DE102008046744A1 - Thermisches Management für HLK und Batterie eines Kraftfahrzeugs - Google Patents
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Abstract
Ein System eines thermischen Managements für HLK und Batterie für ein Kraftfahrzeug mit einem HLK-Teil und einem Batterieteil sowie ein Betriebsverfahren werden offenbart. Der HLK-Teil kann eine Hauptkammer, einen in der Hauptkammer angeordneten Verdampfer, eine sich über einen Teil der Hauptkammer stromabwärts des Verdampfers erstreckende Heizvorrichtung sowie einen Batteriekanal aufweisen, der sich von der Hauptkammer benachbart zu der Heizvorrichtung erstreckt und in Fluidverbindung mit der Hauptkammer sowohl stromaufwärts als auch stromabwärts der Heizvorrichtung steht. Der Batterieteil kann einen mit dem Batteriekanal in Fluidverbindung stehenden Batteriesatz, ein Batteriekühlventil, das in dem Batteriekanal angeordnet und konfiguriert ist, einen Fluidstrom von der Hauptkammer zwischen dem Verdampfer und der Heizvorrichtung selektiv zuzulassen, und ein Batterieheizventil aufweisen, das in dem Batteriekanal angeordnet und konfiguriert ist, einen Fluidstrom von der Hauptkammer stromabwärts der Heizvorrichtung selektiv zuzulassen.
Description
- HINTERGRUND DER ERFINDUNG
- Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen ein Kraftfahrzeug mit einem Heizungs-, Lüftungs- und Klima-(HLK)System und einem luftgekühlten/-erwärmten Batteriesatz.
- Einige moderne Kraftfahrzeuge werden von Elektromotoren angetrieben, sei es ein Hybridelektrokraftfahrzeug, ein reines Elektrokraftfahrzeug oder irgendein anderer ähnlicher Kraftfahrzeugtyp. Diese Kraftfahrzeuge weisen Batteriesätze zum Speichern einer elektrischen Ladung auf, die zum Antrieb des Motors verwendet wird. Es kann sich eine beträchtliche Menge an Energieströmen in den Batteriesatz hinein und heraus ereignen, die die Temperatur des Batteriesatzes über Pegel hinaus ansteigen lassen können, die wünschenswert sind. Auch arbeiten die Batterien besser, wenn sie oberhalb eines bestimmten Niedertemperaturbereiches sind. Folglich verwenden einige dieser Kraftfahrzeuge verschiedene Techniken zum Kühlen und Erwärmen des Batteriesatzes. Angesichts der Zusatzkosten und Komplexität der Kühlung eines Batteriesatzes ist es daher wünschenswert, diesen auf die möglichst effizienteste und kostengünstigste Art und Weise zu kühlen und zu erwärmen.
- Des Weiteren ist es bei diesen Kraftfahrzeugen manchmal wünschenswert, die Fahrgastzelle zu erwärmen, während die Batterie gekühlt wird und umgekehrt. Daher können Systeme vom Stand der Technik ein vollständiges zusätzliches HLK-System speziell zum Erwärmen und Kühlen des Bat teriesatzes verwenden. Es ist wünschenswert, derartige zusätzliche HLK-Systeme zu reduzieren oder zu beseitigen, die zum Erwärmen und Kühlen des Batteriesatzes verwendet werden, da diese separaten HLK-Systeme die Kosten und das Gewicht erhöhen und Unterbringungsprobleme bei diesen Kraftfahrzeugen erzeugen können.
- Auch kann der Nur-Batteriestrom-Bereich für diese Kraftfahrzeuge aufgrund von Energie, die zum Erwärmen oder Kühlen der Fahrgastzelle benötigt wird, reduziert werden. Daher ist es wünschenswert, effizientere Möglichkeiten zu finden, auch die Fahrgastzelle des Kraftfahrzeugs zu erwärmen und zu kühlen.
- ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
- Eine Ausführungsform zieht ein System eines thermischen Managements für HLK und Batterie für ein Kraftfahrzeug in Erwägung, das einen HLK-Teil und einen Batterieteil aufweist. Der HLK-Teil kann eine Hauptkammer mit einem Außenlufteinlass und einem Umlufteinlass, einen HLK-Lüfter, einen in der Hauptkammer angeordneten Verdampfer, eine sich über einen Teil der Hauptkammer stromabwärts des Verdampfers erstreckende Heizvorrichtung, einen Batteriekanal, der sich von der Hauptkammer benachbart zu der Heizvorrichtung erstreckt und in Fluidverbindung mit der Hauptkammer sowohl stromaufwärts als auch stromabwärts der Heizvorrichtung steht, ein Bypass-/Absperrventil benachbart zu der Heizvorrichtung und ein Temperatursteuer- und Absperrventil aufweisen, das in der Hauptkammer stromabwärts der Heizvorrichtung und stromabwärts des Batteriekanals angeordnet ist. Der Batterieteil kann einen mit dem Batteriekanal in Fluidverbindung stehenden Batteriesatz, ein Batteriekühlventil, das in dem Batteriekanal angeordnet und konfiguriert ist, einen Fluidstrom von der Hauptkammer zwischen dem Verdampfer und der Heizvorrichtung selektiv zuzulassen, ein Batterieheizventil, das in dem Batteriekanal angeordnet und konfiguriert ist, einen Fluidstrom von der Hauptkammer stromabwärts der Heizvorrichtung selektiv zuzulassen, und einen Druckentlastungskanal aufweisen, der in Fluidverbindung mit dem Batteriesatz und selektiv in Fluidverbindung mit der Atmosphäre außerhalb des Kraftfahrzeugs steht.
