WO2025256944A1 - Thermomodul, indirektes wärmetransportmittelkreis(lauf)system und elektrofahrzeug - Google Patents

Thermomodul, indirektes wärmetransportmittelkreis(lauf)system und elektrofahrzeug

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WO2025256944A1
WO2025256944A1 PCT/EP2025/065201 EP2025065201W WO2025256944A1 WO 2025256944 A1 WO2025256944 A1 WO 2025256944A1 EP 2025065201 W EP2025065201 W EP 2025065201W WO 2025256944 A1 WO2025256944 A1 WO 2025256944A1
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circuit
thermomodule
section
electric
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Gerhard Eser
Sebastian Brettner
Manuel Dillinger
Markus Feulner
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Schaeffler Technologies AG and Co KG
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Definitions

  • the present invention relates to a thermomodule for a liquid circuit system of an electric vehicle, an indirect heat transfer medium circuit system and an electric vehicle.
  • Electric vehicles require a so-called thermal management system, which operates individual components of the electric vehicle within an assigned optimal temperature range.
  • the object of the present invention is to enable improved heating of an electric vehicle.
  • thermomodule proposed and protected according to claim 1.
  • thermomodule thus allow for the determination and definition of how the liquid within the housing of the thermomodule – and therefore also within the liquid cooling circuit and the liquid heating circuit of the liquid circuit system of the electric vehicle containing this thermomodule – is to be conveyed and guided in the individual adjustable heating and cooling modes, in order to enable the individual components of the electric vehicle to operate within an assigned optimal temperature range.
  • the proposed thermomodule thus allows the liquid cooling circuit and the liquid heating circuit to be influenced or switched section by section.
  • the proposed thermomodule enables energy-efficient heating of a vehicle cabin and/or a battery.
  • Such energy-efficient heating results in an increase in the range of an electric vehicle's battery.
  • the electric vehicle's energy storage system, or battery is used more for propelling the vehicle and less for providing heat or energy to regulate the temperature of the vehicle cabin and/or the battery.
  • the liquid in the liquid heating circuit can be routed via the condenser or bypassing the condenser to the first heat exchanger and/or the battery, and the liquid in the liquid cooling circuit can be routed via the evaporator or bypassing the evaporator to the second heat exchanger and/or the radiator.
  • the housing can also accommodate at least a third electric liquid pump.
  • the liquid of the liquid heating circuit in a first adjustable heating mode for heating the battery and the vehicle cabin, can be conveyed - through the valve system - via the second and third electric liquid pumps and can be routed via a first section of the liquid heating circuit via the first heat exchanger, via a second and third section of the liquid heating circuit via the battery and via a fourth section of the liquid heating circuit via the capacitor.
  • the fluid can be partially conveyed via the third section with the third electric fluid pump, wherein the third section divides the second section into two sections connected in parallel, wherein fluid cooled by the battery is conveyed downstream of the battery via a mixing valve through the third section and The flow can be traced back upstream of the third electric liquid pump.
  • the mixing valve can be designed as a proportional valve.
  • the first, second and fourth sections of the liquid heating circuit can be connected in parallel to each other.
  • the fluid of the liquid heating circuit in a second adjustable heating mode for heating the vehicle cabin and not the battery, can be pumped – via the valve system – by the second electric fluid pump and routed through the first heat exchanger. It is proposed that – via the valve system – fluid in a further liquid circuit, which – via the valve system — can be separated from the liquid heating circuit or adjusted separately, can also be pumped by the third electric fluid pump and routed through the battery.
  • the fluid of the liquid cooling circuit can be directed – via the valve system – either via at least a second heat exchanger to cool the vehicle cabin and/or at least a radiator to exchange heat with the environment of an electric vehicle.
  • an inlet channel section of the housing of the thermomodule to the second heat exchanger can be at least partially opened or closed.
  • This inlet channel section to the second heat exchanger can be equipped with a valve in the form of a proportional valve.
  • an inlet channel section of the housing leading to the radiator can be at least partially opened or closed, either additionally or alternatively.
  • This inlet channel section can be equipped with a valve in the form of a proportional valve.
  • an indirect heat transfer medium circuit system for an electric vehicle is proposed and placed under protection (claim 13).
  • heat or energy can be transported or distributed indirectly, i.e., indirectly, via the fluid circuit system to the individual heat sinks of the vehicle.
  • heat and energy distribution can largely be implemented via the liquid circuit system, i.e., based on a liquid, for example in the form of a water-glycol mixture.
  • refrigerant circuit – also called CRU (Compact Refrigerant Unit) – can be greatly simplified and designed to be very compact or as small as possible. Consequently, the amount of refrigerant used, for example a synthetic refrigerant such as R134a or R1234yf, or a natural refrigerant such as R744 or R290, can be reduced to a minimum.
  • CRU Cosmetic Refrigerant Unit
  • thermomodule of the type described above is proposed and placed under protection (claim 14).
  • Fig. 1 shows an indirect heat transfer medium circuit system of an electric vehicle in a first heating mode
  • Fig. 2 shows the heat transfer medium circuit system shown in Fig. 1 in a second heating mode.
  • the heat transfer medium circuit system 2 according to Figs. 1 and 2 of an electric vehicle has a cold medium circuit 4 that is dimensioned as small or compactly as possible and a liquid circuit system 6, which is thermally connected to the refrigerant circuit 4 via a first heat exchanger 8 in the form of an evaporator - for the cold section of the cold medium circuit 4 - and a second heat exchanger 10 in the form of a condenser - for the hot section of the refrigerant circuit 4.
  • the liquid circuit system 6 features a proposed thermomodule TM with a valve system, via which various heating scenarios or heating modes can be selected and set in an energy-efficient manner.
  • thermomodule TM has a housing to which the electric vehicle's heat sources and heat sinks are connected via associated fluid lines (see connections Ai to Au). Connections Ar, As*, and A1, on the other hand, are located inside the thermomodule TM housing.
