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QUERVERWEIS AUF EINE VERWANDTE ANMELDUNG
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Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der
Koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-2015-0145630 , eingereicht am 19. Oktober 19 2015, deren gesamter Inhalt hiermit einbezogen wird.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Batteriekühlsystem für ein Fahrzeug. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Batteriekühlsystem, das ein Wärmepumpensystem und ein Kühlsystem für ein elektrische Einrichtung bildet, indem es ein Kühlmittel zu einer elektrischen Einrichtung umwälzt, die einen Elektromotor enthält, der mit ihr in ein Elektrofahrzeug oder ein Hybridfahrzeug integriert ist, und das eine Batterie mittels eines Kältemittels und eines Kühlmittels entsprechend dem Modus des Fahrzeugs erwärmt oder abkühlt.
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Beschreibung der verwandten Technik
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Im Allgemeinen enthält eine Klimaeinrichtung für ein Fahrzeug eine Klimaanlage, die ein Kältemittel zum Erwärmen oder Abkühlen des Innenraums des Fahrzeugs umwälzt.
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Eine derartige Klimaanlage dient zur Aufrechterhaltung einer angenehmen Atmosphäre im Innern, indem es die Innentemperatur des Fahrzeugs auf einem gewünschten Niveau hält, ungeachtet der Schwankungen der Außentemperatur, und ist dazu konfiguriert, das Fahrzeuginnere mittels Wärmeaustausch durch einen Verdampfer zu erwärmen oder abzukühlen, wobei ein aus einem Kompressor austretendes Kältemittel durch einen Kondensator, einen Sammlertrockner, ein Expansionsventil und den Verdampfer zum Kompressor zurückgeführt wird.
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Das heißt, ein unter hohem Druck stehendes Kältemittel mit hoher Temperatur im gasförmigen Zustand, das im Kompressor verdichtet wurde, kondensiert im Kondensator und verdampft dann im Verdampfer durch den Sammlertrockner und das Expansionsventil, wodurch die Innentemperatur und die Feuchte verringert werden.
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Im Zuge des verstärkten Bewusstseins bezüglich Energieeffizienz und Umweltverschmutzung sind Forschung und Entwicklung eines umweltfreundlichen Fahrzeugs, das ein Fahrzeug mit einem Motor mit innerer Verbrennung ersetzen kann, gefordert, und ein solches umweltfreundliches Fahrzeug kann entweder ein Elektrofahrzeug sein, das eine Brennstoffzelle oder elektrische Energie als Antriebsquelle nutzt, oder ein Hybridfahrzeug, das von einem Verbrennungsmotor oder einer Batterie angetrieben wird.
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Von den umweltfreundlichen Fahrzeugen wird im Elektrofahrzeug oder dem Hybridfahrzeug kein zusätzliches Heizgerät verwendet im Gegensatz zu einer Klimaeinrichtung eines typischen Fahrzeugs, und eine Klimaeinrichtung eines umweltfreundlichen Fahrzeugs wird typischerweise als Wärmepumpensystem bezeichnet.
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Im Fall des Elektrofahrzeugs, das Brennstoffzellen nutzt, wird die Energie der chemischen Reaktion zwischen Sauerstoff und Wasserstoff in elektrische Energie für die Antriebskraft gewandelt und während dieses Prozesses entsteht Wärme durch die chemische Reaktion in der Brennstoffzelle, die wirksam abgeführt werden muss, um die Leistung der Brennstoffzelle sicherzustellen.
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Auch beim Hybridfahrzeug wird die Antriebskraft vom Elektromotor mittels der von der Brennstoffzelle gelieferten elektrischen Energie oder der elektrischen Batterie zusammen mit dem Verbrennungsmotor, der mit üblichem Kraftstoff betrieben wird, erzeugt, und die Leistung des Verbrennungsmotors kann nur sichergestellt werden, wenn die erzeugte Wärme wirksam von der Brennstoffzelle oder der Batterie und dem Elektromotor abgeführt wird.
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Demzufolge sind eine Kühleinrichtung für eine elektrischer Einrichtung, ein Wärmepumpensystem und ein Batteriekühlsystem als jeweils individuelle geschlossene Kreissysteme zu konfigurieren, um die Wärmeerzeugung eines Elektromotors, einer elektrischen Einrichtung und einer Batterie einschließlich einer Brennstoffzelle in einem herkömmlichen Hybridfahrzeug oder Elektrofahrzeug zu verhindern.
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Dadurch nehmen Größe und Gewicht eines Kühlmoduls, das in einem vorderen Abschnitt des Fahrzeugs angeordnet ist, zu und die Führung der Verbindungsleitungen, durch die ein Kältemittel oder ein Kühlmittel zum Wärmepumpensystem, der Kühleinrichtung und dem Batteriekühlsystem aus dem Innern des Motorraums geliefert wird, ist kompliziert.
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Ferner wird zur optimalen Leistung der Batterie ein Batteriekühlsystem, das die Batterie je nach Zustand des Fahrzeugs erwärmt oder abkühlt, getrennt bereitgestellt, und somit ist eine Mehrzahl Ventile zur Verbindung mit den jeweiligen Verbindungsleitungen vorgesehen, Geräusche und Vibrationen, die durch häufiges Öffnen/Schließen der Ventile in das Fahrzeuginnere übertragen werden, verringern den Fahrkomfort des Fahrzeugs.
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Die in diesem Hintergrund-Abschnitt der Erfindung offenbarten Informationen dienen nur dem besseren Verständnis des allgemeinen Hintergrunds der Erfindung und sind nicht als Bestätigung oder irgendeine Form eines Hinweises zu verstehen, dass sie den dem Fachmann bekannten Stand der Technik darstellen.
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KURZE ZUSAMMENFASSUNG
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Verschiedene Aspekte der vorliegenden Erfindung sind auf die Bereitstellung eines Batteriekühlsystems für ein Fahrzeug gerichtet, das zwischen einem Wärmepumpensystem und einem Kühlsystem für eine elektrische Einrichtung betrieben wird, wobei es ein Kühlmittel zu der elektrischen Einrichtung, die einen Elektromotor in einem Elektrofahrzeug und in einem Hybridfahrzeug enthält, umwälzt, und eine Batterie je nach dem Modus des Fahrzeugs durch selektives Verwenden eines Kühlmittels und eines Kältemittels erwärmt oder abkühlt.
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Gemäß verschiedenen Aspekten der vorliegenden Erfindung kann ein Batteriekühlsystem für ein Fahrzeug zum Erwärmen oder Abkühlen einer im Fahrzeug eingebauten Batterie durch selektives Nutzen eines Kältemittels und eines Kühlmittels je nach Kühlmodus, Heizmodus, Heiz-/Entfeuchtungsmodus und Stillstandsmodus eines Wärmepumpensystems des Fahrzeugs enthalten: einen Wärmetauscher für die Batterie, der mit einer Kältemittelleitung des Wärmepumpensystems über eine erste und eine zweite Verbindungsleitung verbunden ist, mit einer Kühlleitung eines Kühlsystems für ein elektrische Einrichtung, die über eine Batterie-Kühlleitung verbunden ist, und zum selektiven Wärmeaustausch zwischen dem Kühlmittel und dem in den Wärmetauscher eingeleiteten Kältemittel konfiguriert ist, zwei erste Ventile, die jeweils in der Batterie-Kühlleitung angeordnet sind, wobei der Wärmetauscher dazwischen angeordnet ist, und die selektiv die Kühlleitung und die Batterie-Kühlleitung verbinden, eine erste Zweigleitung, die mit der Kältemittelleitung über ein zweites Ventil in der ersten Verbindungsleitung verbunden ist, und eine zweite Zweigleitung, die die Kältemittelleitung und die zweite Verbindungsleitung über ein drittes Ventil in der zweiten Verbindungsleitung und ein viertes Ventil in der Kältemittelleitung selektiv verbindet.
