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Die Erfindung betrifft ein Heizung, Lüftung und Klimatisierung (HVAC) - System, das bei einem Fahrzeug angewendet werden kann, und insbesondere ein HVAC-System eines Fahrzeuges, welches eine Reichweite des Fahrzeuges durch effiziente Steuerung von Energie, die für Innenraum-HVAC und Heizung und Kühlung einer Batterie erforderlich ist, effizient erhöhen kann.
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In letzter Zeit entwickeln sich Elektrofahrzeuge als eine Lösung von gesellschaftlichen Problemen, wie die Realisierung von umweltfreundlichen Technologien und Energieverringerung. Ein Elektrofahrzeug arbeitet mittels eines Elektromotors, der elektrischen Strom aufnimmt, der von einer Batterie zugeführt wird, und Leistung abgibt. Daher gibt es keine Emission von Kohlendioxid, die Geräuschmenge ist sehr gering, und die Energieeffizienz des Elektromotors ist höher als die Energieeffizienz eines Verbrennungsmotors, so dass das Elektrofahrzeug als ein umweltfreundliches Fahrzeug Beachtung findet.
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Die Schlüsseltechnologie zur Realisierung eines solchen Elektrofahrzeuges ist die Technologie bezogen auf ein Batteriemodul. In letzter Zeit wurde die Forschung in Richtung einer Gewichtsreduzierung, Miniaturisierung und Reduzierung der Ladezeit einer Batterie aktiv durchgeführt. Das Batteriemodul kann eine optimale Leistung und eine lange Lebensdauer erhalten, wenn es in einer optimalen Temperaturumgebung verwendet wird. Jedoch ist es aufgrund der Wärme, die bei der Fahrt und Außentemperaturänderungen erzeugt wird, in der optimalen Temperaturumgebung schwierig zu verwenden.
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Außerdem ist es, da das Elektrofahrzeug keine Abwärmequelle für die Wärme hat, die bei der Verbrennung in einem separaten Motor, wie im Falle eines Verbrennungsmotors, erzeugt wird, erforderlich, die Innenraumheizung des Fahrzeuges im Winter mittels einer elektrischen Heizvorrichtung durchzuführen und ein Aufwärmen durchzuführen, um das Lade- und Entladeverhalten der Batterie während einer Kälteperiode zu verbessern. Daher wird ein separates Kühlmittel, das die elektrische Heizvorrichtung erwärmt, individuell konfiguriert und verwendet. Das heißt, um die optimale Temperaturumgebung des Batteriemoduls zu erhalten, wird ein Kühlungs- und Heizungssystem zur Steuerung der Temperatur des Batteriemoduls separat von einem Kühlungs- und Heizungssystem für Innenraum-HVAC des Fahrzeuges angewendet. Das heißt, zwei unabhängige Kühlungs- und Heizungssysteme werden gebildet, von denen eines für die Kühlung und Heizung des Innenraums verwendet wird, und das andere für die Temperatursteuerung des Batteriemoduls verwendet wird.
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Jedoch ist es, wenn die Kühlungs- und Heizungssysteme wie oben beschrieben betrieben werden, unmöglich, die Energie effizient zu steuern. Daher wird die Reichweite verringert, wodurch ein Langstreckenbetrieb unmöglich ist. Wenn die Kühlung im Sommer durchgeführt wird, kann die Reichweite um 30% oder mehr reduziert werden, und wenn die Heizung im Winter durchgeführt wird, kann die Reichweite um 40% oder mehr reduziert werden. Daher ist das Winterheizungsproblem, welches kein Problem ist, was Verbrennungsmotoren betrifft, bei Elektrofahrzeugen erheblicher. Wenn eine leistungsstarke PTC-Heizung installiert ist, um die durch das Heizen im Winter verursachten Probleme zu lösen, können die Kosten und das Gewicht aufgrund der Reduzierung der Reichweite und der Verwendung einer Wärmepumpe überhöht sein.
