DE102016100971A1

DE102016100971A1 - Klimasteuerungssystem für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102016100971A1
Application number: DE102016100971.7A
Authority: DE
Inventors: Timothy BLATCHLEY; James George Gebbie; Clay Wesley Maranville
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2015-02-04
Filing date: 2016-01-21
Publication date: 2016-08-04
Also published as: CN105835655B; CN105835655A; US10457111B2; US20160221413A1

Abstract

Ein Fahrzeug weist ein Klimasteuerungssystem mit einem Wärmepumpen-Teilsystem auf. Das Wärmepumpen-Teilsystem weist einen Kabinenkreis mit einem inneren und einem äußeren Wärmetauscher und einen Batteriekreis mit einem Batterie-Chiller auf. Ein Ventil verbindet selektiv den Kabinenkreis und den Batterie-Chiller in Strömungsverbindung. Das Fahrzeug weist außerdem ein Steuergerät auf, das derart programmiert ist, dass es als Reaktion darauf, dass sich das Wärmepumpen-Teilsystem in einem Entfeuchtungsmodus befindet, dem Ventil befiehlt, zu schließen, um einen Kältemittelfluss zu dem Batterie-Chiller zu hemmen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft Klimasteuerungssysteme für Kraftfahrzeuge und insbesondere Klimasteuerungssysteme, die ein Wärmepumpen-Teilsystem und eine Batterieladevorrichtung aufweisen.
HINTERGRUND
Fahrzeuge wie beispielsweise batterieelektrische Fahrzeuge (battery-electric vehicles, BEVs), Plug-in-Hybridelektrofahrzeuge (plug-in hybrid electric vehicles, PHEVs) und Vollhybrid-Elektrofahrzeuge (full hybrid-electric vehicles, FHEVs) enthalten eine Traktionsbatterieanordnung, die als eine Energiequelle für das Fahrzeug dienen soll. Die Traktionsbatterieanordnung weist Komponenten und Systeme auf, die dazu beitragen sollen, Leistung und Operationen des Fahrzeugs handzuhaben. Die Traktionsbatterieanordnung weist außerdem Hochspannungskomponenten auf. Einige Hybrid- und Elektrofahrzeuge sind mit einem Klimasteuerungssystem ausgestattet, das ein Wärmepumpen-Teilsystem zum Erwärmen, Kühlen und/oder Entfeuchten einer Fahrgastkabine aufweist.
KURZDARSTELLUNG
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung weist ein Fahrzeug ein Klimasteuerungssystem mit einem Wärmepumpen-Teilsystem auf. Das Wärmepumpen-Teilsystem weist einen Kabinenkreis mit einem inneren und einem äußeren Wärmetauscher und einen Batteriekreis mit einem Batterie-Chiller auf. Ein Ventil verbindet selektiv den Kabinenkreis und den Batterie-Chiller in Strömungsverbindung. Das Fahrzeug weist außerdem ein Steuergerät auf, das derart programmiert ist, dass es als Reaktion darauf, dass sich das Wärmepumpen-Teilsystem in einem Entfeuchtungsmodus befindet, dem Ventil befiehlt, zu schließen, um einen Kältemittelfluss zu dem Batterie-Chiller zu hemmen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung weist ein Fahrzeug mit einem Klimasteuerungssystem ein Wärmepumpen-Teilsystem und einen Batteriekreis auf. Das Wärmepumpen-Teilsystem weist einen Kabinenkreis mit einem inneren Wärmetauscher, einem äußeren Wärmetauscher und einem Verdichter auf. Der Batteriekreis weist einen Batterie-Chiller und eine erste betätigbare Ausdehnungsvorrichtung auf, die selektiv den Kabinenkreis und den Batterie-Chiller in Strömungsverbindung verbindet. Der Kabinenkreis weist ferner eine zweite betätigbare Ausdehnungsvorrichtung zwischen dem Verdichter und dem äußeren Wärmetauscher und eine dritte betätigbare Ausdehnungsvorrichtung zwischen dem äußeren und dem inneren Wärmetauscher auf. Das Fahrzeug weist ferner mindestens ein Steuergerät auf, das derart programmiert ist, dass es als Reaktion darauf, dass sich das Wärmepumpen-Teilsystem in einem Entfeuchtungsmodus befindet, der ersten Ausdehnungsvorrichtung eine geschlossene Stellung befiehlt, um einen Kältemittelfluss zu dem Batterie-Chiller zu hemmen.
Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zählt zu einem Klimasteuerungssystem ein Wärmepumpen-Teilsystem mit einem Kabinenkreis, der einen inneren und einen äußeren Wärmetauscher aufweist, und einem Batteriekreis mit einem Batterie-Chiller. Ein Ventil verbindet selektiv den Kabinenkreis und den Batterie-Chiller in Strömungsverbindung. Ein Steuergerät ist derart programmiert, dass es als Reaktion darauf, dass sich das Wärmepumpen-Teilsystem in einem Entfeuchtungsmodus befindet, dem Ventil befiehlt, zu schließen, um einen Kältemittelfluss zu dem Batterie-Chiller zu hemmen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Hybridelektrofahrzeugs.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines Klimasteuerungssystems des Fahrzeugs mit dem Wärmepumpen-Teilsystem in einem Heizmodus.
3 zeigt eine schematische Darstellung des Klimasteuerungssystems des Fahrzeugs mit dem Wärmepumpen-Teilsystem in einem Kühlmodus.
4 zeigt eine schematische Darstellung des Klimasteuerungssystems des Fahrzeugs mit dem Wärmepumpen-Teilsystem in einem parallelen Entfeuchtungsmodus.
