be used to implement this circuit, for example to implement the coolant-conducting connection d.
  • the coolant is forced to flow through the battery 14, so that the 3/2-way valve 22 is not absolutely necessary. This operating mode thus corresponds to the aforementioned coolant-conducting connections d and f.
  • a fifth operating state of the coolant system 2 with the switching state of the multi-way valve 4 corresponding thereto the battery 14 can be heated, for example, via a separate electric heater or the like, not shown;
  • the power train 18 forms a parallel partial circuit of the coolant by means of the multi-way valve 4, bypassing the cooling air radiator 20. See FIG. 6.
  • This fifth operating state in turn corresponds to the aforementioned coolant-conducting connection a.
  • a sixth operating state of the coolant system 2 with the corresponding switching state of the multi-way valve 4 the battery 14 and the powertrain 18 form a common partial circuit of the coolant, in which the powertrain 18 can first supply heat to the battery 14.
  • the chiller 16 and the cooling air radiator 20 follow in a flow-conducting manner. See FIG. 7 in this respect.
  • This sixth operating state corresponds to the aforementioned coolant-conducting connection f.
  • the functionally complex thermal management system with the coolant system 2 for an electric vehicle can be implemented in a manner that is simple in terms of design and production technology.
  • the combination according to the invention in particular with the multi-way valve 4 and the check valve 6, it is possible to implement the aforementioned operating states of the coolant system 2a to f. Accordingly, the number of coolant lines and valves is significantly reduced.
  • the efficiency is increased by means of the thermal management system with the coolant system 2, since the coolant system 2 enables a higher functional complexity with significantly fewer components compared to the prior art. Accordingly, with the simply constructed thermal management system, in particular the simply constructed coolant system 2, realize a variety of operating states, so operating modes of the thermal management system.
  • the invention is not limited to the present embodiment. See, for example, the relevant statements in the introduction to the description.
  • a condenser is present, with the condenser being used as an alternative or in addition to the chiller 16 to establish a heat transfer connection between the coolant system 2 on the one hand and the refrigerant circuit the other side can be produced.
  • the condenser can preferably be arranged in a drive train sub-circuit with the power train to conduct coolant.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kühlmittelsystem (2) für ein Elektrofahrzeug zum Umwälzen eines flüssigen Kühlmittels, umfassend eine Mehrzahl von mittels des Kühlmittels durchströmbarer Komponenten (8, 10, 12, 14, 16, 18, 20), wobei die Komponenten (8, 10, 12, 14, 16, 18, 20) mittels Ventilen (4, 6, 22) und mittels Kühlmittelleitungen miteinander, zumindest in mindestens einer Untermenge, kühlmittelleitend verbindbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass lediglich ein einziges Mehrwegeventil (4) und ein einziges Rückschlagventil (6) derart ausgebildet und angeordnet sind, dass eine der Komponenten (20) und eine andere der Komponenten (16) lediglich mittels einer als Kühlmittelpumpe ausgebildeten weiteren Komponente (10) und eines vorher festgelegten Schaltzustands des Mehrwegeventils (4) zur Durchströmung des Mehrwegeventils (4) und des Rückschlagventils (6) unabhängig von einem Rest der Komponenten (8, 12, 14, 18) miteinander strömungsleitend verbindbar sind. Ferner betrifft die Erfindung ein Thermomanagementsystem.

Description

Kühlmittelsystem für ein Elektrofahrzeug und Thermomanagementsystem
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Kühlmittelsystem für ein Elektrofahrzeug der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art und ein Thermomanagementsystem für ein Elektrofahrzeug mit einem Kühlmittelsystem und einem Kältemittelkreislauf der im Oberbegriff des Anspruchs 10 genannten Art.
Derartige Kühlmittelsysteme für Elektrofahrzeuge und Thermomanagementsysteme für Elektrofahrzeuge sind aus dem Stand der Technik in zahlreichen Ausführungsvarianten bereits bekannt. Die bekannten Kühlmittelsysteme für Elektrofahrzeuge zum Umwälzen eines flüssigen Kühlmittels umfassen eine Mehrzahl von mittels des Kühlmittels durchströmbarer Komponenten, wobei die Komponenten mittels Ventilen und mittels Kühlmittelleitungen miteinander, zumindest in mindestens einer Untermenge, kühlmittelleitend verbindbar sind. Komplexe Kühlmittelsysteme und Thermomanagementsysteme, wie diese bei modernen Elektrofahrzeugen erforderlich sind, machen jedoch beim Stand der Technik eine sehr hohe Anzahl von Ventilen und Kühlmittelleitungen notwendig. Derartige Systeme beanspruchen viel Bauraum und sind teuer.
