DE102012103099B4

DE102012103099B4 - Batterieheiz- und -kühlsystem

Info

Publication number: DE102012103099B4
Application number: DE201210103099
Authority: DE
Inventors: Bradley Brodie; Kwangtaek Hong; Bryan Styles
Original assignee: Denso International America Inc
Current assignee: Denso International America Inc
Priority date: 2012-04-11
Filing date: 2012-04-11
Publication date: 2015-01-22
Anticipated expiration: 2032-04-12
Also published as: DE102012103099A1

Abstract

Batterieheiz- und -kühlsystem, aufweisend:
einen ersten Wärmetauscher (42, 142, 242, 342, 442);
einen zweiten Wärmetauscher (46, 146, 246, 346, 446), der in einer Wärmetransferrelation mit dem ersten Wärmetauscher (42, 142, 242, 342, 442) steht;
einen Kompressor (38, 138, 238, 338, 438), der in Fluidverbindung mit dem zweiten Wärmetauscher (46, 146, 246, 346, 446) steht; und
ein Ventil (40, 140, 240, 340, 440), das ein Fluid von dem Kompressor (38, 138, 238, 338, 438) aufnimmt und zwischen einer ersten Position, die es dem Fluid ermöglicht durch einen ersten Strömungsweg zu fließen, und einer zweiten Position, die es dem Fluid ermöglicht, durch einen zweiten Strömungsweg zu fließen, beweglich ist,
wobei der zweite Wärmetauscher (46, 146, 246, 346, 446) in einer Wärmetransferrelation mit einer Batterie (14) steht, so dass Wärme von der Batterie (14) extrahiert wird, wenn sich das Ventil (40, 140, 240, 340, 440) in der ersten Position befindet, und Wärme von dem zweiten Wärmetauscher (46, 146, 246, 346, 446) zu der Batterie (14) transferiert wird, wenn sich das Ventil (40, 140, 240, 340, 440) in der zweiten Position befindet.

Description

GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein System zum Heizen und Kühlen einer Batterie, und insbesondere einer Batterie für ein Fahrzeug.
HINTERGRUND
Die DE 10 2009 043 316 A1 offenbart ein Verfahren zur Steuerung der Innenraumtemperatur eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs, das eine Batterie aufweist, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Vorsehen eines Klimaanlagensystems mit einem Kältemittelkreislauf, thermische Koppelung des Kältemittelkreislaufs mit der Batterie, derart, dass die Batterie einen Wärmespeicher des Kältemittelkreislaufs bildet, und wahlweise Kühlen oder Aufheizen der Batterie, während die Batterie an eine elektrische Ladestation zum Aufladen der Batterie angekoppelt ist. Das entsprechend arbeitende Klimaanlagensystem sieht vor, dass die Fahrzeugbatterie direkt oder indirekt an den Kältemittelkreislauf thermisch derart gekoppelt ist, dass der Kältemittelkreislauf wahlweise die Batterie kühlt als auch aufheizt und wahlweise Wärme der Batterie in den Kältemittelkreislauf eingespeist werden kann.
Die DE 060030630 T2 offenbart ein Temperatursteuergerät für eine Hochtemperaturbatterie eines Fahrzeugs, wobei das Steuergerät umfasst: einen Wärmetauscher zum Entfernen von Abwärme von einer Fahrzeugmaschine; einen Kühler zum Kühlen der Hochtemperaturbatterie; eine Heizschleife, die ein Kühlmittelumwälzweg ist, zum Befördern von Wärme von dem Wärmetauscher zu der Hochtemperaturbatterie; eine Kühlschleife, die ein Kühlmittelumwälzweg ist, zum Befördern von Wärme von der Hochtemperaturbatterie zu dem Kühler, welche Kühlschleife parallel mit der Heizschleife verbunden ist, um einen gemeinsamen Weg mit der Heizschleife zu haben; und Flusssteuermittel zur Steuerung einer Temperatur des der Hochtemperaturbatterie durch die Heizschleife zugeführten Kühlmittels auf einen konstanten Pegel durch Mischen eines relativ kühlen Kühlmittels der Kühlschleife mit dem Kühlmittel der Heizschleife.
Die WO 002011159619 A2 offenbart ein Batteriesystem mit einer Mehrzahl von elektrochemischen Zellen, welche in einem Gehäuse vorgesehen sind. Das Batteriesystem beinhaltet ebenso ein Temperaturmanagementsystem, welches derart konfiguriert ist, dass dieses zumindest entweder eine Kühlung oder eine Heizung der elektrochemischen Zellen vorsieht. Das Temperaturmanagementsystem beinhaltet eine Halbleiteiter-Beschichtung mit einem ersten Metall und einem zweiten Metall, welches unterschiedlich von dem ersten Metall ist.
Viele Fahrzeuge enthalten Batterien, die für eine Vielzahl von elektrischen Systemen und Zubehören in dem Fahrzeug elektrische Leistung vorsehen. Hybride und elektrische Plug-In Fahrzeuge, die durch elektrische Motoren angetrieben werden, die mit bordeigenen Batteriepacks mit Leistung versorgt werden, werden immer beliebter. Batterien funktionieren typischerweise am besten, wenn diese innerhalb eines spezifischen Temperaturbereichs arbeiten.
Die vorliegende Offenbarung sieht ein System zum Heizen und/oder Kühlen von einer oder mehreren Batterien derart vor, dass dieses die Batterien innerhalb eines vorbestimmten Temperaturbereichs erhält, um die Performance und die Lebensdauer der Batterien zu optimieren.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen und Ausführungsformen sind Gegenstand der weiteren nebengeordneten und abhängigen Ansprüche.
Weitere Anwendungsbereiche werden von der hierin vorgesehenen Beschreibung deutlich werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Die hierin beschriebene Zeichnung dient nur dem Zweck der Illustration von ausgewählten Ausführungsformen und nicht allen möglicher Ausführungen, und es ist nicht beabsichtigt, dass diese den Umfang der vorliegenden Offenbarung beschränken.
Es zeigt:
1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung;
2 eine schematische Darstellung eines Batterieheiz- und -Kühlsystems in einem Kühlmodus entsprechend der Prinzipien der vorliegenden Offenbarung;
3 eine schematische Darstellung des Batterieheiz- und -Kühlsystems von 2 in einem Heizmodus entsprechend der Prinzipien der vorliegenden Offenbarung;
4 eine schematische Darstellung eines anderen Batterieheiz- und -kühlsystems in einem Kühlmodus entsprechend den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung;
5 eine schematische Darstellung des Batterieheiz- und -kühlsystems von 4 in einem Heizmodus entsprechend den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung;
6 eine schematische Darstellung von noch einem anderen Batterieheiz- und -kühlsystems in einem Kühlmodus entsprechend den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung;
7 eine schematische Darstellung des Batterieheiz- und -kühlsystems von 6 in einem Heizmodus entsprechend den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung;
8 eine schematische Darstellung von noch einem anderen Batterieheiz- und -kühlsystem in einem Kühlmodus entsprechend den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung;
9 eine schematische Darstellung des Batterieheiz- und -kühlsystems von 8 in einem Heizmodus entsprechend den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung;
10 eine schematische Darstellung von noch einem anderen Batterieheiz- und -kühlsystem in einem Kühlmodus entsprechend den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung; und
11 eine schematische Darstellung des Batterieheiz- und -kühlsystems von 10 in einem Heizmodus entsprechend den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung.
