DE-102021006665-B4 - Kühlsystem mit Zentralventileinrichtung für ein Elektrofahrzeug und Elektrofahrzeug mit einem solchen Kühlsystem

Abstract

Kühlsystem (100) für ein Elektrofahrzeug (200) oder ein Hybridfahrzeug mit einem ersten Kühlmittelkreislauf (KK1) zur Kühlung von wenigstens einer elektrischen oder/und mechanischen Komponente (14), wobei der erste Kühlmittelkreislauf (KK1) eine erste Kühlmittelpumpe (16) und einen Kühler (18) aufweist; einem zweiten Kühlmittelkreislauf (KK2) zur Kühlung eines elektrischen Energiespeichers (20), insbesondere einer Hochvolt-Batterie, wobei der zweite Kühlmittelkreislauf (KK2) eine zweite Kühlmittelpumpe (22) aufweist; und einem dritten Kühlmittelkreislauf (KK3) zur Konditionierung des elektrischen Energiespeichers (20), wobei der dritte Kühlmittelkreislauf (KK3) einen Chiller (24), aufweist, der mit einer Kälteanlage (26) des Elektrofahrzeugs in thermischer Wirkverbindung steht, und ein Zusatzheizmodul (28) aufweist; einer Zentralventileinrichtung (12), die mit jedem Kühlmittelkreislauf (KK1, KK2, KK3) in Wirkverbindung steht; wobei jeder Kühlmittelkreislauf (KK1, KK2, KK3) wenigstens einen jeweiligen Kühlmittelvorlauf (KVx) aufweist, der an der Zentralventileinrichtung (12) beginnt, und wenigstens einen jeweiligen Kühlmittelrücklauf (KRx) aufweist, der an der Zentralventileinrichtung (12) endet, wobei die Zentralventileinrichtung (12) in mehrere Schaltstellungen (I-VII) einstellbar ist, wobei in jeder Schaltstellung (I-VII) wenigstens ein Kühlmittelrücklauf (KRx) von jedem Kühlmittelkreislauf (KK1, KK2, KK3) mit wenigstens einem der Kühlmittelvorläufe (KVx) in Verbindung steht, wobei die Zentralventileinrichtung (12) in einer ersten Schaltstellung (I) folgende Verbindungen herstellt: Kühlmittelrücklauf (KR1) des ersten Kühlmittelkreislaufs (KK1) mit dem Kühlmittelvorlauf (KV2) des zweiten Kühlmittelkreislaufs (KK2); Kühlmittelrücklauf (KR2) des zweiten Kühlmittelkreislaufs (KK2) mit einem Chiller-Kühlmittelvorlauf (KVC) und einem Zusatzheizer-Kühlmittelvorlauf (KVH) des dritten Kühlmittelkreislaufs (KK3); Kühlmittelrücklauf (KR3) des dritten Kühlmittelkreislaufs (KK3) mit dem Kühlmittelvorlauf (KV1) des ersten Kühlmittelkreislaufs (KK1).

Inventors

• Philipp Grießl
• Michael Lenz

Assignees

• AUDI AKTIENGESELLSCHAFT

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20210419

Claims (14)

