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Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Heizungs-, Lüftungs- und Klimatisierungs (HLK)-Systeme für Fahrzeuge.
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Die HLK-Systeme, die in herkömmlichen Fahrzeugen verwendet werden, werden typischerweise durch die Maschine betrieben, die kontinuierlich läuft, und sind daher nicht von dem Leistungsverbrauch an einem Batteriesatz betroffen. Solche Systeme basieren auf der Tatsache, dass die Kühlmitteltemperatur der Maschine eines herkömmlichen (Nicht-Hybrid-) Fahrzeuges mithilfe eines Maschinenthermostats auf eine einigermaßen konstante Temperatur geregelt wird und dass die Heizungswärmetauscher-Kühlmittelströmungsrate mit der Maschinendrehzahl variiert. Diese HLK-Systeme verstellen typischerweise, wenn sie in Heizmodi arbeiten, die Position einer Temperaturklappe, um die gewünschte Temperatur der in einen Fahrgastraum strömenden Luft zu erreichen.
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Allerdings ist die Fahrzeugreichweite für Plug-In-Hybrid- und elektrische Fahrzeuge ein bedeutendes Fahrzeugleistungsziel bei rein elektrischem Fahrzeugmodus. Solche elektrischen Kraftfahrzeuge mit erweiterter Reichweite verwenden einen Motor, der durch eine Batterie betrieben ist, um das Fahrzeug mit einer Maschine oder einer Brennstoffzelle zu bewegen, die als eine Art eingebauter Generator verwendet wird, um den Batteriesatz aufzuladen. Einige Typen von Hybridfahrzeugen (wie z. B. Plug-In-Hybridfahrzeuge) arbeiten auch über längere Zeit in rein elektrischen Modi. In einem elektrischen Fahrzeugmodus ist keine Maschinenwärmeabgabe vorhanden und so wird Batteriesatzleistung verbraucht, um die Nebenaggregate zu betreiben. Die rein elektrische Fahrreichweite von Kraftfahrzeugen mit batteriebetriebenen Elektromotoren, welche den Antrieb bereitstellen, kann durch die elektrischen Nebenaggregatlasten des Fahrzeuges stark reduziert sein. Einige der höchsten elektrischen Nebenaggregatlasten werden verwendet, um den Fahrgastraum des Fahrzeuges zum Enteisen/Entfeuchten der Windschutzscheibe und für den Insassenkomfort zu heizen. Somit kann das Minimieren des elektrischen Leistungsverbrauches für HLK-Systeme die rein elektrische Fahrreichweite dieser Fahrzeuge stark verbessern.
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Überdies ist für Brennstoffzellenfahrzeuge die maximale (Brennstoffzellen-) Kühlmitteltemperatur auf ein niedrigeres Niveau begrenzt, als bei einer Brennkraftmaschine, sodass zusätzliche Wärme erforderlich sein kann, um die gewünschte Wärme an den Fahrgastraum für Enteisungs- und Erwärmungsfunktionen bereitzustellen, insbesondere, wenn das Fahrzeug bei niedrigen Umgebungslufttemperaturbedingungen arbeitet.
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Dokument
US 2003/0 217 559 A1 beschreibt ein Fahrzeug mit einer Brennstoffzelle, die durch einen ersten Wasserkreislauf gekühlt wird. Darüber hinaus ist ein zweiter Wasserkreislauf mit elektrischen Heizeinrichtungen und einem Wärmetauscher zur Heizung des Fahrzeuginnenraums vorgesehen. Darüber hinaus kann auch im ersten Wasserkreislauf aufgeheiztes Wasser zu dem Wärmetauscher geleitet werden. Hierzu ist ein Dreiwege-Ventil vorgesehen. Dokument
DE 41 15 138 A1 beschreibt ein in einen Kühlmittel- und Heizungskreislauf eingebundenes Fahrzeugheizsystem. Der Heizkreislauf dient zur Beheizung des Fahrzeuginnenraums. Darüber hinaus ist ein Magnetventil vorgesehen. Durch Öffnen des Magnetventils kann in dem Heizkreislauf aufgeheizte Flüssigkeit den Verbrennungsmotor durchströmen und somit zur Erwärmung des Verbrennungsmotors verwendet werden.