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Das Wärmepumpensystem kann ein Klimatechnikmodul (heating, ventilation and air condition (HVAC)) enthalten, das über die Kältemittelleitung verbunden und mit einer Klappe versehen ist, die die selektive Einleitung von Außenluft, die durch einen Verdampfer zu einem internen Kondensator und einem Heizgerät je nach Kühlmodus, Heizmodus und Heiz-/Entfeuchtungsmodus des Fahrzeugs strömt, regelt, einen über die Kältemittelleitung zwischen dem Verdampfer und dem internen Kondensator verbundenen Kompressor, einen Speicher in der Kältemittelleitung zwischen dem Kompressor und dem Verdampfer, einen mit dem internen Kondensator über die Kältemittelleitung verbundenen externen Kondensator, der in einem vorderen Abschnitt des Fahrzeugs angeordnet ist, ein erstes Expansionsventil in der Kältemittelleitung, das den externen Kondensator und den Verdampfer verbindet, eine dritte Zweigleitung, die mit der Kältemittelleitung zwischen dem Verdampfer und dem Speicher über ein fünftes Ventil zwischen dem externen Kondensator und dem ersten Expansionsventil verbunden ist, und eine Entfeuchtungsleitung, deren erstes Ende mit der Kältemittelleitung zwischen dem internen Kondensator und dem externen Kondensator und deren zweites Ende zwischen dem Verdampfer und Expansionsventil verbunden ist und ein sechstes Ventil enthält.
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Die erste Verbindungsleitung kann ein zweites Expansionsventil enthalten.
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Eine Drossel kann in der Kältemittelleitung zwischen dem internen Kondensator und dem externen Kondensator vorgesehen sein.
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Die Drossel kann die Kältemittelleitung selektiv öffnen/schließen oder das passierende Kältemittel selektiv expandieren.
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Die erste Zweigleitung kann mit der Kältemittelleitung zwischen dem vierten Ventil und der Drossel verbunden sein.
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Wenn die Batterie im Kühlmodus des Fahrzeugs abgekühlt wird, können die erste, zweite und dritte Zweigleitung durch Operationen des zweiten, dritten, vierten und fünften Ventils geschlossen werden und der externe Kondensator kann parallel mit dem Wärmetauscher und dem Verdampfer verbunden werden.
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Wenn die Batterie im Heizmodus des Fahrzeugs abgekühlt wird, können die erste, zweite und dritte Zweigleitung durch Operationen des zweiten, dritten, vierten und fünften Ventils geschlossen werden und die mit dem Verdampfer verbundene Kältemittelleitung kann geschlossen werden.
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Wenn die Batterie im Heizmodus des Fahrzeugs erwärmt wird, können die zweite und dritte Zweigleitung durch Operationen des zweiten, dritten, vierten und fünften Ventils geöffnet werden und die den Verdampfer und das fünfte Ventil und die zweite Verbindungsleitung verbindende Kältemittelleitung kann geschlossen werden.
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Wenn die Batterie im Heiz-/Entfeuchtungsmodus des Fahrzeugs erwärmt wird, können die erste, zweite und dritte Zweigleitung sowie die Entfeuchtungsleitung durch Operationen des zweiten, dritten, vierten, fünften und sechsten Ventils geöffnet werden und die den Verdampfer und das fünfte Ventil verbindende Kältemittelleitung und die zweite Verbindungsleitung können geschlossen werden.
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Im Heizmodus und im Heiz-/Entfeuchtungsmodus des Fahrzeugs kann der interne Kondensator in Reihe mit dem Wärmetauscher und dem externen Kondensator verbunden werden.
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Das zweite, dritte, vierte und fünfte Ventil können 3-Wege-Ventile sein, die beim Abkühlen oder Erwärmen der Batterie je nach Kühlmodus, Heizmodus, Heiz-/Entfeuchtungsmodus des Fahrzeugs und Stillstandsmodus des Wärmepumpensystems selektiv geöffnet/geschlossen werden.
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Das erste Ventil kann betätigt werden, um das Kühlmittel selektiv in den Wärmetauscher einzuleiten, wenn die Batterie entsprechend dem Fahrzeugmodus erwärmt oder abgekühlt werden muss, und kann eine 4-Wege-Ventil sein.
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Das Kühlsystem kann ein elektrische Einrichtung, die einen Elektromotor umfasst, einen in einem vorderen Abschnitt des Fahrzeugs angeordneten Kühler, und eine erste Wasserpumpe enthalten, die in der Kühlleitung vorgesehen ist, die die elektrische Einrichtung und den Kühler zur Zirkulation des Kühlmittels verbindet.
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Eine zweite Wasserpumpe kann in der Batterie-Kühlleitung zwischen der Batterie und dem Wärmetauscher vorgesehen sein.
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Wenn die Batterie im Kühlmodus und Heizmodus des Fahrzeugs abgekühlt wird, kann die Batterie-Kühlleitung durch die Betätigung des ersten Ventils geöffnet werden, um eine Verbindung zwischen der Batterie und dem Wärmetauscher herzustellen, die Kühlleitung kann durch die Betätigung des ersten Ventils entsprechend einer Kühlanforderung der elektrischen Einrichtung und der Kühlmitteltemperatur selektiv geöffnet/geschlossen werden, und die Kühlleitung sowie die Batterie-Kühlleitung können miteinander kommunizieren, wenn die Kühlleitung geöffnet wird.
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Wenn die Batterie im Heizmodus des Fahrzeugs erwärmt wird, kann die Kühlleitung durch die Betätigung des ersten Ventils geschlossen und die Batterie-Kühlleitung geöffnet werden, um eine Verbindung zwischen der Batterie und dem Wärmetauscher herzustellen.
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Wenn die Batterie im Heiz-/Entfeuchtungsmodus des Fahrzeugs erwärmt wird, kann die Batterie-Kühlleitung durch die Betätigung des ersten Ventils geöffnet werden, um eine Verbindung zwischen der Batterie und dem Wärmetauscher herzustellen, und die Kühlleitung kann durch die Betätigung des ersten Ventils entsprechend einer Kühlanforderung der elektrischen Einrichtung und der Kühlmitteltemperatur selektiv geöffnet/geschlossen.
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Wenn die Batterie im Stillstandsmodus des Wärmepumpensystems abgekühlt wird, kann die Kühlleitung durch die Betätigung des ersten Ventils geöffnet werden, um eine Verbindung zwischen der elektrischen Einrichtung und dem Kühler herzustellen, und die Kühlleitung und die Batterie-Kühlleitung können miteinander kommunizieren, wobei die die Batterie und den Wärmetauscher verbindende Batterie-Kühlleitung geschlossen ist.