5 zeigt eine schematische Darstellung des Klimasteuerungssystems des Fahrzeugs mit dem Wärmepumpen-Teilsystem in einem seriellen Entfeuchtungsmodus.
6 ist ein Ablaufplan zum Steuern eines Klimasteuerungssystems des Fahrzeugs.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Es werden hier Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Es sollte jedoch beachtet werden, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich Beispiele darstellen, und dass andere Ausführungsformen verschiedene und alternative Formen annehmen können. Die Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgerecht; einige Merkmale können übertrieben oder minimiert sein, um Einzelheiten bestimmter Komponenten zu zeigen. Daher sollen hier offenbarte spezifische strukturelle und funktionelle Einzelheiten nicht als einschränkend verstanden werden, sondern lediglich als eine repräsentative Grundlage dienen, um Fachleute zu lehren, die vorliegende Erfindung auf unterschiedliche Weise anzuwenden. Wie Fachleute verstehen werden, können verschiedene mit Bezug auf irgendeine der Figuren veranschaulichte und beschriebene Merkmale mit Merkmalen kombiniert werden, die in einer oder mehreren anderen Figuren veranschaulicht werden, um Ausführungsformen zu erstellen, die nicht ausdrücklich veranschaulicht oder beschrieben werden. Durch die Kombinationen von veranschaulichten Merkmalen werden repräsentative Ausführungsformen für typische Anwendungen bereitgestellt. Allerdings könnten verschiedene Kombinationen und Modifikationen der Merkmale, die mit den Lehren dieser Offenbarung in Einklang stehen, für bestimmte Anwendungen oder Realisierungen erwünscht sein.
Mit Bezug auf 1: Ein Fahrzeug 10 kann einen Antriebsstrang 12 wie beispielsweise ein leistungsverzweigtes Antriebsstrangsystem mit einem ersten Antriebssystem und einem zweiten Antriebssystem aufweisen. Das erste Antriebssystem weist eine Kraftmaschine 14 und eine erste elektrische Maschine oder einen Generator 16 auf. Das zweite Antriebssystem weist eine zweite elektrische Maschine oder einen Motor 18, den Generator 16 sowie eine Traktionsbatterieanordnung 20 auf. Das erste und zweite Antriebssystem erzeugen ein Drehmoment zum Antreiben von einem oder mehreren der angetriebenen Räder 22 des Fahrzeugs.
Die Kraftmaschine 14, beispielsweise eine Brennkraftmaschine, und der Generator 16 können durch eine Energieübertragungseinheit 24 verbunden sein. Die Energieübertragungseinheit 24 kann ein Planetenradsatz sein, der ein Hohlrad 26, ein Sonnenrad 28 und eine Trägeranordnung 30 aufweist. Andere Arten von Energieübertragungseinheiten werden bei der vorliegenden Offenbarung in Betracht gezogen. Der Antriebsstrang 12 kann ein weiteres Getriebe 32 zum Koppeln des Generators 16 mit dem Motor 18 und zum Koppeln des Generators und/oder des Motors mit dem Differentialgetriebe 34 aufweisen, um ein Drehmoment an die Räder 22 zu verteilen. Obwohl 1 ein Hybridfahrzeug zeigt, kann das Fahrzeug 10 auch ein vollelektrisches Fahrzeug sein, wobei in diesem Fall die Kraftmaschine 14 entfällt.
Mit Bezug auf 2: Das Fahrzeug 10 weist eine Kabine 40 und einen Motorraum 42 auf, die durch eine Stirnwand 44 getrennt sind. Der Motorraum 42 beherbergt mindestens einen Abschnitt des Klimasteuerungssystems 46. Zu dem Klimasteuerungssystem können ein Wärmepumpen-Teilsystem 48, ein Kühlmittel-Teilsystem 50 und ein Lüftungssystem 41 zählen, das in dem Armaturenbrett der Kabine 40 angeordnet ist. Das Klimasteuerungssystem 46 führt, koordiniert mit dem Lüftungssystem 41, der Fahrgastkabine 40 warme und/oder kalte Luft zu. Das Lüftungssystem 41 weist ein Gehäuse 45 mit einer Lufteinlassseite und einer Luftauslassseite auf. Die Auslassseite ist mit Kanälen verbunden, die austretende Luft in den Fahrgastraum 40 verteilen. Ein Gebläsemotor treibt einen Lüfter 43 an, um Luft in dem Lüftungssystem 41 zirkulieren zu lassen.
Das Fahrzeug 10 weist außerdem ein oder mehrere Steuergeräte 78 auf, die in elektrischer Verbindung mit einer oder mehreren Komponenten des Klimasteuerungssystems 46 stehen, um einen Betrieb des Systems zu steuern. Zu dem Steuergerät 78 zählen im Allgemeinen eine beliebige Anzahl von Mikroprozessoren, ASICs, ICs, Speicher (z.B. FLASH, ROM, RAM, EPROM und/oder EEPROM) sowie Softwarecode zum Zusammenwirken untereinander, um eine Reihe von Operationen auszuführen. Das Steuergerät weist außerdem vorgegebene Daten bzw. „Look-up-Tabellen“ auf, die auf Berechnungen und Testdaten beruhen und in dem Speicher gespeichert sind. Das Steuergerät 78 kann mit anderen Fahrzeugsystemen und -steuergeräten über eine oder mehrere kabelgebundene oder drahtlose Fahrzeugverbindungen unter Verwendung üblicher Busprotokolle (z.B. CAN und LIN) Daten austauschen.
