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Hintergrund der Erfindung
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Technisches Gebiet
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Wärmeenergiemanagementsystem für ein Fahrzeug, und insbesondere auf ein Verfahren zum Austauschen von Wärmeenergie mit Luft, die an eine Passagierkabine des Fahrzeugs verteilt werden soll.
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Stand der Technik
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Ein Fahrzeug weist üblicherweise ein Klimasteuerungssystem auf, das eine Temperatur innerhalb eines Fahrgastraums des Fahrzeugs auf einem angenehmen Niveau durch die Bereitstellung von Heizung, Kühlung und Belüftung aufrechterhält. Komfort wird im Fahrgastraum durch einen integrierten Mechanismus aufrechterhalten, der im Stand der Technik als Heizungs-, Belüftungs- und Klimatisierungssystem (HVAC) bezeichnet wird. Das HVAC-System konditioniert Luft, die durch es hindurchströmt und verteilt die konditionierte Luft im gesamten Fahrgastraum.
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Typischerweise stellt ein Kompressor eines Kältesystems eine Strömung eines Fluides mit einer gewünschten Temperatur zu einem Verdampfer bereit, der in dem HVAC-System angeordnet ist, um die Luft zu konditionieren. Der Kompressor wird in der Regel von einem Kraftstoff betriebenen Motor des Fahrzeugs angetrieben. In den letzten Jahren werden jedoch Fahrzeuge, die einen verbesserten Kraftstoffverbrauch gegenüber dem kraftstoffbetriebenen Motor haben, immer häufiger. Ein Beispiel für ein Fahrzeug mit einem verbesserten Kraftstoffverbrauch umfasst Elektrofahrzeuge oder Hybrid-Elektrofahrzeuge, die mindestens eine wiederaufladbare Batterie als Energiequelle verwenden. Die wiederaufladbare Batterie kann verwendet werden, um einen Elektromotor und verschiedene andere Komponenten des Fahrzeugs während des Gebrauchs des Fahrzeugs zu versorgen. Die Entfernung, die das Fahrzeug nach einer vollständigen Aufladung der wiederaufladbaren Batterie zurücklegen kann, kann als eine Reichweite des Fahrzeugs oder der wiederaufladbaren Batterie bezeichnet werden. Nach dem Gebrauch des Fahrzeugs wird die wiederaufladbare Batterie wieder aufgeladen, indem die wiederaufladbare Batterie in elektrischer Verbindung mit einer Energiequelle gebracht wird. In vielen Fällen wird die wiederaufladbare Batterie in elektrischer Verbindung mit der Energiequelle mittels einer elektrischen Leitung und einer Steckeranordnung, die zwischen der wiederaufladbaren Batterie und der Energiequelle gebildet ist, angeordnet. Diese elektrische Kabel- und Steckeranordnung kann eine Außenladestation oder eine Steckdose aufweisen, die in einer Garage oder einem Außenparkplatz ausgebildet ist.
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Das Klimatisierungssystem des Elektrofahrzeugs oder des Hybrid-Elektrofahrzeugs mit der wiederaufladbaren Batterie als Energiequelle muss im Vergleich zu dem Klimatisierungssystem des Fahrzeugs mit der Brennstoffbasierten Energiequelle aufgrund der reduzierten Menge an Abwärme, die durch das Elektrofahrzeug im Vergleich zu beispielsweise einem Verbrennungsmotor erzeugt wird, modifiziert werden. In vielen Fällen muss Energie direkt von der wiederaufladbaren Batterie genommen werden, um verschiedene Komponenten des Klimatisierungssystems zu versorgen. Beispielsweise kann die wiederaufladbare Batterie verwendet werden, um einen Kompressor direkt oder indirekt über den Elektromotor anzutreiben, um ein Kältemittel durch einen Kältemittel- und/oder Wärmepumpenkreislauf zu zirkulieren, der verwendet wird, um die an eine Passagierkabine des elektrischen Fahrzeugs verteilte Luft zu kühlen und/oder zu erwärmen. Die wiederaufladbare Batterie kann auch verwendet werden, um eine elektrische Heizung, wie z. B. eine positive Temperaturkoeffizientenheizung (PTC), die verwendet wird, um die an die Passagierkabine verteilte Luft zu heizen, zu versorgen. Alternativ kann die wiederaufladbare Batterie verwendet werden, um ein Fluid, wie ein Kühlmittel, zu erwärmen, das die Wärmeenergie mit Luft, die an die Passagierkabine verteilt wird, austauscht. Die Anforderung, dass solche Komponenten von der wiederaufladbaren Batterie angetrieben werden, zieht Energie von der wiederaufladbaren Batterie, die ansonsten verwendet werden würde, um den Elektromotor anzutreiben, der das Elektrofahrzeug antreibt, wodurch die effektive Reichweite des Fahrzeugs verringert wird, wenn das Klimatisierungssystem verwendet wird.
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Dieses Problem ist besonders deutlich, wenn das Elektrofahrzeug sehr niedrigen Umgebungstemperaturen ausgesetzt ist, z. B. Temperaturen unter 0°C. Es ist oft wichtig, dass die Warmluft unmittelbar nach dem Abstecken der elektrischen Verbindung zwischen der wiederaufladbaren Batterie und der Energiequelle und dem Eintreten des Passagiers in die Passagierkabine geliefert wird, um sowohl Komfort des Passagiers zu gewährleisten, als auch um jeglichen Frost, Nebel oder Dunst zu beseitigen, der sich an den Fenstern des Fahrzeugs angesammelt haben könnte. Dementsprechend kann das Klimatisierungssystem des Elektrofahrzeugs gefordert sein, den Betrieb unmittelbar nach dem Ende des Wiederaufladevorgangs zu beginnen, während die Menge an Energie, die dem Kompressor, der elektrischen Heizung oder der Kühlmittelheizung zugeführt wird, die zum Erwärmen der zur Passagierkabine verteilten Luft verwendet wird, maximiert wird, wodurch die Reichweite der wiederaufladbaren Batterie und des Fahrzeugs unmittelbar nach dem Wiederaufladevorgang reduziert wird. Zusätzlich können derartige Heizverfahren nicht in der Lage sein, rechtzeitig genügend Wärmeenergie zu liefern, da Verfahren wie das Erhitzen des Kühlmittels zum Austauschen von Wärmeenergie mit der an die Passagierkabine verteilten Luft eine zusätzliche Zeit verlangen, um den gewünschten Heizgrad bereitzustellen.
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Es wäre daher wünschenswert, ein Wärmemanagementsystem herzustellen, das in der Lage ist, Wärmeenergie effizient in eine Passagierkabine eines Fahrzeugs zu übertragen, während ein Leistungsbedarf einer Stromquelle, die verwendet wird, um das Fahrzeug zu versorgen, minimiert wird, um eine Reichweite des Fahrzeugs zu maximieren.
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Darstellung der Erfindung
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In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wurde ein Wärmenergiemanagementsystem zum effizienten Übertragen von Wärmeenergie an eine Passagierkabine eines Fahrzeugs, während eine Reichweite des Fahrzeugs maximiert wird, überraschenderweise entdeckt.
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In einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zum Übertragen von Wärmeenergie an Luft, die an eine Passagierkabine eines Fahrzeugs verteilt wird, offenbart. Das Fahrzeug wird von einer wiederaufladbaren Stromquelle versorgt. Das Verfahren umfasst die Schritte des Hinzufügens von Wärmeenergie zu einem Wärmespeicherelement während eines Aufladens der wiederaufladbaren Energiequelle, und Übertragen der Wärmeenergie von dem Wärmespeicherelement zu der Luft, die an die Passagierkabine verteilt wird, nach einer Beendigung der Aufladung der wiederaufladbaren Stromquelle.