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Wenn die Batterie im Stillstandsmodus des Wärmepumpensystems erwärmt wird, kann die das elektrische Gerät und den Kühler verbindende Kühlleitung durch die Betätigung des ersten Ventils geschlossen werden, und die Kühlleitung und die Batterie-Kühlleitung können miteinander kommunizieren, wobei die Batterie und der Wärmetauscher über die Batterie-Kühlleitung miteinander verbunden sind.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ermöglicht das Batteriekühlsystem für das Fahrzeug die Zusammenarbeit zwischen dem Wärmepumpensystem und dem Kühlsystem für die elektrische Einrichtung, das Zirkulieren des Kühlmittels zur elektrischen Einrichtung, die einen Elektromotor im Elektrofahrzeug oder Hybridfahrzeug einschließt, und das Erwärmen oder Abkühlen der Batterie je nach Fahrzeugmodus mittels des Kühlmittels und des Kältemittels, wodurch das gesamte System vereinfacht wird.
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Außerdem kann die Batterie entsprechend dem Fahrzeugmodus wirksam erwärmt und abgekühlt werden, so dass die Batterie eine optimale Leistung erbringen und die Gesamtfahrstrecke des Fahrzeugs vergrößert werden kann.
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Ferner können die Herstellungskosten und das Gewicht des Systems durch eine Vereinfachung des Gesamtsystems und eine bessere Raumausnutzung verringert werden.
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Es versteht sich, dass der Begriff "Fahrzeug" oder "fahrzeugtechnisch" oder andere ähnliche hierin verwendete Begriffe allgemein Kraftfahrzeuge betreffen, wie Personenkraftwagen, einschließlich Komfort-Geländewagen (sports utility vehicles; SUV), Busse, Lastkraftwagen, verschiedene Nutzfahrzeuge, Wassermotorfahrzeuge einschließlich verschiedene Boote und Schiffe, Luftfahrzeuge und dgl. und auch Hybridfahrzeuge, Elektrofahrzeuge, Plug-in Hybrid-Elektrofahrzeuge (an der Steckdose aufladbar), Fahrzeuge mit Wasserstoffantrieb und andere Fahrzeuge für alternative Kraftstoffe (z. B. Kraftstoffe, die aus anderen Ressourcen als Erdöl gewonnen werden) umfasst. Wie hierin verwendet ist ein Hybridfahrzeug ein Fahrzeug mit zwei oder mehr Antriebsquellen, z. B. Fahrzeuge sowohl mit Benzin- als auch Elektroantrieb.
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Die Verfahren und Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung haben weitere Merkmale und Vorteile, die aus den beiliegenden Zeichnungen und der der folgenden detaillierten Beschreibung ersichtlich oder darin genauer angegeben sind, die zusammen bestimmte Prinzipien der vorliegenden Erfindung verdeutlichen sollen.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist ein Blockdiagramm eines beispielhaften Batteriekühlsystems für ein Fahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung.
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2 ist die Ansicht eines Betriebszustands einer Batterie, die im beispielhaften Batteriekühlsystem im Kühlmodus des Fahrzeugs gemäß der vorliegenden Erfindung gekühlt wird.
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3 ist die Ansicht eines Betriebszustands einer Batterie, die im beispielhaften Batteriekühlsystem im Heizmodus des Fahrzeugs gemäß der vorliegenden Erfindung gekühlt wird.
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4 ist die Ansicht eines Betriebszustands einer Batterie, die im beispielhaften Batteriekühlsystem im Heizmodus des Fahrzeugs gemäß der vorliegenden Erfindung erwärmt wird.
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5 ist die Ansicht eines Betriebszustands einer Batterie, die im beispielhaften Batteriekühlsystem im Heiz-/Entfeuchtungsmodus des Fahrzeugs gemäß der vorliegenden Erfindung erwärmt wird.
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6 ist die Ansicht eines Betriebszustands einer Batterie, die im Stillstandsmodus eines Wärmepumpensystems im beispielhaften Batteriekühlsystem gemäß der vorliegenden Erfindung gekühlt wird.
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7 ist die Ansicht eines Betriebszustands einer Batterie, die im Stillstandsmodus des Wärmepumpensystems im beispielhaften Batteriekühlsystem gemäß der vorliegenden Erfindung erwärmt wird.
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Es versteht sich, dass die beigefügten Zeichnungen nicht unbedingt maßstäblich sind, da sie eine etwas vereinfachte Darstellung der verschiedenen bevorzugten Merkmale zeigen, die für die Grundlagen der Erfindung beispielhaft sind. Die hierin offenbarten spezifischen Konstruktionsmerkmale der vorliegenden Erfindung, die z. B. bestimmte Abmessungen, Ausrichtungen, Orte und Formen umfassen, werden zum Teil durch die besondere vorgesehene Anwendung und die Umgebungsbedingungen am Einsatzort bestimmt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Nunmehr wird ausführlich auf verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung(en) eingegangen, von denen Beispiele in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt sind und nachstehend beschrieben werden. Obwohl die Erfindung(en) in Zusammenhang mit Ausführungsbeispielen beschrieben wird/ werden, versteht es sich, dass die vorliegende Beschreibung die Erfindung(en) nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränken soll. Die Erfindung(en) soll(en) vielmehr nicht nur die Ausführungsbeispiele, sondern auch verschiedene Alternativen, Modifikationen, Äquivalente und andere Ausführungsformen, die von Geist und Gültigkeitsbereich der Erfindung, die in den angefügten Ansprüchen definiert sind, abdecken.
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1 ist ein Blockdiagramm eines Batteriekühlsystems für ein Fahrzeug gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Ein Batteriekühlsystem 100 für ein Fahrzeug gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann in einem Elektrofahrzeug oder einem Brennstoffzellen-Fahrzeug eingesetzt werden, das mit einem Kühlsystem 10 für eine elektrische Einrichtung und einem Wärmepumpensystem 20 ausgerüstet ist. Ein derartiges Batteriekühlsystem 100 verwendet selektiv ein Kältemittel und ein Kühlmittel zum Erwärmen oder Abkühlen einer in einem Fahrzeug eingebauten Batterie B gemäß einem Kühlmodus, einem Heizmodus, einem Heiz-/Entfeuchtungsmodus und einem Stillstandsmodus des Wärmepumpensystems 20.
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Wie in 1 dargestellt enthält das Batteriekühlsystem 100 einen Wärmetauscher für eine Batterie (im Folgenden als Wärmetauscher 120 bezeichnet), ein erstes Ventil 130, eine erste Zweigleitung 149 und eine zweite Zweigleitung 153. Der Wärmetauscher 120 ist mit der Kältemittelleitung 21 des Wärmepumpensystems 20 über die erste und zweite Verbindungsleitung 143 und 147 und mit der Kühlleitung 11 des Kühlsystems 10 über eine Batterie-Kühlleitung 110 verbunden. Der Wärmetauscher 100 führt den Wärmeaustausch zwischen einem Kühlmittel aus, das über die Batterie-Kühlleitung 110 zugeführt wird, und einem Kältemittel, das selektiv über die die erste und zweite Verbindungsleitung 143 und 147 zugeführt wird.
