DE102016224703B4 - Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug - Google Patents

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Abstract

Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug mit einem Batteriemodul (B) und einem elektrischen Modul (15), wobei das Wärmepumpensystem aufweist:eine Batteriekühlleitung (101), die mit dem Batteriemodul (B) verbunden ist und darin strömend ein erstes Kühlmittel aufweist;ein Kühlsystem (10) mit einem Radiator (12), der mit einer Kühlleitung (11) und einer ersten Pumpe (14) verbunden ist, wobei die erste Pumpe (14) durch ein erstes Ventil(VI) mit der Batteriekühlleitung (101) verbunden ist;einen ersten Kühler (110), der an der Batteriekühlleitung (101) angeordnet ist, und durch eine erste Verbindungsleitung (111) mit einer Kältemittelleitung (21) eines Klimatisierungssystems (20) verbunden ist; undeinen zweiten Kühler (113), der mit der Kühlleitung (11) verbunden ist und durch ein zweites an der Kältemittelleitung (21) angeordnetes Ventil (V2) mit einer zweiten Verbindungsleitung (115) verbunden ist,wobei das Kühlsystem (10) das Kühlmittel entlang der Kühlleitung (11) umwälzt, um das elektrische Modul (15) zu kühlen; der erste Kühler (110) Wärme zwischen einem gezielt in diesen eingeführten zweiten Kühlmittel und einem Kältemittel austauscht, um eine Temperatur des Kühlmittels zu steuern; und der zweite Kühler (113) Abwärme von einem gezielt in diesen eingeführten dritten Kühlmittel rückgewinnt, um durch einen Wärmetausch zwischen dem Kühlmittel und dem Kältemittel eine Temperatur des Kältemittels zu erhöhen, dadurch gekennzeichnet, dass das Klimatisierungssystem (20) ferner aufweist:ein Heiz-, Ventilations-, und Klimatisierungsmodul (22), das durch die Kältemittelleitung (21) verbunden ist und eine Tür (29) aufweist, welche die Außenluft steuert, die durch einen Verdampfer (27) gelangt;einen Kompressor (31), der durch die Kältemittelleitung (21) zwischen dem Verdampfer (27) und einem internen Kondensator (23) verbunden ist;einen Akkumulator (33), der an der Kältemittelleitung (21) zwischen dem Kompressor (31) und dem Verdampfer (27) angeordnet ist;einen externen Kondensator (35), der durch die Kältemittelleitung (21) mit dem internen Kondensator (23) verbunden ist;ein erstes Expansionsventil (37), das an der Kältemittelleitung (21) angeordnet ist und den externen Kondensator (35) und den Verdampfer (27) miteinander verbindet;eine Entfeuchtungsleitung (41) mit einem Ende, das zwischen dem internen Kondensator (23) und dem externen Kondensator (35) mit der Kältemittelleitung (21) verbunden ist, und einem anderen Ende, das zwischen dem Verdampfer (27) und dem ersten Expansionsventil (37) mit der Kältemittelleitung (21) verbunden ist, und mit einem dritten Ventil (V3);eine Abtauleitung (43), die zwischen dem externen Kondensator (35) und dem ersten Expansionsventil (37) durch ein viertes Ventil (V4) mit der Kältemittelleitung (21) verbunden ist, das an der Kältemittelleitung (21) zwischen dem internen Kondensator (23) und dem externen Kondensator (35) angeordnet ist; undein zweites Expansionsventil (45), das an der ersten Verbindungsleitung (111) vorgesehen ist;wobei die Tür (29) in Abhängigkeit davon, ob das Fahrzeug in einem Kühlmodus, einem Heizmodus oder einem Heiz- und Entfeuchtungsmodus ist, gezielt Außenluft in den internen Kondensator (23) und eine interne Heizvorrichtung (25) führt.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • (A) Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug mit den Merkmalen im Oberbegriff von Patentanspruch 1.
  • (B) Beschreibung des in Beziehung stehenden Stands der Technik
  • Im Allgemeinen schließt eine Fahrzeugklimaanlage ein Klimatisierungssystem ein, das ein Kältemittel umwälzt, um einen Innenraum des Fahrzeugs zu heizen oder zu kühlen.
  • Das Klimatisierungssystem, das verwendet wird, um den Innenraum des Fahrzeugs unabhängig von einer Veränderung einer Außentemperatur bei einer gewünschten Temperatur zu halten, um eine komfortable innere Umgebung aufrecht zu halten, ist eingerichtet, den Innenraum des Fahrzeugs durch Wärmeaustausch in einem Verdampfer zu heizen oder zu kühlen. Bei diesem Prozess wird ein Kältemittel durch einen Kondensator, einen Sammeltrockner, ein Expansionsventil und den Verdampfer zu einem Kompressor umgewälzt.
  • Das Klimatisierungssystem verwendet einen Kondensator, um die Temperatur und die Feuchtigkeit des Innenraums des Fahrzeugs durch Kondensieren eines durch den Kompressor verdichteten Kühlmittels in einer Hochtemperatur-/Hochdruckgasphase, Hindurchführen des Kältemittels durch den Sammeltrockner und das Expansionsventil und dann Verdampfen des Kältemittels in dem Verdampfer im Sommer in einem Kühlmodus zu senken.
  • Durch ein fortlaufend ansteigendes Interesse für Energieeffizienz und Umweltschutz gibt es in jüngster Zeit eine signifikante Nachfrage für eine Entwicklung eines umweltfreundlichen Fahrzeugs, das imstande ist, einen fossile Brennstoffe verbrennenden Verbrennungsmotor zu ersetzen. Umweltfreundliche Fahrzeuge können im Allgemeinen in elektrische Fahrzeuge, die unter Verwendung einer Brennstoffzelle oder Elektrizität als Leistungsquelle angetrieben werden, und Hybridfahrzeuge unterteilt werden, die einen Verbrennungsmotor und eine Batterie verwenden.
  • Bei dem elektrischen Fahrzeug oder dem Hybridfahrzeug wird keine getrennte Heizvorrichtung verwendet, und die in dem umweltfreundlichen Fahrzeug verwendete Klimaanlage wird im Allgemeinen als Wärmepumpensystem bezeichnet.
  • Das elektrische Fahrzeug erzeugt Antriebskraft durch Umwandeln chemischer Reaktionsenergie zwischen Sauerstoff und Wasserstoff in elektrische Energie. Bei diesem Prozess wird durch eine chemische Reaktion in einer Brennstoffzelle Wärmeenergie erzeugt. Daher ist es zum Sichern der Leistung der Brennstoffzelle notwendig, die erzeugte Wärme effektiv zu entfernen.
  • Zudem erzeugt das Hybridfahrzeug eine Antriebskraft durch Antreiben eines Motors unter Verwendung von Elektrizität, die von der oben beschriebenen Brennstoffzelle oder einer elektrischen Batterie zugeführt wird, zusammen mit einem Verbrennungsmotor, der durch einen allgemeinen Kraftstoff betrieben wird. Daher sollte von der Brennstoffzelle oder der Batterie erzeugte Wärme effizient entfernt werden, um die Leistung des Motors sicherzustellen.
  • Bei dem Hybridfahrzeug oder dem elektrischen Fahrzeug aus dem Stand der Technik sind ein Kühlsystem, ein Wärmepumpensystem und ein Batteriekühlsystem jeweils zur Verwendung getrennter geschlossener Kreisläufe eingerichtet, um so einem Wärmestau des Motors, eines elektrischen Moduls und der Batterie einschließlich der Brennstoffzellen vorzubeugen.
  • Folglich ist die Größe und das Gewicht eines Kühlmoduls, das vorne bei einem Fahrzeug angeordnet ist, erhöht und verkompliziert das Layout der Verbindungsrohre, die ein Kältemittel oder ein Kühlmittel zu dem Wärmepumpensystem, dem Kühlsystem und dem Batteriekühlsystem in einem Motorraum zuführen.
  • Da das Batteriekühlsystem, das die Batterie in Abhängigkeit eines Fahrzeugzustands heizt oder kühlt, getrennt bereitgestellt ist, sodass die Batterie eine optimale Leistung zeigt, wird zudem eine Vielzahl von Ventilen zum miteinander Verbinden der jeweiligen Verbindungsrohre verwendet und Geräusche und Vibrationen aufgrund des häufigen Öffnens oder Schließens dieser Ventile werden in den Innenraum des Fahrzeugs übertragen, was in einem verminderten Fahrkomfort resultiert.
  • Die obige in diesem Hintergrundabschnitt offenbarte Information ist lediglich für ein verbessertes Verständnis des Hintergrunds der Erfindung und kann daher Informationen enthalten, die für den Fachmann keinen Stand der Technik bilden.
  • Ein gattungsgemäßes Wärmepumpensystem ist aus der DE 10 2014 217 960 A1 bekannt.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung befasst sich mit den oben beschriebenen Problemen durch Bereitstellen eines Wärmepumpensystems für ein Fahrzeug, das den Vorteil aufweist, durch Kühlen eines Batteriemoduls unter Verwendung eines Kühlers, in dem ein Kühlmittel und ein Kältemittel Wärme miteinander austauschen, vereinfacht zu sein.
  • Ferner stellt die vorliegende Offenbarung ein Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug bereit, das den Vorteil einer Verbesserung der Heizleistung unter Verwendung eines weiteren Kühlers aufweist, der Abwärme von einem elektrischen Modul und einem Batteriemodul rückgewinnt.
  • Die vorliegende Erfindung stellt ein Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug bereit, das die Merkmale in Anspruch 1 aufweist.
  • Das zweite Expansionsventil kann betrieben werden, wenn das Batteriemodul unter Verwendung des Kältemittels gekühlt wird, um das durch die erste Verbindungsleitung eingeführte Kältemittel zu expandieren und das expandierte Kältemittel in den ersten Kühler einzuführen.
  • Das erste Ventil kann die mit dem elektrischen Modul verbundene Kühlleitung und die Batteriekühlleitung zwischen dem Radiator und dem ersten Kühler miteinander verbinden. Eine erste Zweigleitung, die den ersten Kühler durch das erste Ventil mit dem Batteriemodul verbindet, kann an der Batteriekühlleitung angeordnet sein, ein fünftes Ventil, das wahlweise bzw. gezielt die Kühlleitung mit der Batteriekühlleitung zwischen dem Radiator und dem Batteriemodul verbindet, kann an der Kühlleitung angeordnet sein und eine zweite Zweigleitung, die durch das fünfte Ventil den Radiator mit dem elektrischen Modul verbindet, kann an der Kühlleitung angeordnet sein, die das elektrische Modul mit dem ersten Ventil verbindet.
  • Das erste Ventil und das fünfte Ventil können die Kühlleitung mit der Batteriekühlleitung verbinden und die erste und zweite Zweigleitung schließen, wenn das Batteriemodul unter Verwendung eines in dem Radiator gekühlten Kühlmittels gekühlt wird.
  • Wenn unter Verwendung des Kühlmittels, das mit dem Kältemittel Wärme austauscht, eine Temperatur des Batteriemoduls erhöht wird oder wenn das Batteriemodul gekühlt wird, kann das erste Ventil die erste Zweigleitung öffnen und die Verbindung zwischen der Kühlleitung und der Batteriekühlleitung schließen, und das fünfte Ventil kann die Verbindung zwischen der Kühlleitung und der Batteriekühlleitung gleichzeitig mit dem Schließen der zweiten Zweigleitung schließen.
  • Beim Kühlen des Batteriemoduls, während das Fahrzeug in einem Kühlmodus ist, können die Entfeuchtungsleitung und die Abtauleitung durch einen Betrieb des dritten Ventils und des vierten Ventils geschlossen sein.
  • Beim Kühlen des Batteriemoduls unter Verwendung des Kältemittels, während der Fahrzeugkühlmodus nicht arbeitet, können die Entfeuchtungsleitung und die Abtauleitung durch einen Betrieb des dritten Ventils und des vierten Ventils geschlossen sein, der Betrieb des Expansionsventils kann gestoppt sein und das zweite Expansionsventil kann in Betrieb sein.