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In einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zum Erwärmen von Luft, die an eine Passagierkabine eines durch eine wiederaufladbare Energiequelle angetriebenen Fahrzeugs verteilt wird, offenbart. Das Verfahren umfasst die Schritte des Erhitzens eines ersten Fluides, Strömen des ersten Fluides durch ein Wärmespeicherelement, um das Wärmespeicherelement zu erwärmen, und Übertragen von Wärme von dem Wärmespeicherelement an die an die Passagierkabine verteilten Luft.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die obigen, sowie andere Ziele und Vorteile der Erfindung werden für den Fachmann durch Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung verschiedener Ausführungsformen der Erfindung leicht ersichtlich, wenn sie im Lichte der beigefügten Zeichnungen betrachtet werden, in denen:
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1 ein fragmentarisches schematisches Flussdiagramm eines Wärmeenergiemanagementsystems eines Fahrzeugs ist, das von einer wiederaufladbaren Energiequelle angetrieben wird, wenn es betrieben wird, um Komponenten des Wärmeenergiemanagementsystems zu kühlen;
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2 ein fragmentarisches schematisches Flussdiagramm des Wärmeenergiemanagementsystems von 1 ist, wenn eine Kühlfunktion durchgeführt wird; und
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3. ein fragmentarisches schematisches Flussdiagramm des Wärmeenergiemanagementsystems von 1 bei der Durchführung einer dualen Kühl- und Konditionierfunktion ist.
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Beschreibung der Ausführungsformen
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Die folgende detaillierte Beschreibung und die beigefügten Zeichnungen beschreiben und illustrieren verschiedene beispielhafte Ausführungsformen. Die Beschreibung und das Verständnis des Fachmanns dienen dazu die Erfindung herzustellen und zu verwenden, und sollen den Umfang der Erfindung in keiner Weise einschränken.
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1 zeigt ein Wärmenergiemanagementsystem 1 eines Fahrzeugs (nicht gezeigt) gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Das Wärmeenergiemanagementsystem 1 bezieht sich gemeinsam auf Systeme und Komponenten des Fahrzeugs, die ausgestaltet sind, um Wärmeenergie für einen effizienten Betrieb des Fahrzeugs zu übertragen. Das Wärmeenergiemanagementsystem 1 kann irgendwelche Systeme oder Subsysteme des Fahrzeugs aufweisen, die so ausgestaltet sind, dass sie, als nicht einschränkende Beispiele, Fahrzeugkomponenten abkühlen, Arbeiten ausführen oder die an eine Passagierkabine des Fahrzeugs verteilte Luft konditionieren.
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Das Wärmeenergiemanagementsystem 1 kann einen Teil eines Fahrzeugs bilden, das von einer elektrischen Energiequelle, wie einer wiederaufladbaren Energiequelle 2, angetrieben wird. Die wiederaufladbare Energiequelle 2 kann dementsprechend jede beliebige Form einer wiederaufladbaren Batterie 2 sein, um ein elektrisches Fahrzeug zu versorgen, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist. Die wiederaufladbare Batterie 2 kann sich auf eine Vielzahl von Batterien oder Batteriezellen (nicht gezeigt) beziehen, die gemeinsam die Energie speichern, die verwendet werden soll, um das Fahrzeugs anzutreiben. Jedoch können alternative wiederaufladbare Stromquellen verwendet werden, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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Das Fahrzeug kann rein elektrisch betrieben werden oder das Fahrzeug kann in einigen Fällen ein Hybridsystem sein. Die wiederaufladbare Batterie 2 wird während einer Aufladung der wiederaufladbaren Batterie 2 in elektrischer Verbindung mit einer Stromquelle 3 gebracht. Die elektrische Verbindung, die zwischen der wiederaufladbaren Batterie 2 und der Stromquelle 3 eingerichtet ist, kann eine Leitung oder ein Kabel 4 aufweisen, die sich dazwischen erstrecken. Die Energiequelle 3 kann beispielsweise eine Netzsteckdose sein, und die Leitung oder das Kabel 4 kann eine oder mehrere Stecker oder andere elektrische Anschlüsse zum Herstellen der elektrischen Verbindung zwischen der Stromquelle 3 und der wiederaufladbaren Batterie 2 aufweisen. Die elektrische Verbindung zwischen der wiederaufladbaren Batterie 2 und der Stromquelle 3 kann selektiv von einem Benutzer des Fahrzeugs zwischen den Benutzungen des Fahrzeugs bereitgestellt werden, um die wiederaufladbare Batterie 2 wieder aufzuladen. Die von der Stromquelle 3 bereitgestellte elektrische Energie kann sowohl zum Laden der wiederaufladbaren Batterie 2 verwendet werden, als auch zum Versorgen der Komponenten des Fahrzeugs, die normalerweise durch die wiederaufladbare Batterie 2 versorgt werden. Dementsprechend kann die Stromquelle 3 verwendet werden um die Komponenten des Fahrzeugs während des Ladevorgangs mit Energie zu versorgen ohne negativ Energie aus der wiederaufladbaren Batterie 2 während des Ladevorgangs zu ziehen.
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Es versteht sich, dass die Stromquelle 3 unabhängig von irgendeinem System des Fahrzeugs ausgebildet ist, das verwendet werden kann, um Energie während des Betriebs des Fahrzeugs zurückzugewinnen oder zu erzeugen. Mit anderen Worten bildet die Energiequelle 3 keine Komponente des Fahrzeugs, wie beispielsweise eine Brennkraftmaschine, die Arbeit ausführt, um beispielsweise elektrische Energie zum Wiederaufladen einer Batterie des Fahrzeugs zu erzeugen. Die Stromquelle 3 kann eine stationäre Ladestation bilden, die während des Betriebs des Fahrzeugs dementsprechend nicht zugänglich ist.
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Das Wärmeenergiemanagementsystem 1 weist ein Klimatisierungsmodul 12 und einen ersten Fluidkreislauf 40 auf. Das Klimatisierungsmodul 12 bildet einen Teil eines Heiz-, Lüftungs- und Klimatisierungssystems des Fahrzeugs. Das HVAC-System bietet in der Regel Heizung, Lüftung und Klimatisierung für eine Passagierkabine des Fahrzeugs. Das Klimatisierungsmodul 12 dient zur Steuerung mindestens einer Temperatur der Passagierkabine. Das dargestellte Modul 12 weist ein hohles Hauptgehäuse 14 mit einer darin ausgebildeten Luftströmungsleitung 15 auf. Das Gehäuse 14 weist einen Einlassabschnitt 16, einen Misch- und Konditionierungsabschnitt 18 und einen Auslass- und Verteilungsabschnitt (nicht gezeigt) auf. In der dargestellten Ausführungsform ist ein Lufteinlass 22 in dem Einlassabschnitt 16 ausgebildet. Der Lufteinlass 22 steht in Fluidverbindung mit einer Zufuhr von Luft (nicht gezeigt). Die Zufuhr von Luft kann von außerhalb des Fahrzeugs bereitgestellt werden, aus dem Fahrgastraum des Fahrzeugs zurückgeführt werden, oder zum Beispiel eine Mischung der beiden sein. Der Einlassabschnitt 16 ist so ausgebildet, dass er ein Gebläserad 17 darin aufnimmt, um zu bewirken, dass Luft durch den Lufteinlass 22 strömt. Ein Filter (nicht gezeigt) kann stromaufwärts oder stromabwärts des Einlassabschnitts 16 vorgesehen sein, falls dies erwünscht ist.