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Dabei enthält das Kühlsystem 10 eine elektrische Einrichtung 13 mit einem Elektromotor, einen Kühler 15 für eine elektrische Einrichtung, der in einem vorderen Abschnitt des Fahrzeugs angeordnet ist, ein Kühlgebläse 17, das an einem hinteren Abschnitt des Kühlers 15 installiert ist, und eine erste Wasserpumpe P1 in der Kühlleitung 11, die die elektrische Einrichtung 13 und den Kühler 15 verbindet und das Kühlmittel umwälzt. Eine zweite Wasserpumpe P2 kann in der Batterie-Kühlleitung 110 zwischen der Batterie B und dem Wärmetauscher 120 vorgesehen sein. Die zweite Wasserpumpe P2 wälzt das Kühlmittel durch die Batterie-Kühlleitung 110 um.
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Bei verschiedenen Ausführungsformen ist das erste Ventil 130 in jeder von zwei Positionen vorgesehen, wo sich die Kühlleitung 11 und die Batterie-Kühlleitung 110 kreuzen, wobei der Wärmetauscher 120 dazwischen angeordnet ist. Damit gestattet das erste Ventil 130 die selektive Kommunikation zwischen der Kühlleitung 11 und der Batterie-Kühlleitung 110 oder regelt den Durchfluss des durch die Kühlleitung 11 und die Batterie-Kühlleitung 110 strömenden Kühlmittels. Das erste Ventil 130 wird dabei so betätigt, dass das Kühlmittel selektiv zum Wärmetauscher 110 strömt, wenn die Batterie gemäß einem Fahrzeugmodus erwärmt oder abgekühlt werden muss, und kann als ein 4-Wege-Ventil bereitgestellt sein.
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Bei verschiedenen Ausführungsformen ist die erste Zweigleitung 149 über das zweite Ventil 141 in der ersten Verbindungsleitung 143 mit der Kältemittelleitung 21 verbunden. Außerdem verbindet die zweite Zweigleitung 153 selektiv ein drittes Ventil 145 in der zweiten Verbindungsleitung 147 mit der Kältemittelleitung 21 und der zweiten Verbindungsleitung 147 über ein viertes Ventil 151 in der Kältemittelleitung 21.
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Bei verschiedenen Ausführungsformen enthält das Wärmepumpensystem 20 ein Heiz-, Lüftungs- und Klimaanlagenmodul (HVAC) 22, das über die Kältemittelleitung 21, einen Kompressor 31, einen Speicher 33, einen externen Kondensator 35, ein erstes Expansionsventil 37, eine dritte Zweigleitung 155 und eine Entfeuchtungsleitung 159 angeschlossen ist. Das HVAC-Modul 22 ist über die Kältemittelleitung 21 und eine Offen-/Zu-Klappe 29 angeschlossen, die die Einleitung von Außenluft aus einem Verdampfer 27 zu einem internen Kondensator 23 und einem Heizgerät 25 gemäß einem Kühlmodus, einem Heizmodus und einem Heiz-/Entfeuchtungsmodus des Fahrzeugs selektiv regelt. Das heißt, die Offen-/Zu-Klappe 29 wird zur Einleitung der Außenluft aus dem Verdampfer 27 zum internen Kondensator 23 und dem Heizgerät 25 im Heizmodus des Fahrzeugs geöffnet. Im entgegengesetzten Fall wird die Klappe 29 geschlossen, um den internen Kondensators 23 und das Heizgerät zu sperren, so dass die durch den Verdampfer 27 gekühlte Außenluft im Kühlmodus des Fahrzeugs direkt in das Innere des Fahrzeugs geleitet wird.
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Der Kompressor 31 ist über die Kältemittelleitung 21 zwischen dem Verdampfer 157 und dem internen Kondensator 23 verbunden. Ein derartiger Kompressor 31 verdichtet ein Kältemittel im gasförmigen Zustand. Der Speicher 33 ist in der Kältemittelleitung 21 zwischen dem Kompressor 31 und dem Verdampfer 27 vorgesehen. Ein derartiger Speicher 33 führt nur das gasförmige Kältemittel dem Kompressor 31 zu, um dadurch die Effizienz und die Lebensdauer des Kompressors 31 zu verbessern. Bei verschiedenen Ausführungsformen ist der externe Kondensator mit dem internen Kondensator 27 über die Kältemittelleitung 21 verbunden. Der externe Kondensator 35 ist in einer Vorderseite des Kühlers 115 zum Wärmeaustausch des eingeleiteten Kältemittels mit der Außenluft angeordnet.
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Das erste Expansionsventil 37 ist in der Kältemittelleitung 21 vorgesehen, die den externen Kondensator 35 und den Verdampfer 27 verbindet, und nimmt das durch den externen Kondensator 35 passierende Kältemittel auf und expandiert es. Die dritte Zweigleitung 155 ist mit der Kältemittelleitung 21 zwischen dem Verdampfer 27 und dem Speicher 33 über ein fünftes Ventil 154 zwischen dem externen Kondensator 35 und dem ersten Expansionsventil 37 verbunden. Dabei können das zweite, dritte, vierte und fünfte Ventil 141, 145, 151 und 154 3-Wege-Ventile sein, die zum Abkühlen oder Erwärmen der Batterie B gemäß dem Kühlmodus, dem Heizmodus und dem Heiz-/Entfeuchtungsmodus des Fahrzeugs und dem Stillstandsmodus des Wärmepumpensystems selektiv geöffnet und geschlossen werden. Außerdem ist eine Entfeuchtungsleitung 159 mit der Kältemittelleitung 21 über ein Ende derselben zwischen dem internen Kondensator 23 und dem externen Kondensator 35 verbunden, und das andere Ende der Entfeuchtungsleitung 159 ist zwischen dem Verdampfer 27 und Expansionsventil 37 angeschlossen. Die Entfeuchtungsleitung 159 ist mit einem sechsten Ventil 157 versehen.
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Bei verschiedenen Ausführungsformen kann die Kältemittelleitung 21 mit einer Drossel 39 zwischen dem internen Kondensator 23 und dem externen Kondensator 35 versehen sein. Die Drossel 39 dient zum Expandieren des aus dem internen Kondensator 23 austretenden Kältemittels. Außerdem kann die Drossel 39 als ein Ventil fungieren, das das Kältemittel ohne Expansion des Kältemittels gemäß dem Kühlmodus, Heizmodus und Heiz-/Entfeuchtungsmodus selektiv umwälzt. Das heißt, die Drossel 39 kann die Kältemittelleitung 21 selektiv öffnen/ schließen oder das hindurchströmende Kältemittel selektiv expandieren. Dabei ist ein Ende der ersten Zweigleitung 149 mit der Kältemittelleitung 21 zwischen dem vierten Ventil 151 und der Drossel 39 und das andere Ende mit der ersten Verbindungsleitung 143 über das zweite Ventil 141 verbunden. Außerdem kann das vierte Ventil 151 zwischen dem internen Kondensator 23 und der Drossel 39 angeordnet sein.