Entsprechende Bezugszeichen geben in den verschiedenen Ansichten der Zeichnung durchwegs entsprechende Teile an.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Beispielhafte Ausführungsformen werden nun mit Bezug auf die beiliegende Zeichnung eingehender beschrieben.
In Bezug auf die 1 bis 3 ist ein Fahrzeug 10 vorgesehen und dieses kann ein Heiz-, Ventilations- und Klimatisierungs-(HVAC)-System 12, ein Batteriepack 14, und ein Batterieheiz- und -kühlsystem 16 enthalten. Das Fahrzeug 10 kann eine interne Verbrennungsmaschine und/oder einen elektrischen Motor 18 enthalten, die derart angepasst sind, dass diese das Fahrzeug antreiben. Das heißt, das Fahrzeug 10 kann einen herkömmlichen Antriebsstrang, einen hybriden Antriebsstrang oder einen elektrischen Antriebsstrang enthalten. Das HVAC-System 12 kann derart funktionsfähig sein, dass dieses eine Kabine 20 des Fahrzeugs 10 heizt und kühlt. Das Batteriepack 14 kann eine oder mehrere Batterien enthalten, die elektrische Leistung für eines oder mehrere elektrische Systeme des Fahrzeugs 10 vorsehen. Bei einigen Ausführungsformen kann das Batteriepack 14 elektrische Leistung für den Motor 18 vorsehen. Wie nachstehend beschrieben werden wird, kann das Batterieheiz- und -kühlsystem 16 in einem Heizmodus und einem Kühlmodus derart funktionsfähig sein, dass dieses das Batteriepack 14 entsprechend heizt und kühlt, um die eine oder mehreren Batterien innerhalb eines Temperaturbereichs, der die Lebensdauer der Batterien maximiert und deren Leistungscharakteristik optimiert, zu erhalten. Bei einigen Ausführungsformen ist das Batterieheiz- und -kühlsystem 16 ein Stand-Alone-System das separat zu dem HVAC-System 12 ausgeführt ist und unabhängig davon arbeitet.
Das HVAC-System 12 kann einen Arbeitsfluidkreislauf mit einem Kompressor 22, einem Kondensator 24, einer Expansionsvorrichtung 26 und einem Verdampfer 28 enthalten. Der Kompressor 22 kann ein Arbeitsfluid (z. B. R-12, R-134A, HFO-1234YF, Kohlenstoffdioxid) bei einem Ansaugdruck und einer Ansaugtemperatur aufnehmen und das Arbeitsfluid bei einem Abführdruck und einer Abführtemperatur abführen, die höher sind, als der Ansaugdruck und die Ansaugtemperatur. Das Arbeitsfluid kann von dem Kompressor in den Kondensator 24 fließen, in dem die Wärme von dem Arbeitsfluid in die Umgebungsluft ausgestoßen wird. Ein erster Ventilator 30 kann durch den Kondensator 24 Luft derart treiben, dass dieses einen Wärmetransfer zwischen der Umgebungsluft und dem Arbeitsfluid erzwingt.
Das Arbeitsfluid kann von dem Kondensator 24 durch die Expansionsvorrichtung 26 fließen. Die Expansionsvorrichtung 26 kann zum Beispiel ein Solenoidventil, ein thermisches Expansionsventil, eine Kapillarröhre, ein Drosselventil. Das aus der Expansionsvorrichtung 26 austretende Arbeitsfluid kann eine relativ niedrige Temperatur und einen relativ niedrigen Druck aufweisen. Das Arbeitsfluid kann von der Expansionsvorrichtung 26 durch den Verdampfer 28 fließen, in dem die Wärme der Umgebungsluft durch das Arbeitsfluid mit der niedrigen Temperatur darin absorbiert wird. Ein zweiter Ventilator 32 kann Luft durch den Verdampfer 28 und in die Kabine 20 des Fahrzeugs 10 derart treiben, dass damit die Kabine 20 auf eine gewünschte Temperatur gekühlt wird.
Das Batterieheiz- und -kühlsystem 16 kann von dem HVAC-System 12 unterschiedlich sein und unabhängig arbeiten. Das Batterieheiz- und -kühlsystem 16 kann einen ersten Fluidkreislauf 34 (in den 2 und 3 in durchgezogenen Linien dargestellt (gezeigt)) und einen zweiten Fluidkreislauf 36 (in den 2 und 3 in gestrichelten Linien gezeigt) enthalten. Der erste Fluidkreislauf 34 kann einen hermetisch versiegelten Fluidströmungsweg mit einem Kompressor 38, einem Vierwegeventil 40, einem ersten Wärmetauscher 42, einer Expansionsvorrichtung 44, einem zweiten Wärmetauscher 46, und einem Flüssigkeitsreservoir 48 definieren. Ein Steuermodul 49 (schematisch in 1 gezeigt) kann den Betrieb des Kompressors 38 steuern, der ein Arbeitsfluid, wie z. B. R-152A, R-145, R-12, R-134A, HFO-1234-YF, oder z. B. Kohlenstoffdioxid, durch den ersten Fluidkreislauf 34 zirkuliert. Bei einigen Ausführungsformen kann der erste Fluidkreislauf 34 vollständig außerhalb der Kabine 20 des Fahrzeugs 10 angeordnet sein und kann von dem HVAC-System 12 fluidmäßig isoliert sein. Bei solchen Ausführungsformen kann der erste Fluidkreislauf 34 ein Arbeitsfluid, wie z. B. R-152A, z. B., zirkulieren, welches gegenwärtig nicht zur Verwendung innerhalb von Fahrzeugkabinen bei einigen staatlichen Regelungen zugelassen ist, jedoch effizienter ist, als einige andere Arbeitsfluide, wie z. B. HFO-1234YF.
Das Vierwegeventil 40 kann erste, zweite, dritte und vierte Fluidanschlüsse 50, 52, 54, 56 enthalten. Das Vierwegeventil 40 kann in Verbindung mit dem Steuermodul 49 stehen, welches derart funktionsfähig sein kann, dass dieses das Vierwegeventil 40 zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position bewegt. In der ersten Position (2) stehen die ersten und zweiten Fluidanschlüsse 50, 52 in Fluidverbindung miteinander und die dritten und vierten Fluidanschlüsse 54, 56 können in Verbindung miteinander stehen. In der zweiten Position (3) kann der erste Fluidanschluss 50 in Fluidverbindung mit dem dritten Fluidanschluss 54, und der zweite Fluidanschluss 52 kann in Fluidverbindung mit dem vierten Fluidanschluss 56 stehen. Das Vierwegeventil 40 kann irgendeinen Typ eines Ventils enthalten und kann irgendeine geeignete Konfiguration enthalten, die die hierin beschriebene Funktionalität ermöglicht. Beispielsweise könnte das Vierwegeventil 40 von dem Typ sein, der in der US-Patentnummer 6,574,976 des Anmelders beschrieben wird, wobei deren Offenbarung hiermit durch Referenz mit aufgenommen wird.
