Titel

Beschreibung

Thermomanagementmodul für ein Elektrofahrzeug

Stand der Technik

Es ist bereits ein Thermomanagementmodul zu einer fluidtechnischen Kopplung von Komponenten eines Fahrzeugs, insbesondere eines Elektrofahrzeugs, mit zumindest einer Verteilereinheit und einer Mehrzahl an der Verteilereinheit angeordneten Komponenten, wie Pumpen und Ventilen vorgeschlagen worden.

Offenbarung der Erfindung

Die Erfindung geht aus von Thermomanagementmodul für ein Elektrofahrzeug, mit zumindest einer Verteilereinheit und einer Mehrzahl an fluidisch mit der Verteilereinheit verbundenen Komponenten wobei das Thermomanagementmodul zumindest ein mit der Verteilereinheit fluidisch verbundenen Fluidausgleichbehälter aufweist.

Es wird vorgeschlagen, dass die Verteilereinheit und alternativ hierzu oder zusätzlich der Fluidausgleichsbehälter eine Partikelreduktionsvorrichtung aufweist.

Thermomanagementmodule der hier zur Rede stehenden Art sind hoch integrierte Bauteile und umfassen in der Regel zumindest eine Fluidverteilereinheit und eine Mehrzahl an mit der Fluidverteilereinheit verbundene Fluidhandhabungselemente, wie beispielsweise Kühlmittelpumpen, Kühlmittelventile samt Aktuatoren sowie vorzugweise Sensoren, wie beispielsweise Temperatursensoren oder Füllstandsensoren. Thermomanagementmodule sollen auch bei Verunreinigung des Fluides eine geforderte Lebensdauer erreichen und keine Funktionsbeeinträchtigung aufweisen, da diese insbesondere zu einem abrasiven Verschleiß von Komponenten, wie auch zu einem Blockieren von beweglichen Teilen, wie beispielsweise der Pumpenlaufräder oder Ventilscheiben führen kann.

Das Thermomanagementmodul mit integrierter Partikelabscheidevorrichtung weist den Vorteil auf, dass die im Kühlmittel und/oder Kältemittel enthaltenen Verschmutzungen, insbesondere Sandpartikel, Metallpartikel oder Kunststoffpartikel effizient aus dem Fluidkreislauf entferntwerden können. Auf diese Weise wird die Lebensdauer und Zuverlässigkeit der integrierten Fluidhandhabungsvorrichtungen, insbesondere der Pumpen und Ventile des Fluidkreislaufes vorteilhaft erhöht. Die Integration der Partikelabscheidevorrichtung in das Thermomanagementmodul weist den Vorteil auf, dass die Partikelreduktion nicht dezentral in den einzelnen Komponenten erfolgt, sondern zentral im Thermomanagementmodul, wodurch sämtliche strömungstechnisch mit der Verteilereinheit verbundenen Fluidhandhabungselemente vor diesen Verschmutzungen geschützt sind.

Das Thermomanagementmodul ist vorzugsweise als zentrale Montageeinheit ausgebildet, wobei vorzugweise an der Verteilereinheit eine Mehrzahl an Fluidhandhabungselemente angeordnet sind. Fluidhandhabungselemente der hier zur Rede stehenden Art können beispielsweise zumindest eine Pumpe, zumindest ein Ventil, insbesondere ein Sperrventil oder ein Expansionsventil, und/oder zumindest ein Sensor, insbesondere zumindest ein Temperatursensor und/oder zumindest ein Füllstandsensor sein. Besonders bevorzugt ist das Thermomanagementmodul als Flexible Thermische Einheit (FTU) ausgebildet. Die Verteilereinheit umfasst vorzugsweise zumindest einen, bevorzugt eine Vielzahl, an Fluidkanälen, welche verzweigt ausgebildet sein können oder nur einen Eingang und nur einen Ausgang aufweisen. Die Verteilereinheit ist vorzugsweise aus einem Thermoplast gefertigt, beispielsweise aus Polypropylen (PP), High-Density Polyethylen (PE-HD), Polyoxymethylen (POM), Polyamid (PA), Polyketon (PK), Polymethylmethacrylat (PMMA), Acrylnitril- Butadien-Styrol-Copolymer (ABS) oder aus einer Mischung aus, insbesondere den genannten, Kunststoffen. Vorzugweise weist die Verteilereinheit integrierte Fluidkanäle auf.