Bei dem Wärmepumpen-Teilsystem 48 kann es sich um ein Kompressionswärmepumpen-Teilsystem handeln, das ein Kühlmittel, das thermische Energie zu verschiedenen Komponenten des Klimasteuerungssystems 46 überträgt, zirkulieren lässt. Zu dem Wärmepumpen-Teilsystem 48 kann ein Kabinenkreis 52 mit einem Verdichter 54, einem äußeren Wärmetauscher 56, einem inneren Wärmetauscher 58, einem Akkumulator 60, Formstücken, Ventilen und Ausdehnungsvorrichtungen zählen. Der externe Wärmetauscher 56 kann sich hinter dem Kühlergrill nahe der Vorderseite des Fahrzeugs befinden, und der innere Wärmetauscher 58 kann sich in dem Gehäuse 45 des Lüftungssystems 41 befinden. Die Komponenten des Kabinenkreises sind mithilfe mehrerer Rohrleitungen, Röhren, Schläuchen oder Leitungen in einem geschlossenen Kreis verbunden. Zum Beispiel verbindet eine erste Rohrleitung 66 den Verdichter 54 und den äußeren Wärmetauscher 56 in Strömungsverbindung, eine zweite Rohrleitung 68 verbindet den inneren und den äußeren Wärmetauscher 56, 58 in Strömungsverbindung, und eine dritte Rohrleitung 70 verbindet den inneren Wärmetauscher 56 und den Verdichter 54 in Strömungsverbindung. Eine erste Umgehungsrohrleitung 72 verbindet den äußeren Wärmetauscher 56 mit der Rohrleitung 70, und eine zweite Umgehungsrohrleitung 76 verbindet die Rohrleitung 66 mit der Rohrleitung 68. Jede der Umgehungsrohrleitungen kann ein Ventil 62, 63, wie beispielsweise ein Magnetventil, zum Öffnen und Schließen der Umgehung aufweisen. Eine erste Ausdehnungsvorrichtung 80 kann an der Rohrleitung 66 angeordnet sein, und eine zweite Ausdehnungsvorrichtung 82 kann an der Rohrleitung 68 angeordnet sein. Die Ausdehnungsvorrichtungen sind dafür ausgestaltet, den Druck und die Temperatur des Kältemittels des Wärmepumpen-Teilsystems 48 zu ändern. Die Ausdehnungsvorrichtungen können einen elektronischen Aktuator aufweisen, der mithilfe des Steuergeräts 78 gesteuert wird. Das Steuergerät 78 kann den Aktuator anweisen, die Ausdehnungsvorrichtung auf eine weit offene Stellung, eine vollständig geschlossene Stellung oder eine gedrosselte Stellung einzustellen. Bei der gedrosselten Stellung handelt es sich um eine zum Teil offene Stellung, bei der das Steuergerät die Größe der Ventilöffnung moduliert, um einen Durchfluss durch die Ausdehnungsvorrichtung zu regeln. Das Steuergerät 78 und die Ausdehnungsvorrichtungen sind dafür ausgestaltet, die gedrosselte Stellung als Reaktion auf Betriebsbedingungen des Systems kontinuierlich oder periodisch zu modulieren. Durch Drosseln der Stellung der Ausdehnungsvorrichtung kann das Steuergerät Durchfluss, Druck, Temperatur und Zustand des Kältemittels nach Bedarf regeln.
Das Wärmepumpen-Teilsystem 48 weist auch einen Batteriekreis 84 mit einem Chiller 85 und einer dritten Ausdehnungsvorrichtung 86 auf. Der Batteriekreis 84 kann eine Versorgungsrohrleitung 87 aufweisen, die mit der Rohrleitung 68 an dem Formstück 88 verbunden und mit dem Chiller 85 verbunden ist. Die Ausdehnungsvorrichtung 86 befindet sich an der ersten Versorgungsrohrleitung 87. Die Ausdehnungsvorrichtung 86 kann den Ausdehnungsvorrichtungen 80 und 82 ähneln. Eine Rückführrohrleitung 89 verbindet den Batterie-Chiller 85 und die Rohrleitung 70 in Strömungsverbindung. Die Rückführrohrleitung 89 kann mit der Rohrleitung 70 über das Formstück 74 verbunden sein.
Ein Batteriekühlkreis 100 regelt die Temperatur der Traktionsbatterie 20 und steht in Strömungsverbindung mit dem Chiller 85. Zu dem Batteriekühlkreis 100 können ein Kühler 104, eine Pumpe 102 und mehrere Rohrleitungen 106 zählen, die einen geschlossenen Kühlkreis für die Traktionsbatterie 20 bilden. Der Batterie-Chiller 85 erleichtert die Übertragung von thermischer Energie zwischen dem Wärmepumpen-Teilsystem 48 und dem Batteriekühlkreis 100. Der Batterie-Chiller 85 kann eine beliebige geeignete Ausgestaltung aufweisen. Zum Beispiel kann der Chiller 85 eine Rippenplatten-, Rippenrohr- oder Rohrbündel-Ausgestaltung aufweisen, die die Übertragung von thermischer Energie ohne ein Mischen der Wärmeübertragungsfluide in dem Batteriekühlkreis 100 und dem Wärmepumpen-Teilsystem 48 erleichtert. Der Batteriekühlkreis 100 kann unabhängig von dem Klimasteuerungssystem 46 arbeiten und ist in der Lage, Wärme von der Traktionsbatterie 20 über den Kühler 104 abzuleiten. Der Batteriekühlkreis 100 kann eine Umgehungsleitung (nicht gezeigt) aufweisen, um den Kühler zu umgehen, wenn der Chiller genutzt wird. Der Batteriekühlkreis 100 kann auch mit dem Klimasteuerungssystem 46 zusammenwirken, um Wärme unter Verwendung des Batterie-Chillers 85 abzuführen. Wenn die Traktionsbatterie zum Beispiel besonders warm ist, können sowohl der Batterie-Chiller 85 als auch der Kühler 104 verwendet werden, um Wärme in der Traktionsbatterie 20 abzuleiten.