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Der Misch- und Konditionierungsabschnitt 18 des Gehäuses 14 weist einen ersten Wärmeübertrager 24, einen zweiten Wärmeübertrager 26 und eine Heizvorrichtung 28 auf. Der erste Wärmeübertrager 24 ist unmittelbar vor dem zweiten Wärmeübertrager 26 angeordnet. In der gezeigten Ausführungsform ist die Heizvorrichtung 28 stromabwärts einer Mischklappe 29 angeordnet. Die Mischklappe 29 ist so ausgelegt, dass sie selektiv einen Luftstrom durch die Heizvorrichtung 28 zulässt. In anderen Ausführungsformen kann die Mischklappe 29 stromabwärts der Heizvorrichtung 28 angeordnet sein. Es versteht sich, dass verschiedene Ausgestaltungen des Misch- und Konditionierungsabschnitts 18 einschließlich alternativer Anordnungen der Strömungspfade und Betätigungsvorrichtungen, die verwendet werden, um den Fluss durch die Strömungspfade zu leiten, verwendet werden können, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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Wie in 1 gezeigt, kann der zweite Wärmeübertrager 26 einen Teil eines Kältemittelkreislaufs 80 bilden, der ferner einen Kompressor 81, einen dritten Wärmeübertrager 82 und ein Expansionselement 83 aufweist. In der in 1 dargestellten Ausführungsform wirkt der zweite Wärmeübertrager 26 als Verdampfer des Kältemittelkreislaufs 80 während eines Kältebetriebsmodus zum Kühlen und/oder Entfeuchten des Luftstroms, der durch den Misch- und Konditionierungsabschnitt 18 hindurchtritt, während der dritte Wärmeübertrager 82 als ein Kondensator zum Entfernen von Wärmeenergie aus dem Kältemittel, das durch den Kältemittelkreislauf 80 strömt, dargestellt ist.
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Obwohl es jedoch in 1 nicht dargestellt ist, sollte der Fachmann verstehen, dass der Kältemittelkreislauf 80 so ausgebildet sein kann, dass er eine Struktur (nicht gezeigt), wie zusätzliche Leitungen und Ventile zum Umkehren einer Ordnung, durch die das Kältemittel durch den zweiten Wärmeübertrager 26 und den dritten Wärmeübertrager 82 strömt, wenn er in einem Wärmepumpenbetrieb arbeitet, aufweist, wobei das zweite Wärmeübertrager 26 als Kondensator zum Erwärmen des Luftstroms durch den Misch- und Konditionierungsabschnitt 18 dient, während der dritte Wärmeübertrager 82 als Verdampfer wirkt. In solch einem Fall wird der Kompressor 81 von der wiederaufladbaren Batterie 2 angetrieben, um den Wärmepumpenbetrieb des zweiten Wärmeübertragers 26 zu versorgen, wodurch Energie aus der wiederaufladbaren Batterie 2 gezogen wird.
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Obwohl der zweite Wärmeübertrager 26 als ein Verdampfer eines Kältemittelkreislaufs gezeigt worden ist, sollte verstanden werden, dass jede Vorrichtung, die in der Lage ist, die durch den Misch- und Konditionierungsabschnitt 18 strömende Luft zu kühlen und/oder zu entfeuchten, verwendet werden kann, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Zusätzlich kann der zweite Wärmeübertrager 26 alternativ in Fluidverbindung mit einem anderen Fluid als dem Kältemittel des in 1 gezeigten Kältemittelkreislaufs 80 sein, falls es gewünscht ist.
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Der erste Wärmeübertrager 24 kann irgendeine Form eines Wärmeübertragers sein, der geeignet ist, Wärme mit einem Luftstrom durch diesen auszutauschen. Der erste Wärmeübertrager 24 kann beispielsweise eine Vielzahl von Wärmeübertragerrohren aufweisen, die zwischen einem Einlassverteilerbehälter und einem Auslassverteilerbehälter ausgebildet sind, wobei die Luft, die an die Passagierkabine des Fahrzeugs verteilt werden soll, durch die Öffnungen geströmt wird, die zwischen den Wärmeübertragerrohren ausgebildet sind, um eine Übertragung von Wärmeenergie zwischen einem in dem ersten Wärmeübertrager 24 getragenen Fluid und der zu verteilenden Luft zu der Passagierkabine zu fördern.
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Der erste Fluidkreislauf 40 des Wärmeenergiemanagementsystems 1 kann eine Kühlmittelschleife des Fahrzeugs bilden, die zum Kühlen verschiedener Komponenten des Fahrzeugs und insbesondere von elektrisch angetriebenen Komponenten des Fahrzeugs ausgestaltet ist. Die Komponenten können einen Elektromotor zum Ansteuern des Fahrzeugs, der wiederaufladbaren Batterie 2, und anderer elektrischer Komponenten, die mit dem Betrieb des Fahrzeugs verbunden sind, wie einem Wechselrichter, als nicht einschränkende Beispiele aufweisen. Es versteht sich, dass der erste Fluidkreislauf 40 verwendet werden kann, um Wärmeenergie mit einer Vielzahl von verschiedenen Komponenten oder Systemen des Fahrzeugs auszutauschen, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Ein erstes Fluid wird durch den ersten Fluidkreislauf 40 zirkuliert, um die Wärmeenergie mit den Komponenten auszutauschen. Das erste Fluid kann jede geeignete Flüssigkeit zum Austausch von Wärmeenergie sein. Das erste Fluid kann beispielsweise ein aus Glykol, Wasser oder Glykol und Wassergemisch gebildetes Kühlmittel als nicht einschränkendes Beispiel sein.
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Der erste Fluidkreislauf 40 enthält einen Reservoir 42, der als eine Quelle des ersten Fluides dient, um durch den ersten Fluidkreislauf 40 zu zirkulieren. Das erste Fluid wird aus dem Reservoir 42 entnommen und durch den ersten Fluidkreislauf 40 durch eine Pumpe 44 zirkuliert. Die Pumpe 44 wird direkt oder indirekt durch die wiederaufladbare Batterie 2 während des Betriebs des Fahrzeugs elektrisch angetrieben. Während eines Ladevorgangs der wiederaufladbaren Batterie 2 kann die Pumpe 44 direkt oder indirekt von der Stromquelle 3 elektrisch angetrieben werden, und zwar in einer Weise, in der ein Ladungspegel der wiederaufladbaren Batterie 2 und damit eine mit dem Fahrzeug verbundene Reichweite, gleichbleibt oder trotz der Versorgung der Pumpe 44 erhöht wird. Dementsprechend beeinflusst der Betrieb der Pumpe 44 während des Aufladens der wiederaufladbaren Batterie 2 durch die Stromquelle 3 die Reichweite des Fahrzeugs nicht negativ.