Ein Abführanschluss 58 bzw. Auslauf 58, des Kompressors kann in Fluidverbindung mit dem ersten Fluidanschluss 50 des Vierwegeventils 40 stehen. Der erste Wärmetauscher 42 kann z. B. ein flüssigkeitsgekühlter Kondensator sein und kann in Fluidverbindung mit dem zweiten Fluidanschluss 52 des Vierwegeventils 40 stehen. Es ist offensichtlich, dass in einigen Ausführungsformen der erste Wärmetauscher 42 luftgekühlt sein kann. Die Expansionsvorrichtung 44 kann in Fluidverbindung mit dem ersten Wärmetauscher 42 und dem vierten Fluidanschluss 56 des Vierwegeventils 40 stehen. Die Expansionsvorrichtung 44 kann z. B. ein Solenoidventil, ein thermisches Expansionsventil, eine Kapillarröhre oder ein Drosselventil enthalten. Der zweite Wärmetauscher 46 kann z. B. ein Kühler sein, und dieser kann in Fluidverbindung mit dem dritten Fluidanschluss 54 des Vierwegeventils 40 und dem Flüssigkeitsreservoir 48 stehen. Das Flüssigkeitsreservoir 48 kann auch in Fluidverbindung mit einem Ansaug-Anschluss 60 bzw. Einlauf 60 des Kompressors 38 stehen.
Der zweite Fluidkreislauf 36 kann einen Fluidströmungsweg mit einer Pumpe 62, einer ersten Wärmetauscherleitung 64, einem ersten Ventil 66, einer zweiten Wärmetauscherleitung 68, einem dritten Wärmetauscher 70, einem zweiten Ventil 72, einem Flüssigkeitsreservoir 74, und einer Bypassleitung 76 definieren. Das Steuermodul 49 kann den Betrieb der Pumpe 62 steuern, die ein Kühlmittel, wie z. B. eine Mischung aus Ethylenglykol und Wasser oder irgendeinem anderen geeigneten Fluid, durch den zweiten Fluidkreislauf 36 umwälzt bzw. zirkuliert. Das durch den zweiten Fluidkreislauf 36 zirkulierende Kühlmittel kann fluidmäßig von den Arbeitsfluiden in dem ersten Fluidkreislauf 34 und dem HVAC-System 12 isoliert sein. Die erste Wärmetauschleitung 64 kann fluidmäßig mit der Pumpe 62 und dem ersten Ventil 66 gekoppelt sein, und kann in einer Wärmetransferrelation mit dem zweiten Wärmetauscher 46 des ersten Fluidkreislaufs 34 und dem Batteriepack 14 stehen. Obwohl dies nicht speziell in den schematischen Darstellungen der 2 und 3 gezeigt ist, kann die erste Wärmetauschleitung 64 um und/oder durch den zweiten Wärmetauscher 46 des ersten Fluidkreislaufs 34 und den Batteriepack 14 gewunden sein, um einen Wärmetausch dazwischen zu ermöglichen.
Das erste Ventil 66 kann ein Dreiwegeventil sein, das in Fluidverbindung mit den ersten und zweiten Wärmetauschleitungen 64, 68 und der Bypassleitung 76 steht. Das erste Ventil 66 kann in Verbindung mit dem Steuermodul 49 stehen, das derart funktionsfähig ist, dass dieses das erste Ventil 66 zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position bewegt. In der ersten Position (2) kann es einem Kühlmittel in der ersten Wärmetauschleitung 64 ermöglicht sein, durch das erste Ventil 66 und in die zweite Wärmetauschleitung 68 zu fließen, und es kann verhindert werden, dass das Kühlmittel in der Bypassleitung 76 in die beiden ersten und zweiten Wärmetauschleitungen 64, 68 fließt. In der zweiten Position (3) kann es das erste Ventil 66 dem Kühlmittel in der ersten Wärmetauschleitung 64 erlauben, durch das erste Ventil 66 und in die Bypassleitung 76 zu fließen, und verhindern, dass das Kühlmittel in die zweite Wärmeaustauschleitung 68 fließt.
Die zweite Wärmetauschleitung 68 kann in einer Wärmetransferrelation mit dem ersten Wärmetauscher 42 des ersten Fluidkreislaufs 34 stehen und kann fluidmäßig mit dem dritten Wärmetauscher 70 gekoppelt sein. Obwohl dies nicht speziell in den schematischen Darstellungen der 2 und 3 gezeigt ist, kann die zweite Wärmetauschleitung 68 um und/oder durch den ersten Wärmetauscher 42 des ersten Fluidkreislaufs 34 gewunden sein, um einen Wärmeaustausch dazwischen zu ermöglichen.
Der dritte Wärmetauscher 70 könnte ein Radiator sein, der z. B. in der Nähe eines Kühlergrills an dem vorderen Ende des Fahrzeugs 10 platziert ist. Ein Kühlmittel, das durch den dritten Wärmetauscher 70 fließt, kann Wärme an die Umgebungsluft ausstoßen. Der Lüfter 30 kann Luft durch den dritten Wärmetauscher 70 treiben, um das Kühlen des Kühlmittels in dem dritten Wärmetauscher 70 zu ermöglichen. Ein Auslass des dritten Wärmetauschers 70 kann fluidmäßig mit einer ersten Leitung 78 gekoppelt sein.
Ein zweites Ventil 72 kann ein Dreiwegeventil sein, das in Fluidverbindung mit einer ersten Leitung 78, einer zweiten Leitung 80 und einer Bypassleitung 76 steht. Das zweite Ventil 72 kann in Verbindung mit dem Steuermodul 49 stehen, das verursachen kann, dass sich das zweite Ventil 72 zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position bewegt. In der ersten Position (2) kann es das zweite Ventil 72 dem Kühlmittel erlauben, von der ersten Leitung 78 und in die zweite Leitung 80 zu fließen, und verhindern, dass Kühlmittel in oder aus der Bypassleitung 76 fließt. In der zweiten Position (3) kann es das zweite Ventil 72 dem Kühlmittel in der Bypassleitung 76 erlauben, in die zweite Leitung 80 zu fließen, und verhindern, dass Kühlmittel in die zweite Leitung 78 fließt.
Die zweite Leitung 80 kann in Fluidverbindung mit dem Flüssigkeitsreservoir 74 und einem Einlass der Pumpe 62 stehen. Das Flüssigkeitsreservoir 74 kann ein Volumen des überschüssigen Kühlmittels speichern, aus dem die Pumpe 62 schöpfen kann, um sicherzustellen, dass ein ausreichender Betrag von Kühlmittel in die Pumpe 62 fließt.
