DE102009015658A1 - HVAC- und Batterietemperaturverwaltung für ein Fahrzeug - Google Patents

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Abstract

Es werden ein HVAC- und Batterietemperatursystem und ein Verfahren für ein Fahrzeug mit einer Fahrgastzelle und einem Batteriestapel offenbart. Das System kann einen Kältemittelkreislauf und einen Kühlmittelkreislauf umfassen. Der Kältemittelkreislauf umfasst einen ersten Schenkel und einen zweiten Schenkel, wobei der erste Schenkel eine Expansionseinrichtung und einen Verdampfer umfasst und der zweite Schenkel eine Expansionseinrichtung und ein Kühlaggregat umfasst. Der Kühlmittelkreislauf leitet Kühlmittel durch den Batteriestapel hindurch und umfasst ein steuerbares Kühlmittelleitventil, einen Umgehungszweig und einen Kühlaggregatzweig, wobei sich das Kühlaggregat in dem Kühlaggregatzweig befindet. Das Kühlmittelleitventil weist einen Umgehungsauslauss, der das Kühlmittel in den Umgehungszweig leitet, und einen Kühlaggregatauslass auf, der das Kühlmittel in den Kühlaggregatzweig leitet. Der Kühlmittelkreislauf kann auch einen Radiatorzweig und einen Batterieradiator umfassen, wobei das Kühlmittelleitventil einen Radiatorauslass enthält, der das Kühlmittel in den Radiatorzweig leitet.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagensysteme (HVAC-Systeme) und Temperatursysteme für Batteriestapel in Fahrzeugen.
  • Gegenwärtig werden fortschrittliche Kraftfahrzeuge vorgestellt, die einen Batteriestapel verwenden, um große Energiemengen für Elektroantriebssysteme zu speichern. Diese Fahrzeuge können beispielsweise Steckdosenhybrid-Elektrofahrzeuge, Elektrofahrzeuge mit einer Brennkraftmaschine, die als Generator für das Aufladen einer Batterie verwendet wird, und Brennstoffzellenfahrzeuge umfassen. Diese Batteriestapel benötigen im Allgemeinen eine gewisse Art von Temperatursystem, um den Batteriestapel abzukühlen und zu erwärmen.
  • Typische Temperatursysteme für Batterien, die zum Abkühlen und Erwärmen des Batteriestapels verwendet werden, stützen sich auf eine Luftströmung aus dem HVAC-System des Fahrzeugs. Dies kann Luft aus der Fahrgastzelle sein, die durch den Batteriestapel hindurchgeleitet wird. Diese Systeme leiden jedoch an Nachteilen, etwa einer niedrigen Wärmeabstoßung aufgrund des niedrigen Wärmeübertragungskoeffizienten von Luft, Geräuschen, Vibrationen und Rauhigkeit (NVH, NVH von noise, vibration and harshness) im Inneren der Fahrgastzelle aufgrund eines Batteriegebläsemotors und eines Luftströmungsrauschens, einer begrenzten Kühlungsfähigkeit der Batterie nachdem das Fahrzeug in der Sonne ge parkt wurde (aufgrund der hohen Lufttemperaturen in der Fahrgastzelle zu Beginn des Fahrzyklus) und der Schwierigkeit beim Sicherstellen, dass ein Lufteinlass-Lüftungsgitter zwischen der Fahrgastzelle und dem Temperatursystem der Batterie nicht unabsichtlich durch Fahrzeuginsassen blockiert wird (was zu einem verringerten oder keinem Kühlungsluftstrom für die Batterie führt).