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Bei verschiedenen Ausführungsformen ist die erste Verbindungsleitung 143 mit einem zweiten Expansionsventil 41 versehen. Das zweite Expansionsventil 41 expandiert das Kältemittel zur Einleitung mit niedriger Temperatur, wenn das aus dem externen Kondensator 35 austretende Kältemittel in den Wärmetauscher 120 eingeleitet wird. Dabei kann das zweite Ventil 141 zwischen dem Wärmetauscher 120 und dem zweiten Expansionsventil 41 angeordnet sein. Im Folgenden wird der Betrieb des wie oben beschrieben konfigurierten Batteriekühlsystems 100 gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gemäß jedem Fahrzeugmodus anhand der 2 bis 7 ausführlich beschrieben.
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Zunächst wird der Batteriekühlbetrieb des Batteriekühlsystems 100 gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Kühlmodus des Fahrzeugs anhand von 2 beschrieben. 2 ist eine Ansicht eines Betriebszustands des Batteriekühlbetriebs des Batteriekühlsystems gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Kühlmodus des Fahrzeugs. Wenn wie in 2 dargestellt die Batterie B im Kühlmodus des Fahrzeugs abgekühlt wird, wird die Kältemittelleitung 11 durch das erste Ventil 130 gemäß einer Kühlanforderung der elektrische Einrichtung 13 und einer Kühlmitteltemperatur im Kühlsystem 10 selektiv geöffnet/geschlossen.
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Gleichzeitig wird die Batterie-Kühlleitung 110 durch die Betätigung des ersten Ventils 130 zur Verbindung mit der Batterie B und dem Wärmetauscher 120 geöffnet. Wenn die Kühlleitung 11 geöffnet ist, kommunizieren dementsprechend die Kühlleitung 11 und die Batterie-Kühlleitung 110 miteinander. In diesem Fall wird das im Kühler 35 gekühlte Kältemittel durch die Kältemittelleitung 11 zirkuliert, um die elektrische Einrichtung 13 durch den Betrieb der ersten Wasserpumpe P1 abzukühlen, und zirkuliert durch die Batterie-Kühlleitung 110 durch den Betrieb der zweiten Wasserpumpe P2. Das durch die Batterie-Kühlleitung 110 zirkulierende Kältemittel wird durch Wärmeaustausch mit dem Kältemittel im Wärmetauscher 120 gekühlt und dann der Batterie B zugeführt. Dementsprechend wird die Batterie B vom gekühlten Kältemittel abgekühlt.
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Dabei werden im Wärmepumpensystem 20 die erste, zweite und dritte Zweigleitung 149, 153 und 155 durch Betätigungen des zweiten, dritten, vierten und fünften Ventils 141, 145, 151 und 154 geschlossen. Dann kann der externe Kondensator 35 parallel mit dem Wärmetauscher 120 und dem Verdampfer 27 über die Kältemittelleitung 21 verbunden werden. Ein Teil des Kältemittels aus dem externen Kondensator 35 wird expandiert und geht damit durch die Betätigung des zweiten Expansionsventils 41 in einen Zustand niedriger Temperatur und niedrigen Drucks, in dem es in den mit der ersten Verbindungsleitung 143 verbundenen Wärmetauscher 120 eingeleitet wird. Danach findet ein Wärmeaustausch zwischen dem in den Wärmetauscher 120 eingeleiteten Kältemittel und dem Kühlmittel statt und das Kältemittel wird dann über die zweite Verbindungsleitung 147 in die Kältemittelleitung 21 zwischen dem Verdampfer 27 und dem Speicher 33 geleitet.
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Demzufolge wird das Kühlmittel, dessen Temperatur beim Abkühlen der Batterie B ansteigt, durch Wärmeaustausch mit dem Kältemittel mit niedriger Temperatur und niedrigem Druck im Wärmetauscher 120 gekühlt. Das gekühlte Kältemittel wird durch die Batterie-Kühlleitung 110 zur Batterie B zurückgeführt. Das heißt, das Kältemittel kann die Batterie B durch Wiederholen der obigen Operation wirksam abkühlen. Der Rest des aus dem externen Kondensator 35 ausgeleiteten Kältemittels strömt durch die Kältemittelleitung, um die Seite des Fahrzeugs zu kühlen, und passiert sequentiell das erste Expansionsventil 37, den Verdampfer 27, den Speicher 33, den Kompressor 21 und den internen Kondensator 23. Dabei wird die in das HVAC-Modul 22 eingeleitete Außenluft durch das den Verdampfer 27 mit niedriger Temperatur und niedrigem Druck eingeleitete Kältemittel abgekühlt, während es den Verdampfer 27 durchströmt.
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In diesem Fall schließt die Offen-/Zu-Klappe 29 einen Abschnitt, durch den die gekühlte Außenluft zum internen Kondensator 23 passiert, um zu verhindern, dass die gekühlte Außenluft durch den internen Kondensator 23 und das Heizgerät 25 strömt. Somit wird die gekühlte Außenluft direkt in das Fahrzeuginnere geleitet und kühlt dieses herunter. Danach wird das Kältemittel durch die Drossel 39 in den externen Kondensator 35 eingeleitet und dann durch Wärmeaustausch mit der Außenluft kondensiert, während es den externen Kondensator 35 passiert. In diesem Fall kann die Drossel 39 als ein Ventil fungieren. Das heißt, durch Wiederholen des obigen Prozesses kühlt das Kältemittel das Fahrzeuginnere im Kühlmodus des Fahrzeugs herunter, und gleichzeitig wird das Kühlmittel durch Wärmeaustausch beim Passieren des Wärmetauschers 120 abgekühlt.
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Für die verschiedenen Ausführungsformen wird der Betrieb des Batteriekühlsystems zum Abkühlen der Batterie gemäß dem Heizmodus des Fahrzeugs anhand von 3 beschrieben. 3 ist eine Ansicht eines Betriebszustands zum Abkühlen der Batterie im Batteriekühlsystem im Heizmodus des Fahrzeugs gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
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Wenn wie in 3 dargestellt ist, die Batterie B im Heizmodus des Fahrzeugs abgekühlt wird, wird die Kühlleitung 11 durch die Betätigung des ersten Ventils 130 gemäß einer Abkühlanforderung der elektrischen Einrichtung 13 und der Kühlmitteltemperatur im Kühlsystem 10 selektiv geschlossen/geöffnet. Gleichzeitig wird die Batterie-Kühlleitung 110 durch die Betätigung des ersten Ventils 130 geöffnet, so dass die Batterie B und der Wärmetauscher 120 miteinander verbunden sind. Wenn die Kühlleitung 11 geöffnet ist, kommunizieren also die Kühlleitung 11 und die Batterie-Kühlleitung 110 miteinander. In diesem Fall zirkuliert das im Kühler 15 gekühlte Kühlmittel durch die Kühlleitung 11, um die elektrische Einrichtung 13 durch die Betätigung der ersten Wasserpumpe P1 abzukühlen und durch die Batterie-Kühlleitung 110 durch die Betätigung der zweiten Wasserpumpe P2. Das durch die Batterie-Kühlleitung 110 zirkulierende Kühlmittel wird durch Wärmeaustausch mit dem Kältemittel im Wärmetauscher 120 gekühlt und dann zur Batterie B geführt. Die Batterie B wird also durch das gekühlte Kühlmittel abgekühlt. Dabei werden im Wärmepumpensystem 20 die erste, zweite und dritte Zweigleitung 149, 153 und 155 durch die Betätigung des zweiten, dritten, vierten und fünften Ventils 141, 145, 151 und 154 geschlossen. Die mit dem Verdampfer 27 verbundene Kältemittelleitung 21 ist hier durch die Betätigung des fünften Ventils 154 geschlossen.