Mit fortgesetzter Bezugnahme auf die 1 bis 3, wird der Betrieb des Batterieheiz- und -kühlsystems 16 im Detail beschrieben werden. Das Batterieheiz- und -kühlsystem 16 kann in einem Kühlmodus (2) und einem Heizmodus (3) derart funktionsfähig sein, dass eine Temperatur der einen oder mehreren Batterien in dem Batteriepack 14 gesteuert wird. Ein oder mehrere Temperatursensoren können an oder in der Nähe der einen oder mehreren Batterien befestigt oder angeordnet sein, um deren Temperaturen zu überwachen und die Temperaturen zu dem Steuermodul 49 zu übertragen. Wenn das Steuermodul 49 bestimmt, dass sich das Batteriepack 14 über einer vorbestimmten Temperatur befindet, kann das Steuermodul 49 verursachen, dass das Batterieheiz- und -kühlsystem 16 in dem Kühlmodus arbeitet. Umgekehrt kann das Steuermodul 49 verursachen, dass das Batterieheiz- und -kühlsystem 16 in dem Heizmodus arbeitet, wenn das Steuermodul 49 bestimmt, dass sich das Batteriepack 14 unter einer vorbestimmten Temperatur befindet.
Bei dem Kühlmodus kann das Steuermodul 49 das Vierwegeventil 40 und die ersten und zweiten Ventile 66, 72 derart bewegen, dass sich diese in die ersten Positionen bewegen oder in diesen verbleiben. Das Steuermodul 49 kann auch verursachen, dass der Kompressor 38 das Arbeitsfluid durch den ersten Fluidkreislauf 34 zirkuliert, und kann verursachen, dass die Pumpe 62 das Kühlmittel durch den zweiten Fluidkreislauf 36 zirkuliert.
Bei dem Kühlmodus kann der Kompressor 38 das Arbeitsfluid bei einem Ansaugdruck und einer Ansaugtemperatur aufnehmen und das Arbeitsfluid bei einem Abführdruck und einer Abführtemperatur abführen, die wesentlich höher sein können, als der Ansaugdruck und die Ansaugtemperatur. Das Arbeitsfluid kann von dem Kompressor 38 in den ersten Fluidanschluss 50 des Vierwegeventils 40 fließen. Da sich bei dem Kühlmodus das Vier-Wege-Ventil 40 in der ersten Position befindet, kann dann das Fluid aus dem Vierwegeventil 40 durch den zweiten Fluidanschluss 52 austreten und in den ersten Wärmetauscher 42 fließen. Das Arbeitsfluid kann in dem ersten Wärmetauscher 42 Wärme auf das Kühlmittel, das durch die zweite Wärmeaustauschleitung 68 in dem zweiten Fluidkreislauf 36 fließt, transferieren. Das Arbeitsfluid kann von dem ersten Wärmetauscher 42 durch die Expansionsvorrichtung 44 fließen, um die Temperatur und den Druck des Arbeitsfluids weiter zu reduzieren. Das Arbeitsfluid kann von der Expansionsvorrichtung 44 in den vierten Fluidanschluss 56 des Vierwegeventils 40 fließen und aus dem Vierwegeventil 40 durch den dritten Fluidanschluss 54 austreten. Das Arbeitsfluid kann von dem dritten Fluidanschluss 54 durch den zweiten Wärmetauscher 46 fließen und die Wärme von dem Kühlmittel in der ersten Wärmetauschleitung 64 des zweiten Fluidkreislaufs 36 absorbieren. Das Arbeitsfluid kann von dem zweiten Wärmetauscher 46 in das Flüssigkeitsreservoir 48 fließen, bevor dieses zu dem Einlauf 60 des Kompressors 38 zurückkehrt, wo der Zyklus wiederholt werden kann.
Die Pumpe 62 kann während des Betriebs des vorstehend beschriebenen ersten Fluidkreislaufs 34 das Kühlmittel durch den zweiten Fluidkreislauf 36 zirkulieren. Das Kühlmittel kann von der Pumpe 62 zu der ersten Wärmetauschleitung 64 fließen, wo die Wärme von dem Kühlmittel in dem zweiten Fluidkreislauf 36 zu dem Arbeitsfluid in dem zweiten Wärmetauscher 46 des ersten Fluidkreislaufs 34 transferiert wird. Das Kühlmittel mit der reduzierten Temperatur in der ersten Wärmetauschleitung 64, die dem zweiten Wärmetauscher 46 strömungstechnisch nachgelagert ist, kann dann die Wärme von dem Batteriepack 14 absorbieren, sowie dieses dort hindurchfließt. Das Kühlmittel kann dann durch das erste Ventil 66 (das sich in der ersten Position befindet) zu der zweiten Wärmetauschleitung 68 fließen und Wärme von dem Arbeitsfluid in dem ersten Wärmetauscher 42 absorbieren, bevor dieses zu dem dritten Wärmetauscher 70 fließt.
In dem dritten Wärmetauscher 70 kann Wärme von dem Kühlmittel in die Umgebungsluft ausgestoßen werden, die durch den Lüfter 30 über bzw. durch den dritten Wärmetauscher 70 getrieben wird. Das Kühlmittel kann von dem dritten Wärmetauscher 70 durch die erste Leitung 78 durch das zweite Ventil 72 (das sich in der ersten Position befindet) durch die zweite Leitung 80 und zurück zu der Pumpe 62 fließen, wo der Zyklus wiederholt werden kann. Die Zyklen der ersten und zweiten Fluidkreisläufe 34, 36 können auf diese Weise wiederholt werden, bis das Batteriepack 14 unter den vorbestimmten Grenzwert gekühlt ist.
Bei einigen Ausführungsformen kann der zweite Fluidkreislauf 36 in dem Kühlmodus ohne das Fließen lassen des ersten Fluidkreislaufs 34 betrieben werden, falls die Umgebungsluft außerhalb des Fahrzeugs 10 ausreichend kühl ist. Das heißt, dass das Kühlmittel nur durch den Wärmetransfer mit der Umgebungsluft, die durch den dritten Wärmetauscher 70 fließt, ausreichend gekühlt werden kann, wenn die Umgebungsluft ausreichend kühl ist, und es nicht notwendig ist, dieses durch das Arbeitsfluid in dem zweiten Wärmetauscher 46 zu kühlen, um es dem Kühlmittel zu ermöglichen, die Wärme von dem Batteriepack 14 effektiv zu absorbieren. Bei einigen Ausführungsformen kann eine Umgebungsluft unterhalb etwa 35°C (95°F) für den zweiten Fluidkreislauf 36 ausreichend kühl sein, um das Batteriepack 14 ohne das Fließen lassen des ersten Fluidkreislaufs 34 adäquat zu kühlen.
