DE102017221683B4

DE102017221683B4 - Heizungs-, Lüftungs- und Klimatisierungssystem für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102017221683B4
Application number: DE102017221683.2A
Authority: DE
Inventors: Man Ju Oh; Sang Shin Lee; Jae Woo Park; So Yoon PARK; Jae Woong Kim; So La CHUNG
Original assignee: Hyundai Motor Co; Kia Motors Corp
Current assignee: Hyundai Motor Co; Kia Corp
Priority date: 2017-07-07
Filing date: 2017-12-01
Publication date: 2024-11-14
Anticipated expiration: 2037-12-02
Also published as: US10562367B2; US20190009635A1; CN109203909A; DE102017221683A1; CN109203909B; KR20190006135A

Abstract

Heizungs-, Lüftungs- und Klimatisierungs(HVAC)-System für ein Fahrzeug, umfassend:
eine Batteriezirkulationsleitung (10), umfassend einen Batterieradiator (200), eine Hochspannungsbatterie (100) und ein erstes Ventil (810), welche zum Erlauben des Hindurchzirkulierens eines ersten Kühlmittels angeordnet sind;
eine Zweigleitung (30), die durch das erste Ventil (810) selektiv mit der Batteriezirkulationsleitung (10) verbunden ist und einen Kühlwärmetauscher (400) aufweist, der konfiguriert ist, um mit einer Innenraumklimatisierungs-Kältemittelleitung (50) Wärme auszutauschen;
eine Batterieheizleitung (40), umfassend einen Wassererhitzer (700), einen Innenraumklimatisierungs-Heizungskühler (930) und ein zweites Ventil (820), welche zum Erlauben des Hindurchzirkulierens eines zweiten Kühlmittels angeordnet sind, wobei die Batterieheizleitung (40) durch das zweite Ventil (820) selektiv mit der Batteriezirkulationsleitung (10) verbunden ist; und
einen Controller (600), der konfiguriert ist, um das erste Ventil (810) zum Kühlen der Hochspannungsbatterie (100) stufenweise zu steuern, das zweite Ventil (820) und den Wassererhitzer (700) zum selektiven Beheizen der Hochspannungsbatterie (100) zu steuern und den Wassererhitzer (700) oder eine Kühlvorrichtung auf der Innenraumklimatisierungs-Kältemittelleitung (50) zum Klimatisieren des Fahrzeugs zu steuern.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Heizungs-, Lüftungs- und Klimatisierungs(HVAC)-System für ein Fahrzeug und insbesondere ein HVAC-System für ein Fahrzeug, welches eine Innenraumbeheizung und eine Temperaturerhöhung einer Hochspannungsbatterie eines Fahrzeugs gleichzeitig oder separat durchführen kann und die Energieübertragung minimieren kann, um den Energieverbrauch zu reduzieren, wodurch eine Fahrstrecke eines Fahrzeugs verlängert wird.
Beschreibung des verwandten Standes der Technik
In jüngster Zeit werden Elektrofahrzeuge breit gefördert, um eine umweltfreundliche Technologie umzusetzen und Problemstellungen wie etwa der Ressourcenerschöpfung zu begegnen. Ein Elektrofahrzeug wird unter Verwendung eines Motors betrieben, der Elektrizität aus einer Batterie bzw. einem Akkumulator erhält, um Leistung auszugeben. Mithin steht das Elektrofahrzeug im Fokus, da es vorteilhaft ist, indem es kein Kohlenstoffdioxid abgibt, einen sehr niedrigen Geräuschpegel besitzt und einen Motor aufweist, dessen Energieeffizienz höher ist als jene einer Verbrennungskraftmaschine.
Eine der Kerntechnologien zum Verwirklichen eines solchen Elektrofahrzeugs ist eine Technologie in Verbindung mit einem Batteriemodul. In jüngster Zeit wurde aktive Forschung auf dem Gebiet der Gewichtsreduzierung, Miniaturisierung und Ladezeitverkürzung der Batterie betrieben. Das Batteriemodul sollte in einer optimalen Temperaturumgebung verwendet werden, um optimale Leistungsfähigkeit und lange Lebensdauer aufrechtzuerhalten. Jedoch ist es aufgrund von Wärme, die während des Betriebs erzeugt wird, und einer Veränderung der Außentemperatur schwierig, ein Batteriemodul in einer optimalen Temperaturumgebung zu verwenden.
Darüber hinaus verwendet ein Elektrofahrzeug, anders als eine Verbrennungskraftmaschine, im Winter eine elektrische Heizvorrichtung zur Innenraumbeheizung, da das Elektrofahrzeug keine Quelle von Abwärme aufweist, die durch Verbrennung in einer separaten Maschine erzeugt wird, und die Batterie des Elektrofahrzeugs muss möglicherweise erwärmt werden, um die Batterielade-/entladeleistung bei kaltem Wetter zu verbessern. Mithin setzt das Elektrofahrzeug ein separates elektrisches Heizgerät vom Kühlmittelheiztyp ein. Das heißt, um eine optimale Temperaturumgebung eines Batteriemoduls aufrechtzuerhalten, wird ein Kühl- und Heizsystem zum Steuern einer Temperatur des Batteriemoduls separat von einem Kühl- und Heizsystem zur Klimatisierung in einem Fahrzeug betrieben. Mit anderen Worten setzt ein Elektrofahrzeug zwei unabhängige Kühl- und Heizsysteme ein, von denen eines zur Innenraumkühlung und -beheizung und das andere zum Steuern einer Temperatur eines Batteriemoduls verwendet wird.
Jedoch kann es sein, dass ein Elektrofahrzeug, das in dem Verfahren wie oben beschrieben betrieben wird, Energie nicht auf effiziente Weise managen kann, folglich eine kurze Fahrstrecke bzw. Reichweite besitzt, und somit außerstande ist, eine weite Strecke zurückzulegen. Konkret kann die Fahrstrecke beim Kühlen im Sommer um 30% oder mehr und beim Beheizen im Winter um 40% oder mehr reduziert werden. Mithin kann ein Elektrofahrzeug, anders als ein Fahrzeug mit einer Verbrennungskraftmaschine, im Winter ein gravierendes Innenraumbeheizungsproblem haben.
Insbesondere kann für den Fall des Winters die Wärmemenge, die seitens elektrischer Komponenten erzeugt wird, größer sein als jene einer Hochspannungsbatteriekomponente, und eine Hochspannungsbatterie weist ein großes Oberflächenareal auf, das mit Luft in Berührung steht. Mithin wird während der Fahrt des Fahrzeugs im Winter die Hochspannungsbatterie in höherem Maße durch die Außentemperatur abgekühlt als durch die Wärme erwärmt, die von der Hochspannungsbatterie erzeugt wird, und es kann sein, dass die Hochspannungsbatterie eine für ihren Betrieb geeignete Temperatur nicht erreicht und somit eine verringerte Spannung ausgibt. Mithin kann es im Winter für ein effizientes Management einer Hochspannungsbatterie nötig sein, während der Fahrt des Fahrzeugs die Hochspannungsbatterie und einen Innenraum gleichzeitig zu beheizen.
Ferner offenbart die DE 10 2009 033 959 A1 ein HVAC-RESS-Temperaturmanagementsystem und ein Betriebsverfahren für ein Fahrzeug mit einem Fahrgastraum, einem Antriebsaggregat und einem Batteriesatz. Darüber hinaus offenbart die US 2014/0374060 A1 eine Klimaanlage mit einem Kältemittelkreislauf und einem Kühlmittelkreislauf. Ein Fluid-/Fluid-Wärmetauscher ist in dem Kältemittelkreislauf und dem Kühlmittelkreislauf installiert, wobei der Kühlmittelkreislauf eine erste Schleife und eine zweite Schleife umfasst, die miteinander verbunden sind.
