DE102014101044B4

DE102014101044B4 - System zum thermischen Management von Fahrzeugen

Info

Publication number: DE102014101044B4
Application number: DE102014101044.2A
Authority: DE
Inventors: Paul S. Lombardo; Lawrence P. Ziehr; Bryan M. Styles
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2013-02-04
Filing date: 2014-01-29
Publication date: 2021-02-18
Anticipated expiration: 2034-01-30
Also published as: US20140216689A1; CN103963629B; CN103963629A; DE102014101044A1; US9631872B2

Abstract

System (100) zum thermischen Management für ein Fahrzeug (101), wobei das System umfasst:einen ersten Kühlmittelkreislauf (102), der derart konfiguriert ist, ein erstes Kühlmittel zu zirkulieren;einen zweiten Kühlmittelkreislauf (104), der derart konfiguriert ist, ein zweites Kühlmittel zu zirkulieren;einen dritten Kühlmittelkreislauf (112), der mit dem ersten Kühlmittelkreislauf (102) verbunden ist, wobei der dritte Kühlmittelkreislauf (112) derart konfiguriert ist, das erste Kühlmittel zu zirkulieren, und in thermischer Kommunikation mit dem zweiten Kühlmittelkreislauf (104) über einen ersten Wärmetauscher (106) steht;eine erste thermische Vorrichtung (108), die in dem ersten Kühlmittelkreislauf (102) angeordnet ist; undeine zweite thermische Vorrichtung (110), die in dem zweiten Kühlmittelkreislauf (104) angeordnet ist;wobei die erste thermische Vorrichtung (108) und die zweite thermische Vorrichtung (110) jeweils derart konfiguriert sind, selektiv als eine Wärmequelle oder eine Wärmesenke zu arbeiten; gekennzeichnet durchein Wärmespülventil (118), das als ein Dreiwegeventil mit zwei Positionen ausgebildet und derart konfiguriert ist, zumindest einen Anteil des ersten Kühlmittels selektiv durch zumindest einen von dem ersten Kühlmittelkreislauf (102) und dem dritten Kühlmittelkreislauf (112) zu lenken.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zum thermischen Management für ein Fahrzeug, wie ein Hybrid-Elektrofahrzeug (HEV) oder ein Steckdosen- bzw. Plug-in-Hybridelektrofahrzeug (PHEV).
HINTERGRUND
Ein Elektrofahrzeug, wie ein Hybridelektrofahrzeug (HEV), ein Steckdosen- bzw. Plug-In-Hybridelektrofahrzeug (PHEV) oder dergleichen weist allgemein einen Elektromotor auf, der das Fahrzeug allein in einem Elektrofahrzeug-(EV)- oder ladungsabreichernden Fahrmodus antreiben kann. Das Fahrzeug kann auch eine Brennkraftmaschine (ICE) aufweisen, die als das primäre oder reichweitenverlängernde Antriebssystem des Fahrzeugs dient oder in Verbindung mit dem Elektromotor in einem Hybrid- oder ladungserhaltenden Modus arbeitet.
Der Elektromotor empfängt allgemein elektrische Leistung von einer elektrischen Leistungsquelle, wie einem wiederaufladbaren Energiespeichersystem (RESS von engl.: „rechargeable energy storage system“). Das RESS kann eine Batteriepackung oder ein anderes wiederaufladbares Energiespeichermittel aufweisen, das in der Lage ist, große Mengen an Energie zu speichern. Die in dem RESS gespeicherte Energie dissipiert, und somit muss das RESS wieder aufgeladen werden. Dies kann durch regeneratives Bremsen gemacht werden, wenn sich das Fahrzeug in einem aktiven Fahrzustand befindet, in dem das Fahrzeug ein solches System anwendet. Alternativ kann das Laden erreicht werden, wenn das Fahrzeug in einem inaktiven Ladezustand ist, in dem das Fahrzeug an eine elektrische Quelle, wie z. B. das Stromnetz angeschlossen ist. Bei kälteren Umgebungstemperaturen reichert die Ladung aufgrund verschiedener Faktoren schneller ab. Somit ist die Distanz, die das Fahrzeug im EV-Fahrmodus oder dem EV-Bereich fährt, bei den kälteren Umgebungstemperaturen reduziert.
Das RESS erfordert ein thermisches System zur Kühlung und Erwärmung der Batteriepackung, um die Ladekapazität und Lebensdauer der Batteriepackung zu maximieren. Das thermische System umfasst allgemein eine Kühlmittelleitung, die durch das RESS verläuft. Derzeit kann das RESS unter Verwendung eines Hochspannungsheizers an der Kühlmittelleitung beheizt werden. Das RESS kann mit Umgebungsluft gekühlt werden, indem die Kühlmittelleitung durch einen Kühler von Umgebungsluft auf Flüssigkeit geführt wird. Das RESS kann auch durch Wärmeaustausch in der Kühlmittelleitung mit einer Klimaanlagen- (A/C)- Kälteschleife durch einen Kühler, der parallel zu einem Kabinenverdampfer ist, gekühlt werden.