Hier setzt die vorliegende Erfindung an.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kühlmittelsystem für ein Elektrofahrzeug und ein Thermomanagementsystem für ein Elektrofahrzeug mit einem Kühlmittelsystem und einem Kältemittelkreislauf zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch ein Kühlmittelsystem für Elektrofahrzeuge mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, dass lediglich ein einziges Mehrwegeventil und ein einziges Rückschlagventil derart ausgebildet und angeordnet sind, dass eine der Komponenten und eine andere der Komponenten lediglich mittels einer als Kühlmittelpumpe ausgebildeten weiteren Komponente und eines vorher festgelegten Schaltzustands des Mehrwegeventils zur Durchströmung des Mehrwegeventils und des Rückschlagventils unabhängig von einem Rest der Komponenten miteinander strömungsleitend verbindbar sind. Die eine Komponente und die andere Komponente können dabei jeweils als jede sinnvolle und geeignete von dem Kühlmittel durchströmbare Komponente des erfindungsgemäßen Kühlmittelsystems ausgebildet sein. Ferner wird dieses Problem durch ein Thermomanagementsystem für Elektrofahrzeuge mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung liegt insbesondere darin, dass ein Kühlmittelsystem für ein Elektrofahrzeug und ein Thermomanagementsystem für ein Elektrofahrzeug mit einem Kühlmittelsystem und einem Kältemittelkreislauf verbessert sind. Aufgrund der Erfindung sind funktional komplexe Kühlmittelsysteme und Thermomanagementsysteme für Elektrofahrzeuge auf konstruktiv und fertigungstechnisch einfachere Art und Weise realisierbar. Entsprechend ist die Anzahl an Kühlmittelleitungen und Ventilen wesentlich reduziert. Gleichzeitig ist mittels der Erfindung die Effizienz derartiger Kühlmittelsysteme und
Thermomanagementsysteme gesteigert, da die vorgenannten Systeme mit wesentlich weniger Komponenten eine im Vergleich zum Stand der Technik höhere funktionale Komplexität ermöglichen. Entsprechend lassen sich mit einem einfach aufgebauten System mit wenigen Komponenten, Ventilen und Kühlmittelleitungen eine Vielzahl von Betriebszuständen, also Betriebsmodi des Systems, realisieren.
Grundsätzlich sind das erfindungsgemäße Thermomanagementsystem für ein Elektrofahrzeug und das erfindungsgemäße Kühlmittelsystem für ein Elektrofahrzeug jeweils nach Art, Funktionsweise, Material und Dimensionierung in weiten geeigneten Grenzen frei wählbar. Auch ist die Erfindung nicht auf eine Anwendung bei reinen Elektrofahrzeugen beschränkt. Beispielsweise ist die Erfindung auch bei sogenannten Hybridfahrzeugen vorteilhaft einsetzbar.
Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Kühlmittelsystems sieht vor, dass die Ventile lediglich als das einzige Mehrwegeventil und das einzige Rückschlagventil ausgebildet sind. Hierdurch ist die Anzahl der für das erfindungsgemäße Kühlmittelsystem erforderlichen Ventile auf ein Minimum reduziert.
Eine weitere besonders vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Kühlmittelsystems sieht vor, dass die eine Komponente, die andere Komponente und die als Kühlmittelpumpe ausgebildete weitere Komponente bei deren gemeinsamen Durchströmung mit Kühlmittel in einem von dem Rest der Komponenten separaten Teilkreislauf des Kühlmittels angeordnet sind. Auf diese Weise ist eine vollständige strömungstechnische Trennung der drei vorgenannten Komponenten von dem Rest der Komponenten des Kühlmittelsystems ermöglicht.
Eine andere vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Kühlmittelsystems sieht vor, dass die Mehrzahl von Komponenten mindestens eine Untermenge der folgenden Komponenten eines Thermomanagementsystems aufweist: Kühlmitteltank, Kühlmittelpumpe, Batterie, Chiller, Kühlmittelheizung, Powertrain mit einem Elektromotor und einer Leistungselektronik für den Elektromotor, Kühlluftradiator zum Wärmeaustausch mit einer freien Umgebung, Kondensator für einen Kältemittelkreislauf. Die genannten Komponenten können dabei auch in einer Mehrzahl der jeweiligen Komponente in dem erfindungsgemäßen Kühlmittelsystem verbaut sein. Hierdurch sind wesentliche Komponenten für ein Kühlmittelsystem für das erfindungsgemäße Kühlmittelsystem angegeben.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der vorgenannten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kühlmittelsystems sieht vor, dass es sich bei den beiden lediglich mittels des Mehrwegeventils und des Rückschlagventils strömungsleitend verbindbaren Komponenten zum einen um einen Kühlluftradiator zum Wärmeaustausch des Kühlmittels mit einer freien Umgebung und zum anderen um einen Chiller zum Wärmeaustausch mit einem Kältemittelkreislauf zur Klimatisierung einer Fahrgastzelle des Elektrofahrzeugs und/oder zur Temperierung des in dem Kühlmittelkreislauf strömenden Kühlmittels handelt. Auf diese Weise sind die eine der Komponenten und die andere der Komponenten auf besonders geeignete Art realisiert. Mittels des Chillers ist üblicherweise die Batterie, trotz nachteiliger Umgebungs- und/oder Betriebsbedingungen des Elektrofahrzeugs, auf einen für deren Funktion erforderlichen Temperaturbereich kühlbar. Jedoch kann der Chiller zusätzlich dazu oder alternativ dazu auch für