Es versteht sich, dass die vorstehende Beschreibung des bisherigen Standes der Technik lediglich dem Zweck dient, das Verständnis des Hintergrunds der vorliegenden Offenbarung zu fördern, und nicht als ein Eingeständnis dahingehend auszulegen ist, dass die Beschreibung Stand der Technik ist, der einem Fachmann bekannt ist.
DARSTELLUNG
Die vorliegende Offenbarung wird vorgeschlagen, um den oben beschriebenen Problemstellungen zu begegnen, und ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist die Bereitstellung eines Heizungs-, Lüftungs- und Klimatisierungs(HVAC)-Systems für ein Fahrzeug, welches die Herstellungskosten reduzieren und eine Fahrstrecke effizient verlängern kann, indem es die zum Beheizen eines Innenraums und einer Batterie eines Fahrzeugs erforderliche Energie effizient managt.
Ein Heizungs-, Lüftungs- und Klimatisierungs(HVAC)-System für ein Fahrzeug gemäß der vorliegenden Offenbarung beinhaltet: eine Batteriezirkulationsleitung, beinhaltend einen Batterieradiator, eine Hochspannungsbatterie und ein erstes Ventil, welche zum Erlauben des Hindurchzirkulierens eines ersten Kühlmittels angeordnet sind; eine Zweigleitung, die durch das erste Ventil selektiv mit der Batteriezirkulationsleitung verbunden ist und einen Kühlwärmetauscher aufweist, der konfiguriert ist, um mit einer Innenraumklimatisierungs-Kältemittelleitung Wärme auszutauschen; eine Batterieheizleitung, beinhaltend einen Wassererhitzer, einen Innenraumklimatisierungs-Heizungskühler und ein zweites Ventil, welche zum Erlauben des Hindurchzirkulierens eines zweiten Kühlmittels angeordnet sind, wobei die Batterieheizleitung durch das zweite Ventil selektiv mit der Batteriezirkulationsleitung verbunden ist; und einen Controller, der konfiguriert ist, um das erste Ventil zum Kühlen der Hochspannungsbatterie stufenweise zu steuern, das zweite Ventil und den Wassererhitzer zum selektiven Beheizen der Hochspannungsbatterie zu steuern und den Wassererhitzer oder eine Kühlvorrichtung auf der Innenraumklimatisierungs-Kältemittelleitung zum Klimatisieren des Fahrzeugs zu steuern.
Die Zweigleitung weist ein Ende auf, das von dem ersten Ventil abzweigt, und das andere Ende ist mit einer Stelle stromaufwärts der Hochspannungsbatterie verbunden, und sie hat einen Teil mit einer Leitung gemeinsam, welche die Hochspannungsbatterie der Batteriezirkulationsleitung beinhaltet, um einen geschlossenen Kreislauf derart auszubilden, dass die Hochspannungsbatterie gekühlt werden kann.
Das erste Ventil ist ein Drei-Wege-Ventil und beinhaltet eine erste Öffnung auf einer Batterieradiatorseite, eine zweite Öffnung auf der Zweigleitungsseite und eine dritte Öffnung auf der Hochspannungsbatterieseite. Der Controller ist konfiguriert, um die erste Öffnung des ersten Ventils zu schließen, und das erste Kühlmittel zirkuliert in der Zweigleitung, um mit dem Kühlwärmetauscher Wärme auszutauschen, wenn die Hochspannungsbatterie gekühlt wird.
Die Batterieheizleitung beinhaltet ferner eine Bypass-Leitung, deren eines Ende von dem zweiten Ventil abzweigt und deren anderes Ende mit dem Heizungskühler verbunden ist, und die Bypass-Leitung hat einen Teil mit einer Leitung gemeinsam, welche den Wassererhitzer der Batterieheizleitung beinhaltet, um einen geschlossenen Kreislauf derart auszubilden, dass ein Innenraum beheizt werden kann.
Die Batterieheizleitung beinhaltet ferner die Bypass-Leitung, deren eines Ende von dem zweiten Ventil abzweigt und deren anderes Ende mit dem Heizungskühler verbunden ist. Das zweite Ventil ist ein Drei-Wege-Ventil und beinhaltet eine erste Öffnung auf der Batteriezirkulationsleitungsseite, eine zweite Öffnung auf der Heizungskühlerseite und eine dritte Öffnung an dem Wassererhitzer. Der Controller ist konfiguriert, um eine erste Öffnung des zweiten Ventils zu schließen, und betätigt den Heizungskühler, um es dem zweiten Kühlmittel zu ermöglichen, in der Bypass-Leitung zu zirkulieren, um mit dem Heizungskühler Wärme auszutauschen, wenn ein Innenraum beheizt wird.
Die Batteriezirkulationsleitung kann eine von dem Controller gesteuerte erste Pumpe beinhalten, und die erste Pumpe kann zwischen einer Stelle stromaufwärts des ersten Ventils und einem Ende der Zweigleitung, das nicht mit dem ersten Ventil verbunden ist, angeordnet sein.
Die Batterieheizleitung kann eine von dem Controller gesteuerte zweite Pumpe beinhalten, und die zweite Pumpe kann zwischen dem Heizungskühler und dem zweiten Ventil angeordnet sein und kann in einer Leitung, welche den Wassererhitzer beinhaltet, angeordnet sein.
Der Controller kann konfiguriert sein, um die Drehzahl der zweiten Pumpe oder den Öffnungsbetrag des zweiten Ventils zu steuern, wenn die Hochspannungsbatterie und ein Innenraum gleichzeitig beheizt werden.
In einem Kühlmodus kann der Controller konfiguriert sein, um das erste Ventil zum Zirkulieren des ersten Kühlmittels in der Zweigleitung und das von dem Kühlwärmetauscher gekühlte erste Kühlmittel zum Kühlen der Hochspannungsbatterie zu steuern.
In einem Innenraumheizmodus kann der Controller konfiguriert sein, um das zweite Ventil zum Zirkulieren des zweiten Kühlmittels in der Bypass-Leitung und das von dem Wassererhitzer erwärmte zweite Kühlmittel zum Beheizen eines Innenraums zu steuern.
Das zweite Ventil ist ein Drei-Wege-Ventil und beinhaltet eine erste Öffnung auf der Batteriezirkulationsleitungsseite, eine zweite Öffnung auf der Heizungskühlerseite und eine dritte Öffnung an dem Wassererhitzer. Der Controller ist konfiguriert, um die zweite Öffnung des zweiten Ventils zu schließen und die Batterieheizleitung, in der das von dem Wassererhitzer oder dem Heizungskühler erwärmte zweite Kühlmittel strömt, mit der Batteriezirkulationsleitung zu verbinden, wenn die Hochspannungsbatterie beheizt wird.
In einem Batterieheizmodus kann der Controller konfiguriert sein, um das zweite Ventil zum Zirkulieren des zweiten Kühlmittels in der Batterieheizleitung zu steuern, so dass das von dem Wassererhitzer oder dem Heizungskühler erwärmte zweite Kühlmittel in der Batterieheizleitung zirkuliert und Wärme austauscht, wenn die Hochspannungsbatterie beheizt wird.
In einem Batterieheizmodus kann der Controller konfiguriert sein, um das zweite Kühlmittel, das von dem Wassererhitzer zu erwärmen ist, zu steuern, so dass es durch den Heizungskühler strömt, um die Hochspannungsbatterie zu beheizen, und dann in den Wassererhitzer zurückströmt, derart, dass das zweite Kühlmittel in der Batterieheizleitung zirkuliert, um die Hochspannungsbatterie zu beheizen.