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Eine Fluidheizung 50 ist stromabwärts der Pumpe 44 in Bezug auf die Strömung des ersten Fluides durch den ersten Fluidkreislauf 40 angeordnet. Die Fluidheizung 50 kann jede Art von direkt oder indirekt elektrisch angetriebener Heizvorrichtung sein, die geeignet ist, einen Strom eines dorthindurch strömenden Fluides zu erwärmen. Die Fluidheizung 50 kann beispielsweise als ein nicht einschränkendes Beispiel eine bekannte Form einer Glykol-Heizung sein. Die Fluidheizung 50 kann direkt oder indirekt durch die wiederaufladbare Batterie 2 während des Betriebs des Fahrzeugs angetrieben werden. Während eines Ladevorgangs der wiederaufladbaren Batterie 2 kann die Fluidheizung 50 direkt oder indirekt von der Stromquelle 3 elektrisch angetrieben werden, und zwar in einer Weise, in der ein Ladungspegel der wiederaufladbaren Batterie 2 und damit eine mit dem Fahrzeug verbundene Reichweite gleichbleibt oder trotz der Energieversorgung der Fluidheizung 50 erhöht wird. Dementsprechend beeinflusst der Betrieb der Fluidheizung 50 während des Aufladens der wiederaufladbaren Batterie 2 durch die Energiequelle 3 die Reichweite des Fahrzeugs nicht negativ.
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Ein Wärmespeicherelement 60 ist stromabwärts der Fluidheizung 50 angeordnet. Das Wärmespeicherelement 60 kann durch irgendeine Struktur in Fluidverbindung und/oder Wärmeaustauschbeziehung mit dem ersten Fluid ausgebildet werden, das durch den ersten Fluidkreislauf 40 zirkuliert. Das Wärmespeicherelement 60 kann durch eine der oben erwähnten elektrischen Komponenten des Fahrzeugs ausgebildet werden, die eine Kühlung benötigen. Beispielsweise kann das Wärmespeicherelement 60 durch ein Kühlsystem eines elektrischen Bauteils gebildet sein, das zum Austauschen von Wärmeenergie zwischen dem zu kühlenden elektrischen Bauteil und dem ersten Fluid, das durch den ersten Fluidkreislauf 40 zirkuliert, ausgestaltet ist. Das Wärmespeicherelement 60 kann beispielsweise eine mit dem zu kühlenden Bauteil verbundene Wärmesenke bilden. Alternativ kann das Wärmespeicherelement 60 eine Struktur sein, die ausgestaltet ist, um die Menge an Wärmeenergie zu maximieren, die durch das Wärmespeicherelement 60 gespeichert wird. Das Wärmespeicherelement 60 kann beispielsweise eine Kammer (nicht gezeigt) mit einem Material enthalten, das zum Speichern von Wärmeenergie darin ausgestaltet ist. Das Material kann ein Phasenänderungsmaterial sein, das ausgestaltet ist, um Phasen zu ändern, wenn es Wärmeenergie mit dem ersten Fluid austauscht. Jede bekannte Struktur oder ein System zum Speichern von Wärmeenergie kann als das Wärmespeicherelement 60 verwendet werden, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Zusätzlich kann sich das Wärmespeicherelement 60 auf eine kollektive Anordnung einer Vielzahl von unterschiedlichen Strukturen oder Komponenten in Fluidverbindung und/oder Wärmetauschverbindung mit dem ersten Fluid beziehen, das durch den ersten Fluidkreislauf 40, wie gewünscht, zirkuliert wird.
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Zusätzliche Komponenten 70, die einer Kühlung benötigen, können stromabwärts des Wärmespeicherelements 60 angeordnet sein. Ein Schaltventil 65 kann zwischen dem Wärmespeicherelement 60 und den Komponenten 70 angeordnet sein. Die Komponenten 70 können irgendwelche Komponenten sein, die eine Wärmetauschbeziehung mit dem ersten Fluid erfordern, wie z. B. elektrischen Komponenten, die während des Betriebs des Fahrzeugs gekühlt werden können. Die Komponenten 70 können irgendwelche der oben beschriebenen elektrischen Komponenten sein, die potentiell Komponenten ausbilden, die geeignet sind, als das Wärmespeicherelement 60 zu wirken. Die Komponenten 70 können zum Beispiel den Wechselrichter, die wiederaufladbare Batterie 2, den Elektromotor des Fahrzeugs oder irgendwelche anderen elektrischen Komponenten, die mit dem Betrieb des Fahrzeugs verbunden sind, aufweisen. Es sollte für einen Fachmann offensichtlich sein, dass das Wärmespeicherelement 60 aus den verschiedenen Komponenten 70 des Fahrzeugs ausgewählt werden kann, basierend auf verschiedenen Bedingungen, die zum Beispiel mit der Verpackungsanordnung des Fahrzeugs, der Art und Weise, in der Energie zwischen verschiedenen Systemen des Fahrzeugs übertragen wird, und der Wärmeleitfähigkeit der verschiedenen Komponenten, verbunden sind. Dementsprechend kann eine Positionierung des Schaltventils 65 zum Umleiten der Strömung des ersten Fluides von dem Rest der Komponenten 70 ausgewählt werden, um den ersten Fluidkreislauf 40 auf Grundlage der spezifischen Anforderungen des Fahrzeugs mit dem ersten Fluidkreislauf 40 am effizientesten zu betreiben.
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Der vierte Wärmeübertrager 72 ist stromabwärts der Komponenten 70 auf dem ersten Fluidkreislauf 40 angeordnet. Der vierte Wärmeübertrager 72 kann einen Kühler des ersten Fluidkreislaufs 40 zum Entfernen von Wärmeenergie aus dem ersten Fluid nach dem Entfernen der Wärmeenergie aus den Komponenten 70 bilden. Der vierte Wärmeübertrager 72 kann in Wärmetauschbeziehung mit einem Luftstrom sein, der von einem Gebläse oder Lüfter 73 geliefert wird. Der Lüfter 73 kann auch dazu gebracht werden, den Luftstrom über den dritten Wärmeübertrager 82 zu leiten, wenn der dritte Wärmeübertrager 82, wie gewünscht, als Kondensator des Kältemittelkreislaufs 80 wirkt. Alternative Ausgestaltungen des dritten Wärmeübertragers 82, des vierten Wärmeübertragers 72 und des Lüfters 73 können verwendet werden, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Sobald das erste Fluid den vierten Wärmeübertrager 72 verlässt, tritt das erste Fluid wieder in das Reservoir 42 ein, um durch den ersten Fluidkreislauf 40 zurückgeführt zu werden.
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Der erste Fluidkreislauf 40 weist einen Konditionierungszweig 45 mit dem ersten Wärmeübertrager 24 auf. Ein erster Abschnitt 46 des Konditionierungszweigs 45 erstreckt sich von dem Schaltventil 65 zu dem ersten Wärmeübertrager 24 und ein zweiter Abschnitt 47 des Konditionierungszweigs 45 erstreckt sich von dem ersten Wärmeübertrager 24 zum Reservoir 42 des ersten Fluidkreislaufs 40. Wie in 1 gezeigt, kann der zweite Abschnitt 47 des Konditionierungszweigs 45 wahlweise eine Wiedereintrittsleitung 48 aufweisen, die den zweiten Abschnitt 47 des Konditionierungszweigs 45 fluidmäßig zu dem ersten Fluidkreislauf 40 zwischen dem Schaltventil 65 und den Komponenten 70 des ersten Fluidkreislaufs 40, die eine Kühlung benötigen, verbindet. Die Wiedereintrittsleitung 48 kann ein Ventil 66 aufweisen, um selektiv zuzulassen, dass das erste Fluid, das durch den zweiten Abschnitt 47 des Konditionierungszweigs 45 strömt, in den ersten Fluidkreislauf 40 stromaufwärts der Komponenten 70 zurückkehrt, um es dem ersten Fluid zu ermöglichen, Wärmeenergie mit den Komponenten 70 und möglicherweise dem vierten Wärmeübertrager 72 auszutauschen, bevor es in das Reservoir 42 eintritt. Wie jedoch nachstehend erläutert wird, kann das Wärmemanagementsystem 1 in Abwesenheit der Wiedereintrittsleitung 48 und des Ventils 66, wie gewünscht, arbeiten.
