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DE102024205426A1 - Thermomodule, indirect heat transfer medium circuit system and electric vehicle - Google Patents

Thermomodule, indirect heat transfer medium circuit system and electric vehicle

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Publication number
DE102024205426A1
DE102024205426A1 DE102024205426.7A DE102024205426A DE102024205426A1 DE 102024205426 A1 DE102024205426 A1 DE 102024205426A1 DE 102024205426 A DE102024205426 A DE 102024205426A DE 102024205426 A1 DE102024205426 A1 DE 102024205426A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
liquid
circuit
thermomodule
electric
battery
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102024205426.7A
Other languages
German (de)
Inventor
Gerhard Eser
Sebastian Brettner
Manuel Dillinger
Markus Feulner
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.)
Schaeffler Technologies AG and Co KG
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Schaeffler Technologies AG and Co KG filed Critical Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority to DE102024205426.7A priority Critical patent/DE102024205426A1/en
Priority to PCT/EP2025/065762 priority patent/WO2025257035A1/en
Publication of DE102024205426A1 publication Critical patent/DE102024205426A1/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

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 Kühlmodi (ein)stellbar, in welchen die Flüssigkeit des Flüssigkeitskühlkreis(lauf)s (KK) über den Verdampfer (8) und dabei wahlweise über wenigstens einen zweiten Wärmetauscher (14) zum Kühlen einer Fahrzeugkabine und / oder wenigstens eine Batterie (B) führbar ist.
Die Erfindung betrifft zudem ein indirektes Wärmetransportmittelkreis(lauf)system und ein Elektrofahrzeug. The invention relates to a thermomodule (TM) for a fluid circuit system (6) of an electric vehicle.
In this system, at least one heat source and at least one heat sink can be connected to a housing of the thermomodule (TM) via associated liquid lines that can be connected to the housing.
The housing accommodates at least one first electric liquid pump (EWP 1 ) for pumping liquid in a liquid cooling circuit (CC) and at least one second electric liquid pump (EWP 2 ) for pumping liquid in the liquid heating circuit (HWC) and a valve system.
The valve system can be set to individual cooling modes, in which the liquid of the liquid cooling circuit (CC) can be routed via the evaporator (8) and optionally via at least one second heat exchanger (14) to cool a vehicle cabin and/or at least one battery (B).
The invention also relates to an indirect heat transfer medium circuit system and an electric vehicle.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Thermomodul für ein Flüssigkeitskreis(lauf)-system eines Elektrofahrzeugs, ein indirektes Wärmetransportmittelkreis(lauf)-system und ein Elektrofahrzeug.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.

Elektrofahrzeuge bedürfen eines sog. Thermomanagements, welches einzelne Komponenten des Elektrofahrzeugs innerhalb eines zugeordneten optimalen Temperaturfensters betreibt.Electric vehicles require a so-called thermal management system, which operates individual components of the electric vehicle within an assigned optimal temperature window.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Kühlen eines Elektrofahrzeugs zu ermöglichen.The object of the present invention is to enable improved cooling of an electric vehicle.

Diese Aufgabe wird durch ein gemäß Anspruch 1 vorgeschlagenes und unter Schutz gestelltes Thermomodul gelöst.This problem is solved by a thermomodule proposed and protected according to claim 1.

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 Flüssigkeitskreis(lauf)systems des Elektrofahrzeugs - gefördert und dabei geführt werden soll, um die einzelnen Komponenten des Elektrofahrzeugs innerhalb eines zugeordneten optimalen Temperaturbereichs betreiben zu können.The liquid pumps and the valve system of the proposed 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.

Über das vorgeschlagene Thermomodul sind somit der Flüssigkeitskühlkreis(lauf) und der Flüssigkeitsheizkreis(lauf) jeweils abschnittsweise beeinflussbar bzw. schaltbar.The proposed thermomodule thus allows the liquid cooling circuit and the liquid heating circuit to be influenced or switched section by section.

Das vorgeschlagene Thermomodul ermöglicht ein energieeffizientes Kühlen einer Fahrzeugkabine und / oder einer Batterie.The proposed thermal module enables energy-efficient cooling of a vehicle cabin and/or a battery.

In einer Ausführung kann durch das Gehäuse zudem wenigstens eine dritte elektrische Flüssigkeitspumpe aufgenommen sein.In one version, the housing can also accommodate at least a third electric liquid pump.

