DE102012113103A1 - Wärmepumpensystem für Fahrzeug und Verfahren zum Steuern desselben - Google Patents

Wärmepumpensystem für Fahrzeug und Verfahren zum Steuern desselben Download PDF

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Hyundai Motor Co
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Abstract

Ein Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug kann aufweisen eine Kühlvorrichtung, welche ein Kühlmittel durch eine Kühlleitung zu einem Motor und einer elektrischen Ausrüstung zuführt und zirkuliert, wobei die Kühlvorrichtung einen Kühler, einen Kühllüfter, welcher Wind zu dem Kühler ventiliert, sowie eine Wasserpumpe aufweist, welche mit der Kühlleitung verbunden ist, sowie eine Klimaanlagenvorrichtung, welche durch eine Kältemittelleitung verbunden ist, wobei die Klimaanlagenvorrichtung aufweist einen Wasser-gekühlten Kondensator, welcher mit der Kühlleitung verbunden ist, um eine Temperatur von dem Kühlmittel zu ändern, welches eine Abwärme verwendet, welche in dem Motor und der elektrischen Ausrüstung auftritt, gemäß einem jeweiligen Modus von dem Fahrzeug, und welcher mit der Kältemittelleitung verbunden ist, um einem eingespeisten Kältemittel in der Kältemittelleitung zu ermöglichen, mit dem Kühlmittel an der Innenseite davon Wärme auszutauschen, sowie einen Luftgekühlten Kondensator, welcher durch die Kältemittelleitung mit dem Wasser-gekühlten Kondensator in Serie geschaltet ist.

Description

  • QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
  • Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der koreanischen Patentanmeldung mit der Nummer 10-2012-0099535, welche am 7. September 2012 eingereicht wurde und deren gesamter Inhalt durch diese Bezugnahme für alle Zwecke hierin mitaufgenommen ist.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug und ein Verfahren zum Steuern desselben, welche simultan eine Wasserwärmequelle und eine Luftwärmequelle verwenden und welche eine Heizleistung und eine Entfeuchtungsleistung verbessern unter Verwendung einer Abwärme, welche in einem Motor und einer elektrischen Ausrüstung auftritt.
  • Beschreibung verwandter Technik
  • Üblicherweise weist eine Klimaanlagenvorrichtung für ein Fahrzeug ein Klimaanlagenmodul zum Heizen/Erwärmen und Klimatisieren/Kühlen eines Fahrzeuginnenraums auf.
  • In einem solchen Klimaanlagenmodul zirkuliert ein Wärmeaustauschmedium, welches durch Antreiben eines Kompressors ausgegeben wird, über einen Kondensator, einen Aufnahmetrockner, ein Expansionsventil und einen Verdampfer erneut zu dem Kompressor. In diesem Prozess klimatisiert/kühlt das Klimaanlagenmodul den Fahrzeuginnenraum durch Wärmeaustausch mittels des Verdampfers, oder erwärmt den Fahrzeuginnenraum durch Wärmeaustausch mittels Einspeisens eines Hochtemperaturkühlmittels in eine Heizvorrichtung.
  • Ein umweltfreundliches Fahrzeug wird üblicherweise klassifiziert in ein Elektrofahrzeug, welches fährt unter Verwendung von einer Brennstoffzelle oder Elektrizität als eine Leistungs-/Energiequelle, sowie ein Hybridfahrzeug, welches fährt unter Verwendung eines Verbrennungsmotors und einer elektrischen Batterie.
  • In solch umweltfreundlichen Fahrzeugen weist das Elektrofahrzeug ein Wärmepumpensystem auf.
  • In dem Elektrofahrzeug, in einem Heizmodus, strömt ein gasförmiges Kältemittel von hoher Temperatur und hohem Druck durch ein Ventil zu einem Innenkondensator und tauscht Wärme aus mit inhalierter bzw. aufgenommener Außenluft, und Außenluft, mit der Wärme ausgetauscht wurde, wird in den Fahrzeuginnenraum eingespeist, während/indem sie durch einen positiver-Temperaturkoeffizient(PTC)-Heizer strömt, wodurch eine Temperatur von dem Fahrzeuginnenraum ansteigt.
  • Jedoch, wie oben beschrieben, da eine Struktur von einem Kompressor, einem Wärmetauscher und jedem Bestandteil/Element kompliziert ist/wird, gibt es ein Problem, dass das gesamte Systempaket kompliziert bzw. komplex ist/wird.
  • Ferner, da zu einer Wintersaison an einem externen Kondensator ein Oberflächengefrieren auftritt, werden/sind eine Wärmeaustauscheffizienz, eine Heizleistung und eine Effizienz von einem Wärmeaustauschmedium verschlechtert, und wenn ein Klimatisierungsmodus umgestellt wird auf einen Heizmodus, steigt die Feuchtigkeit an durch Kondensationswasser, welches an der Außenseite von einem Verdampfer verbleibt, und folglich beschlagen die Fensterscheiben von dem Fahrzeug.
  • In einem Auftaumodus, der ein Oberflächengefrieren von einem externen Kondensator entfernt, um dieses Problem zu vermeiden, wird ein Betrieb eines Kompressors gestoppt und ein Heizen sollte durchgeführt werden mit lediglich einem PTC-Heizer, und folglich, während eine Heizleistung extrem verschlechtert ist, wenn eine Heizlast ansteigt gemäß einem Anstieg von einer Leistungs-/Energieverwendungsmenge und das Fahrzeug während des Heizens fährt, gibt es ein Problem, dass eine Fahrdistanz verkürzt ist.
  • Ferner, wenn eine Außentemperatur niedrig ist, ist eine Heizleistung außergewöhnlich niedrig und ist ein System instabil, und wenn ein flüssiges Kältemittel in den Kompressor eingespeist wird, ist die Lebensdauer von dem Kompressor verschlechtert.
  • Die in diesem Hintergrund-der-Erfindung-Abschnitt offenbarte Information dient lediglich dem besseren Verständnis des allgemeinen Hintergrunds der Erfindung und sollte nicht verstanden werden als eine Würdigung oder irgendeine Form von Vorschlag, dass diese Information den Stand der Technik bildet, der einem Fachmann bereits bekannt ist.
  • KURZE ZUSAMMENFASSUNG
  • Verschiedene Aspekte der vorliegenden Erfindung sind darauf gerichtet, ein Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug sowie ein Verfahren zum Steuern desselben bereitzustellen, welche Vorteile haben einer simultanen Verwendung einer Wasserwärmequelle und einer Luftwärmequelle, welche eine Heizleistung und eine Entfeuchtungsleistung verbessern unter Verwendung einer Abwärme, welche in einem Motor/Elektromotor und einer elektrischen Ausrüstung auftritt, und welche einen externen Frost bzw. ein Zufrieren eines externen Kondensators bei einer ultraniedrigen Temperatur vermeiden.
  • Die vorliegende Erfindung wurde gemacht mit dem Bestreben, ferner ein Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug und ein Verfahren zum Steuern desselben bereitzustellen, welche Vorteile haben des Erhöhens einer Gesamtfahrdistanz des Fahrzeugs mit der gleichen Leistung/Energie durch Reduzieren einer Heizlast, welche in einem Heizmodus des Fahrzeugs auftreten kann.
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann ein Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug aufweisen: eine Kühlvorrichtung, welche Kühlmittel zu einem Motor und einer elektrischen Ausrüstung durch eine Kühlleitung zuführt und zirkuliert, wobei die Kühlvorrichtung aufweisen kann einen Kühler, welcher das zugeführte Kühlmittel durch Wärmeaustausch mit Außenluft kühlt, einen Kühllüfter, der einen Luftstrom zu dem Kühler erzeugt, und eine Wasserpumpe, welche mit der Kühlleitung verbunden ist und das Kühlmittel entlang der Kühlleitung zirkuliert; und eine Klimaanlagenvorrichtung, welche durch eine Kältemittelleitung verbunden ist, um ein Heizen und eine Klimatisierung/Luftkühlung eines Fahrzeugsinnenraums einzustellen, wobei die Klimaanlagenvorrichtung aufweisen kann einen Wasser-gekühlten Kondensator, der mit der Kühlmittelleitung verbunden ist, um eine Temperatur von dem Kühlmittel, welches eine Abwärme verwendet/abführt, die in dem Motor und der elektrischen Ausrüstung auftritt, gemäß einem jeweiligen Fahrzeugmodus zu ändern, und welcher mit der Kältemittelleitung verbunden ist, um einem eingespeisten Kältemittel in der Kältemittelleitung zu ermöglichen, Wärme mit dem Kühlmittel an der Innenseite davon auszutauschen, und einen Luft-gekühlten Kondensator, welcher mit dem Wasser-gekühlten Kondensator durch die Kältemittelleitung in Reihe geschaltet ist und der einem Kältemittel, welches in die Innenseite davon eingespeist wird, ermöglicht, Wärme mit der Außenluft auszutauschen.
  • Die Klimaanlagenvorrichtung kann aufweisen ein Heizung-Lüftung-Klima(HVAC)-Modul mit einer Umlenkklappe, welche eine Öffnung an der Innenseite davon selektiv einstellt, um Außenluft, welche gemäß einem Heizmodus, einem Klimatisierungsmodus und einem Entfeuchtungsmodus durch einen Verdampfer geströmt ist, in einen internen Kondensator und einen positiver-Temperaturkoeffizient(PTC)-Heizer einzuspeisen; einen Kompressor, welcher durch die Kältemittelleitung mit dem Verdampfer verbunden ist und welcher ein Kältemittel von einem gasförmigen Zustand komprimiert; einen Akkumulator, welcher an der Kältemittelleitung zwischen dem Kompressor und dem Verdampfer bereitgestellt ist und der ein gasförmiges Kältemittel an den Kompressor zuführt; ein erstes Ventil, welches ein Kältemittel, welches von dem Kompressor ausgegeben wird, gemäß einem Fahrzeugmodus selektiv zuführt an den Wasser-gekühlten Kondensator oder den internen Kondensator; ein erstes Expansionsventil, welches ein Kältemittel, welches durch den internen Kondensator geströmt ist, aufnimmt und expandiert; ein zweites Ventil, welches einem Kältemittel, welches durch das erste Expansionsventil expandiert wird, ermöglicht, sequenziell durch den Wasser-gekühlten Kondensator und den Luft-gekühlten Kondensator zu strömen, und welches das Kältemittel selektiv zu dem Verdampfer oder dem Akkumulator zuführt; und ein zweites Expansionsventil, welches zwischen dem Verdampfer und dem zweiten Ventil bereitgestellt ist und welches ein Kältemittel expandiert, welches eingespeist wird durch ein Umschalten des zweiten Ventils.
  • Ein Drucksensor ist an einer Kältemittelleitung montiert, welche den Kompressor mit dem ersten Ventil verbindet.
  • Das erste Ventil und das zweite Ventil und das dritte Ventil sind mit einem Drei-Wege-Ventil geformt.
  • Die Kühlvorrichtung und die Klimaanlagenvorrichtung werden mit einem Steuersignal von einer Steuereinheit betrieben.
  • Die Kühlvorrichtung kann ferner aufweisen eine Abzweigungsleitung, welche an der Kühlleitung zwischen der Wasserpumpe und dem Kühler montiert ist und welche die Kühlleitung umgeht, um Kühlmittel, welches gemäß einem Heizmodus, einem Klimatisierungsmodus und einem Entfeuchtungsmodus des Fahrzeugs von der Wasserpumpe zu dem Wasser-gekühlten Kondensator zugeführt wird, direkt zuzuführen; und ein drittes Ventil, welches die Kühlleitung und die Abzweigungsleitung selektiv verbindet.
