DE102016108571A1

DE102016108571A1 - Wärmemanagementsystem für ein fahrzeug

Info

Publication number: DE102016108571A1
Application number: DE102016108571.5A
Authority: DE
Inventors: Timothy Noah Blatchley; Kenneth J. Jackson
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2015-05-20
Filing date: 2016-05-10
Publication date: 2016-11-24
Also published as: CN106166933A; US20160344075A1

Abstract

Ein Fahrzeug umfasst ein Wärmepumpensubsystem, das dazu ausgelegt ist, Kältemittel durch einen Kondensator und einen Verdampfer zu zirkulieren; und ein Kühlmittelsubsystem. Das Kühlmittelsystem ist dazu ausgelegt, Kühlmittel durch einen Kühler, eine Antriebsstrangkomponente, einen Heizungswärmetauscher und einen Wärmetauscher, der dazu angeordnet ist, Wärme von dem Kältemittel zu dem Kühlmittel zu übertragen, zu zirkulieren. Das Kühlmittelsubsystem überträgt gezielt Wärme von dem Wärmepumpensubsystem zu dem Kühler, um die Kondensationskapazität des Wärmepumpensubsystems zu erhöhen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Wärmemanagementsystem für Kraftfahrzeuge und insbesondere ein Wärmemanagement, das ein Wärmepumpensubsystem und eine Batteriekühlvorrichtung umfasst.
HINTERGRUND
Fahrzeuge, wie etwa Batterieelektrofahrzeuge (BEVs – Battery-Electric Vehicles), Plug-in-Hybridelektrofahrzeuge (PHEVs – Plug-in Hybrid-Electric Vehicles) oder Vollhybridelektrofahrzeuge (FHEVs – Full Hybrid-Electric Vehicles), enthalten eine Traktionsbatterieanordnung, die als eine Energiequelle für das Fahrzeug dient. Die Traktionsbatterie umfasst Komponenten und Systeme zur Unterstützung beim Regeln der Fahrzeugleistung und -betriebsvorgänge. Die Traktionsbatterie umfasst zudem Hochspannungskomponenten. Einige Hybrid- und Elektrofahrzeuge sind mit einem Klimaregelsystem ausgestattet, das ein Wärmepumpensubsystem zum Erwärmen, Kühlen und/oder Entfeuchten eines Fahrzeugraums umfasst.
KURZDARSTELLUNG
Gemäß einer Ausführungsform umfasst ein Fahrzeug ein Wärmepumpensubsystem, das dazu ausgelegt ist, Kältemittel durch einen Kondensator und einen Verdampfer zu zirkulieren; und ein Kühlmittelsubsystem. Das Kühlmittelsystem ist dazu ausgelegt, Kühlmittel durch einen Kühler, eine Antriebsstrangkomponente, einen Heizungswärmetauscher und einen Wärmetauscher, der dazu angeordnet ist, Wärme von dem Kältemittel zu dem Kühlmittel zu übertragen, zu zirkulieren. Das Kühlmittelsubsystem überträgt gezielt Wärme von dem Wärmepumpensubsystem zu dem Kühler, um die Kondensationskapazität des Wärmepumpensubsystems zu erhöhen.
Gemäß einer anderen Ausführungsform umfasst ein Fahrzeug ein Wärmepumpensubsystem mit einem Kältemittel und eine Kühlvorrichtung zum Kühlen einer Batterie. Das Fahrzeug umfasst zudem ein Kühlmittelsubsystem mit einem Kühler, Ventilen und einem Wärmetauscher, der dazu angeordnet ist, Wärme gezielt von dem Wärmepumpensubsystem zu dem Kühlmittelsubsystem zu übertragen. Eine Steuerung ist dazu programmiert, mindestens eines der Ventile derart zu betreiben, dass Wärme von dem Wärmepumpensubsystem zu dem Kühler in Reaktion darauf zirkuliert wird, dass das Kältemittel tatsächlich oder voraussichtlich einen Schwellendruck übersteigt.
Gemäß noch einer anderen Ausführungsform umfasst ein Fahrzeug ein Wärmepumpensubsystem, das dazu ausgelegt ist, Kältemittel durch einen internen Wärmetauscher, einen externen Wärmetauscher und eine Batteriekühlvorrichtung zu zirkulieren. Das Fahrzeug umfasst zudem ein Kühlmittelsubsystem, das dazu ausgelegt ist, Kühlmittel durch einen Kühler, eine Antriebsstrangkomponente, einen Heizungswärmetauscher, Ventile und einen Wärmetauscher zu zirkulieren, wobei der Wärmetauscher dazu angeordnet ist, Wärme gezielt von dem Kältemittel zu dem Kühlmittel zu übertragen. Eine Steuerung ist dazu programmiert, die Ventile derart zu betreiben, dass der Kühler und der Wärmetauscher in Reaktion darauf thermisch getrennt sind, dass sich das Fahrzeug in einem ersten Betriebsmodus befindet, und ist dazu programmiert, die Ventile derart zu betreiben, dass das Kühlmittel von dem Wärmetauscher zu dem Kühler zirkuliert, damit Wärme von dem Wärmepumpensubsystem zu dem Kühler in Reaktion darauf übertragen werden kann, dass sich das Fahrzeug in einem zweiten Betriebsmodus befindet.
Gemäß einer anderen Ausführungsform umfasst ein Fahrzeug eine Traktionsbatterie und ein Wärmepumpensubsystem mit einem Kältemittel und einer Kühlvorrichtung zum Kühlen der Batterie. Das Fahrzeug umfasst zudem ein Kühlmittelsubsystem mit einem Kühler, Ventilen und einem Wärmetauscher, der dazu angeordnet ist, Wärme gezielt von dem Wärmepumpensubsystem zu dem Kühlmittelsubsystem zu übertragen. Ein Ladeanschluss ist an dem Fahrzeug bereitgestellt und ist über Schaltungen mit der Traktionsbatterie elektrisch verbunden. Eine Steuerung ist dazu programmiert, mindestens eines der Ventile derart zu betreiben, dass Wärme von dem Wärmepumpensubsystem zu dem Kühler in Reaktion darauf zirkuliert wird, dass Strom in den Schaltungen einen Schwellenwert übersteigt.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Darstellung eines Hybridelektrofahrzeugs.
2 ist eine schematische Darstellung mindestens eines Wärmemanagementsystems des Fahrzeugs.
3 ist eine schematische Darstellung mindestens eines Wärmemanagementsystems des Fahrzeugs gemäß einer anderen Ausführungsform.
4 stellt das Wärmemanagementsystem aus 2 in einem Batteriekühlmodus gemäß einer ersten Routine dar.
5 stellt das Wärmemanagementsystem aus 2 in einem Batteriekühlmodus gemäß einer zweiten Routine dar.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Hier werden Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich Beispiele sind und andere Ausführungsformen verschiedene und alternative Formen annehmen können. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstabsgetreu; einige Merkmale können übertrieben oder minimiert sein, um Details besonderer Komponenten zu zeigen. Die speziellen strukturellen und funktionalen Details, die hier offenbart werden, sollen deshalb nicht als einschränkend interpretiert werden, sondern lediglich als eine repräsentative Basis, um einen Fachmann zu lehren, wie die vorliegende Erfindung auf verschiedene Weise einzusetzen ist. Für den Durchschnittsfachmann versteht es sich, dass verschiedene Merkmale, die unter Bezugnahme auf eine beliebige der Figuren dargestellt und beschrieben werden, mit Merkmalen kombiniert werden können, die in einer oder mehreren anderen Figuren dargestellt sind, um Ausführungsformen zu schaffen, die nicht explizit dargestellt oder beschrieben werden. Die Kombinationen von veranschaulichten Merkmalen stellen repräsentative Ausführungsformen für typische Anwendungen bereit. Verschiedene Kombinationen und Modifikationen der Merkmale, die mit den Lehren dieser Offenbarung übereinstimmen, könnten allerdings für bestimmte Anwendungen oder Umsetzungsformen erwünscht sein. Wie hier verwendet, kann sich eine Steuerung auf eine oder mehrere Steuerungen beziehen.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines beispielhaften Plug-in-Hybridelektrofahrzeugs (PHEV – Plug-in Hybrid-Electric Vehicle). Bestimmte Ausführungsformen können jedoch auch im Zusammenhang mit Nicht-Plug-in-Hybriden und Vollelektrofahrzeugen implementiert werden. Das Fahrzeug 12 umfasst eine oder mehrere elektrische Maschinen 14, die mit einem Hybridgetriebe 16 mechanisch verbunden sind. Die elektrischen Maschinen 14 können als ein Motor oder als ein Generator betrieben werden. Zusätzlich kann das Hybridgetriebe 16 mit einer Kraftmaschine 18 mechanisch verbunden sein. Das Hybridgetriebe 16 kann auch mit einer Antriebswelle 20 mechanisch verbunden sein, die mit den Rädern 22 mechanisch verbunden ist. Die elektrischen Maschinen 14 können eine Antriebs- und Verlangsamungsleistung bereitstellen, wenn die Kraftmaschine 18 ein- oder ausgeschaltet ist. Die elektrischen Maschinen 14 dienen auch als Generatoren und können Vorteile hinsichtlich der Kraftstoffwirtschaftlichkeit bereitstellen, indem sie Energie durch ein Rekuperationsbremsen zurückgewinnen. Die elektrischen Maschinen 14 reduzieren Schadstoffemissionen und erhöhen die Kraftstoffwirtschaftlichkeit durch Reduzieren der Arbeitsbelastung der Kraftmaschine 18.