- Eine Ausführungsform zieht ein System eines thermischen Managements für HLK und Batterie für ein Kraftfahrzeug in Erwägung, das einen HLK-Teil und einen Batterieteil aufweist. Der HLK-Teil kann eine Hauptkammer, einen HLK-Lüfter, einen in der Hauptkammer angeordneten Verdampfer, eine sich über einen Teil der Hauptkammer stromabwärts des Verdampfers erstreckende Heizvorrichtung sowie einen Batteriekanal aufweisen, der sich von der Hauptkammer benachbart zu der Heizvorrichtung erstreckt und in Fluidverbindung mit der Hauptkammer stromaufwärts der Heizvorrichtung steht. Der Batterieteil kann einen mit dem Batteriekanal in Fluidverbindung stehenden Batteriesatz, ein Batteriekühlventil, das in dem Batteriekanal angeordnet und konfiguriert ist, einen Fluidstrom von der Hauptkammer zwischen dem Verdampfer und der Heizvorrichtung selektiv zuzulassen, und einen Druckentlastungskanal aufweisen, der in Fluidverbindung mit dem Batteriesatz und selektiv in Fluidverbindung mit der Atmosphäre außerhalb des Kraftfahrzeugs steht.
- Eine Ausführungsform zieht ein Verfahren zum Erwärmen und Kühlen eines Batteriesatzes eines Kraftfahrzeugs in Erwägung, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Ziehen von Luft durch einen Verdampfer in einer Hauptkammer eines HLK-Moduls; selektives Strömen von Luft durch eine Heizvorrichtung in der Hauptkammer stromabwärts des Verdampfers; selektives Strömen von Luft von zwischen dem Verdampfer und der Heizvorrichtung durch einen Batteriekanal zu einem Batteriesatz; se lektives Strömen von Luft von stromabwärts der Heizvorrichtung durch den Batteriekanal zu dem Batteriesatz; und selektives Strömen von Luft von dem Batteriesatz durch einen Kanal zu einem Bauteil der Bauteile Karosseriedruckentlastungsöffnung und Fahrgastzelle.
- Ein Vorteil einer Ausführungsform besteht darin, dass das HLK-Modul des Kraftfahrzeugs nicht nur verwendet wird, um die Fahrgastzelle zu erwärmen und zu kühlen, sondern auch den Batteriesatz. Somit wird kein weiteres zusätzliches HLK-System zum Erwärmen und Kühlen des Batteriesatzes benötigt. Man kann, falls gewünscht, eine zusätzliche Heizung in dem Batteriesatz verwenden, oder nur die Erwärmung von dem HLK-System verwenden. Ferner ist keine zusätzliche Filtrierung oder Wasserabscheidung für ein Erwärmen und Kühlen des Batteriesatzes erforderlich, da das HLK-Modul diese Funktionen für beides erledigt.
- Ein Vorteil einer Ausführungsform besteht darin, dass gleichzeitige Fahrgastzellenerwärmung und Batteriekühlung und umgekehrt erzielt werden kann, auch wenn kein separates Batterie-HLK-System verwendet wird.
- Ein Vorteil einer Ausführungsform besteht darin, dass die Fahrgastzelle und die Batterie vorkonditioniert (d. h. eine wünschenswertere Temperatur erzielt) werden können, bevor Insassen das Kraftfahrzeug betreten. Diese Vorkonditionierung kann durch einen Schlüsselanhänger aktiviert werden, oder sie kann automatisch aktiviert werden, während das Kraftfahrzeug an eine Steckdose angeschlossen ist, um den Batteriesatz aufzuladen. Die Vorkonditionierung kann besonders nützlich sein, wenn das Kraftfahrzeug an eine Steckdose angeschlossen ist und lädt, während das Kraftfahrzeug in einer heißen Umgebung abgestellt ist (z. B. an einem heißen Tag in der Sonne geparkt), da die Vorkonditionierung die Batterieleistung und Batterielebensdauer erhöhen kann. Die Vorkonditionierung kann entweder nur mit Frischluftumwälzung oder mit Betrieb der Klimaanlage erreicht werden, um die Luft in dem Kraftfahrzeug weiter zu kühlen und von Feuchtigkeit zu befreien.
- Ein Vorteil einer Ausführungsform besteht darin, dass Luft, die durch das Strömen durch den Batteriesatz erwärmt wird, in die Fahrgastzelle geleitet werden kann, um in der Fahrgastzelle einen Unterdruck zu vermeiden und ein zusätzliches Beheizen der Fahrgastzelle bereitzustellen, wenn gewünscht. Zusätzliches Beheizen kann ermöglichen, dass weniger Energie aus dem Batteriesatz für ein HLK-Beheizen der Fahrgastzelle während des Kraftfahrzeugbetriebs erforderlich ist, wodurch der Nur-Elektrobereich des Kraftfahrzeugs erhöht wird.
- KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
1 ist eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs gemäß einer ersten Ausführungsform. -
2 ist eine schematische Darstellung eines Systems eines thermischen Managements für HLK und Batterie gemäß der ersten Ausführungsform. -
3 ist eine schematische Darstellung eines Systems eines thermischen Managements für HLK und Batterie gemäß einer zweiten Ausführungsform. -
4 ist eine schematische Ansicht ähnlich3 , die ein Beispiel für einen Luftstrompfad bei einem Batterieheizmodus zeigt. -
5 ist eine schematische Ansicht ähnlich3 , die ein weiteres Beispiel für einen Luftstrompfad bei einem Batterieheizmodus zeigt. -
6 ist eine schematische Ansicht ähnlich3 , die ein weiteres Beispiel für einen Luftstrompfad bei einem Batterieheizmodus zeigt. -
7 ist eine schematische Ansicht ähnlich3 , die ein weiteres Beispiel für einen Luftstrompfad bei einem Batterieheizmodus zeigt. -
8 ist eine schematische Darstellung eines Systems eines thermischen Managements für HLK und Batterie gemäß einer dritten Ausführungsform. -
9 ist eine schematische Darstellung eines Systems eines thermischen Managements für HLK und Batterie gemäß einer vierten Ausführungsform. -
10 ist eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs gemäß einer fünften Ausführungsform. - AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
- Auf
1 bis2 Bezug nehmend wird ein Kraftfahrzeug, das allgemein mit20 bezeichnet ist, mit einer Fahrgastzelle21 gezeigt. Das Kraftfahrzeug kann zum Beispiel ein Elektrokraftfahrzeug, ein Hybridelektrokraftfahrzeug, ein Plug-In-Hybridelektrokraftfahrzeug oder ein Brennstoffzel len-Kraftfahrzeug sein. Das Kraftfahrzeug20 weist ein System22 eines thermischen Managements für Heizung, Lüftung und Klima (HLK) und Batterie auf. Dieses System22 eines thermischen Managements weist einen HLK-Teil24 und einen Batterieteil26 auf. - Der HLK-Teil
24 weist ein HLK-Modul28 auf, das in Verbindung mit einem HLK-Controller30 steht (die Verbindungslinien sind durch gestrichelte Linien angezeigt) und von diesem gesteuert wird. Das HLK-Modul28 weist einen Außenlufteinlass32 , in den Luft aus der Atmosphäre in das Kraftfahrzeug gezogen werden kann (typischerweise der Kraftfahrzeugwindlauf, wie durch Pfeil33 angezeigt) und einen Umlufteinlass34 auf, in den Luft aus der Fahrgastzelle21 gezogen wird. Die zwei Einlässe32 ,34 stehen selektiv mit einer Hauptkammer36 in Fluidverbindung, wobei ein Frisch-/Umluftventil38 einen Teil oder den ganzen Luftstrom zwischen den Einlässen32 ,34 und der Hauptkammer36 selektiv blockiert. Die Position des Luftventils38 kann von dem HLK-Controller30 gesteuert werden. Ein HLK-Lüfter40 ist in die Hauptkammer36 eingebaut und kann von dem Controller30 gesteuert werden, um zu veranlassen, dass Luft durch die Hauptkammer36 strömt. - Ein Verdampfer
42 ist eingebaut und erstreckt sich über die Breite der Hauptkammer36 stromabwärts des HLK-Lüfters40 und kann mit einem verbleibenden Teil einer Klimaanlage auf herkömmliche Weise verbunden sein. Stromabwärts des Verdampfers42 spaltet sich ein Batteriekanal44 von der Hauptkammer36 ab. Benachbart zu einem Eingang46 des Batteriekanals44 befinden sich ein Heizungswärmetauscher48 und eine zusätzliche Heizvorrichtung50 . Die Heizvorrichtungen48 ,50 erstrecken sich nur einen Teil des Weges über die Breite der Hauptkammer36 . Der Heizungswärmetauscher48 kann mit einer Maschinenkühlmittelanlage auf herkömmliche Weise verbunden sein, und die zusätzliche Heizvorrichtung50 kann elektrisch betrieben sein. - Ein Bypass-/Absperrventil
52 befindet sich benachbart zu den Heizvorrichtungen48 ,50 und erstreckt sich selektiv über den Rest der Breite der Hauptkammer36 . Die Position dieses Ventils52 bestimmt, ob ein Luftstrom durch die Heizvorrichtungen48 ,50 geleitet wird oder um diese herum strömen kann, bevor er in einen Fahrgastzellen-Luftverteilungsteil54 des HLK-Moduls28 strömt. Ein Temperatursteuer- und Absperrventil56 ist stromabwärts der Heizvorrichtungen48 ,50 und des Batteriekanals44 angeordnet. Die Position dieses Ventils52 bestimmt, ob es Luft, die durch die Heizvorrichtungen48 ,50 strömt, gestattet wird, in den Fahrgastzellen-Luftverteilungsteil54 zu strömen, oder sie in den Batteriekanal44 geleitet wird. Ein Batteriekühlventil58 und ein Batterieheizventil60 sind in dem Batteriekanal44 genau stromabwärts des Eingangs46 angeordnet. Die Position des Batteriekühlventils58 bestimmt, ob es Luft, die aus dem Verdampfer42 strömt, gestattet wird, in den Batteriekanal44 zu strömen, und die Position des Batterieheizventils60 bestimmt, ob es Luft, die aus den Heizvorrichtungen48 ,50 strömt, gestattet wird, in den Batteriekanal44 zu strömen. - Der Batteriekanal
44 des Batterieteils26 erstreckt sich zu einem Eingang64 zu einem Batteriesatz66 . Luft, die durch den Batteriekanal44 strömt, wird durch den Batteriesatz66 zu einem Batteriesatzausgang68 geleitet, der mit einem Druckentlastungskanal70 verbunden ist, der seinerseits mit einer Karosseriedruckentlastungsöffnung72 verbunden ist. Die Karosseriedruckentlastungsöffnung72 ist eine Einweg-Entlüftungsöffnung, die zulässt, dass Luft von dem Druckentlastungskanal70 zu der Atmosphäre außerhalb des Kraftfahrzeugs20 strömt (wie durch Pfeil73 angezeigt), wenn sich der Luftdruck in dem Druckentlastungskanal70 um ei nen bestimmten Betrag oberhalb des atmosphärischen Drucks befindet, lässt aber keine Luft durch die Öffnung72 in den Druckentlastungskanal70 strömen. Der Batterieteil26 kann ferner einen Batteriesatz-Controller74 aufweisen, der in Verbindung mit dem HLK-Controller und einem Steckerladegerät76 steht. -