  • Das dritte Ventil ist mit einem Drei-Wege-Ventil geformt.
  • Der Luft-gekühlte Kondensator kann eine Mehrzahl von Umschaltfilmen/Umlenkfilmen haben, welche Außenluft an der Front davon selektiv einspeisen.
  • Der Umschaltfilm wird betrieben/betätigt mittels eines Steuersignals von einer Steuereinheit, ist in einem Heizmodus geschlossen und ist in einem Klimatisierungsmodus und einem Entfeuchtungsmodus geöffnet.
  • Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung kann ein Verfahren zum Steuern eines Wärmepumpensystems für ein Fahrzeug mit einer Kühlvorrichtung, welche mit einer Steuereinheit elektrisch verbunden ist und welche durch eine Kühlleitung Fluid-verbunden ist und welche einen Kühler, eine Wasserpumpe und eine elektrische Ausrüstung aufweisen kann, sowie mit einer Klimaanlagenvorrichtung, welche durch eine Kältemittelleitung verbunden ist und welche ein Heizung-Lüftung-Klima(HVAC)-Modul aufweisen kann, das geformt ist mit einer Mehrzahl von Ventilen, einem Expansionsventil, einem Kompressor, einem Akkumulator, einem Verdampfer, einem internen Kondensator, einem positiver-Temperaturkoeffizient(PTC)-Heizer und einer Umlenkklappe, aufweisen: Betreiben des Wärmepumpensystems in einem Heizmodus, einem Klimatisierungsmodus und einem Entfeuchtungsmodus gemäß der Auswahl von einem Benutzer, wobei das Wärmepumpensystem einen Wasser-gekühlten Kondensator, welcher mit der Kühlleitung und der Kältemittelleitung verbunden ist, sowie einen Luftgekühlten Kondensator aufweisen kann, welcher an der Vorderseite von dem Kühler angeordnet ist und mit der Kältemittelleitung verbunden ist; und Ändern eines Strömungspfads von einem Kältemittel, welches durch die Klimaanlagenvorrichtung zirkuliert, basierend auf dem Heizmodus, dem Klimatisierungsmodus und dem Entfeuchtungsmodus gemäß der Auswahl des Benutzers durch Betätigung des jeweiligen Ventils, derart, dass eine Umlenkklappe von dem HVAC-Modul selektiv offen bzw. geschlossen ist.
  • In dem Heizmodus, mittels der Kühlvorrichtung, Erhöhen einer Temperatur von einem Kühlmittel, welches in den Wassergekühlten Kondensator eingespeist wird, durch eine Abwärme, welche in dem Motor und der elektrischen Ausrüstung auftritt; wobei dem Kühlmittel ermöglicht wird, Wärme mit einem Kältemittel auszutauschen, welches durch die Kältemittelleitung in den Wasser-gekühlten Kondensator eingespeist wird; wobei das Kältemittel, welches durch den Wasser-gekühlten Kondensator geströmt ist, in den Luftgekühlten Kondensator eingespeist wird; wobei dem Kältemittel ermöglicht wird, Wärme mit einer Wärmequelle von Außenluft auszutauschen; und wobei in dem Heizmodus, mittels der Klimaanlagenvorrichtung, ein erwärmtes Kältemittel ermöglicht/bereitgestellt wird durch Wärmeaustausch mit Kühlmittel und Außenluft in dem Wasser-gekühlten Kondensator bzw. dem Luft-gekühlten Kondensator; durch Betätigen des ersten Ventils das Kältemittel zugeführt wird zu dem internen Kondensator von dem HVAC-Modul in einem Zustand, in dem das Kältemittel komprimiert ist zu einem gasförmigen Kältemittel von einem hoch-Temperatur-und-hoch-Druck-Zustand, indem das Kältemittel durch Öffnen des zweiten Ventils durch den Akkumulator und den Kompressor entlang einer Kältemittelleitung strömt; das Kältemittel, welches durch den internen Kondensator geströmt ist, sequenzielles zugeführt und zirkuliert wird zu dem Wasser-gekühlten Kondensator und dem Luft-gekühlten Kondensator in einem mittels des ersten Expansionsventils expandierten Zustand; und die Umlenkklappe geöffnet wird, sodass Außenluft, welche von der Außenseite durch den Verdampfer des HVAC-Moduls geströmt ist, durch den internen Kondensator strömt; wobei der eingespeisten Außenluft ermöglicht wird, einen Fahrzeuginnenraum zu erwärmen, zusammen mit einem selektiven Betrieb des PTC-Heizers während des Durchströmens des internen Kondensators.
  • In dem Klimatisierungsmodus, Kühlen von Kühlmittel, welches zusammen mit Außenluft in den Kühler eingespeist wird, mittels eines Kühllüfters; wobei mittels der Kühlvorrichtung eine Temperatur von einem Kältemittel herabgesetzt wird durch einen sekundären Wärmeaustausch mit Außenluft durch Einspeisen eines Kältemittels, welches Wärme mit Kühlmittel ausgetauscht hat, während es durch den Wasser-gekühlten Kondensator geströmt ist, in den Luft-gekühlten Kondensator, während die elektrische Ausrüstung und der Motor gekühlt werden durch Zirkulieren des Kühlmittels entlang der Kühlleitung in einem Zustand, der gekühlt ist durch Wärmeaustausch mit einem Kältemittel, welches in den Wasser-gekühlten Kondensator eingespeist wird, und mittels der Klimaanlagenvorrichtung Zuführen eines expandierten Kältemittels zu dem Verdampfer durch Betreiben des zweiten Ventils, sodass ein Kältemittel von einer niedrigen Temperatur, welches während des Durchtritts durch den Luft-gekühlten Kondensator gekühlt wird, in das zweite Expansionsventil eingespeist wird, welches mit dem Verdampfer des HVAC-Moduls verbunden ist; Ausgeben des Kältemittels, welches durch Wärmeaustausch mit Außenluft in dem Verdampfer verdampft wird; durch Betätigung des ersten Ventils Öffnen einer Kältemittelleitung, welche mit dem Wasser-gekühlten Kondensator verbunden ist und das Kältemittel in einem Zustand zirkuliert, der komprimiert ist während/aufgrund des Strömens durch den Akkumulator und den Kompressor; und Kühlen des Fahrzeuginnenraums durch Schließen der Umlenkklappe, sodass Außenluft, welche während des Strömens durch den Verdampfer mittels eines Kältemittels gekühlt wird, welches in den Verdampfer eingespeist wird, nicht in den internen Kondensator eingespeist wird, sowie durch direktes Einspeisen von Außenluft, welche während des Strömens durch den Verdampfer gekühlt wird, in das Fahrzeug.
  • In dem Klimatisierungsmodus, wenn das Fahrzeug fährt, Öffnen eines jeweiligen Umschaltfilms/Umlenkfilms, welcher an einer Frontfläche von dem Kühler installiert ist, um Fahrtwind in den Kühler einzuspeisen.
  • In dem Entfeuchtungsmodus, wenn/da ein Kühllüfter in einem Zustand betrieben wird, in dem Kühlmittel, welches zusammen mit Außenluft in den Kühler eingespeist wird, gekühlt wird, mittels der Kühlvorrichtung Kühlen des Motors und der elektrischen Ausrüstung durch Betrieb der Wasserpumpe mit gekühltem Kühlmittel, während einer Herabsetzung einer Temperatur von einem Kältemittel und Kühlmittel durch Wärmeaustausch von dem Kältemittel und dem Kühlmittel von einer niedrigen Temperatur, welches in den Wasser-gekühlten Kondensator eingespeist wird; wobei mittels der Klimaanlagenvorrichtung das zweite Ventil geöffnet wird, sodass ein Kältemittel von niedriger Temperatur, welches während des Wärmeaustauschs mit Kühlmittel und Außenluft während des sequenziellen Durchströmens des Wasser-gekühlten Kondensators und des Luft-gekühlten Kondensators gekühlt wird, in das zweite Expansionsventil eingespeist wird, welches mit dem Verdampfer des HVAC-Moduls verbunden ist; das expandierte Kältemittel zu dem Verdampfer zugeführt wird; ein Kältemittel zu dem internen Kondensator zugeführt wird durch Öffnen einer Kältemittelleitung, welche mit dem internen Kondensator verbunden ist, durch Betrieb des ersten Ventils, in einem komprimierten Zustand, während/indem das Kältemittel durch den Akkumulator und den Kompressor strömt durch Ausgeben eines Kältemittels, welches durch Wärmeaustausch mit Außenluft in dem Verdampfer verdampft wird; das Kältemittel, welches durch den internen Kondensator geströmt ist, zu dem Wasser-gekühlten Kondensator zugeführt und zirkuliert wird in einem Zustand, der mittels des ersten Expansionsventils expandiert ist; die Umlenkklappe geöffnet wird, sodass Außenluft, welche gekühlt wird während des Strömens von der Außenseite durch den Verdampfer von dem HVAC-Modul, durch den internen Kondensator strömt; wobei eingespeister Außenluft ermöglicht wird, einen Fahrzeuginnenraum zu entfeuchten, während/indem sie durch den internen Kondensator und den PTC-Heizer strömt.
  • In dem Entfeuchtungsmodus Einstellen mittels der Steuereinheit einer Expansionsmenge des Kältemittels durch Einstellen einer Öffnung des ersten Expansionsventils und des zweiten Expansionsventils.
  • In dem Entfeuchtungsmodus, wenn das Fahrzeug fährt, öffnen eines jeweiligen Umschaltfilms/Umlenkfilms, welcher an einer Frontfläche von dem Kühler installiert ist, um Fahrtwind in den Kühler einzuspeisen.
  • In dem Heizmodus, dem Klimatisierungsmodus und dem Entfeuchtungsmodus Steuern mittels der Steuereinheit einer Windmenge/Luftstrommenge von dem Kühllüfter und einer Strömungsmenge der Wasserpumpe gemäß einem Temperaturzustand einer Abwärme, welche in der elektrischen Ausrüstung auftritt, und einem Temperaturzustand von dem Kühlmittel und dem Kältemittel.
  • Wie oben beschrieben, in einem Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug und einem Verfahren zum Steuern desselben gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, weist das Fahrzeugwärmepumpensystem auf einen Wasser-gekühlten Kondensator, welcher Kühlmittel als ein Wärmeaustauschmedium verwendet, sowie einen Luft-gekühlten Kondensator, welcher eine Luftwärmequelle verwendet, veranlasst das System, dass ein Kältemittel in Serie/Reihe strömt, und verwendet das System eine Abwärmequelle, welche in einem Motor und einer elektrischen Ausrüstung auftritt, und eine Wärmequelle von Außenluft, wodurch eine Gesamtheizleistung, eine Effizienz und eine Entfeuchtungsleistung verbessert werden und externer Frost des Luft-gekühlten Kondensators bei einer ultraniedrigen Temperatur vermieden wird.
  • Ferner, da ein Benutzer einen Heizmodus betreibt durch Verwenden einer Abwärmequelle ohne den Betrieb eines PTC-Heizers, oder durch gemeinsames Verwenden einer Abwärmequelle und eines PTC-Heizers, gemäß einer Umgebung des Fahrzeugs, gibt es einen Effekt, dass eine Gesamtfahrdistanz von dem Fahrzeug mit/bei der gleichen Leistung/Energie zunimmt durch Reduzieren einer Heizlast, während ein Anstieg der Leistungs/Energieverwendungsmenge vermieden wird, und ein Gesamtmarktwert von dem Wärmepumpensystem kann verbessert werden.