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Mit der Erfindung wird ein HVAC-System eines Fahrzeuges geschaffen, bei welchem ein integriertes Wärmemanagementmodul derart konfiguriert ist, dass es einen herkömmlichen komplizierten Kühlmittelkreislauf eines Elektrofahrzeuges und ein Wärmepumpensystem ersetzt, welches separat konfiguriert ist, um Abwärme rückzugewinnen, so dass verhindert werden kann, dass sich die Materialkosten und das Gewicht übermäßig erhöhen, und eine Reduzierung der Reichweite vermieden werden kann.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist ein Heizung, Lüftung und Klimatisierung (HVAC) - System eines Fahrzeuges auf: eine Batterieleitung, die einen ersten Radiator und einen Hochspannungsbatteriekern thermisch miteinander verbindet und eine erste Pumpe aufweist, die damit derart verbunden ist, dass ein Kühlmittel in der Batterieleitung strömt, eine Kältemittelleitung, die einen Kompressor, einen Kondensator und einen Verdampfer aufweist, wobei die Kältemittelleitung Kältemittel aufweist, das in der Kältemittelleitung strömt, eine Innenraumkühlungsleitung, die einen Innenraum-HVAC-Kühlungskern und den Verdampfer thermisch miteinander verbindet und eine zweite Pumpe aufweist, die damit derart verbunden ist, dass das Kühlmittel in der Innenraumkühlungsleitung strömt, eine Innenraumheizungsleitung, die einen Innenraum-HVAC-Heizungskern und den Kondensator thermisch miteinander verbindet und eine dritte Pumpe aufweist, die damit derart verbunden ist, dass das Kühlmittel in der Innenraumheizungsleitung strömt, Batteriekühlungsleitungen, die jeweils von entgegengesetzten Seitenstellen des Hochspannungsbatteriekerns in der Batterieleitung abzweigen und mit der Innenraumkühlungsleitung derart verbunden sind, dass das Kühlmittel, welches mit dem Verdampfer Wärme tauscht, zu dem Hochspannungsbatteriekern strömt, Batterieheizungsleitungen, die jeweils von den entgegengesetzten Seitenstellen des Hochspannungsbatteriekerns in der Batterieleitung abzweigen und mit der Innenraumheizungsleitung derart verbunden sind, dass das Kühlmittel, welches mit dem Kondensator Wärme getauscht hat, zu dem Hochspannungsbatteriekern strömt, und ein erstes Ventil, das in einer von den entgegengesetzten Abzweigstellen in der Batterieleitung angeordnet ist und derart konfiguriert ist, dass es die Strömung des Kühlmittels in der Batterieleitung, der Innenraumkühlungsleitung und der Innenraumheizungsleitung steuert.
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Die Innenraumkühlungsleitung kann einen Niedrigtemperaturwärmetauscher derart aufweisen, dass er mit dem Verdampfer in der Kältemittelleitung Wärme tauscht.
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Die Innenraumkühlungsleitung kann ein zweites Ventil haben und kann eine Außenluftkühlungsleitung aufweisen, deren eines Ende von dem zweiten Ventil abzweigt und deren verbleibendes Ende mit dem ersten Radiator verbunden ist und dann mit der Innenraumkühlungsleitung verbunden ist.
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Die Innenraumkühlungsleitung und die Außenluftkühlungsleitung können wahlweise den ersten Radiator, den Niedrigtemperaturwärmetauscher und den Innenraum-HVAC-Kühlungskern über das zweite Ventil miteinander verbinden, wodurch eine Kühlung des Hochspannungsbatteriekerns oder eine Innenraumkühlung durchgeführt wird.
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Die Außenluftkühlungsleitung kann ein viertes Ventil haben und kann ferner eine Elektrisches-Bauteil-Kühlungsleitung aufweisen, deren eines Ende von dem vierten Ventil abzweigt und deren verbleibendes Ende mit einem dritten Radiator verbunden ist und dann mit der Außenluftkühlungsleitung verbunden ist. Ein Elektrisches-Bauteil-Kern kann in der Elektrisches-Bauteil-Kühlungsleitung angeordnet sein.
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Die Elektrisches-Bauteil-Kühlungsleitung kann eine vierte Pumpe aufweisen, die durch eine Steuereinrichtung angetrieben oder gestoppt wird.
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Im Falle eines Außenluftkühlungsmodus kann die Steuereinrichtung das erste Ventil und das vierte Ventil derart steuern, dass das Kühlmittel in der Batterieleitung und der Elektrisches-Bauteil-Kühlungsleitung zirkuliert, so dass der Hochspannungsbatteriekern durch den ersten Radiator gekühlt werden kann, und der Elektrisches-Bauteil-Kern durch den dritten Radiator gekühlt werden kann.