Zu dem Kühlmittel-Teilsystem 50 können ein Heizungswärmetauscher 90, eine Pumpe 92, ein Ventil 94 und mehrere Rohrleitungen zählen, die einen geschlossenen Kreis für eine Zirkulation von Kühlmittel bilden. Im Fall eines Hybridfahrzeugs steht das Kühlmittel-Teilsystem 50 in Strömungsverbindung mit einer Brennkraftmaschine 14. Von der Brennkraftmaschine 14 erzeugte Abwärme wird von dem Kühlmittel aufgenommen und zu dem Heizungswärmetauscher 90 geleitet, der in dem Lüftungssystem 41 angeordnet ist. Ein oder mehrere Lüfter 43 des Lüftungssystems 41 lassen Luft über und durch den Heizungswärmetauscher 90 zirkulieren, wobei sie der Kabine 40 warme Luft zuführen. Eine Mischklappe 64 ist betätigbar, um die Temperatur der aus dem Gehäuse austretenden Luft anzupassen. Das Kühlmittel-Teilsystem 50 kann eine Umgehungsrohrleitung 96 aufweisen, um die Brennkraftmaschine 14 zu umgehen, wenn nicht ausreichend Abwärme zur Verfügung steht. Das Öffnen und Schließen der Umgehungsrohrleitung 96 wird von dem Ventil 94 gesteuert, das von dem Steuergerät 78 elektrisch gesteuert werden kann. Wenn es sich bei dem Fahrzeug 10 um ein vollelektrisches Fahrzeug handelt, entfällt die Kraftmaschine 14 und wird möglicherweise durch ein elektrisches Heizelement zum Bereitstellen von thermischer Energie für das Kühlmittel-Teilsystem 50 ersetzt, oder das Kühlmittel-Teilsystem 50 weist möglicherweise keine Heizvorrichtung auf. Bei einigen Ausführungsformen kann ein Hybridelektrofahrzeug eine elektrische Heizvorrichtung aufweisen, um dem Kühlmittel-Teilsystem 50 Wärme zuzuführen, wenn die Kraftmaschine 14 ausgeschaltet oder kalt ist. Das Kühlmittel-Teilsystem 50 kann dem Wärmepumpen-Teilsystem 48 über einen zwischengeschalteten Wärmetauscher 98 Wärme entziehen, um die Kabine 40 zu erwärmen.
Der zwischengeschaltete Wärmetauscher 98 erleichtert die Übertragung von thermischer Energie zwischen dem Kühlmittel-Teilsystem 50 und dem Wärmepumpen-Teilsystem 48. Der zwischengeschaltete Wärmetauscher 98 kann Teil des Kühlmittel-Teilsystems 50, des Wärmepumpen-Teilsystems 48 oder von beiden sein. Der zwischengeschaltete Wärmetauscher 98 kann eine beliebige geeignete Ausgestaltung aufweisen. Zum Beispiel kann der zwischengeschaltete Wärmetauscher 98 eine Rippenplatten-, Rippenrohr- oder Rohrbündel-Ausgestaltung aufweisen, die die Übertragung von thermischer Energie ohne ein Mischen der Wärmeübertragungsfluide in dem Kühlmittel-Teilsystem 50 und dem Wärmepumpen-Teilsystem 48 erleichtert. Der zwischengeschaltete Wärmetauscher 98 kann mit der ersten Rohrleitung 66 des Wärmepumpen-Teilsystems 48 und mit einer der Rohrleitungen des Kühlmittel-Teilsystems 50 verbunden sein.
Das Wärmepumpen-Teilsystem 48 kann in mehreren unterschiedlichen Modi betrieben werden, wie beispielsweise Heizmodus, Kühlmodus, paralleler Entfeuchtungsmodus und serieller Entfeuchtungsmodus. 2 zeigt das im Heizmodus arbeitende Wärmepumpen-Teilsystem 48. Im Heizmodus verdichtet der Verdichter 54 das Kältemittel zu einem heißen Dampf, der zu dem zwischengeschalteten Wärmetauscher 98 geleitet wird. Die thermische Energie aus dem Kältemittel wird auf das Kühlmittel übertragen, das durch die Kühlseite des Wärmetauschers 98 zirkuliert, um das Kühlmittel in dem Kühlmittel-Teilsystem 50 zu erwärmen. Die Pumpe 92 leitet das erwärmte Kühlmittel zu dem Heizungswärmetauscher 90, um die Kabine 40 zu erwärmen. Der zwischengeschaltete Wärmetauscher 98 fungiert als ein Kondensator, der bewirkt, dass das Kältemittel zu einer Flüssigkeit kondensiert. Als Nächstes passiert das Kältemittel die erste Ausdehnungsvorrichtung 80, die sich in einer gedrosselten Stellung befindet. Die Ausdehnungsvorrichtung 80 verringert den Druck des Kältemittels und senkt die Temperatur des Kältemittels vor einem Eintritt in den äußeren Wärmetauscher 56. Das Steuergerät 78 kann die Ausdehnungsvorrichtung 80 drosseln, um sicherzustellen, dass die Temperatur des Kältemittels unter der Temperatur der Außenluft liegt, um ein Verdampfen des Kältemittels in dem äußeren Wärmetauscher 56 zu erleichtern. Die Ausdehnungsvorrichtung 82 ist geschlossen, und das Ventil 63 ist offen, was bewirkt, dass aus dem äußeren Wärmetauscher 56 austretendes Kältemittel durch die Rohrleitung 72 strömt, wobei es den inneren Wärmetauscher 58 umgeht. Das Kältemittel wird anschließend durch die Rohrleitung 70 und zwecks Rückführung zu dem Verdichter 54 zurückgeleitet. Im Heizmodus kann die Ausdehnungsvorrichtung 86 geschlossen sein, um den Chiller 85 zu deaktivieren, oder kann offen sein, um den Chiller 85 zu aktivieren.