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Eine Ausführungsform betrachtet ein HVAC- und Batterietemperatursystem für ein Fahrzeug mit einer Fahrgastzelle und einem Batteriestapel. Das System kann einen Kältemittelkreislauf und einen Kühlmittelkreislauf umfassen. Der Kältemittelkreislauf kann einen Kompressor, einen Kondensator, einen ersten Schenkel und einen zweiten Schenkel umfassen, wobei der erste Schenkel eine Verdampferexpansionseinrichtung und einen Verdampfer umfasst, der zum Bereitstellen einer Kühlung für die Fahrgastzelle ausgestaltet ist, und der zweite Schenkel eine Batterieexpansionseinrichtung und ein Kühlaggregat umfasst. Der Kühlmittelkreislauf ist so ausgestaltet, dass er ein Kühlmittel durch den Batteriestapel hindurchleitet, und umfasst ein steuerbares Kühlmittelleitventil, einen Umgehungszweig und einen Kühlaggregatzweig, wobei das Kühlaggregat in dem Kühlaggregatzweig angeordnet ist. Das Kühlmittelleitventil weist einen Umgehungsauslass, der das Kühlmittel in den Umgehungszweig lenkt, und einen Kühlaggregatauslass auf, der das Kühlmittel in den Kühlaggregatzweig und durch das Kühlaggregat hindurchleitet. Der Kühlmittelkreislauf kann auch einen Radiatorzweig und einen Batterieradiator in dem Radiatorzweig umfassen, wobei das Kühlmittelleitventil einen Radiatorauslass enthält, der das Kühlmittel in den Radiatorzweig und durch den Batterieradiator hindurchleitet.
  • Eine Ausführungsform betrachtet ein HVAC- und Batterietemperatursystem für ein Fahrzeug mit einem Batteriestapel. Das System kann einen Kältemittelkreislauf und einen Kühlmittelkreislauf umfassen. Der Kältemittelkreislauf kann einen Kompressor, einen Kondensator, eine Batterieexpansionseinrichtung und ein Kühlaggregat umfassen. Der Kühlmittelkreislauf leitet ein Kühlmittel durch den Batteriestapel und umfasst ein steuerbares Kühlmittelleitventil, einen Umgehungszweig, einen Radiatorzweig, einen Kühlaggregatzweig und einen Batterieradiator in dem Radiatorzweig. Das Kühlaggregat ist in dem Kühlaggregatzweig angeordnet. Das Kühlmittelleitventil weist einen Umgehungsauslass, der das Kühlmittel in den Umgehungszweig leitet, einen Kühlaggregatauslass, der das Kühlmittel in den Kühlaggregatzweig und durch das Kühlaggregat hindurch leitet, und einen Radiatorauslass auf, der das Kühlmittel in den Radiatorzweig und durch den Batterieradiator hindurchleitet.
  • Eine Ausführungsform betrachtet ein Verfahren zum Kühlen einer Fahrgastzelle und eines Batteriestapels eines Fahrzeugs, wobei das Verfahren die Schritte umfasst, dass: eine Fahrgastzellenkühlungslast, die für die Fahrgastzelle angefordert ist, detektiert wird; eine Batterietemperaturlast, die für den Batteriestapel benötigt wird, detektiert wird; dann, wenn eine hohe Fahrgastzellenkühlungslast angefordert ist und eine Batteriestapelkühlungslast auf einem relativ gleich hohen Niveau detektiert wird, ein Kältemittelkompressor aktiviert wird, um ein Kältemittel durch einen HVAC-Modulverdampfer und ein Kühlaggregat hindurchzuleiten, und ein Kühlmittelleitventil so eingestellt wird, dass es ein Kühlmittel durch das Kühlaggregat und den Batteriestapel hindurchleitet; und dann, wenn eine relativ niedrigere Fahrgastzellenkühlungslast angefordert ist und eine Batteriestapelkühlungslast auf einem relativ gleich niedrigen Niveau detektiert wird, der Kältemittelkompressor aktiviert wird, um das Kältemittel durch den HVAC-Modulverdampfer und das Kühlaggregat hindurchzulei ten, und das Kühlmittelleitventil so eingestellt wird, dass es das Kühlmittel durch den Batteriestapel und durch das Kühlaggregat und/oder eine Kühlaggregatumgehungsleitung leitet.
  • Ein Vorteil einer Ausführungsform besteht darin, dass das HVAC-System des Fahrzeugs schwankende Fahrgastzellenklimaanlagenlasten befriedigt, während es auch in der Lage ist, schwankende Batteriekühlungs- und Erwärmungslasten zu befriedigen. Die Verwendung eines Kühlmittelleitventils, eines Kühlaggregats und eines Batterieradiators ermöglicht zusätzliche HVAC- und Batterietemperaturbetriebsstati, und die schwankenden Fahrgastzellen- und Batterietemperaturlasten zu befriedigen. Indem die Solltemperatur in dem Batteriestapel beibehalten wird, kann die Batterielebensdauer maximiert werden.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine schematische Veranschaulichung eines Fahrzeugs mit einem HVAC- und Batterietemperatursystem gemäß einer ersten Ausführungsform.