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In einem Fall, in dem eine Temperatur der Außenluft in einem Batterieheizungsmodus relativ niedrig ist, kann die Steuereinrichtung den Kompressor derart betreiben, dass das Kältemittel in der Kältemittelleitung zirkuliert, und das erste Ventil, das zweite Ventil und das vierte Ventil derart steuern, dass die Kältemittelleitung und der Elektrisches-Bauteil-Kern thermisch miteinander verbunden sein können, und daher die Abwärme von dem Elektrisches-Bauteil-Kern rückgewonnen werden kann. Ein Abschnitt der Innenraumheizungsleitung, die mit der Kältemittelleitung thermisch verbunden ist, kann mit der Batterieheizungsleitung und der Batterieleitung verbunden sein, so dass das Kühlmittel, das durch die rückgewonnene Abwärme erwärmt wird, zirkuliert werden kann, wodurch der Hochspannungsbatteriekern erwärmt wird.
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In einem Fall, in dem eine Temperatur der Außenluft in einem Batterieheizungsmodus relativ hoch ist, kann die Steuereinrichtung den Kompressor derart betreiben, dass das Kältemittel in der Kältemittelleitung zirkuliert, und kann das erste Ventil, das zweite Ventil und das vierte Ventil derart steuern, dass das Kühlmittel in der Elektrisches-Bauteil-Kühlungsleitung zirkuliert werden kann, die Außenluftkühlungsleitung (bzw. die Kältemittelleitung) und der Elektrisches-Bauteil-Kern thermisch miteinander verbunden sind, und somit die Abwärme von dem Elektrisches-Bauteil-Kern rückgewonnen werden kann. Ein Abschnitt der Innenraumheizungsleitung, die mit der Kältemittelleitung thermisch verbunden ist, kann mit der Batterieheizungsleitung und der Batterieleitung verbunden sein, so dass das Kühlmittel, das durch die rückgewonnene Abwärme erwärmt wird, zirkuliert werden kann, wodurch der Hochspannungsbatteriekern erwärmt wird.
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In einem Fall, in dem eine Temperatur der Außenluft in dem Innenraumheizungsmodus relativ niedrig ist, kann die Steuereinrichtung den Kompressor derart betreiben, dass das Kältemittel in der Kältemittelleitung zirkuliert, und das erste Ventil, das zweite Ventil und das vierte Ventil derart steuern, dass die Kältemittelleitung und der Elektrisches-Bauteil-Kern thermisch miteinander verbunden sein können, und die Abwärme von dem Elektrisches-Bauteil-Kern rückgewonnen werden kann. Das Kühlmittel, das durch die rückgewonnene Abwärme erwärmt wird, kann in der Innenraumheizungsleitung zirkuliert werden, die mit der Kältemittelleitung thermisch verbunden ist, wodurch die Innenraumheizung durchgeführt wird.
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In einem Fall, in dem eine Temperatur der Außenluft in dem Innenraumheizungsmodus relativ hoch ist, kann die Steuereinrichtung den Kompressor derart betreiben, dass das Kältemittel in der Kältemittelleitung zirkuliert, und das erste Ventil, das zweite Ventil und das vierte Ventil derart steuern, dass das Kühlmittel in der Elektrisches-Bauteil-Kühlungsleitung zirkuliert werden kann, die Außenluftkühlungsleitung (bzw. die Kältemittelleitung) und der Elektrisches-Bauteil-Kern thermisch miteinander verbunden sein können, und somit die Abwärme von dem Elektrisches-Bauteil-Kern rückgewonnen werden kann. Das Kühlmittel, das durch die rückgewonnene Abwärme erwärmt wird, kann in der Innenraumheizungsleitung zirkuliert werden, die mit der Kältemittelleitung thermisch verbunden ist, wodurch die Innenraumheizung durchgeführt wird.
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Die Innenraumheizungsleitung kann einen Hochtemperaturwärmetauscher derart aufweisen, dass er Wärme mit dem Kondensator in der Kältemittelleitung tauscht.
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Die Innenraumheizungsleitung kann ein drittes Ventil haben und kann eine Außenluftheizungsleitung aufweisen, deren eines Ende von dem dritten Ventil abzweigt und deren verbleibendes Ende mit dem zweiten Radiator verbunden ist und dann mit der Innenraumheizungsleitung verbunden ist.