  • In einem Klimatisierungsmodus des Fahrzeugs, in einem Niedrig-Geschwindigkeit/Drehzahl-Fahrzustand, in Leerlauf-und-Niedrig-Geschwindigkeit/Drehzahl-Fahrzuständen, was ein Zustand ist, in dem eine elektrische Wärmemenge von einem Motor und einer elektrischen Ausrüstung klein ist, aber der eine große Klimaanlagen-elektrische-Wärmemenge hat, wird/ist eine Temperatur von dem Kühlmittel, welches in einen Wassergekühlten Kondensator eingespeist wird, herabgesetzt, und durch Erhöhen einer Kältemittelkondensationsmenge durch simultane Anwendung des Wasser-gekühlten Kondensators und des Luft-gekühlten Kondensators kann eine Klimatisierungsleistung verbessert werden.
  • In einem Entfeuchtungsmodus, durch Reduzieren eines häufigen Ventilumschaltbetriebs durch Anwendung eines Drei-Wege-Ventils, können das Auftreten von Lärm und einer Vibration aufgrund eines Ventilumschaltbetriebs reduziert werden, und da ein Entfeuchtungsmodus kontinuierlich verwendet werden kann in Zwischentemperatur-und-viel-Feuchtigkeit-Zuständen, wird eine verbleibende Kondensationswassermenge gemäß einer Abnahme der Innenraumfeuchtigkeit reduziert, und folglich kann ein Feuchtigkeitsauftrittszustand reduziert werden.
  • Ferner, durch gemeinsames Verwenden von Außenluft und Kühlmittel als ein Wärmeaustauschmedium der Kondensatoren, während eine Struktur von jedem Bestandteil vereinfacht ist, können ein Motor und eine elektrische Ausrüstung mit einem (einzigen) Kühler gekühlt werden, und die Gesamtsystemeinheit kann reduziert werden und eine Effizienz von einem Kühler kann verbessert werden durch Reduktion eines Ventilationswiderstands.
  • Ferner, durch Austauschen von Wärme zwischen einem Kühlmittel und einem Kältemittel in einem Wasser-gekühlten Kondensator unter Verwendung einer Abwärme, welche in einem Motor und einer elektrischen Ausrüstung auftritt, kann vorher vermieden werden, dass eine Wärmeaustauschleistung sich verschlechtert durch externes Gefrieren, welches auftrat, wenn ein herkömmlicher Luft-gekühlter Kondensator einzeln angewandt wurde in einem ultraniedrigen Temperaturzustand, und selbst wenn ein separater Auftau-/Defrostmodus nicht existiert, kann ein externer Frost bzw. ein externes Vereisen/Gefrieren von einem Luft-gekühlten Kondensator vermieden werden.
  • Die Verfahren und Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung haben andere Merkmale und Vorteile, welche ersichtlich sind aus oder im Detail dargelegt sind in den angehängten Zeichnungen, welche hierin mit aufgenommen sind, sowie der folgenden detaillierten Beschreibung, welche zusammen dazu dienen, bestimmte Prinzipien der vorliegenden Erfindung zu erläutern.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHUNGEN
  • 1 ist ein Blockdiagramm, welches ein Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug gemäß verschiedener beispielhafter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 2 ist ein Diagramm, welches einen Heizmodus-Betriebszustand eines Wärmepumpensystems für ein Fahrzeug gemäß verschiedener beispielhafter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 3 ist ein Diagramm, welches einen Klimatisierungsmodus-Betriebszustand eines Wärmepumpensystems für ein Fahrzeug gemäß verschiedener beispielhafter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 4 ist ein Diagramm, welches einen Entfeuchtungsmodus-Betriebszustand eines Wärmepumpensystems für ein Fahrzeug gemäß verschiedener beispielhafter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 5 ist ein Blockdiagramm, welches ein Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug gemäß verschiedener beispielhafter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 6 ist ein Blockdiagramm, welches ein Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug gemäß verschiedener beispielhafter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • Es sollte verständlich sein, dass die angehängten Zeichnungen nicht notwendigerweise maßstabsgetreu ist, sondern eine etwas vereinfachte Wiedergabe von verschiedenen Merkmalen darstellen, welche illustrativ sind für die Grundprinzipien der Erfindung. Die spezifischen Designmerkmale der vorliegenden Erfindung, wie sie hierin offenbart ist, umfassend zum Beispiel spezifische Dimensionen, Orientierungen, Positionen und Formen, werden zum Teil durch die im Besonderen beabsichtigte Anwendung und Verwendungsumgebung bestimmt.
  • In den verschiedenen Figuren der Zeichnung bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder äquivalente Teile der vorliegenden Erfindung.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Im Folgenden wird im Detail Bezug genommen auf verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, von der Beispiele in den angehängten Zeichnungen illustriert und unten beschrieben sind. Während die Erfindung in Verbindung mit beispielhaften Ausführungsformen beschrieben wird, sollte es verständlich sein, dass die vorliegende Beschreibung nicht dazu dienen soll, die Erfindung auf diese beispielhaften Ausführungsformen einzuschränken. Vielmehr soll die Erfindung nicht nur die beispielhaften Ausführungsformen abdecken, sondern auch verschiedene Alternativen, Modifikationen, Äquivalente und andere Ausführungsformen, welche in dem Geist und Umfang der Erfindung, wie er durch die angehängten Ansprüche definiert wird, enthalten sein können.
  • Eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden im Detail mit Bezugnahme auf die angehängten Zeichnungen beschrieben.
  • Vor einer Beschreibung der Erfindung, eine beispielhafte Ausführungsform, welche in dieser Beschreibung beschrieben wird, und eine Konfiguration, welche in den Zeichnungen gezeigt ist, sind lediglich eine als Beispiel dienende Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und stellen nicht den gesamten Geist und Umfang der Erfindung dar, und folglich sollte es verständlich sein, dass verschiedene Modifikationen und beispielhafte Variationen, welche die beispielhafte Ausführungsform und die Konfiguration ersetzen können, existieren können zu einem Anmeldungszeitpunkt der vorliegenden Erfindung.
  • 1 ist ein Blockdiagramm, welches ein Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug gemäß einer ersten als Beispiel dienenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • Mit Bezug auf 1, in einem Fahrzeugwärmepumpensystem 100 und einem Verfahren zum Steuern desselben gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, hat das Fahrzeugwärmepumpensystem 100 eine Struktur, welche eine Wasserwärmequelle und eine Luftwärmequelle simultan nutzen kann, welche eine Heizleistung und eine Entfeuchtungsleistung verbessern kann unter Verwendung einer Abwärme, welche in einem Motor 111 und einer elektrischen Ausrüstung 112 auftritt, und welche externen Frost bzw. ein externes Vereisen/Zufrieren eines externen Kondensators bei einer ultraniedrigen Temperatur vermeidet.
  • Ferner hat das Fahrzeugwärmepumpensystem 100 eine Struktur, welche eine Gesamtfahrdistanz von dem Fahrzeug mit der gleichen Leistung/Energie erhöhen kann durch Reduzieren einer Heizlast, welche in einem Heizmodus des Fahrzeugs auftreten kann.
  • Zu diesem Zweck, wie in 1 gezeigt ist, weist das Fahrzeugwärmepumpensystem 100 gemäß einer als Beispiel dienenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Kühlvorrichtung 110, welche Kühlmittel zu einem Motor/Elektromotor 111, einer elektrischen Ausrüstung 112 und einem Verbrennungsmotor zuführt und das Kühlmittel durch eine Kühlleitung (im Folgenden mit „C.L” bezeichnet) zirkuliert, in der Kühlmittel strömt, sowie eine Klimaanlagenvorrichtung 150 auf, welche durch eine Kältemittelleitung (im Folgenden mit „R.L” bezeichnet) verbunden ist, in der ein Kältemittel strömt, um ein Heizen und Klimatisieren/Luftkühlen eines Fahrzeuginnenraums einzustellen.
  • In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform weist die Kühlvorrichtung 110 auf einen Kühler 115, welcher an der Vorderseite von dem Fahrzeug bereitgestellt ist und welcher Kühlmittel entlang der C.L zirkuliert durch Betrieb einer Wasserpumpe 113 und welcher das zugeführte Kühlmittel durch Wärmeaustausch mit Außenluft kühlt, sowie einen Kühllüfter 117, welcher an der Hinterseite von dem Kühler 115 montiert ist, um Wind bzw. einen Luftstrom zu dem Kühler 115 zu ventilieren/erzeugen.
  • Das Wärmepumpensystem 100 gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform weist ferner auf einen Wassergekühlten Kondensator 130, mit dem die C.L und die R.L jeweils verbunden sind, sowie einen Luft-gekühlten Kondensator 131, welcher durch die R.L mit dem Wasser-gekühlten Kondensator 130 verbunden ist.
  • Zunächst ist der Wasser-gekühlte Kondensator 130 mit der C.L verbunden, um eine Temperatur von Kühlmittel zu ändern, welches eine Abwärme verwendet/abführt, die in dem Motor 111 und der elektrischen Ausrüstung 112 auftritt, gemäß einem jeweiligen Modus von dem Fahrzeug, und der Wasser-gekühlte Kondensator 130 ist mit der R.L verbunden, um eingespeistem Kältemittel zu ermöglichen, Wärme mit dem Kühlmittel an der Innenseite davon auszutauschen.
  • Hier hat der Wasser-gekühlte Kondensator 130 einen Temperatursensor an der Innenseite davon, und der Temperatursensor tastet eine Wassertemperatur des eingespeisten Kühlmittels sowie eine Temperatur von einem Kältemittel ab.
  • In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform ist der Wasser-gekühlte Kondensator 130 separat von dem Kühler 115 bereitgestellt, um durch die C.L verbunden zu sein, aber die vorliegende Erfindung ist nicht hierauf eingeschränkt, und der Wasser-gekühlte Kondensator 130 kann integral geformt sein an der Innenseite von dem Kühler 115.
  • In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform ist der Luft-gekühlte Kondensator 131 mit dem Wasser-gekühlten Kondensator 130 durch die R.L in Serie/Reihe geschaltet und ist an der Front/Vorderseite des Kühlers 115 angeordnet, um einem Kältemittel, welches in die Innenseite eingespeist wird, zu ermöglichen, Wärme mit Außenluft auszutauschen.
  • In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform weist die Klimaanlagenvorrichtung 150 auf: ein Heizung-Lüftung-Klima(HVAC)-Modul 151, einen Kompressor 161, einen Akkumulator bzw. Sammler 163, ein erstes Ventil 165 und ein zweites Ventil 167 sowie ein erstes Expansionsventil 169 und ein zweites Expansionsventil 171, und im Folgenden wird jedes Bestandteil/Element im Detail beschrieben.
  • Zunächst, um Außenluft, welche durch einen Verdampfer 157 hindurch geströmt ist, in einen internen Kondensator 153 und einen PTC-Heizer 155 einzuspeisen, hat das HVAC-Modul 151 eine Umlenkklappe 159, welche eine Öffnung an der Innenseite davon selektiv einstellt/anpasst gemäß einem Klimaanlagenmodus, einem Heizmodus und einem Entfeuchtungsmodus.
  • Das heißt, die Umlenkklappe 159 wird geöffnet, um Außenluft, welche durch den Verdampfer 157 hindurch geströmt ist, in den internen Kondensator 153 und den PTC-Heizer 155 einzuspeisen, beim Heizen des Fahrzeugs, und die Umlenkklappe 159 verschließt den internen Kondensator 153 und den PTC-Heizer 155, um Außenluft, welche gekühlt wird, während/indem sie durch den Verdampfer 157 hindurchströmt, direkt in das Fahrzeug einzuspeisen, beim Klimatisieren/Luftkühlen.