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Ein ähnliches Fahrzeugheizsystem geht ferner aus der US 2005 / 0 133 215 A1 hervor. Des Weiteren ist aus der
DE 100 59 369 A1 ein Ausgleichbehälter mit einer inneren Trennwand bekannt, in der eine Öffnung ausgebildet ist.
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Der Anmeldung liegt die Aufgabe zugrunde, den elektrischen Leistungsverbrauch der eingangs genannten Systeme zu minimieren.
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Diese Aufgabe wird durch ein Heizungssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Ferner wird ein Kraftfahrzeug beschrieben, welches umfasst: einen Maschinenraum mit einem Antriebsaggregat und einem Antriebsaggregat-Kühlmittelkreislauf, die darin angeordnet sind, wobei der Antriebsaggregat-Kühlmittelkreislauf ausgebildet ist, um eine Kühlmittelströmung aus dem Antriebsaggregat hinaus und in dieses hinein zu leiten, und das Antriebsaggregat einen Heizungswärmetauscherauslass umfasst; einen Fahrgastraum mit einem darin angeordneten HLK-Modul, wobei das HLK-Modul einen Heizungswärmetauscher umfasst; eine Kühlmittel-Heizeinrichtung, die ausgebildet ist, um ein Kühlmittel genau vor dem Eintreten des Kühlmittels in den Heizungswärmetauscher selektiv zu erwärmen; eine Kühlmittelpumpe, die ausgebildet ist, um ein Kühlmittel selektiv durch die Kühlmittel-Heizeinrichtung und den Heizungswärmetauscher zu pumpen; ein Dreiwege-Ventil, welches einen Einlass, der mit dem Heizungswärmetauscher verbunden ist, um das Kühlmittel davon zu empfangen, einen ersten Auslass, der ausgebildet ist, um das Kühlmittel selektiv zu der Kühlmittel-Heizeinrichtung hin zu leiten, und einen zweiten Auslass aufweist, der ausgebildet ist, um das Kühlmittel in fluidtechnischer Verbindung mit dem Antriebsaggregat-Kühlmittelkreislauf selektiv in das Antriebsaggregat zu leiten; und eine Kühlmittelleitung, um das Kühlmittel von dem Heizungswärmetauscherauslass des Antriebsaggregats zu der Kühlmittel-Heizeinrichtung hin zu leiten.
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Des Weiteren wird ein Verfahren zum Betreiben eines Heizungssystems in einem Fahrzeug beschrieben, wobei das Verfahren die Schritte umfasst, dass bestimmt wird, ob ein Antriebsaggregat arbeitet; bestimmt wird, ob eine Temperatur eines Kühlmittels in einem Antriebsaggregat-Kühlmittelkreislauf über einer vorbestimmten Temperaturschwelle liegt; ein Ventil betätigt wird, um einen Heizungswärmetauscher-Kühlmittelkreislauf von einem Antriebsaggregat-Kühlmittelkreislauf zu trennen, eine Kühlmittelpumpe in dem Heizungswärmetauscher-Kühlmittelkreislauf aktiviert wird und eine Kühlmittel-Heizeinrichtung in dem Heizungswärmetauscher-Kühlmittelkreislauf aktiviert wird, um das Kühlmittel in dem Heizungswärmetauscher-Kühlmittelkreislauf zu erwärmen, bevor das Kühlmittel durch einen Heizungswärmetauscher strömt, wenn die Temperatur des Antriebsaggregat-Kühlmittelkreislaufes nicht über der vorbestimmten Temperaturschwelle liegt; und das Ventil betätigt wird, um das Kühlmittel von dem Heizungswärmetauscher-Kühlmittel-kreislauf in den Antriebsaggregat-Kühlmittelkreislauf und das Kühlmittel von dem Antriebsaggregat-Kühlmittelkreislauf in den Heizungswärmetauscher-Kühlmittelkreislauf zu leiten, wenn die Temperatur in dem Antriebsaggregat-Kühlmittelkreislauf bei oder über der vorbestimmten Temperaturschwelle liegt.