  • Ein Reservoirtank kann an der Kühlleitung zwischen dem Radiator und dem fünften Ventil angeordnet sein. Der Reservoirtank kann durch ein sechstes Ventil, das an der Kühlleitung zwischen dem Radiator und dem elektrischen Modul angeordnet ist, mit einer dritten Zweigleitung verbunden werden und durch eine Entgasungsleitung mit der ersten Zweigleitung verbunden werden.
  • Der zweite Kühler kann an der dritten Zweigleitung angeordnet sein und kann gezielt in Abhängigkeit eines Betriebs des sechsten Ventils mit der Kühlleitung verbunden sein, und die zweite Verbindungsleitung kann mit der ersten Verbindungsleitung verbunden sein.
  • Beim Rückgewinnen von Abwärme von dem Batteriemodul und dem elektrischen Modul, während das Fahrzeug in einem Heizmodus ist, können durch einen Betrieb des ersten Ventils und des fünften Ventils die Batteriekühlleitung und die Kühlleitung miteinander verbunden sein und die erste Zweigleitung und die zweite Zweigleitung können geschlossen sein; durch einen Betrieb des zweiten Ventils kann die Kältemittelleitung, die mit dem Verdampfer verbunden ist, geschlossen sein und die zweite Verbindungsleitung kann geöffnet sein; die Entfeuchtungsleitung und die Abtauleitung können durch einen Betrieb des dritten Ventils und des vierten Ventils geschlossen sein; durch einen Betrieb des sechsten Ventils kann die dritte Zweigleitung geöffnet sein, während die mit dem Radiator verbundene Kühlleitung geschlossen ist; und ein Betrieb des ersten und zweiten Expansionsventils kann gestoppt sein.
  • Beim Rückgewinnen von Abwärme von dem Batteriemodul und dem elektrischen Modul, während das Fahrzeug in einem Heiz-und Entfeuchtungsmodus ist, können durch einen Betrieb des ersten Ventils und des fünften Ventils die Batteriekühlleitung und die Kühlleitung miteinander verbunden sein und die erste Zweigleitung und die zweite Zweigleitung können geschlossen sein; kann durch einen Betrieb des zweiten Ventils die mit dem Verdampfer verbundene Kältemittelleitung geschlossen sein und kann die zweite Verbindungsleitung geöffnet sein; kann durch einen Betrieb des dritten Ventils die Entfeuchtungsleitung geöffnet sein; kann durch einen Betrieb des vierten Ventils die Abtauleitung geschlossen sein; kann durch einen Betrieb des sechsten Ventils die dritte Zweigleitung geöffnet sein, während die mit dem Radiator verbundene Kühlleitung geschlossen ist; und kann ein Betrieb des ersten und zweiten Expansionsventils gestoppt sein.
  • Beim Rückgewinnen von Abwärme von dem Batteriemodul und dem elektrischen Modul, während das Fahrzeug in einem Heiz-und Abtaumodus ist, können durch einen Betrieb des ersten Ventils und des fünften Ventils die Batteriekühlleitung und die Kühlleitung miteinander verbunden sein und können die erste Zweigleitung und die zweite Zweigleitung geschlossen sein; kann durch einen Betrieb des zweiten Ventils die mit dem Verdampfer verbundene Kältemittelleitung geschlossen sein und kann die zweite Verbindungsleitung geöffnet sein; kann die Entfeuchtungsleitung durch einen Betrieb des dritten Ventils geschlossen sein; kann die Abtauleitung durch einen Betrieb des vierten Ventils geöffnet sein; kann die mit dem externen Kondensator verbundene Kältemittelleitung durch einen Betrieb des vierten Ventils geschlossen sein; kann durch einen Betrieb des sechsten Ventils die dritte Zweigleitung geöffnet sein, während die mit dem Radiator verbundene Kühlleitung geschlossen ist; und kann ein Betrieb des ersten und zweiten Expansionsventils gestoppt sein.
  • Die Entgasungsleitung kann Blasen abgeben, die in einem Kühlmittel, das durch die erste Zweigleitung zu dem Reservoirtank gelangt, erzeugt werden oder Blasen einführen, die durch ein Kühlmittel, das entlang der Kühlleitung in die erste Zweigleitung umgewälzt wird, erzeugt werden und von diesem gesammelt werden, um einen Druckausgleich zwischen der Kühlleitung und der Batteriekühlleitung aufrechtzuerhalten.
  • Die Entgasungsleitung kann einen Teil der Blasen, die zu einem Kühlmittel gehören, das durch die erste Zweigleitung gelangt, in den Reservoirtank einführen, um einem Entstehen einer Druckdifferenz zwischen der Kühlleitung und der ersten Zweigleitung vorzubeugen, wenn das Batteriemodul unter Verwendung des Kühlmittels, das mit dem Kältemittel Wärme austauscht, gekühlt wird, während das Kühlmittel nicht entlang der Kühlleitung umgewälzt wird.
  • Das erste, zweite, vierte, fünfte und sechste Ventil können 3-Wegeventile sein, die eine Durchflussmenge aufteilen.
  • Eine Öffnung kann an der Kältemittelleitung zwischen dem internen Kondensator und dem vierten Ventil angeordnet sein, und die Öffnung kann die Kältemittelleitung gezielt öffnen oder schließen oder gezielt ein durch diese durchgehende Kältemittel expandieren.
  • Die Entfeuchtungsleitung kann mit der Kältemittelleitung zwischen dem vierten Ventil und der Öffnung verbunden sein.
  • Eine zweite Pumpe kann an der Batteriekühlleitung zwischen dem ersten Kühler und dem Batteriemodul angeordnet sein.
  • Es kann eine Heizvorrichtung zwischen dem Batteriemodul und dem ersten Kühler an der Batteriekühlleitung angeordnet sein, und die Heizvorrichtung kann aktiviert werden, wenn eine Temperatur des Batteriemoduls erhöht wird, um das Kühlmittel zu erwärmen, das entlang der Batteriekühlleitung umgewälzt wird, und das erwärmte Kühlmittel in das Batteriemodul einzuführen, und kann gezielt aktiviert werden, wenn das Fahrzeug in einem Heizmodus oder einem Heiz-und Abtaumodus ist, um das Kühlmittel zu erwärmen, das entlang der Batteriekühlleitung umgewälzt wird.
  • Wie oben beschrieben, kann die Temperatur in Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform eines Wärmepumpensystems für ein Fahrzeug in Abhängigkeit des Modus eines elektrischen Fahrzeugs oder eines Hybridfahrzeugs unter Verwendung eines Kühlers erhöht oder gesenkt werden, in dem ein Kühlmittel und ein Kältemittel miteinander Wärme austauschen, wodurch ermöglicht wird, das Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug zu vereinfachen.
  • Zudem wird die Temperatur des Batteriemoduls in Abhängigkeit des Fahrzeugmodus effizient erhöht und abgesenkt, sodass das Batteriemodul eine optimale Leistung zeigt und der maximale Fahrweg des Fahrzeugs durch ein effizientes Management des Batteriemoduls erhöht wird.
  • Zudem kann das beispielhafte Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung eine Heizeffizienz unter Verwendung eines weiteren Kühlers verbessern, der gezielt Abwärme von dem elektrischen Modul und dem Batteriemodul rückgewinnt.
  • Ferner wird das gesamte Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug vereinfacht, wodurch ermöglicht wird, die Herstellungskosten des Wärmepumpensystems für ein Fahrzeug zu reduzieren, das Gewicht des Wärmepumpensystems für ein Fahrzeug zu reduzieren und eine Raumnutzung zu verbessern.
  • Figurenliste
    • 1 ist ein Blockschaubild einer beispielhaften Ausführungsform eines Wärmepumpensystems für ein Fahrzeug.
    • 2 ist ein Blockschaubild, das einen Betrieb einer beispielhaften Ausführungsform eines Wärmepumpensystems für ein Fahrzeug beim Kühlen eines Batteriemoduls unter Verwendung eines Kühlmittels zeigt.
    • 3 ist ein Blockschaubild, das einen Betrieb einer beispielhaften Ausführungsform eines Wärmepumpensystems für ein Fahrzeug bei einem Kühlen eines elektrischen Moduls und des Batteriemoduls basierend auf dem Fahrzeugkühlmodus zeigt.
    • 4 ist ein Blockschaubild, das einen Betrieb einer beispielhaften Ausführungsform eines Wärmepumpensystems für einen Fahrzeugzustand zeigt, bei dem das Batteriemodul unter Verwendung eines Kühlmittels gekühlt wird, während der Fahrzeugkühlmodus gestoppt ist.
    • 5 ist ein Blockschaubild, das einen Betrieb einer beispielhaften Ausführungsform eines Wärmepumpensystems für ein Fahrzeug beim Rückgewinnen von Abwärme von dem elektrischen Modul und dem Batteriemodul zeigt, wenn das Fahrzeug in einem Heizmodus ist.
    • 6 ist ein Blockschaubild, das einen Betrieb einer beispielhaften Ausführungsform eines Wärmepumpensystems für ein Fahrzeug bei einem Rückgewinnen von Abwärme von dem elektrischen Modul und dem Batteriemodul zeigt, während das Fahrzeug in einem Heiz- und Entfeuchtungsmodus ist.
    • 7 ist ein Blockschaubild, das einen Betrieb einer beispielhaften Ausführungsform des Wärmepumpensystems für ein Fahrzeug bei einem Rückgewinnen von Abwärme von dem elektrischen Modul und dem Batteriemodul zeigt, während das Fahrzeug in einem Heiz- und Abtaumodus ist.
  • BESCHREIBUNG DER BEZUGSZEICHEN
    • 10
    Kühlsystem
    11
    Kühlleitung
    12
    Radiator
    13
    Kühlgebläse
    14
    erste Pumpe
    15
    elektrisches Modul
    16
    Reservoirtank
    20
    Klimatisierungssystem
    21
    Kältemittelleitung
    22
    HVAC-Modul
    23
    interner Kondensator
    25
    interne Heizvorrichtung
    27
    Verdampfer
    29
    sich öffnende oder schließende Tür
    31
    Kompressor
    33
    Akkumulator
    35
    externer Kondensator
    37
    erstes Expansionsventil
    39
    Öffnung
    41
    Entfeuchtungsleitung
    43
    Abtauleitung
    45
    zweites Expansionsventil
    100
    Wärmepumpensystem
    101
    Batteriekühlleitung
    103
    zweite Pumpe
    110
    erster Kühler
    111
    erste Verbindungsleitung
    113:
    zweiter Kühler
    115:
    zweite Verbindungsleitung
    120, 130, 140:
    erste, zweite und dritte Zweigleitung
    150:
    Entgasungsleitung
    B:
    Batteriemodul
    V1, V2, V3, V4, V5, V6:
    erstes, zweites, drittes, viertes, fünftes und sechstes Ventil
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Beispielhafte Ausführungsformen eines Wärmepumpensystems für ein Fahrzeug in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung werden hiernach unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen im Detail beschrieben.
  • Eine detaillierte Beschreibung von Technologie, die nicht zu der vorliegenden Erfindung gehört, wird weggelassen, um die vorliegende Erfindung deutlicher zu beschreiben. Gleiche Bezugszeichen kennzeichnen durch die Beschreibung hindurch gleiche Elemente.
  • Da Größen und Dicken der jeweiligen Komponenten in den begleitenden Zeichnungen zur Einfachheit der Erklärung willkürlich gezeigt werden, ist die vorliegende Offenbarung nicht auf die in den begleitenden Zeichnungen gezeigten Inhalte beschränkt. Zudem können Dicken übertrieben dargestellt sein, um verschiedene Abschnitte und Bereiche zu betonen.