  • thermomodule TM is designed as a multi-part housing with liquid-carrying channels, through which, in addition to the valve system, a first electric liquid pump EWP1 for pumping liquid in a liquid cooling circuit (KK) of the liquid circuit system 6, and a second electric liquid pump EWP2 for pumping liquid in a liquid heating circuit (HK) of the liquid circuit system 6 are accommodated.
  • a third electric liquid pump, EWP3 is included, through which liquid can be pumped via a battery B.
  • This housing of the thermomodule TM is schematically illustrated as a rectangle in Figures 1 and 2.
  • the heat transfer medium circuit system 2 also includes a large number of temperature sensors, whereby each heat source and each heat sink - for example in relation to an associated liquid pipe section - is assigned at least one temperature sensor in order to be able to detect a temperature of a liquid flowing around and/or through the heat source / heat sink.
  • Battery B can be thermally connected to the liquid circuit system 6 indirectly via at least one coupling element, for example, in the form of a plate-like coupling element, wherein the coupling element, located on battery B, is through which and/or around which the liquid of the liquid circuit system 6 flows. Additionally or alternatively, battery B itself can also be supplied with a liquid, such as the aforementioned liquid of the liquid circuit system 6 itself and/or a separate liquid, whereby in the latter case battery B has its own liquid circuit, which as such is thermally connected to the liquid circuit system 6 via an associated heat exchanger.
  • a liquid such as the aforementioned liquid of the liquid circuit system 6 itself and/or a separate liquid
  • FIG. 1 illustrates a first heating mode for heating battery B and a vehicle cabin (not shown here).
  • the valve system of the thermomodule TM is set such that the fluid of the liquid heating circuit HK is pumped via the second and third electric liquid pumps EWP2 and EWP3, and is thereby routed via a first section HK1 of the liquid heating circuit HK through a first heat exchanger 12 (also called HVAC heater; Heating, Ventilation and Air Conditioning), via a second section HK2 and third section HK3 of the liquid heating circuit HK through battery B, and via a fourth section HK4 of the liquid heating circuit HK through the capacitor 10.
  • the third section HK3 has including the third electric liquid pump EWP3 and the fourth section HK4 the second electric liquid pump EWP2.
  • the fluid flowing through the second section HK2 is partially routed through the third section HK3, which is connected to the third electric fluid pump EWP3, via the valve system.
  • This third section HK3 divides the second section HK2 into two parallel sections. Fluid cooled by battery B is returned via this section, or fluid circuit HK3, through a mixing valve (not shown) downstream of battery B and upstream of the third electric fluid pump EWP3, to maintain the desired temperature of battery B.
  • the mixing valve can be a 3/2-way proportional valve.
  • the first section HK1, the second section HK2, and the fourth section HK4 are connected in parallel via the valve system (see Fig. 1).
  • This first heating mode could be used, for example, with a cold electric vehicle whose battery B – due to a charge level of, say, 20% or less – is to be charged at a fast charging station.
  • the battery is heated to a temperature range that is optimal for it.
  • a “cold electric vehicle” is understood to mean one that is charged at an ambient temperature of less than or equal to 0°C and in particular less than or equal to -7°C, and especially when completely cold.
  • the vehicle cabin can also be heated or cooled along with the battery – for comfort reasons.
  • FIG 2 illustrates a second heating mode for heating the vehicle cabin (not shown here) and not the battery B.
  • the valve system of the thermomodule TM is set such that the fluid of the liquid heating circuit HK is only pumped via the second electric liquid pump EWP2 and is thereby guided through the first heat exchanger 12.
  • this liquid heating circuit (HK) has no sections connected in parallel to each other.
  • fluid is pumped through the third electric fluid pump EWP3 in a further fluid circuit (run) wFK, which is separated from the fluid heating circuit (run) HK by the valve system, and is passed over the battery B in order to temper the battery B.
  • This second heating mode could then be used if it is not necessary to supply battery B - as shown in Fig. 1 - with warm or tempered liquid, so that, for reasons of energy efficiency, battery B can be temporarily separated or decoupled from the liquid heating circuit HK.
  • Figures 1 and 2 have in common that the liquid of the liquid cooling circuit KK is pumped by the first electric liquid pump EWP1 and is routed through a first section KK1 of the liquid cooling circuit KK via the second heat exchanger 14 (also called HVAC cooler) to cool the vehicle cabin, through a second section KK2 of the liquid cooling circuit KK via a first radiator 16 and at least one component of an electric drive train 18, and through a third section KK3 of the liquid cooling circuit KK via the evaporator 8.
  • the third section KK3 includes the second electric liquid pump EWP2.
  • the fluid in the liquid cooling circuit can be conveyed and guided through a second radiator 20.
  • This radiator 20 can be optionally connected downstream of the component of the electric drive train 18 via a 3/2-way valve to allow heat dissipation from the fluid flowing through the component of the electric drive train 18 to the environment.
  • This 3/2-way valve can be a proportional valve P3.
  • a thermostat can also be used. It is planned that, in contrast, does not require any active control, but rather functions purely passively.
  • the aforementioned component of the electric powertrain 18 includes at least one electric motor or e-motor for propelling the electric vehicle, as well as at least one power electronics unit, such as an inverter, an on-board charger (OBC), a DC-DC converter, and/or possibly at least one further control unit in the form of a high-performance computer.
  • at least one electric motor or e-motor for propelling the electric vehicle
  • at least one power electronics unit such as an inverter, an on-board charger (OBC), a DC-DC converter, and/or possibly at least one further control unit in the form of a high-performance computer.
  • thermomodule TM thermomodule TM
  • heat exchanger 14 a section of the inlet line from the housing of the thermomodule TM to the heat exchanger 14 be designed to be fully controllable, for example by means of a proportional valve Pi in this inlet line section. It is also proposed that a section of the inlet line from the housing of the thermomodule TM to the radiator 16 be designed to be fully controllable, for example by means of a proportional valve P2 in this inlet line section.