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Die Innenraumheizungsleitung und die Außenluftheizungsleitung können wahlweise den zweiten Radiator, den Hochtemperaturwärmetauscher und den Innenraum-HVAC-Heizungskern über das dritte Ventil miteinander verbinden, wodurch die Heizung des Hochspannungsbatteriekerns oder die Innenraumheizung durchgeführt wird.
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In einem Falle eines Batteriekühlungsmodus kann die Steuereinrichtung den Kompressor derart betreiben, dass das Kältemittel in der Kältemittelleitung zirkuliert, das erste Ventil und das dritte Ventil derart steuern, dass das Kühlmittel in der Außenluftheizungsleitung zirkuliert, die mit der Kältemittelleitung thermisch verbunden ist, und die Batteriekühlungsleitung, die mit der Kältemittelleitung thermisch verbunden ist, mit der Batterieleitung und einem Abschnitt der Innenraumkühlungsleitung verbinden, so dass das gekühlte Kühlmittel derart zirkuliert werden kann, dass eine Kühlung des Hochspannungsbatteriekerns durchgeführt wird.
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In einem Falle eines Innenraumkühlungs- und Batteriekühlungsmodus kann die Steuereinrichtung den Kompressor derart betreiben, dass das Kältemittel in der Kältemittelleitung zirkuliert, das erste Ventil und das dritte Ventil derart steuern, dass das Kühlmittel in der Außenluftheizungsleitung zirkuliert, welche mit der Kältemittelleitung thermisch verbunden ist, und die Batteriekühlungsleitung, die mit der Kältemittelleitung thermisch verbunden ist, mit der Batterieleitung und einem Abschnitt der Innenraumkühlungsleitung verbinden, so dass das Kühlmittel in der Innenraumkühlungsleitung zirkuliert werden kann, wodurch die Innenraumkühlung und die Kühlung des Hochspannungsbatteriekerns durchgeführt wird.
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In einem Falle eines Innenraumkühlungsmodus kann die Steuereinrichtung den Kompressor derart betreiben, dass das Kältemittel in der Kältemittelleitung zirkuliert, das dritte Ventil derart steuern, dass das Kühlmittel in der Außenluftheizungsleitung zirkuliert, die mit der Kältemittelleitung thermisch verbunden ist, und das Kühlmittel in der Innenraumkühlungsleitung zirkulieren, die mit der Kältemittelleitung thermisch verbunden ist, wodurch die Innenraumkühlung durchgeführt wird.
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In einem Falle eines Entfeuchtungsmodus kann die Steuereinrichtung den Kompressor derart betreiben, dass das Kältemittel in der Kältemittelleitung zirkuliert, das dritte Ventil derart steuern, dass das Kühlmittel in der Innenraumheizungsleitung zirkuliert, die mit der Kältemittelleitung thermisch verbunden ist, und das Kühlmittel in der Innenraumkühlungsleitung zirkulieren, die mit der Kältemittelleitung thermisch verbunden ist, wodurch die Entfeuchtung durchgeführt wird.
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Der Innenraum-HVAC-Kühlungskern und der Innenraum-HVAC-Heizungskern können an benachbarten Stellen angeordnet sein.
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Die Innenraumheizungsleitung kann ferner eine Wasserheizung aufweisen, die durch die Steuereinrichtung gesteuert wird.
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Mit dem oben beschriebenen HVAC-System eines Fahrzeuges gemäß der Erfindung ist es möglich, die Materialkosten und das Gewicht des HVAC-Systems zu reduzieren, indem ein integriertes Wärmemanagementmodul konfiguriert wird, das einen Kühlmittelkreislauf mit einer komplizieren Konfiguration eines herkömmlichen Elektrofahrzeuges und ein Wärmepumpensystem ersetzt, das separat konfiguriert ist, um Abwärme rückzugewinnen. Ferner ist das integrierte Wärmemanagementmodul als eine zweite Schleife konfiguriert, wodurch es kompakt ausgebildet ist, was hinsichtlich der Anordnung vorteilhaft ist, so dass es möglich ist, das HVAC-System kompakt zu gestalten.