  • Zudem ist durch die vorliegende Beschreibung hindurch das Wort „umfassen“ und Variationen davon, wie zum Beispiel „aufweisen“ oder „einschließen“ als angegebene Elemente einbeziehend zu verstehen, jedoch nicht als beliebige andere Elemente ausschließend, außer es wird ausdrücklich das Gegenteil beschrieben.
  • Zudem bedeuten die Begriffe „Einheit“, „Mittel“, „Teil“, „Element“ und Ähnliches, die in der Beschreibung beschrieben werden, Einheiten einer zusammengehörenden Konfiguration zum Ausführen mindestens einer Funktion oder eines Betriebs.
  • 1 ist ein Blockschaubild einer beispielhaften Ausführungsform eines Wärmepumpensystems für ein Fahrzeug.
  • Das Wärmepumpensystem 100 für ein Fahrzeug erhöht eine Temperatur eines Batteriemoduls B, das in dem Fahrzeug montiert ist, kühlt das Batteriemodul B oder verwendet gezielt Abwärme, die durch das Batteriemodul B oder ein elektrisches Modul 15 erzeugt wird, um eine Heizeffizienz zu verbessern.
  • Wie in 1 gezeigt, arbeitet ein beispielhaftes Wärmepumpensystem 100 für ein Fahrzeug mit einem Kühlsystem 10 zum Kühlen eines elektrischen Moduls 15 und einem Klimatisierungssystem 20 zusammen, das eine Klimaanlage zum Kühlen oder Heizen eines Innenraums von einem Hybridfahrzeug oder einem elektrischen Fahrzeug ist.
  • Das Kühlsystem 10 schließt einen Radiator 12, der mit Kühlleitungen 11 verbunden ist, und eine erste Pumpe 14 ein, und zirkuliert bzw. wälzt ein Kühlmittel um, um das elektrische Modul 15 zu kühlen.
  • Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann das elektrische Modul 15 einen Motor, eine Steuerungseinheit für elektrische Leistung, eine fahrzeugeigene Ladevorrichtung und Ähnliches einschließen.
  • Der Radiator 12 ist auf der vorderen oder hinteren Seite des Fahrzeugs angeordnet und ein Kühlgebläse 13 ist auf einer Seite des Radiators 12 angeordnet. Das Kühlmittel wird durch einen Betrieb eines Kühlgebläses 13 und einen Wärmeaustausch mit Außenluft gekühlt.
  • Das elektrische Modul 15 kann zwischen dem Radiator 12 und der ersten Pumpe 14 in Reihe an der Kühlleitung 11 positioniert sein.
  • Das Kühlsystem 10, das wie oben beschrieben konfiguriert ist, wälzt durch den Betrieb der ersten Pumpe 14 das in dem Radiator 12 gekühlte Kühlmittel entlang der Kühlleitungen 11 um, um das elektrische Modul 15 zu kühlen und gegen eine Überhitzung vorzubeugen.
  • Das Klimatisierungssystem 20 schließt ein Heiz-, Ventilations-, und Klimatisierungsmodul 22 (HVAC-Modul), einen Kompressor 31, einen Akkumulator 33, einen externen Kondensator 35 und ein erstes Expansionsventil 37 ein, die miteinander durch Kältemittelleitungen 21 verbunden sind.
  • Das HVAC-Modul 22 ist durch die Kältemittelleitung 21 verbunden und weist eine Tür 29 auf, welche den Strom von Umgebungsluft, die durch den Verdampfer 27 gelangt ist, einstellt, um entsprechend eines Kühl-, Heiz-, und Heiz-/Entfeuchtungsmodus des Fahrzeugs gezielt einem internen Kondensator 23 und einer Heizvorrichtung 25 zugeführt zu werden.
  • Bei dem Heizmodus des Fahrzeugs ist die Tür 29 geöffnet, sodass die Außenluft, die durch den Verdampfer 27 gelangt, in den internen Kondensator 23 und die interne Heizvorrichtung 25 eingeführt wird. Dagegen schließt sich die Tür 29 bei dem Kühlmodus des Fahrzeugs, sodass die Außenluft, die beim Hindurchgehen durch den Verdampfer 27 gekühlt wird, direkt in das Innere des Fahrzeugs eingeführt wird.
  • Der Kompressor 31 ist zwischen dem Verdampfer 27 und dem internen Kondensator 23 durch Kühlmittelleitungen 21 verbunden. Der Kompressor 31 verdichtet ein gasförmiges Kühlmittel.
  • Der Akkumulator 33 ist zwischen dem Kompressor 31 und dem Verdampfer 27 an der Kühlmittelleitung 21 angeordnet. Der Akkumulator 33 führt das gasförmige Kühlmittel zu dem Kompressor 31, um die Effizienz und Haltbarkeit des Kompressors 31 zu verbessern.
  • Der externe Kondensator 35 ist über die Kühlleitung 21 mit dem internen Kondensator 27 verbunden. Der externe Kondensator 35 ist auf einer Seite des Radiators 12 angeordnet, die der Seite gegenüberliegt, wo das Kühlgebläse 13 angeordnet ist, und tauscht Wärme zwischen Außenluft, die in den Innenraum eingeführt wird, und einem Kühlmittel aus.
  • Das erste Expansionsventil 37 ist an der Kühlmittelleitung 21 zwischen dem externen Kondensator 35 und dem Verdampfer 27 angeordnet. Das erste Expansionsventil 37 empfängt und expandiert das Kühlmittel, das durch den externen Kondensator 35 gelangt.
  • Das beispielhafte Wärmepumpensystem 100 für ein Fahrzeug schließt ferner Batteriekühlleitungen 101, einen ersten Kühler 110 und einen zweiten Kühler 113 ein.
  • Die Batteriekühlleitungen 101 sind mit dem Batteriemodul B verbunden und weisen darin strömend ein Kühlmittel auf. Das Batteriemodul B führt dem elektrischen Modul 15 Leistung zu. Das Batteriemodul B kann ein mit Flüssigkeit gekühltes Batteriemodul sein, das unter Verwendung des Kühlmittels gekühlt wird.
  • Das Batteriemodul B ist durch die Batteriekühlleitungen 101 mit dem Kühlsystem 10 verbunden und das Kühlmittel kann in dem Batteriemodul B durch einen Betrieb einer zweiten Pumpe 103 umgewälzt werden.
  • Die zweite Pumpe 103 ist an der Batteriekühlleitung 101 zwischen dem ersten Kühler 110 und dem Batteriemodul B angeordnet. Die zweite Pumpe 103 wälzt das Kühlmittel durch die Batteriekühlleitungen 101 um.
  • Bei einer beispielhaften Ausführungsform können die erste Pumpe 14 und die zweite Pumpe 103 elektrische Pumpen sein.
  • Ein erster Kühler 110 ist an der Batteriekühlleitung 101 angeordnet und ist durch erste Verbindungsleitungen 111 mit den Kältemittelleitungen 21 verbunden. Der erste Kühler 110 tauscht gezielt Wärme zwischen einem Kältemittel und dem Kühlmittel aus, um die Temperatur des Kühlmittels zu steuern.
  • Indes kann bei der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform eine Heizvorrichtung 105 an der Batteriekühlleitung 101 zwischen dem Batteriemodul B und dem ersten Kühler 110 angeordnet sein. Wenn es notwendig ist, die Temperatur des Batteriemoduls B zu erhöhen, wird die Heizvorrichtung 105 aktiviert, um das entlang der Batteriekühlleitungen 101 umgewälzte Kühlmittel zu erwärmen. Das erwärmte Kühlmittel wird dann durch Umwälzen durch die Batteriekühlleitungen 101 in das Batteriemodul B eingeführt.
  • Die Heizvorrichtung 105 kann auch gezielt aktiviert werden, wenn das Fahrzeug in einem Heizmodus oder einem Heiz-und Abtaumodus ist, um das Kühlmittel aufzuwärmen, das entlang der Batteriekühlleitung 101 umgewälzt wird.
  • Das Kühlsystem 10 wird durch ein erstes Ventil V1 gezielt mit der Batteriekühlleitung 101 verbunden. Das erste Ventil V1 kann die mit dem elektrischen Modul 15 verbundene Kühlleitung 11 mit der Batteriekühlleitung 101 zwischen dem Radiator 12 und dem ersten Kühler 110 verbinden.
  • Eine erste Zweigleitung 120 verbindet durch das erste Ventil V1 die jeweiligen Batteriekühlleitungen 101 zwischen dem ersten Kühler 110 und dem Batteriemodul B miteinander.
  • Das erste Ventil V1 verbindet gezielt die Kühlleitung 11 mit der Batteriekühlleitung 101 oder verbindet die Batteriekühlleitung 101 gezielt mit der ersten Zweigleitung 120, um den Kühlmittelstrom zu steuern.
  • Zum Beispiel kann das erste Ventil V1 die Kühlleitung 11 mit der Batteriekühlleitung 101 verbinden und die erste Zweigleitung 120 schließen, wenn das Batteriemodul B unter Verwendung des in dem Radiator 12 gekühlten Kühlmittels gekühlt wird.
  • Zudem kann das erste Ventil V1 die erste Zweigleitung 120 öffnen und die Verbindung zwischen der Kühlleitung 11 und der Batteriekühlleitung 101 schließen, wenn die Temperatur des Batteriemoduls B erhöht wird oder wenn das Batteriemodul B unter Verwendung des Kühlmittels gekühlt wird, das Wärme mit dem Kältemittel austauscht.
  • In dieser Konfiguration wird ein Niedrigtemperaturkühlmittel, das Wärme mit dem Kältemittel in dem ersten Kühler 110 austauscht, durch die erste Zweigleitung 120 in das Batteriemodul B eingeführt, die durch das erste Ventil V1 geöffnet wird, um es dadurch zu ermöglichen, dass Batteriemodul B effizient zu kühlen.
  • Wenn dagegen die Temperatur des Batteriemoduls B angehoben wird, wird das erste Ventil V1 betrieben, um einem Einführen des Kühlmittels, das entlang der Batteriekühlleitungen 101 umgewälzt wird, in den Radiator 12 vorzubeugen, um dadurch zu ermöglichen, das durch die Heizvorrichtung 105 erwärmte Kühlmittel in das Batteriemodul B einzuführen, um die Temperatur des Batteriemoduls B schnell zu erhöhen.
  • Bei der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform wird der zweite Kühler 113 mit der Kühlleitung 11 und einer zweiten Verbindungsleitung 115 durch ein zweites Ventil V2 verbunden, das an der Kühlleitung 21 angeordnet ist.
  • Der zweite Kühler 113 kann durch Wärme, die in dem Batteriemodul B und dem elektrischen Modul 15 erzeugt wird, erwärmt werden und kann Abwärme von einem Hochtemperaturkühlmittel rückgewinnen, das gezielt in diesen eingeführt wird, um Wärme zwischen dem Kühlmittel und dem Kältemittel auszutauschen und dadurch die Temperatur des Kältemittels zu erhöhen.
  • Das Klimatisierungssystem 20 schließt ferner eine Entfeuchtungsleitung 41, eine Abtauleitung 43 und ein zweites Expansionsventil 45 ein.
  • Ein Ende der Entfeuchtungsleitung 41 ist zwischen dem internen Kondensator 23 und dem externen Kondensator 35 mit der Kältemittelleitung 21 verbunden. Das andere Ende der Entfeuchtungsleitung 41 ist zwischen dem Verdampfer 27 und dem ersten Expansionsventil 37 mit der Kältemittelleitung 21 verbunden. Ein drittes Ventil V3 ist an der Entfeuchtungsleitung 41 angeordnet. Die Entfeuchtungsleitung 41 kann durch den Betrieb des dritten Ventils V3 geöffnet werden, wenn das Fahrzeug in einem Heiz- und Entfeuchtungsmodus ist.