  • the fluid circuit system 6 also includes a heating element HE, located approximately downstream of the capacitor 10, which can be activated to heat the pumped fluid as needed.
  • This heating element HE can be provided, for example, by an associated fluid line section between the capacitor 10 and the connection A4, i.e., outside the housing of the thermomodule TM.
  • a heating element HE can also be integrated into the housing of the thermomodule TM and be located on the housing and/or at least partially within the housing.
  • the refrigerant circuit 4 can be operated as a heat pump (so-called heat pump operation). This includes ambient heat pump operation.
  • the compressor can be controlled accordingly.
  • the Heating element HE can be briefly activated to increase the temperature in the liquid heating circuit.
  • the temperature in the liquid heating circuit can also be increased by briefly operating at or controlling at least one of the aforementioned drive train components, such as the electric motor, inefficiently to generate waste heat (so-called waste heat recovery).
  • thermomodule TM is compact and designed with the shortest possible liquid channels, enabling liquid control via the valve system and/or the individual electric water pumps.
  • the housing of the proposed thermomodule TM can, for example, be essentially cuboid in shape and have dimensions of approximately 40cm x 20cm x 10cm.
  • the housing of the thermomodule TM be designed with liquid channel diameters in the range of approximately 10 mm to 16 mm or approximately 10 mm to 25 mm and liquid channel lengths in the range of approximately 10 cm to 50 cm or approximately 10 cm to 60 cm, and that it be operated with liquid flow rates Q of approximately 5 l/min or greater, preferably approximately 10 l/min or greater, and in particular in the range of approximately 10 l/min ⁇ Q ⁇ 20 l/min.
  • thermomodule TM - via which the individual heat sources and heat sinks of the electric vehicle can be connected to the housing of the thermomodule TM - fluidically (see connections Ai to Au), the following is proposed:
  • liquid line length For the individual liquid lines for the two heat exchangers 12, 14, a range for the liquid line length of up to approximately 1 m is proposed. For the remaining fluid lines, and especially those for battery B, a fluid line length of up to approximately 4 meters is proposed. It is suggested that all these fluid lines should be designed or planned to be as short as possible.
  • the parallel sections of the liquid heating circuit (HK) and the liquid cooling circuit (KK), illustrated in Figures 1 and 2, allow for the use of the smallest possible channel diameters and shortest possible channel lengths within the thermomodule. This, in turn, facilitates a rapid response from the individual adjustable heating and cooling modes. ...

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Abstract

Thermomodul, indirektes Wärmetransportmittelkreis(lauf)system und Elektrofahrzeug. Die Erfindung betrifft ein Thermomodul (TM) für ein Flüssigkeitskreis(lauf)system (6) eines Elektrofahrzeugs. Dabei sind an ein Gehäuse des Thermomoduls (TM) wenigstens eine Wärmequelle und wenigstens eine Wärmesenke über zugeordnete mit dem Gehäuse verbindbare Flüssigkeitsleitungen anschließbar. Durch das Gehäuse sind dabei wenigstens eine erste elektrische Flüssigkeitspumpe (EWP1) zur Förderung von Flüssigkeit in einem Flüssigkeitskühlkreis(lauf) (KK) sowie wenigstens eine zweite elektrische Flüssigkeitspumpe (EWP2) zur Förderung von Flüssigkeit im Flüssigkeitsheizkreis(lauf) (HK) und ein Ventilsystem aufgenommen. Das Ventilsystem ist dabei in einzelne Heizmodi (ein)stellbar, in welchen die Flüssigkeit des Flüssigkeitsheizkreis(lauf)s (HK) wahlweise über wenigstens einen ersten Wärmetauscher (12) zum Heizen einer Fahrzeugkabine und / oder wenigstens eine Batterie (B) führbar ist. Die Erfindung betrifft zudem ein ein indirektes Wärmetransportmittelkreis(lauf)system und ein Elektrofahrzeug.

Description

Beschreibung
Thermomodul, indirektes Wärmetransportmittelkreis(lauf)system und Elektrofahrzeug
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Thermomodul für ein Flüssigkeitskreis(lauf)- system eines Elektrofahrzeugs, ein indirektes Wärmetransportmittelkreis(lauf)- system und ein Elektrofahrzeug.
Elektrofahrzeuge bedürfen eines sog. Thermomanagements, welches einzelne Komponenten des Elektrofahrzeugs innerhalb eines zugeordneten optimalen Temperaturbereichs betreibt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Heizen eines Elektrofahrzeugs zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch ein gemäß Anspruch 1 vorgeschlagenes und unter Schutz gestelltes Thermomodul gelöst.
Über die Flüssigkeitspumpen sowie das Ventilsystem des vorgeschlagenen Thermomoduls ist somit festlegbar bzw. definierbar, wie in den einzelnen (ein)stellbaren Heizmodi und Kühlmodi die Flüssigkeit innerhalb des Gehäuses des Thermomoduls - und somit auch innerhalb des Flüssigkeitskühlkreis(lauf)s und des Flüssigkeitsheizkreis(lauf)s des dieses Thermomodul aufweisenden Flüssigkeits- kreis(lauf)systems des Elektrofahrzeugs - gefördert und dabei geführt werden soll, um die einzelnen Komponenten des Elektrofahrzeugs innerhalb eines zugeordneten optimalen Temperaturbereichs betreiben zu können.
Über das vorgeschlagene Thermomodul sind somit der Flüssigkeitskühlkreis(lauf) und der Flüssigkeitsheizkreis(lauf) jeweils abschnittsweise beeinflussbar bzw. schaltbar. Das vorgeschlagene Thermomodul ermöglicht ein energieeffizientes Heizen einer Fahrzeugkabine und / oder einer Batterie.