  • 2 ist eine Tabelle, die Betriebsstati zeigt, die bei einem Verfahren zum Befriedigen verschiedener Temperaturbedürfnisse der Fahrgastzelle und des Batteriestapels verwendet werden.
  • 3 ist eine schematische Veranschaulichung eines Fahrzeugs mit einem HVAC- und Batterietemperatursystem gemäß einer zweiten Ausführungsform.
  • GENAUE BESCHREIBUNG
  • Mit Bezug auf 1 umfasst ein Abschnitt eines Fahrzeugs, das allgemein mit 20 bezeichnet ist, ein HVAC- und Batterietemperatursystem 22 des Fahrzeugs. Das System 22 umfasst einen Klimaanlagenabschnitt 24 mit einem Kältemittelkreislauf 26. Der Kältemittelkreislauf 26 umfasst einen Kältemittelkompressor 28 und einen Kondensator 30. Der Kältemittelkompressor 28 kann mit der Fähigkeit, die Drehzahl (RPM) des Kompressors im Betrieb einzustellen, elektrisch angetrieben sein. Der Kondensator 30 wiederum leitet Kältemittel in eine Kältemittelleitung 32, die sich in einen ersten Schenkel 34 und einen zweiten Schenkel 36 des Kältemittelkreislaufs 26 verzweigt.
  • Der erste Schenkel 34 leitet das Kältemittel durch ein Verdampfertemperaturexpansionsventil 38 (oder eine andere Expansionseinrichtung) in einen Verdampfer 40, der in einem Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagenmodul (HVAC-Modul) 42 in einer Fahrgastzelle 44 des Fahrzeugs 20 angeordnet ist. Kältemittel, das den Verdampfer 40 verlässt, wird durch einen Rückführungsabschnitt des Verdampfertemperaturexpansionsventils 38 hindurch und zurück an den Kompressor 28 geleitet, um den ersten Schenkel 34 des Kältemittelkreislaufs 26 zu vervollständigen.
  • Der zweite Schenkel 36 leitet das Kältemittel durch ein Batterietemperaturexpansionsventil 46 (oder eine andere Expansionseinrichtung). Das Batterietemperaturexpansionsventil 46 steht wiederum in Fluidverbindung mit einem Batteriewärmetauscher von Kältemittel zu Kühlmittel (Kühlaggregat) 48. Kältemittel, das das Kühlaggregat 48 verlässt, wird durch einen Rückführungsabschnitt des Batterietemperaturexpansionsventils 46 hindurch und zurück an den Kompressor 28 geleitet, um den zweiten Schenkel 36 des Kältemittelkreislaufs 26 zu vervollständigen.
  • Das Kühlaggregat 48 steht auch in Fluidverbindung mit einem Kühlmittelkreislauf 50. Die gestrichelten Linien in 1 und 3 stellen Leitungen dar, durch welche Kältemittel fließt, während die Strich-gepunkteten Linien Leitungen darstellen, durch welche eine Kühlmittelflüssigkeit strömt. Das Kühlmittel kann eine herkömmliche flüssige Mischung sein, wie etwa ein Gemisch aus Ethylenglykol und Wasser, oder es kann eine andere Art von Flüssigkeit mit geeigneten Wärmetransfereigenschaften sein.
  • Der Kühlmittelkreislauf 50 kann auch eine Kühlmittelpumpe 52 zum Pumpen des Kühlmittels durch den Kreislauf 50 enthalten. Der Kühlmittelkreislauf 50 strömt durch einen Batteriestapel 54, bei dem das Kühlmittel zum Kühlen des Batteriestapels 54 verwendet wird. Ein Kühlmittelleitventil 58 ist in dem Kühlmittelkreislauf 50 angeordnet und kann selektiv betätigt werden, um das Kühlmittel durch drei unterschiedliche Zweige des Kühlmittelkreislaufs 50 umzuleiten. Ein erster Auslass 62 des Ventils 58 leitet das Kühlmittel an einen ersten Zweig 60, der einen Batterieradiator 64 enthält. Der Batterieradiator 64 kann so angeordnet sein, dass Luft durch ihn hindurchströmt, um Wärme aus dem Kühlmittel zu absorbieren. Ein zweiter Auslass 66 des Ventils 58 leitet das Kühlmittel an einen zweiten Zweig 68, der eine Kühlmittelumgehungsleitung bildet. Ein dritter Auslass 70 des Ventils 58 leitet das Kühlmittel an einen dritten Zweig 72, der das Kühlaggregat 48 enthält. Die drei Zweige 60, 68, 72 vereinigen sich oberstromig des Batteriestapels 54, um das Kühlmittel in den Batteriestapel 54 zu leiten.