Die Verteilereinheit umfasst vorzugweise eine Vielzahl an Schnittstellen für die Fluidhandhabungselemente. Jede der Schnittstellen umfasst vorzugsweise zumindest einen Fluidanschluss eines der Fluidkanäle der Verteilereinheit. Der Fluidanschluss der jeweiligen Schnittstelle kann zu einem Einlass oder einem Auslass eines von dem Fluidhandhabungselement zu fördernden Fluids, insbesondere eines Kältemittels oder eines Kühlmittels, in und/oder aus der dem Fluidhandhabungselement vorgesehen sein.

Erfindungsgemäß ist die Partikelabscheidevorrichtung als integrierte Partikelabscheidevorrichtung unmittelbar in der Verteilereinheit und/oder im Ausgleichsgehälter integriert, wobei die Fluidhandhabungselemente mit der Verteilereinheit und dem Ausgleichsbehälter strömungstechnisch verbunden ausgebildet sind. Auf diese Weise ist eine zentrale, integrierte Reduktion der Partikelkonzentration im gesamten Thermomanagementmodul möglich.

Eine besonders platzsparende, konstruktiv einfache, einfach zu Fertigende Verteilereinheit kann insbesondere dadurch bereitgestellt werden, dass die Verteilereinheit als hydraulische Verteilerplatte ausgebildet ist und vorzugweise Fluidhandhabungselemente, insbesondere Fluidkanäle, insbesondere integrierte Fluidkanäle innerhalb eines Gehäuses der Verteilereinheit aufweist. Die Verteilereinheit kann dabei einstückig oder mehrteilig ausgebildet sein.

Die Verteilereinheit weist vorzugweise zumindest, vorzugweise eine Mehrzahl an Komponentenschnittstellen auf. An den Komponentenschnittstellen sind Komponenten des Thermomanagementmoduls befestigt. Vorzugweise sind an der Verteilereinheit eine Mehrzahl an Komponenten angeordnet und fluidisch mit dieser verbunden. Vorzugweise ist auf der Verteilereinheit zumindest eine erste Komponente, wie beispielsweise eine Pumpe und zumindest eine zweite Komponente, wie beispielsweise ein Ventil befestigt. Vorzugweise sind an einer Verteilereinheit Mehrere Pumpen und mehrere Ventile angeordnet und fluidisch mit der Verteilereinheit verbunden.

Gemäß einer besonders einfachen Ausführungsform der Erfindung beruht die Partikelreduktionsvorrichtung auf dem Sedimentationsprinzip. Vorzugweise weist die Partikelreduktionsvorrichtung zu diesem Zweck zumindest eine Sedimentationskammer auf, in welchen die abgesetzten Partikel aufgefangen werden. Vorzugweise ist die Sedimentationskammer innerhalb eines Fluidkanals der Verteilereinheit angeordnet. Vorzugweise ist die Sedimentationskammer im Bereich einer Wandung eines Fluidkanals ausgebildet. Vorzugweise ist die Sedimentationskammer integraler Bestandteil des Fluidkanals.

Eine besonders effiziente Partikelreduktionsvorrichtung kann insbesondere dadurch bereitgestellt werden, dass die Partikelreduktionsvorrichtung, insbesondere die Sedimentationskammer in einem strömungsgeschwindigkeitsreduzierten Bereich, insbesondere im Fluidausgleichsbehälter, insbesondere im Bereich eines Fluidauslasses innerhalb des Fluidausgleichsbehälters angeordnet ist. Die Strömungsgeschwindigkeit kann lokal besonders einfach dadurch reduziert werden, dass die Partikelreduktionsvorrichtung zumindest eine, vorzugweise eine Vielzahl an Partikelauffangwandungen, insbesondere Partikelauffangrippen aufweist. Vorzugweise sind die Partikelauffangwandungen im Wesentlichen senkrecht zur Hauptströmungsrichtung angeordnet.