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Die Erfindung wird mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
- 1 eine Ansicht eines HVAC-System eines Fahrzeuges gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
- 2 eine Ansicht, die einen Außenluftkühlungsmodus eines elektrischen Bauteils und einer Batterie darstellt;
- 3 eine Ansicht, die einen Batteriekühlungsmodus darstellt;
- 4 eine Ansicht, die einen Innenraumkühlungs- und Batteriekühlungsmodus darstellt;
- 5 eine Ansicht, die einen Batterieheizungsmodus darstellt;
- 6 eine Ansicht, die einen Innenraumkühlungsmodus darstellt;
- 7 eine Ansicht, die einen Innenraumheizungsmodus darstellt;
- 8 eine Ansicht, die einen Entfeuchtungsmodus darstellt; und
- 9 eine Ansicht eines HVAC-Systems eines Fahrzeuges gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung.
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Nachfolgend wird mit Bezug auf die Zeichnung ein HVAC-System eines Fahrzeuges gemäß einer Ausführungsform der Erfindung beschrieben.
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1 ist eine Ansicht eines HVAC-Systems eines Fahrzeuges gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, die 2 bis 8 sind Ansichten, die Strömungen von Kühlmittel in jeweiligen Modi des HVAC-Systems aus 1 darstellen, und 9 ist eine Ansicht eines HVAC-Systems eines Fahrzeuges gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung.
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Wie in 1 gezeigt, kann ein HVAC-System gemäß einer Ausführungsform der Erfindung aufweisen: eine Batterieleitung 10, die derart konfiguriert ist, dass sie einen ersten Radiator 610 und einen Hochspannungsbatteriekern 100 thermisch miteinander verbindet und mit einer ersten Pumpe 710 versehen ist, so dass Kühlmittel in der Batterieleitung 10 strömt, eine Kältemittelleitung 20, die einen Kompressor 210, einen Kondensator 230 und einen Verdampfer 250 aufweist und derart konfiguriert ist, dass Kältemittel in der Kältemittelleitung 20 strömt, eine Innenraumkühlungsleitung 30, die einen Innenraum-HVAC-Kühlungskern 310 und den Verdampfer 250 thermisch miteinander verbindet und mit einer zweiten Pumpe 720 versehen ist, so dass das Kühlmittel in der Innenraumkühlungsleitung 30 strömt, eine Innenraumheizungsleitung 40, die einen Innenraum-HVAC-Heizungskern 330 und den Kondensator 230 thermisch miteinander verbindet und mit einer dritten Pumpe 730 versehen ist, so dass das Kühlmittel in der Innenraumheizungsleitung 40 strömt, Batteriekühlungsleitungen 50, die jeweils von entgegengesetzten Seitenstellen des Hochspannungsbatteriekerns 100 in der Batterieleitung 10 abzweigen und mit der Innenraumkühlungsleitung 30 verbunden sind, so dass das Kühlmittel, welches mit dem Verdampfer 250 Wärme getauscht hat, auch zu dem Hochspannungsbatteriekern 100 strömen kann, Batterieheizungsleitungen 60, die jeweils von den entgegengesetzten Seitenstellen des Hochspannungsbatteriekerns 100 in der Batterieleitung 10 abzweigen und mit der Innenraumheizungsleitung 40 verbunden sind, so dass das Kühlmittel, welches mit dem Kondensator 230 Wärme getauscht hat, auch zu dem Hochspannungsbatteriekern 100 strömen kann, und ein erstes Ventil 810, das in einer von den entgegengesetzten Abzweigstellen in der Batterieleitung 10 vorgesehen ist und derart konfiguriert ist, dass es die Strömung des Kühlmittels in der Batterieleitung 10, der Innenraumkühlungsleitung 30 und der Innenraumheizungsleitung 40 steuert.
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Spezieller ist die Batterieleitung 10 mit dem Hochspannungsbatteriekern 100 versehen und ist ebenfalls mit dem ersten Radiator 610, welcher derart konfiguriert ist, dass er den Hochspannungsbatteriekern 100 mittels Außenluft kühlt, und mit der ersten Pumpe 710 versehen, die derart gesteuert wird, dass sie durch eine Steuereinrichtung 5 angetrieben oder gestoppt werden kann, und derart konfiguriert ist, dass sie das Kühlmittel zirkuliert.
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In der Kältemittelleitung 20, die mit dem Kompressor 210, dem Kondensator 230 und dem Verdampfer 250 versehen ist, zirkuliert das Kältemittel derart, dass die Kältemittelleitung 20 mit den anderen Leitungen thermisch verbunden ist. Die Kältemittelleitung 20 weist auch ein Expansionsventil (nicht gezeigt) auf, welches in dieser Beschreibung nicht beschrieben ist. Der Kompressor 210 wird derart gesteuert, dass er durch die Steuereinrichtung 5 angetrieben werden kann, so dass das Kältemittel durch Wärmestrahlung und Wärmeabsorption mit den anderen Leitungen Wärme tauschen kann, während es durch den Kompressor 210, den Kondensator 230, das Expansionsventil und den Verdampfer 250 zirkuliert.