In einer weiteren Ausführung ist in einem ersten einstellbaren Kühlmodus zum Kühlen der Batterie und nicht der Fahrzeugkabine die Flüssigkeit des Flüssigkeitskühlkreis(lauf)s über die erste und dritte elektrische Flüssigkeitspumpe förderbar und dabei über den Verdampfer und die Batterie führbar.In another version, in a first adjustable cooling mode for cooling the battery and not the vehicle cabin, the liquid of the liquid cooling circuit can be pumped via the first and third electric liquid pumps and can be routed via the evaporator and the battery.

In einer weiteren Ausführung ist in einem zweiten einstellbaren Kühlmodus zum Kühlen der Batterie und der Fahrzeugkabine die Flüssigkeit des Flüssigkeitskühlkreis(lauf)s - durch das Ventilsystem - über die erste und dritte elektrische Flüssigkeitspumpe förderbar und dabei über einen ersten Abschnitt des Flüssigkeitskühlkreis(lauf)s über den zweiten Wärmetauscher, über einen zweiten Abschnitt des Flüssigkeitskühlkreis(lauf)s über die Batterie sowie über einen dritten Abschnitt des Flüssigkeitskühlkreis(lauf)s über den Verdampfer führbar.In a further version, in a second adjustable cooling mode for cooling the battery and the vehicle cabin, the liquid of the liquid cooling circuit can be conveyed - through the valve system - via the first and third electric liquid pumps and can be routed via a first section of the liquid cooling circuit via the second heat exchanger, via a second section of the liquid cooling circuit via the battery and via a third section of the liquid cooling circuit via the evaporator.

Dabei kann die Flüssigkeit in diesem zweiten Abschnitt über einen weiteren Flüssigkeitskreis(lauf) mit der dritten elektrischen Flüssigkeitspumpe förderbar und dabei über die Batterie führbar sein, welcher den zweiten Abschnitt in zwei zueinander parallel geschaltete Abschnitte unterteilt und über welchen von der Batterie erwärmte 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.In this second section, the fluid can be pumped via a further fluid circuit (or circuit) using the third electric fluid pump and guided through the battery. This circuit divides the second section into two parallel sections, through which fluid heated by the battery can be returned downstream of the battery and upstream of the third electric fluid pump via a mixing valve. The mixing valve can be designed as a proportional valve.

Dabei können der erste, zweite und dritte Abschnitt des Flüssigkeitskühlkreis(lauf)s zueinander parallelschaltbar sein.The first, second and third sections of the liquid cooling circuit can be connected in parallel to each other.

In einer weiteren Ausführung ist in einem dritten einstellbaren Kühlmodus zum Kühlen der Fahrzeugkabine und nicht der der Batterie die Flüssigkeit des Flüssigkeitskühlkreis(lauf)s - durch das Ventilsystem - über die erste elektrische Flüssigkeitspumpe förderbar und dabei über den Verdampfer und den zweiten Wärmetauscher führbar. Dabei wird vorgeschlagen, dass - durch das Ventilsystem - zudem Flüssigkeit in einem weiteren Flüssigkeitskreis(lauf), welcher - durch das Ventilsystem - vom Flüssigkeitskühlkreis(lauf) separierbar bzw. separat einstellbar ist, über die dritte elektrische Flüssigkeitspumpe förderbar und dabei über die Batterie führbar ist.In a further embodiment, a third adjustable cooling mode, for cooling the vehicle cabin rather than the battery, allows the liquid from the liquid cooling circuit to be pumped – via the valve system – through the first electric liquid pump and routed through the evaporator and the second heat exchanger. It is also proposed that – via the valve system – liquid in a further liquid circuit, which – via the valve system – can be separated from the liquid cooling circuit or adjusted independently, can be pumped by the third electric liquid pump and routed through the battery.

In einer weiteren Ausführung ist die Flüssigkeit des Flüssigkeitsheizkreis(lauf)s - durch das Ventilsystem - über die zweite elektrische Flüssigkeitspumpe förderbar und dabei über einen ersten Abschnitt des Flüssigkeitsheizkreis(lauf)s über den Kondensator, über einen zweiten Abschnitt des Flüssigkeitsheizkreis(lauf)s über einen Radiator und über einen dritten Abschnitt des Flüssigkeitsheizkreis(lauf)s über wenigstens eine Komponente eines elektrischen Antriebsstrangs führbar.In another embodiment, the liquid of the liquid heating circuit (run) can be conveyed - through the valve system - via the second electric liquid pump and can be guided via a first section of the liquid heating circuit (run) via the condenser, via a second section of the liquid heating circuit (run) via a radiator and via a third section of the liquid heating circuit (run) via at least one component of an electric drive train.