Eine Traktionsbatterie oder ein Batteriesatz 24 speichert Energie, die von den elektrischen Maschinen 14 verwendet werden kann. Die Traktionsbatterie 24 stellt in der Regel eine Hochspannungsgleichstromausgabe von einer oder mehreren Batteriezellenarrays, manchmal als Batteriezellenstapel bezeichnet, innerhalb der Traktionsbatterie 24 bereit. Die Batteriezellenarrays können eine oder mehrere Batteriezellen umfassen.
Die Traktionsbatterie 24 kann mit einem oder mehreren Leistungselektronikmodulen 26 durch ein oder mehrere Schütze (nicht dargestellt) elektrisch verbunden sein. Das eine oder die mehreren Schütze isolieren im geöffneten Zustand die Traktionsbatterie 24 von anderen Komponenten und verbinden im geschlossenen Zustand die Traktionsbatterie 24 mit anderen Komponenten. Das Leistungselektronikmodul 26 kann mit den elektrischen Maschinen 14 elektrisch verbunden sein und kann die Fähigkeit zur bidirektionalen Übertragung von elektrischer Energie zwischen der Traktionsbatterie 24 und den elektrischen Maschinen 14 bereitstellen. Zum Beispiel kann eine typische Traktionsbatterie 24 eine Gleichspannung bereitstellen, während die elektrischen Maschinen 14 möglicherweise eine Dreiphasenwechselspannung benötigen können, um zu funktionieren. Das Leistungselektronikmodul 26 kann die Gleichspannung in eine Dreiphasenwechselspannung umwandeln, wie er von den elektrischen Maschinen 14 benötigt wird. In einem Rekuperationsmodus kann das Leistungselektronikmodul 26 die Dreiphasenwechselspannung von den als Generatoren dienenden elektrischen Maschinen 14 in die von der Traktionsbatterie 24 benötigte Gleichspannung umwandeln. Die Beschreibung hier ist gleichermaßen auf ein Vollelektrofahrzeug anwendbar. Bei einem Vollelektrofahrzeug kann das Hybridgetriebe 16 ein Getriebekasten sein, der mit einer elektrischen Maschine 14 verbunden ist, wobei die Kraftmaschine 18 nicht vorhanden ist.
Zusätzlich zum Bereitstellen von Energie für den Antrieb kann die Traktionsbatterie 24 Energie für andere elektrische Fahrzeugsysteme bereitstellen. Ein typisches System kann ein Gleichspannungswandlermodul 28 umfassen, das die Hochspannungsgleichstromausgabe der Traktionsbatterie 24 in eine Niederspannungsgleichstromversorgung umwandelt, die mit anderen Fahrzeugkomponenten kompatibel ist. Andere Hochspannungsverbraucher, wie zum Beispiel Verdichter und elektrische Heizungen, können direkt mit der Hochspannungsversorgung ohne Verwendung eines Gleichspannungswandlermoduls 28 verbunden sein. In einem typischen Fahrzeug sind die Niederspannungssysteme mit einer Hilfsbatterie 30 (z. B. einer 12-Volt-Batterie) elektrisch verbunden.
Ein Batterieenergiesteuermodul (BECM – Battery Energy Control Module) 33 kann mit der Traktionsbatterie 24 in Verbindung stehen. Das BECM 33 kann als eine Steuerung für die Traktionsbatterie 24 dienen und kann zudem ein elektronisches Überwachungssystem umfassen, das die Temperatur und den Ladezustand jeder der Batteriezellen steuert. Die Traktionsbatterie 24 kann einen Temperatursensor 31 aufweisen, wie etwa einen Thermistor oder ein anderes Temperaturanzeiger. Der Temperatursensor 31 kann mit dem BECM 33 in Verbindung stehen, um Temperaturdaten bezüglich der Traktionsbatterie 24 bereitzustellen.
Das Fahrzeug 12 kann von einer externen Leistungsquelle 36 wieder aufgeladen werden. Die externe Leistungsquelle 36 kann ein Stromversorgungsnetz sein. Die externe Leistungsquelle 36 ist mit einer Elektrofahrzeugversorgungsanlage (EVSE – Electric Vehicle Supply Equipment) 38 elektrisch verbunden. Die EVSE 38 kann Schaltungen und Steuerungen zum Regeln und Steuern der Übertragung von elektrischer Energie zwischen der Leistungsquelle 36 und dem Fahrzeug 12 bereitstellen. Die externe Leistungsquelle 36 kann der EVSE 38 elektrische Gleichstrom- oder Wechselstromleistung bereitstellen. Die EVSE 38 kann ein Ladeverbindungselement 40 zum Einstecken in einen Ladeanschluss 34 des Fahrzeugs 12 aufweisen. Der Ladeanschluss 34 kann jeder Anschlusstyp sein, der dazu ausgelegt ist, Leistung von der EVSE 38 zum Fahrzeug 12 zu übertragen. Der Ladeanschluss 34 kann mit einem Ladegerät oder einem fahrzeuginternen Leistungswandlungsmodul 32 elektrisch verbunden sein. Das Leistungswandlungsmodul 32 kann die von der EVSE 38 gelieferte Leistung aufbereiten, um der Traktionsbatterie 24 die richtigen Spannungs- und Strompegel bereitzustellen. Das Leistungswandlungsmodul 32 kann mit der EVSE 38 verbunden sein, um die Lieferung von Leistung an das Fahrzeug 12 zu koordinieren. Das EVSE-Verbindungselement 40 kann Stifte aufweisen, die mit zugehörigen Vertiefungen des Ladeanschlusses 34 zusammenpassen.
Das Fahrzeug 12 kann mehrere unterschiedliche Lademodi in Abhängigkeit von dem Typ und der Leistungskapazität der EVSE 38 aufweisen. Beispielsweise kann das Fahrzeug 12 einen langsamen Lademodus aufweisen, der verwendet wird, wenn die EVSE 38 eine Leistungsquelle mit 110 Volt ist. Das Fahrzeug 12 kann einen weiteren Lademodus aufweisen, der verwendet wird, wenn die EVSE 38 eine Leistungsquelle mit 220 Volt ist.
Das Fahrzeug 12 kann eine Ausstattung aufweisen, die für einen Schnelllademodus ausgelegt ist. Beispielsweise kann das Fahrzeug 12 einen Schnellladeanschluss 35 aufweisen, der mit einem Schnellladeverbindungselement 41 verbindbar ist. Das Verbindungselement 41 kann ein Kabel aufweisen, das mit einer Ladestation 43 verbunden ist. Die Ladestation 43 kann eine Gleichstromstation sein, die dazu ausgelegt ist, Hochspannung und Hochstrom an den Batteriesatz 24 zu liefern. Beispielsweise kann die Ladestation 400 Volt und mehr liefern. In einer Ausführungsform kann das Verbindungselement 41 vom Typ SAE J1772 Combo sein. Die Lademodi mit höherer Spannung ermöglichen ein schnelleres Laden des Fahrzeugs, da die Batterien 24 mit einer größeren Strommenge versorgt werden. Durch die größere Strommenge wird während der Lademodi mit höherer Spannung eine größere Wärme erzeugt. In einigen der Lademodi, wie etwa beim Schnellladen, müssen die Batterien aktiv gekühlt werden, um ein Überhitzen zu verhindern.