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Ein Vorteil einer Ausführungsform besteht darin, dass der elektrische Leistungsverbrauch während des Heizens und Enteisens/Entfeuchtens des Fahrgastraumes minimiert ist, wenn sich das Fahrzeug in einem elektrischen Fahrzeugbetriebsmodus befindet, während der Anfangsphase eines „Maschine-Ein“-Betriebes (Aufwärmen der Maschine) und während eines Maschinen-Hybridbetriebes. Es kann auch zusätzliche Wärme für Brennstoffzellenfahrzeuge bereitgestellt werden, um die gewünschten Enteisungs/Entfeuchtungs- und Fahrgastraumwärmfunktionen vorzusehen. Auch kann der elektrische Verdichterleistungsverbrauch reduziert werden, indem die Motorkühlmittelströmung zu dem Heizungswärmetauscher während Klimatisierungsbetriebsmodi angehalten wird.
- 1 ist eine schematische grafische Darstellung eines Fahrzeuges mit einem Heizungssystem gemäß einer ersten Ausführungsform.
- 2 ist eine Ansicht ähnlich wie 1, veranschaulicht jedoch einen anderen Betriebsmodus.
- 3 ist eine Ansicht ähnlich wie 1, veranschaulicht jedoch einen anderen Betriebsmodus.
- 4 ist eine schematische grafische Darstellung eines Fahrzeuges mit einem Heizungssystem gemäß einer zweiten Ausführungsform.
- 5 ist eine Ansicht ähnlich wie 4, veranschaulicht jedoch einen anderen Betriebsmodus.
- 6 ist eine Ansicht ähnlich wie 4, veranschaulicht jedoch einen anderen Betriebsmodus.
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Unter Bezugnahme auf die 1-3 ist ein Fahrzeug, allgemein mit 20 bezeichnet, gezeigt. Das Fahrzeug 20 kann ein elektrisches Fahrzeug mit erweiterter Reichweite sein. Das Fahrzeug 20 umfasst einen Maschinenraum 22, in dem ein Antriebsaggregat 24 befestigt ist, und einen Fahrgastraum 26, in dem sich ein Heizungs-, Lüftungs- und Klimatisierungs (HLK)-Modul 28 befindet. Das Antriebsaggregat 24 kann z. B. eine Brennkraftmaschine oder eine Brennstoffzelle sein. Das Antriebsaggregat 24 kann Kühlmittelleitungen 30 aufweisen, die sich zu einem Kühler 32 erstrecken, welcher benachbart zu einem Kühlgebläse 34 angeordnet sein kann. Die Kühlmittelleitungen 30 und der Kühler 32 bilden zusammen mit dem Antriebsaggregat 24 einen Antriebsaggregat-Kühlmittelkreislauf 31. Die Kühlmittelleitungen, wie hierin offenbart, können Rohre, Schläuche oder andere Mittel sein, um ein Fluid von einem Ort zu einem anderen zu leiten.
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Das HLK-Modul 28 bildet einen Teil eines Heizungssystems 36 für das Fahrzeug 20 (wie auch einen Teil einer Klimaanlage, nicht gezeigt) und umfasst einen Ventilator 38, der Luft durch einen Umluftströmungspfad 40 und einen Frischluftpfad 42 in das HLK-Modul 28 saugt, wobei eine Frisch/Umluftklappe 44 die Mischung von Luft von den Pfaden 40, 42 kommend bestimmt. Ein Verdampfer 46 erstreckt sich über das HLK-Modul 28 stromabwärts des Ventilators 38 hinweg, wobei sich eine Temperaturklappe 48 stromabwärts von dem Verdampfer 46 befindet. Ein Lufttemperatursensor 50 misst die Temperatur der Luft, die aus dem HLK-Modul 28 austritt. Zwischen der Temperaturklappe 48 und dem Lufttemperatursensor 50 befindet sich ein Heizungswärmetauscher 52, der ein Teil des Heizungssystems 36 ist. Die Temperaturklappe 48 ist bewegbar, um den Anteil der Luft, die durch den Heizungswärmetauscher 52 oder um diesen herum strömt, selektiv zu variieren. Es wird zu erkennen sein, dass, obwohl dieses Heizungssystem 36 in einem Fahrzeug mit einem nicht herkömmlichen Leistungssystem verwendet wird, das HLK-Modul 28 dasselbe sein kann, wie eines, das in einem herkömmlichen Fahrzeug eingesetzt wird. Dies gestattet die Wiederverwendung von bestehenden Steuerungen für eine automatische Klimasteuerungs-HLK-Modul-Temperaturklappenverstellung eines Nicht-Hybrid-Fahrzeuges wie auch die Wiederverwendung von Nicht-Hybrid-Fahrzeug-HLK-Modulen. Somit können die Kosten und die Komplexität für Fahrzeuge mit herkömmlichen und optionalen, nicht herkömmlichen Antriebsstrangsystemen reduziert werden.