Und ein solch energieeffizientes Heizen resultiert bei Elektrofahrzeugen in einer Erhöhung einer Reichweite einer Fahrzeugbatterie. D.h., dass der Energiespeicher des Elektrofahrzeugs bzw. die Fahrzeugbatterie mehr zum Vortrieb des Elektrofahrzeugs genutzt wird und weniger zur Bereitstellung von Wärme bzw. Energie zur Temperierung der Fahrzeugkabine und / oder der Fahrzeugbatterie.
Dabei kann die Flüssigkeit des Flüssigkeitsheizkreis(lauf)s über den Kondensator oder unter Umgehung des Kondensators zum ersten Wärmetauscher und / oder die Batterie und die Flüssigkeit des Flüssigkeitskühlkreis(lauf)s über den Verdampfer oder unter Umgehung des Verdampfers zum zweiten Wärmetauscher und / oder den Radiator führbar sein.
In einer Ausführung kann durch das Gehäuse zudem wenigstens eine dritte elektrische Flüssigkeitspumpe aufgenommen sein.
In einer weiteren Ausführung ist in einem ersten einstellbaren Heizmodus zum Heizen der Batterie und der Fahrzeugkabine die Flüssigkeit des Flüssigkeits- heizkreis(lauf)s - durch das Ventilsystem - über die zweite und dritte elektrische Flüssigkeitspumpe förderbar und dabei über einen ersten Abschnitt des Flüssigkeitsheizkreis(lauf)s über den ersten Wärmetauscher, über einen zweiten Abschnitt und dritten Abschnitt des Flüssigkeitsheizkreis(lauf)s über die Batterie und über einen vierten Abschnitt des Flüssigkeitsheizkreis(lauf)s über den Kondensator führbar.
Dabei kann die Flüssigkeit in diesem zweiten Abschnitt teilweise über den dritten Abschnitt mit der dritten elektrischen Flüssigkeitspumpe führbar sein, wobei der dritte Abschnitt den zweiten Abschnitt in zwei zueinander parallel geschaltete Abschnitte unterteilt, wobei über den dritten Abschnitt von der Batterie entwärmte Flüssigkeit der Batterie über ein Mischventil stromabwärts der Batterie und stromaufwärts der dritten elektrischen Flüssigkeitspumpe rückführbar ist. Das Mischventil kann dabei in Gestalt eines Proportionalventils ausgeführt sein.
Dabei können der erste, zweite und vierte Abschnitt des Flüssigkeitsheizkreis(lauf)s zueinander parallelschaltbar sein.
In einer weiteren Ausführung ist in einem zweiten einstellbaren Heizmodus zum Heizen der der Fahrzeugkabine und nicht der Batterie die Flüssigkeit des Flüssigkeitsheizkreis(lauf)s - durch das Ventilsystem - über die zweite elektrische Flüssigkeitspumpe förderbar und dabei über den ersten Wärmetauscher führbar. Dabei wird vorgeschlagen, dass - durch das Ventilsystem - zudem Flüssigkeit in einem weiteren Flüssigkeitskreis(lauf), welcher - durch das Ventilsystem - vom Flüssigkeitsheizkreis(lauf) separierbar bzw. separat einstellbar ist, über die dritte elektrische Flüssigkeitspumpe förderbar und dabei über die Batterie führbar ist.
Dabei kann in diesen einzelnen, zuvor beschriebenen Heizmodi - durch das Ventilsystem - die Flüssigkeit des Flüssigkeitskühlkreis(lauf)s wahlweise über wenigstens einen zweiten Wärmetauscher zum Kühlen der Fahrzeugkabine und / oder wenigstens einen Radiator zum Wärmeaustausch mit einer Umgebung eines Elektrofahrzeugs führbar sein.
In einer Ausführung ist ein Zulaufkanalabschnitt des Gehäuses des Thermomoduls zum zweiten Wärmetauscher wenigstens teilweise auf- oder zusteuerbar. Dabei kann dieser Zulaufkanalabschnitt zum zweiten Wärmetauscher mit einem Ventil in Gestalt eines Proportionalventils ausgeführt sein.
In einer weiteren Ausführung ist - zusätzlich oder alternativ dazu - ein Zulaufkanalabschnitt des Gehäuses zum Radiator wenigstens teilweise auf- oder zusteuerbar. Dabei kann dieser Zulaufkanalabschnitt zum Radiator mit einem Ventil in Gestalt eines Proportionalventils ausgeführt sein.
Es wird zudem ein indirektes Wärmetransportmittelkreis(lauf)system für ein Elektrofahrzeug vorgeschlagen und unter Schutz gestellt (Anspruch 13). Bei einem solch indirekten Wärmetransportmittelkreis(lauf)system kann Wärme bzw. Energie indirekt, d.h. , mittelbar über das Flüssigkeitskreis(lauf)system bis zu den einzelnen Wärmesenken des Fahrzeugs transportiert bzw. verteilt werden.
Dabei lässt sich eine Wärme- bzw. Energieverteilung größtenteils über das Flüssigkeitskreis(lauf)system umsetzen, d.h., auf Basis einer Flüssigkeit, etwa in Gestalt eines Wasser-Glykol-Gemisches.
Dies hat den Vorteil, dass der Kältemittelkreis(lauf) - auch CRU genannt (Compact Refrigerant Unit) - sehr vereinfacht und dabei sehr kompakt bzw. kleinstmöglich dimensioniert vorgehsehen werden kann. Und damit einhergehend lässt sich auch eine Menge eines verwendeten Kältemittels, etwa in Gestalt eines synthetischen Kältemittels, etwa in Form von R134a oder R1234yf, oder in Gestalt eines natürlichen Kältemittels, etwa in Form von R744 oder R290 auf ein Minimum reduzieren.
Somit trägt ein solches Wärmetransportmittelkreis(lauf)system dazu bei, an Gewicht und Kosten einzusparen.