Die verschiedenen diskutierten Komponenten können eine oder mehrere Steuerungen aufweisen, um den Betrieb der Komponenten zu steuern und zu überwachen. Die Steuerungen können über einen seriellen Bus (z. B. Controller Area Network (CAN)) oder über dedizierte elektrische Leitungen kommunizieren. Die Steuerung umfasst im Allgemeinen jegliche Anzahl von Mikroprozessoren, ASICs, ICs, Speicher (z. B. FLASH, ROM, RAM, EPROM und/oder EEPROM) und Softwarecode, die zusammenwirken, um eine Reihe von Betriebsvorgängen auszuführen. Die Steuerung umfasst zudem vorbestimmte Daten oder „Verweistabellen“, die auf Berechnungen und Testdaten basieren und innerhalb des Speichers gespeichert sind. Die Steuerung kann mit anderen Fahrzeugsystemen und Steuerungen über eine oder mehrere kabelgebundene oder kabellose Fahrzeugverbindungen mithilfe von üblichen Busprotokollen (z. B. CAN und LIN) kommunizieren. Wie hier verwendet, kann sich ein Verweis auf „eine Steuerung“ auf eine oder mehrere Steuerungen beziehen.
Die Traktionsbatterie 24 und andere Fahrzeugkomponenten sind mit einem oder mehreren Wärmemanagementsystemen thermisch geregelt. Beispielhafte Wärmemanagementsysteme sind in den Figuren gezeigt und unten beschrieben. Unter Bezugnahme auf 2 umfasst das Fahrzeug 12 einen Fahrzeuginnenraum und einen Kraftmaschinenraum, die durch eine Trennwand getrennt sind. Teile der verschiedenen Wärmemanagementsysteme können sich in dem Kraftmaschinenraum und/oder dem Fahrzeuginnenraum befinden. Das Fahrzeug 12 umfasst ein Klimaregelsystem 50 mit einem Wärmepumpensubsystem 52, einem Heizsubsystem 54 und einem Lüftungssubsystem 56. Das Lüftungssubsystem 56 kann innerhalb des Armaturenbretts des Fahrzeuginnenraums angeordnet sein. Das Lüftungssubsystem 56 umfasst ein Gehäuse 58, das eine Lufteinlass- und eine Lufteinlassseite aufweist. Die Auslassseite ist mit Kanälen verbunden, die austretende Luft in den Fahrzeuginnenraum verteilen. Ein Gebläsemotor treibt einen Lüfter zum Zirkulieren von Luft in dem Lüftungssystem 56 an.
Ein Wärmepumpensubsystem 52 kann ein Dampfkompressionswärmepumpensubsystem sein, das ein Kältemittel zirkuliert, das thermische Energie an verschiedene Komponenten des Klimaregelsystems 50 überträgt. Das Wärmepumpensubsystem 52 kann eine Fahrzeuginnenraumschleife 60 mit einem Kompressor 64, einem externen Wärmetauscher 66 (z. B. Kondensator), einem internen Wärmetauscher 68 (z. B. Verdampfer), einem Akkumulator 70, Verbindungsstücken, Ventilen und Expansionsvorrichtungen umfassen. Der Kondensator 66 kann sich hinter dem Grill nahe der Fahrzeugfront befinden, und der Verdampfer 68 kann innerhalb des Gehäuses 58 angeordnet sein. Es versteht sich, dass als „Kondensatoren“ bezeichnete Wärmetauscher in einigen Modi auch als ein Verdampfer dienen können, und als „Verdampfer“ bezeichnete Wärmetauscher in einigen Modi auch als ein Kondensator dienen können.
Die Fahrzeuginnenraumschleifenkomponenten sind in einer geschlossenen Schleife durch mehrere Leitungen, Rohre, Schläuche oder Rohrleitungen verbunden. Beispielsweise verbindet eine erste Leitung 84 den Kompressor 64 und den Kondensator 66 in Fluidverbindung, eine zweite Leitung 86 verbindet den Kondensator 66 mit einem Ventil 98, eine dritte Leitung 88 verbindet das Ventil 98 und den Verdampfer 68 in Fluidverbindung, und eine vierte Leitung 94 verbindet den Verdampfer 68 und den Kompressor 64 in Fluidverbindung. Eine erste Umgehungsleitung 92 ist zwischen dem Ventil 98 und der Leitung 94 verbunden. Das Ventil 98 kann ein Magnetventil sein, das geöffnet und geschlossen werden kann, um entweder die Leitung 88 oder die Leitung 92 mit Kältemittel zu versorgen, in Abhängigkeit von dem Betriebsmodus des Wärmepumpensubsystems 52. Beispielsweise wird Kältemittel in die Leitung 88 und nicht in die Leitung 92 zirkuliert, wenn die Klimaanlage eingeschaltet ist. Das Ventil 98 kann mit einer Steuerung 100 in Verbindung stehen.
Eine erste Expansionsvorrichtung 76 kann an der Leitung 84 angeordnet sein und eine zweite Expansionsvorrichtung 78 kann an der Leitung 88 angeordnet sein. Die Expansionsvorrichtungen sind dazu ausgelegt, den Druck und die Temperatur des Kältemittels in dem Wärmepumpensubsystem 52 zu ändern. Die Expansionsvorrichtungen können einen elektronischen Aktuator umfassen, der durch die Steuerung 100 gesteuert ist. Die Steuerung 100 kann den Aktuator instruieren, die Expansionsvorrichtung in einer weit geöffneten Position, einer vollständig geschlossenen Position oder einer gedrosselten Position zu positionieren. Die gedrosselte Position ist eine teilweise geöffnete Position, in der die Steuerung die Größe der Ventilöffnung moduliert, um den Durchfluss durch die Expansionsvorrichtung zu regeln. Die Steuerung 100 und die Expansionsvorrichtungen können dazu ausgelegt sein, die gedrosselte Position in Reaktion auf Betriebsbedingungen des Systems kontinuierlich oder periodisch zu modulieren. Durch Drosseln der Position der Expansionsvorrichtung kann die Steuerung den Durchfluss, den Druck, die Temperatur und den Zustand des Kältemittels nach Bedarf regeln.
Das Wärmepumpensubsystem 52 umfasst zudem eine Batterieschleife 62 mit einer Kühlvorrichtung 102 und einer dritten Expansionsvorrichtung 80. Die Batterieschleife 62 kann eine Versorgungsleitung 90 umfassen, die mit der Leitung 88 an dem Verbindungsstück 104 verbunden ist und mit der Kühlvorrichtung 102 verbunden ist. Die Expansionsvorrichtung 80 kann sich auf der Versorgungsleitung 90 befinden. Die Expansionsvorrichtung 80 kann ähnlich zu den Expansionsvorrichtungen 76 und 78 sein. Eine Rückleitung 96 verbindet die Batteriekühlvorrichtung 102 und die Leitung 94 in Fluidverbindung. Die Rückleitung 96 kann mit der Leitung 94 über das Verbindungsstück 106 verbunden sein. Ein Rückschlagventil 82 verhindert, dass Kältemittel von der Batteriekühlvorrichtung in den Verdampfer 68 fließt.
Das Heizsubsystem 54 kann einen Heizungswärmetauscher 110, eine Pumpe 112, ein Ventil 114, eine Heizung 118 und Leitungen 116 umfassen, die eine geschlossene Schleife zum Zirkulieren von Kühlmittel, z. B. einer Äthylenglykolmischung, bilden. Bei einem Hybridfahrzeug ist das Heizsubsystem 54 in Fluidverbindung mit einer internen Brennkraftmaschine (nicht gezeigt). Das Heizsubsystem 54 ist dazu ausgelegt, während eines Heizmodus des Klimaregelsystems 50 erhitztes Kühlmittel zu dem Heizungswärmetauscher zu zirkulieren. Das Kühlmittel kann durch Extrahieren von Wärme aus dem Wärmepumpensubsystem 52, der Heizung 118 oder einer Kraftmaschine (sofern zutreffend) erhitzt werden. Der Heizungswärmetauscher 110 ist innerhalb des Lüftungssystems 56 angeordnet. Ein oder mehrere Lüfter des Lüftungssystems zirkulieren Luft über und durch den Heizungswärmetauscher 110, um warme Luft in dem Fahrzeuginnenraum bereitzustellen.