  • In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform ist der Kompressor 161 durch die R.L mit dem Verdampfer 157 verbunden und komprimiert ein Kältemittel von einem gasförmigen Zustand.
  • Der Akkumulator/Sammler 163 ist zwischen dem Kompressor 161 und dem Verdampfer 157 an der R.L angeordnet, speichert ein flüssiges Kältemittel an der Innenseite davon, um lediglich ein gasförmiges Kältemittel dem Kompressor 161 zuzuführen, verdampft das gespeicherte flüssige Kältemittel und führt dem Kompressor 161 erneut ein gasförmiges Kältemittel zu, wodurch eine Effizienz und Lebensdauer des Kompressors 161 verbessert werden.
  • In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform führt das erste Ventil 165 ein Kältemittel, welches von dem Kompressor 161 ausgegeben wird, selektiv dem internen Kondensator 153 zu, gemäß einem Modus von dem Fahrzeug, und das erste Expansionsventil 169 nimmt auf und expandiert ein Kältemittel, welches durch den internen Kondensator 153 geströmt ist.
  • In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform führt das erste Ventil 165 ein Kältemittel, welches von dem Kompressor 161 ausgegeben wird, selektiv dem Wasser-gekühlten Kondensator 130 oder dem internen Kondensator 153 zu, gemäß einem Modus von dem Fahrzeug.
  • Das erste Expansionsventil 169 nimmt durch die R.L auf und expandiert das Kältemittel, welches durch den internen Kondensator 153 geströmt ist.
  • Hier ist ein Drucksensor 175 an der R.L zwischen dem Kompressor 161 und dem ersten Ventil 165 montiert, und der Drucksensor 175 tastet ab bzw. detektiert einen Druck von einem Kältemittel, welches in einem komprimierten Zustand von dem Kompressor 161 ausgegeben wird.
  • Das zweite Ventil 167 ermöglicht einem Kältemittel, welches durch das zweite Expansionsventil 171 expandiert wird, sequenziell durch den Wasser-gekühlten Kondensator 130 und den Luft-gekühlten Kondensator 131 zu strömen, und führt das Kältemittel selektiv dem Verdampfer 157 oder dem Akkumulator 163 zu.
  • Das zweite Expansionsventil 171 ist zwischen dem Verdampfer 157 und dem zweiten Ventil 167 bereitgestellt, expandiert ein Kältemittel, welches eingespeist wird durch Umschalten des zweiten Ventils 167, und führt das Kältemittel dem Verdampfer 157 zu.
  • Hier führt das erste Ventil 165 ein Kältemittel an den Wasser-gekühlten Kondensator 130 oder den internen Kondensator 153 zu, und das zweite Ventil 167 ist bevorzugt geformt mit einem Drei-Wege-Ventil, welches selektiv umschaltet und die R.L verbindet, um das Kältemittel dem Akkumulator 163 oder dem zweiten Expansionsventil 171 zuzuführen.
  • Die Kühlvorrichtung 110 und die Klimaanlagenvorrichtung 150 mit der oben-beschriebenen Konfiguration sind beide mit einer Steuereinheit 180 verbunden und werden betrieben über ein Steuersignal von der Steuereinheit 180.
  • Das heißt, die Steuereinheit 180 steuert den Kühllüfter 117 der Kühlvorrichtung 110 und die Wasserpumpe 113 gemäß einem Heizmodus, einem Klimatisierungsmodus und einem Entfeuchtungsmodus von dem Fahrzeug durch eine Auswahl eines Benutzers und einem Signal, welches von einem Temperatursensor des Kondensators 130 ausgegeben wird.
  • Ferner, während ein Umschaltbetrieb der Umlenkklappe 159 des HVAC-Moduls 151 in der Klimaanlagenvorrichtung 150 gemäß einem Modus von dem Fahrzeug gesteuert wird, steuert die Steuereinheit 180 einen Umschaltbetrieb von dem ersten Ventil 165 und dem zweiten Ventil 167 sowie eine Kältemittelexpansionsmenge durch Steuern des ersten Expansionsventils 169 und des zweiten Expansionsventils 171.
  • Im Folgenden werden ein Betrieb eines Fahrzeugwärmepumpensystems sowie ein Verfahren zum Steuern des Fahrzeugwärmepumpensystems mit der oben-beschriebenen Konfiguration gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Detail mit Bezug auf die 2–4 beschrieben.
  • Die 2–4 sind Diagramme, welche einen Betriebszustand in einem Heizmodus, einem Klimatisierungsmodus bzw. Luftkühlungsmodus und einem Entfeuchtungsmodus von einem Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen.
  • Zunächst wird ein Verfahren zum Steuern eines Wärmepumpensystems für ein Fahrzeug gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auf das Wärmepumpensystem 100 angewandt, welches aufweist die Kühlvorrichtung 110, welche mit der Steuereinheit 180 verbunden ist und welche durch die C.L verbunden ist und welche den Kühler 115, die Wasserpumpe 113, den Motor 111 und die elektrische Ausrüstung 112 aufweist, sowie die Klimaanlagenvorrichtung 150, welche durch die R.L verbunden ist und welche das HVAC-Modul 151 aufweist, welches geformt ist mit der Mehrzahl von Ventilen 165 und 167, den Expansionsventilen 169 und 171, dem Kompressor 161, dem Akkumulator/Sammler 163, dem Verdampfer 157, dem internen Kondensator 153, dem PTC-Heizer 155 und der Umlenkklappe 159.
  • Hier, wie oben beschrieben, weist das Wärmepumpensystem 100 ferner den Wasser-gekühlten Kondensator 130, welcher verbunden ist mit der C.L und der R.L, sowie den Luft-gekühlten Kondensator 131 auf, welcher an der Front von dem Kühler 115 angeordnet ist und welcher durch die R.L in Serie geschaltet ist mit dem Wasser-gekühlten Kondensator 130.
  • In dem Verfahren zum Steuern des Wärmepumpensystems 100 wird ein Strömungspfad von einem Kältemittel, welches die Klimaanlagenvorrichtung 150 durchläuft bzw. durch diese zirkuliert, auf einer Modus-Basis gemäß einer Benutzerauswahl geändert durch Betrieb der Ventile 165 und 167, und die Umlenkklappe 159 des HVAC-Moduls 151 wird selektiv geöffnet und geschlossen.
  • Das heißt, ein Heizmodus, ein Klimatisierungsmodus und ein Entfeuchtungsmodus des Wärmepumpensystems 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können betrieben werden gemäß einer Benutzerauswahl oder einer automatischen Einstellung/Anpassung.
  • Zunächst werden mit Bezug auf 2 ein Betrieb des Wärmepumpensystems 100 und ein Verfahren zum Steuern des Wärmepumpensystems 100 in einem Heizmodus des Wärmepumpensystems 100 beschrieben.
  • Mit Bezug auf 2, erhöht die Kühlvorrichtung 110 in einem Heizmodus eine Temperatur des Kühlmittels, welches in den Wasser-gekühlten Kondensator 130 eingespeist wird, unter Verwendung von Abwärme, welche in dem Motor 111 und der elektrischen Ausrüstung 112 auftritt, und ermöglicht dem Kühlmittel, Wärme mit einem Kältemittel auszutauschen, welches in den Wasser-gekühlten Kondensator 130 durch die R.L eingespeist wird.
  • Das Kältemittel, welches durch den Wasser-gekühlten Kondensator 130 geströmt ist, wird in den Luft-gekühlten Kondensator 131 eingespeist, und wird kondensiert durch Wärmeaustausch mit Außenluft, während des Strömens durch den Luft-gekühlten Kondensator 131.
  • In diesem Fall, da ein Betrieb des Kühllüfters 117 gestoppt ist oder eine Windgeschwindigkeit bzw. Luftstromgeschwindigkeit des Kühllüfters 117 verschlechtert bzw. herabgesetzt ist, wird ein Kühlen des Kühlmittels, welches in den Kühler 115 eingespeist wird, verzögert oder vermieden.
  • In solch einem Zustand erhöht der Wasser-gekühlte Kondensator 130 eine Temperatur von einem Kältemittel, indem Wärme mit dem Kältemittel, welches durch die R.L eingespeist wird, ausgetauscht wird.
  • Hier ermittelt/bestimmt die Steuereinheit 180 eine Temperatur des Kühlmittels und des Kältemittels mittels eines Temperatursensors, welcher in dem Wasser-gekühlten Kondensator 130 montiert ist, und steuert eine Strömungsmenge/Durchflussmenge der Wasserpumpe 113 oder eine Windmenge des Kühllüfters 117 gemäß einem Temperaturzustand von einer Abwärme, welche in dem Motor 111 und der elektrischen Ausrüstung 112 aufgetreten ist, einem Temperaturzustand des Kühlmittels und einem Druckzustand eines Kältemittels.
  • Die Klimaanlagenvorrichtung 150 ermöglicht es einem Kältemittel, welches erwärmt wird durch Wärmeaustausch mit Kühlmittel und Außenluft in dem Wasser-gekühlten Kondensator 130 bzw. dem Luft-gekühlten Kondensator 131, durch Öffnen des zweiten Ventils 167 durch den Akkumulator 163 und den Kompressor 161 entlang der R.L zu strömen.
  • Folglich, in einem Zustand, in dem das Kältemittel komprimiert ist zu einem gasförmigen Kältemittel von hoher Temperatur und hohem Druck, indem es durch den Kompressor 161 strömt, da die R.L, welche mit dem internen Kondensator 153 verbunden ist, mittels des ersten Ventils 165 geöffnet wird/ist, wird das Kältemittel dem internen Kondensator 153 zugeführt.
  • Hier misst der Drucksensor 175, welcher an der R.L zwischen dem Kompressor 161 und dem ersten Ventil 165 montiert ist, einen Druck von dem Kältemittel, welches ausgegeben wird von dem Kompressor 161, und gibt einen gemessenen Wert davon an die Steuereinheit 180 aus.
  • Die Steuereinheit 180 bestimmt/ermittelt einen Druck von dem Kältemittel gemäß dem gemessenen Wert, welcher von dem Drucksensor 175 ausgegeben wird, und stellt ein/passt an eine Öffnung von dem ersten Ventil 165 gemäß einem angeforderten Fahrzeugzustand.
  • Das Kältemittel, welches durch den internen Kondensator 153 geströmt ist, strömt entlang der R.L in einem Zustand, in dem das Kältemittel mittels des ersten Expansionsventils 169 expandiert ist, strömt sequenziell durch den Wasser-gekühlten Kondensator 130 und den Luft-gekühlten Kondensator 131, und zirkuliert entlang der R.L durch Wiederholung des obenbeschriebenen Betriebs.
  • Das heißt, in einem Heizmodus, wenn ein gasförmiges Kältemittel von hoher Temperatur und hohem Druck dem internen Kondensator 153 zugeführt wird, öffnet die Steuereinheit 180 die Umlenkklappe 159, sodass Außenluft, welche von der Außenseite durch den Verdampfer 157 von dem HVAC-Modul 151 geströmt ist, durch den internen Kondensator 153 hindurchströmt.