  • Die Abtauleitung 43 ist zwischen dem externen Kondensator 35 und dem ersten Expansionsventil 37 durch ein viertes Ventil V4, das an der Kältemittelleitung 21 zwischen dem internen Kondensator 23 und dem externen Kondensator 35 angeordnet ist, mit der Kältemittelleitung 21 verbunden. Die Abtauleitung 43 kann durch einen Betrieb des vierten Ventils V4 gezielt geöffnet werden, wenn das Fahrzeug in einem Heiz- und Abtaumodus ist.
  • Eine Öffnung 39 kann zwischen dem internen Kondensator 23 und dem vierten Ventil V4 an der Kältemittelleitung 21 angeordnet sein.
  • Die Öffnung 39 dient dazu, das Kältemittel zu expandieren, das von dem internen Kondensator 23 abgegeben wird. Zudem kann die Öffnung 39 als ein Ventil arbeiten, das das Kältemittel umwälzt, ohne das Kältemittel gezielt in Abhängigkeit davon zu expandieren, ob das Fahrzeug in einem Kühlmodus, einem Heizmodus oder einem Heiz- und Befeuchtungsmodus ist. Die Öffnung 39 kann die Kältemittelleitung 21 gezielt öffnen oder schließen oder das durch diese gelangende Kältemittel gezielt expandieren.
  • Die Entfeuchtungsleitung 41 kann mit der Kältemittelleitung 21 zwischen dem vierten Ventil V4 und der Öffnung 39 verbunden sein.
  • Zudem ist ein zweites Expansionsventil 45 zwischen dem externen Kondensator 35 und dem ersten Kühler 110 an der ersten Verbindungsleitung 111 angeordnet. Das zweite Expansionsventil 45 wird betrieben, wenn das Batteriemodul B unter Verwendung des Kältemittels gekühlt wird. Das zweite Expansionsventil 45 kann das durch die erste Verbindungsleitung 111 eingeführte Kältemittel expandieren und dann das Kältemittel in einem Niedrigtemperaturzustand in den ersten Kühler 110 einführen.
  • Das zweite Expansionsventil 45 expandiert das kondensierte Kältemittel, das von dem externen Kondensator 35 abgegeben wird, um die Temperatur des kondensierten Kältemittels abzusenken, und führt dann das Kältemittel in den ersten Kühler 110 ein, was die Temperatur des Kühlmittels weiter absenkt, das durch den ersten Kühler 110 gelangt.
  • Das Niedrigtemperaturkühlmittel, das aus dem ersten Kühler 110 austritt, wird in das Batteriemodul B eingeführt, sodass das Batteriemodul B effizienter gekühlt werden kann.
  • Bei der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform verbindet ein fünftes Ventil V5, das an der Kühlleitung 11 angeordnet ist, gezielt die Kühlleitung 11 mit der Batteriekühlleitung 101 zwischen dem Radiator 12 und dem Batteriemodul B.
  • Zudem kann die Kühlleitung 11 eine zweite Zweigleitung 130 aufweisen, um den Radiator 12 durch einen Betrieb des fünften Ventils V5 zwischen der elektrischen Einrichtung 15 und dem Kühler 110 mit der elektrischen Einrichtung 15 zu verbinden.
  • Das fünfte Ventil V5 kann die zweite Zweigleitung 130 schließen, wenn das Batteriemodul B unter Verwendung des in dem Radiator 12 gekühlten Kühlmittels gekühlt wird.
  • Daher kühlt das in dem Radiator 12 gekühlte Kühlmittel durch den Betrieb des fünften Ventils V5 das Batteriemodul B, während es entlang der ersten Batteriekühlleitung 101, die mit der Kühlleitung 11 verbunden ist, strömt.
  • Wenn dagegen lediglich das elektrische Modul 15 unter Verwendung des Kühlmittels gekühlt wird, kann das fünfte Ventil V5 die Verbindung zwischen der Kühlleitung 11 und der Batteriekühlleitung 101 schließen und die zweite Zweigleitung 130 öffnen. D. h., dass das in dem Radiator 12 gekühlte Kühlmittel durch die zweite Zweigleitung 130 in das elektrische Modul 15 eingeführt wird, um dadurch zu ermöglichen, das elektrische Modul 15 schnell zu kühlen.
  • Zudem kann das fünfte Ventil V5 die zweite Zweigleitung 130 öffnen und die Verbindung zwischen der Kühlleitung 11 und der Batteriekühlleitung 101 schließen, wenn das Batteriemodul B unter Verwendung des Kühlmittels gekühlt wird, das Wärme mit dem Kältemittel austauscht, oder wenn die Temperatur des Batteriemoduls B erhöht wird.
  • Ein Reservoirtank 16 kann zwischen dem Radiator 12 und dem fünften Ventil V5 an der Kühlleitung 11 angeordnet sein. Das in den Radiator 12 eingeführte und durch diesen gekühlte Kühlmittel kann in dem Reservoirtank 16 gespeichert werden.
  • Der Reservoirtank 16 ist durch ein sechstes Ventil V6, das zwischen dem Radiator 12 und dem elektrischen Modul 15 vorgesehen ist, mit einer dritten Zweigleitung 140 verbunden.
  • Der zweite Kühler 113 ist an der dritten Zweigleitung 140 angeordnet und wird basierend auf einem Betrieb des sechsten Ventils V6 gezielt mit der Kühlleitung 11 verbunden. Folglich kann das Kühlmittel durch die dritte Zweigleitung 140 in den zweiten Kühler 113 eingeführt werden.
  • Zudem werden zweite Verbindungsleitungen 115 mit den ersten Verbindungsleitungen 111 verbunden.
  • Wenn das Fahrzeug in einem Heizmodus ist und Abwärme von dem Batteriemodul B rückgewonnen wird, wird durch den Betrieb des sechsten Ventils V6 die dritte Zweigleitung 140 bei der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform geöffnet und die mit dem Radiator 12 verbundene Kühlleitung 11 wird geschlossen.
  • Der Reservoirtank 16 kann durch eine Entgasungsleitung 150 mit der ersten Zweigleitung 120 verbunden sein. Die Entgasungsleitung 150 kann Blasen abgeben, die in dem Kühlmittel, das durch die erste Zweigleitung 120 zu dem Reservoirtank 16 gelangt, erzeugt werden, oder Blasen, die erzeugt und von dem entlang der Kühlleitung 11 umgewälzten Kühlmittels gesammelt werden, in die erste Zweigleitung 120 einführen, um den Druckausgleich zwischen der Kühlleitung 11 und der Batteriekühlleitung 101 aufrechtzuerhalten.
  • Zudem kann die Entgasungsleitung 150 einige der Blasen von dem Kühlmittel, das durch die erste Zweigleitung 120 gelangt, in den Reservoirtank 16 einführen, um einem Entstehen einer Druckdifferenz zwischen der Kühlleitung 11 und der ersten Zweigleitung 120 vorzubeugen, wenn das Batteriemodul B unter Verwendung des Kühlmittels, das Wärme mit dem Kältemittel austauscht, gekühlt wird und wenn das Kühlmittel nicht entlang der Kühlleitung 11 umgewälzt wird.
  • Obwohl eine beispielhafte Ausführungsform beschrieben worden ist, in welcher der Reservoirtank 16 an der Kühlleitung 11 zwischen dem Radiator 12 und dem Batteriemodul B angeordnet ist und die Entgasungsleitung 150 mit der ersten Zweigleitung 120 verbunden ist, ist die vorliegende Offenbarung nicht hierauf beschränkt. Zum Beispiel kann der Reservoirtank 16 bei einer alternativen Ausführungsform an der Batteriekühlleitung 101 zwischen dem Radiator 12 und dem Batteriemodul B angeordnet sein. In diesem Fall kann die Entgasungsleitung 150 mit der zweiten Zweigleitung 130 verbunden sein.
  • Bei der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform können das erste, zweite, vierte, fünfte und sechste Ventil V1, V2, V4, V5 und V6 3-Wegeventile sein, die eine Durchflussmenge aufteilen.
  • Hiernach werden der Betrieb und Vorgänge einer beispielhaften Ausführungsform des Wärmepumpensystems 100, das wie oben konfiguriert ist, unter Bezugnahme auf die 2 bis 7 für jeden Fahrzeugmodus im Detail beschrieben.
  • Als Erstes wird ein Betrieb einer beispielhaften Ausführungsform des Wärmepumpensystems 100 für ein Fahrzeug unter Bezugnahme auf 2 beschrieben, wenn ein Batteriemodul unter Verwendung eines Kühlmittels gekühlt wird.
  • Bezug nehmend auf 2 wird das Kühlsystem 10 betrieben, um das elektrische Modul 15 zu kühlen.
  • In diesem Fall verbindet das erste Ventil V1 die Kühlleitung 11, die mit dem Radiator 12 verbunden ist, mit der Batteriekühlleitung 101 und schließt die erste Zweigleitung 120.
  • Das fünfte Ventil V5 schließt die zweite Zweigleitung 130 und öffnet die Verbindung zwischen der Kühlleitung 11 und der Batteriekühlleitung 101. Das sechste Ventil V6 öffnet die Kühlleitung 11, die den Radiator 12 mit dem elektrischen Modul 15 verbindet, und schließt die dritte Zweigleitung 140.
  • In diesem Fall können die Batteriekühlleitung 101 und die Kühlleitung 11 durch das erste und fünfte Ventil V1 und V5 miteinander verbunden sein und einen geschlossenen Kreislauf ausbilden, durch den das Kühlmittel umgewälzt wird.
  • Folglich wird das in dem Radiator 12 gekühlte Kühlmittel durch einen Betrieb der ersten und zweiten Pumpe 14 und 103 entlang der Kühlleitung 11 und der Batteriekühlleitung 101 umgewälzt bzw. zirkuliert, um nacheinander das Batteriemodul B und das elektrische Modul 15 zu kühlen.
  • D. h., dass das von dem Radiator 12 abgegebene gekühlte Kühlmittel durch die Batteriekühlleitung 101 in das Batteriemodul B eingeführt wird und das Batteriemodul B kühlt.
  • Als Nächstes gelangt das Kühlmittel durch die Heizvorrichtung 105 und den ersten Kühler 110, die nicht aktiviert sind, gelangt durch die Kühlleitung 11 durch das elektrische Modul 15 und wird dann wiederum in den Radiator 12 eingeführt.
  • Da das in dem Radiator 12 gekühlte Niedrigtemperaturkühlmittel als Erstes das Batteriemodul B kühlt, kann das Batteriemodul B effizienter gekühlt werden.
  • Indes wird das Klimatisierungssystem 20 nicht betrieben, da das Fahrzeug nicht in einem Kühlmodus ist.
  • Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf 3 ein Betrieb einer beispielhaften Ausführungsform des Wärmepumpensystems eines Fahrzeugs beschrieben, wenn das Batteriemodul auf Grundlage eines Fahrzeugkühlmodus gekühlt wird,.
  • Bezug nehmend auf 3 wird das Kühlsystem 10 betrieben, um das elektrische Modul 15 zu kühlen.
  • In diesem Fall öffnet das erste Ventil V1 die erste Zweigleitung 120 und schließt die Verbindung zwischen der Kühlleitung 11 und der Batteriekühlleitung 101. Das fünfte Ventil V5 schließt die Verbindung zwischen der Kühlleitung 11 und der Batteriekühlleitung 101 und öffnet die zweite Zweigleitung 130.
  • Zudem schließt das sechste Ventil V6 die dritte Zweigleitung 140 und öffnet die Kühlleitung 11, die den Radiator 12 mit dem elektrischen Modul 15 verbindet.
  • Daher können die Kühlleitung 11 des Kühlsystems 10 und die Batteriekühlleitung 101 geschlossene Kreisläufe ausbilden, durch die das Kühlmittel jeweils durch die erste und zweite Zweigleitung 120 und 130 unabhängig umgewälzt wird.
  • D. h., dass das in dem Radiator 12 gekühlte Kühlmittel durch einen Betrieb der ersten Pumpe entlang der Kühlleitung 11 und der zweiten Zweigleitung 130 umgewälzt wird, um das elektrische Modul 15 zu kühlen.