Das zweite Ventil ist ein Drei-Wege-Ventil und beinhaltet eine erste Öffnung auf der Batteriezirkulationsleitungsseite, eine zweite Öffnung auf der Heizungskühlerseite und eine dritte Öffnung auf der Wassererhitzerseite. Der Controller ist konfiguriert, um die zweite Öffnung des zweiten Ventils zu schließen, so dass das zweite Kühlmittel in der Batterieheizleitung zirkuliert, um mit dem Wassererhitzer und dem Heizungskühler Wärme auszutauschen, und die Batterieheizleitung ist mit der Batteriezirkulationsleitung verbunden, wenn die Hochspannungsbatterie und ein Innenraum gleichzeitig beheizt werden.
Der Controller kann konfiguriert sein, um das zweite Ventil zum Zirkulieren des zweiten Kühlmittels in der Batterieheizleitung und das durch Wärmeaustausch durch den Heizungskühler oder den Wassererhitzer erwärmte zweite Kühlmittel zum gleichzeitigen Beheizen der Hochspannungsbatterie und eines Innenraums zu steuern.
Ein Heizwärmetauscher kann ferner an einer Stelle beinhaltet sein, an der die Batteriezirkulationsleitung und die Batterieheizleitung voneinander getrennt sind. Ein erstes Kühlmittel der Batteriezirkulationsleitung und ein zweites Kühlmittel der Batterieheizleitung tauschen in dem Heizwärmetauscher miteinander Wärme aus, so dass die Batteriezirkulationsleitung und die Batterieheizleitung miteinander in Verbindung stehen.
Der Controller kann konfiguriert sein, um das erste Ventil und das zweite Ventil zum Zirkulieren des ersten Kühlmittels in der Zweigleitung zu steuern und das zweite Kühlmittel zum Austauschen von Wärme zu steuern, während es durch den Heizungskühler, den Wassererhitzer und den Heizwassertauscher in der Batterieheizleitung zirkuliert, so dass das von dem Wassererhitzer erwärmte zweite Kühlmittel mit dem ersten Kühlmittel in dem Heizwärmetauscher Wärme austauscht, bevor es die Hochspannungsbatterie beheizt.
Das System kann ferner eine Direktzirkulationsleitung, durch welche Kühlmittel zu einer Stelle stromaufwärts des Wassererhitzers vorbeigeführt werden kann, an einer Stelle stromabwärts des Heizwärmetauschers beinhalten.
Gemäß einem wie oben beschrieben konfigurierten HVAC-System für ein Fahrzeug kann das HVAC-System eine Hochspannungsbatterie in einem Zustand kühlen, in dem es mit einer Außenraum- oder Innenraumklimatisierungs-Kältemittelleitung verbunden ist, und kann den Energieverbrauch zum Beheizen jeweils eines Innenraumklimatisierungs-Heizungskühlers und eines Innenraums reduzieren, indem es Kühlmittel, das durch einen Wassererhitzer erwärmt wird, zum Beheizen des Innenraumklimatisierungs-Heizungskühlers verwendet. Mithin kann das HVAC-System eine Fahrstrecke eines Fahrzeugs vergrößern.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die obigen sowie weitere Aspekte und Merkmale der vorliegenden Offenbarung werden besser ersichtlich aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen, wobei:

1 einen Kühlmodus eines HVAC-Systems für ein Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht;
2 einen Außentemperaturkühlmodus eines HVAC-Systems für ein Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht;
3 einen Batterieheizmodus eines HVAC-Systems für ein Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht;
4 einen Innenraumheizmodus eines HVAC-Systems für ein Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht;
5 ein HVAC-System für ein Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht, das gleichzeitig einen Batterieheizmodus und einen Innenraumheizmodus aufweist;
6 einen Kühlmodus eines HVAC-Systems für ein Fahrzeug gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht;
7 einen Außentemperaturkühlmodus eines HVAC-Systems für ein Fahrzeug gemäß einer anderen Ausführungsform der der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht;
8 einen Batterieheizmodus eines HVAC-Systems für ein Fahrzeug gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht;
9 einen Innenraumheizmodus eines HVAC-Systems für ein Fahrzeug gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht; und
10 ein HVAC-System für ein Fahrzeug gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht, das gleichzeitig einen Batterieheizmodus und einen Innenraumheizmodus ausführt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Nachstehend wird ein Heizungs-, Lüftungs- und Klimatisierungs(HVAC)-System für ein Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
1 bis 5 veranschaulichen jeden von Modi eines HVAC-Systems für ein Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. 6 bis 10 veranschaulichen jeden von Modi eines HVAC-Systems für ein Fahrzeug gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
Ein HVAC-System für ein Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung beinhaltet eine Batteriezirkulationsleitung 10, die einen Batterieradiator 200, eine Hochspannungsbatterie 100 und ein erstes Ventil 810 beinhaltet, welche zum Erlauben des Hindurchzirkulierens eines ersten Kühlmittels angeordnet sind. Das HVAC beinhaltet ferner eine Zweigleitung 30, die durch das erste Ventil 810 selektiv mit der Batteriezirkulationsleitung 10 verbunden ist und einen Kühlwärmetauscher 400 aufweist, der mit einer Innenraumklimatisierungs-Kältemittelleitung 50 Wärme austauschen kann. Eine Batterieheizleitung 40, die einen Wassererhitzer 700, einen Innenraumklimatisierungs-Heizungskühler 930 und ein zweites Ventil 820 beinhaltet, welche zum Erlauben des Hindurchzirkulierens eines zweiten Kühlmittels angeordnet sind, ist durch das zweite Ventil 820 selektiv mit der Batteriezirkulationsleitung 10 verbunden. Ein Controller 600 ist konfiguriert, um das HVAC-System durch stufenweises Steuern des ersten Ventils 810 zum Kühlen der Hochspannungsbatterie 100 zu steuern, die Hochspannungsbatterie 100 durch Steuern des zweiten Ventils 820 und des Wassererhitzers 700 selektiv zu beheizen und ein Fahrzeug durch Steuern des Wassererhitzers 700 oder einer Kühlvorrichtung auf der Innenraumklimatisierungs-Kältemittelleitung 50 zu klimatisieren.
Der Controller 600 ist ein elektrischer Schaltkreis, der mit dem Ausführen von Anweisungen, die in einem externen Speicher eingebettet oder gespeichert sind, verschiedene hierin beschriebene Funktionen ausführt.
Die Batteriezirkulationsleitung 10 beinhaltet den Batterieradiator 200, die Hochspannungsbatterie 100 und das erste Ventil 810, welche zum Erlauben des Hindurchzirkulierens des ersten Kühlmittels angeordnet sind. Die Batteriezirkulationsleitung 10 beinhaltet ferner eine erste Pumpe 850, die gesteuert wird, um von dem Controller 600 betätigt oder gestoppt zu werden. Die erste Pumpe 850 ist auf der Batteriezirkulationsleitung 10 angeordnet und ist zwischen einer Stelle stromaufwärts des ersten Ventils 810 und dem anderen Ende der Zweigleitung 30 angeordnet. Konkret kann die erste Pumpe 850 an irgendeiner Position zwischen dem anderen Ende der Zweigleitung 30 und dem ersten Ventil 810 angeordnet sein. Mithin kann das erste Kühlmittel einen Einfluss auf die Leitung haben, durch die das erste Kühlmittel zirkuliert, und zwar unabhängig davon, ob das erste Kühlmittel in der Batteriezirkulationsleitung 10 und dadurch durch den Batterieradiator 200 zirkuliert, oder ob es in der Zweigleitung 30 zirkuliert, in der das erste Kühlmittel nicht durch den Batterieradiator 200 hindurchtritt.