  • Das HVAC-System 22 kann auch verschiedene Sensoren zum Detektieren einer Temperatur oder eines Drucks an einigen Punkten in dem System enthalten. Das HVAC-System 22 kann beispielsweise einen hochseitigen Drucksensor 76 zum Messen des Kältemitteldrucks direkt, nachdem das Kältemittel den Kompressor 28 verlässt, umfassen. Ein Verdampferlufttemperatursensor 78 kann verwendet werden, um die Temperatur von Luft zu messen, die aus dem Verdampfer 40 herausströmt. Es kann auch ein erster Kühlmitteltemperatursensor 80 verwendet werden, um die Temperatur des Kühlmittels oberstromig des Batteriestapels 54 zu messen, und ein zweiter Kühlmitteltemperatursensor 82 kann verwendet werden, um die Temperatur des Kühlmittels direkt vor dem Eintreten in das Kühlmittelleitventil 58 zu messen.
  • 2 veranschaulicht eine Tabelle, die Betriebsstati zeigt, die bei einem Verfahren zum Befriedigen verschiedener Temperaturbedürfnisse der Fahrgastzelle 44 und des Batteriestapels 54, die in 1 veranschaulicht sind, verwendet werden. Der Bedarf für eine Batteriekühlung und -erwärmung kann von Umgebungsbedingungen, der aktuellen Verwendung elektrischer Leistung sowie der aktuellen Batterietemperatur abhängen, welche sich von der aktuellen Last zum Kühlen (oder Erwärmen) der Fahrgastzelle unterscheiden können.
  • Bei Betriebsmodus 1 ist die Klimaanlage der Fahrgastzelle ausgeschaltet (Fahrgastzellenkühlungslast 0) und eine Batteriekühlung oder Erwärmung wird augenblicklich nicht benötigt (Batterietemperaturlast 0). In diesem Betriebsmodus ist dann der Kompressor 28 ausgeschaltet, sodass kein Kältemittel strömen wird, und das Kühlmittelleitventil ist so eingestellt, dass es das Kühlmittel durch den zweiten Auslass 66 (Ventilstellung 2) an die Kühlmittelumgehungsleitung 68 leitet.
  • Bei Betriebsmodus 2 ist die Klimaanlage der Fahrgastzelle ausgeschaltet und eine Batterieerwärmung (Selbstheizung) ist gewünscht. Wie bei dem ersten Betriebsmodus ist der Kompressor 28 ausgeschaltet und das Kühlmitteleitventil 58 ist auf den zweiten Auslass 66 (Ventilstellung 2) eingestellt. Eine (nicht gezeigte) Batterieinnenheizung oder eine andere geeignete Heizung, etwa eine (nicht gezeigte) Kühlmittelheizung in dem Kühlmittelkreislauf 50 kann verwendet werden, um die Batterieerwärmung bereitzustellen.
  • Bei Betriebsmodus 3 ist die Klimaanlage der Fahrgastzelle ausgeschaltet und das Fahrzeug 20 kann sich beispielsweise in einem elektrischen Betriebsmodus mit einer niedrigen Batteriekühlungslast befinden. In diesem Modus ist dann der Kompressor 28 ausgeschaltet und das Kühlmittelleitventil 58 ist auf den ersten Auslass 62 (Ventilstellung 1) eingestellt. Dies leitet das Kühlmittel durch den Batterieradiator 64 in dem ersten Zweig 60 des Kühlmittelkreislaufs 50. Die Luft, die durch den Batterieradiator 64 hindurchströmt, wird etwas Wärme aus dem Kühlmittel abführen, wodurch eine gewisse Abkühlung für den Batteriestapel 54 bereitgestellt wird. Während der Batterieradiator 64 nicht so viel Kühlung wie das Kühlaggregat 48 an das Kühlmittel bereitstellt, wird Energie gespart, indem der Kompressor 28 nicht betrieben wird.