Bei dem Heizmodus (3) kann das Steuermodul 49 den Betrieb des Kompressors 38 und der Pumpe 62, wie vorstehend beschrieben, verursachen. Allerdings kann das Steuermodul 49 bei dem Heizmodus verursachen, dass sich das Vierwegeventil 40 und die ersten und zweiten Ventile 66, 72 in die zweite Position bewegen. Mit dem Vierwegeventil 40 in der zweiten Position fließt das von dem Kompressor 38 abgegebene Arbeitsfluid mit der hohen Temperatur und dem hohen Druck in den ersten Fluidanschluss 50 des Vierwegeventils 40 und tritt aus dem Vierwegeventil 40 durch den dritten Fluidanschluss 54 aus, wobei dadurch der erste Wärmetauscher 42 und die Expansionsvorrichtung 44 umgangen werden. Daher kann das Arbeitsfluid immer noch eine relativ hohe Temperatur aufweisen, wenn das Arbeitsfluid in den zweiten Wärmetauscher 46 eintritt.
Nachdem das Arbeitsfluid in dem zweiten Wärmetauscher 46 bei dem Heizmodus eine hohe Temperatur aufweist, absorbiert das Kühlmittel in der ersten Wärmetauschleitung 64, die in eine Wärmetransferrelation mit dem zweiten Wärmetauscher 46 kommt, Wärme von dem Arbeitsfluid. Dies verursacht, dass die Temperatur des Kühlmittels vor dem Erreichen des Batteriepacks 14 steigt. Dann kommt dieses Kühlmittel mit einer relativ hohen Temperatur in eine Wärmetransferrelation mit dem Batteriepack 14, wodurch die Temperatur des Batteriepacks 14 erhöht wird. Das Kühlmittel kann dann zu dem ersten Ventil 66 (welches sich in der zweiten Position befindet) fließen und kann in die Bypassleitung 76 geleitet werden. Das Kühlmittel kann durch die Bypassleitung 76 zu dem zweiten Ventil 72 fließen, wo es zu der zweiten Leitung 80, durch die das Kühlmittel zu der Pumpe 62 zurückgeführt wird, geleitet wird. Die Zyklen der ersten und zweiten Fluidkreisläufe 34, 36 können auf diese Weise wiederholt werden, bis sich das Batteriepack 14 auf eine Temperatur über einem vorbestimmten Grenzwert aufwärmt.
In Bezug auf die 4 und 5 ist ein weiteres Batterieheiz- und -kühlsystem 116 vorgesehen und dieses kann einen erste Fluidkreislauf 134 und einen zweiten Fluidkreislauf 136 enthalten. Die Struktur und Funktion des ersten Fluidkreislaufs 134 kann im Allgemeinen ähnlich der des vorstehend beschriebenen ersten Fluidkreislaufs 34 sein, abgesehen von jeglichen Ausnahmen, die nachstehend angemerkt sind. Der erste Fluidkreislauf 134 kann einen Kompressor 138, ein Vierwegeventil 140, einen ersten Wärmetauscher 142, eine Expansionsvorrichtung 144, einen zweiten Wärmetauscher 146 und ein Flüssigkeitsreservoir 148 enthalten. Das Arbeitsfluid innerhalb des zweiten Wärmetauschers 146 kann sich in einer Wärmetransferrelation mit einem Luftfluss von der Kabine 20 des Fahrzeugs 10 oder von Luft von außerhalb des Fahrzeugs 10 befinden. Ein Ventilator 147 kann Luft durch den zweiten Wärmetauscher 146 derart treiben, dass ein Wärmetransfer dazwischen ermöglicht wird, und kann die Luft durch ein Rohr 149 treiben, das in Verbindung mit dem Batteriepack 14 steht. Die Luft, die durch das Rohr 149 fließt, kann in eine Wärmetransferrelation mit dem Batteriepack 14 derart kommen, dass die Wärme von dem Batteriepack 14 absorbiert wird, wenn sich das Batterieheiz- und -kühlsystem 116 in dem Kühlmodus befindet und kann Wärme auf das Batteriepack 14 transferieren, wenn das Batterieheiz- und -kühlsystem 116 sich in dem Heizmodus befindet.
Ähnlich dem vorstehend beschriebenen ersten Fluidkreislauf 134 fließt das Arbeitsfluid von dem Kompressor 138 zu dem Vierwegeventil 140 (welches sich in der in 4 gezeigten ersten Position befinden kann), zu dem ersten Wärmetauscher 142, zu der Expansionsvorrichtung 144, zu dem Vierwegeventil 140 zu dem zweiten Wärmetauscher 146, wenn sich der erste Fluidkreislauf 134 in dem Kühlmodus befindet. Daher weist das Arbeitsfluid, das durch den zweiten Wärmetauscher 146 fließt, bei dem Kühlmodus eine relativ niedrige Temperatur auf und kühlt die Luft, die durch den Lüfter 147 durch diesen getrieben wird. Diese Luft kühlt dann das Batteriepack 14 und kann anschließend aus dem Fahrzeug 10 ausgestoßen werden. Falls die Luft innerhalb der Kabine 20 ausreichend kühl ist, kann die Kühlkapazität des Lüfters 147 selbst ausreichend sein, das Batteriepack 14 ohne das Fließen lassen des ersten Fluidkreislaufs 134 adäquat zu kühlen.
Während des Betriebs des ersten Fluidkreislaufs 134 bei dem Kühlmodus kann der zweite Fluidkreislauf 136 derart betrieben werden, dass das Arbeitsfluid, das durch den ersten Wärmetauscher 142 fließt, gekühlt wird. Der zweite Fluidkreislauf 136 kann eine Pumpe 162, eine Wärmetauschleitung 168, einen dritten Wärmetauscher 170, und ein Flüssigkeitsreservoir 174 enthalten. Die Pumpe 162 kann Kühlmittel durch die Wärmetauschleitung 168 treiben, die sich in einer Wärmetransferrelation mit dem ersten Wärmetauscher 142 des ersten Fluidkreislaufs 134 befindet. Das Kühlmittel in der Wärmetauschleitung 168 absorbiert Wärme von dem Arbeitsfluid mit der hohen Temperatur in dem ersten Wärmetauscher 142 und fließt anschließend zu dem dritten Wärmetauscher 170. In dem dritten Wärmetauscher 170 kann die Wärme des Kühlmittels in die Umgebungsluft ausgestoßen werden. Der Lüfter 30 kann die Luft durch den dritten Wärmetauscher 170 derart treiben, dass ein Wärmeaustausch bzw. Wärmetransfer ermöglicht wird. Das Kühlmittel kann von dem dritten Wärmetauscher 170 zu der Pumpe 162 zurückkehren, wo der Zyklus wiederholt werden kann.