Die Zweigleitung 30 ist durch das erste Ventil 810 selektiv mit der Batteriezirkulationsleitung 10 verbunden und beinhaltet den Kühlwärmetauscher 400 zum Kühlen der Hochspannungsbatterie 100. Der Kühlwärmetauscher 400 ist konfiguriert, um mit der Innenraumklimatisierungs-Kältemittelleitung 50 Wärme auszutauschen. Wenn mithin die alleinige Verwendung des Batterieradiators 200 nicht für genügend Kühlung sorgt, dann verstärkt das Hindurchleiten des ersten Kühlmittels durch den Kühlwärmetauscher 400 zum Austauschen von Wärme mit einem Kältemittel der Kältemittelleitung 50 die Kühlung der Hochspannungsbatterie 100. Die Zweigleitung 30 weist ein Ende auf, das von dem ersten Ventil 810 abzweigt, und das andere Ende ist mit einer Stelle stromaufwärts der Hochspannungsbatterie 100 verbunden, und sie hat einen Teil mit einer Leitung gemeinsam, welche die Hochspannungsbatterie 100 der Batteriezirkulationsleitung 10 beinhaltet, um einen geschlossenen Kreislauf derart auszubilden, dass die Hochspannungsbatterie 100 gekühlt werden kann.
Die Kältemittelleitung 50 beinhaltet einen Kompressor 800, einen luftgekühlten Kondensator 900, ein Expansionsventil 830 und einen Verdampfer 910. Darüber hinaus beinhaltet die Kältemittelleitung 50 eine Leitung, die derart abgezweigt ist, dass ein Kältemittel der Kältemittelleitung 50 in dem Kühlwärmetauscher 400 Wärme austauschen kann, und die abgezweigte Leitung beinhaltet ein Hilfsventil 840, das von dem Controller 600 gesteuert wird, um dem Kühlwärmetauscher 400 ein Kältemittel zuzuführen oder es zu blockieren. Wenn somit die Hochspannungsbatterie 100 gekühlt wird, kühlt das erste Kühlmittel die Hochspannungsbatterie 100, nachdem es mit der Kältemittelleitung 50 Wärme ausgetauscht hat.
Die Kältemittelleitung 50 beinhaltet ferner den Innenraumklimatisierungs-Heizungskühler 930. Der Heizungskühler 930 kann durch die Zirkulation eines Kältemittels in der Kältemittelleitung 50 beheizt werden oder kann durch Elektrizität oder ein PCT-Element beheizt werden oder kann durch das zweite Kühlmittel beheizt werden. In der vorliegenden Offenbarung wird der Fall eines von dem zweiten Kühlmittel beheizten „Kühlers“ dargestellt und beschrieben, doch ist dies eine Ausführungsform zum Reduzieren des Energieverbrauchs in einem Fall eines Elektrofahrzeugs (EV) und ist nicht auf eine solche Konfiguration beschränkt.
Das erste Ventil 810 ist ein Drei-Wege-Ventil und beinhaltet eine erste Öffnung 811 auf der Seite des Batterieradiators 200, eine zweite Öffnung 812 auf der Seite der Zweigleitung 30 und eine dritte Öffnung 813 auf der Seite der Hochspannungsbatterie 100. Das erste Ventil 810 wird durch den Controller 600 gesteuert, um geöffnet oder geschlossen zu werden. Das erste Ventil 810 kann ein Thermostat sein. Seine genaue Funktionsweise wird später beschrieben.
Die Batterieheizleitung 40 beinhaltet den Wassererhitzer 700, den Heizungskühler 930 und das zweite Ventil 820, welche zum Erlauben des Hindurchzirkulierens des zweiten Kühlmittels angeordnet sind. Die Batterieheizleitung 40 ist durch das zweite Ventil 820 selektiv mit der Batteriezirkulationsleitung 10 verbunden. Das zweite Kühlmittel zirkuliert in einer ersten Ausführungsform in der Reihenfolge des Heizungskühlers 930, des zweiten Ventils 820 und des Wassererhitzers 700 und zirkuliert in einer zweiten Ausführungsform in der Reihenfolge des Heizungskühlers 930, des Wassererhitzers 700 und des zweiten Ventils 820. Jedoch ist die vorliegende Offenbarung nicht auf eine solche Konfiguration beschränkt.
Darüber hinaus beinhaltet die Batterieheizleitung 40 ferner eine Bypass-Leitung 60, deren eines Ende von dem zweiten Ventil 820 abzweigt und deren anderes Ende mit dem Heizungskühler 930 verbunden ist. Die Bypass-Leitung 60 hat einen Teil mit einer Leitung gemeinsam, welche den Wassererhitzer 700 der Batterieheizleitung 40 beinhaltet, um einen geschlossenen Kreislauf derart auszubilden, dass ein Innenraum beheizt wird.
Die Batterieheizleitung 40 beinhaltet ferner eine zweite Pumpe 870, die von dem Controller 600 gesteuert wird. Die zweite Pumpe 870 ist zwischen dem Heizungskühler 930 und dem zweiten Ventil 820 angeordnet und ist in einer Leitung angeordnet, die den Wassererhitzer 700 beinhaltet. Somit kann unabhängig davon, ob das zweite Kühlmittel in der Batterieheizleitung 40 oder der Bypass-Leitung 60 zirkuliert, das zweite Kühlmittel einen Einfluss auf die Leitung haben, durch die das zweite Kühlmittel zirkuliert.
Wenn beispielsweise ein Beheizen der Hochspannungsbatterie 100 und eine Innenraumbeheizung gleichzeitig durchgeführt werden, dann kann der Controller 600 die Drehzahl der zweiten Pumpe 870 oder den Öffnungsbetrag des zweiten Ventils 820 derart steuern, dass eine Strömungsrate gesteuert wird. Denn es ist wünschenswert, dass sich der Heizungskühler 930 zum Innenraumbeheizen auf einer Temperatur von 60 Grad oder darüber und sich zum Beheizen der Hochspannungsbatterie 100 auf einer Temperatur von weniger als 60 Grad befindet. In einer Ausführungsform, in der die Hochspannungsbatterie 100 eine Lithium-Ionen-Batterie ist, kann eine Temperatur von über 60 Grad die Möglichkeit eines Totalausfalls der Batterie erhöhen. Als eine Mindesttemperaturbedingung zur Innenraumbeheizung eines Fahrzeugs ist eine Kühlmitteltemperatur von mindestens 60 Grad oder darüber erforderlich, um eine Entlüftungsöffnungsaustrittstemperatur von etwa 40 Grad bei einer niedrigen Geschwindigkeit (50 km/h) aufrechtzuerhalten. Somit können in der vorliegenden Offenbarung durch Steuern des Öffnungsbetrags des zweiten Ventils 820 oder der Drehzahl der zweiten Pumpe 870 Temperaturen bereitgestellt werden, die für den Heizungskühler 930 bzw. die Hochspannungsbatterie 100 geeignet sind.
Das zweite Ventil 820 ist ein Drei-Wege-Ventil und beinhaltet eine erste Öffnung 821 auf der Seite der Batteriezirkulationsleitung 10, eine zweite Öffnung 822 auf der Seite des Heizungskühlers 930 und eine dritte Öffnung 823 auf der Seite des Wassererhitzers 700. Die genaue Funktionsweise des zweiten Ventils 820 wird später beschrieben.