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Der interne Kondensator 23 kann dann in Reihe mit dem Wärmetauscher 120 und dem externen Kondensator 35 über die Kältemittelleitung 21 verbunden werden. Somit wird das aus dem externen Kondensator 35 ausgeleitete Kältemittel expandiert und geht damit durch die Betätigung des zweiten Expansionsventils 41 in einem Niedertemperatur- und Niederdruckzustand und wird dann in den mit der ersten Verbindungsleitung 143 verbundenen Wärmetauscher 120 eingeleitet. Danach findet ein Wärmeaustausch zwischen dem in den Wärmetauscher 120 eingeleiteten Kältemittel und dem Kühlmittel statt, und das Kältemittel wird dann in die Kältemittelleitung 21 zwischen dem Verdampfer 27 und dem Speicher 33 über die zweite Verbindungsleitung 147 eingeleitet. Demzufolge wird das Kühlmittel, dessen Temperatur beim Abkühlen der Batterie B ansteigt, durch Wärmeaustausch mit dem Kältemittel mit niedriger Temperatur und niedrigem Druck im Wärmetauscher 120 gekühlt. Das gekühlte Kältemittel wird durch die Batterie-Kühlleitung 110 zur Batterie B zurückgeführt. Das heißt, das Kältemittel kann die Batterie B durch Wiederholen der obigen Operation wirksam abkühlen.
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Dabei ist die mit dem ersten Expansionsventil 37 und dem Verdampfer 27 verbundene Kältemittelleitung 21 durch die Betätigung des fünften Ventils 154 geschlossen. Demzufolge wird das Kühlmittel durch das zweite Expansionsventil 41 in den Wärmetauscher 120 eingeleitet. Außerdem wird das Kühlmittel nicht in das erste Expansionsventil 37 und den Verdampfer 27 eingeleitet. In einem solchen Zustand ist die Offen-/Zu-Klappe 29 geöffnet, damit die Außenluft, die in das HVAC-Modul 22 eingeleitet wurde und dann den Verdampfer 27 passiert hat, den internen Kondensator 23 durchströmt. Demnach wird die Außenluft in einer Raumtemperaturbedingung ohne Kühlung beim Passieren des Verdampfers 27 eingeleitet, wobei das Kältemittel nicht zugeführt wird. Die Temperatur der eingeleiteten Außenluft steigt beim Passieren des internen Kondensators 23 an, und die Außenluft mit hoher Temperatur wird in das Fahrzeuginnere eingeleitet, während sie durch das Heizgerät 25 strömt, so dass das Fahrzeuginnere erwärmt werden kann.
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Danach passiert das Kältemittel die Drossel 39 und wird dann in den externen Kondensator 35 eingeleitet und durch Wärmeaustausch der Außenluft kondensiert, während es den externen Kondensator 35 passiert. In diesem Fall kann die Drossel 39 als ein Ventil fungieren. Das heißt, durch Wiederholung der obigen Operation erwärmt das Kältemittel das Fahrzeuginnere im Heizmodus und gleichzeitig kühlt das Kältemittel mit niedriger Temperatur das Kühlmittel durch Wärmeaustausch, während es den Wärmetauscher 120 passiert.
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Für verschiedene Ausführungsformen wird der Betrieb des Batteriekühlsystems beim Erwärmen der Batterie im Heizmodus des Fahrzeugs anhand von 4 beschrieben. 4 ist eine Ansicht eines Betriebszustands beim Erwärmen der Batterie im Batteriekühlsystem des Fahrzeugs gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Heizmodus des Fahrzeugs.
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Wenn wie in 4 dargestellt ist, die Batterie B im Heizmodus des Fahrzeugs erwärmt wird, ist die Kühlleitung 11 durch die Betätigung des ersten Ventils 130 im Kühlsystem 10 geschlossen. Gleichzeitig ist die Batterie-Kühlleitung 110 durch die Betätigung des ersten Ventils 130 geöffnet, so dass die Batterie B und der Wärmetauscher 120 miteinander verbunden sind. Dann zirkuliert das Kühlmittel durch die Batterie-Kühlleitung 110 durch die Betätigung der zweiten Wasserpumpe P2, so dass die Temperatur des Kühlmittels durch Wärmeaustausch mit einem Kältemittel mit hoher Temperatur im Wärmetauscher 120 ansteigt. Dementsprechend wird die Batterie B durch das Kühlmittel mit der erhöhten Temperatur erwärmt.
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Dabei sind im Wärmepumpensystem 20 die erste, zweite und dritte Zweigleitung 149, 153 und 155 durch die Betätigung des zweiten, dritten, vierten und fünften Ventils 141, 145, 151 und 154 geöffnet. Dabei sind die Kältemittelleitung 21, die den Verdampfer 27 und das fünfte Ventil 154 verbindet, und die zweite Verbindungsleitung 147 geschlossen. Dann kann der interne Kondensator 23 in Reihe mit dem Wärmetauscher 120 und dem externen Kondensator 35 über die Kältemittelleitung 21 verbunden werden. Somit strömt das aus dem externen Kondensator 35 ausgetretene Kältemittel durch die Kältemittelleitung 21, um das Fahrzeuginnere zu erwärmen und passiert dann sequentiell den Speicher 33, den Kompressor 31 und den internen Kondensator 23 durch die dritte Zweigleitung 155. Dabei ist die das erste Expansionsventil 37 und den Verdampfer 27 verbindende Kältemittelleitung 21 durch die Betätigung des fünften Ventils 154 geschlossen. Somit wird das Einleiten von Kältemittel in das erste Expansionsventil 37 und den Verdampfer 27 verhindert. In einem solchen Zustand ist die Offen-/Zu-Klappe 29 geöffnet, damit die in das HVAC-Modul 22 eingeleitete und durch den Verdampfer 27 geströmte Außenluft den internen Kondensator 23 passiert.
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Demnach wird die von außen eingeleitete Außenluft mit Raumtemperatur ohne Kühlung beim Passieren des Verdampfers 27 eingeleitet, wobei das Kältemittel nicht zugeführt wird. Die Temperatur der eingeleiteten Außenluft steigt beim Passieren des internen Kondensators 23 an, und die Außenluft wird dann in das Fahrzeuginnere eingeleitet, nachdem sie das selektiv betätigte Heizgerät 25 passiert hat, so dass das Fahrzeuginnere erwärmt wird. Danach wird das Kältemittel in die zweite Zweigleitung 153 durch die Betätigung des dritten und vierten Ventils 145 und 151 eingeleitet und um Zustand hoher Temperatur zum Wärmetauscher 120 geführt. Dabei steigt die Temperatur des Kühlmittels durch Wärmeaustausch mit dem Kältemittel hoher Temperatur, das in den Wärmetauscher 120 eingeleitet wird. Das Kühlmittel mit erhöhter Temperatur wird durch die Batterie-Kühlleitung 110 zur Batterie B rückgeführt.