1. Kühlsystem (100) für ein Elektrofahrzeug (200) oder ein Hybridfahrzeug mit einem ersten Kühlmittelkreislauf (KK1) zur Kühlung von wenigstens einer elektrischen oder/und mechanischen Komponente (14), wobei der erste Kühlmittelkreislauf (KK1) eine erste Kühlmittelpumpe (16) und einen Kühler (18) aufweist; einem zweiten Kühlmittelkreislauf (KK2) zur Kühlung eines elektrischen Energiespeichers (20), insbesondere einer Hochvolt-Batterie, wobei der zweite Kühlmittelkreislauf (KK2) eine zweite Kühlmittelpumpe (22) aufweist; und einem dritten Kühlmittelkreislauf (KK3) zur Konditionierung des elektrischen Energiespeichers (20), wobei der dritte Kühlmittelkreislauf (KK3) einen Chiller (24), aufweist, der mit einer Kälteanlage (26) des Elektrofahrzeugs in thermischer Wirkverbindung steht, und ein Zusatzheizmodul (28) aufweist; einer Zentralventileinrichtung (12), die mit jedem Kühlmittelkreislauf (KK1, KK2, KK3) in Wirkverbindung steht; wobei jeder Kühlmittelkreislauf (KK1, KK2, KK3) wenigstens einen jeweiligen Kühlmittelvorlauf (KVx) aufweist, der an der Zentralventileinrichtung (12) beginnt, und wenigstens einen jeweiligen Kühlmittelrücklauf (KRx) aufweist, der an der Zentralventileinrichtung (12) endet, wobei die Zentralventileinrichtung (12) in mehrere Schaltstellungen (I-VII) einstellbar ist, wobei in jeder Schaltstellung (I-VII) wenigstens ein Kühlmittelrücklauf (KRx) von jedem Kühlmittelkreislauf (KK1, KK2, KK3) mit wenigstens einem der Kühlmittelvorläufe (KVx) in Verbindung steht, wobei die Zentralventileinrichtung (12) in einer ersten Schaltstellung (I) folgende Verbindungen herstellt: Kühlmittelrücklauf (KR1) des ersten Kühlmittelkreislaufs (KK1) mit dem Kühlmittelvorlauf (KV2) des zweiten Kühlmittelkreislaufs (KK2); Kühlmittelrücklauf (KR2) des zweiten Kühlmittelkreislaufs (KK2) mit einem Chiller-Kühlmittelvorlauf (KVC) und einem Zusatzheizer-Kühlmittelvorlauf (KVH) des dritten Kühlmittelkreislaufs (KK3); Kühlmittelrücklauf (KR3) des dritten Kühlmittelkreislaufs (KK3) mit dem Kühlmittelvorlauf (KV1) des ersten Kühlmittelkreislaufs (KK1).
2. Kühlsystem (100) nach Anspruch 1 , wobei alle Schaltstellungen (I-VII) der Kühlmittelkreisläufe (KK1, KK2, KK3) einzig mittels Verstellung der Zentralventileinrichtung (12) einstellbar sind.
3. Kühlsystem (100) nach Anspruch 2 , wobei die Zentralventileinrichtung (12) je nach Schaltstellung (I-VII) als Mischventil oder/und Umschaltventil für einen betreffenden Kühlmittelkreislauf (KK1, KK2, KK3) wirkt.
4. Kühlsystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Kühlmittelkreislauf (KK1) einen stromabwärts von der ersten Kühlmittelpumpe (16) und stromaufwärts von dem Kühler (18) abzweigenden Bypassabschnitt (36) aufweist, der an der Zentralventileinrichtung (12) endet und einen Bypass-Kühlmittelrücklauf (KRB) des ersten Kühlmittelkreislaufs (KK1) zu der Zentralventileinrichtung (12) bildet.
5. Kühlsystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Kühlmittelkreislauf (KK1) einen stromabwärts von der ersten Kühlmittelpumpe (16) und stromaufwärts von der zu kühlenden antriebsseitigen Komponente (14) abzweigenden Zusatzabschnitt (40) aufweist, der an der Zentralventileinrichtung (12) endet und einen Zusatz-Kühlmittelrücklauf (KRZ) des ersten Kühlmittelkreislaufs (KK1) bildet.
6. Kühlsystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im ersten Kühlmittelkreislauf (KK1) stromaufwärts von der ersten Kühlmittelpumpe (16) eine erste Luftabscheidungsvorrichtung (34) angeordnet ist, die mit einem Ausgleichsbehälter (30) verbunden ist.
7. Kühlsystem (100) nach Anspruch 6 , wobei im zweiten Kühlmittelkreislauf (KK2) stromaufwärts von der zweiten Kühlmittelpumpe (22) eine Ausgleichsleitung (46) abzweigt, die mit dem Ausgleichsbehälter (30) verbunden ist.
8. Kühlsystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der dritte Kühlmittelkreislauf (KK3) den Chiller-Kühlmittelvorlauf (KVC) und den Zusatzheizer-Kühlmittelvorlauf (KVH) aufweist, die strömungstechnisch parallel zueinander angeordnet sind und die je nach Schaltstellung der Zentralventileinrichtung (12) einzeln oder gemeinsam die Funktion des Kühlmittelvorlaufs (KV3) des dritten Kühlmittelkreislaufs (KK3) bilden.
9. Kühlsystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Kühlmittelkreislauf (KK2) einen Lade-Kühlmittelvorlauf (KVL) aufweist, der strömungstechnisch parallel zur zweiten Kühlmittelpumpe (22) angeordnet ist.
10. Kühlsystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Kühlmittelpumpe (16) und die zweite Kühlmittelpumpe (22) mittels der Zentralventileinrichtung (12) strömungstechnisch parallel zueinander schaltbar sind.
11. Kühlsystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zentralventileinrichtung (12) in einer zweiten Schaltstellung (II) folgende Verbindungen herstellt: Kühlmittelrücklauf (KR1) des ersten Kühlmittelkreislaufs (KK1) mit dem Kühlmittelvorlauf (KV1) des ersten Kühlmittelkreislaufs (KK1); Kühlmittelrücklauf (KR2) des zweiten Kühlmittelkreislaufs (KK2) mit dem Kühlmittelvorlauf (KV3, KVC) des dritten Kühlmittelkreislaufs (KK3); Kühlmittelrücklauf (KR3) des dritten Kühlmittelkreislaufs (KK3) mit dem Kühlmittelvorlauf (KV2) des zweiten Kühlmittelkreislaufs (KK2).
12. Kühlsystem (100) nach Anspruch 11 , wobei die Zentralventileinrichtung (12) in der zweiten Schaltstellung (II) folgende Verbindung herstellt: Bypass-Kühlmittelrücklauf (KRB) des ersten Kühlmittelkreislaufs (KK1) mit dem Kühlmittelvorlauf (KV1) des ersten Kühlmittelkreislaufs (KK1), wobei Kühlmittel aus dem Kühlmittelrücklauf (KR1) des ersten Kühlmittelkreislaufs (KK1) und dem Bypass-Kühlmittelrücklauf (KRB) gemischt werden oder wobei Kühlmittel nur über den Bypass-Kühlmittelrücklauf (KRB) geleitet wird.
13. Kühlsystem (100) nach Anspruch 8 , wobei die Zentralventileinrichtung (12) in einer dritten Schaltstellung (III) folgende Verbindungen herstellt: Zusatz-Kühlmittelrücklauf (KRZ) des ersten Kühlmittelkreislaufs (KK1) mit dem Lade-Kühlmittelvorlauf (KVL) des zweiten Kühlmittelkreislaufs (KK2); Kühlmittelrücklauf (KR2) des zweiten Kühlmittelkreislaufs (KK2) mit dem Kühlmittelvorlauf (KV3, KVC) des dritten Kühlmittelkreislaufs (KK3); Kühlmittelrücklauf (KR3) des dritten Kühlmittelkreislaufs (KK3) mit dem zu dem Lade-Kühlmittelvorlauf (KVL) parallelen Kühlmittelvorlauf (KV2) des zweiten Kühlmittelkreislaufs (KK2); Kühlmittelrücklauf (KR3) des dritten Kühlmittelkreislaufs (KK3) mit dem Kühlmittelvorlauf (KV1) des ersten Kühlmittelkreislaufs (KK1).
14. Elektrofahrzeug (200) mit einem Kühlsystem (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kühlsystem für ein Elektrofahrzeug oder ein Hybridfahrzeug mit einem ersten Kühlmittelkreislauf zur Kühlung von wenigstens einer elektrischen oder/und mechanischen Komponente, wobei der erste Kühlmittelkreislauf eine erste Kühlmittelpumpe und einen Kühler aufweist; einem zweiten Kühlmittelkreislauf zur Kühlung eines elektrischen Energiespeichers, insbesondere einer Hochvolt-Batterie, wobei der zweite Kühlmittelkreislauf eine zweite Kühlmittelpumpe aufweist; einem dritten Kühlmittelkreislauf zur Konditionierung des elektrischen Energiespeichers, wobei der dritte Kühlmittelkreislauf einen Wärmeübertrager, insbesondere Chiller, aufweist, der mit einer Kälteanlage des Elektrofahrzeugs in thermischer Wirkverbindung steht, oder/und ein Zusatzheizmodul aufweist. Ein Kühlsystem gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 ist aus der DE 10 2020 123 900 A1 bekannt. Zum technischen Hintergrund wird beispielhaft auf die Dokumente DE 10 2018 111 563 A1, DE 10 2019 107 190 A1, DE 10 2015 215 164 A1 und US 2017 / 0 152 957 A1 hingewiesen, aus denen verschiedene andersartig