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Unter bestimmten Umgebungsbedingungen können die elektronischen Komponenten des Fahrzeugs, wie beispielsweise die Komponenten 70 (und in einigen Fällen das Wärmespeicherelement 60) während des Betriebs des Fahrzeugs (und damit während eines Zeitraums, in dem sich die wiederaufladbare Batterie 2 nicht in elektrischer Verbindung mit der Stromquelle 3 befindet) genügend Wärme erzeugen, um eine Kühlung durch Umwälzung des ersten Fluides durch den ersten Fluidkreislauf 40 zu erfordern. Dementsprechend kann während dieser Umgebungsbedingungen der erste Fluidkreislauf 40 verwendet werden, wobei das Schaltventil 65 auf eine Position eingestellt wird, in der das erste Fluid von dem Schaltventil 65 und zu den Komponenten 70 strömt, ohne durch den Konditionierungszweig 45 zirkuliert zu werden.
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1 enthält Pfeile, die sich entlang des ersten Fluidkreislaufs 40 erstrecken, die eine Strömungsrichtung des ersten Fluides anzeigen, wenn das Fahrzeug in Betrieb ist, und der erste Fluidkreislauf 40 wird verwendet, um die Komponenten 70 (und möglicherweise das Wärmespeicherelement 60, falls notwendig), ohne das erste Fluid durch den Konditionierungszweig 45 zu strömen. Das erste Fluid wird von dem Reservoir 42 durch die Pumpe 44 gepumpt, während die Fluidheizung 50 nicht in Betrieb ist. Als solches fügt die Fluidheizung 50 keine Wärmeenergie zu dem ersten Fluid hinzu, wenn es durch ihn hindurchströmt, und die erste Fluidheizung 50 benötigt keine Energie, die von der wiederaufladbaren Batterie 2 entnommen wird. Das erste Fluid strömt weiterhin durch den ersten Fluidkreislauf 40, einschließlich des Wärmespeicherelements 60 und den anderen Komponenten 70 des Fahrzeugs, die gekühlt werden müssen. Die Wärmeenergie des Wärmespeicherelements 60 und der anderen Komponenten 70 wird auf das erste Fluid übertragen, um das erste Fluid zu erwärmen. Das erste Fluid strömt dann zu dem vierten Wärmeübertrager 72, der als Kühler dient, der die Wärmeenergie, die durch das erste Fluid aufgenommen worden ist, herauszieht, indem ein Luftstrom über den vierten Wärmeübertrager 72 unter Verwendung des Gebläses oder Lüfters 73 geführt wird. Das erste Fluid wird dadurch abgekühlt und zu dem Reservoir 42 zurückgeführt, um zu einem zusätzlichen Kühlzyklus rezirkuliert zu werden.
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Zusätzlich zur Verwendung einer Funktion als Kühlmittelkreislauf zum Kühlen der verschiedenen Komponenten 70 des Fahrzeugs, die eine Kühlung benötigen, kann der erste Fluidkreislauf 40 auch verwendet werden, um einer Konditionierungsfunktion zu dienen, bei der Wärmeenergie zwischen dem ersten Fluid und der Luft übertragen wird, die auf die Passagierkabine verteilt wird. Die Konditionierungsfunktion kann eine Heizkonditionierungsfunktion aufweisen, bei der zusätzliche Wärmeenergie der Luft zugeführt wird, die an die Passagierkabine verteilt werden soll, zusätzlich zu jeder Wärmeenergie, die über die Heizvorrichtung 28 auf das erste Fluid übertragen wird (und in einigen Systemen der zweite Wärmeübertrager 26 durch den Betrieb des Kompressors 81). Die Heizkonditionierungsfunktion eignet sich zum Einsatz, wenn die Umgebungstemperatur niedrig ist, z. B. unter 0°C, und der Fahrgast des Fahrzeugs die sofortige Verteilung der erwärmten Luft erfordert, um eine Abtau- oder Entfeuchtungsfunktion richtig durchzuführen oder die Komfortanforderungen des Fahrgastes zu erfüllen.
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In Abwesenheit der Konditionierungsfunktion des ersten Fluidkreislaufs 40 beruht das Wärmeenergiemanagementsystem 1 zunächst primär auf der Heizvorrichtung 28, um die Erwärmung der an die Fahrgastzelle des Fahrzeugs zu verteilenden Luft vorzusehen, wobei die Heizvorrichtung 28 direkt von der wiederaufladbaren Batterie 2 angetrieben wird. In einigen Systemen kann die Luft, die an die Passagierkabine verteilt werden soll, auch durch den zweiten Wärmeübertrager 26 erwärmt werden, wenn der zweite Wärmeübertrager 26 während eines Wärmepumpenbetrieb als Kondensator des Kältemittelkreislaufs 80 wirkt. Der Betrieb des zweiten Wärmeübertragers 26 als Kondensator erfordert den Betrieb des Kompressors 81, der direkt oder indirekt durch die wiederaufladbare Batterie 2 gespeist wird. Somit erfordert der Betrieb entweder der Heizvorrichtung 28 oder des Kompressors 81, dass Energie aus der wiederaufladbaren Batterie 2 entnommen wird, wodurch die Reichweite des Fahrzeugs reduziert wird.
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Die Konditionierungsfunktion des Wärmeenergiemanagementsystems 1 weist mindestens eine Wärmeenergiespeicherstufe und eine Wärmeenergieerzeugungsstufe auf. Die Wärmeenergiespeicherstufe weist eine Übertragung von Wärmeenergie auf das Wärmespeicherelement 60 während eines Aufladens der wiederaufladbaren Batterie 2 auf. Die Wärmeenergieerzeugungsstufe umfasst eine Übertragung der in dem Wärmespeicherelement 60 gespeicherten Wärmeenergie an die Luft, die an die Passagierkabine des Fahrzeugs nach einem Abbruch des Ladevorgangs und während des Betriebs des Fahrzeugs verteilt wird, wobei die Energie aus der wiederaufladbaren Batterie 2 gezogen wird. Jede Stufe wird nachfolgend beschrieben.
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2 enthält Pfeile, die sich entlang von Abschnitten des ersten Fluidkreislaufs 40 und des Konditionierungszweigs 45, die eine Strömungsrichtung für das erste Fluid anzeigen, erstrecken, wenn der erste Fluidkreislauf 40 die Wärmeenergiespeicherstufe der Konditionierungsfunktion ausführt. Die in 2 gezeigte Strömungskonfiguration wird anfänglich während eines Zeitraums durchgeführt, in der das Fahrzeug nicht in Betrieb ist, und die wiederaufladbare Batterie 2 des Fahrzeugs wieder aufgeladen wird, indem eine elektrische Verbindung zwischen der Stromquelle 3 und der wiederaufladbaren Batterie 2 hergestellt wird. Wie hierin erläutert ist die wiederaufladbare Batterie 2 in der Lage, elektrische Energie an die verschiedenen Komponenten des Fahrzeugs zu verteilen, während sie in elektrischer Verbindung mit der Stromquelle 3 steht, ohne den Ladungspegel der wiederaufladbaren Batterie 2 oder die Reichweite des Fahrzeugs negativ zu reduzieren. Alternativ sollte verstanden werden, dass alternative Ausgestaltungen, bei denen die Energiequelle 3 dazu gebracht wird, die Komponenten des Fahrzeugs direkt zu versorgen, während die aufladbare Batterie 2 unabhängig aufgeladen wird, auch verwendet werden kann, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen, solange das verwendete Verfahren nicht den Ladezustand der wiederaufladbaren Batterie 2 verringert.