3 zeigt das Wärmepumpen-Teilsystem 48 im Kühlmodus. Im Kühlmodus kann das Kühlmittel-Teilsystem 50 AN oder AUS sein, und der Batteriekühlkreis 100 kann AN oder AUS sein, abhängig von Betriebsbedingungen der Traktionsbatterie 20. Der Verdichter 54 verdichtet das Kältemittel zu einem heißen Dampf, der durch den inaktiven zwischengeschalteten Wärmetauscher 98 zu der Ausdehnungsvorrichtung 80 geleitet wird, die sich in der vollständig offenen Stellung befindet. Der äußere Wärmetauscher 56 fungiert als ein Kondensator, und Wärme wird von dem Kältemittel auf die Außenluft übertragen, was bewirkt, dass das Kältemittel zu einem im Wesentlichen flüssigen Zustand kondensiert. Das Ventil 63 ist geschlossen, und das aus dem äußeren Wärmetauscher 56 austretende Kältemittel bewegt sich die Rohrleitung 68 entlang zu der zweiten Ausdehnungsvorrichtung 82, die sich in der gedrosselten Stellung befindet. Die Ausdehnungsvorrichtung 82 senkt die Temperatur und den Druck des Kältemittels vor einem Eintritt in den inneren Wärmetauscher 58. Der innere Wärmetauscher 58 fungiert als ein Verdampfer und entzieht Wärme aus Luft, die in dem Gehäuse zirkuliert, um die Kabine 40 zu kühlen. Das Kältemittel tritt aus dem inneren Wärmetauscher 58 als ein Dampf aus und zirkuliert durch den Akkumulator 60 und zurück zu dem Verdichter 54. Die Ausdehnungsvorrichtung 86 kann sich, abhängig von dem Betriebszustand der Traktionsbatterie 20, in einer geschlossenen oder gedrosselten Stellung befinden. Wenn sich die Ausdehnungsvorrichtung 86 in der gedrosselten Stellung befindet, fungiert der Batterie-Chiller 85 als ein Verdampfer und übertragt Wärme von dem Batteriekühlkreis 100 zu dem Wärmepumpen-Teilsystem 48.
Das Wärmepumpen-Teilsystem 48 kann außerdem mindestens einen Entfeuchtungsmodus aufweisen, bei dem der Heizungswärmetauscher 90 und der innere Wärmetauscher 58 gleichzeitig betrieben werden. Das Kühlmittel-Teilsystem 50 ist während eines Entfeuchtungsmodus aktiviert, um dem Heizungswärmetauscher 90 erwärmtes Kühlmittel zuzuführen. Im Entfeuchtungsmodus wird Luft in dem Lüftungssystem 41 zuerst über den Verdampfer 58 geblasen, was bewirkt, dass sich die Luft abkühlt und entfeuchtet wird, und wird anschließend über den Heizungswärmetauscher 90 geblasen, um die Luft wieder zu erwärmen, bevor sie in den Fahrgastsitzbereich geleitet wird. Das Wärmepumpen-Teilsystem 48 kann mehrere Entfeuchtungsmodi aufweisen, wie beispielsweise einen parallelen Entfeuchtungsmodus und einen seriellen Entfeuchtungsmodus.
4 zeigt das Wärmepumpen-Teilsystem 48 in einem parallelen Entfeuchtungsmodus. Im parallelen Entfeuchtungsmodus verdichtet der Verdichter 54 das Kältemittel zu einem heißen Dampf, der zu dem zwischengeschalteten Wärmetauscher 98 geleitet wird. Die thermische Energie aus dem Kältemittel wird auf das Kühlmittel übertragen, das durch die Kühlseite des Wärmetauschers 98 zirkuliert, um das Kühlmittel zu erwärmen. Die Pumpe 92 leitet das erwärmte Kühlmittel zu dem Heizungswärmetauscher 90, um die Kabine 40 zu erwärmen. Der zwischengeschaltete Wärmetauscher 98 fungiert als ein Kondensator und bewirkt, dass durchströmendes Kältemittel zu einer Flüssigkeit kondensiert. Als Nächstes strömt ein Teil des Kältemittels durch die erste Ausdehnungsvorrichtung 80, die sich in der gedrosselten Stellung befindet, zu dem äußeren Wärmetauscher 56, der als ein Verdampfer fungiert. Das Magnetventil 62 ist offen, was bewirkt, dass ein Teil des Kältemittels den äußeren Wärmetauscher 56 umgeht und direkt zu der Ausdehnungsvorrichtung 82 strömt. Ein Rückschlagventil 108 verhindert, dass Kältemittel in der Rohrleitung 68 stromauf strömt. Die Ausdehnungsvorrichtung 82 befindet sich in einer gedrosselten Stellung, was bewirkt, dass Temperatur und Druck des Kältemittels vor einem Eintritt in den Verdampfer 58 verringert werden. Das Kältemittel tritt aus dem Verdampfer als ein Dampf aus und wird über die Rohrleitung 70 zu dem Verdichter 54 zurückgeführt. Das Ventil 63 der Umgehungsrohrleitung 72 ist offen, was ermöglicht, dass aus dem äußeren Wärmetauscher austretendes Kältemittel zu der Rohrleitung 70 geleitet wird und den inneren Wärmetauscher 58 umgeht.