andere Kühlaufgaben, beispielsweise zur Kühlung des Powertrains, herangezogen werden. Die bei jedweder Kühlung mittels des erfindungsgemäßen Thermomanagementsystems mit dem erfindungsgemäßen Kühlmittelsystems entstehende Abwärme, also auch die Abwärme des Chillers, kann dabei, je nach Schaltzustand des Mehrwegeventils, sinnvoll zur Erwärmung anderer Bereiche des Fahrzeugs, beispielsweise einer Fahrgastzelle, oder zur Erwärmung anderer Komponenten des Kühlmittelsystems genutzt werden. Gemäß der vorliegenden Weiterbildung des erfindungsgemäßen Kühlmittelsystems ist es darüber hinaus möglich, dass das Kühlmittel unter eine Umgebungstemperatur abgekühlt wird und dann von einer Umgebungsluft durch den Kühlluftradiator wieder aufgewärmt wird. Die so aufgenommene Wärme wird im nächsten Zirkulationsschritt von dem Chiller, sofern dieser in Wärmeübertragungsverbindung mit dem Kältemittelkreislauf steht, an den Kältemittelkreislauf abgegeben, und der beschriebene Vorgang beginnt von neuem.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der letztgenannten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Kühlmittelsystems sieht vor, dass der Chiller und eine als Batterie ausgebildete Komponente derart strömungstechnisch angeordnet sind, dass der Chiller unabhängig von der Batterie mit Kühlmittel durchströmbar ist. Auf diese Weise ist der Chiller insbesondere unabhängig von der Batterie, beispielsweise lediglich in Verbindung mit dem vorgenannten Kühlluftradiator, nutzbar.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Kühlmittelsystems nach einem der Ansprüche 4 bis 6 sieht vor, dass die Batterie lediglich mittels eines zusätzlichen Ventils, bevorzugt eines 3/2-Wegeventils, des Kühlmittelsystems von einem Rest des Kühlmittelsystems strömungstechnisch trennbar ist. Hierdurch ist die Batterie auf konstruktiv und schaltungstechnisch besonders einfache Art und Weise von einem Rest des Kühlmittelsystems strömungstechnisch trennbar. Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Kühlmittelsystems nach einem der Ansprüche 4 bis 7 sieht vor, dass das Mehrwegeventil derart ausgebildet ist, dass der Powertrain in allen möglichen Schaltzuständen des Mehrwegeventils und bei der Überführung des Mehrwegeventils von einem dieser Schaltzustände in einen anderen dieser Schaltzustände unterbrechungslos mit dem Kühlmittel durchströmbar ist. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass der Powertrain, und damit die Leistungselektronik und der Elektromotor, unter allen Umgebungs- und Betriebsbedingungen des Elektrofahrzeugs sicher auf eine für deren ordnungsgemäße Funktion erforderliche Temperatur gekühlt wird.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Kühlmittelsystems nach einem der Ansprüche 4 bis 8 sieht vor, dass das Kühlmittelsystem derart ausgebildet ist, dass in Abhängigkeit des Schaltzustands des Mehrwegeventils die folgenden kühlmittelleitenden Verbindungen zumindest in einer Untermenge, bevorzugt alle, lediglich mittels des Mehrwegeventils und des Rückschlagventils realisierbar sind: a) kühlmittelleitende Verbindung des Chillers mit der Batterie, b) kühlmittelleitende Verbindung des Chillers mit dem Powertrain, c) kühlmittelleitende Verbindung des Chillers mit dem Kühlluftradiator, d) kühlmittelleitende Verbindung des Chillers mit dem Kühlluftradiator und dem Powertrain, e) kühlmittelleitende Verbindung des Chillers mit der Batterie und dem Powertrain und f) kühlmittelleitende Verbindung des Chillers mit der Batterie, dem Kühlluftradiator und dem Powertrain. Hierdurch ist das erfindungsgemäße Kühlmittelsystem besonders flexibel und damit auch für schaltungstechnisch an sich sehr anspruchsvolle Temperieraufgaben bei einem Elektrofahrzeug einsetzbar. Dies gilt insbesondere für die bevorzugte Ausführungsform dieser Weiterbildung.
Die Vorteile, die mit dem erfindungsgemäßen Kühlmittelsystem verbunden sind, sind auch für das erfindungsgemäße Thermomanagementsystem, umfassend ein Kühlmittelsystem und einen Kältemittelkreislauf, nutzbar.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Thermomanagementsystems sieht vor, dass der Kältemittelkreislauf zur Klimatisierung einer Fahrgastzelle des Elektrofahrzeugs und/oder zur Temperierung eines in dem Kühlmittelsystem strömenden Kühlmittels ausgebildet ist. Hierdurch ist der Kältemittelkreislauf in besonders vorteilhafter Weise einsetzbar.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der vorgenannten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Thermomanagementsystems, rückbezogen auf Anspruch 4, sieht vor, dass das Thermomanagementsystem derart ausgebildet ist, dass mittels des Chillers bedarfsweise eine Wärmeübertragungsverbindung zwischen dem Kühlmittelsystem auf der einen Seite und dem Kältemittelkreislauf auf der anderen Seite herstellbar ist. Auf diese Weise ist mittels des Thermomanagementsystems zusätzlich zu einer Temperierung des Kältemittelkreislaufs, also eines in dem Kältemittelkreislauf strömenden Kältemittels, auch eine Temperierung des Kühlmittelsystems auf konstruktiv und fertigungstechnisch sehr einfache Art ermöglicht. Der Chiller ist somit eine Komponente sowohl des Kühlmittelsystems wie auch des Kältemittelkreislaufs.