  • Folglich, wenn Außenluft, welche von der Außenseite eingespeist wird, durch den Verdampfer 157 hindurchtritt, in den kein Kältemittel zugeführt wird, wird die Außenluft in einem Raumtemperaturzustand eingespeist, der nicht gekühlt ist, wird umgewandelt in einen Hochtemperaturzustand, während des Durchströmens des internen Kondensators 153, und wird in den Fahrzeuginnenraum zugeführt zusammen mit einem selektiven Betrieb des PTC-Heizers 155, wodurch der Fahrzeuginnenraum erwärmt wird.
  • In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform, mit Bezug auf 3, werden ein Betrieb des Wärmepumpensystems 100 und ein Verfahren zum Steuern des Wärmepumpensystems 100 in einem Klimatisierungsmodus/Luftkühlmodus des Wärmepumpensystems 100 beschrieben.
  • Zunächst, wie in 3 gezeigt, in einem Klimatisierungsmodus, da der Kühllüfter 117 durch die Steuereinheit 180 betrieben wird, kühlt die Kühlvorrichtung 110 Kühlmittel, welches zusammen mit Außenluft in den Kühler 115 eingespeist wird.
  • In diesem Fall wird der Kühllüfter 117 mit einer maximalen Geschwindigkeit/Drehzahl betrieben, um Kühlmittel, welches durch den Kühler 115 strömt, auf ein Maximum zu kühlen.
  • In solch einem Zustand zirkuliert das gekühlte Kühlmittel durch den Betrieb der Wasserpumpe 113 entlang der C.L und kühlt den Motor 111 sowie die elektrische Ausrüstung 112, in einem Zustand, welcher gekühlt ist durch Wärmeaustausch mit einem Kältemittel während des Durchströmens des Wassergekühlten Kondensators 130.
  • In einem Zustand, in dem das Kältemittel mit dem Kühlmittel während des Durchströmens des Wasser-gekühlten Kondensators 130 wärme austauscht bzw. ausgetauscht hat, wird das Kältemittel in den Luft-gekühlten Kondensator 131 eingespeist, um ein zweites Mal Wärme auszutauschen mit Außenluft, und folglich wird eine Temperatur von dem Kältemittel herabgesetzt, und das Kältemittel wird effizient kondensiert.
  • Hier ermittelt/bestimmt die Steuereinheit 180 eine Temperatur des Kühlmittels mittels eines Temperatursensors, welcher in dem Wasser-gekühlten Kondensator 130 montiert ist, und steuert eine Strömungsmenge von der Wasserpumpe 113 oder eine Windmenge von dem Kühllüfter 117 gemäß einem Temperaturzustand von einer Abwärme, welche in dem Motor 111 und der elektrischen Ausrüstung 112 auftritt, sowie einem Temperaturzustand von dem Kühlmittel.
  • Die Steuereinheit 180 öffnet die R.L durch Betreiben des zweiten Ventils 167, sodass ein Kältemittel von niedriger Temperatur, welches gekühlt wird während des Durchströmens des Luft-gekühlten Kondensators 131 in der Klimaanlagenvorrichtung 150, in das zweite Expansionsventil 171 eingespeist wird, welches mit dem Verdampfer 157 des HVAC-Moduls 151 verbunden ist.
  • Das Kältemittel von niedriger Temperatur, welches in das zweite Expansionsventil 171 eingespeist wird, wird dem Verdampfer 157 entlang der R.L in einem expandierten Zustand zugeführt.
  • Danach wird das Kältemittel durch Wärmeaustausch mit Außenluft in dem Verdampfer 157 verdampft, und wird komprimiert während des Durchströmens des Akkumulators 163 und des Kompressors 161 entlang der R.L.
  • Während/Indem das Kältemittel, welches durch den obenbeschriebenen Betrieb komprimiert wurde, den obenbeschriebenen Betrieb wiederholt durch Öffnen der R.L, welche erneut verbunden ist mit dem Wasser-gekühlten Kondensator 130, durch Betreiben des ersten Ventils 165, zirkuliert das Kältemittel entlang der R.L.
  • Hier wird Außenluft, welche in das HVAC-Modul 151 eingespeist wird, während des Durchströmens des Verdampfers 157 durch das Kältemittel von niedriger Temperatur, welches in den Verdampfer 157 eingespeist wird, gekühlt.
  • In diesem Fall schließt die Umlenkklappe 159 einen Passierabschnitt bzw. Strömungsabschnitt zu dem internen Kondensator 153, sodass die gekühlte Außenluft nicht durch den internen Kondensator 153 und den PTC-Heizer 155 strömt, und speist die gekühlte Außenluft direkt in das Fahrzeug ein, wodurch eine Klimatisierung/Luftkühlung durchgeführt wird.
  • Mit Bezug auf 4 werden ein Betrieb des Wärmepumpensystems 100 und ein Verfahren zum Steuern des Wärmepumpensystems 100 in einem Entfeuchtungsmodus des Wärmepumpensystems 100 beschrieben.
  • Zunächst, in dem Entfeuchtungsmodus, wie in 4 gezeigt, da der Kühllüfter 117 durch die Steuereinheit 180 betrieben wird, kühlt die Kühlvorrichtung 110 Kühlmittel, welches in den Kühler 115 zusammen mit Außenluft eingespeist wird.
  • In solch einem Zustand wird das gekühlte Kühlmittel in den Wasser-gekühlten Kondensator 130 eingespeist durch Betrieb der Wasserpumpe 113, und wird entlang der C.L zirkuliert in einem Zustand mit einer abgesenkten Temperatur durch Wärmeaustausch mit einem Kältemittel, wodurch der Motor 111 und die elektrische Ausrüstung 112 gekühlt werden.
  • Hier ermittelt/bestimmt die Steuereinheit 180 eine Temperatur des Kühlmittels und des Kältemittels durch einen Temperatursensor, welcher in dem Wasser-gekühlten Kondensator 130 montiert ist, und steuert eine Strömungsmenge der Wasserpumpe 113 oder eine Windmenge bzw. Luftstrommenge des Kühllüfters 117 gemäß einem Temperaturzustand von einer Abwärme, welche in dem Motor 111 und der elektrischen Ausrüstung 112 aufgetreten ist, einem Temperaturzustand des Kühlmittels und einem Druckzustand des Kältemittels.
  • Um ein Kältemittel von niedriger Temperatur, welches gekühlt wird durch Wärmeaustausch mit Kühlmittel von niedriger Temperatur und Außenluft während des sequenziellen Durchströmens des Wasser-gekühlten Kondensators 130 und des Luft-gekühlten Kondensators 131, in das zweite Expansionsventil 171 einzuspeisen, welches mit dem Verdampfer 157 des HVAC-Moduls 151 verbunden ist, öffnet die Klimaanlagenvorrichtung 150 die R.L durch Betrieb des zweiten Ventils 167.
  • Danach wird das Kältemittel von niedriger Temperatur, welches in das zweite Expansionsventil 171 eingespeist wird, dem Verdampfer 157 entlang der R.L in einem expandierten Zustand zugeführt.
  • Danach wird das Kältemittel verdampft durch Wärmeaustausch mit Außenluft in dem Verdampfer 157, und wird komprimiert zu einem gasförmigen Kältemittel von hoher Temperatur und hohem Druck während des Durchströmens des Akkumulators 163 und des Kompressors 161 entlang der R.L.
  • Da die R.L, welche mit dem internen Kondensator 153 verbunden ist, durch das erste Ventil 165 geöffnet wird, wird das komprimierte gasförmige Kältemittel dem internen Kondensator 153 zugeführt.
  • Hier misst der Drucksensor 175, der an der R.L zwischen dem Kompressor 161 und dem ersten Ventil 165 montiert ist, den Druck des Kältemittels, das von dem Kompressor 161 ausgegeben wird, und gibt einen gemessenen Wert davon an die Steuereinheit 180 aus.
  • Die Steuereinheit 180 bestimmt/ermittelt einen Druck von dem Kältemittel gemäß dem gemessenen Wert, welcher von dem Drucksensor 175 ausgegeben wird, und stellt ein/passt an eine Öffnung von dem ersten Ventil 165 gemäß einem angeforderten Fahrzeugzustand.
  • Das Kältemittel, welches durch den internen Kondensator 153 hindurchgetreten ist, strömt durch den Wasser-gekühlten Kondensator 130 entlang der R.L, welche mit dem Wassergekühlten Kondensator 130 verbunden ist, und wird eingespeist in den Luft-gekühlten Kondensator 131, in einem Zustand, der mittels des ersten Expansionsventils 169 expandiert ist, und das Kältemittel zirkuliert entlang der R.L, während/indem es den oben-beschriebenen Betrieb wiederholt.
  • In diesem Fall stellt die Steuereinheit 180 eine Kältemittelexpansionsmenge ein durch Einstellen einer Öffnung von dem ersten Expansionsventil 169 und dem zweiten Expansionsventil 171.
  • Hier wird Außenluft, welche in das HVAC-Modul 151 eingespeist wird, während des Durchströmens des Verdampfers 157 gekühlt mittels des Kältemittels von niedriger Temperatur, welches in den Verdampfer 157 eingespeist wird.
  • In diesem Fall öffnet die Umlenkklappe 159 einen Abschnitt, der mit dem internen Kondensator 153 verbunden ist, sodass die gekühlte Außenluft durch den internen Kondensator 153 strömt, und die eingespeiste Außenluft wird während des Durchströmens des Verdampfers 157 entfeuchtet, wird mittels des internen Kondensators 153 erwärmt und wird in das Fahrzeug eingespeist, wodurch der Innenraum des Fahrzeugs entfeuchtet wird.
  • Bei der Beschreibung eines Verfahrens zum Steuern eines Wärmepumpensystems für ein Fahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung arbeitet der PTC-Heizer 155 in dem Heizmodus zusammen mit Außenluft, aber die vorliegende Erfindung ist nicht hierauf beschränkt, und ein Betrieb des PTC-Heizers 155 wird ausgewählt und ausgeführt durch Festsetzen bzw. Einstellen einer Heiztemperatur gemäß einer Benutzerauswahl.
  • Folglich kann ein Heizmodus einen schnellen Heizmodus, der zusammen mit dem PTC-Heizer 155 arbeitet, oder einen allgemeinen Heizmodus umfassen, welcher ein Heizen mit lediglich Außenluft durchführt, die durch den internen Kondensator 153 geströmt ist, ohne einen Betrieb des PTC-Heizers 155.
  • Daher, wie oben beschrieben, wenn das Fahrzeugwärmepumpensystem 100 und ein Verfahren zum Steuern desselben gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angewandt werden, weist das Fahrzeugwärmepumpensystem 100 den Wasser-gekühlten Kondensator 130, welcher Kühlmittel als ein Wärmeaustauschmedium verwendet, sowie den Luft-gekühlten Kondensator 131 auf, der eine Luftwärmequelle verwendet, veranlasst das System ein Kältemittel dazu in Reihe zu strömen und verwendet das System eine Abwärmequelle, welche in dem Motor 111 und der elektrischen Ausrüstung 112 auftritt, sowie eine Wärmequelle von Außenluft, wodurch eine Gesamtheizleistung, eine Effizienz und eine Entfeuchtungsleistung verbessert werden und externer Frost bzw. ein externes Gefrieren des Luft-gekühlten Kondensators 131, welcher an der Außenseite angeordnet ist, bei einer ultraniedrigen Temperatur vermieden wird.
  • Ferner, da ein Benutzer einen Heizmodus betreibt unter Verwendung einer Abwärme ohne den Betrieb des PTC-Heizers 155 oder unter gemeinsamer Verwendung einer Abwärme und des PTC-Heizers 155, gemäß einer Umgebung von dem Fahrzeug, wird vermieden, dass eine Leistung/Energie-Verwendungsmenge ansteigt, und durch simultanes Reduzieren einer Heizlast gibt es den Effekt, dass eine Gesamtfahrdistanz von dem Fahrzeug mit der gleichen Leistung/Energie ansteigt, und ein Gesamtmarkwert von dem Wärmepumpensystem kann verbessert werden.