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Das heißt, das Kühlmittel kann die Batterie B durch Wiederholen der obigen Operation wirksam erwärmen. Dabei wird das den Wärmetauscher 120 passierte Kältemittel durch die erste Verbindungsleitung 143 ausgeleitet und zirkuliert dann zur ersten Zweigleitung 149, die durch die Betätigung des zweiten Ventils 141 geöffnet wird. Das die erste Zweigleitung 149 durchströmte Kältemittel expandiert beim Passieren der Drossel 39 und wird in den externen Kondensator 35 eingeleitet und kondensiert dann durch Wärmeaustausch mit der Außenluft beim Passieren des externen Kondensators 35. In diesem Fall kann die Drossel 39 als ein Expansionsventil fungieren. Entsprechend kann der externe Kondensator 35 zum Verdampfen des Kältemittels dienen.
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Dabei ist die Kältemittelleitung 21, die die Drossel 39 und das vierte Ventil 151 verbindet, durch die Betätigung des vierten Ventils 151 geschlossen. Das heißt, das Kältemittel erwärmt das Fahrzeuginnere durch Wiederholen der obigen Operation, und gleichzeitig strömt das Kältemittel im Zustand hoher Temperatur durch den Wärmetauscher 120, so dass die Temperatur des Kühlmittels ansteigt. Das Kühlmittel mit erhöhter Temperatur kann die Batterie B rasch erwärmen, während es durch die Betätigung der zweiten Wasserpumpe P2 durch die Batterie-Kühlleitung 110 zirkuliert. Wenn die Batterie B im Heizmodus des Fahrzeugs abgekühlt oder erwärmt wird, ist dabei die Kühlleitung 11 bei verschiedenen Ausführungsformen geschlossen, aber dies ist nicht einschränkend. Entsprechend einer Abkühlanforderung der elektrische Einrichtung 13 und der Kühlmitteltemperatur kann die Kühlleitung 11 durch die Betätigung des ersten Ventils 130 selektiv geöffnet werden.
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Für verschiedene Ausführungsformen wird der Betrieb des Batteriekühlsystems zum Erwärmen der Batterie gemäß dem Heiz-/Entfeuchtungsmodus des Fahrzeugs anhand von 5 beschrieben. 5 ist eine Ansicht, die den Betriebszustand beim Erwärmen des Batteriekühlsystems gemäß dem Heiz-/Entfeuchtungsmodus des Fahrzeugs gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Wenn wie in 5 dargestellt ist, die Batterie B im Heiz-/Entfeuchtungsmodus des Fahrzeugs erwärmt wird, kann die Kühlleitung 11 durch die Betätigung des ersten Ventils 130 gemäß einer Abkühlanforderung der elektrischen Einrichtung 13 und der Kühlmitteltemperatur im Kühlsystem 10 selektiv geöffnet/geschlossen werden. Für verschiedene Ausführungsformen wird die beispielhaft geschlossene Kühlleitung 11 beschrieben.
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Gleichzeitig wird die Batterie-Kühlleitung 110 geöffnet, um die Batterie B und den Wärmetauscher 120 durch die Betätigung des ersten Ventils 130 zu verbinden. Dann zirkuliert das Kühlmittel durch die Batterie-Kühlleitung 110 durch die Betätigung der zweiten Wasserpumpe P2, und die Temperatur des Kühlmittels steigt durch Wärmeaustausch mit dem Kältemittel hoher Temperatur im Wärmetauscher 120 an. Demzufolge wird die Batterie B durch das Kühlmittel mit der erhöhten Temperatur erwärmt. Dabei werden im Wärmepumpensystem 20 die erste, zweite und dritte Zweigleitung 149, 153 und 155 durch die Betätigung des zweiten, dritten, vierten und fünften Ventils 141, 145, 151 und 154 geöffnet. Ferner wird die Entfeuchtungsleitung 159 durch die Betätigung des sechsten Ventils 157 geöffnet, um das teilweise zirkulierte Kältemittel in den externen Kondensator 35 einzuleiten.
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Dabei können die Kühlmittelleitung 21, die den Verdampfer 27 und das fünfte Ventil 154 verbindet, und die zweite Verbindungsleitung 147 geschlossen sein. Dann kann der interne Kondensator 23 in Reihe mit dem Wärmetauscher 120 und dem externen Kondensator 35 über die Kältemittelleitung 21 verbunden werden. Somit strömt das aus dem externen Kondensator 35 ausgetretene Kältemittel durch die Kältemittelleitung 21, um das Fahrzeuginnere zu erwärmen, und passiert sequentiell den Speicher 33, den Kompressor 21 und den internen Kondensator 23 durch die dritte Zweigleitung 155.
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Dabei ist die das erste Expansionsventil 37 und den Verdampfer 27 verbindende Kältemittelleitung 21 durch die Betätigung des fünften Ventils 154 geschlossen. Jedoch wird ein Teil des Kältemittels, das beim Passieren der Drossel 39 expandiert, durch die Entfeuchtungsleitung 159 in den Verdampfer 27 eingeleitet. In einem solchen Zustand wird die Offen-/Zu-Klappe 29 geöffnet, damit die Außenluft, die in das HVAC-Modul 22 eingeleitet wurde und somit den Verdampfer 27 durchströmt hat, den internen Kondensator 23 passiert.
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Dabei wird die in das HVAC-Modul 22 eingeleitete Außenluft vom Kältemittel mit niedriger Temperatur und niedrigem Druck entfeuchtet, während sie den Verdampfer 27 durchströmt. Danach wechselt das Kältemittel in einen Zustand hoher Temperatur, während es den internen Kondensator 23 passiert und dann nach Passieren des selektiv arbeitenden Heizgeräts 25 in das Fahrzeuginnere eingeleitet wird, so dass das Fahrzeuginnere erwärmt und entfeuchtet wird.
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Dann wird das Kältemittel durch die Betätigung des dritten und vierten Ventils 145 und 151 in die zweite Zweigleitung 153 eingeleitet und somit wird das Kältemittel mit hoher Temperatur dem Wärmetauscher 120 zugeführt. Hier steigt die Temperatur des Kühlmittels durch Wärmeaustausch mit dem Kältemittel hoher Temperatur an, das in den Wärmetauscher 120 eingeleitet wurde. Das Kühlmittel mit der erhöhten Temperatur wird durch die Batterie-Kühlleitung 110 zur Batterie B rückgeführt. Das heißt, die Batterie B kann durch Wiederholen der obigen Operation wirksam erwärmt werden.
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Das den Wärmetauscher 120 durchströmte Kältemittel wird durch die erste Verbindungsleitung 143 ausgeleitet und zirkuliert zur ersten Zweigleitung 149, die durch eine Betätigung des zweiten Ventils 141 geöffnet wird. Das Kältemittel, das die erste Zweigleitung 149 passiert hat, expandiert durch die Drossel 39. Ein Teil des expandierten Kältemittels zirkuliert zur Entfeuchtungsleitung 159. Außerdem wird der Rest des expandierten Kältemittels in den externen Kondensator 35 eingeleitet und kondensiert dann durch Wärmeaustausch mit der Außenluft, während er den externen Kondensator 35 durchströmt.