Die DE 10 2009 033 959 A1 offenbart ein HVAC- und RESS-Temperaturmanagementsystem für ein Fahrzeug, bei dem über die Verwendung eines Vierwegeventils mit drei Positionen ein Umschalten zwischen drei Kühlzweigen vorgesehen ist, um jeden Kühlzweig separat ansteuern zu können. Dabei ist eine Umschaltung zwischen einem Wärmetausch des RESS-Kühlkreislaufs mit dem Brennkraftmaschinenkühlkreislauf, einem Wärmeaustrag vom RESS-Kühlkreislauf direkt an die Umgebung und einer separaten mittleren Kühlung offenbart.
Die DE 197 30 678 A1 zeigt ein Hybridfahrzeug mit einer Vorrichtung zur Kühlung von Antriebsbauteilen und zur Innenraumheizung. Hierbei stehen eine Hochtemperaturbatterie und eine Brennkraftmaschine mittels eines gemeinsamen Kreislaufs über ein gemeinsames Kühlmittel miteinander in thermischer Verbindung. Zusätzlich sind ein der Batterie zugeordneter Nebenkreislauf, der eine Heizung sowie einen Innenraumwärmetauscher aufweist, und ein der Brennkraftmaschine zugeordneter Umgehungskreislauf vorgesehen. Jeder der beiden Nebenkreisläufe wird über ein jeweiliges Dreiwegeventil geschaltet.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein System zu schaffen, mit dem auf einfache und effiziente Weise ein thermisches Management zwischen einer ersten und zweiten thermischen Vorrichtung erreicht werden kann.
ZUSAMMENFASSUNG
Die Aufgabe wird durch den Gegenstand von Anspruch 1 gelöst.
Gemäß einer Ausführungsform ist ein System zum thermischen Management, das eine erste thermische Vorrichtung und eine zweite thermische Vorrichtung für ein Fahrzeug aufweist, vorgesehen. Die erste thermische Vorrichtung kann ein wiederaufladbares Energiespeichersystem (RESS) mit zumindest einer Batteriepackung sein, und die zweite thermische Vorrichtung kann eine Brennkraftmaschine (ICE) sein, von denen beide in einem Fahrzeug vorkommen können, einschließlich, jedoch nicht darauf beschränkt, einem Hybridelektrofahrzeug (HEV), einem Steckdosen- bzw. Plug-In-Hybridelektrofahrzeug (PHEV) oder dergleichen. Die erste thermische Vorrichtung ist in einem ersten Kühlmittelkreislauf angeordnet, und die zweite thermische Vorrichtung ist in einem zweiten Kühlmittelkreislauf angeordnet.
Das System zum thermischen Management weist auch einen dritten Kühlmittelkreislauf auf, der mit dem ersten Kühlmittelkreislauf verbunden ist und der in thermischer Kommunikation mit dem zweiten Kühlmittelkreislauf über einen ersten Wärmetauscher steht. Der erste Kühlmittelkreislauf und der dritte Kühlmittelkreislauf sind derart konfiguriert, ein erstes Kühlmittel zu zirkulieren, und der zweite Kühlmittelkreislauf ist derart konfiguriert, ein zweites Kühlmittel zu zirkulieren. Der erste Wärmetauscher erlaubt ein Übertragen von Wärme zwischen der ersten thermischen Vorrichtung und der zweiten thermischen Vorrichtung über Wärmeübertragung zwischen dem ersten Kühlmittel und dem zweiten Kühlmittel.
Die erste thermische Vorrichtung und die zweite thermische Vorrichtung sind jeweils derart konfiguriert, selektiv als eine Wärmequelle oder eine Wärmesenke zu arbeiten. Wenn die erste thermische Vorrichtung als eine Wärmequelle arbeitet, wie beispielsweise, wenn das Fahrzeug zum Laden eingesteckt ist oder sich in einem Elektrofahrzeug-(EV)-Fahrmodus befindet, arbeitet die zweite thermische Vorrichtung als eine Wärmesenke. Somit kann die von der ersten thermischen Vorrichtung erzeugte Wärme von der ersten thermischen Vorrichtung auf die zweite thermische Vorrichtung über Wärmeübertragung von dem ersten Kühlmittel auf das zweite Kühlmittel in dem ersten Wärmetauscher übertragen werden.