3 bis7 zeigen eine zweite Ausführungsform. Da diese Ausführungsform der ersten ähnelt, werden gleiche Bezugszeichen für gleiche Elemente verwendet, jedoch Zahlen der 100er Reihe verwendet. Die Fähigkeit des Batteriesatzes166 , einen Luftstrom aus dem HLK-Modul128 durch den Batteriekanal144 zu empfangen, wobei die Ventile138 ,152 ,156 ,158 ,160 den Luftstrom leiten, und der Verdampfer142 und die Heizvorrichtungen148 ,150 die Luft kühlen/erwärmen, ist im Wesentlichen dieselbe wie bei der ersten Ausführungsform. Das HLK-Modul128 zieht immer noch Luft durch den Außenlufteinlass132 und/oder den Umlufteinlass134 herein und kann selektiv Luft in den Fahrgastzellen-Luftverteilungsteil154 ablassen. Der Batteriesatz ist ferner immer noch mit der Karosseriedruckentlastungsöffnung172 über den Druckentlastungskanal170 verbunden. - Die zweite Ausführungsform fügt einige Merkmale hinzu, um die Flexibilität des Systems
122 eines thermischen Managements für HLK und Batterie zu erhöhen. Ein Batterie-zur-Fahrgastzelle-Luftumwälzungskanal178 ist hinzugefügt, der den Druckentlastungskanal170 und die Fahrgastzelle121 verbindet. Ferner verbindet ein Batterie-Luftumwälzungskanal180 den Batterie-zur-Fahrgastzelle-Luftumwälzungskanal178 mit dem Batteriekanal144 . Ein Batterie-Luftumwälzungsventil186 ist an der Kreuzungsstelle des Batterie-zur-Fahrgastzelle-Umwälzungskanals178 und des Batterie-Luftumwälzungskanals180 angeordnet. Dieses Ventil186 leitet selektiv einen Luftstrom in den Batterie-Luftumwälzungskanal180 oder in die Fahrgastzelle121 . Ein optionaler Batterielüfter182 ist in dem Batteriekanal144 stromaufwärts des Batteriesatzes166 angeordnet, um den HLK-Lüfter140 zu ergänzen oder einen Luftstrom bereitzustellen, wenn eine Batterieluftumwälzung (nachstehend erörtert) gewünscht ist. Ferner ist eine optionale Batterieheizvorrichtung184 in dem Batteriesatz166 angeordnet, um Wärme von den Heizvorrichtungen148 ,150 zu ergänzen oder Wärme bereitzustellen, wenn eine Batterieluftumwälzung und Batterieerwärmung gewünscht ist. -
4 zeigt einen Luftstrompfad, der verwendet werden kann, während das Kraftfahrzeug120 zum Laden der Batterie an eine Steckdose angeschlossen ist, wenn es wünschenswert ist, den Batteriesatz166 während des Ladens zu erwärmen. Die Pfeile zeigen den Luftstrom in dem gewünschten Luftstrompfad. In diesem Batterieheizmodus ist das Frisch-/Umluftventil138 positioniert, Luft aus der Fahrgastzelle121 umzuwälzen. Der HLK-Lüfter140 treibt Luft durch den Verdampfer142 (bevorzugt ohne dass ein gekühltes Kühlmittel durch ihn fließt). Wenn das Bypass-/Absperrventil152 , das Temperatursteuer- und Absperrventil156 und das Batteriekühlventil158 geschlossen sind und das Batterieheizventil160 offen ist, wird Luft durch den Heizungswärmetauscher148 und die zusätzliche Heizvorrichtung150 getrieben. Da dies ein Batterieauflademodus ist, ist es unwahrscheinlich, dass das Maschinenkühlmittel heiß ist, daher wird die zusätzliche Heizvorrichtung150 aktiviert, um die Luft zu erwärmen, wenn sie durch die zusätzliche Heizvorrichtung150 strömt. Die erwärmte Luft strömt dann durch den Batteriekanal144 und durch den Batteriesatz166 , um die Batterien zu erwärmen. Der optionale Batterielüfter182 kann aktiviert werden, um den Luftstrom zu unterstützen, und die optionale Batterieheizvorrichtung184 kann aktiviert werden, um die Luft, falls dies gewünscht wird, weiter zu erwärmen. Alternativ können bei diesem Modus der Batterielüfter182 und die Batterieheizvorrichtung184 den Luftstrom bzw. Wärme statt dem HLK-Lüfter140 und der zusätzlichen Heizvorrichtung150 bereitstellen. Nachdem die Luft aus dem Batteriesatz166 strömt, wird das Batterie-Luftumwälzungsventil186 positioniert, die Luft durch den Batterie-zur-Fahrgastzelle-Luftumwälzungskanal178 zurück in die Fahrgastzelle121 zu leiten. -
5 zeigt einen Luftstrompfad, der verwendet werden kann, während das Kraftfahrzeug zum Laden der Batterie an eine Steckdose angeschlossen ist, wenn es wünschenswert ist, die Batterie während des Ladens zu erwärmen. Um diesen Luftstrompfad zu erzeugen, blockiert das Batterie-Luftumwälzungsventil186 den Luftstrom von dem Batteriesatz166 zurück zu der Fahrgastzelle121 , und das Batterieheizventil160 und das Batteriekühlventil158 sind geschlossen. Im Gegensatz zu dem Luftstrompfad von4 werden der HLK-Lüfter140 und die Heizvorrichtungen148 ,150 nicht eingesetzt. Der Batterielüfter182 wird aktiviert, um die Luft umzuwälzen, und die Batterieheizvorrichtung184 wird aktiviert, um die Luft zu erwärmen. Die Luft strömt dann von dem Batteriekanal144 durch den Batteriesatz166 durch einen Teil des Druckentlastungskanals170 in den Batterie-zur-Fahrgastzelle-Luftumwälzungskanal178 und wird dann in den Batterie-Luftumwälzungskanal180 geleitet. Obwohl dieser Luftstrompfad kürzer ist und weniger Wärmeverlust als der in4 aufweisen kann, erfordert dieser, dass der Batterielüfter182 und die Batterieheizvorrichtung184 in dem jeweiligen Kraftfahrzeug vorhanden sind, anstatt dass diese Bauteile optional für das System sind. -