Durch ein wechselseitig gegenüberliegendes anordnen der Partikelauffangwandungen kann vorzugweise eine Labyrinthstruktur ausgebildet werden, wodurch Partikel besonders effizient eingefangen werden können.

Es ist auch denkbar, dass die Partikelreduktionsvorrichtung als Bypass- Kanal eines der Fluidhandhabungselemente zur Aufnahme der Partikel ausgebildet ist. Durch den Bypass-Kanal wird eine Teilmenge der Strömung aus dem Hauptströmungspfad abgeleitet. Innerhalb des Bypass-Kanals ist vorzugweise eine Partikelrückhalteeinrichtung angeordnet. Vorzugweise ist die Partikelrückhalteeinrichtung als Partikelfilter ausgebildet. Die Partikelrückhalteeinrichtung kann auch als Partikelauffangwandung ausgebildet sein. Zur lokalen Reduktion der Strömungsgeschwindigkeit im Bypass-Kanal es gemäß einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung vorgesehen sein, dass an einem Fluideinlass des Bypass-Kanals ein Diffusor angeordnet ist.

Eine besonders einfache Partikelreduktionsvorrichtung kann insbesondere dadurch bereitgestellt werden, dass die Partikelauffangvorrichtung als Partikelauffangstufe innerhalb der Verteilereinheit, insbesondere innerhalb eines Fluidkanals beziehungsweise einer Fluidleitung ausgebildet ist. Vorzugweise weist die Partikelauffangstufe ein Abdeckelement auf und ist somit als Partikelauffangtasche ausgebildet, sodass die Partikel besonders vorteilhaft dauerhaft in der Partikelauffangtasche gehalten werden. Gemäß einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist die Partikelauffangrichtung in Strömungsrichtung eine Vielzahl an hintereinander angeordneten Partikelauffangstufen auf. Die somit gebildete im Wesentlichen treppenförmige Struktur ermöglicht das Auffangen der Partikel im Sinne einer Goldwaschrinne.

Es ist auch denkbar, dass die Partikelreduktionsvorrichtung als Zyklonabscheider ausgebildet ist. Ein derartiger Zyklonabscheider kann beispielsweise im Fluidausgleichsbehälter oder der Verteilerplatte integriert sein und nutzt die Zentrifugalkraft, damit sich Partikel im Medium am Boden des Fluidausgleichsbehälters oder der Verteilerplatte ablagern.

Zeichnungen

In den Zeichnungen sind der Erfindung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 ein erfindungsgemäßes Fahrzeug in einer schematischen Darstellung,

Figur 2 eine schematische Darstellung eines Thermomanagementmoduls,

Figuren 3, 4a-4c jeweils eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Partikelreduktionsvorrichtung.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In den verschiedenen Ausführungsvarianten erhalten gleiche Teile die gleichen Bezugszahlen.

Figur 1 zeigt ein Fahrzeug 10. Das Fahrzeug 10 ist ein Elektrofahrzeug und weist einen Elektromotor 16, alternativ eine Mehrzahl an Elektromotoren, zu einem Antrieb des Fahrzeugs 10 auf. Weiterhin weist das Fahrzeug 10 eine Akkueinheit 14, auch „Batteriepaket“ genannt, auf. Die Akkueinheit 14 kann aus einer oder mehreren geschlossenen Einheiten bestehen. Weiterhin weist das Fahrzeug 10 einen Kühlkreislauf 11 auf. Der Kühlkreislauf 11 weist ein Thermomanagementmodul 12 auf. Weiterhin weist der Kühlkreislauf 11 vorzugweise einen Wärmetauscher 18, auch „Kühler“ genannt, auf, der dazu vorgesehen ist, Wärme aus dem Kühlkreislauf 11 an Umgebungsluft abzugeben. Der Kühlkreislauf 11 weist vorzugweise einen weiteren Wärmetauscher 19 auf, der dazu vorgesehen ist, in zumindest einem Betriebszustand Wärme an eine Fahrgastzelle des Fahrzeugs 10 abzuführen. Der Kühlkreislauf 11 ist vorzugweise dazu vorgesehen, den zumindest einen Elektromotor 16 zu kühlen. Der Kühlkreislauf 11 ist vorzugweise dazu vorgesehen, die Akkueinheit 14 zu kühlen oder zu wärmen.