Dabei können der erste, zweite und dritte Abschnitt des Flüssigkeitsheizkreis(lauf)s zueinander parallelschaltbar sein.The first, second and third sections of the liquid heating circuit can be connected in parallel to each other.

Dabei kann in diesen einzelnen, zuvor beschriebenen Kühlmodi - durch das Ventilsystem - die Flüssigkeit des Flüssigkeitsheizkreis(lauf)s über den Kondensator und über wenigstens einen Radiator zum Wärmeaustausch mit einer Umgebung eines Elektrofahrzeugs führbar sein.In these individual cooling modes described above, the fluid of the liquid heating circuit can be transferred via the condenser and at least one radiator by means of the valve system. It may be possible to create a heat exchange point with the environment of an electric vehicle.

Es wird zudem ein indirektes Wärmetransportmittelkreis(lauf)system für ein Elektrofahrzeug vorgeschlagen und unter Schutz gestellt (Anspruch 12).Furthermore, an indirect heat transfer medium circuit system for an electric vehicle is proposed and placed under protection (claim 12).

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.In such an indirect heat transfer medium circuit system, 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.

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.In this process, 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.

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.This has the advantage that the 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.

Somit trägt ein solches Wärmetransportmittelkreis(lauf)system dazu bei, an Gewicht und Kosten einzusparen.Thus, such a heat transfer medium circuit system contributes to saving weight and costs.

Des Weiteren wird ein Elektrofahrzeug mit einem Thermomodul der zuvor beschriebenen Art vorgeschlagen und unter Schutz gestellt (Anspruch 13).Furthermore, an electric vehicle with a thermomodule of the type described above is proposed and placed under protection (claim 13).

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:

  • 1 ein indirektes Wärmetransportmittelkreis(lauf)system eines Elektrofahrzeugs in einem ersten Kühlmodus,
  • 2 das in 1 gezeigte Wärmetransportmittelkreis(lauf)system in einem zweiten Kühlmodus und
  • 3 das in 1 gezeigte Wärmetransportmittelkreis(lauf)system in einem dritten Kühlmodus.
The invention will now be explained in detail with reference to the figures. Further advantageous embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims and the subsequent description of preferred embodiments. These are shown schematically and functionally:
  • 1 an indirect heat transfer medium circuit system of an electric vehicle in a first cooling mode,
  • 2 the in 1 shown heat transfer medium circuit system in a second cooling mode and
  • 3 the in 1 The heat transfer medium circuit system shown is in a third cooling mode.

Das Wärmetransportmittelkreis(lauf)system 2 nach den 1, 2 und 3 eines Elektrofahrzeugs weist einen möglichst klein bzw. kompakt dimensionierten Kältemittelkreis(lauf) 4 sowie ein Flüssigkeitskreis(lauf)system 6 auf, welches über einen ersten Wärmetauscher 8 in Gestalt eines Verdampfers - für den kalten Abschnitt des Kältemittelkreis(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.The heat transfer medium circuit system 2 according to the 1 , 2 and 3 The refrigerant circuit 4 of an electric vehicle has a refrigerant circuit 4 that is dimensioned as small or compactly as possible, as well as 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 refrigerant circuit 4 - and a second heat exchanger 10 in the form of a condenser - for the hot section of the refrigerant circuit 4.

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.The refrigerant circuit 4 – also referred to as CRU (Compact Refrigerant Unit) – comprises, in addition to the two heat exchangers 8 and 10, a compressor for circulating a refrigerant and an expansion valve. Furthermore, at least one pressure sensor and one temperature sensor are provided in the refrigerant circuit 4 upstream and downstream of the compressor.

Das Flüssigkeitskreis(lauf)system 6 weist ein vorgeschlagenes Thermomodul TM mit einem Ventilsystem auf, über welches verschiedene Kühlszenarien bzw. Kühlmodi wahlweise und dabei energieeffizient einstellbar sind.The liquid circuit system 6 features a proposed thermomodule TM with a valve system, via which various cooling scenarios or cooling modes can be selected and set in an energy-efficient manner.