Das Heizsubsystem 54 kann Wärme aus dem Wärmepumpensubsystem 52 über einen Zwischenwärmetauscher 74 extrahieren, um den Fahrzeuginnenraum zu heizen. Der Zwischenwärmetauscher 74 kann ein Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher sein. Der Zwischenwärmetauscher 74 erleichtert die Übertragung von thermischer Energie zwischen dem Heizsubsystem 54 und dem Wärmepumpensubsystem 52. Der Zwischenwärmetauscher 74 kann Teil des Heizsubsystems 54, des Wärmepumpensubsystems 52 oder von beiden sein. Der Zwischenwärmetauscher 74 kann jede geeignete Auslegung aufweisen. Beispielsweise kann der Zwischenwärmetauscher 74 eine Plattenlamellen-, Röhrenlamellen- oder Röhrenbündelauslegung aufweisen, die die Übertragung von thermischer Energie ohne Vermischen der Wärmeübertragungsfluide erleichtert. Der Zwischenwärmetauscher 74 kann mit der ersten Leitung 84 der Wärmepumpe 52 verbunden sein und mit einer der Leitungen 116 des Heizsubsystems 54 verbunden sein.
Eine Batteriekühlschleife 126 regelt die Temperatur der Traktionsbatterie 24 und ist in Fluidverbindung mit der Kühlvorrichtung 102. Die Batteriekühlschleife 126 kann einen Kühler 128, eine Pumpe 130 und mehrere Leitungen 132 umfassen, die eine geschlossene Kühlschleife für die Traktionsbatterie 24 bilden. Ein Lüfter (nicht gezeigt) kann an den Kühler 128 und an andere Wärmetauscher angrenzend angeordnet sein, um die Wärmeübertragung zwischen der Luft und den verschiedenen Wärmetauschern im Fahrzeug zu erleichtern. Der Lüfter kann hinter dem Grill des Fahrzeugs angeordnet sein. Die Leitungen 132 umfassen mindestens ein Ventil 134, das dazu angeordnet ist, Kühlmittel zu dem Kühler 128 und/oder der Kühlvorrichtung 102 in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen zu zirkulieren. Die Batteriekühlschleife 126 kann unabhängig von dem Klimaregelsystem 50 arbeiten und ist in der Lage, Wärme von der Traktionsbatterie 24 über den Kühler 128 abzugeben. Die Batteriekühlschleife 126 kann zudem zusammen mit dem Klimaregelsystem 50 arbeiten, um Wärme mithilfe der Batteriekühlvorrichtung 102 abzugeben. In den meisten Ausführungsformen hat die Kühlvorrichtung eine höhere Kühlkapazität als der Kühler und wird während Arbeitszyklen mit höherer Belastung verwendet. Der Kühler kann jedoch für Arbeitszyklen mit niedrigerer Belastung oder wenn die Umgebungslufttemperatur kühler ist, z. B. im Winter, allein verwendet werden.
Die Batteriekühlvorrichtung 102 erleichtert die Übertragung von thermischer Energie zwischen dem Wärmepumpensubsystem 52 und der Batteriekühlschleife 126. Die Batteriekühlvorrichtung 102 kann jede geeignete Auslegung aufweisen. Beispielsweise kann die Kühlvorrichtung 102 eine Plattenlamellen-, Röhrenlamellen- oder Röhrenbündelauslegung aufweisen, die das Übertragen thermischer Energie ohne Vermischen der Wärmeübertragungsfluide in der Batteriekühlschleife 126 und dem Wärmepumpensubsystem 52 erleichtert.
Das Fahrzeug 12 kann andere Kühlsubsysteme für verschiedene andere Wärme erzeugende Komponenten umfassen. Beispielsweise kann das Fahrzeug 12 ein Antriebsstrangkühlsubsystem 136 umfassen. Das Subsystem 136 kann eine Pumpe 138, einen Kühler 140, eine erste Antriebsstrangkomponente 142 (z. B. eine Transaxle oder ein Getriebe), eine zweite Antriebsstrangkomponente 144 (z. B. eine Leistungselektronikkomponente) und Leitungen 146 umfassen, die dazu angeordnet sind, die Systemkomponenten in einer geschlossenen Kühlschleife zu verbinden. Das Antriebsstrangkühlsubsystem 136 kann ein Kühlmittel (z. B. eine Äthylenglykolmischung) zirkulieren.
Das Heizsubsystem 54 kann in Fluidverbindung mit dem Antriebsstrangkühlsubsystem 136 sein. Beispielsweise verbindet eine Versorgungsleitung 150 das Ventil 114 mit den Leitungen 146, um gezielt Kühlmittel von dem Heizsubsystem 54 zu dem Antriebsstrangkühlsubsystem 136 zu zirkulieren. Die Versorgungsleitung 150 kann mit dem Heizsubsystem 54 an einer Stelle stromabwärts von dem Wärmetauscher 74 verbunden sein und mit dem Antriebsstrangkühlsubsystem 136 an einer Stelle stromaufwärts von dem Kühler 140 verbunden sein. Eine Rückleitung 152 verbindet ein Ventil 148 mit Leitungen 116, um gezielt Kühlmittel von dem Antriebsstrangkühlsubsystem 136 zu dem Heizsubsystem 54 zu zirkulieren. Die Rückleitung 154 kann mit dem Antriebsstrangkühlsubsystem 136 an einer Stelle stromabwärts von dem Kühler 140 verbunden sein und mit dem Heizsubsystem 54 an einer Stelle stromaufwärts von dem Wärmetauscher 74 verbunden sein. Die Ventile 114, 148 können Magnetventile sein, die elektrisch durch die Steuerung 100 gesteuert sind. Die Ventile sind betätigbar, um die Zirkulation des Kühlmittels zwischen dem Heizsubsystem 54 und dem Antriebsstrangkühlsubsystem 136 zu steuern. Wenn beispielsweise die Ventile in einer ersten Position sind, zirkuliert Kühlmittel innerhalb des Heizsubsystems 54 und des Antriebsstrangkühlsubsystems 136 unabhängig voneinander, und der Kühler 140 und der Wärmetauscher 74 sind thermisch voneinander getrennt. Wenn die Ventile in der zweiten Position sind, zirkuliert Kühlmittel innerhalb des Heizsystems 54 in das Antriebsstrangkühlsubsystem 136 derart, dass thermische Energie von dem Wärmetauscher 74 zu dem Kühler 140 zur Ableitung übertragen wird.
Unter Bezugnahme auf 3 umfasst ein Fahrzeug 200 ein Klimaregelsystem 202 mit einem Wärmepumpensubsystem 204, einem Heizsubsystem 206 und einem Lüftungssystem 208. Der Kürze halber werden einige Merkmale, die dem Fahrzeug 12 ähnlich sind, nicht noch einmal diskutiert. Das Wärmepumpensubsystem 204 kann ein Dampfkompressionswärmepumpensubsystem sein, das ein Kältemittel zirkuliert, das thermische Energie an verschiedene Komponenten des Klimaregelsystems 202 überträgt. Das Wärmepumpensubsystem 204 kann eine Fahrzeuginnenraumschleife 210 mit einem Kompressor 212, einem externen Wärmetauscher 214 (z. B. Kondensator), einem internen Wärmetauscher 216 (z. B. Verdampfer), einem Akkumulator, Verbindungsstücken, Ventilen und Expansionsvorrichtungen umfassen. Die Fahrzeuginnenraumschleifenkomponenten sind in einer geschlossenen Schleife durch mehrere Leitungen, Rohre, Schläuche oder Rohrleitungen verbunden. Beispielsweise verbindet eine erste Leitung 218 den Kompressor 212 und den Kondensator 214 in Fluidverbindung, eine zweite Leitung 220 verbindet den Kondensator 214 mit einem Ventil 222, eine dritte Leitung 224 verbindet das Ventil 222 und den Verdampfer 216 in Fluidverbindung, und eine vierte Leitung 226 verbindet den Verdampfer 216 und den Kompressor 212 in Fluidverbindung. Eine erste Umgehungsleitung 228 ist zwischen dem Ventil 222 und der Leitung 226 verbunden. Das Ventil 222 kann ein Magnetventil sein, das geöffnet und geschlossen werden kann, um entweder die Leitung 224 oder die Leitung 228 mit Kältemittel zu versorgen, in Abhängigkeit von dem Betriebsmodus des Wärmepumpensubsystems 52. Beispielsweise wird Kältemittel in die Leitung 224 und nicht in die Leitung 228 zirkuliert, während die Klimaanlage eingeschaltet ist. Das Ventil 222 kann mit einer Steuerung 230 in Verbindung stehen.