Das Thermomanagementmodul 12, auch „Temperaturmanagementeinheit“ genannt, ist dazu vorgesehen, die Komponenten des Kühlkreislaufs 11 miteinander zu verbinden. Der Kühlkreislauf 11 weist jeweils Fluidleitungen auf, die das Thermomanagementmodul 12 mit dem Elektromotor 16, der Akkueinheit 14, den Wärmetauschern 18, 19 und/oder weiteren Komponenten verbinden. Gemäß einer alternativen Ausgestaltung weist das Fahrzeug alternativ oder zusätzlich zu dem Elektromotor zumindest einen Verbrennungsmotor auf, der Teil des Kühlkreislaufs ist.

Die Zentralanschlussvorrichtung 12 weist eine Verteilereinheit 22 auch „Manifold“ genannt auf und ist dazu vorgesehen, einen Fluidfluss auf zumindest zwei Fluidkanäle aufzuteilen (nicht näher dargestellt). Die Verteilereinheit 22 ist dazu vorgesehen, einen Kühlmittelfluss vom Wärmetauscher 18 auf die weiteren Kühlkreislaufkomponenten, wie insbesondere den Elektromotor 16, die Akkueinheit 14 oder den weiteren Wärmetauscher 19 aufzuteilen. Vorzugweise weist das Thermomanagementmodul 12 einen Fluidausgleichsbehälter 40 oder einen Fluidausgleichstank auf. Der Fluidausgleichsbehälter 40 kann an der Verteilereinheit 22 befestigt sein. Vorzugweise weist der Fluidausgleichbehälter 40 zumindest einen Fluidauslass 101 auf.

Figur 2 zeigt ein derartiges Thermomanagementmodul 12 zur fluidtechnischen Kopplung von Komponenten eines Fahrzeugs, insbesondere eines Elektrofahrzeugs. Das Thermomanagementmodul 12 umfasst zumindest eine Verteilereinheit 22. Das Thermomanagementmodul 12 umfasst zumindest eine an der Verteilereinheit 22 angeordnete Komponentenschnittstelle 26 zur Befestigung einer Komponente 30. Vorzugwese weist jede Verteilereinheit 22 eine Mehrzahl an Komponentenschnittstellen 26 zur Aufnahme mehrerer Komponenten 30,32, insbesondere zur Aufnahme zumindest einer ersten Komponente 30 und zumindest einer zweiten Komponente 32 auf. Vorzugweise ist die zumindest eine erste Komponente als Fluidpumpe 30 und die zumindest zweite Komponente als Ventil 32 ausgebildet. Vorzugweise sind an einer Verteilereinheit 22 mehrere Pumpen 30 und mehrere Ventile 32 angeordnet und fluidisch mit dieser verbunden.

Die Komponentenschnittstelle 24 ist zu einem fluidtechnischen Anschließen einer oder mehrerer Komponenten, wie beispielsweise einer oder mehrerer Fluidpumpen 30, und/ oder einer/ oder mehrerer Ventile 32 an der Verteilereinheit 22 vorgesehen.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die Verteilereinheit 22 als hydraulische Verteilerplatte ausgebildet. Vorzugweise ist ein Fluidausgleichsbehälter 40 fluidisch mit der Verteilereinheit 22 verbunden ausgebildet. Vorzugweise ist der Fluidausgleichsbehälter 40 auf der Verteilereinheit 22 befestigt. Vorzugsweise weist die Verteilereinheit eine Mehrzahl an Fluidhandhabungselementen 36, insbesondere Fluidkanäle beziehungsweise Hydraulikleitungen auf. Vorzugweise weist die Verteilereinheit integrierte Fluidkanäle 24 auf, welche innerhalb des Gehäuses 50 der Verteilereinheit 22 angeordnet sind.