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Das Heizungssystem 36 umfasst auch einen Heizungswärmetauscher-Kühlmittelkreislauf 54 mit einer Kühlmittelleitung 56, die sich von einem Auslass des Heizungswärmetauschers 52 zu einem Einlass eines Dreiwege-Ventils 58 erstreckt. Das Dreiwege-Ventil 58 umfasst einen ersten Auslass 66, der Kühlmittel zu einer Kühlmittelleitung 60 des Heizungswärmetauscher-Kühlmittelkreislaufs 54 leitet, und einen zweiten Auslass 68, der Kühlmittel zu einer Kühlmittelleitung 62 leitet, welche Kühlmittel zu einem Heizungswärmetauschereinlass 59 des Antriebsaggregats 24 leitet. Der Heizungswärmetauscher-Kühlmittelkreislauf 54 umfasst auch einen Luftabscheider 64, der Kühlmittel von einem Heizungswärmetauscherauslass 65 des Antriebsaggregats 24 oder dem ersten Auslass 66 des Dreiwege-Ventils 58 empfangen und es zu einer Kühlmittelpumpe 70 hin leiten kann. Die Kühlmittelpumpe 70, die elektrisch angetrieben sein kann, pumpt das Kühlmittel durch den Heizungswärmetauscher-Kühlmittelkreislauf 54 und leitet das Kühlmittel zu einer Kühlmittel-Heizeinrichtung 72. Die Kühlmittel-Heizeinrichtung 72 kann eine Hochspannungs-Heizeinrichtung mit positivem Temperaturkoeffizient (PTC) oder-Widerstandsheizeinrichtung sein, die eine hohe Wärmeeintragsrate an ein Kühlmittel bereitstellen kann, welches durch sie hindurch strömt. Ein Kühlmitteleinlasstemperatursensor 71 kann benachbart zu der Kühlmittel-Heizeinrichtung 72 angeordnet sein, um die Temperatur des Kühlmittels zu messen, das in die Kühlmittel-Heizeinrichtung 72 eintritt. Der Auslass der Kühlmittel-Heizeinrichtung 72 ist über eine Kühlmittelleitung 74 mit einem Eingang zu dem Heizungswärmetauscher 52 verbunden, um so den Heizungswärmetauscher-Kühlmittelkreislauf 54 zu vervollständigen. Es ist erkennbar, dass die Hochspannungs-Heizungskomponenten des Heizungssystems 36 außerhalb des Fahrgastraumes 26 angeordnet sein können, um so die zusätzliche Komplexität zu vermeiden, die sich ergibt, wenn eine Hochspannungskomponente in einem Fahrgastraum angeordnet ist.
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Ein äußeres Antriebsaggregat-Umgehungsventil 76 ist zwischen der Kühlmittelleitung 62, die sich von dem Antriebsaggregat-Heizungswärmetauschereinlass 59 weg erstreckt, und einer Kühlmittelleitung 78, die sich von dem Antriebsaggregat-Heizungswärmetauscherauslass 65 weg erstreckt angeordnet. Auch ist ein Kühlmittelausgleichsbehälter 80 mit einer Kühlmittelleitung 82, die zu einer Maschinenentlüftung 84 führt, der Kühlmittelleitung 62 und mit einer Kühlmittelleitung 86 verbunden, die zu dem Luftabscheider 64 führt. Eine interne Trennwand 88 ist in dem Kühlmittelausgleichsbehälter 80 angeordnet und umfasst eine kleine Ablassöffnung 89.
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Der Betrieb der Ausführungsformen der 1-3 wird nun erläutert. Abhängig von den verschiedenen Betriebszuständen des Antriebsaggregats 24 und der Temperatur des Kühlmittels kann der Heizungswärmetauscher-Kühlmittelkreislauf 54 selektiv von dem Antriebsaggregat-Kühlmittelkreislauf 31 getrennt oder mit diesem betrieben sein. Die Pfeilköpfe an den Kühlmittelleitungen zeigen die Strömungsrichtung des Kühlmittels für diesen speziellen Modus an.