5 zeigt das Wärmepumpen-Teilsystem 48 in einem seriellen Entfeuchtungsmodus. In einem seriellen Entfeuchtungsmodus verdichtet der Verdichter 54 das Kältemittel zu einem heißen Dampf, der zu dem zwischengeschalteten Wärmetauscher 98 geleitet wird. Die thermische Energie aus dem Kältemittel wird auf das Kühlmittel übertragen, das durch die Kühlseite des Wärmetauschers 98 zirkuliert, um das Kühlmittel zu erwärmen. Die Pumpe 92 leitet das erwärmte Kühlmittel zu dem Heizungswärmetauscher 90, um die Kabine 40 zu erwärmen. Der zwischengeschaltete Wärmetauscher fungiert als ein Kondensator und bewirkt, dass das Kältemittel zu einer Flüssigkeit kondensiert. Als Nächstes strömt das Kältemittel durch die erste Ausdehnungsvorrichtung, die sich in der gedrosselten Stellung befindet, und zu dem äußeren Wärmetauscher 56, der als ein Verdampfer fungiert. In einem seriellen Entfeuchtungsmodus ist das Ventil 62 geschlossen, wobei das gesamte Kältemittel durch den äußeren Wärmetauscher 56 geleitet wird. Das Kältemittel tritt aus dem äußeren Wärmetauscher 56 in einer gemischten Flüssig/Dampf-Phase aus. Das Ventil 63 ist ebenfalls geschlossen, und das gesamte Kältemittel wird zu der zweiten Ausdehnungsvorrichtung 82 geleitet, die sich in einer gedrosselten Stellung befindet. Als Nächstes zirkuliert das Kältemittel durch den inneren Verdampfer 58 und entfeuchtet dabei Luft, die sich über den inneren Wärmetauscher 58 bewegt. Aus dem Verdampfer 58 austretendes Kältemittel wird über die Rohrleitung 70 zurück zu dem Verdichter 54 geleitet.
In beiden Entfeuchtungsmodi ist die Ausdehnungsvorrichtung 86 geschlossen, und der Batterie-Chiller 85 ist nicht aktiv. Damit der Batterie-Chiller 85 während eines Entfeuchtungsmodus in Betrieb ist, müssten sich alle drei Ausdehnungsvorrichtungen in der gedrosselten Stellung befinden und elektronisch gleichzeitig gesteuert werden. Dies erfordert eine komplexe Steuerlogik, die möglicherweise nicht robust und zuverlässig genug für eine Massenproduktion ist. Ein gleichzeitiges Betreiben von zwei der drei Ausdehnungsvorrichtungen in einer gedrosselten Stellung ist weniger komplex und stellt eine zuverlässigere Lösung dar. Der Batteriekühlkreis 100 weist einen Kühler 104 auf, der die Batterie 20 während eines Entfeuchtungsmodus ausreichend kühlen kann.
6 zeigt einen Ablaufplan 200 zum Betreiben des Wärmepumpen-Teilsystems 48. Das Steuergerät 78 kann Anweisungen zu und von verschiedenen Komponenten des Wärmepumpen-Teilsystems 48 senden und empfangen, um die Schritte des Ablaufplans zu realisieren. Bei Schritt 202 ermittelt das Steuergerät, ob das Wärmepumpen-Teilsystem 48 in einem Entfeuchtungsmodus betrieben wird. Wenn sich das System nicht in einem Entfeuchtungsmodus befindet, wird ein Betrieb des Kühlers 85 bei Schritt 204 gestattet, und die Ausdehnungsvorrichtung 86 wird gemäß den Wärmemanagementprotokollen der Traktionsbatterie 20 geöffnet und geschlossen. Wenn sich das System in einem Entfeuchtungsmodus befindet, geht die Steuerung zu Block 206 über. Bei Block 206 ist die Ausdehnungsvorrichtung 86 geschlossen, um einen Betrieb des Batterie-Chillers 85 zu behindern.
Obwohl vorstehend beispielhafte Ausführungsformen beschrieben werden, ist nicht beabsichtigt, dass diese Ausführungsformen alle möglichen von den Ansprüchen umfassten Formen beschreiben. Die in der Beschreibung verwendeten Wörter dienen eher zur Beschreibung als zur Einschränkung, und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Wesensgehalt und Schutzbereich der Offenbarung abzuweichen. Wie vorstehend beschrieben, können die Merkmale verschiedener Ausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden, die möglicherweise nicht ausdrücklich beschrieben oder veranschaulicht sind. Obwohl verschiedene Ausführungsformen möglicherweise als vorteilhaft oder bevorzugt im Hinblick auf eine oder mehrere erwünschte Eigenschaften gegenüber anderen Ausführungsformen oder Realisierungen nach dem Stand der Technik beschrieben werden, werden Fachleute erkennen, dass ein(e) oder mehrere Merkmale oder Eigenschaften beeinträchtigt sein können, um erwünschte Attribute für ein gesamtes System zu erzielen, die von der speziellen Anwendung und Realisierung abhängen. Zu diesen Eigenschaften können, aber ohne einschränkend zu wirken, Kosten, Festigkeit, Dauerhaftigkeit, Lebenszykluskosten, Vermarktbarkeit, Erscheinungsbild, Unterbringung, Größe, Wartbarkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, Einfachheit der Montage usw. zählen. Daher liegen Ausführungsformen, die in Bezug auf eine oder mehrere Eigenschaften als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen oder Realisierungen nach dem Stand der Technik beschrieben werden, nicht außerhalb des Schutzbereichs der Offenbarung und können für bestimmte Anwendungen wünschenswert sein.