  • Zudem wird das Kühlmittel, das durch den ersten Kühler 110 gelangt, entlang der Batteriekühlleitung 101 und der ersten Zweigleitung 120 umgewälzt, um das Batteriemodul B durch einen Betrieb der zweiten Pumpe 103 zu kühlen.
  • Das Kühlmittel, das entlang der Batteriekühlleitung 101 umgewälzt wird, wird durch einen Wärmeaustausch mit dem Kältemittel in dem ersten Kühler 110 gekühlt und wird dem Batteriemodul B zugeführt, um dadurch das Batteriemodul B zu kühlen.
  • Die Entgasungsleitung 150 kann die Blasen, die in dem Kühlmittel erzeugt werden, das durch die erste Zweigleitung 120 gelangt, zu dem Reservoirtank 16 abgeben oder die Blasen, die von dem Kühlmittel, das entlang der Kühlleitung 11 umgewälzt wird, erzeugt und gesammelt werden, in die erste Zweigleitung 120 einführen, um so den Druckausgleich zwischen der Kühlleitung 11 und der Batteriekühlleitung 101 aufrechtzuerhalten.
  • Das Klimatisierungssystem 20 wälzt das Kältemittel entlang der Kältemittelleitung 21 um, um den Innenraum des Fahrzeugs zu kühlen.
  • Die Entfeuchtungsleitung 41 und die Abtauleitung 43 werden durch einen Betrieb des dritten und vierten Ventils V3 und V4 geschlossen.
  • Zudem verbindet das zweite Ventil V2 die Kältemittelleitungen 21 zwischen dem externen Kondensator 35 und dem Verdampfer 27 miteinander, sodass die erste Verbindungsleitung 111 mit der Kältemittelleitung 21 verbunden ist.
  • Daher wird ein Teil des von dem externen Kondensator 35 abgegebenen Kältemittels in die erste Verbindungsleitung 111 eingeführt, wird durch einen Betrieb des zweiten Expansionsventils 45 in einen Niedrigtemperatur- und Niedrigdruckzustand expandiert und wird dann in den ersten Kühler 110 eingeführt, der mit der ersten Verbindungsleitung 111 verbunden ist.
  • Als Nächstes tauscht das Kältemittel, dass in den ersten Kühler 110 eingeführt wird, Wärme mit dem Kühlmittel aus und wird dann durch die erste Verbindungsleitung 111 in den Akkumulator 33 eingeführt.
  • Das Kühlmittel, das beim Kühlen des Batteriemoduls B erwärmt wird, wird durch Wärmeaustausch mit dem Niedrigtemperatur- und Niedrigdruckkühlmittel in dem ersten Kühler 110 gekühlt. Das gekühlte Kühlmittel wird wiederum durch die Batteriekühlleitung 101 dem Batteriemodul B zugeführt.
  • Das Kühlmittel kann das Batteriemodul B effizient kühlen, während der oben beschriebene Vorgang wiederholt ausgeführt wird.
  • Das Kältemittel, das von dem externen Kondensator 35 abgegeben wird, strömt durch die Kältemittelleitung 21, um so das Innere des Fahrzeugs zu kühlen und gelangt nacheinander durch das erste Expansionsventil 37, den Verdampfer 27, den Akkumulator 33, den Kompressor 31 und den internen Kondensator 23.
  • In das HVAC-Modul 22 eingeführte Außenluft wird durch das Kältemittel gekühlt, das in den Verdampfer 27 eingeführt wird.
  • Die Tür 29 schließt einen Abschnitt einer Öffnung, durch die die gekühlte Außenluft in den internen Kondensator 23 gelangen kann, sodass die gekühlte Außenluft nicht durch den internen Kondensator 23 und die interne Heizvorrichtung 25 gelangt. Die gekühlte Außenluft wird direkt in das Innere des Fahrzeugs eingeführt, um dadurch das Innere des Fahrzeugs zu kühlen.
  • Als Nächstes gelangt das Kältemittel durch die Öffnung 39 und wird dann in den externen Kondensator 35 eingeführt und wird durch Wärmeaustausch mit Außenluft kondensiert, während es durch den externen Kondensator 35 gelangt.
  • In diesem Fall kann die Öffnung 39 als Ventil betrieben werden.
  • Durch wiederholtes Ausführen des oben beschriebenen Prozesses kühlt das Kältemittel das Kühlmittel durch Wärmeaustausch, während es durch den ersten Kühler 110 gelangt, und kühlt gleichzeitig das Innere des Fahrzeugs, während das Fahrzeug in einem Fahrzeugkühlmodus ist.
  • Bei der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform wird nachfolgend unter Bezugnahme auf 4 ein Betrieb eines beispielhaften Wärmepumpensystems eines Fahrzeugs beim Kühlen des Batteriemoduls unter Verwendung des Kältemittels, wenn der Fahrzeugkühlmodus gestoppt ist, beschrieben.
  • Bezug nehmend auf 4, wenn das Batteriemodul B unter Verwendung des Kältemittels gekühlt wird, wird ein Betrieb des ersten Expansionsventils 37 des Klimatisierungssystems 20 gestoppt, um dadurch einem Eintritt des Kältemittels in den Verdampfer 27 vorzubeugen.
  • Das Kältemittel wird von dem Kompressor 31 in den externen Kondensator 35 eingeführt und wird durch Wärmeaustausch mit Außenluft kondensiert. Als Nächstes wird das Kältemittel von dem externen Kondensator 35 abgegeben und das zweite Ventil V2 verbindet die Kältemittelleitungen 21 miteinander, sodass das Kältemittel in die erste Verbindungsleitung 111 eingeführt wird.
  • Das in die erste Verbindungsleitung 111 eingeführte Kältemittel, das durch den ersten Kühler 110 gelangt, wird durch einen Betrieb des zweiten Expansionsventils 45 in einen Niedrigtemperatur- und Niedrigdruckzustand expandiert.
  • Das in den ersten Kühler 110 eingeführte Kältemittel tauscht Wärme mit dem Kühlmittel aus und wird dann durch die erste Verbindungsleitung 111 in den Akkumulator 33 eingeführt.
  • Das erste Ventil V1 kann die erste Zweigleitung 120 öffnen und die Verbindung zwischen der Kühlleitung 11 und der Batteriekühlleitung 101 schließen.
  • Zudem kann das fünfte Ventil V5 die zweite Zweigleitung 130 und die Verbindung zwischen der Kühlleitung 11 und der Batteriekühlleitung 101 schließen.
  • Das Kühlmittel, das beim Kühlen des Batteriemoduls B erwärmt wird, wird durch einen Wärmeaustausch mit dem Niedrigtemperatur- und Niedrigdruckkältemittel in dem ersten Kühler 110 gekühlt. Das gekühlte Kühlmittel wird wieder durch die Batteriekühlleitung 101 und die erste Zweigleitung 120 dem Batteriemodul B zugeführt.
  • Folglich wird das Kühlmittel, das durch Wärmeaustausch mit dem Kältemittel in dem ersten Kühler 110 gekühlt wird, durch einen Betrieb der zweiten Pumpe 103 in das Batteriemodul B eingeführt.
  • Daher kann das Kühlmittel das Batteriemodul B effizient kühlen, während der oben beschriebene Vorgang wiederholt ausgeführt wird.
  • Die Entgasungsleitung 150 führt einige der Blasen in dem Kühlmittel, das durch die erste Zweigleitung 120 gelangt, in den Reservoirtank 16, um einem Entstehen einer Druckdifferenz zwischen der Kühlleitung 11 und der ersten Zweigleitung 120 vorzubeugen, wenn das Batteriemodul B unter Verwendung des Kühlmittels, das mit dem Kältemittel Wärme austauscht, gekühlt wird und wenn das Kühlmittel nicht entlang der Kühlleitung 11 umgewälzt wird.
  • Das durch den ersten Kühler 110 gelangende Kältemittel gelangt durch den Akkumulator 33 und gelangt wieder nacheinander durch den Kompressor 31 und den internen Kondensator 23.
  • Als Nächstes gelangt das Kältemittel durch die Öffnung 39 und wird dann in den externen Kondensator 35 eingeführt, wo es durch Wärmeaustausch mit der Außenluft kondensiert, während es durch den externen Kondensator 35 gelangt.
  • Die Öffnung 39 kann als Ventil betrieben werden.
  • Die Entfeuchtungsleitung 41 und die Abtauleitung 43 werden durch einen Betrieb des dritten und vierten Ventils V3 und V4 geschlossen.
  • Das Kühlsystem 10 kann in Abhängigkeit eines Kühlbedarfs des elektrischen Moduls 15 gezielt betrieben werden, und die Situation, in der das Kühlsystem 10 nicht betrieben wird, wird bei der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform im Wege eines Beispiels beschrieben.
  • Wenn es jedoch notwendig ist, das elektrische Modul 15 zu kühlen, werden die Kühlleitung 11 und die zweite Zweigleitung 130 durch einen Betrieb des fünften Ventils V5 und sechsten Ventils V6 geöffnet.
  • In diesem Fall ist die Kühlleitung 11 nicht mit der Batteriekühlleitung 101 verbunden. Daher strömt das Kühlmittel in dem Kühlsystem 10 als und dem Batteriemodul B jeweils unabhängig durch geschlossene Kreisläufe.
  • Das in dem Radiator 12 gekühlte Kühlmittel wird durch einen Betrieb der ersten Pumpe 14 entlang der Kühlleitung 11 umgewälzt, um das elektrische Modul 15 zu kühlen.
  • Im Gegensatz dazu wird das Kühlmittel, das durch einen Betrieb der zweiten Pumpe 103 entlang der Batteriekühlleitung 101 umgewälzt wird durch Wärmeaustausch mit dem Kältemittel in dem ersten Kühler 110 gekühlt und wird dem Batteriemodul B zugeführt. Daher wird das Batteriemodul B durch das Kühlmittel effizient gekühlt, das durch Wärmeaustausch mit dem Kältemittel gekühlt wird.
  • Bei der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf 5 ein Betrieb einer beispielhaften Ausführungsform eines Wärmepumpensystems für ein Fahrzeug bei einer Rückgewinnung von Abwärme von dem elektrischen Modul und dem Batteriemodul auf Grundlage des Fahrzeugheizmodus beschrieben.
  • Bezug nehmend auf 5, wenn Abwärme von dem Batteriemodul B und dem elektrischen Modul 15 rückgewonnen wird, wenn das Fahrzeug in einem Heizmodus ist, werden die Batteriekühlleitung 101 und die Kühlleitung 11 miteinander verbunden und die erste und zweite Zweigleitung 120 und 130 werden durch einen Betrieb des ersten und fünften Ventils V1 und V5 geschlossen.
  • Die Kältemittelleitung 21, die mit dem Verdampfer 27 verbunden ist, wird durch einen Betrieb des zweiten Ventils V2 geschlossen, und die zweite Verbindungsleitung 115 wird geöffnet. Daher wird Kältemittel durch die zweite Verbindungsleitung 115 in den zweiten Kühler 113 eingeführt.
  • Zudem werden die Entfeuchtungsleitung 41 und die Abtauleitung 43 durch einen Betrieb des dritten und vierten Ventils V3 und V4 geschlossen.
  • In diesem Fall schließt das sechste Ventil V6 die Verbindung zwischen den Kühlleitungen 11, sodass das elektrische Modul 15 nicht mit dem Radiator 12 verbunden ist, und öffnet gleichzeitig die dritte Zweigleitung 140.
  • Das Kühlmittel, das durch die Abwärme, die in dem elektrischen Modul 15 erzeugt wird, und die Abwärme, die in dem Batteriemodul B erzeugt wird, erwärmt wird, gelangt über einen Betrieb der ersten und zweiten Pumpe 14 und 103 durch den zweiten Kühler 113. Der Betrieb des ersten und zweiten Expansionsventils 37 und 45 ist gestoppt.