6 zeigt einen Luftstrompfad, der verwendet werden kann, während das Kraftfahrzeug betrieben wird, wenn es wünschenswert ist, die Batterie zu erwärmen. Um diesen Luftstrompfad zu erzeugen, blockiert das Batterie-Luftumwälzungsventil186 den Luftstrom in den Batterie-Luftumwälzungskanal180 , das Frisch-/Umluftventil wird ausgerichtet, um einen Luftstrom von dem Außenlufteinlass132 herein zu ziehen, und das Batterieheizventil160 ist offen. Das Batteriekühlventil158 , das Bypass-/Absperrventil152 und das Temperatursteuer- und Absperrventil156 sind geschlossen. Der HLK-Lüfter140 zieht dann Außenluft in das Kraftfahrzeug und erzeugt einen Luftstrom, der durch den Heizungswärmetauscher148 und die zusätzliche Heizvorrichtung150 , wo dieser erwärmt wird, und dann durch den Batteriekanal144 zu dem Batteriesatz166 passiert. Beim Verlassen des Batteriesatzes166 , da zusätzliche Luft von außerhalb des Kraftfahrzeugs hereingebracht wird, strömt die Luft naturgemäß durch den Druckentlastungskanal170 und, da sich der Druck erhöht, öffnet sich die Karosseriedruckentlastungsöffnung172 und lässt zu, dass Luft das Kraftfahrzeug verlässt. Bei diesem Luftstrompfad sind der Batterielüfter182 und die Batterieheizvorrichtung184 optional, da der Luftstrom und Wärme in dem HLK-Modul128 erzeugt werden können. -
7 zeigt einen Luftstrompfad, der verwendet werden kann, während das Kraftfahrzeug betrieben wird, wenn es wünschenswert ist, das Kraftfahrzeug zu erwärmen und auch die Fahrgastzelle zu erwärmen. Der Luftstrompfad ähnelt dem in6 , aber das Temperatursteuer- und Absperrventil156 ist offen, so dass ein Teil der von dem Heizungswärmetauscher148 und/oder der zusätzlichen Heizvorrichtung150 erwärmten Luft in den Fahrgastzellen-Luftverteilungsteil154 des HLK-Moduls128 strömt. Ein anderer Teil der Luft strömt immer noch an dem Batterieheizventil160 vorbei, wobei das Temperatursteuer- und Absperrventil156 steuerbar ist, um den Prozentsatz an Luft, der in jede Richtung strömt, zu variieren. Ferner kann das Frisch-/Umluftventil138 angepasst werden, um den Prozentsatz von Frischluft im Vergleich zu Umluft zu variieren, die in das HLK-Modul128 hinein gezogen wird, der wiederum den Luftanteil bestimmt, der durch den Batterie-zur-Fahrgastzelle-Luftumwälzungskanal180 anstatt durch die Karosseriedruckentlastungsöffnung172 strömt. Bei diesem Luftstrompfad sind der Batterielüfter182 und die Batterieheizvorrichtung184 optional, da der Luftstrom und Wärme in dem HLK-Modul128 erzeugt werden können. Die Positionierung der Ventile für eine optimale Wärmebelastung und eine Minimierung des Batterieverbrauchs während des nur elektrischen Fahrens kann verbessert werden, indem ein Feuchtigkeitssensor (nicht gezeigt) hinzugefügt wird – dies erlaubt optimale Einstellungen während eines Abtaumodus des HLK-Modulbetriebs, da eine Umwälzung die Wärmebelastung reduziert, aber Frischluft eine Reduzierung von Feuchtigkeit erlaubt. -
8 zeigt eine dritte Ausführungsform. Da diese Ausführungsform der zweiten ähnelt, werden gleiche Elementnummern für gleiche Elemente verwendet, jedoch Zahlen der 200er Reihe verwendet. Diese Ausführungsform weist immer noch ein HLK-Modul228 auf, das einen Außenlufteinlass232 , einen Umlufteinlass23 aus einer Fahrgastzelle221 , ein Frisch-/Umluftventil238 , einen HLK-Lüfter240 , einen Verdampfer242 , einen Heizungswärmetauscher284 , eine zusätzliche Heizvorrichtung250 , ein Bypass-/Absperrventil252 , ein Temperatursteuer- und Absperrventil256 sowie einen Fahrgastzellen-Luftverteilungsteil254 aufweist. Ferner weist der Batterieteil226 immer noch ein Batteriekühlventil258 und ein Batterieheizventil260 in einem Batteriekanal244 , der zu einem Batteriesatz266 führt, einen Druckentlastungskanal270 , der zu einer Karosseriedruckentlastungsöffnung272 und einem Batterie-zur-Fahrgastzelle-Luftumwälzungskanal178 führt, und ein Batterie-Luftumwälzungsventil286 auf, das einen Luftstrom in einen Batterie-Luftumwälzungskanal280 selektiv zulässt. Jedoch weist diese Ausführungsform im Gegensatz zu der zweiten Ausführungsform einen Fahrgastzellen-Entlüftungsstrompfad290 auf, der einen Luftstrom von dem Fahrgastzellen-Luftverteilungsteil254 (über einen Fahrgastzellen-Luftstrompfad) zu dem Druckentlastungskanal270 leitet. Somit kann etwas von dem Luftstrom oder der ganze Luftstrom den Batteriesatz266 umgehen, wenn zu der Karosseriedruckentlastungsöffnung272 oder zurück geleitet, um durch das HLK-Modul228 umgewälzt zu werden. -
8 zeigt auch zwei mögliche Luftstrompfade zum Kühlen des Batteriesatzes266 , während das Kraftfahrzeug zum Laden der Batterie an eine Steckdose angeschlossen ist. Der Luftstrompfad für den ersten Modus ist durch die durchgezogenen Pfeile angezeigt, und die Ventilpositionen sind in durchgezogenen Linien gezeigt. In diesem Modus zieht der HLK-Lüfter240 Luft durch den Umlufteinlass234 , durch den Verdampfer242 , wo sie gekühlt wird, und an dem Batteriekühlventil258 vorbei in den Batteriekanal244 herein. Die Luft strömt durch den Batteriesatz266 , in den Druckentlastungskanal270 und dann durch den Batterie-zur-Fahrgastzelle-Luftumwälzungskanal278 , um den Kreislauf zu vollenden. - Der Luftstrompfad für den zweiten Betriebsmodus erlaubt eine Fahrgastzellenkühlung (und Batteriesatzkühlung, falls gewünscht), während das Kraftfahrzeug zum Laden der Batterie an eine Steckdose angeschlossen ist. Die Änderungen in dem Luftstrompfad und der Ventilpositionen bei diesem Modus sind durch gestrichelte Linien angezeigt. Luft wird aus dem Außenlufteinlass