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 A1 bis A14). Bei den Anschlüssen A1', A3' und A13' hingegen handelt es sich um solche Anschlüsse, die innerhalb des Gehäuses des Thermomoduls TM vorgesehen sind.This thermomodule TM has a housing to which the electric vehicle's heat sources and heat sinks are connected via associated fluid lines (see connections A1 to A14 ). Connections A1' , A3 ' , and A13', on the other hand, are connections located inside the thermomodule TM housing.

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 1, 2 und 3 als Rechteck schematisch veranschaulicht.This housing of the thermomodule TM is designed as a multi-part housing with liquid-carrying channels. In addition to the valve system, it also accommodates a first electric liquid pump EWP 1 for pumping liquid in a liquid cooling circuit (KK) of the liquid circuit system 6, and a second electric liquid pump EWP 2 for pumping liquid in a liquid heating circuit (HK) of the liquid circuit system 6. This housing also accommodates a third electric liquid pump EWP3, which can pump liquid via a battery B. This housing of the thermomodule TM is located in the 1 , 2 and 3 schematically illustrated as a rectangle.

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.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 measure the temperature of the heat source / heat sink. to be able to detect fluid flowing around and/or through it.

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.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.

Die 1 veranschaulicht einen ersten Kühlmodus zum Kühlen der Batterie B und nicht einer - hier nicht gezeigten - Fahrzeugkabine. Das Ventilsystem des Thermomoduls TM ist dabei so (ein)gestellt, dass die Flüssigkeit des Flüssigkeitskühlkreis(lauf)s KK über die erste und dritte elektrische Flüssigkeitspumpe EWP1, EWP3 gefördert und dabei über den Verdampfer 8 und die Batterie B geführt wird.The 1 This illustrates a first cooling mode for cooling battery B and not a vehicle cabin (not shown here). The valve system of the thermomodule TM is set such that the liquid of the liquid cooling circuit KK is pumped via the first and third electric liquid pumps EWP 1 and EWP 3 , and thereby passed over the evaporator 8 and battery B.

Mit diesem ersten Kühlmodus kann einem Schnellladevorgang der Batterie B begegnet werden, bei welchem sich keine Person in der Fahrzeugkabine befindet, so dass die Fahrzeugkabine nicht gekühlt werden muss. Dabei lassen sich die beiden Flüssigkeitspumpen EWP1, EWP3 besser bedarfsgerecht nutzen.This first cooling mode can be used during a fast charging process of battery B, in which no one is in the vehicle cabin, thus eliminating the need for cabin cooling. This allows the two liquid pumps EWP 1 and EWP 3 to be used more efficiently as needed.

Die 2 hingegen veranschaulicht einen zweiten Kühlmodus zum Kühlen der Batterie B und der Fahrzeugkabine. Das Ventilsystem des Thermomoduls TM ist dabei so (ein)gestellt, dass die Flüssigkeit des Flüssigkeitskühlkreis(lauf)s KK über die erste und dritte elektrische Flüssigkeitspumpe EWP1, EWP3 gefördert und dabei über einen ersten Abschnitt KK1 des Flüssigkeitskühlkreis(lauf)s KK über einen Wärmetauscher 14 (auch HVAC Cooler genannt; HVAC → engl. Heating, Ventilation and Air Conditioning), über einen zweiten Abschnitt KK2 des Flüssigkeitskühlkreis(lauf)s KK über die Batterie B sowie über einen dritten Abschnitt KK3 des Flüssigkeitskühlkreis(lauf)s KK über den Verdampfer 8 geführt wird.The 2 In contrast, a second cooling mode for cooling battery B and the vehicle cabin is illustrated. The valve system of the thermomodule TM is set such that the liquid of the liquid cooling circuit KK is pumped via the first and third electric liquid pumps EWP 1 and EWP 3 , and is thereby routed via a first section KK 1 of the liquid cooling circuit KK via a heat exchanger 14 (also called HVAC cooler; HVAC → Heating, Ventilation and Air Conditioning), via a second section KK 2 of the liquid cooling circuit KK via the battery B, and via a third section KK 3 of the liquid cooling circuit KK via the evaporator 8.

Mit diesem zweiten Kühlmodus kann einem Schnellladevorgang der Batterie B begegnet werden, bei welchem sich wenigstens eine Person in der Fahrzeugkabine befindet und bei welchem ggf. die Fahrzeugkabine gekühlt werden muss.This second cooling mode can be used to counteract a fast charging process of battery B, in which at least one person is in the vehicle cabin and in which the vehicle cabin may need to be cooled.