  • Das Kältemittel, das von dem externen Kondensator 35 abgegeben wird, wird in die zweite Verbindungsleitung 115 eingeführt, die durch einen Betrieb des zweiten Ventils V2 geöffnet wird. Als Nächstes wird das Kältemittel durch die zweite Verbindungsleitung 115 in den zweiten Kühler 113 eingeführt, wo es Wärme mit dem erwärmten Kühlmittel austauscht.
  • Die Abwärme, die in dem elektrischen Modul 15 und dem Batteriemodul B erzeugt wird, erhöht somit die Temperatur des Kältemittels in dem zweiten Kühler 113.
  • Das erwärmte Kältemittel gelangt über die zweite Verbindungsleitung 115 durch den Akkumulator 33 und wird dann in den Kompressor 31 eingeführt. Zudem wird das Kältemittel in dem Kompressor 31 auf einen Hochtemperatur- und Hochdruckzustand verdichtet und dann in den internen Kondensator 23 eingeführt.
  • Die Tür 29 wird geöffnet, sodass die Außenluft, die in das HVAC-Modul 22 eingeführt wird und durch den Verdampfer 27 gelangt, durch den internen Kondensator 23 hindurchgeht.
  • Die Außenluft wird in einem Raumtemperaturzustand in den Verdampfer 27 eingeführt, zu dem kein Kältemittel zugeführt wird. Die eingeführte Außenluft wird beim Durchgang durch den internen Kondensator 23 auf einen Hochtemperaturzustand aufgewärmt. Die aufgewärmte Außenluft gelangt dann durch die gezielt betriebene interne Heizvorrichtung 25 und wird dann in das Innere des Fahrzeugs eingeführt und erwärmt dieses.
  • Als Nächstes wird das Kältemittel, nachdem es beim Durchgang durch die Öffnung 39 expandiert worden ist, in den externen Kondensator 35 eingeführt, wo es durch den Wärmeaustausch mit der Außenluft kondensiert.
  • Die Öffnung 39 kann als Expansionsventil betrieben werden.
  • Die Heizvorrichtung 105 kann bei Bedarf gezielt aktiviert werden, um das Kühlmittel, das entlang der Batteriekühlleitung 101 umgewälzt wird, zu erwärmen. Daher kann die Temperatur des Kältemittels, das durch den zweiten Kühler 113 gelangt, bei Bedarf schnell erhöht werden.
  • Die beispielhafte Ausführungsform eines Wärmepumpensystems 100 für ein Fahrzeug verwendet Abwärme, die in dem elektrischen Modul 15 und dem Batteriemodul B erzeugt werden, um die Temperatur des Kältemittels zu erhöhen, wenn das Fahrzeug in einem Heizmodus ist, um dadurch zu ermöglichen, die Leistungsaufnahme durch den Kompressor 31 zu reduzieren und die Heizeffizienz zu verbessern.
  • Wenn nur die Abwärme, die in dem elektrischen Modul 15 erzeugt wird, rückgewonnen wird, wird durch einen Betrieb des fünften Ventils V5 die Verbindung zwischen der Kühlleitung 11 und der Batteriekühlleitung 101 geschlossen und die zweite Zweigleitung 130 wird geöffnet.
  • Die Kühlleitung 11 wird durch die zweite Zweigleitung 130 und die dritte Zweigleitung 140 mit dem zweiten Kühler 113 verbunden. In diesem Fall wird die Temperatur des Kühlmittels, das durch die Kühlleitung 11 und die zweite und dritte Zweigleitung 130 und 140 gelangt, durch die von dem elektrischen Modul 15 erzeugte Abwärme erhöht, und das erwärmte Kühlmittel wird in den zweiten Kühler 113 eingeführt.
  • Kältemittel wird durch die zweite Verbindungsleitung 115 in den zweiten Kühler 113 eingeführt, wo die Temperatur des Kältemittels durch einen Wärmeaustausch mit dem erwärmten Kühlmittel erhöht wird.
  • Das erwärmte Kältemittel gelangt durch den Akkumulator 33 durch die zweite Verbindungsleitung 115 und wird dann in den Kompressor 31 eingeführt. Das Kältemittel wird in dem Kompressor 31 auf einen Hochtemperatur- und Hochdruckzustand verdichtet und wird dann in den internen Kondensator 23 geführt.
  • Die Tür 29 wird geöffnet, sodass die Außenluft, die in das HVAC-Modul 22 eingeführt wird und durch den Verdampfer 27 gelangt, durch den internen Kondensator 23 hindurchgeht.
  • Die Außenluft wird in einem Raumtemperaturzustand in den Verdampfer 27 eingeführt, zu dem kein Kältemittel zugeführt wird. Die eingeführte Außenluft wird in dem internen Kondensator 23 auf einen Hochtemperaturzustand erwärmt. Die erwärmte Außenluft gelangt durch die gezielt betriebene interne Heizvorrichtung 25 und wird dann in das Innere des Fahrzeugs eingeführt und erwärmt dieses.
  • Die beispielhafte Ausführungsform eines Wärmepumpensystems 100 für ein Fahrzeug kann gezielt die Abwärme des Batteriemoduls B und des elektrischen Moduls 15 oder nur die Abwärme des elektrischen Moduls 15 verwenden, um das Innere des Fahrzeugs zu wärmen.
  • Bei der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf 6 ein Betrieb einer beispielhaften Ausführungsform eines Wärmepumpensystems 100 für ein Fahrzeug, wenn es Abwärme von dem elektrischen Modul und dem Batteriemodul rückgewinnt, beschrieben, während das Fahrzeug in einem Heiz- und Entfeuchtungsmodus ist.
  • Bezug nehmend auf 6, wenn Abwärme von dem Batteriemodul B und dem elektrischen Modul 15 rückgewonnen wird, während das Fahrzeug in einem Heiz- und Entfeuchtungsmodus ist, werden durch einen Betrieb des ersten und fünften Ventils V1 und V5 die Batteriekühlleitung 101 und die Kühlleitung 11 miteinander verbunden und die erste und zweite Zweigleitung 120 und 130 werden geschlossen.
  • Die Kältemittelleitung 21, die mit dem Verdampfer 27 verbunden ist, wird durch einen Betrieb des zweiten Ventils V2 geschlossen, und die zweite Verbindungsleitung 115 wird geöffnet. Daher wird das Kältemittel durch die zweite Verbindungsleitung 115 in den zweiten Kühler 113 eingeführt.
  • Zudem wird die Entfeuchtungsleitung 41 durch einen Betrieb des dritten Ventils V3 geöffnet und die Abtauleitung 43 wird durch einen Betrieb des vierten Ventils V4 geschlossen.
  • In diesem Fall schließt das sechste Ventil V6 die Verbindung zwischen den Kühlleitungen 11, sodass das elektrische Modul 15 nicht mit dem Radiator 12 verbunden ist, und gleichzeitig öffnet es die dritte Zweigleitung 140.
  • Das erwärmte Kühlmittel gelangt über einen Betrieb der zweiten Pumpen 14 und 103 durch den zweiten Kühler 113. Ein Betrieb des ersten und zweiten Expansionsventils 37 und 45 wird gestoppt.
  • Die Entfeuchtungsleitung 41 wird durch einen Betrieb des dritten Ventils V3 so geöffnet, dass ein Teil des Kältemittels, das in den externen Kondensator eingeführt wird, umgewälzt wird. Zudem wird die Abtauleitung 43 durch einen Betrieb des vierten Ventils V4 geschlossen.
  • Das Kältemittel, das von dem externen Kondensator 35 abgegeben wird, wird in die zweite Verbindungsleitung 115 geführt, die durch einen Betrieb des zweiten Ventils V2 geöffnet ist. Als Nächstes wird das Kältemittel durch die zweite Verbindungsleitung 115 in den zweiten Kühler 113 eingeführt, wo es durch Wärmeaustausch mit dem erwärmten Kühlmittel aufgewärmt wird.
  • Die Abwärme, die in dem elektrischen Modul 15 und dem Batteriemodul B erzeugt wird, erhöht so die Temperatur des Kältemittels in dem zweiten Kühler 113.
  • Das erwärmte Kältemittel gelangt durch den Akkumulator 33 durch die zweite Verbindungsleitung 115 und wird dann in den Kompressor 31 eingeführt. Das Kältemittel wird in dem Kompressor 31 auf einen Hochtemperatur- und Hochdruckzustand verdichtet und wird dann in den internen Kondensator 23 eingeführt.
  • Die Kältemittelleitung 121, die das erste Expansionsventil 37 mit dem Verdampfer 27 verbindet, wird durch einen Betrieb des zweiten Ventils V2 geschlossen. Jedoch wird ein Teil des Kältemittels, das beim Hindurchgehen durch die Öffnung 39 expandiert, durch die geöffnete Entfeuchtungsleitung 41 in den Verdampfer 27 eingeführt.
  • Die Tür 29 wird geöffnet, sodass die Außenluft, die in das HVAC-Modul 22 eingeführt wird und durch den Verdampfer 27 gelangt, durch den internen Kondensator 23 hindurchgeht.
  • Die Außenluft, die in das HVAC-Modul 22 eingeführt wird, wird durch das Kältemittel entfeuchtet, das in den Verdampfer 27 eingeführt wird und in einem Niedrigtemperaturzustand ist, während es durch den Verdampfer 27 hindurchgeht. Die Außenluft wird durch einen Hochtemperaturzustand erwärmt, während sie durch den internen Kondensator 23 gelangt. Die erwärmte Außenluft gelangt durch die gezielt betriebene interne Heizvorrichtung 25 und wird dann in das Innere des Fahrzeugs eingeführt und erwärmt dieses.
  • Nachdem es beim Durchgang durch die Öffnung 39 expandiert worden ist, wird das Kältemittel als Nächstes in den externen Kondensator 35 eingeführt und wird durch einen Wärmeaustausch mit der Außenluft kondensiert, die durch den externen Kondensator 35 gelangt.
  • Die Öffnung 39 kann als Expansionsventil betrieben werden.
  • Eine beispielhafte Ausführungsform eines Wärmepumpensystems 100 für ein Fahrzeug verwendet Abwärme, die in dem elektrischen Modul 15 und dem Batteriemodul B erzeugt wird, um die Temperatur des Kältemittels zu erhöhen, wenn das Fahrzeug in einem Heiz- und Entfeuchtungsmodus ist, wodurch ermöglicht wird, die Leistungsaufnahme durch den Kompressor 31 zu reduzieren und die Heizeffizienz zu verbessern.
  • Ein Teil des Kältemittels, das beim Durchgang durch die Öffnung 39 expandiert wird, wird durch die Entfeuchtungsleitung 41 in den Verdampfer 27 eingeführt, um dadurch zu ermöglichen, das Innere ohne Betrieb des ersten Expansionsventils 37 zu entfeuchten.
  • Wenn nur die in dem elektrischen Modul 15 erzeugte Abwärme rückgewonnen wird, wird durch Betreiben des fünften Ventils V5 die Verbindung zwischen der Kühlleitung 11 und der Batteriekühlleitung 101 geschlossen und die zweite Zweigleitung 130 wird geöffnet.
  • Die Kühlleitung 11 wird mit dem zweiten Kühler 113 durch die zweite Zweigleitung 130 und die dritte Zweigleitung 140 verbunden. In diesem Fall wird die Temperatur des Kühlmittels, das durch die Kühlleitung 11 und die zweite und dritte Zweigleitung 130 und 140 gelangt, durch die Abwärme erhöht, die in dem elektrischen Modul 15 erzeugt wird, und das erwärmte Kühlmittel wird in den zweiten Kühler 113 eingeführt.
  • Das Kältemittel wird durch die zweite Verbindungsleitung 115 in den zweiten Kühler 113 eingeführt, und die Temperatur des Kältemittels wird erhöht, während das Kältemittel Wärme mit dem erwärmten Kühlmittel austauscht.