Des Weiteren wird ein Elektrofahrzeug mit einem Thermomodul der zuvor beschriebenen Art vorgeschlagen und unter Schutz gestellt (Anspruch 14).
Im Weiteren wird die Erfindung unter Bezugnahme auf Figurendarstellungen im Einzelnen erläutert. Aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungen ergeben sich weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung. Hierzu zeigen schematisch und funktional:
Fig. 1 ein indirektes Wärmetransportmittelkreis(lauf)system eines Elektrofahrzeugs in einem ersten Heizmodus und
Fig. 2 das in Fig. 1 gezeigte Wärmetransportmittelkreis(lauf)system in einem zweiten Heizmodus. Das Wärmetransportmittelkreis(lauf)system 2 nach den Fign. 1 und 2 eines Elektrofahrzeugs weist einen möglichst klein bzw. kompakt dimensionierten Kaltem ittelkreis(lauf) 4 sowie ein Flüssigkeitskreis(lauf)system 6 auf, welches über einen ersten Wärmetauscher 8 in Gestalt eines Verdampfers - für den kalten Abschnitt des Kaltem ittelkreis(lauf)es 4 - und einen zweiten Wärmetauscher 10 in Gestalt eines Kondensators - für den heißen Abschnitt des Kältemittelkreis(lauf)es 4 - an den Kältemittelkreis(lauf) 4 thermisch angebunden ist.
Der Kältemittelkreis(lauf) 4 - der als solcher auch als CRU bezeichnet wird (Compact Refrigerant Unit) - umfasst dabei neben den beiden Wärmetauschern 8, 10 einen Kompressor zur Förderung eines Kältemittels sowie ein Expansionsventil. Zudem sind im Kältemittelkreis(lauf) 4 stromaufwärts sowie stromabwärts des Kompressors jeweils wenigstens ein Drucksensor und ein Temperatursensor vorgesehen.
Das Flüssigkeitskreis(lauf)system 6 weist ein vorgeschlagenes Thermomodul TM mit einem Ventilsystem auf, über welches verschiedene Heizszenarien bzw. Heizmodi wahlweise und dabei energieeffizient einstellbar sind.
Dieses Thermomodul TM weist dabei ein Gehäuse auf, an welchem Wärmequellen und Wärmesenken des Elektrofahrzeugs über zugeordnete, mit dem Gehäuse verbundene Flüssigkeitsleitungen angeschlossen sind (siehe dazu die Anschlüsse Ai bis Au). Bei den Anschlüssen Ar, As* und A 1 hingegen handelt es sich um solche Anschlüsse, die innerhalb des Gehäuses des Thermomoduls TM vorgesehen sind.
Dieses Gehäuse des Thermomoduls TM ist dabei in Gestalt eines mehrteiligen Gehäuses mit Flüssigkeit führenden Kanälen ausgeführt, durch welches neben dem Ventilsystem auch eine erste elektrische Flüssigkeitspumpe EWP1 zur Förderung von Flüssigkeit in einem Flüssigkeitskühlkreis(lauf) KK des Flüssigkeitskreislaufsystems 6 sowie eine zweite elektrische Flüssigkeitspumpe EWP2 zur Förderung von Flüssigkeit in einem Flüssigkeitsheizkreis(lauf) HK des Flüssigkeitskreis(lauf)systems 6 aufgenommen sind. Durch dieses Gehäuse ist zudem eine dritte elektrische Flüssigkeitspumpe EWP3 aufgenommen, über welche Flüssigkeit über eine Batterie B förderbar ist. Dieses Gehäuse des Thermomoduls TM ist in den Fign. 1 und 2 als Rechteck schematisch veranschaulicht.
Das Wärmetransportmittelkreis(lauf)system 2 umfasst dabei zudem eine Vielzahl von Temperatursensoren, wobei jeder Wärmequelle sowie jeder Wärmesenke - etwa in Bezug auf einen zugeordneten Flüssigkeitsleitungsabschnitt - jeweils wenigstens ein Temperatursensor zugeordnet ist, um eine Temperatur einer die Wärmequelle / Wärmesenke umströmenden und / oder durchströmenden Flüssigkeit erfassen zu können.
Die Batterie B kann dabei mittelbar bzw. indirekt über wenigstens ein Kopplungselement, bspw. in Gestalt eines plattenähnlichen Kopplungselements an das Flüssigkeitskreis(lauf)system 6 thermisch angebunden sein, wobei das Kopplungselement an der Batterie B anliegend von der Flüssigkeit des Flüssigkeitskreis- (lauf)systems 6 durchströmt und / oder umströmt wird. Zusätzlich oder alternativ dazu kann die Batterie B selbst auch von einer Flüssigkeit durchströmt sein, etwa von der besagten Flüssigkeit des Flüssigkeitskreis(lauf)systems 6 selbst und / oder einer separaten Flüssigkeit, wobei im letzteren Fall die Batterie B ihren eigenen Flüssigkeitskreis(lauf) aufweiset, welcher als solcher über einen zugeordneten Wärmetauscher an das Flüssigkeitskreis(lauf)system 6 thermisch angebunden ist.
Die Fig. 1 veranschaulicht einen ersten Heizmodus zum Heizen der Batterie B und einer - hier nicht gezeigten - Fahrzeugkabine. Das Ventilsystem des Thermomoduls TM ist dabei so (ein)gestellt, dass die Flüssigkeit des Flüssigkeitsheiz- kreis(lauf)s HK über die zweite und dritte elektrische Flüssigkeitspumpe EWP2, EWP3 gefördert und dabei über einen ersten Abschnitt HK1 des Flüssigkeitsheiz- kreis(lauf)s HK über einen ersten Wärmetauscher 12 (auch HVAC Heater genannt; engl. Heating, Ventilation and Air Conditioning), über einen zweiten Abschnitt HK2 und dritten Abschnitt HK3 des Flüssigkeitsheizkreis(lauf)s HK über die Batterie B und über einen vierten Abschnitt HK4 des des Flüssigkeitsheizkreis- (lauf)s HK über den Kondensator 10 geführt wird. Der dritte Abschnitt HK3 weist dabei die dritte elektrische Flüssigkeitspumpe EWP3 und der vierte Abschnitt HK4 die zweite elektrische Flüssigkeitspumpe EWP2 auf.