Bei dem Heizmodus kann sich das Vierwegeventil 140 in der zweiten Position (5) befinden. Ähnlich dem ersten Fluidkreislauf 34 fließt das Arbeitsfluid von dem Kompressor 138 zu dem Vierwegeventil 140 und kann direkt zu dem zweiten Wärmetauscher 146 fließen, wobei der erste Wärmetauscher 142 und die Expansionsvorrichtung 144 umgangen werden, wenn sich der erste Fluidkreislauf 134 in dem Heizmodus befindet. Daher weist das Arbeitsfluid immer noch eine relativ hohe Temperatur auf und überträgt Wärme auf die Luft von der Kabine 20, die durch den Lüfter 147 durch diesen getrieben wird, wenn das Arbeitsfluid den zweiten Wärmetauscher 146 bei dem Heizmodus erreicht. Die aufgewärmte Luft wird dann durch bzw. über den Batteriepack 14 getrieben, um Wärme zu dem Batteriepack 14 zu transferieren, um dessen Temperatur über einen vorbestimmten Grenzwert zu heben. Weil das Arbeitsfluid bei dem Heizmodus nicht durch den ersten Wärmetauscher 142 fließt, ist es nicht notwendig, dass der zweite Fluidkreislauf 136 arbeitet, wenn sich das Batterieheiz- und -kühlsystem 116 in dem Heizmodus befindet.
In Bezug auf die 6 und 7 ist ein anderes Batterieheiz- und -kühlsystem 216 vorgesehen und dieses kann einen Fluidkreislauf 234 enthalten. Die Struktur und Funktion des Fluidkreislaufs 234 kann im Wesentlichen ähnlich der des vorstehend beschriebenen ersten Fluidkreislaufs 134 sein, und deshalb wird dieser nicht nochmals im Detail beschrieben werden. Kurz gefasst, kann der Fluidkreislauf 234 einen Kompressor 238, ein Vierwegeventil 240, einen ersten Wärmetauscher 242, eine Expansionsvorrichtung 244, einen zweiten Wärmetauscher 246, einen Ventilator 247, und ein Flüssigkeitsreservoir 248 enthalten. Ähnlich dem ersten Fluidkreislauf 134 kann der Fluidkreislauf 234 in einem Kühlmodus (6) und einem Heizmodus (7) funktionsfähig sein. Zusätzlich zu oder alternativ zu einem zweiten Fluidkreislauf (ähnlich dem zweiten Fluidkreislauf 136) kann der Fluidkreislauf 234 einen Ventilator 243 enthalten, der während des Kühlmodus derart arbeiten kann, dass dieser das Arbeitsfluids innerhalb des ersten Wärmetauschers 242 kühlt.
In Bezug auf die 8 und 9 ist noch ein anderes Batterieheiz- und -kühlsystem 316 vorgesehen, und dieses kann einen ersten Fluidkreislauf 334 enthalten. Der Fluidkreislauf 334 kann einen Kompressor 338, ein Vierwegeventil 340, einen ersten Wärmetauscher 342, einen ersten Ventilator 343, eine Expansionsvorrichtung 344, einen zweiten Wärmetauscher 346, einen zweiten Ventilator 347, und ein Flüssigkeitsreservoir 348 enthalten. Ähnlich den Batterieheiz- und -kühlsystemen 16, 116, 216, kann das Batterieheiz- und -kühlsystem 316 in einem Kühlmodus (8) und einem Heizmodus (9) funktionsfähig sein. Die Struktur und Funktion des Vierwegeventils 340, des ersten Wärmetauschers 342, des ersten Ventilators 343, der Expansionsvorrichtung 344, des zweiten Wärmetauschers 346, des zweiten Ventilators 347, und des Flüssigkeitsreservoirs 348 kann im Wesentlichen ähnlich des Vierwegeventils 240, des ersten Wärmetauschers 242, des Ventilators 243, der Expansionsvorrichtung 244, des zweiten Wärmetauschers 246, des Ventilators 247 und des Flüssigkeitsreservoirs 248, die vorstehend beschrieben wurden, sein, und werden deshalb nicht nochmals im Detail beschrieben werden.
Das Batterieheiz- und -kühlsystem 316 kann in ein HVAC-System 312 integriert werden, in dem der Kompressor 338 ein Arbeitsfluid durch sowohl das Batterieheiz- und -kühlsystem 316 als auch das HVAC-System 312 zirkulieren kann. Ähnlich dem HVAC-System 12 kann das HVAC-System 312 einen Ventilator 332 und einen Arbeitsfluidkreislauf 313 mit einem Kondensator 324, einer Expansionsvorrichtung 326, einem Verdampfer 328 und dem Kompressor 338 enthalten. Der Kondensator 324 kann zu dem ersten Wärmetauscher 342 benachbart angebracht sein, so dass der erste Ventilator 343 Luft durch sowohl den Kondensator 324 als auch den ersten Wärmetauscher 342 treiben kann, um das Fluid darin zu kühlen. Bei einigen Ausführungsformen könnte der Kondensator 324 und der erste Wärmetauscher 342 eine einzelne Wärmetauscheinheit mit ersten und zweiten Fluidpfaden dadurch, jeweils entsprechend den Fluidkreisläufen 312, 334, sein.
Eine erste Dreiwegeverbindungsstelle 330 kann strömungstechnisch nachgelagert zu dem Kompressor 338 und strömungstechnisch vorgelagert zu dem Kondensator 324 und dem Vierwegeventil 340 angeordnet sein. Eine zweite Dreiwegeverbindungsstelle 331 kann strömungstechnisch vorgelagert zu dem Kompressor 338 und strömungstechnisch nachgelagert zu dem Verdampfer 328 und dem Flüssigkeitsreservoir 348 angeordnet sein. Die Fluidkreisläufe 234, 213 können voneinander bei der ersten Dreiwegeverbindungsstelle 330 divergieren und bei der zweiten Dreiwegeverbindungsstelle 331 zurück zusammen-konvergieren.
Der Arbeitsfluidkreislauf 313 kann auch ein Ventil 325 enthalten, das zwischen ersten und zweiten Positionen derart beweglich ist, dass dieses jeweils ermöglicht oder vermeidet, dass das aus dem Kompressor 338 abgegebene Fluid durch den Rest des Arbeitsfluidkreislaufs 313 fließt. Das Vierwegeventil 314, die Expansionsvorrichtung 344 und/oder irgendeine andere Vorrichtung, die der ersten Dreiwegeverbindungsstelle 330 strömungstechnisch nachgelagert und der zweiten Dreiwegeverbindungsstelle 331 strömungstechnisch vorgelagert angeordnet ist, kann derart konfiguriert sein, dass dieses/diese selektiv ermöglicht oder vermeidet, dass das Fluid durch den Fluidkreislauf 334 fließt. Entsprechend kann das Batterieheiz- und -kühlsystem 316 und das HVAC-System 312 gleichzeitig oder unabhängig voneinander arbeiten.
In Bezug auf die 10 und 11 ist ein Batterieheiz- und -kühlsystem 416 vorgesehen, und dieses kann einen ersten Fluidkreislauf 434 und einen zweiten Fluidkreislauf 436 enthalten. Ähnlich dem Batterieheiz- und -kühlsystem 16 kann das Batterieheiz- und -kühlsystem 416 in einem Kühlmodus (10) und einem Heizmodus (11) funktionsfähig sein, um das Batteriepack 14 entsprechend zu kühlen und zu heizen.