Umgekehrt kann, wenn die zweite thermische Vorrichtung als eine Wärmequelle arbeitet, wie beispielsweise, wenn das Fahrzeug von einem aktiven Fahrzustand abgeschaltet ist, die erste thermische Vorrichtung als eine Wärmesenke arbeiten. Somit kann Wärme in der zweiten thermischen Vorrichtung an die erste thermische Vorrichtung über Wärmeübertragung von dem zweiten Kühlmittel an das erste Kühlmittel in dem ersten Wärmetauscher übertragen werden.
Das System zum thermischen Management kann ferner einen zweiten Wärmetauscher und/oder einen Heizer aufweisen, der in dem ersten Kühlmittelkreislauf angeordnet ist. Der zweite Wärmetauscher und der Heizer können derart konfiguriert sein, die erste thermische Vorrichtung zu kühlen bzw. zu heizen. Das System zum thermischen Management kann auch ein Wärmespülventil aufweisen, das derart konfiguriert ist, zumindest einen Anteil des ersten Kühlmittels selektiv durch zumindest einen von dem ersten Kühlmittelkreislauf und dem zweiten Kühlmittelkreislauf zu lenken.
Das System zum thermischen Management kann ferner einen Kältekreislauf aufweisen. Der Kältekreislauf kann in thermischer Kommunikation mit dem ersten Kühlmittelkreislauf über den zweiten Wärmetauscher stehen. Der Kältekreislauf kann ferner in thermischer Kommunikation mit dem zweiten Kühlmittelkreislauf über einen dritten Wärmetauscher stehen.
Es ist auch ein Verfahren zum Verwenden von Abwärme in einer zweiten thermischen Vorrichtung eines Fahrzeugs, die auch eine erste thermische Vorrichtung aufweist, offenbart. Es ist ferner ein Verfahren zum Kühlen der ersten thermischen Vorrichtung, die erzeugte Wärme in dem Fahrzeug aufweist, offenbart. Beide Verfahren können das System zum thermischen Management, wie oben beschrieben ist, verwenden.
Die Verfahren können ein Zirkulieren eines ersten Kühlmittels durch zumindest einen von einem ersten Kühlmittelkreislauf oder einem dritten Kühlmittelkreislauf umfassen, wobei die erste thermische Vorrichtung in dem ersten Kühlmittelkreislauf angeordnet ist und der dritte Kühlmittelkreislauf mit dem ersten Kühlmittelkreislauf verbunden ist. Die Verfahren umfassen ferner ein Zirkulieren eines zweiten Kühlmittels in einem zweiten Kühlmittelkreislauf, wobei die zweite thermische Vorrichtung in dem zweiten Kühlmittelkreislauf angeordnet ist und der zweite Kühlmittelkreislauf in thermischer Kommunikation mit dem dritten Kühlmittelkreislauf über einen ersten Wärmetauscher steht.
Bei dem Verfahren zum Verwenden der Abwärme in der zweiten thermischen Vorrichtung kann die zweite thermische Vorrichtung eine Anfangstemperatur aufweisen, die höher als die der Vorrichtung zur thermischen Speicherung ist. Somit kann die Abwärme an die erste thermische Vorrichtung über Wärmeübertragung von dem zweiten Kühlmittel auf das erste Kühlmittel in dem ersten Wärmetauscher übertragen werden.
Bei dem Verfahren zum Kühlen der ersten thermischen Vorrichtung kann die erste thermische Vorrichtung eine höhere Anfangstemperatur aufweisen. Somit kann die in der ersten thermischen Vorrichtung gespeicherte Wärme an die zweite thermische Vorrichtung über Wärmeübertragung von dem ersten Kühlmittel auf das zweite Kühlmittel in dem ersten Wärmetauscher übertragen werden.
Die obigen Merkmale und Vorteile wie auch weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden leicht aus der folgenden detaillierten Beschreibung einiger der besten Moden und anderen Ausführungsformen zur Ausführung der Erfindung, die ausschließlich durch die angefügten Ansprüche definiert ist, in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen offensichtlich.