Erfindungsgemäß ist es nunmehr vorgesehen, dass die Verteilereinheit 22 und/oder der Fluidausgleichsbehälter 40 eine Partikelreduktionsvorrichtung 40 aufweisen.

In den Figuren 3, 4a, 4b und 4c sind mögliche Ausgestaltungen einer derartigen Partikelreduktionsvorrichtung 44 dargestellt. Die Partikelreduktionsvorrichtung 44 gemäß der in Figur 3 dargestellten Ausführungsform der Erfindung beruht auf dem Sedimentationsprinzip. Die Partikelreduktionsvorrichtung 44 weist eine Sedimentationskammer 55 mit einer Partikeldurchlassöffnung 56 auf.

Die Sedimentationskammer 56 kann ein Abdeckelement aufweisen, welches die Partikeldurchlassöffnung 56 aufweist. Vorzugweise ist die Sedimentationskammer 55 mit Ausnahme der Partikeldurchlassöffnungen als im Wesentlichen dichte Kammer ausgebildet. Partikel 60, die sich in der Flüssigkeit befinden, können durch die Partikeldurchlassöffnungen 56 in die Sedimentationskammer 55 einströmen und hier gehalten werden. Auf diese Weise können Partikel 60 besonders effizient aus der Flüssigkeit abgeschieden werden.

Die in Figur 3 dargestellte Sedimentationskammer 55 ist zweiteilig ausgebildet. Sie weist einen Grundabschnitt 70 und einen Abdeckabschnitt 72 auf. Der Abdeckabschnitt 72 ist dabei derart auf dem Grundabschnitt 70 angeordnet, dass eine im Wesentlichen geschlossene Sedimentationskammer 50 mit einem Innenraum 64 zur Aufnahme der Partikel 60 entsteht. Der Abdeckabschnitt 72 wird vorzugweise durch ein separates Abdeckelement 71 ausgebildet.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Sedimentationskammer 55 innerhalb eines Fluidhandhabungselementes 36, insbesondere innerhalb eines Fluidkanals der Verteilereinheit 22 angeordnet. Die Partikel 60 senken sich vorzugweise bei einem Stillstand der Komponenten 30, 32 aufgrund der Schwerkraft ab und gelangen so in die Sedimentationskammer 55. Figur 4a zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Gemäß der in Figur 4a dargestellten Ausführungsform der Erfindung weist zumindest ein, vorzugweise mehrere der Fluidhandhabungselemente 36 des Thermomanagementmoduls 12 eine Partikelauffangstufe 80 auf. Vorzugweise ist die Partikelauffangstufe 80 in einer Wandung des Fluidhandhabungselementes 36 angeordnet. Vorzugweise weist die Partikelauffangstufe 80 einen rampenförmigen ersten Abschnitt 82 und eine Fangwand 84 auf. Vorzugeise ist der erste Abschnitt 82 in Strömungsrichtung 100 abfallend ausgebildet. Vorzugweise ist die Fangwand 84 im Wesentlichen senkrecht zur Strömungsrichtung 100 ausgebildet. Vorzugweise befindet sich die Partikelauffangstufe 80 außerhalb der Hauptströmungsrichtung des Fluides. Vorzugweise weist die Partikelauffangstufe 80 der Partikelreduktionsvorrichtung 44 ein Abdeckelement 85 auf und bildet somit eine Partikelauffangtasche aus. Vorzugweise ist das Abdeckelement 85 als Verlängerung einer Kanalwandung des Fluidkanals ausgebildet. Vorzugweise ist die Partikelauffangstufe, beziehungsweise die Partikelauffangtasche in Scherkraftrichtung am Fluidhandhabungselement 36 angeformt. Aufgrund der höheren Masse der Partikel 60 können sich diese bei einer relativ langsamen Strömungsgeschwindigkeit in der Partikelauffangtasche ablagern und werden somit besonders vorteilhaft dem Fluidkreislauf entzogen. Vorzugweise ist die Partikelauffangtasche als Sedimentationskammer ausgebildet.