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Ein erster Heizungsmodusbetrieb ist in 1 veranschaulicht und findet statt, wenn das Antriebsaggregat 24 nicht arbeitet und das Kühlmittel in dem Antriebsaggregat-Kühlmittelkreislauf 31 nicht ausreichend warm ist, um eine entsprechende Heizung an den Fahrgastraum 26 bereitzustellen. In diesem Modus strömt kein Kühlmittel in dem Antriebsaggregat-Kühlmittelkreislauf 31 und das Dreiwege-Ventil 58 wird betätigt, um Kühlmittel, das von dem Heizungswärmetauscher 52 kommt, durch die Kühlmittelleitung 60 zu dem Luftabscheider 64 zu leiten. Wenn das Kühlmittel durch den Luftabscheider 64 strömt, werden Luftblasen in dem Kühlmittelstrom nach außen in den Kühlmittelausgleichsbehälter 80 abgeschieden. Die Pumpe 70 wird aktiviert, um das Kühlmittel durch den Heizungswärmetauscher-Kühlmittelkreislauf 54 zu pumpen, und die Kühlmittel-Heizeinrichtung 72 wird aktiviert, um das Kühlmittel zu erwärmen, während das Kühlmittel durch sie hindurch strömt. Der Temperatursensor 71, der die Temperatur des in die Kühlmittel-Heizeinrichtung 72 eintretenden Kühlmittels misst, lässt zu, dass der Wärmeeintrag der Kühlmittel-Heizeinrichtung 72 verstellt wird, um die Temperatur des in die Heizeinrichtung 72 eintretenden Kühlmittels zu berücksichtigen. Das erwärmte Kühlmittel strömt dann durch den Heizungswärmetauscher 52. Die Temperaturklappe 48 wird betätigt, um die gesamte Luft, die durch den Ventilator 38 durch das HLK-Modul 28 gedrückt wird, durch den Heizungswärmetauscher 52 zu leiten (anstatt dass etwas von der Luft den Heizungswärmetauscher umgeht). Die Luft, die durch den Heizungswärmetauscher 52 strömt, absorbiert Wärme von dem Kühlmittel, bevor sie nach außen strömt, um Fenster zu enteisen/entfeuchten und den Fahrgastraum 26 zu erwärmen. Der Lufttemperatursensor 50 kann eingesetzt werden, um zu bestimmen, ob sich die Luft, die aus dem HLK-Modul 28 austritt, bei der gewünschten Temperatur befindet. Auch kann die Drehzahl der Kühlmittelpumpe 70 gesteuert sein, um die Kühlmittelströmungsrate durch den Heizungswärmetauscher 52 zu optimieren, um den Wirkungsgrad des Heizungswärmetauschers zu maximieren.
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Ein zweiter Heizungsmodusbetrieb ist in 2 veranschaulicht und findet statt, wenn das Antriebsaggregat 24 arbeitet und das Kühlmittel in dem Antriebsaggregat-Kühlmittelkreislauf 31 nicht warm genug ist, um eine wesentliche Wärme an den Heizungswärmetauscher 52 bereitzustellen. In diesem Modus arbeiten das Dreiwege-Ventil 58, die Kühlmittelpumpe 70 und die Kühlmittel-Heizeinrichtung 72 ähnlich wie in dem ersten Heizungsmodus, wobei der Heizungswärmetauscher-Kühlmittelkreislauf 54 von dem Antriebsaggregat-Kühlmittelkreislauf 31 getrennt ist. Somit stellt die Kühlmittel-Heizeinrichtung 72 weiterhin Wärme an das Kühlmittel bereit, bevor es in den Heizungswärmetauscher 52 strömt. Darüber hinaus wird das äußere Umgehungsventil 76 geöffnet, um zuzulassen, dass das Kühlmittel in dem Antriebsaggregat von dem Heizungswärmetauscherauslass 65 zurück zu dem Heizungswärmetauschereinlass 59 zirkuliert, ohne durch den Heizungswärmetauscher-Kühlmittelkreislauf 54 zu strömen.