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Die Kältemittelleitung 20 ist mit der Innenraumkühlungsleitung 30 und der Innenraumheizungsleitung 40 thermisch verbunden. Die Innenraumkühlungsleitung 30 verbindet den Innenraum-HVAC-Kühlungskern 310 und den Verdampfer 250 der Kältemittelleitung 20 thermisch miteinander und weist die zweite Pumpe 720, die derart gesteuert wird, dass sie durch die Steuereinrichtung 5 angetrieben und gestoppt werden kann, und derart konfiguriert ist, dass sie das Kühlmittel zirkuliert, und ein zweites Ventil 820 auf, das durch die Steuereinrichtung 5 derart gesteuert wird, dass es Strömungspfade wahlweise miteinander verbindet oder eine Strömungsrate steuert. Insbesondere ist die Innenraumkühlungsleitung 30 mit einem Niedrigtemperaturwärmetauscher 530 versehen und ist mit der Kältemittelleitung 20 durch Austausch von Wärme mit dem Verdampfer 250 der Kältemittelleitung 20 thermisch verbunden. Außerdem weist die Innenraumkühlungsleitung 30 ferner eine Außenluftkühlungsleitung 70 auf, deren eines Ende von dem zweiten Ventil 820 abzweigt und deren anderes Ende mit dem ersten Radiator 610 verbunden ist und dann mit der Innenraumkühlungsleitung 30 verbunden ist. Dementsprechend verbinden die Innenraumkühlungsleitung 30 und die Außenluftkühlungsleitung 70 wahlweise den ersten Radiator 610, den Niedrigtemperaturwärmetauscher 530 und den Innenraum-HVAC-Kühlungskern 310 über das zweite Ventil 820 derart miteinander, dass sie die Kühlung des Hochspannungsbatteriekerns 100 oder die Innenraumkühlung durchführen. Die Außenluftkühlungsleitung 70 ist mit einem vierten Ventil 840 versehen, welches durch die Steuereinrichtung 5 derart gesteuert wird, dass es wahlweise Strömungspfade miteinander verbindet oder eine Strömungsrate steuert. Außerdem weist die Außenluftkühlungsleitung 70 ferner eine Elektrisches-Bauteil-Kühlungsleitung 90 auf, deren eines Ende von dem vierten Ventil 840 abzweigt und deren anderes Ende mit einem dritten Radiator 630 verbunden ist und dann mit der Außenluftkühlungsleitung 70 derart verbunden ist, dass sie die Kühlung eines Elektrisches-Bauteil-Kerns 400 durchführt oder die Heizung des Hochspannungsbatteriekerns 100 durch Rückgewinnung von Wärme durchführt, die von dem Elektrobauteilkern 400 erzeugt wird. Insbesondere ist die Elektrisches-Bauteil-Kühlungsleitung 90 mit einer vierten Pumpe 740 versehen, die durch die Steuereinrichtung 5 angetrieben oder gestoppt wird, so dass das Kühlmittel in der Elektrisches-Bauteil-Kühlungsleitung 90 und in der Außenluftkühlungsleitung 70 zirkuliert wird.