Der Controller 600 steuert derart, dass die Hochspannungsbatterie 100 durch eine stufenweise Steuerung des ersten Ventils 810 gekühlt wird, die Hochspannungsbatterie 100 durch eine Steuerung des zweiten Ventils 820 und des Wassererhitzers 700 selektiv beheizt wird und ein Fahrzeug durch eine Steuerung des Wassererhitzers 700 oder einer Kühlvorrichtung auf der Innenraumklimatisierungs-Kältemittelleitung 50 klimatisiert wird. Die Betriebsvorgänge des Controllers 600 werden später unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Das HVAC-System für ein Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung beinhaltet ferner eine Elektrikkomponenten-Kühlleitung 20, welche einen elektrischen Radiator 300 und einen Elektrikkomponenten-Kühler 500 beinhaltet, in denen ein drittes Kühlmittel auf unabhängige Weise zirkuliert. Die Elektrikkomponenten-Kühlleitung 20 beinhaltet eine dritte Pumpe 860, und der Controller 600 betätigt oder stoppt die dritte Pumpe 860. Die dritte Pumpe 860 kann irgendwo in einem geschlossenen Kreislauf angeordnet sein.
Der Kühlmittelstrom in jedem Modus wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
1 und 6 veranschaulichen einen Kühlmodus eines HVAC-Systems für ein Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Die Betriebsvorgänge in der ersten Ausführungsform (1) und der zweiten Ausführungsform (6) sind gleich. In einem Kühlmodus steuert der Controller 600 das erste Ventil 810 zum Zirkulieren des ersten Kühlmittels in der Zweigleitung 30 und steuert das erste Kühlmittel, das von dem in der Zweigleitung 30 angeordneten Kühlwärmetauscher 400 gekühlt wird, zum Kühlen der Hochspannungsbatterie 100. Das heißt, wenn die Hochspannungsbatterie 100 gekühlt werden soll, dann schließt der Controller 600 eine erste Öffnung 811 des ersten Ventils 810, verbindet die zweite Öffnung 812 mit der dritten Öffnung 813 und steuert das erste Kühlmittel zum Zirkulieren in der Zweigleitung 30.
Darüber hinaus steuert der Controller 600 ein Hilfsventil 840 der Kältemittelleitung 50 und steuert ein Kältemittel der Kältemittelleitung 50 zum Austauschen von Wärme mit dem ersten Kühlmittel in dem Kühlwärmetauscher 400. Somit wird das erste Kühlmittel durch Wärmeaustausch in dem Kühlwärmetauscher 400 gekühlt, das gekühlte erste Kühlmittel strömt durch die erste Pumpe 850 zu der Hochspannungsbatterie 100 und somit wird die Hochspannungsbatterie 100 durch das erste Kühlmittel gekühlt.
2 und 7 veranschaulichen einen Außentemperaturkühlmodus eines HVAC-Systems für ein Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Die Betriebsvorgänge in der ersten Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform sind gleich. In einem Außentemperaturkühlmodus steuert der Controller 600 das erste Ventil 810 zum Zirkulieren des ersten Kühlmittels in der Batteriezirkulationsleitung 10 und steuert das von dem Batterieradiator 200 gekühlte erste Kühlmittel zum Kühlen der Hochspannungsbatterie 100. Das heißt, wenn die Hochspannungsbatterie 100 auf natürliche Weise von einer Außentemperatur zu kühlen ist, dann schließt der Controller 600 eine zweite Öffnung 812 des ersten Ventils 810, verbindet die erste Öffnung 811 mit der dritten Öffnung 813 und steuert das erste Kühlmittel zum Zirkulieren in der Batteriezirkulationsleitung 10. Somit wird das erste Kühlmittel mittels Wärmeaustausch mit einer Außenluft durch den Batterieradiator 200 gekühlt, das gekühlte erste Kühlmittel strömt durch die erste Pumpe 850 zu der Hochspannungsbatterie 100 und somit wird die Hochspannungsbatterie 100 durch das erste Kühlmittel gekühlt.
4 und 9 veranschaulichen einen Kühlmodus eines HVAC-Systems für ein Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, wobei lediglich Richtungen des zweiten Kühlmittels in der ersten Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform entgegengesetzt sind und die Betriebsvorgänge derselben gleich sind, allerdings können Zirkulationsrichtungen des zweiten Kühlmittels gleich sein. In einem Innenraumheizmodus steuert der Controller 600 das zweite Ventil 820 zum Zirkulieren des zweiten Kühlmittels in der Bypass-Leitung 60 und steuert das von dem Wassererhitzer 700 erwärmte zweite Kühlmittel zum Beheizen eines Innenraums. Das heißt, wenn ein Innenraum zu beheizen ist, dann schließt der Controller 600 die erste Öffnung 821 des zweiten Ventils 820, verbindet die zweite Öffnung 822 mit der dritten Öffnung 823 und betätigt den Heizungskühler 930. Somit wird das zweite Kühlmittel durch den Wassererhitzer 700 erwärmt und zirkuliert dann in der Bypass-Leitung 60, um mit dem Heizungskühler 930 Wärme auszutauschen, so dass ein Innenraum beheizt wird. Das zweite Kühlmittel zirkuliert durch die zweite Pumpe 870.
3 veranschaulicht einen Batterieheizmodus eines HVAC-Systems für ein Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. In einem Batterieheizmodus steuert der Controller 600 das zweite Ventil 820 zum Zirkulieren des zweiten Kühlmittels in der Batterieheizleitung 40, und das von dem Wassererhitzer 700 oder dem Heizungskühler 930 erwärmte zweite Kühlmittel erreicht die Hochspannungsbatterie 100 der Batteriezirkulationsleitung 10, so dass die Hochspannungsbatterie 100 beheizt wird. Das heißt, wenn es erforderlich ist, die Hochspannungsbatterie 100 zu beheizen, dann schließt der Controller 600 die zweite Öffnung 822 des zweiten Ventils 820, verbindet die erste Öffnung 821 mit der dritten Öffnung 823 und steuert das zweite Kühlmittel zum Zirkulieren in der Batterieheizleitung 40 und Erreichen der Hochspannungsbatterie 100 der Batteriezirkulationsleitung 10.
Somit strömt das von dem Wassererhitzer 700 erwärmte zweite Kühlmittel durch den Heizungskühler 930 zu der Hochspannungsbatterie 100, so dass die Hochspannungsbatterie 100 beheizt wird. Das heißt, in einem Batterieheizmodus steuert der Controller 600 das zweite Kühlmittel, so dass es die Hochspannungsbatterie 100 durch den Heizungskühler 930 beheizt, nachdem das zweite Kühlmittel von dem Wassererhitzer 700 erwärmt wurde, und dann in den Wassererhitzer 700 zurückströmt. Somit zirkuliert das zweite Kühlmittel in der Batterieheizleitung 40, um die Hochspannungsbatterie 100 zu beheizen. Andernfalls wird in einem Fall, in dem der Heizungskühler 930 durch die Kältemittelleitung 50 oder durch Elektrizität betrieben wird, das zweite Kühlmittel selbst dann durch den Heizungskühler 930 beheizt, wenn der Wassererhitzer 700 nicht betrieben wird, und das erwärmte zweite Kühlmittel strömt zu der Hochspannungsbatterie 100, so dass die Hochspannungsbatterie 100 beheizt wird.
5 veranschaulicht ein HVAC-System für ein Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, welches gleichzeitig einen Batterieheizmodus und einen Innenraumheizmodus ausführt. In einem Fall, in dem ein Batterieheizmodus und ein Innenraumheizmodus gleichzeitig ausgeführt werden, steuert der Controller 600 das zweite Ventil 820 zum Zirkulieren des zweiten Kühlmittels in der Batterieheizleitung 40 und steuert das mittels Wärmeaustausch durch den Heizungskühler 930 oder den Wassererhitzer 700 erwärmte zweite Kühlmittel zum gleichzeitigen Beheizen der Hochspannungsbatterie 100 und eines Innenraums. Das heißt, in einem Fall, in dem es erforderlich ist, die Hochspannungsbatterie 100 und einen Innenraum gleichzeitig zu beheizen, schließt der Controller 600 die zweite Öffnung 822 des zweiten Ventils 820 und verbindet die erste Öffnung 821 mit der dritten Öffnung 823, um das zweite Kühlmittel in der Batterieheizleitung 40 zu zirkulieren und eine Verbindung mit der Hochspannungsbatterie 100 der Batteriezirkulationsleitung 10 herzustellen.