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Während der Wärmeenergiespeicherstufe wird die von der Stromquelle 3 gelieferte elektrische Energie direkt oder indirekt (über die wiederaufladbare Batterie 2) an die Pumpe 44 und die Fluidheizung 50 an den Leistungsbetrieb verteilt. Das erste Fluid wird aus dem Reservoir 42 durch die Pumpe 44 gepumpt, während die Fluidheizung 50 aktiviert wird. Die Fluidheizvorrichtung 50 fügt dementsprechend dem ersten Fluid Wärmeenergie hinzu, um das erste Fluid zu erwärmen. Das erwärmte erste Fluid strömt dann durch das Wärmespeicherelement 60. Mindestens ein Teil der dem ersten Fluid zugeführten Wärmeenergie wird von dem ersten Fluid zu dem Wärmespeicherelement 60 übertragen. Wie oben erläutert, kann das Wärmespeicherelement 60 jede wärmeleitfähige Struktur, ein Fluid oder ein Material, das zur Speicherung der Wärmeenergie des ersten Fluides geeignet ist, aufweisen.
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Das Schaltventil 65 wird zu einer Position betätigt, in der die Strömung durch den ersten Fluidkreislauf 40 auf den ersten Abschnitt 46 des Konditionierungszweigs 45 gerichtet ist, anstatt zu den stromabwärts des Wärmespeicherelements 60 angeordneten Komponenten 70. Das erste Fluid strömt durch den erste Abschnitt 46 des Konditionierungszweigs 45 und tritt in den ersten Wärmeübertrager 24 ein. Mindestens ein Teil der dem ersten Fluid zugeführten Wärmeenergie wird auf die den ersten Wärmeübertrager 24 bildenden Struktur übertragen. Das erste Fluid verlässt dann den ersten Wärmeübertrager 24 und strömt durch den zweiten Abschnitt 47 des Konditionierungszweigs 45 zurück zum Reservoir 42. Das erste Fluid kann dann wieder durch den ersten Fluidkreislauf 40 und den Konditionierungszweig 45 zirkuliert werden, um das erste Fluid weiter zu erwärmen und das Speichern der Wärmeenergie in dem Wärmespeicherelement 60 fortzusetzen.
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Das Erwärmen des ersten Fluides und die Speicherung der Wärmeenergie in dem Wärmespeicherelement 60 können fortgesetzt werden, bis die elektrische Verbindung zwischen der Energiequelle 3 und der wiederaufladbaren Batterie 2 im Vorgriff auf den Betrieb des Fahrzeugs in den Umgebungsbedingungen unterbrochen wird. Nach dem Unterbrechen der elektrischen Verbindung werden die Fluidheizung 50 und die Pumpe 44 nicht länger betätigt, um einen Energieabfluss der wiederaufladbaren Batterie 2 zu verhindern, wenn sie nicht von der Energiequelle 3 geladen wird.
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Bei der anfänglichen Aktivierung des Fahrzeugs, wenn es niedrigen Umgebungstemperaturen ausgesetzt ist, ist es üblich, dass die Fahrgastzelle des Fahrzeugs eine sofortige Erwärmung erfordert. Die Verwendung der Heizvorrichtung 28 und/oder des Kompressors 81 während der anfänglichen Erwärmung der Passagierkabine zieht unerwünschterweise Energie aus der wiederaufladbaren Batterie 2. Zusätzlich bewirkt der große Temperaturunterschied, der häufig zwischen der niedrigen Umgebungstemperatur der Umgebung und der gewünschten Temperatur für die Fahrgastkabine des Fahrzeugs besteht, dass die Energiemenge, die benötigt wird, um die Heizvorrichtung 28 und/oder den Kompressor 81 zu versorgen, im Vergleich zu normalen Betriebsbedingungen erhöht ist. Die Konditionierungsfunktion des Wärmeenergiemanagementsystems 1 stellt eine Lösung für dieses Problem dar, indem die in dem Wärmespeicherelement 60 gespeicherte Wärmeenergie verwendet wird, um zumindest einen Teil der Wärmeenergie bereitzustellen, die erforderlich ist, um die Luft, die an die Passagierkabine verteilt werden soll, zu heizen.
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Das erste Fluid enthält die gleiche Strömungskonfiguration während der Wärmeenergieerzeugungsstufe, wie während der Wärmeenergiespeicherstufe, daher wird auch eine Beschreibung der Wärmeenergieerzeugungsstufe unter Bezugnahme auf 2 vorgenommen. Der Fahrgast des Fahrzeugs aktiviert den Betrieb des Fahrzeugs nach dem Unterbrechen des Aufladevorgangs. In diesem Stadium bewirkt der Betrieb von irgendwelchen Komponenten des Fahrzeugs, welche die elektrische Energie der wiederaufladbaren Batterie 2 erfordern (in Abwesenheit der von der Stromquelle 3 gelieferten Energie), dass der Ladungspegel der wiederaufladbaren Batterie 2 abgesenkt wird, wodurch die Reichweite des Fahrzeugs verringert wird. Somit wird während des Betriebs des Fahrzeugs, welcher der Wärmeenergiespeicherstufe folgt, die Fluidheizvorrichtung 50 nicht betätigt, um eine Energieentnahme von der wiederaufladbaren Batterie 2 zu verhindern. Die Pumpe 44 wird betätigt, um zu bewirken, dass das erste Fluid durch den ersten Fluidkreislauf 40 strömt. Das Schaltventil 65 wird in der Position gehalten, in der das erste Fluid durch den Konditionierungszweig 45 strömen wird, bevor es zum Reservoir 42 zurückkehrt.
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Das im Einlassabschnitt 16 des Klimatisierungsmoduls 12 angeordnete Gebläse 17 wird aktiviert um zu bewirken, dass die Luft in die Passagierkabine verteilt wird, um durch die Luftströmungsleitung 15 zu strömen. Die Luft trifft dann auf den ersten Wärmeübertrager 24. Wie zuvor erläutert, kann die den ersten Wärmeübertrager 24 bildende Struktur mindestens einen Teil der Wärmeenergie speichern, die dem ersten Fluid durch die Fluidheizung 50 zugeführt wird. Zusätzlich sollte verstanden werden, dass das erste Fluid selbst mindestens einen Teil der Wärmeenergie speichert, die dem ersten Fluid durch die Fluidheizung 50 zugeführt wird. Die Luft tauscht Wärmeenergie mit dem ersten Fluid durch die Struktur des ersten Wärmeübertragers 24 aus, um die Temperatur der an die Passagierkabine zu verteilenden Luft zu erhöhen, während die Temperatur des ersten Fluides, das durch den ersten Wärmeübertrager 24 strömt, verringert wird. Das erste Fluid kehrt dann zu dem Reservoir 42, wo die Pumpe 44 das erste Fluid durch das Wärmespeicherelement 60 zirkuliert, zurück. Das Wärmespeicherelement 60 überträgt Wärmeenergie, die in dem Wärmespeicherelement 60 gespeichert ist, zum ersten Fluid, um das erste Fluid zu erwärmen. Das erwärmte erste Fluid wird dann zurück zum ersten Wärmeübertrager 24 geleitet. Die Wärmeenergie, die von dem Wärmespeicherelement 60 auf das erste Fluid übertragen wird, wird dann über den ersten Wärmeübertrager 24 auf die zu übertragende Luft in die Passagierkabine übertragen. Das erste Fluid strömt weiter durch den ersten Fluidkreislauf 40 und den Konditionierungszweig 45, um die Übertragung der Wärmeenergie von dem Wärmespeicherelement 60 auf die auf die Passagierkabine zu verteilende Luft zu wiederholen.