Eine erste Expansionsvorrichtung 232 kann an der Leitung 218 angeordnet sein und eine zweite Expansionsvorrichtung 234 kann an der Leitung 224 angeordnet sein. Die Expansionsvorrichtungen sind dazu ausgelegt, den Druck und die Temperatur des Kältemittels des Wärmepumpensubsystems 204 zu ändern. Die Expansionsvorrichtungen können einen elektronischen Aktuator umfassen, der durch der Steuerung 230 gesteuert ist.
Das Wärmepumpensubsystem 204 umfasst zudem eine Batterieschleife 236 mit einer Kühlvorrichtung 238 und einer dritten Expansionsvorrichtung 240. Die Batterieschleife 236 kann eine Versorgungsleitung 242 umfassen, die mit der Leitung 224 an dem Verbindungsstück 244 verbunden ist und mit der Kühlvorrichtung 238 verbunden ist. Die Expansionsvorrichtung 240 kann sich auf der Versorgungsleitung 242 befinden. Eine Rückleitung 246 verbindet die Batteriekühlvorrichtung 238 und die Leitung 226 in Fluidverbindung. Die Rückleitung 246 kann mit der Leitung 226 über das Verbindungsstück 248 verbunden sein. Ein Rückschlagventil 250 kann mit der Leitung 226 verbunden sein, um zu verhindern, dass Kältemittel von der Batteriekühlvorrichtung 238 in den Verdampfer 216 fließt.
Das Heizsubsystem 206 kann einen Heizungswärmetauscher 252, eine Pumpe 254, ein Ventil 256, eine Heizung 258 und Leitungen 260 umfassen, die eine geschlossene Schleife zum Zirkulieren von Kühlmittel bilden. Bei einem Hybridfahrzeug ist das Heizsubsystem 206 in Fluidverbindung mit einer internen Brennkraftmaschine (nicht gezeigt). Das Heizsubsystem 206 ist dazu ausgelegt, während eines Heizmodus des Klimaregelsystems 202 erhitztes Kühlmittel zu dem Heizungswärmetauscher 252 zu zirkulieren. Der Heizungswärmetauscher 252 ist innerhalb des Lüftungssystems 208 angeordnet.
Das Heizsubsystem 206 kann Wärme aus dem Wärmepumpensubsystem 204 über einen Zwischenwärmetauscher 262 extrahieren, um den Fahrzeuginnenraum zu heizen. Der Zwischenwärmetauscher 262 kann ein Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher sein. Der Zwischenwärmetauscher 262 erleichtert die Übertragung von thermischer Energie zwischen dem Heizsubsystem 206 und dem Wärmepumpensubsystem 204. Der Zwischenwärmetauscher 262 kann mit der ersten Leitung 218 der Wärmepumpe 204 verbunden sein und mit einer der Leitungen 260 des Heizsubsystems 206 verbunden sein.
Ein Batteriekühlsubsystem 264 regelt die Temperatur der Traktionsbatterie 266 und ist in Fluidverbindung mit der Kühlvorrichtung 238. Das Batteriekühlsubsystem 264 kann einen Kühler 268, eine Pumpe 270 und mehrere Leitungen 272 umfassen, die eine geschlossene Kühlschleife für die Traktionsbatterie 266 bilden. Die Leitungen 272 umfassen mindestens ein Ventil 274, das dazu angeordnet ist, Kühlmittel zu dem Kühler 268 und/oder der Kühlvorrichtung 238 in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen zu zirkulieren. Das Batteriekühlsubsystem 264 kann gezielt mit dem Heizsubsystem 206 über Leitungen und Ventile derart verbunden sein, dass Wärme gezielt von dem Wärmepumpensubsystem zu dem Kühler 268 übertragen werden kann, um die Kondensationskapazität des Wärmepumpensubsystems zu erhöhen. Eine erste Verbindungsleitung 276 kann eine Verbindung zwischen dem Ventil 256 an der Wärmepumpe 204 und dem Ventil 278 an dem Batteriekühlsubsystem 264 herstellen. Eine zweite Verbindungsleitung 280 stellt eine Verbindung zwischen einer der Leitungen 260 der Wärmepumpe 204 und einer der Leitungen 272 des Batteriekühlsubsystems 264 her.
Die verschiedenen Wärmemanagementsysteme und Klimaregelsysteme des Fahrzeugs können in mehreren unterschiedlichen Betriebsmodi arbeiten. Beispielsweise kann das Klimaregelsystem im Heizmodus, Klimamodus, Entfeuchtungsmodus arbeiten oder ausgeschaltet sein. Ebenso können die Wärmemanagementsysteme in mehreren unterschiedlichen Kühlroutinen in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen der verschiedenen Fahrzeugkomponenten, die ein Kühlen erfordern, arbeiten.
4 stellt ein Fahrzeug 12 mit dem Wärmepumpensubsystem 52 in einer von vielen möglichen Kühlroutinen dar. In dieser Routine ist das Heizsubsystem 54 ausgeschaltet und das Antriebsstrangkühlsubsystem 136 ist ein- oder ausgeschaltet. Die fettgedruckten Linien zeigen Leitungen an, die während dieser Routine aktiv sind. Das Batteriekühlsystem 126 wird über die Kühlvorrichtung 102 gekühlt, der Batteriesatz 24 kann jedoch in anderen Routinen über den Kühler 128 gekühlt werden. Das Wärmepumpensubsystem 52 wird durch einen Kompressor 64 angetrieben, der das Kältemittel durch Druck in einen heißen Dampf umwandelt. (Wie hier verwendet, sind die Begriffe „heiß“, „kalt“, „hoch“ oder „niedrig“ relative Begriffe und bezeichnen keine bestimmten Temperatur- oder Druckwerte.) Das Kältemittel tritt aus dem Kompressor 64 über die Leitung 84 aus und wandert durch den Wärmetauscher 74 (der inaktiv ist) zu der Expansionsvorrichtung 76, die sich in der weit geöffneten Position befindet. Der externe Wärmetauscher 66 dient als ein Kondensator, und Wärme wird von dem Kältemittel zu der Außenluft übertragen, wodurch das Kältemittel in einen im Wesentlichen flüssigen Zustand kondensiert. Das Ventil 98 wird derart betätigt, dass das Kältemittel von der Leitung 86 über die Leitung 88 zu dem internen Wärmetauscher 68 fließt, der als ein Verdampfer dient. In anderen Kühlroutinen kann die Klimaanlage ausgeschaltet sein. In diesem Fall ist das Expansionsventil 78 geschlossen und das gesamte Kältemittel fließt zu der Kühlvorrichtung. Ein zusätzlicher Wärmetauscher 72 kann an der Leitung 88 angeordnet sein, um einen Teil der Wärme von dem Kältemittel in der Leitung 88 zu dem Kältemittel in der Leitung 94 zu übertragen. Der zusätzliche Wärmetauscher 72 ist optional. Vor dem Eintreten in den Verdampfer 68 zirkuliert das Kältemittel durch die Expansionsvorrichtung 78, die sich in der gedrosselten Position befindet. Die Expansionsvorrichtung 78 verringert den Druck und die Temperatur des Kältemittels vor Eintreten in den Verdampfer 68. Der Verdampfer 68 extrahiert Wärme aus der innerhalb des Gehäuses zirkulierten Luft, um den Fahrzeuginnenraum zu kühlen. Das Kältemittel tritt aus dem Verdampfer 68 als Dampf aus und wird durch den Akkumulator 70 und zurück zu dem Kompressor 64 zirkuliert.
Die Expansionsvorrichtung 80 ist in einer gedrosselten Position, wodurch die Batterieschleife 62 in einen aktiven Zustand versetzt wird. Ein Teil des durch die Leitung 88 fließenden Kältemittels wird über das Verbindungsstück 104 in die Leitung 90 geleitet. Vor dem Eintreten in die Kühlvorrichtung 102 strömt das Kältemittel durch die Expansionsvorrichtung 80, was die Temperatur und den Druck des Kältemittels verringert. Die Kühlvorrichtung 102 dient als ein Verdampfer und das durchströmende Kältemittel siedet und extrahiert Wärme aus dem Batteriekühlsubsystem 126, während es durch die Kühlvorrichtung 102 strömt. Das verdampfte Kältemittel wird dann von der Kühlvorrichtung 102 zu der Leitung 94 über die Leitung 96 zirkuliert und fließt mit dem Kältemittel zusammen, das aus dem Verdampfer 68 austritt. Zwar ist diese Kühlroutine unter Bezugnahme auf das Fahrzeug 12 beschrieben, es ist jedoch auch auf Fahrzeug 200 und andere Ausführungsformen anwendbar.