Demgemäß beheizt das zweite Kühlmittel, das durch den Wassererhitzer 700 auf 60 Grad oder darüber erwärmt wird, einen Innenraum durch den Heizungskühler 930, und das zweite Kühlmittel, dessen Temperatur nach Beheizen des Innenraums niedriger ist als 60 Grad, strömt zu der Hochspannungsbatterie 100, so dass die Hochspannungsbatterie 100 beheizt wird. Andernfalls wird, in dem Fall, dass der Heizungskühler 930 durch die Kältemittelleitung 50 oder durch Elektrizität betrieben wird, das zweite Kühlmittel selbst dann, wenn der Wassererhitzer 700 nicht betrieben wird, durch den Heizungskühler 930 zum Beheizen eines Innenraums erwärmt, und das zweite Kühlmittel, das nach dem Durchführen einer Innenraumbeheizung eine abgesenkte Temperatur aufweist, strömt zu der Hochspannungsbatterie 100, um die Hochspannungsbatterie 100 zu beheizen. In diesem Fall kann eine Temperatur des dem Heizungskühler 930 und der Hochspannungsbatterie 100 zugeführten zweiten Kühlmittels durch Steuern der Drehzahl der zweiten Pumpe 870 oder des Öffnungsbetrags des zweiten Ventils 820 gesteuert werden.
8 veranschaulicht einen Batterieheizmodus eines HVAC-Systems für ein Fahrzeug gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. 10 veranschaulicht ein HVAC-System für ein Fahrzeug gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, welches gleichzeitig einen Batterieheizmodus und einen Innenraumheizmodus ausführt. In der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist ferner ein Heizwärmetauscher 450 an einer Stelle beinhaltet, an der die Batteriezirkulationsleitung 10 und die Batterieheizleitung 40 voneinander getrennt sind. Somit tauschen das zweite Kühlmittel in der Batteriezirkulationsleitung 10 und die Batterieheizleitung 40 in dem Heizwärmetauscher 450 Wärme miteinander aus, so dass die Batteriezirkulationsleitung 10 und die Batterieheizleitung 40 miteinander in Verbindung stehen. Der Heizwärmetauscher 450 kann an einer Position stromaufwärts oder stromabwärts der Hochspannungsbatterie 100 angeordnet sein. Jedoch kann ein Anordnen des Heizwärmetauschers 450 an einer Stelle stromaufwärts der Hochspannungsbatterie 100 die Effizienz des Beheizens der Hochspannungsbatterie 100 verbessern.
In der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung steuert der Controller 600 das erste Ventil 810 und das zweite Ventil 820 derart, dass das erste Kühlmittel in der Zweigleitung 30 zirkuliert und das zweite Kühlmittel Wärme austauscht, während es durch den Heizungskühler 930, den Wassererhitzer 700 und den Heizwärmetauscher 450 in der Batterieheizleitung 40 zirkuliert. Ferner steuert der Controller 600 das von dem Wassererhitzer 700 oder dem Heizungskühler 930 erwärmte zweite Kühlmittel zum Austauschen von Wärme mit dem ersten Kühlmittel in dem Heizwärmetauscher 450 und dann Beheizen der Hochspannungsbatterie 100. Dies wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben werden.
8 veranschaulicht einen Batterieheizmodus eines HVAC-Systems für ein Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. In einem Fall eines Batterieheizmodus steuert der Controller 600 das erste Ventil 810 und das zweite Ventil 820 zum Zirkulieren des ersten Kühlmittels in der Zweigleitung 30 und Zirkulieren des zweiten Kühlmittels in der Batterieheizleitung 40. Ferner steuert der Controller 600 das von dem Wassererhitzer 700 erwärmte zweite Kühlmittel zum Austauschen von Wärme mit dem ersten Kühlmittel in dem Heizwärmetauscher 450, um die Hochspannungsbatterie 100 zu beheizen. Das heißt, wenn es erforderlich ist, die Hochspannungsbatterie 100 zu beheizen, dann schließt der Controller 600 die erste Öffnung 811 des ersten Ventils 810 zum Verbinden der zweiten Öffnung 812 mit der dritten Öffnung 813 und schließt die zweite Öffnung 822 des zweiten Ventils 820 zum Verbinden der ersten Öffnung 821 mit der dritten Öffnung 823, so dass die Batterieheizleitung 40 mit der Batteriezirkulationsleitung 10 verbunden wird.
Somit zirkuliert das erste Kühlmittel in der Zweigleitung 30, das zweite Kühlmittel zirkuliert in der Batterieheizleitung 40, und das erste Kühlmittel und das zweite Kühlmittel können durch die Batteriezirkulationsleitung 10 und den Heizwärmetauscher 450 Wärme miteinander austauschen. Demgemäß tauscht das von dem Wassererhitzer 700 erwärmte zweite Kühlmittel Wärme mit dem ersten Kühlmittel in dem Heizwärmetauscher 450 aus und zirkuliert durch den Heizungskühler 930 zurück zu dem Wassererhitzer 700. Das erste Kühlmittel wird in dem Heizwärmetauscher 450 erwärmt und beheizt dann die Hochspannungsbatterie 100. Dann zirkuliert das erste Kühlmittel wieder in der Zweigleitung 30 und zirkuliert in dem Heizwärmetauscher 450.
In dem Fall, dass der Heizungskühler 930 durch die Kältemittelleitung 50 oder durch Elektrizität betrieben wird, wird das zweite Kühlmittel selbst dann, wenn der Wassererhitzer 700 nicht betrieben wird, von dem Heizungskühler 930 erwärmt, das erwärmte zweite Kühlmittel tauscht Wärme mit dem ersten Kühlmittel in dem Heizwärmetauscher 450 aus, und das erwärmte erste Kühlmittel strömt zu der Hochspannungsbatterie 100, um die Hochspannungsbatterie 100 zu beheizen. Insbesondere ist in einem Fall, in dem die Hochspannungsbatterie 100 beheizt wird, ferner eine Direktzirkulationsleitung, durch welche Kühlmittel zu einer Stelle stromaufwärts des Wassererhitzers 700 vorbeigeführt werden kann, an einer Stelle stromabwärts des Heizwärmetauscher 450 beinhaltet, so dass die Hochspannungsbatterie 100 beheizt werden kann, obwohl das zweite Kühlmittel nicht durch den Heizungskühler 930 zirkuliert.
10 veranschaulicht ein HVAC-System für ein Fahrzeug gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, welches gleichzeitig einen Batterieheizmodus und einen Innenraumheizmodus ausführt. In einem Fall, in dem ein Batterieheizmodus und ein Innenraumheizmodus gleichzeitig ausgeführt werden, steuert der Controller 600 das erste Ventil 810 und das zweite Ventil 820 zum Zirkulieren des ersten Kühlmittels in der Zweigleitung 30 und zum Zirkulieren des zweiten Kühlmittels in der Batterieheizleitung 40. Ferner steuert der Controller 600 das von dem Wassererhitzer 700 erwärmte zweite Kühlmittel zum Austauschen von Wärme in dem Heizwärmetauscher 450 und dem Heizungskühler 930 und gleichzeitigen Beheizen der Hochspannungsbatterie 100 und eines Innenraums.