Figurenliste

1A ist ein schematisches Diagramm eines Systems zum thermischen Management mit einer ersten thermischen Vorrichtung und einer zweiten thermischen Vorrichtung, die in einem ersten Modus arbeiten, in welchem die erste thermische Vorrichtung als eine Wärmesenke arbeitet und die zweite thermische Vorrichtung als eine Wärmequelle arbeitet;
1B ist ein schematisches Diagramm des Systems zum thermischen Management von 1 A, das in einem zweiten Modus arbeitet, in welchem die erste thermische Vorrichtung als die Wärmequelle arbeitet und die zweite thermische Vorrichtung als die Wärmesenke arbeitet;
2A ist ein schematisches Diagramm des Systems zum thermischen Management von 1A, das ein Wärmepumpensystem aufweist und in dem ersten Modus arbeitet;
2B ist ein schematisches Diagramm des Systems zum thermischen Management von 2A, das in dem zweiten Modus arbeitet; und
3 und 4 sind schematische Flussdiagramme, die ein beispielhaftes Verfahren zum Betrieb des Systems zum thermischen Management der 1A - 2B zeigen.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung und die Figuren betreffen beispielhafte Ausführungsformen und sind lediglich illustrativer Natur und nicht dazu bestimmt, die Erfindung, ihre Anwendung oder Anwendungen zu beschränken. In den Figuren sind einige Komponenten mit standardisierten oder grundsätzlichen Symbolen gezeigt. Diese Symbole sind jedoch nur repräsentativ und veranschaulichend und in keiner Weise für irgendeine spezifische Konfiguration, die gezeigt ist, für Kombinationen zwischen den verschiedenen Konfigurationen, die gezeigt sind, oder für die Ansprüche beschränkend. Alle Beschreibungen von Komponenten sind mit offenem Ende zu verstehen, und jegliche Beispiele von Komponenten sind nicht erschöpfend.
Bezug nehmend auf die Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen gleichen oder ähnlichen Komponenten, wo immer möglich, in den verschiedenen Figuren entsprechen, ist ein System 100 zum thermischen Management zur Verwendung in einem Fahrzeug 101, das einen Elektrofahrzeug-(EV)-Fahrmodus aufweist, in welchem das Fahrzeug 101 ausschließlich mit Elektrizität arbeitet, in den 1A und 1B gezeigt. Das Fahrzeug 101 kann, ist jedoch nicht darauf beschränkt, ein Hybridelektrofahrzeug (HEV), ein Steckdosen- bzw. Plug-In-Hybridelektrofahrzeug (PHEV) oder dergleichen aufweisen, wie in den 1A und 1B gezeigt ist. 1A zeigt das System 100 für thermisches Management, das in einem ersten Betriebsmodus arbeitet. 1B zeigt das System 100 zum thermischen Management, das in einem zweiten Betriebsmodus arbeitet. Der erste und zweite Betriebsmodus sind nachfolgend detaillierter beschrieben.
Bezug nehmend auf die 1A und 1B weist das System 100 zum thermischen Management allgemein einen ersten Kühlmittelkreislauf 102 mit einer ersten Kühlmittelpumpe 103, die derart konfiguriert ist, ein erstes Kühlmittel zu zirkulieren, sowie einen zweiten Kühlmittelkreislauf 104 mit einer zweiten Kühlmittelpumpe 105 auf, die derart konfiguriert ist, ein zweites Kühlmittel zu zirkulieren. Das System 100 zum thermischen Management weist auch einen dritten Kühlmittelkreislauf 112 auf, der ebenfalls derart konfiguriert ist, das erste Kühlmittel zu zirkulieren. Der dritte Kühlmittelkreislauf 112 ist mit dem ersten Kühlmittelkreislauf 102 verbunden und steht auch in thermischer Kommunikation mit dem zweiten Kühlmittelkreislauf 104 über einen ersten Wärmetauscher 106. Der erste Wärmetauscher 106 ist derart konfiguriert, Wärme zwischen dem ersten Kühlmittel und dem zweiten Kühlmittel zu übertragen, wobei die Richtung des Wärmetransfers von dem Betriebsmodus, in welchem das System 100 zum thermischen Management arbeitet, abhängig ist.
Das System 100 zum thermischen Management umfasst ferner eine erste thermische Vorrichtung 108, die in dem ersten Kühlmittelkreislauf 102 angeordnet ist, sowie eine zweite thermische Vorrichtung 110, die in dem zweiten Kühlmittelkreislauf 104 angeordnet ist. Allgemein sind die erste thermische Vorrichtung 108 und die zweite thermische Vorrichtung 110 beliebige Medien, Vorrichtungen, Maschinen oder dergleichen, die in der Lage sind, thermische Energie sowohl zu erzeugen als auch thermische Energie zu speichern. Beispielsweise kann die erste thermische Vorrichtung 108, ist jedoch nicht darauf beschränkt, ein wiederaufladbares Energiespeichersystem (RESS) sein, das zumindest eine Batteriepackung aufweist. Die zweite thermische Vorrichtung 110 kann, ist jedoch nicht darauf beschränkt, eine Brennkraftmaschine (ICE) sein. Ein RESS und eine ICE können allgemein in einem Fahrzeug mit einem EV-Antriebsmodus, wie einem HEV oder PHEV, gefunden werden. Nur zu beschreibenden Zwecken sind die erste thermische Vorrichtung 108 und die zweite thermische Vorrichtung 110 hier nachfolgend als das RESS bzw. die ICE bezeichnet.