Es wird ferner beschrieben:

A. Fahrzeug, das umfasst: ein Klimasteuerungssystem mit einem Wärmepumpen-Teilsystem, das einen Kabinenkreis mit einem inneren und einem äußeren Wärmetauscher und einen Batteriekreis mit einem Batterie-Chiller und einem Ventil aufweist, das selektiv den Kabinenkreis und den Batterie-Chiller in Strömungsverbindung verbindet, und ein Steuergerät, das derart programmiert ist, dass es als Reaktion darauf, dass sich das Wärmepumpen-Teilsystem in einem Entfeuchtungsmodus befindet, dem Ventil befiehlt, zu schließen, um einen Kältemittelfluss zu dem Batterie-Chiller zu hemmen.
B. Fahrzeug nach A, wobei das Klimasteuerungssystem ferner ein Kühlmittel-Teilsystem aufweist, mithilfe dessen Kühlmittel zwischen einem Heizungswärmetauscher und einem zwischengeschalteten Wärmetauscher zirkuliert, wobei der zwischengeschaltete Wärmetauscher derart eingerichtet ist, dass er Wärme von einem in der Wärmepumpe zirkulierenden Kältemittel auf das Kühlmittel in dem Kühlmittel-Teilsystem überträgt, wenn sich das Wärmepumpen-Teilsystem in einem Heizmodus oder in dem Entfeuchtungsmodus befindet.
C. Fahrzeug nach A, wobei das Klimasteuerungssystem ferner ein Kühlmittel-Teilsystem aufweist, mithilfe dessen Kühlmittel zwischen dem Batterie-Chiller und einer Traktionsbatterie zirkuliert, wobei der Batterie-Chiller derart eingerichtet ist, dass er Wärme von in dem Kühlmittel-Teilsystem zirkulierendem Kühlmittel auf Kältemittel in dem Wärmepumpen-Teilsystem überträgt, wenn die Traktionsbatterie Kühlung benötigt.
D. Fahrzeug nach A, wobei der innere Wärmetauscher in einer Fahrgastkabine des Fahrzeugs angeordnet ist, und der äußere Wärmetauscher in einem Motorraum des Fahrzeugs angeordnet ist.
E. Fahrzeug nach A, wobei der äußere Wärmetauscher derart ausgestaltet ist, dass er während des Entfeuchtungsmodus ein Verdampfer und während eines Kühlmodus ein Kondensator ist.
F. Fahrzeug nach A, wobei das Wärmepumpen-Teilsystem ein Dampfkompressionswärmepumpen-Teilsystem ist.
G. Fahrzeug nach A, wobei das Ventil eine Ausdehnungsvorrichtung ist.
H. Fahrzeug mit einem Klimasteuerungssystem, wobei das Fahrzeug umfasst: ein Wärmepumpen-Teilsystem mit einem Kabinenkreis, der einen inneren und einen äußeren Wärmetauscher und einen Verdichter aufweist, und einem Batteriekreis mit einem Batterie-Chiller und einer ersten betätigbaren Ausdehnungsvorrichtung, die selektiv den Kabinenkreis und den Batterie-Chiller in Strömungsverbindung verbindet, wobei der Kabinenkreis ferner eine zweite betätigbare Ausdehnungsvorrichtung zwischen dem Verdichter und dem äußeren Wärmetauscher und eine dritte betätigbare Ausdehnungsvorrichtung zwischen dem äußeren und dem inneren Wärmetauscher aufweist, und mindestens ein Steuergerät, das derart programmiert ist, dass es als Reaktion darauf, dass sich das Wärmepumpen-Teilsystem in einem Entfeuchtungsmodus befindet, der ersten Ausdehnungsvorrichtung eine geschlossene Stellung befiehlt, um einen Kältemittelfluss zu dem Batterie-Chiller zu hemmen.
I. Fahrzeug nach H, wobei das Steuergerät ferner derart programmiert ist, dass es als Reaktion darauf, dass sich das Wärmepumpen-Teilsystem in dem Entfeuchtungsmodus befindet, der zweiten und dritten Ausdehnungsvorrichtung eine offene Stellung befiehlt.
J. Fahrzeug nach I, wobei die offene Stellung eine zum Teil offene Stellung ist.
K. Fahrzeug nach H, wobei das Steuergerät ferner derart programmiert ist, dass es als Reaktion darauf, dass sich das Wärmepumpen-Teilsystem in dem Entfeuchtungsmodus befindet, der zweiten und dritten Ausdehnungsvorrichtung eine gedrosselte Stellung befiehlt und die gedrosselte Stellung periodisch moduliert.
L. Fahrzeug nach H, wobei das Wärmepumpen-Teilsystem ferner ein erstes Formstück, das den Kabinenkreis und den Batteriekreis in Strömungsverbindung verbindet, und ein zweites Formstück aufweist, das den Kabinenkreis und den Batteriekreis in Strömungsverbindung verbindet, und wobei das erste Formstück zwischen dem äußeren Wärmetauscher und der dritten Ausdehnungsvorrichtung angeordnet ist und das zweite Formstück zwischen dem inneren Wärmetauscher und dem Verdichter angeordnet ist.
M. Fahrzeug nach K, wobei der Batteriekreis eine erste Leitung aufweist, die das erste Formstück und den Chiller verbindet, und wobei sich die erste Ausdehnungsvorrichtung an der ersten Leitung befindet.