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Unter bestimmten Umständen liefert die Strömung des ersten Fluides durch den ersten Wärmeübertrager 24 die gesamte Wärmeenergie, die erforderlich ist, um an die Luft, die an die Passagierkabine übertragen wird, entsprechend den Anforderungen des Passagiers verteilt zu werden. Die Heizvorrichtung 28 und/oder der Kompressor 81 dürfen unter solchen Umständen nicht betrieben werden, so dass die von der wiederaufladbaren Batterie 2 benötigte Energie zur Versorgung des HVAC-Systems bei der anfänglichen Erwärmung der Passagierkabine minimiert wird. Unter anderen Umständen ist die Wärmeenergie, die von dem ersten Fluid geliefert wird, das durch den ersten Wärmeübertrager 24 zirkuliert, nicht groß genug, um die Luft, die an die Passagierkabine verteilt werden soll, entsprechend den Anforderungen des Passagiers angemessen zu erwärmen. Die Heizvorrichtung 28 und/oder der Kompressor 81 kann dementsprechend aktiviert werden, um als zusätzliche Wärmequellenquelle zu arbeiten, aber die Heizvorrichtung 28 und der Kompressor 81 können mit einer reduzierten Geschwindigkeit und/oder Einstellung betrieben werden, die eine minimale elektrische Energie erfordert, die von der wiederaufladbaren Batterie 2 abgegeben wird, um die Heizvorrichtung 28 und/oder den Kompressor 81 zu versorgen. Demgemäß verbessert der erste Wärmeübertrager 24 eine Reichweite des Fahrzeugs unter jedem Umstand, da wenigstens einen Teil der Wärmeenergie, die zum Erwärmen der Passagierkabine erforderlich ist, von dem Wärmespeicherelement 60 anstelle von Wärmeenergie gewonnen wird, die sonst von der in der wiederaufladbaren Batterie 2 gespeicherten elektrischen Energie stammen würde.
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Das erste Fluid kann weiter durch den ersten Wärmeübertrager 24 strömen, bis die in dem Wärmespeicherelement 60 gespeicherte Wärmeenergie soweit abgesenkt wird, dass der erste Wärmeübertrager 24 nicht mehr Wärme an die an die Passagierkabine zu verteilende Luft hinzufügt. Der erste Wärmeübertrager 24 kann verwendet werden, um weiterhin Wärme an die Luft zu fördern, die an die Passagierkabine verteilt wird, selbst nachdem die Passagierkabine anfänglich die gewünschte Temperatur erreicht hat, wodurch ferner verhindert wird, dass zusätzliche Energie aus der wiederaufladbaren Batterie 2 gezogen werden muss um die Heizvorrichtung 28 und/oder den Kompressor 81 nach der anfänglichen Erwärmung der Passagierkabine zu versorgen.
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Wie zuvor erörtert, kann der zweite Abschnitt 47 des Konditionierungszweigs 45 wahlweise die Wiedereintrittsleitung 48 aufweisen, um den Konditionierungszweig 45 selektiv mit dem ersten Fluidkreislauf 40 stromaufwärts der Komponenten 70 zu verbinden. Die Wiedereintrittsleitung 48 wird durch Einstellen des Ventils geöffnet, um wenigstens einen Teil der Strömung des ersten Fluides zu erlauben, so dass es aus dem ersten Wärmeübertrager 24 austreten kann, um in den ersten Fluidkreislauf 40 zurückzukehren. Wie in 3 gezeigt, die Pfeile, die einen Strom des ersten Fluides anzeigen, enthält während der Konditionierungszweig 45 in Betrieb ist und das Ventil 66 geöffnet wird, strömt mindestens der eine Teil des aus dem ersten Wärmeübertrager 24 austretenden Stroms durch die Komponenten 70 und den vierten Wärmeübertrager 72, bevor er in das Reservoir 42 zurückkehrt, um von der Pumpe 44 zurückgeführt zu werden.
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Die Wiedereintrittsleitung 48 kann verwendet werden, um Wärmeenergie, die von den Komponenten 70 stammt, zurückzugewinnen, während die Wärmeenergie des Wärmespeicherelements 60 verwendet wird, um die Luft, die an die Passagierkabine verteilt werden soll, zu erwärmen. Wenn die Komponenten 70 elektrische Komponenten sind, die während des Gebrauchs Wärme erzeugen, können die Komponenten 70 eine Temperatur erreichen, bei der die Komponenten 70 eine größere Temperatur aufweisen als das erste Fluid, nachdem das erste Fluid Wärmeenergie an die Luft übertragen hat, die an die Passagierkabine verteilt werden soll. Dementsprechend empfängt der mindestens eine Teil des ersten Fluides, der durch die Wiedereintrittsleitung 48 strömt, Wärmeenergie von den Komponenten 70, um das erste Fluid zu erhitzen. Das Gebläse oder der Lüfter 73 kann ausgeschaltet werden, um zu bewirken, dass eine minimale Menge an Wärmeenergie aus dem ersten Fluid entnommen wird, wenn das erste Fluid durch den vierten Wärmeübertrager 72 strömt. Das erwärmte erste Fluid kann dann durch den Rest des ersten Fluidkreislaufs 40 mit dem Wärmespeicherelement 60 und dem ersten Wärmeübertrager 24 rezirkulieren, um die Wärmeenergieerzeugungsstufe der Konditionierungsfunktion noch weiter zu erweitern, wodurch die Reichweite des Fahrzeugs weiter verbessert wird. Die Wiedereintrittsleitung 48 kann dementsprechend verwendet werden, wenn die erste Fluidschaltung 40 von der Konditionierungsfunktion unter Verwendung des Konditionierungszweigs 45 zu der normalen Kühlfunktion übergeht, die durch die Strömungskonfiguration von 1 gezeigt ist, wobei das erste Fluid nicht durch den Konditionierungszweig 45 strömt.