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Die Drossel 39 kann also als ein Expansionsventil fungieren, das das Kältemittel expandiert. Dabei ist die die Drossel 39 und das vierte Ventil 151 verbindende Kältemittelleitung 21 durch die Betätigung des vierten Ventils 151 geschlossen. Das heißt, das Kältemittel erwärmt und entfeuchtet das Fahrzeuginnere durch die wiederholte Ausführung der obigen Operation. Gleichzeitig erhöht das Kältemittel mit hoher Temperatur die Temperatur des Kühlmittels durch Wärmeaustausch mit dem Kühlmittel, während des den Wärmetauscher 120 passiert. Das Kühlmittel mit der erhöhten Temperatur wird der Batterie B zugeführt, während des durch die Betätigung der zweiten Wasserpumpe P2 durch die Batterie-Kühlleitung 110 zirkuliert, so dass die Batterie B rasch erwärmt werden kann.
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Bei der Beschreibung der Operation zum Abkühlen oder Erwärmend der Batterie B im Heiz-/Entfeuchtungsmodus des Fahrzeugs ist die Kühlleitung 11 beispielhaft geschlossen, aber dies ist nicht einschränkend. Die Kühlleitung 11 kann durch die Betätigung des ersten Ventils 130 gemäß einer Abkühlanforderung der elektrische Einrichtung 12 und der Kühlmitteltemperatur selektiv geöffnet werden.
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Für verschiedene Ausführungsformen wird der Betrieb des Batteriekühlsystems zum Abkühlen der Batterie im Stillstandsmodus des Wärmepumpensystems 20 anhand von 6 beschrieben. 6 eine Ansicht eines Betriebszustands, der die Operation des Batteriekühlsystems zum Abkühlen der Batterie im Stillstandsmodus des Wärmepumpensystems gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Wenn wie 6 dargestellt ist, die Batterie B im Stillstandsmodus des Wärmepumpensystems 20 abgekühlt wird, ist die Kühlleitung 11 geöffnet, um die elektrische Einrichtung 13 und den Kühler 15 durch die Betätigung des ersten Ventils 130 im Kühlsystem 10 zu verbinden. Gleichzeitig ist die Batterie-Kühlleitung 110, die die Batterie B und den Wärmetauscher 120 verbindet, durch die Betätigung des ersten Ventils 130 geschlossen. In einem solchen Zustand kommuniziert die Kühlleitung 11 mit der Batterie-Kühlleitung 110.
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Dann zirkuliert das im Kühler 35 gekühlte Kühlmittel durch die Kühlleitung 11, um die elektrische Einrichtung 13 durch die Betätigung der ersten Wasserpumpe P1 herunterzukühlen und durch die Batterie-Kühlleitung 110 durch die Betätigung der zweiten Wasserpumpe P2. Somit wird das im Kühler 35 gekühlte Kühlmittel der Batterie B zugeführt. Dementsprechend wird die Batterie B durch das gekühlte Kühlmittel gekühlt. Das heißt, wenn die Batterie B im Stillstandsmodus des Wärmepumpensystems 20 abgekühlt wird, wird das Kühlmittel der Batterie B zugeführt, wobei es durch Wärmeaustausch mit der Außenluft im Kühler 35 des Kühlsystems 10 im gekühlten Zustand ist, ohne dass ein Wärmeaustausch mit dem Kältemittel stattfindet, und dementsprechend kann die Batterie B wirksam abgekühlt werden.
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Für verschiedene Ausführungsformen wird der Betrieb des Wärmepumpensystems 20 zum Erwärmen der Batterie im Stillstandsmodus des Wärmepumpensystems 20 anhand von 7 beschrieben. 7 ist eine Ansicht eines Betriebszustands, die die Operation zum Erwärmen der Batterie im Batteriekühlsystem gemäß dem Stillstandsmodus des Wärmepumpensystems gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Wenn wie in 7 dargestellt ist, die Batterie B im Stillstandsmodus des Wärmepumpensystems 20 erwärmt wird, ist die Kühlleitung 11, die die elektrische Einrichtung 13 und den Kühler 15 verbindet, durch die Betätigung des ersten Ventils 130 im Kühlsystem 10 geschlossen. Gleichzeitig ist die Batterie-Kühlleitung 110, die die Batterie B und den Wärmetauscher 120 verbindet, durch die Betätigung des ersten Ventils 130 verbunden. In einem solchen Zustand kommuniziert die Kühlleitung 11 mit der Batterie-Kühlleitung 110.
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Dann strömt das Kühlmittel durch die Kühlleitung 11 und die Batterie-Kühlleitung 110 durch die Betätigung der Wasserpumpe P1 und der zweiten Wasserpumpe P2 und passiert die elektrische Einrichtung 13, die Batterie B und den Wärmetauscher 120. In diesem Fall steigt die Temperatur des in der Kühlleitung 11 zirkulierenden Kühlmittels, wobei die elektrische Einrichtung 13 gekühlt wird. In einem solchen Zustand strömt das Kühlmittel mit der erhöhten Temperatur durch die mit dem Wärmetauscher 120 verbundene Batterie-Kühlleitung 110, passiert den Wärmetauscher 120 und wird dann in die Batterie B eingeleitet. Das Kühlmittel mit der erhöhten Temperatur passiert demnach beim Durchströmen der elektrischen Einrichtung 13 die Batterie B, so dass die Batterie B rasch erwärmt werden kann.
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Das heißt, wenn die Batterie B im Stillstandsmodus des Wärmepumpensystems 20 erwärmt wird, steigt die Temperatur des Kühlmittels durch eine Wärmequelle der elektrischen Einrichtung 13 im Kühlsystem 10 an, ohne dass ein Wärmeaustausch mit dem Kältemittel stattfindet, und wird dann der Batterie B zugeführt, so dass die Batterie B wirksam erwärmt werden kann. Wenn also das Batteriekühlsystem 100 gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in einem Elektrofahrzeug oder einem Hybridfahrzeug eingesetzt wird, arbeitet das Wärmepumpensystem 20 mit dem Kühlsystem 10 zusammen, das ein Kältemittel zur elektrische Einrichtung 13 zirkuliert, die einen Elektromotor enthält, und erwärmt oder kühlt die Batterie B mittels des Kühlmittels und des Kältemittels entsprechend einem Modus des Fahrzeugs, so dass das System vereinfacht werden kann. Da die Batterie B außerdem entsprechend einem Fahrzeugmodus wirksam erwärmt und abgekühlt werden kann, kann die Batterie eine optimale Leistung bereitstellen und die Gesamtfahrstrecke des Fahrzeugs kann vergrößert werden. Da ferner das gesamte System vereinfacht ist, können Herstellungskosten eingespart und das Gewicht des Fahrzeugs verringert werden, und die Raumausnutzung verbessert werden.
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Die obigen Beschreibungen spezifischer Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dienen zu Beispiel- und Beschreibungszwecken. Sie sind nicht erschöpfend oder sollen die Erfindung nicht auf die offenbarten präzisen Formen beschränken, und offensichtlich sind zahlreiche Modifikationen und Variationen angesichts der obigen Lehren möglich. Die Ausführungsbeispiele wurden gewählt und beschrieben, um bestimmte Prinzipien der Erfindung und ihre praktische Anwendung zu erklären, damit andere Fachleute verschiedene Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sowie verschiedene Alternativen und Modifikationen ausführen und nutzen können. Der Gültigkeitsbereich der Erfindung soll durch die beiliegenden Ansprüche und ihre Äquivalente definiert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- KR 10-2015-0145630 [0001]