Der erste Fluidkreislauf 434 kann einen Kompressor 438, ein erstes Vierwegeventil 440, einen ersten Wärmetauscher 442, ein zweites Vierwegeventil 443, einen Ejektor 444, einen zweiten Wärmetauscher 446, ein Flüssigkeitsreservoir 448, und eine Restriktionsvorrichtung 450 enthalten. Die ersten und zweiten Wärmetauscher 442, 446 können im wesentlich ähnlich den ersten und zweiten Wärmetauschern 42, 46, wie vorstehend beschrieben, sein. Der erste Wärmetauscher 442 kann in einer Wärmetransferrelation mit dem zweiten Fluidkreislauf 436 stehen. Der zweite Wärmetauscher kann in einer Wärmetransferrelation mit dem Batteriepack 14 über den zweiten Fluidkreislauf 436 stehen. Das heißt, dass der zweite Wärmetauscher 446 in einer direkten Wärmetransferrelation mit dem zweiten Fluidkreislauf 436 stehen kann und der zweite Fluidkreislauf 436 kann in einer direkten Wärmetransferrelation mit dem Batteriepack 14 stehen, um Wärme zwischen dem zweiten Wärmetauscher 446 und dem Batteriepack 14 zu transferieren.
Die Struktur und Funktion des Ejektors 444 kann im Wesentlichen ähnlich der des in der US-Patentnummer 6,550,265 B2 des Anmelders beschriebenen Ejektors sein, wobei deren Offenbarung hiermit durch Referenz mit aufgenommen wird. Kurz gesagt, kann der Ejektor 444 erste und zweite Einlässe 452, 454 und einen Auslass 456 enthalten. Obwohl dies nicht speziell in den 10 und 11 gezeigt ist, enthält der Ejektor auch eine Düse, einen Mischabschnitt und einen Diffuser. Der Ejektor 444 kann Energie nutzen, die typischerweise während der Expansion des kondensierten Arbeitsfluids bei einem herkömmlichen Dampfkompressionszyklus verloren geht.
Das Flüssigkeitsreservoir 448 kann flüssige und gasförmige Teile des Arbeitsfluids trennen und kann ein Volumen des flüssigen Arbeitsfluids darin speichern. Die Restriktionsvorrichtung 450 kann z. B. eine Kapillarröhre enthalten. Die Restriktionsvorrichtung 450 reduziert den Druck des Arbeitsfluids, der dort durchfließt.
Mit fortgesetzter Bezugnahme auf die 10 und 11 wird der Betrieb des Batterieheiz- und -kühlsystems 416 im Detail beschrieben werden. Bei dem Kühlmodus (10) wird das Arbeitsfluid von dem Kompressor 438 abgegeben und fließt durch das erste Vierwegeventil 440 (welches sich in einer ersten Position befindet) zu dem ersten Wärmetauscher 442. Das flüssige Arbeitsfluid unter Hochdruck fließt von dem ersten Wärmetauscher 442 durch das zweite Vierwegeventil (welches sich in einer ersten Position befindet) und in den Ejektor 444, um durch die Düse innerhalb des Ejektors 440 dekomprimiert und expandiert zu werden.
In dem Mischabschnitt des Ejektors 444 wird das gasförmige Arbeitsfluid von dem zweiten Wärmetauscher 446 mit dem Arbeitsfluid gemischt, das von der Düse ausgeströmt wird. Der Druck des gemischten Kühlmittels wird durch den Mischabschnitt und den Diffusor erhöht, und das gemischte Arbeitsfluid fließt von dem Auslass 456 des Ejektors 454 in das Flüssigkeitsreservoir 448. Zu diesem Zeitpunkt fließt flüssiges Kühlmittel von dem Flüssigkeitsreservoir 448 durch die Restriktionsvorrichtung 450 und in den zweiten Wärmetauscher 446, da das Arbeitsfluid in dem zweiten Wärmetauscher 446 in den Ejektor 444 abgeschöpft bzw. abgezapft wird. Wie nachstehend beschrieben werden wird, absorbiert das Arbeitsfluid in dem zweiten Wärmetauscher 446 Wärme von dem Fluid in dem zweiten Fluidkreislauf 436.
Bei dem Heizmodus (11) werden die ersten und zweiten Vierwegeventile 440, 443 auf zweite Positionen geschaltet. Ein Hochdruck- und Hochtemperaturkühlmittel, das von dem Kompressor 438 abgegeben wird, fließt durch das erste Vierwegeventil 440 zu dem zweiten Wärmetauscher 446, wo die Wärme von dem Arbeitsfluid auf das Fluid in dem zweiten Fluidkreislauf 436 transferiert wird. Das flüssige Kühlmittel unter Hochdruck fließt dann von dem zweiten Wärmetauscher 446 durch das zweite Vierwegeventil 443 und in den Ejektor 444, wo das Arbeitsfluid in der Düse des Ejektors 444 derart dekomprimiert und expandiert wird, dass sich dieses in einem Gas-Flüssig-Zweiphasen-Zustand befindet.
In dem Mischabschnitt des Ejektors 444 wird gasförmiges Arbeitsfluid von dem ersten Wärmetauscher 442 geschöpft und wird mit dem Arbeitsfluid, das von der Düse ausgeströmt wird, gemischt. Der Druck des gemischten Arbeitsfluids wird in dem Mischabschnitt und dem Diffusor erhöht. Das gemischte Arbeitsfluid tritt dann aus dem Ejektor 444 aus und fließt in das Flüssigkeitsreservoir 448. Bei diesem Zeitpunkt fließt flüssiges Arbeitsfluid von dem Flüssigkeitsreservoir 448 durch die Restriktionsvorrichtung 450 und in den ersten Wärmetauscher 442, da das Arbeitsfluid in dem ersten Wärmetauscher 442 in den Ejektor 444 geschöpft bzw. abgezapft wird. Das Arbeitsfluid in dem ersten Wärmetauscher 442 absorbiert Wärme von dem zweiten Fluidkreislauf 436.
Der zweite Fluidkreislauf 436 kann eine Pumpe 462, eine Wärmetauschleitung 464, und einen dritten Wärmetauscher 470 enthalten. Die Pumpe 462 kann ein Kühlmittel durch den zweiten Fluidkreislauf 436 währen des Betriebs des Batterieheiz- und -kühlsystems 416 zirkulieren. Die Wärmetauschleitung 464 kann in einer Wärmetransferrelation mit den ersten und zweiten Wärmetauschern 442, 446 und dem Batteriepack 14 stehen.