Dabei wird die über den zweiten Abschnitt KK2 strömende Flüssigkeit - durch das Ventilsystem - teilweise über einen weiteren Flüssigkeitskreis(lauf) wFK mit der dritten elektrischen Flüssigkeitspumpe EWP3 gefördert und dabei über die Batterie B geführt. Dieser weitere Flüssigkeitskreis(lauf) wFK unterteilt dabei den zweiten Abschnitt KK2 in zwei zueinander parallel geschaltete Abschnitte. Und über diesen weiteren Flüssigkeitskreis(lauf) wFK wird von der Batterie B erwärmte 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. Dabei sind durch das Ventilsystem der erste Abschnitt KK1, der zweite Abschnitt KK2 und der dritten Abschnitt KK3 zueinander parallelgeschaltet.The fluid flowing through the second section KK 2 is partially conveyed – via the valve system – through a further fluid circuit wFK with the third electric fluid pump EWP 3 , and is thereby routed over battery B. This further fluid circuit wFK divides the second section KK 2 into two parallel sections. Fluid heated by battery B is then returned via this further fluid circuit wFK, through a mixing valve (not shown), downstream of battery B and upstream of the third electric fluid pump EWP 3 , to maintain the desired temperature of battery B. The first section KK 1 , the second section KK 2 , and the third section KK 3 are connected in parallel by the valve system.

Die 3 hingegen veranschaulicht einen dritten Kühlmodus zum Kühlen der Fahrzeugkabine und nicht der der Batterie B. Das Ventilsystem des Thermomoduls TM ist dabei so (ein)gestellt, dass die Flüssigkeit des Flüssigkeitskühlkreis(lauf)s KK nur über die erste elektrische Flüssigkeitspumpe EWP1 gefördert und dabei über den Verdampfer 8 und den zweiten Wärmetauscher 14 geführt wird.The 3 In contrast, a third cooling mode is illustrated for cooling the vehicle cabin and not the battery B. The valve system of the thermomodule TM is set so that the liquid of the liquid cooling circuit KK is only pumped via the first electric liquid pump EWP 1 and is thereby guided via the evaporator 8 and the second heat exchanger 14.

Somit kann für den Fall, dass die Batterie B nicht gekühlt werden muss, einer der Fahrzeugkabine zugeführten bzw. zuströmenden Luft möglichst viel Wärmeenergie entzogen werden.Thus, if battery B does not need to be cooled, as much heat energy as possible can be extracted from the air supplied to or flowing into the vehicle cabin.

Dabei wird - durch das Ventilsystem - zudem Flüssigkeit in einem weiteren Flüssigkeitskreis(lauf) wFK, welcher - durch das Ventilsystem - vom Flüssigkeitskühlkreis(lauf) KK separiert ist, über die dritte elektrische Flüssigkeitspumpe EWP3 gefördert und dabei über die Batterie B geführt, um die Batterie B zu temperieren.In addition, fluid is pumped through the third electric fluid pump EWP 3 in a further fluid circuit wFK, which is separated from the fluid cooling circuit KK by the valve system, and is passed over the battery B in order to temperature control the battery B.

Den 1, 2 und 3 ist gemein, dass die Flüssigkeit des Flüssigkeitsheizkreis-(lauf)s HK über die zweite elektrische Flüssigkeitspumpe EWP2 gefördert und dabei über einen ersten Abschnitt HK1 des Flüssigkeitsheizkreis(lauf)s HK über den Kondensator 10, über einen zweiten Abschnitt HK2 des Flüssigkeitsheizkreis(lauf)s HK über einen ersten Radiator 16 und über einen dritten Abschnitt HK3 des Flüssigkeitsheizkreis(lauf)s HK über wenigstens eine Komponente eines elektrischen Antriebsstrangs 18 geführt wird. Diese drei Abschnitte HK1, HK2, HK3 sind dabei - durch das Ventilsystem - zueinander parallelgeschaltet. Der erste Abschnitt HK1 weist dabei die zweite elektrische Flüssigkeitspumpe EWP2 auf.The 1 , 2 and 3 The common feature is that the liquid in the liquid heating circuit HK is pumped via the second electric liquid pump EWP 2 and is guided through a first section HK 1 of the liquid heating circuit HK via the capacitor 10, through a second section HK 2 of the liquid heating circuit HK via a first radiator 16, and through a third section HK 3 of the liquid heating circuit HK via at least one component of an electric drive train 18. These three sections HK 1 , HK 2 , and HK 3 are connected in parallel to each other by means of the valve system. The first section HK 1 includes the second electric liquid pump EWP 2 .