Das heißt, in einem Fall, in dem es erforderlich ist, die Hochspannungsbatterie 100 und einen Innenraum gleichzeitig zu beheizen, schließt der Controller 600 die erste Öffnung 811 des ersten Ventils 810, um die zweite Öffnung 812 mit der dritten Öffnung 813 zu verbinden, und schließt die zweite Öffnung 822 des zweiten Ventils 820, um die erste Öffnung 821 mit der dritten Öffnung 823 zu verbinden, so dass die Batterieheizleitung 40 mit der Batteriezirkulationsleitung 10 verbunden wird. Somit zirkuliert das erste Kühlmittel in der Zweigleitung 30, das zweite Kühlmittel zirkuliert in der Batterieheizleitung 40, und das erste Kühlmittel und das zweite Kühlmittel können durch die Batteriezirkulationsleitung 10 und den Heizwärmetauscher 450 Wärme miteinander austauschen.
Demgemäß tauscht das von dem Wassererhitzer 700 erwärmte zweite Kühlmittel mit dem ersten Kühlmittel Wärme in dem Heizwärmetauscher 450 aus, beheizt einen Innenraum und zirkuliert dann durch den Heizungskühler 930 zurück zu dem Wassererhitzer 700. Das erste Kühlmittel wird in dem Heizwärmetauscher 450 erwärmt und beheizt dann die Hochspannungsbatterie 100. Dann zirkuliert das erste Kühlmittel wieder in der Zweigleitung 30 und zirkuliert in dem Heizwärmetauscher 450. Zu diesem Zeitpunkt kann das zweite Kühlmittel mit einer geeigneten Temperatur durch Steuern des Öffnungsbetrags des zweiten Ventils 820 oder der Drehzahl der zweiten Pumpe 870 dem Heizungskühler 930 bzw. der Hochspannungsbatterie 100 zugeführt werden. Demgemäß kann die Hochspannungsbatterie 100 beheizt werden und gleichzeitig kann eine Innenraumbeheizung durchgeführt werden.
In dem Fall, dass der Heizungskühler 930 durch die Kältemittelleitung 50 oder durch Elektrizität betrieben wird, wird selbst dann, wenn der Wassererhitzer 700 nicht betrieben wird, das zweite Kühlmittel durch den Heizungskühler 930 erwärmt, das erwärmte zweite Kühlmittel tauscht mit dem ersten Kühlmittel Wärme in dem Heizwärmetauscher 450 aus und das erwärmte erste Kühlmittel strömt zu der Hochspannungsbatterie 100, um die Hochspannungsbatterie 100 zu beheizen.
Beispielsweise kann die Hochspannungsbatterie 100 in der zweiten Ausführungsform durch die Batteriezirkulationsleitung 10 gekühlt werden und gleichzeitig kann eine Innenraumbeheizung durchgeführt werden. Darüber hinaus sind in der zweiten Ausführungsform die Batteriezirkulationsleitung 10, die zum Kühlen der Hochspannungsbatterie 100 imstande ist, und die Batterieheizleitung 40, die zum Beheizen der Hochspannungsbatterie 100 und eines Innenraums imstande ist, voneinander getrennt, und die Batterieheizleitung 40 beinhaltet die Bypass-Leitung 60, in der durch das zweite Ventil Kühlmittel vorbeigeführt werden kann. Somit kann die zweite Ausführungsform eine unabhängige Kühlmittelleitung beinhalten, die konfiguriert ist, um zu verhindern, dass das zweite Kühlmittel, das eine Temperatur größer oder gleich einer vorbestimmten Temperatur aufweist, in die Hochspannungsbatterie 100 strömt, wenn die Temperatur nicht gesteuert wird, da der Wassererhitzer 700 defekt ist, und um zu ermöglichen, dass das zweite Kühlmittel, das durch den Heizungskühler 930 hindurchgetreten ist, einen Wärmeaustausch in dem Heizwärmetauscher 450 durchführt und somit die Hochspannungsbatterie 100 beheizt.
Ein HVAC-System gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kann eine Hochspannungsbatterie 100 in einem Zustand kühlen, in dem es mit einer Außenraum- oder Innenraumklimatisierungs-Kältemittelleitung 50 verbunden ist, und kann den Energieverbrauch zum Beheizen jeweils eines Innenraumklimatisierungs-Heizungskühlers 930 und eines Innenraums reduzieren, indem es Kühlmittel, das durch einen Wassererhitzer 700 erwärmt wird, zum Beheizen des Innenraumklimatisierungs-Heizungskühlers 930 verwendet. Somit kann ein HVAC-System gemäß der vorliegenden Offenbarung eine Fahrstrecke eines Fahrzeugs vergrößern.
Zwar wurde die vorliegende Offenbarung in Bezug auf die konkreten Ausführungsformen dargestellt und beschrieben, doch ist für einen Fachmann ersichtlich, dass verschiedene Modifikationen und Variationen der vorliegenden Offenbarung vorgenommen werden können, ohne vom technischen Gedanken der vorliegenden Offenbarung abzuweichen, welche durch die folgenden Ansprüche vorgesehen ist.

Claims

Heizungs-, Lüftungs- und Klimatisierungs(HVAC)-System für ein Fahrzeug, umfassend: eine Batteriezirkulationsleitung (10), umfassend einen Batterieradiator (200), eine Hochspannungsbatterie (100) und ein erstes Ventil (810), welche zum Erlauben des Hindurchzirkulierens eines ersten Kühlmittels angeordnet sind; eine Zweigleitung (30), die durch das erste Ventil (810) selektiv mit der Batteriezirkulationsleitung (10) verbunden ist und einen Kühlwärmetauscher (400) aufweist, der konfiguriert ist, um mit einer Innenraumklimatisierungs-Kältemittelleitung (50) Wärme auszutauschen; eine Batterieheizleitung (40), umfassend einen Wassererhitzer (700), einen Innenraumklimatisierungs-Heizungskühler (930) und ein zweites Ventil (820), welche zum Erlauben des Hindurchzirkulierens eines zweiten Kühlmittels angeordnet sind, wobei die Batterieheizleitung (40) durch das zweite Ventil (820) selektiv mit der Batteriezirkulationsleitung (10) verbunden ist; und einen Controller (600), der konfiguriert ist, um das erste Ventil (810) zum Kühlen der Hochspannungsbatterie (100) stufenweise zu steuern, das zweite Ventil (820) und den Wassererhitzer (700) zum selektiven Beheizen der Hochspannungsbatterie (100) zu steuern und den Wassererhitzer (700) oder eine Kühlvorrichtung auf der Innenraumklimatisierungs-Kältemittelleitung (50) zum Klimatisieren des Fahrzeugs zu steuern.
System nach Anspruch 1, wobei die Zweigleitung (30) ein Ende aufweist, das von dem ersten Ventil (810) abzweigt, und das andere Ende mit einer Stelle stromaufwärts der Hochspannungsbatterie (100) verbunden ist, und sie einen Teil mit einer Leitung gemeinsam hat, welche die Hochspannungsbatterie (100) der Batteriezirkulationsleitung (10) beinhaltet, um einen geschlossenen Kreislauf derart auszubilden, dass die Hochspannungsbatterie (100) gekühlt wird.