  • Das erwärmte Kältemittel gelangt über die zweite Verbindungsleitung 115 durch den Akkumulator 33 und wird dann in den Kompressor 31 eingeführt. Das Kältemittel wird in dem Kompressor 31 auf einen Hochtemperatur- und Hochdruckzustand verdichtet und wird in den internen Kondensator 23 eingeführt.
  • Die Tür 29 wird geöffnet, sodass die Außenluft, die in das HVAC-Modul 22 eingeführt wird und durch den Verdampfer 27 hindurchgeht, durch den internen Kondensator 23 gelangt.
  • Die in das HVAC-Modul 22 eingeführte Außenluft wird durch das Kältemittel entfeuchtet, das in den Verdampfer 27 eingeführt wird und in einem Niedrigtemperaturzustand ist, während es durch den Verdampfer 27 gelangt. Die Außenluft wird auf einen Hochtemperaturzustand erwärmt, während sie durch den internen Kondensator 23 gelangt. Die erwärmte Außenluft gelangt durch die die gezielt betriebene interne Heizvorrichtung 25 und wird dann in den Innenraum des Fahrzeugs eingeführt und erwärmt und entfeuchtet diesen.
  • Eine beispielhafte Ausführungsform des Wärmepumpensystems 100 für ein Fahrzeug kann die Abwärme des Batteriemoduls B und des elektrischen Moduls 15 oder nur die Abwärme des elektrischen Moduls 15 gezielt nutzen, um das Innere des Fahrzeugs zu entfalten, während es das Innere des Fahrzeugs erwärmt.
  • Bei einer weiteren vorliegenden beispielhaften Ausführungsform wird ein Betrieb einer beispielhaften Ausführungsform des Wärmepumpensystems 100 für ein Fahrzeug unter Bezugnahme auf 7 beschrieben, wenn es Abwärme von dem elektrischen Modul und dem Batteriemodul rückgewinnt, während das Fahrzeug in einem Heiz- und Abtaumodus ist.
  • Der Abtaumodus wird verwendet, wenn in dem externen Kondensator 35 Frost erzeugt wird.
  • Wenn unter Bezugnahme auf 7 die Abwärme des Batteriemoduls B und des elektrischen Moduls 15 rückgewonnen wird, während das Fahrzeug in einem Heiz- und Abtaumodus ist, werden durch einen Betrieb des ersten und fünften Ventils V1 und V5 die Batteriekühlleitung 101 und die Kühlleitung 11 miteinander verbunden und die erste und zweite Zweigleitung 120 und 130 werden geschlossen.
  • Die Kältemittelleitung 21, die mit dem Verdampfer 27 verbunden ist, wird durch Betreiben des zweiten Ventils V2 geschlossen, und die zweite Verbindungsleitung 115 wird geöffnet. Folglich wird das Kältemittel durch die zweite Verbindungsleitung 115 in den zweiten Kühler 113 eingeführt.
  • Zudem werden durch Betreiben des dritten und vierten Ventils V3 und V4 die Kältemittelleitungen 21 mit dem externen Kondensator 35 und der Entfeuchtungsleitung 41 verbunden.
  • Die Abtauleitung 43 wird durch Betreiben des vierten Ventils V4 geöffnet.
  • In diesem Fall schließt das sechste Ventil V6 die Verbindung zwischen den Kühlleitungen 11, sodass das elektrische Modul 15 nicht mit dem Radiator 12 verbunden ist, und öffnet gleichzeitig die dritte Zweigleitung 140.
  • Gleichzeitig werden durch einen Betrieb des ersten, fünften und sechsten Ventils V1, V5 und V6 die Kühlleitung 11, die durch das elektrische Modul 15 hindurchgeht, und die Batteriekühlleitung 101 miteinander verbunden.
  • Folglich gelangt das erwärmte Kühlmittel durch Betreiben der ersten und zweiten Pumpe 14 und 103 durch den zweiten Kühler 113.
  • Die Abtauleitung 43 stoppt das Einführen des Kältemittels in den externen Kondensator 35 und führt das Kältemittel durch die zweite Verbindungsleitung 115 in den zweiten Kühler 113 ein, um dadurch zu ermöglichen, abzutauen und gleichzeitig einem Anstieg in dem Frost des externen Kondensators 35 vorzubeugen.
  • In diesem Fall wird der Betrieb des ersten und zweiten Expansionsventils 37 und 45 gestoppt.
  • Das durch die Öffnung 39 gelangende Kältemittel wird in die zweite Verbindungsleitung 115, die durch Betreiben des zweiten Ventils V2 geöffnet ist, ohne durch den externen Kondensator 35 hindurch zu gelangen, eingeführt. Als Nächstes wird das Kältemittel durch die zweite Verbindungsleitung 115 in den zweiten Kühler 113 eingeführt, wo es Wärme mit dem erwärmten Kühlmittel austauscht.
  • Die in dem elektrischen Modul 15 und dem Batteriemodul B erzeugte Abwärme erhöht somit die Temperatur des Kältemittels in dem zweiten Kühler 113.
  • Das erwärmte Kältemittel gelangt durch den Akkumulator 33, wird in den Kompressor 31 eingeführt, wird in dem Kompressor 31 auf einen Hochtemperatur- und Hochdruckzustand verdichtet und wird dann in den internen Kondensator 23 geführt.
  • Die Kältemittelleitung 21, die das erste Expansionsventil 37 mit dem Verdampfer 27 verbindet, wird durch einen Betrieb des zweiten Ventils V2 geschlossen.
  • Die Tür 29 wird geöffnet, sodass die Außenluft, die in das HVAC-Modul 22 eingeführt wird und durch den Verdampfer 27 hindurchgeht, durch den internen Kondensator 23 gelangt.
  • Daher wird die Außenluft in einem Raumtemperaturzustand in den Verdampfer 27 eingeführt, zu dem kein Kältemittel zugeführt wird. Die eingeführte Außenluft wird auf einen Hochtemperaturzustand erwärmt, während sie durch den internen Kondensator 23 gelangt. Die erwärmte Außenluft gelangt durch die gezielt betriebene interne Heizvorrichtung 25 und wird dann in das Innere des Fahrzeugs eingeführt und erwärmt dieses.
  • Das Kältemittel wird expandiert, während es durch die Öffnung 39 gelangt, und wird umgewälzt, während es wieder in die Abtauleitung 43 eingeführt wird.
  • Die Öffnung 39 kann als Expansionsventil betrieben werden.
  • Die Heizvorrichtung 105 kann, wenn notwendig, gezielt aktiviert werden, um das Kühlmittel zu erwärmen, das entlang der Batteriekühlleitung 101 umgewälzt wird. Folglich kann die Temperatur des Kältemittels, das durch den zweiten Kühler 113 gelangt, schnell erhöht werden.
  • Eine beispielhafte Ausführungsform eines Wärmepumpensystems 100 für ein Fahrzeug verwendet Abwärme, die in dem elektrischen Modul 15 und dem Batteriemodul B erzeugt wird, um die Temperatur des Kältemittels zu erhöhen, während das Fahrzeug in einem Heiz- und Abtaumodus ist, wodurch ermöglicht wird, die Leistungsaufnahme durch den Kompressor 31 zu reduzieren und die Heizeffizienz zu verbessern.
  • Wenn zudem Frost in dem externen Kondensator 35 erzeugt wird, wird das Einführen des Kältemittels durch die Abtauleitung 43 blockiert, wodurch ermöglicht wird, den externen Kondensator 35 schneller abzutauen.
  • Obwohl ein beispielhaftes Szenario beschrieben worden ist, bei dem sowohl die Abwärme des elektrischen Moduls 15 als auch die Abwärme des Batteriemoduls B rückgewonnen werden, wenn das Fahrzeug in einem Heizmodus ist, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen kann nur die Abwärme, die in dem elektrischen Modul 15 erzeugt wird, rückgewonnen werden, wenn das Fahrzeug in einem Heizmodus oder einem Heiz- und Entfeuchtungsmodus ist.
  • Wenn die Temperatur des Batteriemoduls B erhöht wird, kann zudem beim Erhöhen der Temperatur des Batteriemoduls B die Heizvorrichtung 105 aktiviert werden, um das Kühlmittel aufzuwärmen, das entlang der Batteriekühlleitung 101 umgewälzt wird, und das erwärmte Kühlmittel in das Batteriemodul B eingeführt werden.
  • Wenn eine beispielhafte Ausführungsform eines Wärmepumpensystems 100 für ein Fahrzeug, das wie oben beschrieben eingerichtet ist, in Abhängigkeit der Moden des Fahrzeugs, die den ersten Kühler 110 verwenden, wo in dem elektrischen Fahrzeug oder dem Hybridfahrzeug das Kühlmittel und das Kältemittel miteinander Wärme austauschen, verwendet wird, wird die Temperatur des Batteriemoduls B erhöht oder das Batteriemodul B gekühlt, wodurch ermöglicht wird, das Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug zu vereinfachen.
  • Zudem wird die Temperatur des Batteriemoduls B in Abhängigkeit der Moden des Fahrzeugs wirkungsvoll erhöht oder abgesenkt, sodass das Batteriemodul B optimale Leistung zeigt und der maximale Fahrweg des Fahrzeugs durch ein effizientes Management des Batteriemoduls B erhöht werden kann.
  • Zudem kann das Wärmepumpensystem 100 für ein Fahrzeug in Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform die Heizeffizienz unter Verwendung des zweiten Kühlers 113 verbessern, um gezielt die Abwärme des elektrischen Moduls 15 und des Batteriemoduls B rückzugewinnen.
  • Darüber hinaus ist das gesamte Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug vereinfacht, um dadurch zu ermöglichen, die Herstellungskosten des Fahrzeugs und das Gewicht des Wärmepumpensystems zu reduzieren, während gleichzeitig die Raumnutzung verbessert wird.

Claims (19)

  1. Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug mit einem Batteriemodul (B) und einem elektrischen Modul (15), wobei das Wärmepumpensystem aufweist: eine Batteriekühlleitung (101), die mit dem Batteriemodul (B) verbunden ist und darin strömend ein erstes Kühlmittel aufweist; ein Kühlsystem (10) mit einem Radiator (12), der mit einer Kühlleitung (11) und einer ersten Pumpe (14) verbunden ist, wobei die erste Pumpe (14) durch ein erstes Ventil(VI) mit der Batteriekühlleitung (101) verbunden ist; einen ersten Kühler (110), der an der Batteriekühlleitung (101) angeordnet ist, und durch eine erste Verbindungsleitung (111) mit einer Kältemittelleitung (21) eines Klimatisierungssystems (20) verbunden ist; und einen zweiten Kühler (113), der mit der Kühlleitung (11) verbunden ist und durch ein zweites an der Kältemittelleitung (21) angeordnetes Ventil (V2) mit einer zweiten Verbindungsleitung (115) verbunden ist, wobei das Kühlsystem (10) das Kühlmittel entlang der Kühlleitung (11) umwälzt, um das elektrische Modul (15) zu kühlen; der erste Kühler (110) Wärme zwischen einem gezielt in diesen eingeführten zweiten Kühlmittel und einem Kältemittel austauscht, um eine Temperatur des Kühlmittels zu steuern; und der zweite Kühler (113) Abwärme von einem gezielt in diesen eingeführten dritten Kühlmittel rückgewinnt, um durch einen Wärmetausch zwischen dem Kühlmittel und dem Kältemittel eine Temperatur des Kältemittels zu erhöhen, dadurch gekennzeichnet, dass das Klimatisierungssystem (20) ferner aufweist: ein Heiz-, Ventilations-, und Klimatisierungsmodul (22), das durch die Kältemittelleitung (21) verbunden ist und eine Tür (29) aufweist, welche die Außenluft steuert, die durch einen Verdampfer (27) gelangt; einen Kompressor (31), der durch die Kältemittelleitung (21) zwischen dem Verdampfer (27) und einem internen Kondensator (23) verbunden ist; einen Akkumulator (33), der an der Kältemittelleitung (21) zwischen dem Kompressor (31) und dem Verdampfer (27) angeordnet ist; einen externen Kondensator (35), der durch die Kältemittelleitung (21) mit dem internen Kondensator (23) verbunden ist; ein erstes Expansionsventil (37), das an der Kältemittelleitung (21) angeordnet ist und den externen Kondensator (35) und den Verdampfer (27) miteinander verbindet; eine Entfeuchtungsleitung (41) mit einem Ende, das zwischen dem internen Kondensator (23) und dem externen Kondensator (35) mit der Kältemittelleitung (21) verbunden ist, und einem anderen Ende, das zwischen dem Verdampfer (27) und dem ersten Expansionsventil (37) mit der Kältemittelleitung (21) verbunden ist, und mit einem dritten Ventil (V3); eine Abtauleitung (43), die zwischen dem externen Kondensator (35) und dem ersten Expansionsventil (37) durch ein viertes Ventil (V4) mit der Kältemittelleitung (21) verbunden ist, das an der Kältemittelleitung (21) zwischen dem internen Kondensator (23) und dem externen Kondensator (35) angeordnet ist; und ein zweites Expansionsventil (45), das an der ersten Verbindungsleitung (111) vorgesehen ist; wobei die Tür (29) in Abhängigkeit davon, ob das Fahrzeug in einem Kühlmodus, einem Heizmodus oder einem Heiz- und Entfeuchtungsmodus ist, gezielt Außenluft in den internen Kondensator (23) und eine interne Heizvorrichtung (25) führt.