Ferner sieht eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Thermomanagementsystems nach Anspruch 11 oder 12, rückbezogen auf Anspruch 4, vor, dass das Thermomanagementsystem derart ausgebildet ist, dass mittels des Kondensators bedarfsweise eine Wärmeübertragungsverbindung zwischen dem Kühlmittelsystem auf der einen Seite und dem Kältemittelkreislauf auf der anderen Seite herstellbar ist, bevorzugt, dass der Kondensator kühlmittelleitend in dem Antriebsstrangteilkreislauf angeordnet ist. Hierdurch ist beispielsweise eine in einem üblichen Kältemittelkreislauf für ein Elektrofahrzeug vorhandene Komponente, nämlich der Kondensator, sowohl für den Betrieb des Kältemittelkreislaufs wie auch zur Wärmeübertragung zwischen dem Kühlmittelsystem auf der einen Seite und dem Kältemittelkreislauf auf der anderen Seite nutzbar. Entsprechend ergeben sich hier Vorteile, die mit denen der vorgenannten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Thermomanagementsystems vergleichbar sind. In Kombination der beiden genannten Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Thermomanagementsystems ergibt sich darüber hinaus zum einen die Möglichkeit, noch mehr Energie zwischen dem Kühlmittelsystem und dem Kältemittelkreislauf auszutauschen. Zum anderen ist die Flexibilität des erfindungsgemäßen Thermomanagementsystems dadurch weiter gesteigert.
Anhand der beigefügten, grob schematischen Zeichnung wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Dabei zeigt:
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kühlmittelsystems für das erfindungsgemäße Thermomanagementsystem in einem verfahrenstechnischen Fließschema,
Fig. 2 das Ausführungsbeispiel in analoger Darstellung zur Fig. 1 , in einem ersten Betriebszustand des Kühlmittelsystems,
Fig. 3 das Ausführungsbeispiel in analoger Darstellung zur Fig. 1 , in einem zweiten Betriebszustand des Kühlmittelsystems,
Fig. 4 das Ausführungsbeispiel in analoger Darstellung zur Fig. 1 , in einem dritten Betriebszustand des Kühlmittelsystems,
Fig. 5 das Ausführungsbeispiel in analoger Darstellung zur Fig. 1 , in einem vierten Betriebszustand des Kühlmittelsystems,
Fig. 6 das Ausführungsbeispiel in analoger Darstellung zur Fig. 1 , in einem fünften Betriebszustand des Kühlmittelsystems und
Fig. 7 das Ausführungsbeispiel in analoger Darstellung zur Fig. 1 , in einem sechsten Betriebszustand des Kühlmittelsystems.
In den Fig. 1 bis 7 ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kühlmittelsystems eines nicht näher dargestellten erfindungsgemäßen Thermomanagementsystems rein exemplarisch dargestellt.
Das Thermomanagementsystem ist als ein Thermomanagementsystem für ein reines Elektrofahrzeug ausgebildet und umfasst einerseits ein Kühlmittelsystem 2 und andererseits einen nicht dargestellten Kältemittelkreislauf. Der Kältemittelkreislauf ist zur Klimatisierung einer ebenfalls nicht dargestellten Fahrgastzelle des Elektrofahrzeugs und zur Temperierung eines in dem Kühlmittelsystem 2 strömenden, nicht dargestellten, Kühlmittels ausgebildet. Das Kühlmittelsystem 2 ist in der Fig. 1 dargestellt.
Das Kühlmittelsystem 2 zum Umwälzen des flüssigen Kühlmittels umfasst hier eine Mehrzahl von mittels des Kühlmittels durchströmbarer Komponenten, wobei die Komponenten mittels Ventilen und mittels Kühlmittelleitungen miteinander, zumindest in mindestens einer Untermenge, kühlmittelleitend verbindbar sind.
Erfindungsgemäß ist das Kühlmittelsystem 2 derart ausgebildet, dass lediglich ein einziges Mehrwegeventil 4 und ein einziges Rückschlagventil 6 derart ausgebildet und angeordnet sind, dass eine der Komponenten 20 und eine andere der Komponenten 16 lediglich mittels einer als Kühlmittelpumpe ausgebildeten weiteren Komponente 10 und eines vorher festgelegten Schaltzustands des Mehrwegeventils 4 zur Durchströmung des Mehrwegeventils 4 und des Rückschlagventils 6 unabhängig von einem Rest der Komponenten 8, 12, 14, 18 miteinander strömungsleitend verbindbar sind. Siehe hierzu die Fig. 4.
Die Komponenten sind bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als ein Kühlmitteltank 8, eine erste Kühlmittelpumpe 10, eine zweite Kühlmittelpumpe 12, eine Batterie 14, ein Chiller 16, ein Powertrain 18 mit einem Elektromotor und einer Leistungselektronik für den Elektromotor und ein Kühlluftradiator 20 zum Wärmeaustausch mit einer freien Umgebung ausgebildet.