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Die Konditionierungsfunktion des Wärmeenergiemanagementsystems 1 wurde als geeignet für den Einsatz in der Heizfunktion beschrieben, bei der die Umgebungstemperatur niedrig ist und die Erhitzung der Passagierkabine unmittelbar nach Aktivierung des Fahrzeugs erforderlich ist. Da solche Bedingungen für jede Ladesitzung der wiederaufladbaren Batterie 2, wie z. B. während der warmen Jahreszeiten, nicht vorhanden sind oder wenn das Fahrzeug in einer beheizten Inneneinstellung aufgeladen wird, kann ein Steuersystem (nicht gezeigt) des Fahrzeugs ausgestaltet sein, um zu bestimmen, wann die Konditionierungsfunktion bei Beginn einer Ladesitzung verwendet werden sollte, bei der die wiederaufladbare Batterie 2 in elektrischer Verbindung mit der Stromquelle 3 angeordnet ist. Das Steuersystem kann beispielsweise die Konditionierungsfunktion aktivieren, wenn sie vom Passagier vor oder während der Ladesitzung ausgewählt wird. Das Steuersystem kann alternativ nur die Konditionierungsfunktion aktivieren, wenn ein Temperatursensor (nicht gezeigt), der die Umgebungstemperatur misst, oder die interne Kabinentemperatur bestimmt, dass die Konditionierungsfunktion erforderlich sein kann, um die Anforderungen des Passagiers bei der Aktivierung des Fahrzeugs zu erfüllen. Das Steuersystem kann alternativ die Konditionierungsfunktion aktivieren, wenn Informationen, die an das Steuersystem übermittelt werden, wie beispielsweise Wetterinformation, die dem Steuersystem durch ein drahtloses Kommunikationsverfahren mitgeteilt wird, anzeigt, dass die Konditionierungsfunktion erforderlich sein kann. Das Steuersystem kann alternativ die Konditionierungsfunktion aktivieren, wenn das Datum und die geographische Lage des Fahrzeugs anzeigen, dass die Konditionierungsfunktion erforderlich sein kann. Alternative Steuerungsverfahren zum Aktivieren und Steuern der Konditionierungsfunktion können auch verwendet werden, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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Das Steuersystem des Fahrzeugs kann auch verwendet werden, um zu bestimmen, wann die Wärmekapazität des Wärmespeicherelements 60 auf ein Niveau reduziert worden ist, dass die fortgesetzte Zirkulation des ersten Fluides nicht mehr vorteilhaft ist, um die Luft, die an die Passagierkabine verteilt werden soll, zu erwärmen. Beispielsweise können ein oder mehrere Temperatursensor(en) (nicht gezeigt) entlang der ersten Fluidschaltung 40 und dem Konditionierungszweig 45 angeordnet sein, um eine Temperatur des ersten Fluides oder des Wärmespeicherelements 60 während der gesamten Wärmeenergieerfassungsstufe der Konditionierungsfunktion zu bestimmen. Das Steuersystem kann feststellen, dass der Betrieb der Pumpe 44 im Hinblick auf eine verminderte Wärmekapazität des Wärmespeicherelements 60 nicht mehr energieeffizient ist, so dass der Durchfluss durch den Konditionierungszweig 45 und den ersten Wärmeübertrager 24 unterbrochen werden kann. Das Steuersystem kann dementsprechend den Betrieb der Pumpe 44 unterbrechen, um die Zirkulation des ersten Fluides durch den Konditionierungszweig 45 abzubrechen, oder das Steuersystem kann den Betrieb der Pumpe 44 fortsetzen, während das Schaltventil 65 in eine Position geschaltet wird, in der das erste Fluid durch die Komponenten 70 und den vierten Wärmeübertrager 72 strömt, um die Kühlfunktion des ersten Fluidkreises 40 durchzuführen. In anderen Ausführungsformen betreibt das Steuersystem den ersten Fluidkreislauf 40 in der Wärmeenergieerzeugungsstufe während des Betriebs des Fahrzeugs für einen vorbestimmten Zeitraum, bevor die Strömung des ersten Fluides durch den ersten Wärmeübertrager 24 unterbrochen wird. In anderen Ausführungsformen zeigt ein Temperatursensor (nicht gezeigt), der mit einer der Komponenten 70 verbunden ist, an, dass die Kühlfunktion des ersten Fluidkreises 40 erforderlich ist, wobei die Wärmeenergieerzeugungsstufe durch Umschalten des Schaltventils 65 beendet wird, um das erste Fluid zu den Komponenten 70 und dem vierten Wärmeübertrager 72 zu leiten. Alternative Steuerungsverfahren zum Steuern des Betriebs des ersten Fluidkreises 40 können auch verwendet werden, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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Der erste Fluidkreislauf 40 wurde bisher als eine Heizkonditionierungsfunktion zum Erwärmen der Passagierkabine beschrieben, wenn das Fahrzeug niedrigen Umgebungstemperaturen ausgesetzt ist. Es sollte jedoch von einem Fachmann verstanden werden, dass die oben beschriebene Heizkonditionierungsfunktion durch eine geeignete Modifikation der ersten Fluidschaltung 40 an eine Kühlkonditionierungsfunktion angepasst werden kann. Beispielsweise kann die Fluidheizvorrichtung 50 durch eine elektrische Komponente oder ein elektrisch angetriebenes System, das zu einer Kühlfunktion fähig ist, ersetzt werden. Die Fluidheizung 50 kann dementsprechend durch eine elektrisch betriebene Kühlvorrichtung (nicht gezeigt) ersetzt werden, die so ausgestaltet ist, dass sie Wärmeenergie aus dem ersten Fluid entfernt. Die Kühlvorrichtung kann beispielsweise ein Verdampfer eines Kältekreislaufs mit einem Kompressor sein, der von der wiederaufladbaren Batterie 2 während des Aufladens der wiederaufladbaren Batterie 2 durch die Stromquelle 3 als nicht einschränkendes Beispiel angetrieben wird.
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Im Betrieb werden die Pumpe 44 und die Kühlvorrichtung während einer Aufladung der wiederaufladbaren Batterie 2 aktiviert. Die Kühlkonditionierungsfunktion kann verwendet werden, wenn die Umgebungstemperaturen, die das Fahrzeug umgeben, hoch sind, wie als nicht einschränkendes Beispiel etwa 25°C. Die Pumpe 44 bewirkt, dass das erste Fluid durch die Kühlvorrichtung zirkuliert, um Wärmeenergie von dem ersten Fluid zu entfernen. Das abgekühlte erste Fluid strömt dann zu dem Wärmespeicherelement 60, wo Wärmeenergie von dem Wärmespeicherelement 60 auf das gekühlte erste Fluid übertragen wird. Hierdurch wird Wärmeenergie aus dem Wärmespeicherelement 60 entfernt, um das Wärmespeicherelement 60 zu kühlen. Wenn das Aufladen der wiederaufladbaren Batterie 2 unterbrochen wird und das Fahrzeug zuerst für den Betrieb aktiviert wird, wird das erste Fluid durch den ersten Wärmeübertrager 24 zirkuliert, während die Kühlvorrichtung nicht mehr betrieben wird. Das erste Fluid empfängt Wärmeenergie aus der Luft, die durch den ersten Wärmeübertrager 24 strömt, um die Luft zu kühlen, während das erste Fluid erwärmt wird. Das erwärmte erste Fluid zirkuliert dann weiter durch den ersten Fluidkreislauf 40, wo es wieder auf das Wärmespeicherelement 60 trifft. Das Wärmespeicherelement 60 empfängt dann Wärmeenergie aus dem erwärmten ersten Fluid, wodurch das erste Fluid gekühlt wird. Das erste Fluid kann dann durch den ersten Wärmeübertrager 24 hindurchgeführt werden, um die zu verteilende Luft wieder in der Passagierkabine zu kühlen. Dieser Vorgang wird wiederholt, bis die Kühlleistung des Wärmespeicherelements 60 vermindert ist, so dass der Betrieb der Kühlkonditionierungsfunktion nicht mehr effizient oder erforderlich ist.
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Aus der vorstehenden Beschreibung kann ein Fachmann auf einfache Weise die wesentlichen Merkmale dieser Erfindung ermitteln und kann, ohne von deren Geist und Umfang abzuweichen, verschiedene Änderungen und Modifikationen an der Erfindung vornehmen, um sie an verschiedene Verwendungen und Bedingungen anzupassen.