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Die Innenraumheizungsleitung 40 verbindet den Innenraum-HVAC-Heizungskern 330 und den Kondensator 230 der Kältemittelleitung 20 thermisch miteinander und ist mit der dritten Pumpe 730, die derart gesteuert wird, dass sie durch die Steuereinrichtung 5 angetrieben und gestoppt werden kann, und derart konfiguriert ist, dass sie das Kühlmittel zirkuliert, und einem dritten Ventil 830 versehen, das durch die Steuereinrichtung 5 derart gesteuert wird, dass es wahlweise Strömungspfade miteinander verbindet. Insbesondere ist die Innenraumheizungsleitung 40 mit einem Hochtemperaturwärmetauscher 510 versehen und ist mit der Kältemittelleitung 20 durch Austausch von Wärme mit dem Kondensator 230 der Kältemittelleitung 20 thermisch verbunden. Außerdem weist die Innenraumheizungsleitung 40 ferner eine Außenluftheizungsleitung 80 auf, deren eines Ende von dem dritten Ventil 830 abzweigt und deren anderes Ende mit dem zweiten Radiator 620 verbunden ist und dann mit der Innenraumheizungsleitung 40 verbunden ist. Dementsprechend verbinden die Innenraumheizungsleitung 40 und die Außenluftheizungsleitung 80 wahlweise den zweiten Radiator 620, den Hochtemperaturwärmetauscher 510 und den Innenraum-HVAC-Heizungskern 330 über das dritte Ventil 830 derart miteinander, dass sie die Heizung des Hochspannungsbatteriekerns 100 oder die Innenraumheizung durchführen. Insbesondere können gemäß der Erfindung der Innenraum-HVAC-Kühlungskern 310 und der Innenraum-HVAC-Heizungskern 330 an benachbarten Stellen angeordnet sein.
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Die Batteriekühlungsleitungen 50 zweigen jeweils von entgegengesetzten Seitenstellen des Hochspannungsbatteriekerns 100 in der Batterieleitung 10 ab und sind mit der Innenraumkühlungsleitung 30 verbunden, so dass das Kühlmittel, welches mit dem Verdampfer 250 Wärme getauscht hat, auch in den Hochspannungsbatteriekern 100 strömen kann. Die Batterieheizungsleitungen 60 zweigen jeweils von entgegengesetzten Seitenstellen des Hochspannungsbatteriekerns 100 in der Batterieleitung 10 ab und sind mit der Innenraumheizungsleitung 40 verbunden, so dass das Kühlmittel, welches mit dem Kondensator 230 Wärme getauscht hat, auch in den Hochspannungsbatteriekern 100 strömen kann. Insbesondere ist das erste Ventil 810 an einer von den entgegengesetzten Abzweigstellen der Batterieleitung 10 derart vorgesehen, dass es die Strömung des Kühlmittels der Batterieleitung 10, der Innenraumkühlungsleitung 30 und der Innenraumheizungsleitung 40 einstellt. Jedoch kann, da die Strömung des Kühlmittels durch das zweite Ventil 820, das dritte Ventil 830 und das vierte Ventil 840 gesteuert werden kann, das erste Ventil 810 in manchen Fällen weggelassen werden.
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Mit Bezug auf die Zeichnung wird die Strömung des Kühlmittels für jeden Modus beschrieben, der durch die Steuereinrichtung 5 gesteuert wird.
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2 ist eine Ansicht, die einen Außenluftkühlungsmodus eines elektrischen Bauteils und einer Batterie darstellt. Im Falle eines Außenluftkühlungsmodus steuert die Steuereinrichtung 5 das erste Ventil 810 und das vierte Ventil 840 derart, dass das Kühlmittel durch die Batterieleitung 10 und die Elektrisches-Bauteil-Kühlungsleitung 90 zirkuliert, so dass der Hochspannungsbatteriekern 100 durch den ersten Radiator 610 gekühlt wird, und der Elektrisches-Bauteil-Kern 400 durch den dritten Radiator 630 gekühlt wird. Dementsprechend wird das Kühlmittel in der Batterieleitung 10 durch das erste Ventil 810 zirkuliert, und das Kühlmittel, welches durch Wärmeaustausch mit der Außenluft in dem ersten Radiator 610 gekühlt wurde, kühlt den Hochspannungsbatteriekern 100. Außerdem kühlt das Kühlmittel, welches in einer Leitung zirkuliert wurde, die einen Abschnitt der Außenluftkühlungsleitung 70 und der Elektrisches-Bauteil-Kühlungsleitung 90 durch das vierte Ventil 840 miteinander verbindet, und durch Wärmeaustausch mit der Außenluft in dem dritten Radiator 630 gekühlt wurde, den Elektrisches-Bauteil-Kern 400.