Die drei vorgenannten Komponenten, die lediglich mittels eines vorher festgelegten Schaltzustands des Mehrwegeventils 4 zur Durchströmung des Mehrwegeventils 4 und des Rückschlagventils 6 miteinander strömungsleitend verbindbar sind, sind hier als der Kühlluftradiator 20 zum Wärmeaustausch des Kühlmittels mit einer freien Umgebung, der Chiller 16 zum Wärmeaustausch mit dem nicht näher dargestellten Kältemittelkreislauf zur Klimatisierung der Fahrgastzelle des Elektrofahrzeugs und zur Temperierung des in dem Kühlmittelkreislauf 2 strömenden Kühlmittels und als die erste Kühlmittelpumpe 10 ausgebildet, wobei der Kühlluftradiator 20, der Chiller 16 und die erste Kühlmittelpumpe 10 bei deren gemeinsamen Durchströmung mit Kühlmittel in einem von einem Rest der Komponenten 8, 12, 14, 18 des Kühlmittelsystems 2 separaten Teilkreislauf des Kühlmittels angeordnet sind.
Der Chiller 16 und die Batterie 14 sind bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel derart strömungstechnisch angeordnet, dass der Chiller 16 unabhängig von der Batterie 14 mit Kühlmittel durchströmbar ist. Siehe hierzu beispielsweise die Fig. 4.
Ferner ist die Batterie 14 mittels eines 3/2-Wegeventils 22 des Kühlmittelsystems 2 von einem Rest des Kühlmittelsystems 2 strömungstechnisch trennbar. Entsprechend weist das hier vorliegende Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kühlmittelsystems insgesamt lediglich drei Ventile auf, nämlich das Mehrwegeventil 4, das Rückschlagventil 6 und das 3/2-Wegeventil 22. Denkbar sind aber Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Kühlmittelsystems, bei denen das Kühlmittelsystem lediglich ein einziges Mehrwegeventil und ein einziges Rückschlagventil aufweist.
Darüber hinaus ist das Mehrwegeventil 4 bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel derart ausgebildet, dass der Powertrain 18 in allen möglichen Schaltzuständen des Mehrwegeventils 4 und bei der Überführung des Mehrwegeventils 4 von einem dieser Schaltzustände in einen anderen dieser Schaltzustände unterbrechungslos mit dem Kühlmittel durchströmbar ist.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Kühlmittelsystem 2 derart ausgebildet, dass in Abhängigkeit des Schaltzustands des Mehrwegeventils 4 die folgenden kühlmittelleitenden Verbindungen alle lediglich mittels des Mehrwegeventils 4 und des Rückschlagventils 6 realisierbar sind: a) kühlmittelleitende Verbindung des Chillers 16 mit der Batterie 14, b) kühlmittelleitende Verbindung des Chillers 16 mit dem Powertrain 18, c) kühlmittelleitende Verbindung des Chillers 16 mit dem Kühlluftradiator 20, d) kühlmittelleitende Verbindung des Chillers 16 mit dem Kühlluftradiator 20 und dem Powertrain 18, e) kühlmittelleitende Verbindung des Chillers 16 mit der Batterie 14 und dem Powertrain 18 und f) kühlmittelleitende Verbindung des Chillers 16 mit der Batterie 14, dem Kühlluftradiator 20 und dem Powertrain 18.
Das Thermomanagementsystem ist derart ausgebildet, dass mittels des Chillers 16 bedarfsweise eine Wärmeübertragungsverbindung zwischen dem Kühlmittelsystem 2 auf der einen Seite und dem nicht näher dargestellten Kältemittelkreislauf auf der anderen Seite herstellbar ist.
Im Nachfolgenden wird die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Thermomanagementsystems mit dem erfindungsgemäßen Kühlmittelsystem gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel anhand der Fig. 1 bis 7 näher erläutert.
Je nach Betriebszustand des Thermomanagementsystems mit dem Kühlmittelsystem 2 und unter Berücksichtigung der Fahrsituation und der Umgebungstemperatur können die vorgenannten Komponenten des Kühlmittelsystems 2 Wärmequellen oder Wärmesenken darstellen.
Die Effizienz des Gesamtsystems, also des Thermomanagementsystems mit dem Kühlmittelsystem 2, kann durch ein bedarfsgerechtes Verbinden oder Trennen der einzelnen vorgenannten Komponenten verbessert werden. Dies geschieht erfindungsgemäß auf konstruktiv und fertigungstechnisch besonders einfache Art und Weise, bei gleichzeitig hoher Effizienz des Gesamtsystems.
Beispielsweise kann während der Fahrt die Batterie 14 im kalten Zustand effizient durch die Abwärme des Powertrains 18, nämlich der Leistungselektronik und des Elektromotors, aufgewärmt werden. Hierzu muss die Batterie 14 kühlmittelleitend mit der Leistungselektronik und dem Elektromotor, also dem Powertrain 18, verbunden werden. Bei sehr hohen Umgebungstemperaturen ist jedoch ein Trennen der Batterie 14 von dem Powertrain 18 zwingend erforderlich, damit ausschließlich die hitzeempfindliche Batterie 14 mittels des Chillers 16 gekühlt werden kann.