Wie vorstehend beschrieben, kann ein Arbeitsfluid mit einer niedrigen Temperatur durch die zweiten Wärmetauscher 446 fließen und kann Wärme von dem Kühlmittel in einem Abschnitt der Wärmetauschleitung 464 absorbieren, das damit in einer Warmetransferrelation steht, wenn das Batterieheiz- und -kühlsystem 416 in dem Kühlmodus arbeitet. Ein Kühlmittel mit einer reduzierten Temperatur kann dann zu dem Batteriepack 14 fließen und Wärme von dem Batteriepack 14 absorbieren. Das Kühlmittel kann von dem Batteriepack 14 durch den ersten Wärmetauscher 442 fließen und Wärme von dem Arbeitsfluid darin absorbieren. Das Kühlmittel kann von dem ersten Wärmetauscher 442 durch den dritten Wärmetauscher 470 fließen, wo Wärme von dem Kühlmittel zu der Umgebungsluft ausgestoßen werden kann, die durch den Ventilator 30 durch den dritten Wärmetauscher 470 getrieben wird. Das Kühlmittel kann von dem dritten Wärmetauscher 470 zu der Pumpe 462 zurückkehren, wo der Zyklus wiederholt werden kann, bis das Batteriepack 14 auf eine vorbestimmte Temperatur gekühlt ist. Bei einigen Ausführungsformen kann der zweite Fluidkreislauf 436 derart arbeiten, dass dieser das Batteriepack 14 ohne das Fließen lassen des ersten Fluidkreislaufs 434 kühlt, falls die Umgebungsluft außerhalb des Fahrzeugs 10 ausreichend kühl ist.
Wenn das Batterieheiz- und -kühlsystem 416 in dem Heizmodus arbeitet, kann ein Arbeitsfluid mit einer hohen Temperatur durch den zweiten Wärmetauscher 446 fließen. Das Kühlmittel in der Wärmetauschleitung 446 kann Wärme von dem Arbeitsfluid in dem zweiten Wärmetauscher 446 absorbieren. Kühlmittel mit einer relativ hohen Temperatur kann dann zu dem Batteriepack 14 fließen, das die Wärme von dem Kühlmittel absorbiert. Das Kühlmittel kann von dem Batteriepack 14 durch den ersten Wärmetauscher 442 fließen und Wärme zu dem Arbeitsfluid darin transferieren. Das Kühlmittel kann von dem ersten Wärmetauscher 442 durch den dritten Wärmetauscher 470 fließen, wo Wärme von dem Kühlmittel in die Umgebungsluft ausgestoßen werden kann. Das Kühlmittel kann von dem dritten Wärmetauscher 470 zu der Pumpe 462 zurückkehren, wo der Zyklus wiederholt werden kann, bis der Batteriepack 14 eine vorbestimmte Temperatur erreicht.
Die Pumpe 62, 162, 462 in dem entsprechenden Fluidkreislauf kann durch einen Kompressor ersetzt werden.

Claims

Batterieheiz- und -kühlsystem, aufweisend: einen ersten Wärmetauscher (42, 142, 242, 342, 442); einen zweiten Wärmetauscher (46, 146, 246, 346, 446), der in einer Wärmetransferrelation mit dem ersten Wärmetauscher (42, 142, 242, 342, 442) steht; einen Kompressor (38, 138, 238, 338, 438), der in Fluidverbindung mit dem zweiten Wärmetauscher (46, 146, 246, 346, 446) steht; und ein Ventil (40, 140, 240, 340, 440), das ein Fluid von dem Kompressor (38, 138, 238, 338, 438) aufnimmt und zwischen einer ersten Position, die es dem Fluid ermöglicht durch einen ersten Strömungsweg zu fließen, und einer zweiten Position, die es dem Fluid ermöglicht, durch einen zweiten Strömungsweg zu fließen, beweglich ist, wobei der zweite Wärmetauscher (46, 146, 246, 346, 446) in einer Wärmetransferrelation mit einer Batterie (14) steht, so dass Wärme von der Batterie (14) extrahiert wird, wenn sich das Ventil (40, 140, 240, 340, 440) in der ersten Position befindet, und Wärme von dem zweiten Wärmetauscher (46, 146, 246, 346, 446) zu der Batterie (14) transferiert wird, wenn sich das Ventil (40, 140, 240, 340, 440) in der zweiten Position befindet.
Batterieheiz- und -kühlsystem gemäß Anspruch 1, ferner aufweisend einen Fluidkreislauf (36, 136, 436), der fluidmäßig von dem zweiten Wärmetauscher (46, 146, 246, 346, 446), dem Kompressor (38, 138, 238, 338, 438) und dem Ventil (40, 140, 240, 340, 440) isoliert ist, wobei der Fluidkreislauf (36, 136, 436) in einer Wärmetransferrelation mit dem zweiten Wärmetauscher (46, 146, 246, 346, 446) und der Batterie (14) steht.
Batterieheiz- und -kühlsystem gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, ferner aufweisend ein Fahrzeug-Luftklimatisierungssystem (12) mit einem Fluidkreislauf, der fluidmäßig von dem Kompressor (38, 138, 238, 338, 438), dem ersten Wärmetauscher (42, 142, 242, 342, 442) und dem Ventil (40, 140, 240, 340, 440) isoliert ist.
Batterieheiz- und -kühlsystem gemäß Anspruch 3, ferner aufweisend ein Fahrzeug-Luftklimatisierungssystem (12) mit einem Kondensator (24), der zu einem dritten Wärmetauscher (70, 170, 470) benachbart angeordnet ist, wobei ein Lüfter (30) zu einem der dritten Wärmetauscher (70, 170, 470) und des Kondensators (24) benachbart angeordnet ist und Luft durch den dritten Wärmetauscher (70, 170, 470) und den Kondensator (24) treibt.
Batterieheiz- und -kühlsystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der erste Wärmetauscher (42, 142, 242, 342, 442) in Fluidverbindung mit dem zweiten Wärmetauscher (46, 146, 246, 346, 446) und dem Kompressor (38, 138, 238, 338, 438) steht, wenn sich das Ventil (40, 140, 240, 340, 440) in der ersten Position befindet, und fluidmäßig von dem zweiten Wärmetauscher (46, 146, 246, 346, 446) und dem Kompressor (38, 138, 238, 338, 438) isoliert ist, wenn sich das Ventil (40, 140, 240, 340, 440) in der zweiten Position befindet.
Batterieheiz- und -kühlsystem gemäß Anspruch 5, wobei der zweite Wärmetauscher (46, 446) einen flüssigkeitsgekühlten Kondensator enthält.
Batterieheiz- und -kühlsystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, ferner aufweisend einen Ejektor (444), der in Fluidverbindung mit dem Kompressor (38, 138, 238, 338, 438) steht.
Batterieheiz- und -kühlsystem gemäß einem der Ansprüche 3 bis 7, wobei das Fahrzeugklimatisierungssteuersystem (12) und die Batterie (14) an einem Fahrzeug befestigt sind und die Batterie (14) zum Antrieb des Fahrzeugs ausgestaltet ist.
Batterieheiz- und -kühlsystem gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, ferner aufweisend ein Fahrzeugklimatisierungssystem (312) mit einem Kondensator (324), der zum ersten Wärmetauscher (342) benachbart angeordnet ist, wobei ein Ventilator (343) Luft durch den Kondensator (324) und den ersten Wärmetauscher (342) treibt und der Kompressor (338) das Fluid durch die Fluidkreisläufe (312, 334) zirkulieren lässt.