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Während sich das Kühlmittel in den Kühlmittelkreisläufen 31, 54 aufwärmt, kann etwas von dem Kühlmittel in den Kühlmittelausgleichsbehälter 80 strömen, um die thermische Ausdehnung zu berücksichtigen. Die Ablassöffnung 89 in der internen Trennwand 88 verhindert ein Ablassen der Antriebsaggregatentlüftung während des Aufwärmens des Antriebsaggregats. Und, wenn das Dreiwege-Ventil 58 eine geringe Undichtheit aufweist, lässt die Ablassöffnung 89 zu, dass Kühlmittel wieder in den Heizungswärmetauscher-Kühlmittelkreislauf 54 eintritt - andernfalls könnte die Pumpe 70 letztendlich das gesamte Kühlmittel aus dem Heizungswärmetauscher-Kühlmittelkreislauf 54 pumpen. Die Trennwand 88 mit der Ablassöffnung 89 lässt auch einigermaßen getrennte Kühlmittelniveaus auf jeder Seite der Trennwand 88 zu.
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Ein dritter Heizungsmodusbetrieb ist in 3 veranschaulicht und findet statt, wenn das Antriebsaggregat 24 arbeitet und das Kühlmittel in dem Antriebsaggregat-Kühlmittelkreislauf 31 warm genug ist, um eine wesentliche Wärme an den Heizungswärmetauscher 52 bereitzustellen. In diesem Modus wird das Dreiwege-Ventil 58 betätigt, um Kühlmittel von dem Heizungswärmetauscher 52 zu dem Heizungswärmetauschereinlass 59 des Antriebsaggregats 24 zu leiten, und das Umgehungsventil 76 wird geschlossen, sodass Kühlmittel, welches aus dem Heizungswärmetauscherauslass 65 des Antriebsaggregats 24 strömt, durch die Kühlmittelleitung 78 zu dem Luftabscheider 64 in dem Heizungswärmetauscher-Kühlmittelkreislauf 54 strömt. Die Kühlmittelpumpe 70 kann aktiviert werden, wenn die Kühlmittelströmung aus dem Antriebsaggregat 24 selbst nicht ausreicht. Auch kann die Kühlmittel-Heizeinrichtung 72 aktiviert werden, um eine zusätzliche Kühlmittelheizung bereitzustellen, wenn das Antriebsaggregat 24 selbst nicht ausreichend Kühlmittelheizung bereitstellt. Eine zusätzliche Kühlmittelheizung kann insbesondere notwendig sein, wenn das Antriebsaggregat 24 eine Brennstoffzelle ist, da nicht so viel Wärmeableitung für die Kühlmittelheizung (im Vergleich mit einem Brennkraftmaschinen-Antriebsaggregat) verfügbar ist.
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Selbst wenn das Antriebsaggregat 24 den Betrieb beendet und das Fahrzeug sich in einem elektrischen Fahrzeugmodus befindet, während das Kühlmittel weiterhin warm genug ist, um die erforderliche Wärme an den Heizungswärmetauscher bereitzustellen, können das Dreiwege-Ventil 58 und das Umgehungsventil 76 in ihren Positionen für den dritten Betriebsmodus bleiben. Dies lässt zu, dass zusätzliche Wärme aus dem Kühlmittel entnommen wird, um zuzulassen, dass die Kühlmittel-Heizeinrichtung 72 weniger Leistung von dem Batteriesatz abzieht, um das Kühlmittel zu erwärmen. Das Fahrzeug 20 kann dann für längere Zeit in dem elektrischen Fahrzeugbetriebsmodus verbleiben, bevor das Antriebsaggregat 24 erneut gestartet werden muss.
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Zusätzlich zu den Fahrgastraum-Heizungsmodi besitzt das Heizungssystem 36 die Flexibilität, die Kühlmittelströmung durch den Heizungswärmetauscher 52 zu stoppen, während das Antriebsaggregat 24 und die Fahrzeugklimaanlage in Betrieb sind. Das Umgehungsventil 76 wird geöffnet, das Dreiwege-Ventil 58 wird in dieselbe Position wie in den ersten beiden Heizungsmodi betätigt, und die Kühlmittelpumpe 70 wird ausgeschaltet. Dies verbessert die Klimatisierungsleistung.
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Überdies kann dann, wenn ein Hochleistungsfahrzeugladegerät (nicht gezeigt) in einem Fahrzeug mit einer Brennkraftmaschine für das Antriebsaggregat 24 verwendet wird, um den Batteriesatz (nicht gezeigt) aufzuladen, die Kühlmittel-Heizeinrichtung 72 verwendet werden, um das Kühlmittel vorzuwärmen. Das vorgewärmte Kühlmittel kann in das Antriebsaggregat 24 geleitet werden, wenn es gestartet wird .