Insbesondere das Heizen des Innenraums, also der Fahrgastzelle, stellt eine große Herausforderung dar, da in einem Elektrofahrzeug, im Vergleich zu einem Fahrzeug mit Verbrennungsmotor, der Powertrain 18 für gewöhnlich zu wenig Abwärme erzeugt. Aus diesem Grund wird der Chiller 16 genutzt, um Wärme aus allen verfügbaren Wärmequellen des Kühlmittelsystems 2 dem nicht näher dargestellten Kältemittelkreislauf, also der Wärmepumpe, zuzuführen. Dementsprechend muss die Abwärme aus der Batterie 14, dem Powertrain 18, oder aus einer Umgebungsluft, die mittels des Kühlluftradiators 20 an das Kühlmittel übertragen wird, je nach Verfügbarkeit dem Chiller 16 zugeführt werden, indem eine kühlmittelleitende Verbindung zwischen diesen Komponenten geschaffen wird.
Um die Abwärme aus der Batterie 14 und/oder dem Powertrain 18 und/oder aus der Umgebungsluft optimal unter Berücksichtigung aller denkbaren Fahrzustände und Umgebungsbedingungen kombinieren zu können, wird eine Vielzahl an kühlmittelleitenden Verbindungen zwischen der Batterie 14, dem Powertrain 18, dem Kühlluftradiator 20 und dem Chiller 16 benötigt. Dies ist erfindungsgemäß ermöglicht, bei gleichzeitig geringer baulicher Komplexität des Thermomanagementsystems mit dem Kühlmittelsystem 2, also bei gleichzeitig geringer Anzahl benötigter Kühlmittelleitungen und Ventile. In der Fig. 1 ist das Kühlmittelsystem 2 gezeigt, mit dem die oben genannten Kombinationen a) bis f) zur Nutzung von verschiedenen Wärmequellen des Kühlmittelsystems 2 möglich sind.
Gemäß der Erfindung, wie in dem Ausführungsbeispiel verwirklicht, ist die bauliche Systemkomplexität stark reduziert und die Systemeffizienz deutlich verbessert.
Die erfindungsgemäße Kombination der Komponenten des Kühlmittelsystems 2 ermöglicht die folgenden sechs Betriebsmodi des Kühlmittelsystems 2.
In einem ersten Betriebszustand des Kühlmittelsystems 2 und einem dazu korrespondierenden Schaltzustand des Mehrwegeventils 4 wird die Batterie 14 separat über den Chiller 16 gekühlt; der Antriebsstrang, also der Powertrain 18, ist mit dem Kühlluftradiator 20 in einem parallelen Teilkreislauf des Kühlmittels über das Mehrwegeventil 4 verbunden. Siehe hierzu die Fig. 2. Die jeweils von Kühlmittel durchströmten Kühlmittelleitungen des Kühlmittelsystems 2 sind in den Fig. 1 bis 7 jeweils fett, mit durchgezogenen oder gestrichelten Linien, gezeichnet. Dieser erste Betriebszustand des Kühlmittelsystems 2 korrespondiert zu der oben genannten kühlmittelleitenden Verbindung a.
In einem zu dem vorgenannten Abwärmenutzungsfall alternativen zweiten Betriebszustand des Kühlmittelsystems 2 mit dazu korrespondierendem Schaltzustand des Mehrwegeventils 4 sind die Batterie 14 und der Powertrain 18 zusammen mit dem Chiller 16 in einem gemeinsamen Teilkreislauf des Kühlmittels zusammengefasst. Der Kühlluftradiator 20 ist nicht verbunden. Siehe hierzu die Fig. 3. Dieser zweite Betriebszustand des Kühlmittelsystems 2 korrespondiert zu den oben genannten kühlmittelleitenden Verbindungen b und e. Das 3/2-Wegeventil 22 kann zur Realisierung dieser Schaltung, beispielsweise zur Herstellung der kühlmittelleitenden Verbindung b, genutzt werden. Jedoch sind auch Ausführungsformen der Erfindung denkbar, bei denen kein derartiges Ventil verwendet wird. Stattdessen wird das Kühlmittel in der vorliegenden Schaltung zwangsweise durch die Batterie geführt.
In einem dritten Betriebszustand des Kühlmittelsystems 2 mit dazu korrespondierendem Schaltzustand des Mehrwegeventils 4 sind die Batterie 14 und der Powertrain 18 in einem gemeinsamen Teilkreislauf des Kühlmittels miteinander verbunden. Der Kühlluftradiator 20 ist bei dieser Schaltung mit dem Chiller 16 strömungsleitend verbunden. Siehe hierzu die Fig. 4. Entsprechend korrespondiert der dritte Betriebszustand des Kühlmittelsystems 2 zu der vorgenannten kühlmittelleitenden Verbindung c.
In einem vierten Betriebszustand des Kühlmittelsystems 2 mit dazu korrespondierendem Schaltzustand des Mehrwegeventils 4 sind die Batterie 14, der Powertrain 18 und der Chiller 16 in einem gemeinsamen Teilkreislauf des Kühlmittels miteinander strömungsleitend verbunden; der Kühlluftradiator 20 ist hier zusätzlich dazu zwischen Batterie 14 und Powertrain 18 angeordnet. Siehe hierzu die Fig. 5. Das 3/2-Wegeventil 22 kann, analog zu dem obigen Fall, zur Realisierung dieser Schaltung, beispielsweise zur Realisierung der kühlmittelleitenden Verbindung d, genutzt werden. Auch hier sind jedoch auch andere Ausführungsformen der Erfindung denkbar, bei denen das Kühlmittel zwangsweise durch die Batterie 14 strömt, so dass das 3/2-Wegeventil 22 nicht zwingend erforderlich ist. Dieser Betriebsmodus entspricht somit den vorgenannten kühlmittelleitenden Verbindungen d und f.