  • In einem Klimatisierungsmodus des Fahrzeugs, in einem Niedrigfahrzustand, ist eine elektrische Wärmemenge von dem Motor 111 und der elektrischen Ausrüstung 112 gering, aber in Leerlauf-und-Niedrig-Geschwindigkeit/Drehzahl-Fahrzuständen, was ein Zustand mit einer großen Klimaanlagen-elektrische-Wärmemenge ist, ist eine Temperatur des Kühlmittels, welches in den Wasser-gekühlten Kondensator eingespeist wird, herabgesetzt, und durch Erhöhen einer Kältemittelkondensationsmenge durch simultanes Anwenden des Wasser-gekühlten Kondensators 130 und des Luft-gekühlten Kondensators 131 kann eine Klimatisierungsleistung bzw. Luftkühlleistung verbessert werden.
  • In einem Entfeuchtungsmodus können durch Reduktion eines häufigen Ventilumschaltbetriebs durch Anwendung eines Drei-Wege-Ventils das Auftreten von Lärm und einer Vibration aufgrund eines Ventilumschaltbetriebs reduziert werden, und in Zwischentemperatur-und-viel-Feuchtigkeit-Zuständen, da ein Entfeuchtungsmodus kontinuierlich verwendet werden kann, wird die verbleibende Menge von Kondensationswasser gemäß der Abnahme der Innenraumfeuchtigkeit reduziert, und folglich kann ein Zustand, in dem Feuchtigkeit auftritt, reduziert werden.
  • Ferner, durch gemeinsames Verwenden von Außenluft und Kühlmittel als ein Wärmeaustauschmedium von den Kondensatoren 130 und 131, während eine Struktur des jeweiligen Bestandteils/Elements vereinfacht ist, können der Motor 111 und die elektrische Ausrüstung 112 mit einem (einzigen) Kühler 115 gekühlt werden, und ein Gesamtsystempaket kann reduziert werden, und eine Effizienz des Kühlers kann verbessert werden durch Reduktion eines Ventilationswiderstands.
  • Ferner, in dem Wasser-gekühlten Kondensator 130, durch Durchführen eines Wärmeaustauschs zwischen dem Kühlmittel und einem Kältemittel unter Verwendung einer Abwärme, welche in dem Motor 111 und der elektrischen Ausrüstung 112 auftritt, kann vorher vermieden werden, dass eine Wärmeaustauschleistung sich verschlechtert gemäß einem externen Frost, welcher auftrat, wenn ein herkömmlicher Luft-gekühlter Kondensator bei einer ultraniedrigen Temperaturbedingung einzeln angewandt wurde, und externer Frost des Luft-gekühlten Kondensators 131 kann ohne einen separaten Auftaumodus vermieden werden.
  • Bei der Beschreibung eines Wärmepumpensystems für ein Fahrzeug und einem Verfahren zum Steuern desselben gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das Fahrzeugwärmepumpensystem das erste Ventil 165 und das zweite Ventil 167 auf, aber die Erfindung ist nicht hierauf eingeschränkt, und durch Anwenden eines separaten zwei-Wege-Ventils an einer Kühlleitung und einer Kältemittelleitung kann ein Arbeitsfluid umgeleitet werden oder eine Strömung von einem Arbeitsfluid kann eingestellt werden.
  • 5 ist ein Blockdiagramm, welches ein Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug gemäß einer zweiten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • Mit Bezug auf 5 weist ein Fahrzeugwärmepumpensystem 200 gemäß einer zweiten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auf: eine Kühlvorrichtung 210, welche Kühlmittel zu einem Motor/E-Motor 211, einer elektrischen Ausrüstung 212 und einem nicht gezeigten Verbrennungsmotor durch eine C.L, in der Kühlmittel strömt, zuführt und zirkuliert, sowie eine Klimaanlagenvorrichtung 250, welche durch eine R.L verbunden ist, in der Kältemittel strömt, um ein Heizen und Klimatisieren/Luftkühlen des Fahrzeuginnenraums einzustellen.
  • In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform weist die Kühlvorrichtung 210 auf: einen Kühler 215, welcher an der Front bzw. Vorderseite von dem Fahrzeug bereitgestellt ist, um Kühlmittel entlang der C.L durch einen Betrieb einer Wasserpumpe 213 zu zirkulieren, und welcher das zugeführte Kühlmittel durch Wärmeaustausch mit Außenluft kühlt, sowie einen Kühllüfter 217, der an der Rückseite von dem Kühler 215 montiert ist, um Wind zu dem Kühler 215 zu ventilieren.
  • Das Wärmepumpensystem 200 gemäß einer zweiten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist ferner auf einen Wasser-gekühlten Kondensator 230, mit dem die C.L und die R.L jeweils verbunden sind, sowie einen Luft-gekühlten Kondensator 231, welcher mit dem Wassergekühlten Kondensator 230 durch die R.L verbunden ist.
  • Zunächst ist der Wasser-gekühlte Kondensator 230 mit der C.L verbunden, um eine Temperatur von Kühlmittel, welches eine Abwärme nutzt, die in dem Motor 211 und der elektrischen Ausrüstung 212 auftritt, gemäß einem jeweiligen Modus von dem Fahrzeug zu ändern, und der Wasser-gekühlte Kondensator 230 ist mit der R.L verbunden, um einem eingespeisten Kältemittel zu ermöglichen, Wärme mit dem Kühlmittel an der Innenseite davon auszutauschen.
  • Hier hat der Wasser-gekühlte Kondensator 230 einen Temperatursensor an der Innenseite davon, und der Temperatursensor detektiert bzw. tastet ab eine Wassertemperatur des eingespeisten Kühlmittels und eine Temperatur von einem Kältemittel.
  • In der zweiten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Luft-gekühlte Kondensator 231 mit dem Wasser-gekühlten Kondensator 230 durch die R.L in Serie/Reihe geschaltet, und der Luft-gekühlte Kondensator 231 ist an der Vorderseite von dem Kühler 215 angeordnet, um einem Kältemittel, welches in die Innenseite davon eingespeist wird, zu ermöglichen, Wärme mit Außenluft auszutauschen.
  • Hier weist die Kühlvorrichtung 210 gemäß einer zweiten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ferner eine Abzweigungsleitung 223 sowie ein drittes Ventil 221 auf.
  • Zunächst ist die Abzweigungsleitung 223 an der C.L zwischen der Wasserpumpe 213 und dem Kühler 215 installiert und umgeht/überbrückt die C.L, um Kühlmittel, welches gemäß einem Heizmodus, einem Klimatisierungsmodus und einem Entfeuchtungsmodus des Fahrzeugs von der Wasserpumpe 213 zu dem Wasser-gekühlten Kondensator 130 zugeführt wird, direkt zuzuführen.
  • Das dritte Ventil 221 verbindet selektiv die C.L mit der Abzweigungsleitung 223.
  • Das dritte Ventil 221 wird durch eine Steuereinheit 280 gesteuert, leitet in einem Heizmodus des Fahrzeugs mittels eines Umschaltbetriebs Kühlmittel durch die Abzweigungsleitung 223 um ohne ein Durchströmen des Kühlers 215, führt das Kühlmittel direkt dem Wasser-gekühlten Kondensator 230 zu und ermöglicht dem Kühlmittel, durch den Motor 211 und die elektrische Ausrüstung 212 zu strömen, wodurch eine Funktion durchgeführt wird des Erhöhens einer Wassertemperatur von dem Kühlmittel mittels einer Abwärme.
  • Um Kühlmittel zu dem Kühler 215 oder dem Wasser-gekühlten Kondensator 230 zuzuführen, ist das dritte Ventil 221 bevorzugt ein Drei-Wege-Ventil, welches selektiv umschaltet und die C.L mit der Abzweigungsleitung 223 verbindet.
  • In der zweiten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Klimaanlagenvorrichtung 250 auf: ein Heizung-Lüftung-Klima(HVAC)-Modul 251, einen Kompressor 261, einen Akkumulator/Sammler 263, ein erstes Ventil 265 und ein zweites Ventil 267 sowie ein erstes Expansionsventil 269 und ein zweites Expansionsventil 271.
  • Das HVAC-Modul 251 hat eine Umlenkklappe 259, welche eine Öffnung an der Innenseite davon selektiv einstellt/anpasst, um Außenluft, welche gemäß einem Klimatisierungsmodus, einem Heizmodus und einem Entfeuchtungsmodus durch einen Verdampfer 257 hindurchströmt, in einen internen Kondensator 253 sowie einen PTC-Heizer 255 einzuspeisen.
  • Die Kühlvorrichtung 210 und die Klimaanlagenvorrichtung 250 sind mit der Steuereinheit 280 verbunden und werden jeweils betrieben gemäß einem Steuersignal der Steuereinheit 280.
  • Die Klimaanlagenvorrichtung 250 mit solch einer Konfiguration ist die gleiche wie die in der ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und daher wird eine detaillierte Beschreibung davon ausgelassen.
  • Ferner, in einem Verfahren zum Steuern eines Wärmepumpensystems gemäß einer zweiten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in einem Heizmodus, durch Zirkulieren von Kühlmittel zu dem Motor 211, der elektrischen Ausrüstung 212 und dem Wasser-gekühlten Kondensator 230 entlang der C.L, anstelle eines Einspeisens des Kühlmittels in den Kühler 215, durch Umschalten des dritten Ventils 221, wird eine Temperatur des Kühlmittels durch einen Wärmeaustausch mit einer Abwärme schneller angehoben.
  • In einem Verfahren zum Steuern eines Wärmepumpensystems gemäß einer zweiten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wird in einem Heizmodus, in dem das dritte Ventil 221 betrieben wird, lediglich ein Kühlmittelzirkulationspfad von der Kühlvorrichtung 210 geändert, und das Verfahren gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform ist das gleiche wie das der ersten beispielhaften Ausführungsform hinsichtlich Betrieb und Steuerung eines jeweiligen Bestandteils/Elements in einem Klimatisierungsmodus und einem Entfeuchtungsmodus, und folglich wird eine detaillierte Beschreibung davon ausgelassen.
  • 6 ist ein Blockdiagramm, welches ein Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug gemäß einer dritten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • Mit Bezug auf 6 weist ein Fahrzeugwärmepumpensystem 300 gemäß einer dritten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auf: eine Kühlvorrichtung 310, welche Kühlmittel zu einem Motor/E-Motor 311, einer elektrischen Ausrüstung 312 und einem nicht-dargestellten Verbrennungsmotor zuführt und zirkuliert durch eine C.L, in der Kühlmittel strömt, sowie eine Klimaanlagenvorrichtung 350, welche durch eine R.L verbunden ist, in der ein Kältemittel strömt, um ein Heizen und Klimatisieren/Luftkühlen eines Fahrzeuginnenraums einzustellen.
  • In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform weist die Kühlvorrichtung 310 auf: einen Kühler 315, welcher an der Vorderseite des Fahrzeugs bereitgestellt ist, um Kühlmittel entlang der C.L zu zirkulieren durch einen Betrieb der Wasserpumpe 313, und welcher das zugeführte Kühlmittel durch Wärmeaustausch mit Außenluft kühlt, sowie einen Kühllüfter 317, der an der Rückseite von dem Kühler 315 montiert ist, um Wind zu dem Kühler 315 zu ventilieren.