232 durch den HLK-Lüfter240 hereingezogen und dann sowohl in den Batteriekanal244 als auch in den Fahrgastzellen-Luftverteilungsteil254 geleitet. Die Luft, die in den Fahrgastzellen-Luftverteilungsteil254 strömt, vereinigt sich mit der Luft, die durch den Batteriesatz266 in dem Druckentlastungskanal270 strömt, bevor sie durch die Karosseriedruckentlastungsöffnung hinausströmt. -
9 zeigt eine vierte Ausführungsform. Da diese Ausführungsform der zweiten ähnelt, werden gleiche Elementnummern für gleiche Elemente verwendet, jedoch Zahlen der 300er Reihe verwendet. In dieser Ausfüh rungsform wird gezeigt, dass ein gekühlter Luftstrom gleichzeitig sowohl durch die Fahrgastzelle321 als auch den Batteriesatz366 strömt. Diese Luftstrompfade lassen zu, dass der Batteriesatz366 und die Fahrgastzelle321 gekühlt werden, während das Kraftfahrzeug betrieben wird. - Bei dem ersten Luftstrompfad zieht der HLK-Lüfter
340 einen Teil seiner Luft durch den Umlufteinlass334 und den Rest durch den Außenlufteinlass332 und leitet die Luft durch den Verdampfer342 , wo diese gekühlt wird. Wenn das Temperatursteuer- und Absperrventil356 sowie das Batterieheizventil360 geschlossen sind und das Batteriekühlventil358 offen ist, strömt ein Teil der Luft durch den Batteriekanal344 , durch den Batteriesatz366 und in den Druckentlastungskanal370 . Der Luftstrom strömt dann teilweise durch die Karosseriedruckentlastungsöffnung372 nach draußen und teilweise durch den Batterie-zur-Fahrgastzelle-Luftumwälzungskanal180 in die Fahrgastzelle321 . Das Batterie-Luftumwälzungsventil386 blockiert den Luftstrom in den Batterie-Luftumwälzungskanal380 . Bei dem zweiten Luftstrompfad ist das Bypass-/Absperrventil352 offen, daher strömt ein Teil der Luft, die durch den Verdampfer342 strömt, durch den Fahrgastzellen-Luftverteilungsteil354 zu der Fahrgastzelle321 und zurück zu dem Umlufteinlass334 . Optional weist der Heizungswärmetauscher348 ein Absperrventil auf, um zu verhindern, dass ein heißes Maschinenkühlmittel durch diesen umgewälzt wird, wenn im Kühlmodus. -
10 zeigt eine fünfte Ausführungsform. Da diese Ausführungsform der ersten ähnelt, werden gleiche Elementnummern für gleiche Elemente verwendet, jedoch Zahlen der 400er Reihe verwendet. Dieses Kraftfahrzeug420 weist eine Fahrgastzelle421 auf, die ein automatisiertes Verfahren aufweist, um zuzulassen, dass Luft aus einem mittleren bis oberen Teil der Fahrgastzelle421 entweicht. Der Luftauslass kann ein sich automa tisch öffnendes Schiebedach497 sein oder kann ein Rückluftstrom433 durch einen Teil eines Kraftfahrzeugwindlaufs in Verbindung mit dem HLK-Modul428 des HLK-Teils424 sein. Bei diesem Kraftfahrzeug ist ein Batteriesatz466 immer noch mit dem HLK-Modul428 über den Batteriekanal444 verbunden und ist mit der Karosseriedruckentlastungsöffnung472 über den Druckentlastungskanal470 verbunden. Jedoch ist die Karosseriedruckentlastungsöffnung472 bei dieser Ausführungsform steuerbar. Das heißt, sie ist elektronisch steuerbar, um in bestimmten Situationen einen Rückluftstrom durch die Öffnung zuzulassen. Optional kann die Karosseriedruckentlastungsöffnung472 eine Blende oder Klappe (nicht gezeigt) aufweisen, um die Möglichkeit zu minimieren, dass Fremdkörper oder Tiere in die Öffnung eindringen. - Das Kraftfahrzeug
420 weist immer noch den HLK-Controller430 in Verbindung mit dem Batteriesatz-Controller474 auf, der mit dem Batteriesatz466 und dem Steckerladegerät476 in Verbindung steht. Es kann ferner einen optionalen Regensensor (nicht gezeigt) geben, wenn ein Kühlmodus das automatische Öffnen des Schiebedaches497 oder eines Fensters (nicht gezeigt) beinhaltet, um zu verhindern, dass Regen in das Kraftfahrzeug gelangt. Es kann ferner einen optionalen Innenraumeindringungsdetektor (nicht gezeigt) geben, um Diebstahl zu verhindern, wenn ein Kühlmodus das automatische Öffnen des Schiebedaches497 oder eines Fensters beinhaltet. - Bei diesem Kraftfahrzeug
420 , wenn das Kraftfahrzeug in einem heißen Umgebungszustand geparkt ist (an einem heißen Tag in der Sonne geparkt), sind die Karosseriedruckentlastungsöffnung472 und das Schiebedach497 offen. Da die Öffnung472 tiefer als das Schiebedach497 liegt, ereignet sich ein passiver Konvektionsluftstrom von der Öffnung472 zu dem Schiebedach497 . Der Luftstrom473 in den Druckentlastungskanal470 strömt durch den Batteriesatz466 , den Batteriekanal444 und in das HLK-Modul428 . Die Luft strömt dann durch die Fahrgastzelle421 und durch das Schiebedach497 nach draußen. Alternativ kann der Luftstrompfad durch das HLK-Modul428 und nach draußen durch den Windlauf anstatt durch das Schiebedach497 erfolgen. Während diese Alternative eine Batteriesatzkühlung zulässt, ist die Fahrgastraumkühlung nicht so effizient. Als weitere Alternative kann man einen der Lüfter verwenden, um die bloße Konvektionsluftstromkühlung zu verbessern. - Neben einer automatisierten lüfterlosen Kühlung, wenn sich das Kraftfahrzeug
420 in einer heißen Umgebung befindet, kann man auch einen Schlüsselanhänger494 mit einem Knopf495 verwenden, der ein Signal496 sendet, das bewirkt, dass das Kraftfahrzeug420 eine lüfterlose Kühlung aktiviert. - Obwohl gewisse Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben wurden, erkennt der Fachmann für die Technik, auf die sich diese Erfindung bezieht, verschiedene alternative Entwürfe und Ausführungsformen, um die Erfindung, wie von den nachfolgenden Patentansprüchen definiert, in die Praxis umzusetzen.