Das RESS 108 und die ICE 110 können jeweils selektiv als eine Wärmequelle oder eine Wärmesenke arbeiten. Allgemein kann in jedem Betriebsmodus des Systems 100 zum thermischen Management nur eines aus dem RESS 108 und der ICE 110 als die Wärmequelle arbeiten, während das andere als die Wärmesenke arbeitet.
Beispielsweise arbeitet in dem ersten Betriebsmodus, der in 1A gezeigt ist, das RESS 108 als die Wärmesenke, und die ICE 110 arbeitet als die Wärmequelle. Dies kann beispielsweise entstehen, wenn das Fahrzeug 101 aus einem aktiven Fahrzustand abgeschaltet wird und für eine längere Zeitperiode so verbleibt. Allgemein dissipiert interne Wärme in dem ICE 110 aus einem Betrieb desselben in die Umgebungsluft, wenn das Fahrzeug 101 und somit die ICE 110 für eine längere Zeitperiode inaktiv sind. Anstatt einer Verschwendung kann das System 100 zum thermischen Management die Abwärme von der ICE 110 dadurch verwenden, dass sie an das RESS 108 zur Speicherung übertragen wird. Die Abwärme wird von dem zweiten Kühlmittel absorbiert, das seinerseits diese an das erste Kühlmittel über den ersten Wärmetauscher 106 überträgt. Die Abwärme, nun in dem dritten Kreislauf 112, kann an das RESS 108 übertragen und in diesem gespeichert werden, wenn das erste Kühlmittel hindurchströmt.
Umgekehrt arbeitet in einem zweiten Betriebsmodus, wie in 1B gezeigt ist, das RESS 108 als die Wärmequelle, und die ICE 110 arbeitet als die Wärmesenke. Dies kann beispielsweise entstehen, wenn das RESS 108 gekühlt werden muss, wie beispielsweise, wenn das Fahrzeug 101 in eine Leistungsquelle zum Laden eingesteckt ist oder das Fahrzeug 101 in dem EV-Fahrmodus ist und die ICE 110 nicht im Betrieb gewesen ist, so dass sie sich bei einer kälteren Temperatur befindet. Auf eine Weise ähnlich der Wärmeübertragung in dem ersten Betriebsmodus wird die Wärme aus dem RESS 108 von dem ersten Kühlmittel absorbiert, das seinerseits diese an das zweite Kühlmittel über den ersten Wärmetauscher 106 überträgt. Das zweite Kühlmittel kann dann die Wärme in die ICE 110 aufbringen, wenn das zweite Kühlmittel hindurchströmt.
Das System 100 zum thermischen Management kann ferner einen zweiten Wärmetauscher 114 und/oder einen Heizer 116 aufweisen, der in dem ersten Kühlmittelkreislauf 102 angeordnet ist. Der zweite Wärmetauscher 114 kann dazu verwendet werden, das RESS 108 in Situationen zu kühlen, in denen die ICE 110 nicht in der Lage ist, ausreichend Wärme zu absorbieren, um das RESS 108 angemessen zu kühlen. Der zweite Wärmetauscher 114 kann ein Wärmetauscher von Kältemittel zu Flüssigkeit sein, um Wärme von dem RESS 108 über das erste Kühlmittel an ein Kältemittel zu übertragen, wie in den 2A und 2B gezeigt und nachfolgend detaillierter beschrieben ist. Gleichermaßen kann der Heizer 116 dazu verwendet werden, das RESS 108 in Situationen zu heizen, in denen die ICE 110 keine angemessene Menge an Abwärme zur Speicherung in dem RESS 108 erzeugt hat. Der Heizer 116 kann ein Widerstandsheizer sein.
Das System 100 zum thermischen Management kann ferner ein Wärmespülventil 118 aufweisen, das derart konfiguriert ist, die Strömung des ersten Kühlmittels zur Strömung zu dem ersten Wärmetauscher 106 durch den dritten Kühlmittelkreislauf 112 und/oder zu dem zweiten Wärmetauscher 114 durch den ersten Kühlmittelkreislauf 102 selektiv zu lenken. Während das Wärmespülventil 118 in den Figuren als ein Dreiwegeventil mit zwei Positionen gezeigt ist, sei angemerkt, dass es ein beliebiges Dreiwegeventil sein kann, das derart konfiguriert ist, die Strömung selektiv zu dem ersten Wärmetauscher 106 und/oder zu dem zweiten Wärmetauscher 114 zu lenken. Bei einer alternativen Ausführungsform, die nicht gezeigt ist, kann anstelle eines Dreiwegeventils das System 100 zum thermischen Management zwei separate Strömungssteuerventile aufweisen, jeweils eines an dem ersten Kühlmittelkreislauf und dem dritten Kühlmittelkreislauf. Bei einer anderen Ausführungsform, die nicht gezeigt ist, kann das Wärmespülventil 118 ein Vierwegeventil sein, das derart konfiguriert ist, den zweiten Wärmetauscher 114 zu umgehen.