Das Wärmepumpensubsystem 52 kann Arbeitszyklen mit hoher Belastung durchlaufen, wenn es verwendet wird, um gleichzeitig die Traktionsbatterie zu kühlen und den Fahrzeuginnenraum zu klimatisieren. Um richtig zu funktionieren, muss das Wärmepumpensubsystem eine angemessene Kondensationskapazität aufweisen. Während Arbeitszyklen mit sehr hoher Belastung kann die Kondensationskapazität des Wärmepumpensubsystems 52 an ihre Grenzen stoßen, wodurch die Effizienz der Wärmepumpe reduziert sein kann. Derartige Arbeitszyklen mit sehr hoher Belastung können auftreten, wenn die Batteriekühlvorrichtung und die Klimaanlage gleichzeitig betrieben werden und es draußen heiß ist; wenn die Batterie eine große Menge an Wärme erzeugt – wie etwa während eines schnellen Aufladens oder Entladens; oder wenn der Kondensator beschädigt ist oder eine Fehlfunktion aufweist.
Die Kondensationskapazität des Wärmepumpensystems kann durch Vergrößern des Kondensators erhöht werden. Es kann jedoch kostenineffizient sein, einen Kondensator einzusetzen, der für die meisten Arbeitszyklen der Wärmepumpe überdimensioniert ist. Eine kosteneffizientere Lösung kann sein, andere bereits an dem Fahrzeug befindliche Kühler in Bedarfszeiten einzusetzen. Beispielsweise kann der Batteriekühler (oder andere Kühler) als ein sekundärer Kondensator während Arbeitszyklen der Wärmepumpe mit hoher Belastung verwendet werden. Um dies zu erreichen, müssen die verschiedenen Wärmemanagementsysteme in thermischer Verbindung mit dem Wärmepumpensubsystem 52 stehen. 2 und 3 stellen zwei Beispielfahrzeuge mit dieser Fähigkeit dar. In 2 kann der Kühler 140 gezielt als ein sekundärer Kondensator verwendet werden, und in 3 kann der Batteriekühler 128 gezielt als ein sekundärer Kondensator verwendet werden.
Unter Bezugnahme auf 5 ist das Fahrzeug 12 während eines Arbeitszyklus mit hoher Belastung dargestellt. Hier wird der Hauptkühler 140 als ein zusätzlicher Kondensator verwendet, um die Kondensationskapazität des Wärmepumpensubsystems 52 zu erhöhen. In dieser Routine ist ein Teil des Heizsubsystems 54 eingeschaltet und die Ventile 114 und 148 sind durch die Steuerung 100 derart betätigt, dass das Heizsubsystem 54 und das Antriebsstrangkühlsubsystem 136 in Fluidverbindung sind und als ein einzelner Wärmekreislauf dienen. Die Fahrzeuginnenraumkühlung kann während dieser Routine aktiv oder inaktiv sein.
Der Kompressor 64 zirkuliert heißes, verdampftes Kältemittel durch den Wärmetauscher 74, wodurch ein Teil der Wärme innerhalb des Kältemittels auf das Kühlmittel des Heizsubsystems 54 übertragen wird. Dies reduziert die Arbeitslast auf den Kondensator 66 und erhöht die Kondensationskapazität der Wärmepumpe. Die Pumpe 112 zirkuliert das erhitzte Kühlmittel von dem Wärmetauscher 74 zu dem Kühler 140 über Leitungen 116, 150 und 146. Die Pumpe 138 kann als eine Vorpumpe dienen, um das Kühlmittel über die Leitung 152 zurück zu dem Heizsubsystem 54 zu zirkulieren. In einigen Ausführungsformen kann die Pumpe 138 inaktiv sein.
Das Fahrzeug 200 ist zudem in der Lage, thermische Energie von dem Wärmepumpensubsystem 204 zu dem Batteriekühler 268 zu zirkulieren, um die Kondensationskapazität zu erhöhen. Ebenso wie bei Fahrzeug 12 wird Wärme von der Wärmepumpe 204 zu dem Heizsubsystem 206 über den Wärmetauscher 262 übertragen. Das Heizsubsystem 206 ist mit dem Batteriekühlsubsystem 264 über die Leitungen 276 und 280 verbunden, die einen einzelnen Wärmekreislauf bilden, der es ermöglicht, dass das erhitzte Kühlmittel von dem Wärmetauscher 262 zu dem Batteriekühler 268 zirkulieren kann. In dieser Routine kann das Ventil 274 derart betätigt werden, dass Kühlmittel durch die Batterie 266 zu der Kühlvorrichtung 238 und nicht zu dem Batteriekühler 268 zirkuliert wird. Das Ventil 278 wird derart betätigt, dass das von dem Wärmetauscher 262 über die Leitung 276 zirkulierende Kühlmittel zu dem Batteriekühler 268 und nicht zum Batteriesatz 266 oder der Kühlvorrichtung 238 fließt.
Eine oder mehrere Steuerungen, wie etwa die Steuerung 100, sind programmiert, die Ventile, Pumpen, Expansionsvorrichtungen und andere Komponenten zu betätigen, um zwischen den verschiedenen Betriebsmodi umzuschalten. Die Steuerung kann in elektrischer Verbindung mit mehreren Sensoren stehen, die Inputs für die Steuerung bereitstellen. Die Steuerung verwendet diese Inputs um zu bestimmen, wann und wie die Ventile betätigt werden sollten. Die Inputs können direkt von Sensoren erfasst sein oder können basierend auf anderen Messwerten abgeleitet oder berechnet sein. In einem Beispiel ist die Steuerung 100 programmiert, ausgewählte Komponenten zu betätigen, um die Wärmepumpe in einen Modus mit erhöhter Kondensation umzuschalten, der in 5 gezeigt ist. Die Steuerung 100 kann dies in Reaktion darauf ausführen, dass der Druck innerhalb des Wärmepumpensubsystems einen Schwellenwert übersteigt. In einigen Ausführungsformen kann die Steuerung in der Lage sein, einen erwarteten Druckwert vorauszusagen und in den Modus mit erhöhter Kondensation umzuschalten, bevor der Druck tatsächlich den Schwellenwert erreicht. In mindestens einer Ausführungsform kann die Steuerung basierend auf dem Druck innerhalb des Wärmepumpensubsystems und der Umgebungslufttemperatur in einen Modus mit erhöhter Kondensation umschalten.
In einer alternativen Ausführungsform kann die Steuerung 100 programmiert sein, basierend auf einer Ladegeschwindigkeit der Batterie in einen Modus mit erhöhter Kondensation umzuschalten. Beispielsweise kann die Steuerung den Strom überwachen, der durch die Schaltungen fließt, die den Ladeanschluss mit der Batterie verbinden, um die Ladegeschwindigkeit zu bestimmen. In mindestens einer Ausführungsform kann die Steuerung basierend auf der Ladegeschwindigkeit der Batterie und der Umgebungslufttemperatur in einen Modus mit erhöhter Kondensation umschalten.
In anderen Ausführungsformen kann die Steuerung die Wärmepumpe in einen Modus mit erhöhter Kondensation in Reaktion auf einen bestimmten Betriebsmodus, in dem sich das Fahrzeug befindet, anstatt basierend auf Inputs zu einem Druck, einer Temperatur oder einer Ladegeschwindigkeit umschalten. Die Steuerung kann dazu programmiert sein, dies für Betriebsbedingungen auszuführen, die wahrscheinlich die erhöhte Kondensationskapazität benötigen. Beispielsweise betreibt die Steuerung die Ventile derart, dass der Kühler und der Zwischenwärmetauscher in Reaktion darauf thermisch getrennt sind, dass sich das Fahrzeug in einem ersten Betriebsmodus befindet, bei dem die Wahrscheinlichkeit, dass die Kondensationskapazität des Kondensators überschritten wird, gering oder gleich Null ist. Eine Änderung der Fahrzeugbetriebsbedingungen kann bewirken, dass die Steuerung die Ventile derart betreibt, dass das Kühlmittel von dem Zwischenwärmetauscher zu dem Kühler (z. B. Kühler 128 oder Kühler 140) zirkuliert, damit Wärme von der Wärmepumpe zu dem Kühler in Reaktion darauf übertragen werden kann, dass sich das Fahrzeug in einem zweiten Betriebsmodus befindet.