Claims (20)
- System eines thermischen Managements für HLK und Batterie für ein Kraftfahrzeug, umfassend: einen HLK-Teil, der eine Hauptkammer mit einem Außenlufteinlass und einem Umlufteinlass, einen HLK-Lüfter, einen in der Hauptkammer angeordneten Verdampfer, eine sich über einen Teil der Hauptkammer stromabwärts des Verdampfers erstreckende Heizvorrichtung, einen Batteriekanal, der sich von der Hauptkammer benachbart zu der Heizvorrichtung erstreckt und in Fluidverbindung mit der Hauptkammer sowohl stromaufwärts als auch stromabwärts der Heizvorrichtung steht, ein Bypass-/Absperrventil benachbart zu der Heizvorrichtung und ein Temperatursteuer- und Absperrventil, das in der Hauptkammer stromabwärts der Heizvorrichtung und stromabwärts des Batteriekanals angeordnet ist, aufweist; und einen Batterieteil, der einen mit dem Batteriekanal in Fluidverbindung stehenden Batteriesatz, ein Batteriekühlventil, das in dem Batteriekanal angeordnet und konfiguriert ist, einen Fluidstrom von der Hauptkammer zwischen dem Verdampfer und der Heizvorrichtung selektiv zuzulassen, ein Batterieheizventil, das in dem Batteriekanal angeordnet und konfiguriert ist, einen Fluidstrom von der Hauptkammer stromabwärts der Heizvorrichtung selektiv zuzulassen, und einen Druckentlastungskanal, der in Fluidverbindung mit dem Batteriesatz und selektiv in Fluidverbindung mit der Atmosphäre außerhalb des Kraftfahrzeugs steht, aufweist.
- System eines thermischen Managements für HLK und Batterie nach Anspruch 1, bei dem der Batterieteil einen Batterie-zur-Fahrgastzelle-Luftumwälzungskanal in Fluidverbindung zwischen dem Druckentlastungskanal und einer Fahrgastzelle, einen Batterie-Luftumwälzungskanal in Fluidverbindung zwischen dem Batterie-zur-Fahrgastzelle-Luftumwälzungskanal und dem Batteriekanal, und ein Batterie-Luftumwälzungsventil, das konfiguriert ist, einen Fluidstrom in den Batterie-Luftumwälzungskanal selektiv zu blockieren, aufweist.
- System eines thermischen Managements für HLK und Batterie nach Anspruch 2, bei dem der HLK-Teil ein Frisch-/Umluftventil aufweist, das konfiguriert ist, Teile eines Luftstroms aus dem Außenlufteinlass und dem Umlufteinlass selektiv zu steuern.
- System eines thermischen Managements für HLK und Batterie nach Anspruch 2, bei dem der Batterieteil einen in dem Batteriekanal angeordneten Batterielüfter und eine in dem Batteriesatz angeordnete Batterieheizvorrichtung aufweist.
- System eines thermischen Managements für HLK und Batterie nach Anspruch 1, bei dem der HLK-Teil einen Fahrgastzellen-Luftverteilungsteil aufweist, wobei das Bypass-/Absperrventil konfiguriert ist, einen Fluidstrom von dem Verdampfer selektiv zuzulassen, um die Heizvorrichtung zu umgehen und in den Fahrgastzellen-Luftverteilungsteil zu strömen, wobei das Temperatursteuer- und Absperrventil konfiguriert ist, einen Fluidstrom durch die Heizvorrichtung selektiv zuzulassen, um in den Fahrgastzellen-Luftverteilungsteil zu strömen, und wobei der Fahrgastzellen-Luftverteilungsteil in Fluid verbindung mit einem Fahrgastzellen-Entlüftungsstrompfad steht, der in Fluidverbindung mit dem Druckentlastungskanal steht.
- System eines thermischen Managements für HLK und Batterie nach Anspruch 1, bei dem die Heizvorrichtung ein Heizungswärmetauscher und eine zusätzliche Heizvorrichtung benachbart zu dem Heizungswärmetauscher ist.
- System eines thermischen Managements für HLK und Batterie nach Anspruch 1, bei dem der Batterieteil einen in dem Batteriekanal angeordneten Batterielüfter aufweist.
- System eines thermischen Managements für HLK und Batterie nach Anspruch 1, bei dem der Batterieteil eine in dem Batteriesatz angeordnete Batterieheizvorrichtung aufweist.