Dabei wird die über den zweiten Abschnitt HK2 strömende Flüssigkeit - durch das Ventilsystem - teilweise über den dritten Abschnitt HK3 - mit der dritten elektrischen Flüssigkeitspumpe EWP3 - geführt. Dieser dritte Abschnitt HK3 unterteilt dabei den zweiten Abschnitt HK2 in zwei zueinander parallel geschaltete Abschnitte. Über diesen Abschnitt bzw. Flüssigkeitskreis(lauf) HK3 wird von der Batterie B entwärmte Flüssigkeit der Batterie B über ein - hier nicht gezeigtes - Mischventil stromabwärts der Batterie B und stromaufwärts der dritten elektrischen Flüssigkeitspumpe EWP3 rückgeführt, um eine gewünschte Temperierung der Batterie B zu unterstützen. Das Mischventil kann dabei in Gestalt eines 3/2-Wege-Ventils und dabei in Gestalt eines Proportionalventils ausgeführt sein. Dabei sind - durch das Ventilsystem - der erste Abschnitt HK1, der zweite Abschnitt HK2 und der vierte Abschnitt HK4 zueinander parallelgeschaltet (vgl. Fig. 1 ).
Dieser erste Heizmodus ließe sich bspw. bei einem kalten Elektrofahrzeug anwenden, dessen Batterie B - aufgrund eines Ladezustand der Batterie B von z.B. kleiner gleich 20% - an einer Schnellladestation aufgeladen werden soll. Dabei wird die Batterie auf einen für sie günstigen Temperaturbereich temperiert.
Unter einem kalten Elektrofahrzeug ist dabei zu verstehen, dass ein solches bei einer Umgebungstemperatur von kleiner gleich 0°C und insbesondere kleiner gleich -7°C, insbesondere gänzlich erkaltet geladen wird.
Dabei kann neben der Batterie B - aus Komfortgründen - auch die Fahrzeugkabine temperiert bzw. mit temperiert werden.
Die Fig. 2 hingegen veranschaulicht einen zweiten Heizmodus zum Heizen der - hier nicht gezeigten - Fahrzeugkabine und nicht der Batterie B. Das Ventilsystem des Thermomoduls TM ist dabei so (ein)gestellt, dass die Flüssigkeit des Flüssigkeitsheizkreis(lauf)s HK nur über die zweite elektrische Flüssigkeitspumpe EWP2 gefördert und dabei über den ersten Wärmetauscher 12 geführt wird. Im Unterschied zum ersten Heizmodus - gemäß Fig. 1 - weist dieser Flüssigkeits- heizkreis(lauf) HK keine zueinander parallelgeschalteten Abschnitte auf.
Dabei wird - durch das Ventilsystem - zudem Flüssigkeit in einem weiteren Flüssigkeitskreis(lauf) wFK, welcher - durch das Ventilsystem - vom Flüssigkeitsheizkreis(lauf) HK separiert ist, über die dritte elektrische Flüssigkeitspumpe EWP3 gefördert und dabei über die Batterie B geführt, um die Batterie B zu temperieren.
Dieser zweite Heizmodus ließe sich dann anwenden, wenn es nicht notwendig ist, die Batterie B - gemäß Fig. 1 - mit warmer bzw. temperierter Flüssigkeit zu versorgen, so dass aus Gründen einer Energieeffizienz die Batterie B vom Flüssigkeitsheizkreis(lauf) HK zwischenzeitlich bzw. temporär separiert bzw. entkoppelt werden kann.
Den Fign. 1 und 2 ist gemein, dass die Flüssigkeit des Flüssigkeitskühlkreis(lauf)s KK über die erste elektrische Flüssigkeitspumpe EWP1 gefördert und dabei über einen ersten Abschnitt KK1 des Flüssigkeitskühlkreis(lauf)s KK über den zweiten Wärmetauscher 14 (auch HVAC Cooler genannt) zum Kühlen der Fahrzeugkabine, über einen zweiten Abschnitt KK2 des Flüssigkeitskühlkreis(lauf)s KK über einen ersten Radiator 16 und wenigstens eine Komponente eines elektrischen Antriebsstrangs 18 und über einen dritten Abschnitt KK3 des Flüssigkeitskühl- kreis(lauf)s KK über den Verdampfer 8 geführt wird. Diese drei Abschnitte KK1, KK2, KK3 sind dabei - durch das Ventilsystem - zueinander parallelgeschaltet. Der dritte Abschnitt KK3 weist dabei die zweite elektrische Flüssigkeitspumpe EWP2 auf.
Die Flüssigkeit des Flüssigkeitskühlkreis(lauf)s kann dabei über einen zweiten Radiator 20 gefördert und geführt werden. Dabei ist der Radiator 20 über ein 3/2-Wege-Ventil stromabwärts der Komponente des elektrischen Antriebsstrangs 18 - optional bzw. wahlweise - hinzuschaltbar, um eine Entwärmung der die Komponente des elektrischen Antriebsstrangs 18 durchströmenden Flüssigkeit zur Umgebung zu ermöglichen. Dabei kann dieses 3/2-Wege-Ventil in Gestalt eines Proportionalventils P3 ausgeführt sein. Alternativ dazu kann auch ein Thermostat vorgesehen sein, welches - im Unterschied dazu - keiner aktiven Ansteuerung bedarf, sondern vielmehr rein passiv fungiert.