In einem fünften Betriebszustand des Kühlmittelsystems 2 mit dazu korrespondierendem Schaltzustand des Mehrwegeventils 4 kann die Batterie 14 zum Beispiel über einen nicht dargestellten separaten elektrischen Zuheizer oder dergleichen erwärmt werden; der Powertrain 18 bildet mittels des Mehrwegeventils 4, unter Umgehung des Kühlluftradiators 20, einen dazu parallelen Teilkreislauf des Kühlmittels aus. Siehe hierzu die Fig. 6. Dieser fünfte Betriebszustand entspricht wiederum der vorgenannten kühlmittelleitenden Verbindung a.
In einem sechsten Betriebszustand des Kühlmittelsystems 2 mit dazu korrespondierendem Schaltzustand des Mehrwegeventils 4 bilden die Batterie 14 und der Powertrain 18 einen gemeinsamen Teilkreislauf des Kühlmittels aus, bei dem der Powertrain 18 der Batterie 14 zunächst Wärme zuführen kann. Strömungsleitend danach folgen der Chiller 16 und der Kühlluftradiator 20. Siehe hierzu die Fig. 7. Dieser sechste Betriebszustand entspricht der vorgenannten kühlmittelleitenden Verbindung f.
Aufgrund der Erfindung ist das funktional komplexe Thermomanagementsystem mit dem Kühlmittelsystem 2 für ein Elektrofahrzeug auf konstruktiv und fertigungstechnisch einfache Art und Weise realisierbar. Mittels der erfindungsgemäßen Kombination, insbesondere mit dem Mehrwegeventil 4 und dem Rückschlagventil 6, ist es möglich, die vorgenannten Betriebszustände des Kühlmittelsystems 2 a bis f zu realisieren. Entsprechend ist die Anzahl an Kühlmittelleitungen und Ventilen wesentlich reduziert. Gleichzeitig ist mittels des Thermomanagementsystems mit dem Kühlmittelsystem 2 die Effizienz gesteigert, da das Kühlmittelsystem 2 mit wesentlich weniger Komponenten eine im Vergleich zum Stand der Technik höhere funktionale Komplexität ermöglicht. Entsprechend lassen sich mit dem einfach aufgebauten Thermomanagementsystem, insbesondere des einfach aufgebauten Kühlmittelsystems 2, eine Vielzahl von Betriebszuständen, also Betriebsmodi des Thermomanagementsystems, realisieren.
Die Erfindung ist nicht auf das vorliegende Ausführungsbeispiel begrenzt. Siehe hierzu beispielsweise die diesbezüglichen Ausführungen in der Beschreibungseinleitung. Im Unterschied zu dem erläuterten Ausführungsbeispiel kann es in anderen Ausführungsformen der Erfindung zum Beispiel vorgesehen sein, dass ein Kondensator vorhanden ist, wobei mittels des Kondensators alternativ oder zusätzlich zu dem Chiller 16 bedarfsweise eine Wärmeübertragungsverbindung zwischen dem Kühlmittelsystem 2 auf der einen Seite und dem Kältemittelkreislauf auf der anderen Seite herstellbar ist. Bevorzugt kann der Kondensator kühlmittelleitend in einem Antriebsstrangteilkreislauf mit dem Powertrain angeordnet sein.
Bezugszeichenliste
2 Kühlmittelsystem
4 Mehrwegeventil
6 Rückschlagventil
8 Kühlmitteltank
10 Erste Kühlmittelpumpe
12 Zweite Kühlmittelpumpe
14 Batterie
16 Chiller
18 Powertrain
20 Kühlluftradiator
22 3/2-Wegeventil

Claims

Kühlmittelsystem für ein Elektrofahrzeug und Thermomanagementsystem Patentansprüche
1 . Kühlmittelsystem (2) für ein Elektrofahrzeug zum Umwälzen eines flüssigen Kühlmittels, umfassend eine Mehrzahl von mittels des Kühlmittels durchströmbarer Komponenten (8, 10, 12, 14, 16, 18, 20), wobei die Komponenten (8, 10, 12, 14, 16, 18, 20) mittels Ventilen (4, 6, 22) und mittels Kühlmittelleitungen miteinander, zumindest in mindestens einer Untermenge, kühlmittelleitend verbindbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass lediglich ein einziges Mehrwegeventil (4) und ein einziges Rückschlagventil (6) derart ausgebildet und angeordnet sind, dass eine der Komponenten (20) und eine andere der Komponenten (16) lediglich mittels einer als Kühlmittelpumpe ausgebildeten weiteren Komponente (10) und eines vorher festgelegten Schaltzustands des Mehrwegeventils (4) zur Durchströmung des Mehrwegeventils (4) und des Rückschlagventils (6) unabhängig von einem Rest der Komponenten (8, 12, 14, 18) miteinander strömungsleitend verbindbar sind.