Das System 100 zum thermischen Management kann auch zumindest einen Controller 120 aufweisen, der derart konfiguriert ist, den Betrieb des Systems 100 zum thermischen Management zu steuern. Insbesondere kann der Controller 120 den Betrieb des Wärmespülventils 118 steuern, um die Strömung des ersten Kühlmittels an den ersten Wärmetauscher 106 oder den zweiten Wärmetauscher 114 selektiv zu lenken. Der Betrieb des thermischen Systems 100 kann von bestimmten Bedingungen abhängig sein, einschließlich, jedoch nicht darauf beschränkt, die Außenlufttemperatur, die Feuchte, die Tageszeit, die Zeitdauer, die das Fahrzeug 101 in dem inaktiven Ladezustand bleibt, und dergleichen. Der Controller 120 kann derart konfiguriert sein, diese Bedingungen so zu verarbeiten, um zu bestimmen, ob das System 100 zum thermischen Management in dem ersten Betriebsmodus oder dem zweiten Betriebsmodus oder insgesamt arbeiten sollte.
Das System 100 zum thermischen Management kann mit einem Wärmepumpensystem 200 integriert sein, wie in den 2A und 2B gezeigt ist. Dies kann ermöglichen, dass in dem RESS 108 gespeicherte Wärme an einen Fahrgastraum 122 des Fahrzeugs 101 übertragen wird. 2A zeigt das System 100 zum thermischen Management in dem ersten Betriebsmodus, wie oben beschrieben ist, und 2B zeigt das System 100 zum thermischen Management in dem zweiten Betriebsmodus, wie ebenfalls oben beschrieben ist.
Nun Bezug nehmend auf die 2A und 2B kann das Wärmepumpensystem 200 einen Kältemittelkreislauf 202 aufweisen, der derart konfiguriert ist, ein Kältemittel zu zirkulieren. Der Kältekreislauf 202 steht in thermischer Kommunikation mit dem ersten Kühlmittelkreislauf 102 über den zweiten Wärmetauscher 114. Wie oben erläutert ist, kann der zweite Wärmetauscher 114 ein Wärmetauscher von Kältemittel auf Flüssigkeit sein, wie ein RESS-Kühler, der als ein Wärmepumpenverdampfer funktionieren kann, um Wärme von dem ersten Kühlmittel auf das Kältemittel zu dissipieren. Der Kältemittelkreislauf 202 steht ferner in thermischer Kommunikation mit dem zweiten Kühlmittelkreislauf 104 über einen dritten Wärmetauscher 124. Der dritte Wärmetauscher kann gleichermaßen ein Wärmetauscher von Flüssigkeit zu Flüssigkeit sein, der als ein Wärmepumpenkondensator für das Wärmepumpensystem 200 funktionieren kann.
Der Kältemittelkreislauf 202 kann einen Kompressor 204 aufweisen, der stromabwärts des zweiten Wärmetauschers 114 und stromaufwärts des dritten Wärmetauschers 124 angeordnet ist. Der Kompressor 110 ist derart konfiguriert, das Kältemittel zu komprimieren.
Der Kältekreislauf 202 kann ferner eine erste Vorrichtung 206 für thermische Expansion, eine zweite Vorrichtung 208 für thermische Expansion, einen vierten Wärmetauscher 210, einen fünften Wärmetauscher 212 und Strömungssteuerventile 214, 216, 218 und 220 aufweisen. Die erste Vorrichtung 206 für thermische Expansion und die zweite Vorrichtung 208 für thermische Expansion sind stromabwärts des dritten Wärmetauschers 124 angeordnet und derart konfiguriert, dass Kältemittel zu kühlen und zu expandieren und das Kältemittel an den zweiten Wärmetauscher 114 bzw. den vierten Wärmetauscher 210 zu verteilen. Die erste Vorrichtung 206 für thermische Expansion und die zweite Vorrichtung 208 für thermische Expansion können thermostatische Ventile oder Ventile für thermische Expansion sein und können entweder elektronisch oder mechanisch betätigt sein.