Die Steuerung kann dazu programmiert sein, die Ventile derart zu betätigen, dass sich das Fahrzeug in dem Modus mit erhöhter Kondensation in Reaktion darauf befindet, dass sich das Fahrzeug in einem Batterielademodus befindet. Beispielsweise kann die Steuerung voraussagen, dass die Druckgrenze der Wärmepumpe während des Schnelllademodus überschritten wird, und kann präventiv die Ventile für den Modus mit erhöhter Kondensation betätigen.
Mit Rückbezug auf 2 kann das Klimaregelsystem 50 im Heizmodus betrieben werden. Im Heizmodus wandelt der Kompressor 64 das Kältemittel durch Druck in einen heißen Dampf um, der zu dem Wärmetauscher 74 zirkuliert wird. Die thermische Energie aus dem Kältemittel wird auf das durch die Kühlmittelseite des Wärmetauschers 74 zirkulierende Kühlmittel übertragen, um das Kühlmittel in dem Heizsubsystem 54 zu erhitzen. Die Pumpe 112 zirkuliert das erhitzte Kühlmittel zu dem Heizungswärmetauscher 110, um den Fahrzeuginnenraum zu erwärmen. Der Wärmetauscher 74 dient als ein Kondensator und bewirkt, dass das Kältemittel in eine Flüssigkeit kondensiert. Als nächstes strömt das Kältemittel durch die erste Expansionsvorrichtung 76, die sich in einer gedrosselten Position befindet. Die Expansionsvorrichtung 76 reduziert den Druck des Kältemittels und verringert die Temperatur des Kältemittels vor Eintreten in den externen Wärmetauscher 66. Die Steuerung 100 kann die Expansionsvorrichtung 76 drosseln, um sicherzustellen, dass die Temperatur des Kältemittels unter der Außenlufttemperatur liegt, um eine Verdampfung des Kältemittels innerhalb des externen Wärmetauschers 66 zu erleichtern. Die Expansionsvorrichtung 78 ist geschlossen und das Ventil 98 ist positioniert, um zu bewirken, dass das aus dem externen Wärmetauscher 66 austretende Kältemittel durch die Leitung 92 fließt, wobei der interne Wärmetauscher 68 umgangen wird. Das Kältemittel wird dann durch die Leitung 94 und zurück zu dem Kompressor 64 zur Rückführung zirkuliert.
Obwohl oben Ausführungsbeispiele beschrieben werden, besteht nicht die Absicht, dass diese Ausführungsformen alle möglichen, durch die Ansprüche umfassten Formen beschreiben. Die in der Beschreibung verwendeten Worte dienen der Beschreibung und nicht der Einschränkung, und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen durchgeführt werden können, ohne vom Gedanken und Schutzbereich der Offenbarung abzuweichen. Wie zuvor beschrieben, können die Merkmale verschiedener Ausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden, die möglicherweise nicht explizit beschrieben oder dargestellt sind. Während verschiedene Ausführungsformen zwar als Vorteile bietend oder bevorzugt gegenüber anderen Ausführungsformen oder Umsetzungen des Stands der Technik hinsichtlich einer oder mehrerer gewünschter Eigenschaften beschrieben worden sein könnten, versteht der Durchschnittsfachmann, dass zwischen einem oder mehreren Merkmalen oder einer oder mehreren Eigenschaften Kompromisse geschlossen werden, um gewünschte Merkmale des Gesamtsystems zu erreichen, die von der besonderen Anwendung und Umsetzung abhängig sind. Diese Eigenschaften können, unter anderem, Kosten, Festigkeit, Langlebigkeit, Lebenszykluskosten, Marktfähigkeit, Erscheinungsbild, Platznutzung, Größe, Wartungsfreundlichkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, Leichtigkeit der Montage usw. umfassen. Ausführungsformen, die bezüglich einer oder mehrerer Eigenschaften als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen oder dem Stand der Technik entsprechenden Implementierungen beschrieben werden, liegen somit nicht außerhalb des Schutzumfangs der Offenbarung und können für bestimmte Anwendungen wünschenswert sein.
Es ist ferner beschrieben:

A. Fahrzeug, das Folgendes umfasst: ein Wärmepumpensubsystem, das dazu ausgelegt ist, Kältemittel durch einen Kondensator und einen Verdampfer zu zirkulieren; und ein Kühlmittelsubsystem, das dazu ausgelegt ist, Kühlmittel durch einen Kühler, eine Antriebsstrangkomponente, einen Heizungswärmetauscher und einen Wärmetauscher zu zirkulieren, der dazu angeordnet ist, Wärme von dem Kältemittel zu dem Kühlmittel zu übertragen, wobei das Kühlmittelsubsystem gezielt Wärme von dem Wärmepumpensubsystem zu dem Kühler überträgt, um die Kondensationskapazität des Wärmepumpensubsystems zu erhöhen.
B. Fahrzeug nach A, wobei die Antriebsstrangkomponente eine Traktionsbatterieanordnung ist und das Wärmepumpensubsystem ferner dazu ausgelegt ist, Kältemittel durch eine Batteriekühlvorrichtung zu zirkulieren.
C. Fahrzeug nach B, wobei das Kühlmittelsubsystem ferner ein Ventil umfasst, das an einer Leitung angeordnet ist, die eine Verbindung zwischen dem Kühler und dem Wärmetauscher herstellt, und wobei das Ventil dazu ausgelegt ist, zu ermöglichen, dass das Kühlmittel von dem Wärmetauscher zu dem Kühler zirkuliert, wenn es sich in einer ersten Position befindet, und zu verhindern, dass das Kühlmittel von dem Wärmetauscher zu dem Kühler zirkuliert, wenn es sich in einer zweiten Position befindet.
D. Fahrzeug nach B, wobei das Kühlmittelsubsystem ferner eine Batteriekühlschleife in Fluidverbindung mit dem Kühler, der Traktionsbatterieanordnung und der Batteriekühlvorrichtung und eine Heizschleife in Fluidverbindung mit dem Heizungswärmetauscher und dem Wärmetauscher umfasst, wobei eine Verbindungsleitung mit der Heizschleife an einer Stelle stromabwärts des Wärmetauschers verbunden ist und mit der Batteriekühlschleife stromaufwärts des Kühlers verbunden ist.
E. Fahrzeug nach D, wobei die Verbindungsleitung ferner mindestens ein Ventil zum gezielten Verbinden der Batteriekühlschleife und der Heizschleife in Fluidverbindung umfasst.
F. Fahrzeug nach A, wobei die Antriebsstrangkomponente eine Transaxle oder ein Leistungselektronikmodul ist.
G. Fahrzeug nach F, das ferner ein Batteriekühlmittelsubsystem umfasst, das dazu ausgelegt ist, Kühlmittel durch eine Traktionsbatterieanordnung, einen Batteriekühler und eine Kühlvorrichtung zu zirkulieren, wobei das Kühlmittel in dem Batteriekühlmittelsubsystem von dem Kühlmittel in dem Kühlmittelsubsystem getrennt ist.
H. Fahrzeug nach F, wobei das Kühlmittelsubsystem ferner eine Antriebsstrangkühlschleife in Fluidverbindung mit dem Kühler und der Antriebsstrangkomponente und eine Heizschleife in Fluidverbindung mit dem Heizungswärmetauscher und dem Wärmetauscher umfasst, wobei eine Verbindungsleitung mit der Heizschleife an einer Stelle stromabwärts des Wärmetauschers verbunden ist und mit der Antriebsstrangkühlschleife stromaufwärts des Kühlers verbunden ist.
I. Fahrzeug, das Folgendes umfasst: ein Wärmepumpensubsystem, das ein Kältemittel und eine Kühlvorrichtung zum Kühlen einer Batterie umfasst; ein Kühlmittelsubsystem, das einen Kühler, Ventile und einen Wärmetauscher umfasst, der dazu angeordnet ist, Wärme gezielt von dem Wärmepumpensubsystem zu dem Kühlmittelsubsystem zu übertragen; und eine Steuerung, die dazu programmiert ist, mindestens eines der Ventile derart zu betreiben, dass Wärme von dem Wärmepumpensubsystem zu dem Kühler in Reaktion darauf zirkuliert wird, dass das Kältemittel tatsächlich oder voraussichtlich einen Schwellendruck übersteigt.