Dabei ist unter der zuvor genannten Komponente des elektrischen Antriebsstrangs 18 wenigstens ein Elektromotor bzw. E-Motor zum Antrieb des Elektrofahrzeugs zu verstehen sowie wenigstens eine Leistungselektronik, etwa eines Inverters, eines Bordladegeräts - auch On Board Charger (OBC) genannt -, eines Gleichspannungswandlers - auch DC-DC-Wandler genannt - und / oder ggf. in Gestalt wenigstens eines weiteren Steuergeräts in Form eines Hochleistungsrechners.
Dabei wird vorgeschlagen, einen Zulaufleitungsabschnitt des Gehäuses des Thermomoduls TM zum Wärmetauscher 14 gänzlich auf- oder zusteuerbar auszuführen, etwa mittels eines Proportionalventils Pi in diesem Zulaufleitungsabschnitt. Auch wird vorgeschlagen, einen Zulaufleitungsabschnitt des Gehäuses des Thermomoduls TM zum Radiator 16 gänzlich auf- oder zusteuerbar auszuführen, etwa mittels eines Proportionalventils P2 in diesem Zulaufleitungsabschnitt.
Das Flüssigkeitskreis(lauf)system 6 weist zudem, etwa stromabwärts des Kondensators 10 ein Heizelement HE auf, welches bei Bedarf zum Heizen der geförderten Flüssigkeit aktivierbar ist. Dieses Heizelement HE kann dabei bspw. durch einen zugeordneten Flüssigkeitsleitungsabschnitt zwischen dem Kondensator 10 und dem Anschluss A4, d.h., außerhalb des Gehäuses des Thermomoduls TM vorgesehen sein. Zusätzlich oder alternativ dazu kann ein solches Heizelement HE auch durch das Gehäuse des Thermomoduls TM aufgenommen und dabei am Gehäuse und / oder zumindest teilweise im Gehäuse angeordnet sein.
Zum Heizen der Fahrzeugkabine und / oder der Batterie B kann der Kältemittel- kreis(lauf) 4 im Sinne einer Wärmepumpe betrieben (sog. Wärmepumpenbetrieb). Dies schließt einen Umgebungswärmepumpenbetrieb mit ein. Um die Temperatur im Flüssigkeitsheizkreis(lauf) zu erhöhen, kann der Kompressor entsprechend angesteuert werden. Zusätzlich dazu kann, sofern erforderlich, auch das Heizelement HE kurzzeitig aktiviert werden, um die Temperatur im Flüssigkeits- heizkreis(lauf) zu erhöhen. Zusätzlich dazu kann, sofern erforderlich, die Temperatur im Flüssigkeitsheizkreis(lauf) auch dadurch erhöht werden, dass zumindest eine der besagten Komponenten des Antriebsstranges, etwa der E-Motor kurzzeitig ineffizient angesteuert bzw. betrieben wird, um Verlustwärme zu erzeugen (sog. Verlustwärmerückgewinnung).
Das vorgeschlagene Thermomodul TM ist kompakt und mit möglichst kurzen Flüssigkeitskanälen ausgeführt und ermöglicht eine Flüssigkeitssteuerung über das Ventilsystem und / oder die einzelnen elektrischen Wasserpumpen.
Das Gehäuse des vorgeschlagenen Thermomoduls TM kann zum Beispiel im Wesentlichen quaderförmig ausgeführt sein und dabei bspw. die Längenmäße von ca. 40cm x 20cm x 10cm aufweisen.
Um die Heizmodi der zuvor beschriebenen Art möglichst schnell ansprechend bereitstellen bzw. ermöglichen zu können, wird vorgeschlagen, das Gehäuse des Thermomoduls TM mit Flüssigkeitskanaldurchmessern von in einem Bereich von ca. 10mm bis 16mm oder ca. 10mm bis 25mm liegend und Flüssigkeitskanallängen von in einem Bereich von ca. 10cm bis 50cm oder ca. 10cm bis 60cm liegend auszuführen sowie mit Flüssigkeitsströmen Q von größer gleich ca. 5l/min, vorzugsweise größer gleich ca. 101/min und insbesondere in einem Bereich von ca. 101/min < Q < 201/min zu betreiben.
Hingeben wird für die einzelnen Flüssigkeitsleitungen - außerhalb des Thermomoduls TM -, über welche die einzelnen Wärmequellen und Wärmesenken des Elektrofahrzeugs an das Gehäuse des Thermomoduls TM - fluidisch - anschließbar sind (siehe dazu die Anschlüsse Ai bis Au), folgendes vorgeschlagen:
Für die einzelnen Flüssigkeitsleitungen für die beiden Wärmetauscher 12, 14 wird ein Bereich für die Flüssigkeitsleitungslänge von bis zu ca. 1 m vorgeschlagen. Für die übrigen Flüssigkeitsleitungen hingegen und insbesondere diejenigen für die Batterie B wird ein Bereich für die Flüssigkeitsleitungslänge von bis zu ca. 4m vorgeschlagen. Dabei wird vorgeschlagen, all diese Flüssigkeitsleitungen so kurz wie möglich auszuführen bzw. vorzusehen.
Die in den Fign. 1 und 2 veranschaulichten, zueinander parallelgeschalteten Abschnitte des Flüssigkeitsheizkreis(lauf)s HK einerseits und des Flüssigkeits- kühlreis(lauf)s KK andererseits ermöglichen es, möglichst kleine Kanaldurchmesser und kurze Kanallängen innerhalb des Thermomoduls vorzusehen. Und dies wiederum begünstigt ein schnelles Ansprechverhalten der einzelnen einstellbaren Heizmodi und Kühlmodi.