Der vierte Wärmetauscher 210 kann als ein Kabinenverdampfer funktionieren. Er kann derart konfiguriert sein, Wärme von dem Kältemittel, das durch diesen strömt, auf Luft, die über diesen und in den Fahrgastraum 122 strömt, zu tauschen, um den Fahrgastraum 122 zu kühlen und zu entfeuchten. Der fünfte Wärmetauscher 212 kann ein Kondensator von Kältemittel auf Luft sein. Der fünfte Wärmetauscher 212 kann derart konfiguriert sein, um mit Druck beaufschlagtes Kältemittelgas von dem Kompressor 204 aufzunehmen und das unter Druck stehende Kältemittelgas in einen flüssigen Zustand zu kondensieren, wenn es durch den fünften Wärmetauscher 212 strömt. Der fünfte Wärmetauscher 212 kann ferner derart konfiguriert sein, um das Kältemittel zu zumindest einer der ersten Vorrichtung 206 für thermische Expansion und der zweiten Vorrichtung 208 für thermische Expansion auszustoßen.
Die Strömungssteuerventile 214, 216, 218 und 220 können derart konfiguriert sein, die Strömung an die verschiedenen Komponenten in dem Kältekreislauf 202 zu steuern. Es sei angemerkt, dass die Strömungssteuerventile 214, 216, 218 und 220 ein beliebiges Ventil sein können, das in der Lage ist, die Strömung von Kältemittel in einer bestimmten Leitung zu beschränken. Die Strömungssteuerventile 214, 216, 218 und 220 können, sind jedoch nicht darauf beschränkt, offene/geschlossene Ventile mit zwei Positionen oder alternativ modulierende Ventile sein.
Der zweite Kühlmittelkreislauf 104 kann ein Bypassventil 126 und eine Bypassleitung 128 aufweisen. Das Bypassventil 126 ist derart konfiguriert, das zweite Kühlmittel selektiv an die ICE 110 zu lenken, um diese zu kühlen, wenn sich das Fahrzeug 101 in einem Hybridmodus befindet, oder an die Bypassleitung 128 zu lenken, wenn sich das Fahrzeug 101 in dem EV-Fahrmodus befindet. Ähnlich dem Wärmespülventil 118 kann das Bypassventil 126 ein Dreiwegeventil mit zwei Positionen sein. Es sei angemerkt, dass das Bypassventil 110 ein beliebiges Dreiwegeventil sein kann, das derart konfiguriert ist, die Strömung selektiv an die ICE 110 und/oder die Bypassleitung 128 zu lenken. Bei einer alternativen Ausführungsform, die nicht gezeigt ist, kann das System 100 für thermisches Management anstatt eines Dreiwegeventils zwei separate Strömungssteuerventile, eines jeweils an der Bypassleitung 128 und dem zweiten Kühlmittelkreislauf 104 stromabwärts der Entnahme für die Bypassleitung 128, aufweisen.
Der zweite Kühlmittelkreislauf 104 kann ferner einen Kühlmittelheizerkern 130 aufweisen. Der Kühlmittelheizerkern 130 kann derart konfiguriert sein, das zweite Kühlmittel aufzunehmen, um Luft zu erwärmen, die durch den vierten Wärmetauscher 210 entfeuchtet wurde, wodurch Wärme, die in dem RESS 108 gespeichert ist, effektiv an den Fahrgastraum 122 übertragen wird.
Unter Bezugnahme nun auf die 3 und 4 ist ein Verfahren 300 zum Betrieb des Systems 100 zum thermischen Management entweder in dem ersten Betriebsmodus oder dem zweiten Betriebsmodus gezeigt.
Das Verfahren 300 beginnt mit Schritt 302, bei dem das erste Kühlmittel durch den ersten Kühlmittelkreislauf 102 zirkuliert wird. Bei Ausführungsformen, in denen das System 100 zum thermischen Management einen dritten Kühlmittelkreislauf 112 und ein Wärmespülventil 118 umfasst, kann der Schritt 302 zunächst einen Teilschritt 302a betreffen, wie in 4 gezeigt ist. Bei Teilschritt 302a wird wenigstens ein Teil der Strömung des ersten Kühlmittels zu dem ersten Kühlmittelkreislauf 102 über das Wärmespülventil 118 geführt. Das erste Kühlmittel kann dann durch den ersten Kühlmittelkreislauf 102 in Schritt 302b zirkuliert werden.
Nach Schritt 302 fährt das Verfahren 300 mit Schritt 304 fort. Bei Schritt 304 wird das zweite Kühlmittel durch den zweiten Kühlmittelkreislauf 104 zirkuliert. Wärme kann dann zwischen dem ersten Kühlmittel und dem zweiten Kühlmittel über den ersten Wärmetauscher 106 übertragen werden.