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Die 4-6 veranschaulichen eine zweite Ausführungsform. Da diese Ausführungsform der ersten ähnlich ist, werden ähnliche Bezugsziffern für ähnliche Elemente verwendet, wobei jedoch 100-Seriennummern verwendet werden. Das Fahrzeug 120 umfasst weiterhin einen Heizungswärmetauscher-Kühlmittelkreislauf 154, ein HLK-Modul 128 und ein Antriebsaggregat 124, ähnlich der ersten Ausführungsform. Der Antriebsaggregat-Kühlmittelkreislauf 131 ist jedoch gegenüber der ersten Ausführungsform etwas verändert und das Umgehungsventil ist eliminiert.
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Der Antriebsaggregat-Kühlmittelkreislauf 131 umfasst einen Thermostat 190, der über eine Kühlmittelleitung 162 mit dem Dreiwege-Ventil 158 verbunden ist. Der Thermostat 190 steht in Wechselwirkung mit einer Antriebsaggregat-Wasserpumpe 192, wobei zugelassen wird, dass das in die Wasserpumpe 192 strömende Kühlmittel selektiv von den Kühlmittelleitungen 130 in dem Antriebsaggregat-Kühlmittelkreislauf 131 oder von der Kühlmittelleitung 162 empfangen wird. Auch kann ein Kühlmitteltemperatursensor 196 an dem Heizungswärmetauscherauslass 165 angeordnet sein, um die Temperatur des aus dem Antriebsaggregat 124 austretenden Kühlmittels zu messen. Eine weitere Kühlmittelleitung 198 verbindet die Kühlmittelleitung 178 mit dem Kühlmittelausgleichsbehälter 180. Die Kühlmittelleitung 130, die zu einem Eingang zu dem Kühler 132 führt, ist mit der Kühlmittelleitung 178 verbunden, die sich von dem Heizungswärmetauscherauslass 165 des Antriebsaggregats 124 weg erstreckt.
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Die drei verschiedenen Heizungsbetriebsmodi des Heizungssystems 136 werden nun erläutert. Die Pfeilköpfe an den Kühlmittelleitungen zeigen die Strömungsrichtung des Kühlmittels für diesen speziellen Modus an.
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Der erste Heizungsmodus ist in 4 veranschaulicht und findet statt, wenn das Antriebsaggregat 124 nicht arbeitet und das Kühlmittel in dem Antriebsaggregat-Kühlmittelkreislauf 131 nicht ausreichend warm ist, um eine entsprechende Heizung an den Fahrgastraum 126 bereitzustellen. In diesem Modus strömt kein Kühlmittel in dem Antriebsaggregat-Kühlmittelkreislauf 131 und das Dreiwege-Ventil 158 wird betätigt, um Kühlmittel, das von dem Heizungswärmetauscher 152 kommt, durch die Kühlmittelleitung 160 zu dem Luftabscheider 164 zu leiten (um somit den Heizungswärmetauscher-Kühlmittelkreislauf 154 von dem Antriebsaggregat-Kühlmittelkreislauf 131 zu trennen). Die Pumpe 170 wird aktiviert, um das Kühlmittel durch den Heizungswärmetauscher-Kühlmittelkreislauf 154 zu pumpen, und die Kühlmittel-Heizeinrichtung 172 wird aktiviert, um das Kühlmittel zu erwärmen, während das Kühlmittel durch sie hindurch strömt. Der Temperatursensor 171, der die Temperatur des in die Heizeinrichtung 172 eintretenden Kühlmittels misst, lässt zu, dass der Wärmeeintrag der Kühlmittel-Heizeinrichtung 172 verstellt wird, um die Temperatur des in die Heizeinrichtung 172 eintretenden Kühlmittels zu berücksichtigen. Weitere Faktoren zum Bestimmen des Leistungseintrages in die Kühlmittel-Heizeinrichtung 172 können die Umgebungslufttemperatur und die Drehzahl des Ventilators 138 sein. Das erwärmte Kühlmittel strömt dann durch den Heizungswärmetauscher 152. Die Temperaturklappe 148 wird betätigt, um die gesamte Luft, die durch den Ventilator 138 durch das HLK-Modul 128 gedrückt wird, durch den Heizungswärmetauscher 152 zu leiten (anstatt dass etwas von der Luft den Heizungswärmetauscher umgeht) - wenngleich kleinere Temperaturverstellungen durchgeführt werden können, indem die Temperaturklappe 148 betätigt wird. Die Luft, die durch den Heizungswärmetauscher 152 strömt, wird Wärme von dem Kühlmittel absorbieren, bevor sie nach außen strömt, um Fenster zu enteisen/entfeuchten und den Fahrgastraum 126 zu erwärmen. Der Lufttemperatursensor 150 kann eingesetzt werden, um zu bestimmen, ob sich die Luft, die aus dem HLK-Modul 128 austritt, bei der gewünschten Temperatur befindet. Auch kann die Drehzahl der Kühlmittelpumpe 170 gesteuert sein, um die Kühlmittelströmungsrate durch den Heizungswärmetauscher 152 zu optimieren, um den Wirkungsgrad des Heizungswärmetauschers zu maximieren.