Claims

Patentansprüche
1 . Thermomodul (TM) für ein Flüssigkeitskreis(lauf)system (6), welches über einen ersten Wärmetauscher (8) in Gestalt eines Verdampfers und einen zweiten Wärmetauscher (10) in Gestalt eines Kondensators an einen Kältemittel(kreis)lauf (4) thermisch anbindbar ist und welches einen Flüssigkeitskühlkreis(lauf) (KK) und einen Flüssigkeitsheizkreis(lauf) (HK) aufweist, an dessen Gehäuse mit Flüssigkeit führenden Kanälen wenigstens eine Wärmequelle und wenigstens eine Wärmesenke über zugeordnete mit dem Gehäuse verbindbare Flüssigkeitsleitungen anschließbar sind, wobei durch das Gehäuse wenigstens eine erste elektrische Flüssigkeitspumpe (EWPi) zur Förderung von Flüssigkeit im Flüssigkeitskühlkreis(lauf) (KK) sowie wenigstens eine zweite elektrische Flüssigkeitspumpe (EWP2) zur Förderung von Flüssigkeit im Flüssigkeitsheizkreis(lauf) (HK) und ein Ventilsystem aufgenommen sind, wobei das Ventilsystem in einzelne Heizmodi (ein)stellbar ist, in welchen die Flüssigkeit des Flüssigkeitsheizkreis(lauf)s (HK) wahlweise über wenigstens einen ersten Wärmetauscher (12) zum Heizen einer Fahrzeugkabine und / oder wenigstens eine Batterie (B) führbar ist.
2. Thermomodul (TM) nach Anspruch 1 , wobei die Flüssigkeit des Flüssig- keitsheizkreis(lauf)s (HK) über den Kondensator (10) oder unter Umgehung des Kondensators (10) zum ersten Wärmetauscher (12) und / oder die Batterie (B) führbar ist.
3. Thermomodul (TM) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Flüssigkeit des Flüssigkeitskühlkreis(lauf)s (KK) über den Verdampfer (8) oder unter Umgehung des Verdampfers (8) zum zweiten Wärmetauscher (14) und / oder den Radiator (16, 20) führbar ist.
4. Thermomodul (TM) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei durch das Gehäuse zudem wenigstens eine dritte elektrische Flüssigkeitspumpe (EWP3) aufgenommen ist.
5. Thermomodul (TM) nach Anspruch 4, wobei in einem ersten Heizmodus zum Heizen der Batterie (B) und der Fahrzeugkabine die Flüssigkeit des Flüssig- keitsheizkreis(lauf)s (HK) über die zweite und dritte elektrische Flüssigkeitspumpe (EWP2, EWP3) förderbar und dabei über einen ersten Abschnitt (HK1) über den ersten Wärmetauscher (12), über einen zweiten Abschnitt (HK2) und dritten Abschnitt (HK3) über die Batterie (B) und über einen vierten Abschnitt (HK4) über den Kondensator (10) führbar ist.
6. Thermomodul (TM) nach Anspruch 5, wobei die Flüssigkeit im zweiten Abschnitt (HK2) teilweise über den dritten Abschnitt (HK3) mit der dritten elektrischen Flüssigkeitspumpe (EWP3) führbar ist, wobei der dritte Abschnitt (HK3) den zweiten Abschnitt (HK2) in zwei zueinander parallel geschaltete Abschnitte unterteilt, wobei über den dritten Abschnitt (HK3) von der Batterie (B) entwärmte Flüssigkeit der Batterie (B) über ein Mischventil stromabwärts der Batterie (B) und stromaufwärts der dritten elektrischen Flüssigkeitspumpe (EWP3) rückführbar ist.
7. Thermomodul (TM) nach Anspruch 5 oder 6, wobei durch das Ventilsystem der erste, zweite und vierte Abschnitt (HK1, HK2, HK4) zueinander parallelschaltbar sind.
8. Thermomodul (TM) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei in einem zweiten Heizmodus zum Heizen der Fahrzeugkabine und nicht der Batterie (B) die Flüssigkeit des Flüssigkeitsheizkreis(lauf)s (HK) über die zweite elektrische Flüssigkeitspumpe (EWP2) förderbar und dabei über den ersten Wärmetauscher (12) führbar ist.
9. Thermomodul (TM) nach Anspruch 8, wobei zudem Flüssigkeit in einem weiteren Flüssigkeitskreis(lauf) (wFK), welcher vom Flüssigkeitsheizkreis- (lauf) (HK) separiert ist, über die dritte elektrische Flüssigkeitspumpe (EWP3) förderbar und dabei über die Batterie (B) führbar ist.
10. Thermomodul (TM) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in den einzelnen Heizmodi die Flüssigkeit des Flüssigkeitskühlkreis(lauf)s (KK) wahlweise über wenigstens einen zweiten Wärmetauscher (14) zum Kühlen der Fahrzeugkabine und / oder wenigstens einen Radiator (16, 20) zum Wärmeaustausch mit einer Umgebung eines Elektrofahrzeugs führbar ist.
11 . Thermomodul (TM) nach Anspruch 10, wobei ein Zulaufkanalabschnitt des Gehäuses zum zweiten Wärmetauscher (14) wenigstens teilweise auf- oder zusteuerbar ist.
12. Thermomodul (TM) nach Anspruch 10 oder 11 , wobei ein Zulaufkanalabschnitt des Gehäuses zum Radiator (16) wenigstens teilweise auf- oder zusteuerbar ist.
13. Indirektes Wärmetransportmittelkreis(lauf)system (2) für ein Elektrofahrzeug, aufweisend: einen Kältemittelkreis(lauf) (4) mit einem Kompressor zur Förderung eines Kältemittels, ein Flüssigkeitskreis(lauf)system (6) mit einem Thermomodul (TM) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 12, wobei das Flüssigkeits- kreis(lauf)system (6) über einen ersten Wärmetauscher (8) in Gestalt eines Verdampfers und einen zweiten Wärmetauscher (10) in Gestalt eines Kondensators an den Kältemittelkreis(lauf) (4) thermisch angebunden ist.
14. Elektrofahrzeug mit einem Thermomodul (TM) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 12.
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