aufgebaute Kühlsysteme für Kraftfahrzeuge bekannt sind. Im Kühlmittelkreislauf von elektrischen Fahrzeugen werden üblicherweise Misch- und Umschaltventile mit jeweils maximal vier Anschlüssen verbaut. Derartige Ventile werden verwendet, um den Volumenstrom von Kühlmittel nach Bedarf auf die verschiedenen zu kühlenden Komponenten aufzuteilen. Die sich hieraus ergebenden Topologien von Kühlmittelkreisläufen sind dezentral und aufgrund des Einsatzes von unterschiedlichen Ventilen stark verzweigt. Für zusätzliche Funktionalitäten bzw. Verschaltungen sind bei bekannten Kühlmittelkreisläufen zusätzliche Ventile, wie beispielsweise Rückschlagventile, erforderlich, Dies führt zu einer erhöhten Komplexität und höheren Kosten, insbesondere auch aufgrund eines höheren Entwicklungs- und Montageaufwands. Ferner wird durch den Einsatz zusätzlicher Ventile mehr Bauraum benötigt. Ferner ergeben sich aufgrund der vielfachen Verbindungen von Schläuchen mit den unterschiedlichen Ventilen höhere Druckverluste im Kühlmittelkreislauf, was zu einer größeren Leistungsaufnahme an der Kühlmittelpumpe führt, so dass mehr (elektrische) Energie verbraucht wird, was sich insbesondere bei einem Elektrofahrzeug nachteilig auf die Reichweite auswirkt. Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird darin gesehen, ein Kühlsystem mit verbesserter Topologie anzugeben, bei dem die obigen Nachteile vermieden werden können. Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Kühlsystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Kühlsystem. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben. Vorgeschlagen wird also ein Kühlsystem für ein Elektrofahrzeug oder ein Hybridfahrzeug miteinem ersten Kühlmittelkreislauf zur Kühlung von wenigstens einer elektrischen oder/und mechanischen Komponente, wobei der erste Kühlmittelkreislauf eine erste Kühlmittelpumpe und einen Kühler aufweist;einem zweiten Kühlmittelkreislauf zur Kühlung eines elektrischen Energiespeichers, insbesondere einer Hochvolt-Batterie, wobei der zweite Kühlmittelkreislauf eine zweite Kühlmittelpumpe aufweist;einem dritten Kühlmittelkreislauf zur Konditionierung des elektrischen Energiespeichers, wobei der dritte Kühlmittelkreislauf einen Wärmeübertrager, insbesondere Chiller, aufweist, der mit einer Kälteanlage des Elektrofahrzeugs in thermischer Wirkverbindung steht, oder/und ein Zusatzheizmodul aufweist; undeiner Zentralventileinrichtung, die mit jedem Kühlmittelkreislauf in Wirkverbindung steht.Dabei ist vorgesehen, dass jeder Kühlmittelkreislauf wenigstens einen jeweiligen Kühlmittelvorlauf aufweist, der an der Zentralventileinrichtung beginnt, und wenigstens einen jeweiligen Kühlmittelrücklauf aufweist, der an der Zentralventileinrichtung endet, und dass die Zentralventileinrichtung in mehrere Schaltstellungen einstellbar ist, wobei in jeder Schaltstellung wenigstens ein Kühlmittelrücklauf von jedem Kühlmittelkreislauf mit wenigstens einem der Kühlmittelvorläufe in Verbindung steht. Ein solches Kühlsystem weist eine Topologie auf, die von der Zentralventileinrichtung ausgeht, so dass auf eine Vielzahl einzelner Ventile verzichtet werden kann. Dies ermöglicht eine direkte Verbindung von allen zu kühlenden Komponenten der Zentralventileinrichtung. Durch diese direkte Verbindung können Druckverluste im Vergleich mit bekannten Kühlsystemen reduziert werden, so dass bei gleicher Leistungsaufnahme höhere Kühlmittel-Volumenströme erreicht werden können. Eine im ersten Kühlmittelkreislauf enthaltene elektrische und/oder mechanische Komponente kann beispielsweise eine antriebsseitige Komponente (wie beispielsweise ein Elektromotor) oder eine elektrische Ladeeinrichtung oder ein Stromwandler oder ein Getriebe oder dergleichen sein. Der angesprochene Kühler kann beispielsweise ein Niedertemperaturkühler sein. Bei dem Kühlsystem k