  • Bei Betriebsmodus 4 kann sich das HVAC-Modul 42 für die Fahrgastzelle 44 beispielsweise in einem Entfeuchtungsmodus befinden (und somit eine niedrige Fahrgastzellenkühlungslast aufweisen), wobei gegenwärtig eine Batterieerwärmung benötigt wird. In diesem Modus wird der Kompressor 28 nach Bedarf zyklisch ein- und ausgeschaltet, um die Kühlungslast für den Verdampfer 40 zu befriedigen, und das Kühlmittelleitventil 58 ist auf den zweiten Auslass 66 (Ventilstellung 2) eingestellt, um das Kühlaggregat 48 und den Batterieradiator 64 über die Umgehungsleitung 68 zu umgehen. Somit wird das kalte Kältemittel, das durch das Kühlaggregat 48 hindurchgeht, das Kühlmittel nicht abkühlen. Die (nicht gezeigte) Batterieheizung kann verwendet werden, um die Batterieerwärmung bereitzustellen.
  • Bei Betriebsmodus 5 weist die Fahrgastzelle 44 eine niedrige Kühlungslast auf und der Batteriestapel 54 weist eine niedrige Kühlungslast auf. In diesem Modus ist der Kompressor 28 eingeschaltet, wobei die Drehzahl (RPM) gesteuert wird, um die niedrigen Lasten zu berücksichtigen. Der Verdampferlufttemperatursensor 78 kann einer der Eingänge sein, die zum Ermitteln der gewünschten Kompressordrehzahl verwendet werden. Das Kühlmittelleitventil 58 kann auf den zweiten Auslass 66 oder den dritten Auslass 70 (Ventilstellung 3) eingestellt sein oder zyklisch zwischen dem zweiten und dem dritten Auslass 66, 70 in Abhängigkeit von dem gegenwärtig benötigten Betrag an Batteriekühlung und der Kühlmitteltemperatur hin- und hergeschaltet werden. Der erste und der zweite Kühlmitteltemperatursensor 80, 82 (sowie die Batterietemperatur und der Betriebsstatus) können als Eingänge verwendet werden, um die gewünschte Position des Kühlmittelleitventils 58 in diesem Modus zu ermitteln. Alternativ kann die Kühlaggregatkapazität gesteuert werden, indem das Kühlmittelleitventil 58 so eingestellt wird, dass es ermöglicht, dass ein Teil des Kühlmittels durch das Kühlaggregat 48 geleitet wird und der andere Teil des Kühlmittels durch die Umgehung 68 geleitet wird, statt dass das Ventil 58 zyklisch zwischen dem Strömen durch das Kühlaggregat 48 und dem Strömen durch die Umgehung 68 hin- und hergeschaltet wird. Diese Alternative würde natürlich die Verwendung eines Ventils erfordern, das eine proportionierte Strömungssteuerung ermöglicht.
  • Bei Betriebsmodus 6 ist die Klimaanlage der Fahrgastzelle auf niedriger Stufe eingeschaltet und das Fahrzeug 20 kann in einem Elektrofahrzeugmodus mit einem hohen Batteriekühlungsbedarf arbeiten (etwa einem Betrieb im Elektrofahrzeugmodus, während man lange steil ansteigende Straßen hochfährt). In diesem Modus ist der Kompressor 28 eingeschaltet, wobei die Drehzahl (RPM) gesteuert wird, um den Kühlbedarf des Kälte mittels zu befriedigen. Das Kühlmittelleitventil 58 ist auf den dritten Auslass 70 eingestellt, um das gesamte Kühlmittel durch das Kühlaggregat 48 hindurchzuleiten, um den Kühleffekt auf das Kühlmittel zu maximieren.
  • Bei Betriebsmodus 7 ist die Klimaanlage der Fahrgastzelle auf hoher Stufe eingeschaltet, während der Batteriestapel 54 nur einen kleinen Kühlungsbetrag benötigt. Dies kann beispielsweise bei einem anfänglichen Abkühlen einer aufgeheizten Fahrgastzelle 44 auftreten, während nur leichte elektrische Lasten an den Batteriestapel 54 angelegt werden. In diesem Modus ist der Kompressor 28 eingeschaltet, wobei seine Drehzahl (RPM) gesteuert wird, um die Kühlungsbedürfnisse des Verdampfers 40 zu befriedigen. Da die Kühlungsbedürfnisse für die Fahrgastzelle 44 viel höher als für den Batteriestapel 54 sind, kann das Kühlmittelleitventil 58 auf den zweiten Auslass 66 oder den dritten Auslass 70 eingestellt sein oder in Abhängigkeit von dem gegenwärtig benötigten Batteriekühlungsbetrag und der Kühlmitteltemperatur zwischen dem zweiten und dem dritten Auslass 66, 70 zyklisch hin- und hegeschaltet werden.