Figur 4b zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, gemäß welcher die Partikelreduktionsvorrichtung 34 innerhalb zumindest eines Fluidhandhabungselementes 36 angeordnet ist. Gemäß der in Figur 4b dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist die Partikelreduktionsvorrichtung 44 als Bypass- Kanal 90 eines der Fluidhandhabungselemente 36 ausgebildet. Gemäß der in Figur 4b dargestellten Ausführungsform der Erfindung weist der Bypass- Kanal 90 einen integrierten Partikelfilter 92 auf. Der Partikelfilter 92 hält dabei die Partikel 60 aus der durch den Bypass- Kanal strömenden Strömung zurück. Der Bypass-Kanal kann insbesondere als Sedimentationskanal ausgebildet sein.

In Figur 4c ist eine weitere Ausführungsform einer als Bypass- Kanal 90 ausgebildeten Partikelreduktionsvorrichtung 44 abgebildet. Innerhalb des Bypasskanals 90 sind Partikelauffangwandungen 94 angeordnet. Die Partikelauffangwandungen 94 sind als Partikelauffangrippen ausgebildet, wobei die Partikelauffangwandungen 94 vorzugweise unter einem Winkel von näherungsweise 45° zur Strömungsrichtung ausgerichtet sind. Gemäß der in Figur 4c dargestellten Ausführungsform der Erfindung sind die Partikelauffangwandungen 94 wechselseitig gegenüberliegend an Wandungen des Bypass-Kanals 90 angeordnet und bilden somit vorzugweise eine Labyrinthstruktur für die Partikel 60 aus. Die Strömung des Fluides wird durch die Partikelauffangwandungen 94 mehrfach umgelenkt. Im Bereich der Umlenkungen sind lokal Bereiche mit sehr geringer Strömungsgeschwindigkeit ausgebildet. Hier lagern sich vorzugweise die Partikel 90 ab. Der Bypasskanal 90 kann als Sedimentationskanal ausgebildet sein.

Es ist denkbar, dass der Bypass- Kanal 90 im Einströmungsbereich 98 einen Diffusor 99 zur Reduktion der Strömungsgeschwindigkeit der in den Bypass- Kanal 90 einströmenden Strömung aufweist.

Eine weitere, hier nicht dargestellte Ausführungsform der Erfindung kann dadurch bereitgestellt werden, dass die Partikelreduktionsvorrichtung 44 innerhalb des Fluidausgleichsbehälters 40 angeordnet ist. So ist es beispielsweise denkbar, dass die Partikelreduktionsvorrichtung 44 in einem Bereich des Thermomanagementmoduls 12 angeordnet ist, in welchem die Strömungsgeschwindigkeit besonders niedrig ist. Vorzugweise ist die Partikelreduktionsvorrichtung 44 an einem Fluidauslass 101 des Fluidausgleichsbehälters 40 angeordnet. Vorzugweise weist der Fluidausgleichsbehälter 40 eine Mehrzahl an Partikelauffangwandungen 94 auf. Vorzugweise erstrecken sich die Partikelauffangwandungen 94 im Wesentlichen senkrecht in den Innenraum des Fluidausgleichsbehälters 40. Vorzugweise sind die Partikelauffangwandungen 94 im Bereich des Fluidauslasses 101 des Fluidausgleichbehälters 40 angeordnet. Vorzugweise sind die durch die Partikelauffangwandungen 94 ausgebildeten Auffangkammern als Sedimentationskammern ausgebildet.