System nach Anspruch 1 oder 2, wobei das erste Ventil (810) ein Drei-Wege-Ventil ist und eine erste Öffnung (811) auf einer Batterieradiatorseite, eine zweite Öffnung (812) auf der Zweigleitungsseite und eine dritte Öffnung (813) auf der Hochspannungsbatterieseite umfasst, und der Controller (600) konfiguriert ist, um die erste Öffnung (811) des ersten Ventils (810) zu schließen, um es dem ersten Kühlmittel zu ermöglichen, in der Zweigleitung (30) zu zirkulieren, um mit dem Kühlwärmetauscher (400) Wärme auszutauschen, wenn die Hochspannungsbatterie (100) gekühlt wird.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Batterieheizleitung (40) ferner eine Bypass-Leitung (60) umfasst, bei der ein Ende von dem zweiten Ventil (820) abzweigt und das andere Ende mit dem Heizungskühler (930) verbunden ist, und die Bypass-Leitung (60) einen Teil mit einer Leitung gemeinsam hat, welche den Wassererhitzer (700) der Batterieheizleitung (40) beinhaltet, um einen geschlossenen Kreislauf derart auszubilden, dass ein Innenraum beheizt wird.
System nach Anspruch 1, wobei die Batterieheizleitung (40) ferner eine Bypass-Leitung (60) umfasst, bei der ein Ende von dem zweiten Ventil (820) abzweigt und das andere Ende mit dem Heizungskühler (930) verbunden ist, das zweite Ventil (820) ein Drei-Wege-Ventil ist und eine erste Öffnung (821) auf der Batteriezirkulationsleitungsseite, eine zweite Öffnung (822) auf der Heizungskühlerseite und eine dritte Öffnung (821) auf der Wassererhitzerseite umfasst, und der Controller (600) konfiguriert ist, um eine erste Öffnung (821) des zweiten Ventils (820) zu schließen, und den Heizungskühler (930) betätigt, um es dem zweiten Kühlmittel zu ermöglichen, in der Bypass-Leitung (60) zu zirkulieren, um mit dem Heizungskühler (930) Wärme auszutauschen, wenn ein Innenraum beheizt wird.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Batteriezirkulationsleitung (10) eine erste Pumpe (850) umfasst, die von dem Controller (600) gesteuert wird, und die erste Pumpe (850) zwischen einer Stelle stromaufwärts des ersten Ventils (810) und einem Ende der Zweigleitung, das nicht mit dem ersten Ventil (810) verbunden ist, angeordnet ist.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Batterieheizleitung (40) eine zweite Pumpe (870) umfasst, die von dem Controller (600) gesteuert wird, und die zweite Pumpe (870) zwischen dem Heizungskühler (930) und dem zweiten Ventil (820) angeordnet ist und in einer Leitung angeordnet ist, welche den Wassererhitzer (700) beinhaltet.
System nach Anspruch 7, wobei der Controller (600) konfiguriert ist, um eine Drehzahl der zweiten Pumpe (870) oder einen Öffnungsbetrag des zweiten Ventils (820) zu steuern, wenn die Hochspannungsbatterie (100) und der Innenraum gleichzeitig beheizt werden.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in einem Kühlmodus der Controller (600) konfiguriert ist, um das erste Ventil (810) zum Zirkulieren des ersten Kühlmittels in der Zweigleitung (30) und das von dem Kühlwärmetauscher (400) gekühlte erste Kühlmittel zum Kühlen der Hochspannungsbatterie 100 zu steuern.
System nach einem der Ansprüche 4 bis 9, wobei in einem Innenraumheizmodus der Controller (600) konfiguriert ist, um das zweite Ventil (820) zum Zirkulieren des zweiten Kühlmittels in der Bypass-Leitung (60) und das von dem Wassererhitzer (700) erwärmte zweite Kühlmittel zum Beheizen des Innenraums zu steuern.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zweite Ventil (820) ein Drei-Wege-Ventil ist und eine erste Öffnung (821) auf der Batteriezirkulationsleitungsseite, eine zweite Öffnung (822) auf der Heizungskühlerseite und eine dritte Öffnung (821) auf der Wassererhitzerseite beinhaltet und der Controller (600) konfiguriert ist, um die zweite Öffnung (822) des zweiten Ventils (820) zu schließen und die Batterieheizleitung (40), in der das von dem Wassererhitzer (700) oder von dem Heizungskühler (930) erwärmte zweite Kühlmittel strömt, mit der Batteriezirkulationsleitung (10) zu verbinden, wenn die Hochspannungsbatterie (100) beheizt wird.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in einem Batterieheizmodus der Controller (600) konfiguriert ist, um das zweite Ventil (820) zum Zirkulieren des zweiten Kühlmittels in der Batterieheizleitung (40) zu steuern, so dass das von dem Wassererhitzer (700) oder von dem Heizungskühler (930) erwärmte zweite Kühlmittel in der Batterieheizleitung (40) zirkuliert, um Wärme auszutauschen, wenn die Hochspannungsbatterie (100) beheizt wird.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in einem Batterieheizmodus der Controller (600) konfiguriert ist, um das von dem Wassererhitzer (700) zu erwärmende zweite Kühlmittel zu steuern, so dass es durch den Heizungskühler (930) strömt, um die Hochspannungsbatterie (100) zu beheizen, und dann wieder in den Wassererhitzer (700) strömt, derart, dass das zweite Kühlmittel in der Batterieheizleitung (40) zirkuliert, um die Hochspannungsbatterie (100) zu beheizen.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zweite Ventil (820) ein Drei-Wege-Ventil ist und eine erste Öffnung (821) auf der Batteriezirkulationsleitungsseite, eine zweite Öffnung (822) auf der Heizungskühlerseite und eine dritte Öffnung (823) auf der Wassererhitzerseite beinhaltet und der Controller (600) konfiguriert ist, um die zweite Öffnung (821) des zweiten Ventils (820) zu schließen, so dass das zweite Kühlmittel in der Batterieheizleitung (40) zirkuliert, um mit dem Wassererhitzer (700) und dem Heizungskühler (930) Wärme auszutauschen, und die Batterieheizleitung (40) mit der Batteriezirkulationsleitung (10) verbunden ist, wenn die Hochspannungsbatterie (100) und der Innenraum gleichzeitig beheizt werden.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Controller (600) konfiguriert ist, um das zweite Ventil (820) zum Zirkulieren des zweiten Kühlmittels in der Batterieheizleitung (40) zu steuern und das mittels Wärmeaustausch durch den Heizungskühler (930) oder durch den Wassererhitzer (700) erwärmte zweite Kühlmittel zu steuern, wenn die Hochspannungsbatterie (100) und der Innenraum gleichzeitig beheizt werden.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend einen Heizwärmetauscher (450) an einer Stelle, an der die Batteriezirkulationsleitung (10) und die Batterieheizleitung (40) voneinander getrennt sind, wobei ein erstes Kühlmittel der Batteriezirkulationsleitung (10) und ein zweites Kühlmittel der Batterieheizleitung (40) in dem Heizwärmetauscher (450) miteinander Wärme austauschen, so dass die Batteriezirkulationsleitung (10) und die Batterieheizleitung (40) miteinander in Verbindung stehen.
System nach Anspruch 16, wobei der Controller (600) ferner konfiguriert ist, um das erste Ventil (810) und das zweite Ventil (820) zum Zirkulieren des ersten Kühlmittels in der Zweigleitung zu steuern und das zweite Kühlmittel zum Austauschen von Wärme zu steuern, während es durch den Heizungskühler (930), den Wassererhitzer (700) und den Heizwärmetauscher (450) in der Batterieheizleitung (40) zirkuliert, so dass das von dem Wassererhitzer (700) erwärmte zweite Kühlmittel Wärme mit dem ersten Kühlmittel in dem Heizwärmetauscher (450) austauscht, bevor es die Hochspannungsbatterie (100) beheizt.
System nach Anspruch 16, welches ferner eine Direktzirkulationsleitung, durch die Kühlmittel zu einer Stelle stromaufwärts des Wassererhitzers (700) vorbeigeführt werden kann, an einer Stelle stromabwärts des Heizwärmetauschers (450) umfasst.