Wie oben erläutert ist, weist in dem ersten Betriebsmodus der ICE 110 eine höhere Anfangstemperatur auf, als das RESS 108, und zwar aufgrund von Abwärme, die von dem ICE 110 erzeugt wird. Als solches ermöglicht das Verfahren 300 die Verwendung von Abwärme durch Speichern derselben in der RESS 108. Umgekehrt weist in dem zweiten Betriebsmodus das RESS 108 eine höhere Anfangstemperatur als die ICE 110 auf. Als solches ermöglicht das Verfahren 300 eine Kühlung des RESS 108 durch Übertragen von Wärme an die ICE 110.
Die detaillierte Beschreibung und die Zeichnungen oder Figuren unterstützen und beschreiben die Erfindung, jedoch ist der Schutzumfang der Erfindung ausschließlich durch die Ansprüche definiert. Während einige der besten Moden und andere Ausführungsformen zur Ausführung der beanspruchten Erfindung detailliert beschrieben worden sind, sind verschiedene alternative Konstruktionen und Ausführungsformen zur Ausführung der Erfindung, wie in den angefügten Ansprüchen definiert ist, vorhanden.

Claims

System (100) zum thermischen Management für ein Fahrzeug (101), wobei das System umfasst: einen ersten Kühlmittelkreislauf (102), der derart konfiguriert ist, ein erstes Kühlmittel zu zirkulieren; einen zweiten Kühlmittelkreislauf (104), der derart konfiguriert ist, ein zweites Kühlmittel zu zirkulieren; einen dritten Kühlmittelkreislauf (112), der mit dem ersten Kühlmittelkreislauf (102) verbunden ist, wobei der dritte Kühlmittelkreislauf (112) derart konfiguriert ist, das erste Kühlmittel zu zirkulieren, und in thermischer Kommunikation mit dem zweiten Kühlmittelkreislauf (104) über einen ersten Wärmetauscher (106) steht; eine erste thermische Vorrichtung (108), die in dem ersten Kühlmittelkreislauf (102) angeordnet ist; und eine zweite thermische Vorrichtung (110), die in dem zweiten Kühlmittelkreislauf (104) angeordnet ist; wobei die erste thermische Vorrichtung (108) und die zweite thermische Vorrichtung (110) jeweils derart konfiguriert sind, selektiv als eine Wärmequelle oder eine Wärmesenke zu arbeiten; gekennzeichnet durch ein Wärmespülventil (118), das als ein Dreiwegeventil mit zwei Positionen ausgebildet und derart konfiguriert ist, zumindest einen Anteil des ersten Kühlmittels selektiv durch zumindest einen von dem ersten Kühlmittelkreislauf (102) und dem dritten Kühlmittelkreislauf (112) zu lenken.
System nach Anspruch 1, wobei die erste thermische Vorrichtung (108) ein wiederaufladbares Energiespeichersystem (RESS) (108) ist, das zumindest eine Batteriepackung aufweist.
System nach Anspruch 1, wobei die zweite thermische Vorrichtung (110) eine Brennkraftmaschine (ICE) (110) ist.
System nach Anspruch 1, wobei die erste thermische Vorrichtung (108) als eine Wärmesenke arbeitet und die zweite thermische Vorrichtung (110) als eine Wärmequelle arbeitet, wobei Wärme, die von der zweiten thermischen Vorrichtung (110) erzeugt wird, an die erste thermische Vorrichtung (108) über Wärmeübertragung von dem zweiten Kühlmittel auf das erste Kühlmittel in dem ersten Wärmetauscher (106) übertragbar ist.
System nach Anspruch 1, wobei die erste thermische Vorrichtung (108) als eine Wärmequelle arbeitet und die zweite thermische Vorrichtung (110) als eine Wärmesenke arbeitet, wobei Wärme, die in der ersten thermischen Vorrichtung (108) gespeichert ist, an die zweite thermische Vorrichtung (110) über Wärmeübertragung von dem ersten Kühlmittel auf das zweite Kühlmittel in dem ersten Tauscher (106) übertragbar ist.
System nach Anspruch 1, ferner mit einem Heizer (116), der in dem ersten Kühlmittelkreislauf (108) angeordnet ist, wobei der Heizer (116) derart konfiguriert ist, die erste thermische Vorrichtung (108) zu heizen.
System nach Anspruch 1, ferner mit einem zweiten Wärmetauscher (114), der in dem ersten Kühlmittelkreislauf (102) angeordnet ist, wobei der zweite Wärmetauscher (114) derart konfiguriert ist, die erste thermische Vorrichtung (108) zu kühlen.
System nach Anspruch 7, ferner mit einem Kältekreislauf 202, der derart konfiguriert ist, ein Kältemittel zu zirkulieren, wobei der Kältekreislauf (202) in thermischer Kommunikation mit dem ersten Kühlmittelkreislauf (102) über den zweiten Wärmetauscher (114) und mit dem zweiten Kühlmittelkreislauf (104) über einen dritten Wärmetauscher (124) steht.