  • Bei Betriebsmodus 8 sind die Kühlungslasten der Fahrgastzelle 44 und des Batteriestapels beide hoch. Dies kann beispielsweise beim anfänglichen Abkühlen einer aufgeheizten Fahrgastzelle 44 auftreten, während das Fahrzeug 20 in einem Elektrofahrzeugmodus mit einem hohen Batteriekühlungsbedarf arbeiten kann (etwa einem Betrieb im Elektrofahrzeugmodus, während man lange steil ansteigende Straßen hoch fährt). In diesem Modus ist der Kompressor 28 eingeschaltet, wobei seine Drehzahl (RPM) gesteuert wird, um die Kühlungsbedürfnisse des Verdampfers 40 zu befriedigen. Das Kühlmittelleitventil 58 ist auf den dritten Auslass 70 eingestellt, um das gesamte Kühlmittel durch das Kühlaggregat 48 zu leiten, um den Kühleffekt auf das Kühlmittel zu maximieren.
  • 3 veranschaulicht eine zweite Ausführungsform. Da diese Ausführungsform der ersten ähnelt, werden gleiche Elementbezugszeichen für gleiche Elemente verwendet und die genaue Beschreibung derselben wird weggelassen. In dieser Ausführungsform ist dem ersten Schenkel 34 ein Verdampferkältemittelabsperrventil 88 direkt oberstromig des Verdampfertemperaturexpansionsventils 38 hinzugefügt. Dies ermöglicht, dass die Kältemittelströmung an den Verdampfer 40 gestoppt werden kann, während es dem Kältemittel dennoch möglich ist, durch das Kühlaggregat 48 hindurchzuströmen. Alternativ kann ein elektronisches Temperaturexpansionsventil anstatt des Verdampfertemperaturexpansionsventils 38 und des Absperrventils 88 verwendet werden, was dennoch ein Stoppen der Kältemittelströmung an den Verdampfer 40 ermöglichen würde.
  • Mit dieser Ausführungsform des HVAC- und Batterietemperatursystems 22 kann ein weiterer Betriebsmodus erreicht werden. Ein derartiger Modus kann auftreten, wenn die Klimaanlage der Fahrgastzelle ausgeschaltet ist, wobei das Fahrzeug 20 in einem Elektrofahrzeugmodus mit einem hohen Batteriekühlungsbedarf arbeitet (etwa einem Betrieb in einem Elektrofahrzeugmodus, während man lange steil ansteigende Straßen hoch fährt). In diesem Modus ist der Kompressor 28 eingeschaltet und das Absperrventil 88 ist geschlossen, was ermöglicht, dass das Kältemittel durch das Kühlaggregat 48 strömt, während die Kältemittelströmung durch den Verdampfer 40 gesperrt ist. Das Kühlmittelleitventil 58 ist auf den dritten Auslass 70 eingestellt, um das gesamte Kühlmittel durch das Kühlaggregat 48 zu leiten, um den Kühlungseffekt auf das Kühlmittel zu maximieren. Eine Drehzahlsteuerung (RPM-Steuerung) des Kompressors 28 kann verwendet werden, um die Kühlkapazitäten mit der Temperaturlast der Batterie abzugleichen.
  • Obwohl einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung genau beschrieben wurden, werden Fachleute auf dem Gebiet, das diese Erfindung betrifft, verschiedene alternative Entwürfe und Ausführungsformen zum Umsetzen der Erfindung in die Praxis erkennen, die durch die folgenden Ansprüche definiert sind.