  2. Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei beim Kühlen des Batteriemoduls (B) unter Verwendung des Kältemittels das zweite Expansionsventil (45) betrieben, das durch die erste Verbindungsleitung (111) eingeführte Kältemittel expandiert und das expandierte Kältemittel in den ersten Kühler (110) eingeführt wird.
  3. Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, bei dem: das erste Ventil(VI) die mit dem elektrischen Modul (15) verbundene Kühlleitung (11) mit der Batteriekühlleitung (101) zwischen dem Radiator (12) und dem ersten Kühler (110) verbindet; eine erste Zweigleitung (120), die den ersten Kühler (110) durch das erste Ventil (VI) mit dem Batteriemodul (B) verbindet, an der Batteriekühlleitung (101) angeordnet ist; ein fünftes Ventil (V5), das die Kühlleitung (11) gezielt mit der Batteriekühlleitung (101) zwischen dem Radiator (12) und dem Batteriemodul (B) verbindet, an der Kühlleitung (11) angeordnet ist; und eine zweite Zweigleitung (130), die den Radiator (12) durch das fünfte Ventil (V5) mit dem elektrischen Modul (15) verbindet, an der Kühlleitung (11) angeordnet ist, die das elektrische Modul (15) mit dem ersten Ventil (V1) verbindet.
  4. Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug nach Anspruch 3, wobei beim Kühlen des Batteriemoduls (B) unter Verwendung eines in dem durch den Radiator (12) gekühlten Kühlmittels das erste Ventil (VI) und das fünfte Ventil (V5) die Kühlleitung (11) mit der Batteriekühlleitung (101) verbinden und die erste und zweite Zweigleitung (120, 130) schließen.
  5. Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug nach Anspruch 3 oder 4, wobei beim Erhöhen einer Temperatur des Batteriemoduls (B) oder beim Kühlen des Batteriemoduls (B) unter Verwendung des Kühlmittels, das Wärme mit dem Kältemittel austauscht: das erste Ventil (VI) die erste Zweigleitung (120) öffnet und die Verbindung zwischen der Kühlleitung (11) und der Batteriekühlleitung (101) schließt, und das fünfte Ventil (V5) die Verbindung zwischen der Kühlleitung (11) und der Batteriekühlleitung (101) gleichzeitig mit einem Schließen der zweiten Zweigleitung (130) schließt.
  6. Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei beim Kühlen des Batteriemoduls (B) , während das Fahrzeug in einem Kühlmodus ist, die Entfeuchtungsleitung (41) und die Abtauleitung (43) durch einen Betrieb des dritten Ventils (V3) und des vierten Ventils (V4) geschlossen sind.
  7. Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei beim Kühlen des Batteriemoduls (B) unter Verwendung des Kältemittels, während der Fahrzeugkühlungsmodus nicht arbeitet: die Entfeuchtungsleitung (41) und die Abtauleitung (43) durch einen Betrieb des dritten Ventils (V3) und des vierten Ventils (V4) geschlossen sind, ein Betrieb des ersten Expansionsventils (37) gestoppt ist, und das zweite Expansionsventil (45) in Betrieb ist.
  8. Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug nach einem der Ansprüche 3 bis 7, ferner mit einem Reservoirtank (16), der an der Kühlleitung (11) zwischen dem Radiator (12) und dem fünften Ventil (V5) angeordnet ist, wobei der Reservoirtank (16) durch ein sechstes Ventil (V6) mit einer dritten Zweigleitung (140) verbunden ist, das an der Kühlleitung (11) zwischen dem Radiator (12) und dem elektrischen Modul (15) angeordnet ist und durch eine Entgasungsleitung (150) mit der ersten Zweigleitung (120) verbunden ist.
  9. Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug nach Anspruch 8, bei dem: der zweite Kühler (113) an der dritten Zweigleitung (140) angeordnet ist und basierend auf einem Betrieb des sechsten Ventils (V6) gezielt mit der Kühlleitung (11) verbunden wird, und die zweite Verbindungsleitung (115) mit der ersten Verbindungsleitung (111) verbunden ist.
  10. Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug nach Anspruch 8 oder 9, wobei beim Rückgewinnen von Abwärme des Batteriemoduls (B) und des elektrischen Moduls (15), während das Fahrzeug in einem Heizmodus ist: durch einen Betrieb des ersten Ventils (V1) und des fünften Ventils (V5) die Batteriekühlleitung (101) und die Kühlleitung (11) miteinander verbunden sind und die erste Zweigleitung (120) und die zweite Zweigleitung (130) geschlossen sind; durch einen Betrieb des zweiten Ventils (V2) die Kältemittelleitung (21), die mit dem Verdampfer (27) verbunden ist, geschlossen ist und die zweite Verbindungsleitung (115) geöffnet ist; durch einen Betrieb des dritten Ventils (V3) und des vierten Ventils (V4) die Entfeuchtungsleitung (41) und die Abtauleitung (43) geschlossen sind, durch einen Betrieb des sechsten Ventils (V6) die dritte Zweigleitung (140) geöffnet ist, während die mit dem Radiator (12) verbundene Kühlleitung (11) geschlossen ist, und ein Betrieb des ersten und zweiten Expansionsventils (37, 45) gestoppt ist.
  11. Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei beim Rückgewinnen von Abwärme des Batteriemoduls (B) und des elektrischen Moduls (15), während das Fahrzeug in einem Heiz- und Entfeuchtungsmodus ist: durch einen Betrieb des ersten Ventils (V1) und des fünften Ventils (V5) die Batteriekühlleitung (101) und die Kühlleitung (11) miteinander verbunden sind und die erste Zweigleitung (120) und die zweite Zweigleitung (130) geschlossen sind, durch einen Betrieb des zweiten Ventils (V2) die Kältemittelleitung (21), die mit dem Verdampfer (27) verbunden ist, geschlossen ist und die zweite Verbindungsleitung (115) geöffnet ist, durch einen Betrieb des dritten Ventils (V3) die Entfeuchtungsleitung (41) geöffnet ist; durch einen Betrieb des vierten Ventils (V4) die Abtauleitung (43) geschlossen ist; durch einen Betrieb des sechsten Ventils (V6) die dritte Zweigleitung (140) geöffnet ist, während die mit dem Radiator (12) verbundene Kühlleitung (11) geschlossen ist, und ein Betrieb des ersten und zweiten Expansionsventils (37, 45) gestoppt ist.
  12. Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei beim Rückgewinnen von Abwärme von dem Batteriemodul (B) und dem elektrischen Modul (15), während das Fahrzeug in einem Heiz- und Abtaumodus ist: durch einen Betrieb des ersten Ventils (V1) und des fünften Ventils (V5) die Batteriekühlleitung (101) und die Kühlleitung (11) miteinander verbunden sind und die erste Zweigleitung (120) und die zweite Zweigleitung (130) geschlossen sind; durch einen Betrieb des zweiten Ventils (V2) die mit dem Verdampfer (27) verbundene Kältemittelleitung (21) geschlossen ist und die zweite Verbindungsleitung (115) geöffnet ist; die Entfeuchtungsleitung (41) durch einen Betrieb des dritten Ventils (V3) geschlossen ist und die Abtauleitung (43) durch einen Betrieb des vierten Ventils (V4) geöffnet ist; die mit dem externen Kondensator (35) verbundene Kältemittelleitung (21) durch einen Betrieb des vierten Ventils (V4) geschlossen ist; die dritte Zweigleitung (140) durch einen Betrieb des sechsten Ventils (V6) geöffnet ist, während die mit dem Radiator (12) verbundene Kühlleitung (11) geschlossen ist, und ein Betrieb des ersten und zweiten Expansionsventils (37, 45) gestoppt ist.
  13. Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug nach einem der Ansprüche 8 bis 12, bei dem die Entgasungsleitung (150) Blasen in die erste Zweigleitung (120) abgibt, die in einem Kühlmittel, das durch die erste Zweigleitung (120) zu dem Reservoirtank (16) gelangt, erzeugt werden, oder Blasen, die in einem Kühlmittel, das entlang der Kühlleitung (11) umgewälzt wird, erzeugt und gesammelt werden, in diese einführt, um so einen Druckausgleich zwischen der Kühlleitung (11) und der Batteriekühlleitung (101) aufrechtzuerhalten.
  14. Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug nach einem der Ansprüche 8 bis 13, wobei beim Kühlen des Batteriemoduls (B) unter Verwendung des Kühlmittels, das Wärme mit dem Kältemittel austauscht, und wenn Kühlmittel nicht entlang der Kühlleitung (11) umgewälzt wird, die Entgasungsleitung (150) Blasen in den Reservoirtank (16) einführt, die in einem Kühlmittel vorliegen, das durch die erste Zweigleitung (120) gelangt, um einem Entstehen einer Druckdifferenz zwischen der Kühlleitung (11) und der ersten Zweigleitung (120) vorzubeugen.
  15. Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug nach einem der Ansprüche 8 bis 14, bei dem das erste, zweite, vierte, fünfte und sechste Ventil (V1, V2, V4, V5, V6) 3-Wegeventile sind.
  16. Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 15, ferner mit einer Öffnung, die an der Kältemittelleitung (21) zwischen dem internen Kondensator (23) und dem vierten Ventil (V4) angeordnet ist, wobei die Öffnung die Kältemittelleitung (21) gezielt öffnet oder schließt oder ein dort hindurchgehendes Kältemittel gezielt expandiert.
  17. Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug nach Anspruch 16, bei dem die Entfeuchtungsleitung (41) zwischen dem vierten Ventil (V4) und der Öffnung mit der Kältemittelleitung (21) verbunden ist.
  18. Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug nach einem der vorstehenden Ansprüche, ferner mit einer zweiten Pumpe (103), die an der Batteriekühlleitung (101) zwischen dem ersten Kühler (110) und dem Batteriemodul (B) angeordnet ist.
  19. Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug nach einem der vorstehenden Ansprüche, ferner mit: einer Heizvorrichtung (105), die an der Batteriekühlleitung (101) zwischen dem Batteriemodul (B) und dem ersten Kühler (110) angeordnet ist, wobei die Heizvorrichtung aktiviert ist, wenn eine Temperatur des Batteriemoduls (B) erhöht wird, um das entlang der Batteriekühlleitung (101) umgewälzte Kühlmittel zu erwärmen, und wobei die Heizvorrichtung (105) gezielt aktiviert ist, während das Fahrzeug in einem Heizmodus oder in einem Heiz-und Abtaumodus ist, um das entlang der Batteriekühlleitung (101) umgewälzte Kühlmittel zu erwärmen.
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