- System eines thermischen Managements für HLK und Batterie nach Anspruch 1, das eine steuerbare Karosseriedruckentlastungsöffnung aufweist, die in Fluidverbindung mit dem Druckentlastungskanal steht und konfiguriert ist, ein Einströmen von Luft in den Druckentlastungskanal selektiv zuzulassen.
- System eines thermischen Managements für HLK und Batterie nach Anspruch 9, das ein automatisiertes Schiebedach aufweist, das konfiguriert ist, öffenbar zu sein, wenn die steuerbare Karosseriedruckentlastungsöffnung ein Einströmen von Luft zulässt.
- System eines thermischen Managements für HLK und Batterie nach Anspruch 9, das einen Schlüsselanhänger mit einem Knopf aufweist, um ein drahtloses Signal zu senden, um die Betätigung der steuerbaren Karosseriedruckentlastungsöffnung zu bewirken, um ein Einströmen von Luft zuzulassen.
- System eines thermischen Managements für HLK und Batterie für ein Kraftfahrzeug, umfassend: einen HLK-Teil, der eine Hauptkammer, einen HLK-Lüfter, einen in der Hauptkammer angeordneten Verdampfer, eine sich über einen Teil der Hauptkammer stromabwärts des Verdampfers erstreckende Heizvorrichtung und einen Batteriekanal, der sich von der Hauptkammer benachbart zu der Heizvorrichtung erstreckt und in Fluidverbindung mit der Hauptkammer stromaufwärts der Heizvorrichtung steht, aufweist; und einen Batterieteil, der einen mit dem Batteriekanal in Fluidverbindung stehenden Batteriesatz, ein Batteriekühlventil, das in dem Batteriekanal angeordnet und konfiguriert ist, einen Fluidstrom von der Hauptkammer zwischen dem Verdampfer und der Heizvorrichtung selektiv zuzulassen, und einen Druckentlastungskanal, der in Fluidverbindung mit dem Batteriesatz und selektiv in Fluidverbindung mit der Atmosphäre außerhalb des Kraftfahrzeugs steht, aufweist.
- System eines thermischen Managements für HLK und Batterie nach Anspruch 12, bei dem der Batterieteil einen in dem Batteriekanal angeordneten Batterielüfter und eine in dem Batteriesatz angeordnete Batterieheizvorrichtung aufweist.
- System eines thermischen Managements für HLK und Batterie nach Anspruch 12, bei dem der Batterieteil einen Batterie-zur-Fahrgastzelle-Luftumwälzungskanal in Fluidverbindung mit dem Druckentlastungskanal, einen Batterie-Luftumwälzungskanal in Fluidverbin dung zwischen dem Batterie-zur-Fahrgastzelle-Luftumwälzungskanal und dem Batteriekanal, und ein Batterie-Luftumwälzungsventil, das konfiguriert ist, einen Fluidstrom in den Batterie-Luftumwälzungskanal selektiv zu blockieren, aufweist.
- System eines thermischen Managements für HLK und Batterie nach Anspruch 12, bei dem der Batteriekanal ebenfalls in Fluidverbindung mit der Hauptkammer stromabwärts der Heizvorrichtung steht, und der Batterieteil ein Batterieheizventil aufweist, das in dem Batteriekanal angeordnet und konfiguriert ist, einen Fluidstrom von der Hauptkammer stromabwärts der Heizvorrichtung durch den Batteriekanal selektiv zuzulassen.
- Verfahren zum Erwärmen und Kühlen eines Batteriesatzes eines Kraftfahrzeugs, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: (a) Ziehen von Luft durch einen Verdampfer in einer Hauptkammer eines HLK-Moduls; (b) selektives Strömen von Luft durch eine Heizvorrichtung in der Hauptkammer stromabwärts des Verdampfers; (c) selektives Strömen von Luft von zwischen dem Verdampfer und der Heizvorrichtung durch einen Batteriekanal zu einem Batteriesatz; (d) selektives Strömen von Luft von stromabwärts der Heizvorrichtung durch den Batteriekanal zu dem Batteriesatz; und (e) selektives Strömen von Luft von dem Batteriesatz durch einen Kanal zu einer Karosseriedruckentlastungsöffnung oder einer Fahrgastzelle.
- Verfahren nach Anspruch 16, bei dem Schritt (e) ferner durch selektives Strömen von Luft von dem Batteriesatz durch einen Batterie- Luftumwälzungskanal zu dem Batteriekanal definiert ist, und das Verfahren ferner den Schritt (f) aufweist: Erzeugen eines Luftstroms durch den Batteriesatz mit einem benachbart zu dem Batteriesatz angeordneten Batterielüfter.
- Verfahren nach Anspruch 16, bei dem Schritt (b) ferner durch die Heizvorrichtung, die ein Heizungswärmetauscher und/oder eine zusätzliche Heizvorrichtung ist, und selektives Strömen von Luft durch den Heizungswärmetauscher und/oder die zusätzliche Heizvorrichtung definiert ist.
- Verfahren nach Anspruch 16, bei dem Schritt (c) ferner durch das Betätigen eines Batteriekühlventils in dem Batteriekanal definiert ist, um den Strom von Luft von zwischen dem Verdampfer und der Heizvorrichtung in den Batteriekanal selektiv zuzulassen, und Schritt (d) ferner durch das Betätigen eines Batterieheizventils in dem Batteriekanal definiert ist, um den Strom von Luft von stromabwärts der Heizvorrichtung in den Batteriekanal selektiv zuzulassen.
- Verfahren nach Anspruch 16, bei dem die Karosseriedruckentlastungsöffnung eine steuerbare Karosseriedruckentlastungsöffnung ist, und das Verfahren den Schritt (f) aufweist: selektives Zulassen eines Rückwärtsluftstroms von der Karosseriedruckentlastungsöffnung in den Batteriesatz.
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