Claims (20)

  1. HVAC- und Batterietemperatursystem für ein Fahrzeug mit einer Fahrgastzelle und einem Batteriestapel, wobei das System umfasst: einen Kältemittelkreislauf, der einen Kompressor, einen Kondensator, einen ersten Schenkel und einen zweiten Schenkel umfasst, wobei der erste Schenkel eine Verdampferexpansionseinrichtung und einen Verdampfer umfasst, der ausgestaltet ist, um eine Kühlung für die Fahrgastzelle bereitzustellen, und der zweite Schenkel eine Batterieexpansionseinrichtung und ein Kühlaggregat umfasst; und einen Kühlmittelkreislauf, der so ausgestaltet ist, dass er ein Kühlmittel durch den Batteriestapel leitet, und der ein steuerbares Kühlmittelleitventil, einen Umgehungszweig und einen Kühlaggregatzweig umfasst, wobei das Kühlaggregat in dem Kühlaggregatzweig angeordnet ist und das Kühlmittelleitventil einen Umgehungsauslass, der das Kühlmittel in den Umgehungszweig leitet, und einen Kühlaggregatauslass aufweist, der das Kühlmittel in den Kühlaggregatzweig und durch das Kühlaggregat hindurchleitet.
  2. System nach Anspruch 1, wobei der Kühlmittelkreislauf einen Radiatorzweig und einen Batterieradiator in dem Radiatorzweig umfasst und das Kühlmittelleitventil einen Radiatorauslass umfasst, der das Kühlmittel in den Radiatorzweig und durch den Batterieradiator hindurchleitet.
  3. System nach Anspruch 1, wobei der erste Schenkel ein Kältemittelabsperrventil umfasst, das so ausgestaltet ist, dass es eine Kältemittelströmung durch den ersten Schenkel selektiv sperrt.
  4. System nach Anspruch 1, wobei die Verdampferexpansionseinrichtung ein elektronisches Temperaturexpansionsventil ist, das so ausgestaltet ist, dass es eine Kältemittelströmung dort hindurch selektiv sperrt.
  5. System nach Anspruch 1, das einen ersten Kühlmitteltemperatursensor, der zum Messen einer Kühlmitteltemperatur direkt oberstromig des Batteriestapels ausgestaltet ist, und einen zweiten Kühlmitteltemperatursensor umfasst, der zum Messen der Kühlmitteltemperatur direkt oberstromig des Kühlmittelleitventils ausgestaltet ist.
  6. System nach Anspruch 1, wobei der Kühlmittelkreislauf eine Kühlmittelpumpe umfasst, die ausgestaltet ist, um das Kühlmittel selektiv durch den Kühlmittelkreislauf zu pumpen.
  7. System nach Anspruch 1, wobei die Batterieexpansionseinrichtung ein Temperaturexpansionsventil ist.
  8. System nach Anspruch 1, wobei der Kompressor ein elektrisch angetriebener Kompressor ist, dessen Drehzahl steuerbar ist.
  9. HVAC- und Batterietemperatursystem für ein Fahrzeug mit einem Batteriestapel, wobei das System umfasst: einen Kältemittelkreislauf, der einen Kompressor, einen Kondensator, eine Batterieexpansionseinrichtung und ein Kühlaggregat umfasst; und einen Kühlmittelkreislauf, der ausgestaltet ist, um ein Kühlmittel durch den Batteriestapel hindurch zu leiten und der ein steuerbares Kühlmittelleitventil, einen Umgehungszweig, einen Radiatorzweig, einen Kühlaggregatzweig und einen Batterieradiator in dem Radiatorzweig umfasst, wobei das Kühlaggregat in dem Kühlaggregatzweig angeordnet ist und das Kühlmittelleitventil einen Umgehungsauslass, der das Kühlmittel in den Umgehungszweig leitet, einen Kühlaggregatauslass, der das Kühlmittel in den Kühlaggregatzweig und durch das Kühlaggregat hindurchleitet, und einen Radiatorauslass umfasst, der das Kühlmittel in den Radiatorzweig und durch den Batterieradiator hindurchleitet.
  10. System nach Anspruch 9, das einen ersten Kühlmitteltemperatursensor, der zum Messen einer Kühlmitteltemperatur direkt oberstromig des Batteriestapels ausgestaltet ist, und einen zweiten Kühlmitteltemperatursensor umfasst, der zum Messen der Kühlmitteltemperatur direkt oberstromig des Kühlmittelleitventils ausgestaltet ist.
  11. System nach Anspruch 9, wobei der Kühlmittelkreislauf eine Kühlmittelpumpe umfasst, die ausgestaltet ist, um das Kühlmittel selektiv durch den Kühlmittelkreislauf zu pumpen.