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Der zweite Heizungsmodus ist in 5 veranschaulicht und findet statt, wenn das Antriebsaggregat 124 arbeitet und das Kühlmittel in dem Antriebsaggregat-Kühlmittelkreislauf 131 nicht warm genug ist, um eine wesentliche Wärme an den Heizungswärmetauscher 152 bereitzustellen. In diesem Modus arbeiten das Dreiwege-Ventil 158, die Kühlmittelpumpe 170 und die Kühlmittel-Heizeinrichtung 172 ähnlich wie in dem ersten Modus, wobei der Heizungswärmetauscher-Kühlmittelkreislauf 154 von dem Antriebsaggregat-Kühlmittelkreislauf 131 getrennt ist. Somit stellt die Kühlmittel-Heizeinrichtung 172 weiterhin Wärme an das Kühlmittel bereit, bevor es in den Heizungswärmetauscher 152 strömt. Darüber hinaus wird der Thermostat 190 positioniert, um eine Kühlmittelströmung durch den Antriebsaggregat-Kühlmittelkreislauf 131 zu sperren, während zugelassen wird, dass das Kühlmittel in dem Antriebsaggregat 124 intern zirkuliert (durch den kreisförmigen Pfeil in dem Antriebsaggregat 124 angezeigt).
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Der dritte Heizungsmodus ist in 6 veranschaulicht und findet statt, wenn das Antriebsaggregat 124 arbeitet und das Kühlmittel in dem Antriebsaggregat-Kühlmittelkreislauf 131 warm genug ist, um eine wesentliche Wärme an den Heizungswärmetauscher 152 bereitzustellen. In diesem Modus wird das Dreiwege-Ventil 158 betätigt, um Kühlmittel von dem Heizungswärmetauscher 152 zu dem Heizungswärmetauschereinlass 159 des Antriebsaggregats 124 zu leiten. Der Thermostat 190 wird positioniert, um zuzulassen, dass das Kühlmittel durch den Antriebsaggregat-Kühlmittelkreislauf 131 strömt und durch den Heizungswärmetauscherauslass 165 des Antriebsaggregats 124 zu dem Heizungswärmetauscher-Kühlmittelkreislauf 154 strömt. Die Kühlmittelpumpe 170 kann aktiviert werden, wenn die Kühlmittelströmung von dem Antriebsaggregat 124 selbst nicht ausreicht. Auch kann die Kühlmittel-Heizeinrichtung 172 aktiviert werden, um eine zusätzliche Kühlmittelheizung bereitzustellen, wenn das Antriebsaggregat 124 selbst nicht ausreichend Kühlmittelheizung bereitstellt - z. B. bei sehr niedrigen Umgebungstemperaturen.
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Zusätzlich zu den Fahrgastraum-Heizungsmodi besitzt das Heizungssystem 136 die Flexibilität, die Kühlmittelströmung durch den Heizungswärmetauscher 152 zu stoppen, während das Antriebsaggregat 124 und die Fahrzeugklimaanlage in Betrieb sind. Das Dreiwege-Ventil 158 wird in dieselbe Position wie in den ersten beiden Heizungsmodi betätigt, und die Kühlmittelpumpe 170 wird ausgeschaltet. Dies eliminiert ein Heizeinrichtungsgestrüpp und verbessert somit die Klimatisierungsleistung.