Dabei wird die Flüssigkeit innerhalb des Gehäuses des Thermomoduls TM, und zwar stromabwärts der zweiten elektrischen Flüssigkeitspumpe EWP2, über einen Verzweigungspunkt sowohl dem ersten Abschnitt HK1 als auch dem zweiten Abschnitt HK2 zugeführt.The liquid is located inside the housing of the thermomodule TM, downstream of the second electric liquid pump. EWP 2 , via a branch point, is fed to both the first section HK 1 and the second section HK 2 .

Die Flüssigkeit des Flüssigkeitsheizkreis(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 ausgeführt sein. Alternativ dazu kann auch ein Thermostat vorgesehen sein, welches - im Unterschied dazu - keiner aktiven Ansteuerung bedarf, sondern vielmehr rein passiv fungiert.The fluid in the liquid heating circuit can be conveyed and guided through a second radiator 20. This radiator 20 can be optionally connected via a 3/2-way valve downstream of the component of the electric drive train 18 to allow heat dissipation from the fluid flowing through the component of the electric drive train 18 to the surrounding environment. This 3/2-way valve can be a proportional valve. Alternatively, a thermostat can be provided, which—unlike the radiator—does not require active control but functions purely passively.

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.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.

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.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 A 4 , i.e., outside the housing of the thermomodule TM. Additionally or alternatively, such 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.

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.The proposed 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.

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.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.

Um die Kühlmodi 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. 10 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. 10l/min und insbesondere in einem Bereich von ca. 10l/min ≤ Q ≤ 20l/min zu betreiben.In order to provide or enable the cooling modes of the type described above as quickly and effectively as possible, it is proposed that the housing of the thermomodule TM be designed with liquid channel diameters in the range of approximately 10 to 16 mm or approximately 10 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.

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 A1 bis A14), folgendes vorgeschlagen:However, for the individual fluid lines - outside the 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 A 1 to A 14 ), the following is proposed:

Für die einzelnen Flüssigkeitsleitungen für die beiden Wärmetauscher 12, 14 wird ein Bereich für die Flüssigkeitsleitungslänge von bis zu ca. 1m vorgeschlagen.For the individual liquid lines for the two heat exchangers 12, 14, a range for the liquid line length of up to approximately 1m is proposed.

Für die übrigen Flüssigkeitsleitungen hingegen und insbesondere diejenigen für die Batterie B wird ein Bereich für die Flüssigkeitsleitungslänge von bis zu ca. 4m vorgeschlagen.For the remaining liquid lines, however, and especially those for battery B, a liquid line length of up to approximately 4m is proposed.

Es wird zudem vorgeschlagen, all diese Flüssigkeitsleitungen so kurz wie möglich auszuführen bzw. vorzusehen.It is also proposed that all these fluid lines be designed or planned to be as short as possible.

Die in den 1, 2 und 3 veranschaulichten, zueinander parallelgeschalteten Abschnitte des Flüssigkeitsheizkreis(lauf)s HK einerseits und des Flüssigkeitskühlreis(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.The in the 1 , 2 and 3 The illustrated, parallel sections of the liquid heating circuit (HK) on the one hand and the liquid cooling circuit (KK) on the other hand allow for the smallest possible channel diameters and shortest possible channel lengths within the thermomodule. This, in turn, promotes a fast response time for the individual adjustable heating and cooling modes.

Claims (13)