N. Fahrzeug nach H, wobei das Klimasteuerungssystem ferner ein Kühlmittel-Teilsystem aufweist, mithilfe dessen Kühlmittel zwischen einem Heizungswärmetauscher und einem zwischengeschalteten Wärmetauscher zirkuliert, und wobei der zwischengeschaltete Wärmetauscher derart eingerichtet ist, dass er Wärme von einem in der Wärmepumpe zirkulierenden Kältemittel auf das Kühlmittel in dem Kühlmittel-Teilsystem überträgt, wenn sich das Wärmepumpen-Teilsystem in einem Heizmodus oder in dem Entfeuchtungsmodus befindet.
O. Fahrzeug nach H, wobei das Klimasteuerungssystem ferner ein Kühlmittel-Teilsystem aufweist, mithilfe dessen Kühlmittel zwischen dem Batterie-Chiller und einer Traktionsbatterie zirkuliert, und wobei der Batterie-Chiller derart eingerichtet ist, dass er Wärme von in dem Kühlmittel-Teilsystem zirkulierendem Kühlmittel auf Kältemittel in dem Wärmepumpen-Teilsystem überträgt, wenn sich die Traktionsbatterie in einem Kühlmodus befindet.
P. Fahrzeug nach H, wobei der innere Wärmetauscher in einer Fahrgastkabine des Fahrzeugs angeordnet ist, und der äußere Wärmetauscher in einem Motorraum des Fahrzeugs angeordnet ist.
Q. Fahrzeug nach H, wobei der äußere Wärmetauscher derart ausgestaltet ist, dass er während des Entfeuchtungsmodus ein Verdampfer und während eines Kühlmodus ein Kondensator ist.
R. Fahrzeug nach H, wobei das Wärmepumpen-Teilsystem ein Dampfkompressionswärmepumpen-Teilsystem ist.
S. Klimasteuerungssystem, das umfasst: ein Wärmepumpen-Teilsystem, das einen Kabinenkreis mit einem inneren und einem äußeren Wärmetauscher und einen Batteriekreis mit einem Batterie-Chiller und einem Ventil aufweist, das selektiv den Kabinenkreis und den Batterie-Chiller in Strömungsverbindung verbindet, und ein Steuergerät, das derart programmiert ist, dass es als Reaktion darauf, dass sich das Wärmepumpen-Teilsystem in einem Entfeuchtungsmodus befindet, dem Ventil befiehlt, zu schließen, um einen Kältemittelfluss zu dem Batterie-Chiller zu hemmen.
T. Klimasteuerungssystem nach S, das ferner ein Kühlmittel-Teilsystem aufweist, mithilfe dessen Kühlmittel zwischen einem Heizungswärmetauscher und einem zwischengeschalteten Wärmetauscher zirkuliert, wobei der zwischengeschaltete Wärmetauscher derart eingerichtet ist, dass er Wärme von einem in der Wärmepumpe zirkulierenden Kältemittel auf das Kühlmittel in dem Kühlmittel-Teilsystem überträgt, wenn sich das Wärmepumpen-Teilsystem in einem Heizmodus oder in dem Entfeuchtungsmodus befindet.

Claims

Fahrzeug, das umfasst: ein Klimasteuerungssystem mit einem Wärmepumpen-Teilsystem, das einen Kabinenkreis mit einem inneren und einem äußeren Wärmetauscher und einen Batteriekreis mit einem Batterie-Chiller und einem Ventil aufweist, das selektiv den Kabinenkreis und den Batterie-Chiller in Strömungsverbindung verbindet, und ein Steuergerät, das derart programmiert ist, dass es als Reaktion darauf, dass sich das Wärmepumpen-Teilsystem in einem Entfeuchtungsmodus befindet, dem Ventil befiehlt, zu schließen, um einen Kältemittelfluss zu dem Batterie-Chiller zu hemmen.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei das Klimasteuerungssystem ferner ein Kühlmittel-Teilsystem aufweist, mithilfe dessen Kühlmittel zwischen einem Heizungswärmetauscher und einem zwischengeschalteten Wärmetauscher zirkuliert, wobei der zwischengeschaltete Wärmetauscher derart eingerichtet ist, dass er Wärme von einem in der Wärmepumpe zirkulierenden Kältemittel auf das Kühlmittel in dem Kühlmittel-Teilsystem überträgt, wenn sich das Wärmepumpen-Teilsystem in einem Heizmodus oder in dem Entfeuchtungsmodus befindet.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei das Klimasteuerungssystem ferner ein Kühlmittel-Teilsystem aufweist, mithilfe dessen Kühlmittel zwischen dem Batterie-Chiller und einer Traktionsbatterie zirkuliert, wobei der Batterie-Chiller derart eingerichtet ist, dass er Wärme von in dem Kühlmittel-Teilsystem zirkulierendem Kühlmittel auf Kältemittel in dem Wärmepumpen-Teilsystem überträgt, wenn die Traktionsbatterie Kühlung benötigt.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei der innere Wärmetauscher in einer Fahrgastkabine des Fahrzeugs angeordnet ist, und der äußere Wärmetauscher in einem Motorraum des Fahrzeugs angeordnet ist.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei der äußere Wärmetauscher derart ausgestaltet ist, dass er während des Entfeuchtungsmodus ein Verdampfer und während eines Kühlmodus ein Kondensator ist.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei das Wärmepumpen-Teilsystem ein Dampfkompressionswärmepumpen-Teilsystem ist.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei das Ventil eine Ausdehnungsvorrichtung ist.