  • Das Wärmepumpensystem 300 gemäß der dritten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist ferner auf einen Wasser-gekühlten Kondensator 330, mit dem die C.L und die R.L jeweils verbunden sind, sowie einen Luft-gekühlten Kondensator 331, welcher mit dem Wasser-gekühlten Kondensator 330 durch die R.L verbunden ist.
  • Zunächst ist der Wasser-gekühlte Kondensator 330 mit der C.L verbunden, um eine Temperatur von einem Kühlmittel zu ändern, welches eine Abwärme verwendet, die in dem Motor 311 und der elektrischen Ausrüstung 312 auftritt, gemäß einem jeweiligen Modus von dem Fahrzeug, und der Wasser-gekühlte Kondensator 330 ist verbunden mit der R.L, um einem eingespeisten Kältemittel zu ermöglichen, Wärme mit dem Kühlmittel an der Innenseite davon auszutauschen.
  • Hier hat der Wasser-gekühlte Kondensator 330 einen Temperatursensor an der Innenseite davon, und der Temperatursensor tastet ab bzw. detektiert eine Wassertemperatur von dem eingespeisten Kühlmittel sowie eine Temperatur von einem Kältemittel.
  • In der dritten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Luft-gekühlte Kondensator 331 durch die R.L in Serie/Reihe mit dem Wasser-gekühlten Kondensator 330 geschaltet, und ist an der Vorderseite von dem Kühler 315 angeordnet, um einem Kältemittel, welches in die Innenseite davon eingespeist wird, zu ermöglichen, Wärme mit Außenluft auszutauschen.
  • Hier hat der Luft-gekühlte Kondensator 331 eine Mehrzahl von Umschaltfilmen 321, welche an der Front davon Fahrtwind oder Außenluft von der Außenseite des Fahrzeugs selektiv einspeisen.
  • Der jeweilige Umschaltfilm 321 stellt ein/passt an das Einspeisen/Einblasen von Außenluft durch Öffnen oder Schließen einer Frontfläche des Luft-gekühlten Kondensators 331 gemäß einem Heizmodus, einem Klimatisierungsmodus und einem Entfeuchtungsmodus des Fahrzeugs gemäß einer Benutzerauswahl, wodurch eine Kühlleistung von dem Luft-gekühlten Kondensator 331 eingestellt wird.
  • Das heißt, der Umschaltfilm 321 wird mit einem Steuersignal von einer Steuereinheit 380 gesteuert, wird in einem Heizmodus geschlossen, und wird in einem Klimatisierungsmodus sowie einem Entfeuchtungsmodus geöffnet.
  • In der dritten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Klimaanlagenvorrichtung 350 auf: ein Heizung-Lüftung-Klima(HVAC)-Modul 351, einen Kompressor 361, einen Akkumulator/Sammler 363, ein erstes Ventil 365 und ein zweites Ventil 367 sowie ein erstes Expansionsventil 369 und ein zweites Expansionsventil 371.
  • Das HVAC-Modul 351 hat eine Umlenkklappe 359, welche eine Öffnung selektiv einstellt/anpasst, um Außenluft, welche gemäß einem Klimatisierungsmodus, einem Heizmodus und einem Entfeuchtungsmodus durch einen Verdampfer 357 hindurchströmt, in einen internen Kondensator 353 und einen PTC-Heizer 355 einzuspeisen.
  • Die Kühlvorrichtung 310 und die Klimaanlagenvorrichtung 350 sind mit der Steuereinheit 380 verbunden und werden jeweils gemäß einem Steuersignal von der Steuereinheit 380 betrieben.
  • Die Klimaanlagenvorrichtung 350 mit solch einer Konfiguration ist die gleiche wie die in der ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und daher wird eine detaillierte Beschreibung davon ausgelassen.
  • Ferner, in einem Verfahren zum Steuern eines Wärmepumpensystems gemäß einer dritten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in einem Heizmodus, wird der Umschaltfilm 321, welcher an der Front von dem Luft-gekühlten Kondensator 331 montiert ist, durch ein Steuersignal von der Steuereinheit 380 geschlossen, um zu vermeiden, dass Fahrtwind in den Kühler 315 und den Luftgekühlten Kondensator 331 eingespeist/eingeblasen wird.
  • Simultan, da die Steuereinheit 380 einen Betrieb des Kühllüfters 317 stoppt oder eine Windgeschwindigkeit davon verschlechtert bzw. herabsetzt, wird ein Kühlen des Kühlmittels, welches durch den Kühler 315 tritt, vermieden, und ein Kältemittel, welches durch den Luft-gekühlten Kondensator 331 tritt, tauscht Wärme aus mit Außenluft mit einem Motorraum, wodurch eine Luftwärmequelle verwendet wird.
  • Alternativ, in einem Klimatisierungsmodus und einem Entfeuchtungsmodus, um Fahrtwind und Außenluft in den Kühler 315 sowie den Luft-gekühlten Kondensator 331 einzuspeisen/einzublasen, wird der jeweilige Umschaltfilm 321 geöffnet durch ein Steuersignal der Steuereinheit 380, wodurch eine Kühleffizienz von dem Kühler 315 und dem Luft-gekühlten Kondensator 331 erhöht wird.
  • Hier kann der Umschaltfilm 321 in einem Entfeuchtungsmodus einen geöffneten Zustand beibehalten oder schließen, gemäß einem Klimaanlagendruck.
  • In einem Verfahren zum Steuern eines Wärmepumpensystems gemäß einer dritten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist lediglich ein Öffnungs- oder Schließ-Betrieb des Umschaltfilms 321, welcher an der Front von dem Luft-gekühlten Kondensator 331 installiert ist, unterschiedlich, und das Verfahren der dritten beispielhaften Ausführungsform ist genauso wie der Betrieb und die Steuerung der Bestandteile/Elemente in einem Heizmodus, einem Klimatisierungsmodus und einem Entfeuchtungsmodus gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform, und folglich wird eine detaillierte Beschreibung davon ausgelassen.
  • In der ersten, zweiten und dritten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in den Wärmepumpensystemen 100, 200 und 300, sind die Motoren 111, 211 und 311 sowie die elektrischen Ausrüstungen 112, 212 und 312 mit dem jeweiligen Wasser-gekühlten Kondensator 130, 230 und 330 in der jeweiligen Kühlvorrichtung 110, 210 und 310 in Serie angeordnet, aber die vorliegende Erfindung ist nicht hierauf eingeschränkt, sondern der jeweilige Wasser-gekühlte Kondensator 130, 230 und 330 kann parallel angeordnet sein zu dem Motor 111, 211 und 311 sowie der jeweiligen elektrischen Ausrüstung 112, 212 und 312.
  • Zur leichteren Beschreibung und genauen Definition in den angehängten Ansprüchen werden die Ausdrücke „oben”, „unten”, „innen” und „außen” verwendet, um bestimmte Merkmale der beispielhaften Ausführungsformen mit Bezug auf deren Positionen, wie sie in den Figuren gezeigt sind, zu beschreiben.
  • Die vorhergehende Beschreibung von spezifischen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wurde präsentiert zum Zwecke der Illustration und Beschreibung. Sie soll nicht erschöpfend sein oder die Erfindung auf die offenbarten präzisen Formen einschränken, und selbstverständlich sind viele Modifikationen und Variationen im Lichte der obigen Lehre möglich. Die beispielhaften Ausführungsformen wurden ausgewählt und beschrieben, um bestimmte Prinzipien der Erfindung und ihre praktische Anwendung zu erläutern, um hierdurch Fachleuten zu ermöglichen, verschiedene beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sowie verschiedene Alternativen und Modifikationen davon herzustellen und anzuwenden. Es ist beabsichtigt, dass der Umfang der Erfindung durch die hieran angehängten Ansprüche und ihre Äquivalente definiert wird.

Claims (17)

  1. Ein Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug, aufweisend: eine Kühlvorrichtung, welche Kühlmittel zu einem Motor und einer elektrischen Ausrüstung durch eine Kühlleitung zuführt und zirkuliert, wobei die Kühlvorrichtung aufweist: einen Kühler, welcher das zugeführte Kühlmittel durch Wärmeaustausch mit Außenluft kühlt; einen Kühllüfter, der einen Luftstrom zu dem Kühler erzeugt; und eine Wasserpumpe, welche mit der Kühlleitung verbunden ist und das Kühlmittel entlang der Kühlleitung zirkuliert; und eine Klimaanlagenvorrichtung, welche durch eine Kältemittelleitung verbunden ist, um ein Heizen und eine Klimatisierung/Luftkühlung eines Fahrzeugsinnenraums einzustellen, wobei die Klimaanlagenvorrichtung aufweist: einen Wasser-gekühlten Kondensator, der mit der Kühlmittelleitung verbunden ist, um eine Temperatur von dem Kühlmittel, welches eine Abwärme verwendet, die in dem Motor und der elektrischen Ausrüstung auftritt, gemäß einem jeweiligen Fahrzeugmodus zu ändern, und welcher mit der Kältemittelleitung verbunden ist, um einem eingespeisten Kältemittel in der Kältemittelleitung zu ermöglichen, Wärme mit dem Kühlmittel an der Innenseite davon auszutauschen; und einen Luft-gekühlten Kondensator, welcher mit dem Wasser-gekühlten Kondensator durch die Kältemittelleitung in Reihe geschaltet ist und der einem Kältemittel, welches in die Innenseite davon eingespeist wird, ermöglicht, Wärme mit der Außenluft auszutauschen.
  2. Das Wärmepumpensystem nach Anspruch 1, wobei die Klimaanlagenvorrichtung aufweist ein Heizung-Lüftung-Klima(HVAC)-Modul mit einer Umlenkklappe, welche eine Öffnung an der Innenseite davon selektiv einstellt, um Außenluft, welche gemäß einem Heizmodus, einem Klimatisierungsmodus und einem Entfeuchtungsmodus durch einen Verdampfer geströmt ist, in einen internen Kondensator und einen positiver-Temperaturkoeffizient(PTC)-Heizer einzuspeisen; einen Kompressor, welcher durch die Kältemittelleitung mit dem Verdampfer verbunden ist und welcher ein Kältemittel von einem gasförmigen Zustand komprimiert; einen Akkumulator, welcher an der Kältemittelleitung zwischen dem Kompressor und dem Verdampfer bereitgestellt ist und der ein gasförmiges Kältemittel an den Kompressor zuführt; ein erstes Ventil, welches ein Kältemittel, welches von dem Kompressor ausgegeben wird, gemäß einem Fahrzeugmodus selektiv zuführt an den Wasser-gekühlten Kondensator oder den internen Kondensator; ein erstes Expansionsventil, welches ein Kältemittel, welches durch den internen Kondensator geströmt ist, aufnimmt und expandiert; ein zweites Ventil, welches einem Kältemittel, welches durch das erste Expansionsventil expandiert wird, ermöglicht, sequenziell durch den Wasser-gekühlten Kondensator und den Luft-gekühlten Kondensator zu strömen, und welches das Kältemittel selektiv zu dem Verdampfer oder dem Akkumulator zuführt; und ein zweites Expansionsventil, welches zwischen dem Verdampfer und dem zweiten Ventil bereitgestellt ist und welches ein Kältemittel expandiert, welches eingespeist wird durch ein Umschalten des zweiten Ventils.
  3. Das Wärmepumpensystem nach Anspruch 2, wobei ein Drucksensor an einer Kältemittelleitung montiert ist, welche den Kompressor mit dem ersten Ventil verbindet.