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 (EWP1) 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 Kühlmodi (ein)stellbar ist, in welchen die Flüssigkeit des Flüssigkeitskühlkreis(lauf)s (KK) über den Verdampfer (8) und dabei wahlweise über wenigstens einen zweiten Wärmetauscher (14) zum Kühlen einer Fahrzeugkabine und / oder wenigstens eine Batterie (B) führbar ist.Thermomodule (TM) for a liquid circuit system (6), which can be thermally connected to a refrigerant circuit (4) via a first heat exchanger (8) in the form of an evaporator and a second heat exchanger (10) in the form of a condenser, and which has a liquid cooling circuit (CC) and a liquid heating circuit (HC), to whose housing with liquid-carrying channels at least one heat source and at least one heat sink can be connected via associated liquid lines connectable to the housing, wherein at least one first electric liquid pump (EWP 1 ) for pumping liquid in the liquid cooling circuit (CC) and at least one second electric liquid pump (EWP 2 ) for pumping liquid through the housing liquid in the liquid heating circuit (HK) and a valve system are included, wherein the valve system can be set to individual cooling modes, in which the liquid of the liquid cooling circuit (KK) can be routed via the evaporator (8) and optionally via at least one second heat exchanger (14) to cool a vehicle cabin and/or at least one battery (B). Thermomodul (TM) nach Anspruch 1, wobei durch das Gehäuse zudem wenigstens eine dritte elektrische Flüssigkeitspumpe (EWP3) aufgenommen ist.Thermomodule (TM) according to Claim 1 , the housing also accommodates at least one third electric liquid pump (EWP 3 ). Thermomodul (TM) nach Anspruch 2, wobei in einem ersten Kühlmodus zum Kühlen der Batterie (B) und nicht der Fahrzeugkabine die Flüssigkeit des Flüssigkeitskühlkreis(lauf)s (KK) über die erste und dritte elektrische Flüssigkeitspumpe (EWP1, EWP3) förderbar und dabei über den Verdampfer (8) und die Batterie (B) führbar ist.Thermomodule (TM) according to Claim 2 , wherein in a first cooling mode for cooling the battery (B) and not the vehicle cabin the liquid of the liquid cooling circuit (CC) can be pumped via the first and third electric liquid pump (EWP 1 , EWP 3 ) and can be guided via the evaporator (8) and the battery (B). Thermomodul (TM) nach Anspruch 2, wobei in einem zweiten Kühlmodus zum Kühlen der Batterie (B) und der Fahrzeugkabine die Flüssigkeit des Flüssigkeitskühlkreis(lauf)s (KK) über die erste und dritte elektrische Flüssigkeitspumpe (EWP1, EWP3) förderbar und dabei über einen ersten Abschnitt (KK1) des Flüssigkeitskühlkreis(lauf)s (KK) über den zweiten Wärmetauscher (14), über einen zweiten Abschnitt (KK2) des Flüssigkeitskühlkreis(lauf)s (KK) über die Batterie (B) sowie über einen dritten Abschnitt (KK3) des Flüssigkeitskühlkreis(lauf)s (KK) über den Verdampfer (8) führbar ist.Thermomodule (TM) according to Claim 2 , wherein in a second cooling mode for cooling the battery (B) and the vehicle cabin the liquid of the liquid cooling circuit (KK) can be pumped via the first and third electric liquid pumps (EWP 1 , EWP 3 ) and can be guided via a first section (KK 1 ) of the liquid cooling circuit (KK) via the second heat exchanger (14), via a second section (KK 2 ) of the liquid cooling circuit (KK) via the battery (B) and via a third section (KK 3 ) of the liquid cooling circuit (KK) via the evaporator (8). Thermomodul (TM) nach Anspruch 4, wobei die Flüssigkeit im zweiten Abschnitt (KK2) über einen weiteren Flüssigkeitskreis(lauf) (wFK) mit der dritten elektrischen Flüssigkeitspumpe (EWP3) förderbar und dabei über die Batterie (B) führbar ist, welcher den zweiten Abschnitt (KK2) in zwei zueinander parallel geschaltete Abschnitte unterteilt und über welchen von der Batterie (B) erwärmte Flüssigkeit der Batterie (B) über ein Mischventil stromabwärts der Batterie (B) und stromaufwärts der dritten elektrischen Flüssigkeitspumpe (EWP3) rückführbar ist.Thermomodule (TM) according to Claim 4 , wherein the liquid in the second section (KK 2 ) can be conveyed via a further liquid circuit (wFK) with the third electric liquid pump (EWP 3 ) and can be guided via the battery (B), which divides the second section (KK 2 ) into two sections connected in parallel and via which liquid heated by the battery (B) can be returned to the battery (B) via a mixing valve downstream of the battery (B) and upstream of the third electric liquid pump (EWP 3 ). Thermomodul (TM) nach Anspruch 4 oder 5, wobei der erste, zweite und dritte Abschnitt (HK1, HK2, HK3) zueinander parallelschaltbar sind.Thermomodule (TM) according to Claim 4 or 5 , wherein the first, second and third sections (HK 1 , HK 2 , HK 3 ) can be connected in parallel to each other. Thermomodul (TM) nach Anspruch 1, wobei in einem dritten Kühlmodus zum Kühlen der Fahrzeugkabine und nicht der der Batterie (B) die Flüssigkeit des Flüssigkeitskühlkreis(lauf)s (KK) über die erste elektrische Flüssigkeitspumpe (EWP1) förderbar und dabei über den Verdampfer (8) und den zweiten Wärmetauscher (14) führbar ist.Thermomodule (TM) according to Claim 1 , wherein in a third cooling mode for cooling the vehicle cabin and not the battery (B) the liquid of the liquid cooling circuit (CC) can be pumped via the first electric liquid pump (EWP 1 ) and can be guided via the evaporator (8) and the second heat exchanger (14). Thermomodul (TM) nach Anspruch 7, wobei zudem Flüssigkeit in einem weiteren Flüssigkeitskreis(lauf) (wFK), welcher vom Flüssigkeitskühlkreis-(lauf) (KK) separiert ist, über die dritte elektrische Flüssigkeitspumpe (EWP3) förderbar und dabei über die Batterie (B) führbar ist.Thermomodule (TM) according to Claim 7 , wherein liquid in a further liquid circuit (wFK), which is separated from the liquid cooling circuit (KK), can be conveyed via the third electric liquid pump (EWP 3 ) and can be routed via the battery (B). Thermomodul (TM) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Flüssigkeit des Flüssigkeitsheizkreis(lauf)s (HK) über die zweite elektrische Flüssigkeitspumpe (EWP2) förderbar und dabei über einen ersten Abschnitt (HK1) des Flüssigkeitsheizkreis(lauf)s (HK) über den Kondensator (10), über einen zweiten Abschnitt (HK2) des Flüssigkeitsheizkreis(lauf)s (HK) über den Radiator (16) und über einen dritten Abschnitt (HK3) des Flüssigkeitsheizkreis(lauf)s (HK) über wenigstens eine Komponente eines elektrischen Antriebsstrangs (18) führbar ist.Thermomodule (TM) according to one of the preceding claims, wherein the liquid of the liquid heating circuit (HK) can be conveyed via the second electric liquid pump (EWP 2 ) and can be guided via a first section (HK 1 ) of the liquid heating circuit (HK) via the capacitor (10), via a second section (HK 2 ) of the liquid heating circuit (HK) via the radiator (16) and via a third section (HK 3 ) of the liquid heating circuit (HK) via at least one component of an electric drive train (18). Thermomodul (TM) nach Anspruch 9, wobei der erste, zweite und dritte Abschnitt (HK1, HK2, HK3) zueinander parallelschaltbar sind.Thermomodule (TM) according to Claim 9 , wherein the first, second and third sections (HK 1 , HK 2 , HK 3 ) can be connected in parallel to each other. Thermomodul (TM) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in den einzelnen Kühlmodi die Flüssigkeit des Flüssigkeitsheizkreis(lauf)s (HK) über den Kondensator (10) und über wenigstens einen Radiator (16, 20) zum Wärmeaustausch mit einer Umgebung eines Elektrofahrzeugs führbar ist.Thermomodule (TM) according to one of the preceding claims, wherein in the individual cooling modes the liquid of the liquid heating circuit (HK) can be directed via the condenser (10) and via at least one radiator (16, 20) for heat exchange with an environment of an electric vehicle. Indirektes Wärmetransportmittelkreis(lauf)system (2) für ein Elektrofahrzeug, aufweisend: einen Kältemittelkreis(lauf) (4) mit einem Kompressor zur Förderung eines Kältemittels und ein Flüssigkeitskreis(lauf)system (6) mit einem Thermomodul (TM) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 11, wobei das Flüssigkeitskreis(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.Indirect heat transfer medium circuit system (2) for an electric vehicle, comprising: a refrigerant circuit (4) with a compressor for conveying a refrigerant and a liquid circuit system (6) with a thermomodule (TM) according to one of the preceding Claims 1 until 11 , wherein the liquid circuit system (6) is thermally connected to the refrigerant circuit (4) via a first heat exchanger (8) in the form of an evaporator and a second heat exchanger (10) in the form of a condenser. Elektrofahrzeug mit einem Thermomodul (TM) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 11.Electric vehicle with a thermomodule (TM) according to one of the preceding Claims 1 until 11 .
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