2. Kühlmittelsystem (2) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Ventile lediglich als das einzige Mehrwegeventil und das einzige Rückschlagventil ausgebildet sind.
3. Kühlmittelsystem (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die eine Komponente (20), die andere Komponente (16) und die als Kühlmittelpumpe ausgebildete weitere Komponente (10) bei deren gemeinsamen Durchströmung mit Kühlmittel in einem von dem Rest der Komponenten (8, 12, 14, 18) separaten Teilkreislauf des Kühlmittels angeordnet sind. Kühlmittelsystem (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrzahl von Komponenten (8, 10, 12, 14, 16, 18, 20) mindestens eine Untermenge der folgenden Komponenten eines Thermomanagementsystems aufweist: Kühlmitteltank (8), Kühlmittelpumpe (10, 12), Batterie (14), Chiller (16), Kühlmittelheizung, Powertrain (18) mit einem Elektromotor und einer Leistungselektronik für den Elektromotor, Kühlluftradiator (20) zum Wärmeaustausch mit einer freien Umgebung, Kondensator für einen Kältemittelkreislauf. Kühlmittelsystem (2) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den beiden lediglich mittels des Mehrwegeventils (4) und des Rückschlagventils (6) strömungsleitend verbindbaren Komponenten (20, 16) zum einen um einen Kühlluftradiator (20) zum Wärmeaustausch des Kühlmittels mit einer freien Umgebung und zum anderen um einen Chiller (16) zum Wärmeaustausch mit einem Kältemittelkreislauf zur Klimatisierung einer Fahrgastzelle des Elektrofahrzeugs und/oder zur Temperierung des in dem Kühlmittelsystem (2) strömenden Kühlmittels handelt. Kühlmittelsystem (2) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Chiller (16) und eine als Batterie (14) ausgebildete Komponente derart strömungstechnisch angeordnet sind, dass der Chiller (14) unabhängig von der Batterie (14) mit Kühlmittel durchströmbar ist. Kühlmittelsystem (2) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie (14) lediglich mittels eines zusätzlichen Ventils (22), bevorzugt eines 3/2-Wegeventils (22), des Kühlmittelsystems (2) von einem Rest der Komponenten (8, 10, 12, 16, 18, 20) strömungstechnisch trennbar ist. Kühlmittelsystem (2) nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Mehrwegeventil (4) derart ausgebildet ist, dass der Powertrain (18) in allen möglichen Schaltzuständen des Mehrwegeventils (4) und bei der Überführung des Mehrwegeventils (4) von einem dieser Schaltzustände in einen anderen dieser Schaltzustände unterbrechungslos mit dem Kühlmittel durchströmbar ist. Kühlmittelsystem (2) nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmittelsystem (2) derart ausgebildet ist, dass in Abhängigkeit des Schaltzustands des Mehrwegeventils (4) die folgenden kühlmittelleitenden Verbindungen zumindest in einer Untermenge, bevorzugt alle, lediglich mittels des Mehrwegeventils (4) und des Rückschlagventils (6) realisierbar sind: a) kühlmittelleitende Verbindung des Chillers (16) mit der Batterie (14), b) kühlmittelleitende Verbindung des Chillers (16) mit dem Powertrain (18), c) kühlmittelleitende Verbindung des Chillers (16) mit dem Kühlluftradiator (20), d) kühlmittelleitende Verbindung des Chillers (16) mit dem Kühlluftradiator (20) und dem Powertrain (18), e) kühlmittelleitende Verbindung des Chillers (16) mit der Batterie (14) und dem Powertrain (18) und f) kühlmittelleitende Verbindung des Chillers (16) mit der Batterie (14), dem Kühlluftradiator (20) und dem Powertrain (18). Thermomanagementsystem für ein Elektrofahrzeug, umfassend einerseits ein Kühlmittelsystem (2) und andererseits einen mit dem Kühlmittelsystem (2) wärmeübertragend verbindbaren Kältemittelkreislauf, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmittelsystem (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgebildet ist. Thermomanagementsystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Kältemittelkreislauf zur Klimatisierung einer Fahrgastzelle des Elektrofahrzeugs und/oder zur Temperierung eines in dem Kühlmittelsystem (2) strömenden Kühlmittels ausgebildet ist. Thermomanagementsystem nach Anspruch 11 , rückbezogen auf Anspruch
4, dadurch gekennzeichnet, dass das Thermomanagementsystem derart ausgebildet ist, dass mittels des Chillers (16) bedarfsweise eine Wärmeübertragungsverbindung zwischen dem Kühlmittelsystem (2) auf der einen Seite und dem Kältemittelkreislauf auf der anderen Seite herstellbar ist. Thermomanagementsystem nach Anspruch 11 oder 12, rückbezogen auf Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Thermomanagementsystem derart ausgebildet ist, dass mittels des Kondensators bedarfsweise eine Wärmeübertragungsverbindung zwischen dem Kühlmittelsystem auf der einen Seite und dem Kältemittelkreislauf auf der anderen Seite herstellbar ist, bevorzugt, dass der Kondensator kühlmittelleitend in einem Antriebsstrangteilkreislauf mit dem Powertrain angeordnet ist.
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