J. Fahrzeug nach I, wobei das Kühlmittelsubsystem in Fluidverbindung mit der Kühlvorrichtung ist und ferner eine Traktionsbatterieanordnung umfasst.
K. Fahrzeug nach J, wobei das Wärmepumpensubsystem ferner einen Kondensator umfasst und dazu angeordnet ist, Wärme über den Kondensator und den Kühler gleichzeitig abzugeben.
L. Fahrzeug nach I, wobei das Kühlmittelsubsystem ferner eine Leitung umfasst, die eine Verbindung zwischen dem Kühler und dem Wärmetauscher herstellt, und wobei mindestens eines der Ventile an der Leitung angeordnet und dazu angeordnet ist, zu ermöglichen, dass das Kühlmittel von dem Wärmetauscher zu dem Kühler zirkuliert, wenn es sich in einer ersten Position befindet, und den Kühler und den Wärmetauscher thermisch zu trennen, wenn es sich in einer zweiten Position befindet.
M. Fahrzeug nach L, wobei die Steuerung das Ventil an der Leitung zur ersten Position befiehlt in Reaktion darauf, dass das Kältemittel tatsächlich oder voraussichtlich einen Schwellendruck übersteigt.
N. Fahrzeug nach I, wobei das Kühlmittelsubsystem ferner eine Batteriekühlschleife in Fluidverbindung mit dem Kühler, einer Traktionsbatterieanordnung und der Kühlvorrichtung, und eine Heizschleife in Fluidverbindung mit einem Heizungswärmetauscher und dem Wärmetauscher umfasst, wobei eine Verbindungsleitung mit der Heizschleife an einer Stelle stromabwärts des Wärmetauschers verbunden ist und mit der Batteriekühlschleife stromaufwärts des Kühlers verbunden ist.
O. Fahrzeug, das Folgendes umfasst: ein Wärmepumpensubsystem, das dazu ausgelegt ist, Kältemittel durch einen internen Wärmetauscher, einen externen Wärmetauscher und eine Batteriekühlvorrichtung zu zirkulieren; ein Kühlmittelsubsystem, das dazu ausgelegt ist, Kühlmittel durch einen Kühler, eine Antriebsstrangkomponente, einen Heizungswärmetauscher, Ventile und einen Wärmetauscher zu zirkulieren, wobei der Wärmetauscher dazu angeordnet ist, Wärme gezielt von dem Kältemittel zu dem Kühlmittel zu übertragen; und eine Steuerung, die dazu programmiert ist, die Ventile derart zu betreiben, dass der Kühler und der Wärmetauscher in Reaktion darauf thermisch getrennt sind, dass sich das Fahrzeug in einem ersten Betriebsmodus befindet, und die dazu programmiert ist, die Ventile derart zu betreiben, dass das Kühlmittel von dem Wärmetauscher zu dem Kühler zirkuliert, damit Wärme von dem Wärmepumpensubsystem zu dem Kühler in Reaktion darauf übertragen werden kann, dass sich das Fahrzeug in einem zweiten Betriebsmodus befindet.
P. Fahrzeug nach O, wobei der erste Betriebsmodus ein Batterie-Nicht-Lademodus ist, und der zweite Betriebsmodus ein Batterielademodus ist.
Q. Fahrzeug nach P, wobei der Batterielademodus ein Schnelllademodus ist. R. Fahrzeug nach O, wobei die Antriebsstrangkomponente eine Traktionsbatterieanordnung ist.
S. Fahrzeug nach R, das ferner einen Ladeverbindungselement umfasst, der mit der Traktionsbatterieanordnung elektrisch verbunden ist und dazu ausgelegt ist, sich mit einem externen Ladeanschluss mechanisch zu verbinden, wobei das Ladeverbindungselement mit dem externen Ladeanschluss mechanisch gekoppelt ist, wenn sich das Fahrzeug in dem zweiten Betriebsmodus befindet.
T. Fahrzeug, das Folgendes umfasst: eine Traktionsbatterie; ein Wärmepumpensubsystem, das ein Kältemittel und eine Kühlvorrichtung zum Kühlen der Batterie umfasst; ein Kühlmittelsubsystem, das einen Kühler, Ventile und einen Wärmetauscher, der dazu angeordnet ist, Wärme gezielt von dem Wärmepumpensubsystem zu dem Kühlmittelsubsystem zu übertragen, umfasst; einen Ladeanschluss, der über Schaltungen mit der Traktionsbatterie elektrisch verbunden ist; und eine Steuerung, die dazu programmiert ist, mindestens eines der Ventile derart zu betreiben, dass Wärme von dem Wärmepumpensubsystem zu dem Kühler in Reaktion darauf zirkuliert wird, dass Strom in den Schaltungen einen Schwellenwert übersteigt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

Typ SAE J1772 Combo [0020]

Claims

Fahrzeug, das Folgendes umfasst: ein Wärmepumpensubsystem, das dazu ausgelegt ist, Kältemittel durch einen Kondensator und einen Verdampfer zu zirkulieren; und ein Kühlmittelsubsystem, das dazu ausgelegt ist, Kühlmittel durch einen Kühler, eine Antriebsstrangkomponente, einen Heizungswärmetauscher und einen Wärmetauscher zu zirkulieren, der dazu angeordnet ist, Wärme von dem Kältemittel zu dem Kühlmittel zu übertragen, wobei das Kühlmittelsubsystem gezielt Wärme von dem Wärmepumpensubsystem zu dem Kühler überträgt, um die Kondensationskapazität des Wärmepumpensubsystems zu erhöhen.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Antriebsstrangkomponente eine Traktionsbatterieanordnung ist und das Wärmepumpensubsystem ferner dazu ausgelegt ist, Kältemittel durch eine Batteriekühlvorrichtung zu zirkulieren.
Fahrzeug nach Anspruch 2, wobei das Kühlmittelsubsystem ferner ein Ventil umfasst, das an einer Leitung angeordnet ist, die eine Verbindung zwischen dem Kühler und dem Wärmetauscher herstellt, und wobei das Ventil dazu ausgelegt ist, zu ermöglichen, dass das Kühlmittel von dem Wärmetauscher zu dem Kühler zirkuliert, wenn es sich in einer ersten Position befindet, und zu verhindern, dass das Kühlmittel von dem Wärmetauscher zu dem Kühler zirkuliert, wenn es sich in einer zweiten Position befindet.
Fahrzeug nach Anspruch 2, wobei das Kühlmittelsubsystem ferner eine Batteriekühlschleife in Fluidverbindung mit dem Kühler, der Traktionsbatterieanordnung und der Batteriekühlvorrichtung und eine Heizschleife in Fluidverbindung mit dem Heizungswärmetauscher und dem Wärmetauscher umfasst, wobei eine Verbindungsleitung mit der Heizschleife an einer Stelle stromabwärts des Wärmetauschers verbunden ist und mit der Batteriekühlschleife stromaufwärts des Kühlers verbunden ist.
Fahrzeug nach Anspruch 4, wobei die Verbindungsleitung ferner mindestens ein Ventil zum gezielten Verbinden der Batteriekühlschleife und der Heizschleife in Fluidverbindung umfasst.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Antriebsstrangkomponente eine Transaxle oder ein Leistungselektronikmodul ist.
Fahrzeug nach Anspruch 6, das ferner ein Batteriekühlmittelsubsystem umfasst, das dazu ausgelegt ist, Kühlmittel durch eine Traktionsbatterieanordnung, einen Batteriekühler und eine Kühlvorrichtung zu zirkulieren, wobei das Kühlmittel in dem Batteriekühlmittelsubsystem von dem Kühlmittel in dem Kühlmittelsubsystem getrennt ist.
Fahrzeug nach Anspruch 6, wobei das Kühlmittelsubsystem ferner eine Antriebsstrangkühlschleife in Fluidverbindung mit dem Kühler und der Antriebsstrangkomponente und eine Heizschleife in Fluidverbindung mit dem Heizungswärmetauscher und dem Wärmetauscher umfasst, wobei eine Verbindungsleitung mit der Heizschleife an einer Stelle stromabwärts des Wärmetauschers verbunden ist und mit der Antriebsstrangkühlschleife stromaufwärts des Kühlers verbunden ist.