  12. System nach Anspruch 9, wobei die Batterieexpansionseinrichtung ein Temperaturexpansionsventil ist.
  13. System nach Anspruch 9, wobei der Kompressor ein elektrisch angetriebener Kompressor ist, dessen Drehzahl steuerbar ist.
  14. Verfahren zum Kühlen einer Fahrgastzelle und eines Batteriestapels eines Fahrzeugs, wobei das Verfahren die Schritte umfasst, dass: (a) eine Fahrgastzellenkühlungslast, die für die Fahrgastzelle angefordert ist, detektiert wird; (b) eine Batterietemperaturlast, die für den Batteriestapel benötigt wird, detektiert wird; (c) dann, wenn eine hohe Fahrgastzellenkühlungslast angefordert ist und eine Batteriestapelkühlungslast auf einem relativ gleich hohen Niveau detektiert wird, ein Kältemittelkompressor aktiviert wird, um ein Kältemittel durch einen HVAC-Modulverdampfer und ein Kühlaggregat hindurchzuleiten und ein Kühlmittelleitventil so eingestellt wird, dass es ein Kühlmittel durch das Kühlaggregat und dem Batteriestapel hindurchleitet; und (d) dann, wenn eine relativ niedrigere Fahrgastzellenkühlungslast angefordert ist und eine Batteriestapelkühlungslast auf einem relativ gleich niedrigen Niveau detektiert wird, der Kältemittelkompressor aktiviert wird, um das Kältemittel durch den HVAC-Modulverdampfer und das Kühlaggregat hindurchzuleiten und das Kühlmittelleitventil so eingestellt wird, dass es das Kühlmittel durch den Batteriestapel und durch das Kühl aggregat und/oder eine Kühlaggregatumgehungsleitung hindurchleitet.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, das umfasst, dass (e) dann, wenn keine Fahrgastzellenkühlungslast angefordert ist und eine relativ niedrigere Batteriestapelkühlungslast detektiert wird, das Kühlmittelleitventil so eingestellt wird, dass es das Kühlmittel durch den Batteriestapel und durch einen Batterieradiator hindurchleitet.
  16. Verfahren nach Anspruch 14, wobei der Schritt (c) ferner durch eine Drehzahl des Kühlmittelkompressors definiert ist, die so gesteuert wird, dass die benötigte Batteriestapelkühlungslast und die angeforderte Fahrgastzellenkühlungslast befriedigt werden.
  17. Verfahren nach Anspruch 14, das umfasst, dass (e) dann, wenn eine relativ niedrigere Fahrgastzellenkühlungslast angefordert ist und eine relativ höhere Batteriestapelkühlungslast detektiert wird, der Kältemittelkompressor aktiviert wird, um das Kältemittel durch den HVAC-Modulverdampfer und das Kühlaggregat hindurchzuleiten und das Kühlmittelleitventil so eingestellt wird, dass es das Kühlmittel durch den Batteriestapel und durch das Kühlaggregat hindurchleitet.
  18. Verfahren nach Anspruch 14, wobei der Schritt (d) ferner durch ein zyklisches Hin- und Herschalten des Kühlmittelleitventils zwischen einem Leiten des Kühlmittels durch das Kühlaggregat hindurch und einem Leiten des Kühlmittels durch die Kühlaggregatumgehungsleitung hindurch definiert ist.
  19. Verfahren nach Anspruch 14, das umfasst, dass (e) dann, wenn eine Batterieerwärmungslast für den Batteriestapel detektiert wird, das Kühlmittelleitventil so eingestellt wird, dass es das Kühlmittel durch die Kühlaggregatumgehungsleitung hindurchleitet.
  20. Verfahren nach Anspruch 14, das umfasst, dass (e) dann, wenn eine relativ höhere Fahrgastzellenkühlungslast angefordert ist und eine relativ niedrigere Batteriestapelkühlungslast detektiert wird, der Kältemittelkompressor aktiviert wird, um das Kältemittel durch den HVAC-Modulverdampfer und das Kühlaggregat hindurchzuleiten, und das Kühlmittelleitventil so eingestellt wird, dass es das Kühlmittel durch den Batteriestapel und einen ersten Abschnitt des Kühlmittels durch das Kühlaggregat und einen verbleibenden Abschnitt des Kühlmittels durch die Kühlaggregatumgehungsleitung hindurchleitet.
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