  4. Das Wärmepumpensystem nach Anspruch 2, wobei das erste Ventil und das zweite Ventil und das dritte Ventil mit einem Drei-Wege-Ventil geformt sind.
  5. Das Wärmepumpensystem nach Anspruch 1, wobei die Kühlvorrichtung und die Klimaanlagenvorrichtung mit einem Steuersignal von einer Steuereinheit betrieben werden.
  6. Das Wärmepumpensystem nach Anspruch 1, wobei die Kühlvorrichtung ferner aufweist eine Abzweigungsleitung, welche an der Kühlleitung zwischen der Wasserpumpe und dem Kühler montiert ist und welche die Kühlleitung umgeht, um Kühlmittel, welches gemäß einem Heizmodus, einem Klimatisierungsmodus und einem Entfeuchtungsmodus des Fahrzeugs von der Wasserpumpe zu dem Wasser-gekühlten Kondensator zugeführt wird, direkt zuzuführen; und ein drittes Ventil, welches die Kühlleitung und die Abzweigungsleitung selektiv verbindet.
  7. Das Wärmepumpensystem nach Anspruch 6, wobei das dritte Ventil mit einem Drei-Wege-Ventil geformt ist.
  8. Das Wärmepumpensystem nach Anspruch 1, wobei der Luft-gekühlte Kondensator eine Mehrzahl von Umschaltfilmen aufweist, welche Außenluft an der Front davon selektiv einspeisen.
  9. Das Wärmepumpensystem nach Anspruch 8, wobei der Umschaltfilm mittels eines Steuersignals von einer Steuereinheit betrieben/betätigt wird, in einem Heizmodus geschlossen ist und in einem Klimatisierungsmodus und einem Entfeuchtungsmodus geöffnet ist.
  10. Ein Verfahren zum Steuern eines Wärmepumpensystems für ein Fahrzeug mit einer Kühlvorrichtung, welche mit einer Steuereinheit elektrisch verbunden ist und welche durch eine Kühlleitung Fluid-verbunden ist und welche einen Kühler, eine Wasserpumpe und eine elektrische Ausrüstung aufweist, sowie mit einer Klimaanlagenvorrichtung, welche durch eine Kältemittelleitung verbunden ist und welche ein Heizung-Lüftung-Klima(HVAC)-Modul aufweist, das geformt ist mit einer Mehrzahl von Ventilen, einem Expansionsventil, einem Kompressor, einem Akkumulator, einem Verdampfer, einem internen Kondensator, einem positiver-Temperaturkoeffizient(PTC)-Heizer und einer Umlenkklappe, wobei das Verfahren aufweist: Betreiben des Wärmepumpensystems in einem Heizmodus, einem Klimatisierungsmodus und einem Entfeuchtungsmodus gemäß der Auswahl von einem Benutzer, wobei das Wärmepumpensystem einen Wasser-gekühlten Kondensator, welcher mit der Kühlleitung und der Kältemittelleitung verbunden ist, sowie einen Luft-gekühlten Kondensator aufweist, welcher an der Vorderseite von dem Kühler angeordnet ist und mit der Kältemittelleitung verbunden ist, und Ändern eines Strömungspfads von einem Kältemittel, welches durch die Klimaanlagenvorrichtung zirkuliert, basierend auf dem Heizmodus, dem Klimatisierungsmodus und dem Entfeuchtungsmodus gemäß der Auswahl des Benutzers durch Betätigung des jeweiligen Ventils, derart, dass eine Umlenkklappe von dem HVAC-Modul selektiv offen bzw. geschlossen ist.
  11. Das Verfahren nach Anspruch 10, wobei: in dem Heizmodus, mittels der Kühlvorrichtung, eine Temperatur von einem Kühlmittel, welches in den Wasser-gekühlten Kondensator eingespeist wird, durch eine Abwärme, welche in dem Motor und der elektrischen Ausrüstung auftritt, erhöht wird; dem Kühlmittel ermöglicht wird, Wärme mit einem Kältemittel auszutauschen, welches durch die Kältemittelleitung in den Wasser-gekühlten Kondensator eingespeist wird; das Kältemittel, welches durch den Wasser-gekühlten Kondensator geströmt ist, in den Luft-gekühlten Kondensator eingespeist wird; und dem Kältemittel ermöglicht wird, Wärme mit einer Wärmequelle von Außenluft auszutauschen; und in dem Heizmodus, mittels der Klimaanlagenvorrichtung, ein erwärmtes Kältemittel ermöglicht/bereitgestellt wird durch Wärmeaustausch mit Kühlmittel und Außenluft in dem Wasser-gekühlten Kondensator bzw. dem Luft-gekühlten Kondensator; durch Betätigen des ersten Ventils das Kältemittel zugeführt wird zu dem internen Kondensator von dem HVAC-Modul in einem Zustand, in dem das Kältemittel komprimiert ist zu einem gasförmigen Kältemittel von einem hoch-Temperatur-und-hoch-Druck-Zustand, indem das Kältemittel durch Öffnen des zweiten Ventils durch den Akkumulator und den Kompressor entlang einer Kältemittelleitung strömt; das Kältemittel, welches durch den internen Kondensator geströmt ist, sequenziell zugeführt und zirkuliert wird zu dem Wasser-gekühlten Kondensator und dem Luftgekühlten Kondensator in einem mittels des ersten Expansionsventils expandierten Zustand; und die Umlenkklappe geöffnet wird, sodass Außenluft, welche von der Außenseite durch den Verdampfer des HVAC-Moduls geströmt ist, durch den internen Kondensator strömt; wobei der eingespeisten Außenluft ermöglicht wird, einen Fahrzeuginnenraum zu erwärmen, zusammen mit einem selektiven Betrieb des PTC-Heizers während des Durchströmens des internen Kondensators.
  12. Das Verfahren nach Anspruch 10, wobei in dem Klimatisierungsmodus Kühlmittel, welches zusammen mit Außenluft in den Kühler eingespeist wird, mittels eines Kühllüfters gekühlt wird; und mittels der Kühlvorrichtung: eine Temperatur von einem Kältemittel herabgesetzt wird durch einen sekundären Wärmeaustausch mit Außenluft durch Einspeisen eines Kältemittels, welches Wärme mit Kühlmittel ausgetauscht hat, während es durch den Wasser-gekühlten Kondensator geströmt ist, in den Luft-gekühlten Kondensator, während die elektrische Ausrüstung und der Motor gekühlt werden durch Zirkulieren des Kühlmittels entlang der Kühlleitung in einem Zustand, der gekühlt ist durch Wärmeaustausch mit einem Kältemittel, welches in den Wassergekühlten Kondensator eingespeist wird, und mittels der Klimaanlagenvorrichtung: Zuführen eines expandierten Kältemittels zu dem Verdampfer durch Betreiben des zweiten Ventils, sodass ein Kältemittel von einer niedrigen Temperatur, welches während des Durchtritts durch den Luft-gekühlten Kondensator gekühlt wird, in das zweite Expansionsventil eingespeist wird, welches mit dem Verdampfer des HVAC-Moduls verbunden ist; Ausgeben des Kältemittels, welches durch Wärmeaustausch mit Außenluft in dem Verdampfer verdampft wird; durch Betätigung des ersten Ventils Öffnen einer Kältemittelleitung, welche mit dem Wasser-gekühlten Kondensator verbunden ist und das Kältemittel in einem Zustand zirkuliert, der komprimiert ist während/aufgrund des Strömens durch den Akkumulator und den Kompressor; und Kühlen des Fahrzeuginnenraums durch Schließen der Umlenkklappe, sodass Außenluft, welche während des Strömens durch den Verdampfer mittels eines Kältemittels gekühlt wird, welches in den Verdampfer eingespeist wird, nicht in den internen Kondensator eingespeist wird, sowie durch direktes Einspeisen von Außenluft, welche während des Strömens durch den Verdampfer gekühlt wird, in das Fahrzeug.
  13. Das Verfahren nach Anspruch 12, wobei in dem Klimatisierungsmodus, wenn das Fahrzeug fährt, ein jeweiliger Umschaltfilm/Umlenkfilm, welcher an einer Frontfläche von dem Kühler installiert ist, geöffnet wird, um Fahrtwind in den Kühler einzuspeisen.
  14. Das Verfahren nach Anspruch 10, wobei in dem Entfeuchtungsmodus, wenn/da ein Kühllüfter in einem Zustand betrieben wird, in dem Kühlmittel, welches zusammen mit Außenluft in den Kühler eingespeist wird, gekühlt wird, mittels der Kühlvorrichtung, der Motor und die elektrische Ausrüstung durch Betrieb der Wasserpumpe mit gekühltem Kühlmittel gekühlt werden, während einer Herabsetzung einer Temperatur von einem Kältemittel und Kühlmittel durch Wärmeaustausch von dem Kältemittel und dem Kühlmittel von einer niedrigen Temperatur, welches in den Wasser-gekühlten Kondensator eingespeist wird; mittels der Klimaanlagenvorrichtung, das zweite Ventil geöffnet wird, sodass ein Kältemittel von niedriger Temperatur, welches während des Wärmeaustauschs mit Kühlmittel und Außenluft während des sequenziellen Durchströmens des Wasser-gekühlten Kondensators und des Luft-gekühlten Kondensators gekühlt wird, in das zweite Expansionsventil eingespeist wird, welches mit dem Verdampfer des HVAC-Moduls verbunden ist; das expandierte Kältemittel zu dem Verdampfer zugeführt wird; ein Kältemittel zu dem internen Kondensator zugeführt wird durch Öffnen einer Kältemittelleitung, welche mit dem internen Kondensator verbunden ist, durch Betrieb des ersten Ventils, in einem komprimierten Zustand, während/indem das Kältemittel durch den Akkumulator und den Kompressor strömt durch Ausgeben eines Kältemittels, welches durch Wärmeaustausch mit Außenluft in dem Verdampfer verdampft wird; das Kältemittel, welches durch den internen Kondensator geströmt ist, zu dem Wasser-gekühlten Kondensator zugeführt und zirkuliert wird in einem Zustand, der mittels des ersten Expansionsventils expandiert ist; die Umlenkklappe geöffnet wird, sodass Außenluft, welche gekühlt wird während des Strömens von der Außenseite durch den Verdampfer von dem HVAC-Modul, durch den internen Kondensator strömt; wobei eingespeister Außenluft ermöglicht wird, einen Fahrzeuginnenraum zu entfeuchten, während/indem sie durch den internen Kondensator und den PTC-Heizer strömt.
  15. Das Verfahren nach Anspruch 14, wobei in dem Entfeuchtungsmodus mittels der Steuereinheit eine Expansionsmenge des Kältemittels eingestellt wird durch Einstellen einer Öffnung des ersten Expansionsventils und des zweiten Expansionsventils.
  16. Das Verfahren nach Anspruch 14, wobei in dem Entfeuchtungsmodus, wenn das Fahrzeug fährt, ein jeweiliger Umschaltfilm/Umlenkfilm, welcher an einer Frontfläche von dem Kühler installiert ist, geöffnet wird, um Fahrtwind in den Kühler einzuspeisen.
  17. Das Verfahren nach Anspruch 10, wobei in dem Heizmodus, dem Klimatisierungsmodus und dem Entfeuchtungsmodus mittels der Steuereinheit eine Windmenge/Luftstrommenge von dem Kühllüfter und eine Strömungsmenge der Wasserpumpe gesteuert werden gemäß einem Temperaturzustand einer Abwärme, welche in der elektrischen Ausrüstung auftritt, und einem Temperaturzustand von dem Kühlmittel und dem Kältemittel.
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