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3 ist eine Ansicht, die einen Batteriekühlungsmodus darstellt. Im Falle des Batteriekühlungsmodus betreibt die Steuereinrichtung 5 den Kompressor 210 derart, dass das Kältemittel in der Kältemittelleitung 20 zirkuliert, und steuert das erste Ventil 810, das zweite Ventil 820 und das dritte Ventil 830 derart, dass das Kühlmittel in der Außenluftheizungsleitung 80 zirkuliert, welche mit der Kältemittelleitung 20 thermisch verbunden ist, und die Batteriekühlungsleitung 50, welche mit der Kältemittelleitung 20 thermisch verbunden ist, mit der Batterieleitung 10 verbunden wird. Das heißt, der Hochtemperaturwärmetauscher 510, der in der Außenluftheizungsleitung 80 vorgesehen ist, und der Kondensator 230 in der Kältemittelleitung 20 tauschen Wärme derart miteinander aus, dass sie thermisch miteinander verbunden sind, und das Kühlmittel, das in dem Hochtemperaturwärmetauscher 510 erwärmt wird, wird durch Austausch von Wärme mit der Außenluft in dem zweiten Radiator 620 gekühlt und wird dann wieder in dem Hochtemperaturwärmetauscher 510 zirkuliert. Dementsprechend wird die Kühlung des Hochspannungsbatteriekerns 100 durch Zirkulieren des Kühlmittels mittels Verbinden eines Abschnitts der Innenraumkühlungsleitung 30, welche mit dem Niedrigtemperaturwärmetauscher 530 versehen ist, der Batteriekühlungsleitung 50 und der Batterieleitung 10 miteinander durch den Kondensator 230 durchgeführt, welcher mit dem Hochtemperaturwärmetauscher 510 thermisch verbunden ist, wodurch das gekühlte Kühlmittel zirkuliert.
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4 ist eine Ansicht, die einen Innenraumkühlungs- und Batteriekühlungsmodus darstellt. Im Falle des Innenraumkühlungs- und Batteriekühlungsmodus betreibt die Steuereinrichtung 5 den Kompressor 210 derart, dass das Kältemittel in der Kältemittelleitung 20 zirkuliert, und steuert das erste Ventil 810, das zweite Ventil 820 und das dritte Ventil 830 derart, dass das Kühlmittel in der Außenluftheizungsleitung 80 zirkuliert, welche mit der Kältemittelleitung 20 thermisch verbunden ist, und die Batteriekühlungsleitung 50, welche mit der Kältemittelleitung 20 thermisch verbunden ist, mit der Batterieleitung 10 verbunden ist. Das heißt, der Hochtemperaturwärmetauscher 510, der in der Außenluftheizungsleitung 80 vorgesehen ist, und der Kondensator 230 in der Kältemittelleitung 20 tauschen Wärme derart miteinander aus, dass sie thermisch miteinander verbunden sind, und das Kühlmittel, das in dem Hochtemperaturwärmetauscher 510 erwärmt wird, wird durch Austausch von Wärme mit der Außenluft in dem zweiten Radiator 620 gekühlt und wird dann wieder in dem Hochtemperaturwärmetauscher 510 zirkuliert. Dementsprechend wird die Innenraumkühlung durch Zirkulieren des Kühlmittels in der Innenraumkühlungsleitung 30, welche mit dem Niedrigtemperaturwärmetauscher 530 versehen ist, durch den Kondensator 230 durchgeführt, welcher mit dem Hochtemperaturwärmetauscher 510 thermisch verbunden ist, und die Kühlung des Hochspannungsbatteriekerns 100 wird durch Zirkulieren des Kühlmittels mittels Verbinden eines Abschnitts der Innenraumkühlungsleitung 30 mit der Batteriekühlungsleitung 50 und der Batterieleitung 10 durchgeführt, wodurch das gekühlte Kühlmittel zirkuliert.
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5 ist eine Ansicht, die einen Batterieheizungsmodus darstellt. In dem Batterieheizungsmodus wird Abwärme von dem Elektrisches-Bauteil-Kern 400 derart rückgewonnen, dass die Batterie erwärmt wird. Zuerst betreibt in dem Falle, in dem die Temperatur der Außenluft in dem Batterieheizungsmodus relativ niedrig ist, die Steuereinrichtung 5 den Kompressor 210 derart, dass das Kältemittel in der Kältemittelleitung 20 zirkuliert, und steuert das erste Ventil 810, das zweite Ventil 820, das dritte Ventil 830 und das vierte Ventil 840. Daher werden die Kältemittelleitung 20 und der Elektrisches-Bauteil-Kern 400 thermisch miteinander verbunden, so dass die Abwärme von dem Elektrisches-Bauteil-Kern 400 rückgewonnen wird, und werden mit einem Abschnitt der Innenraumheizungsleitung 40, welche mit der Kältemittelleitung 20 thermisch verbunden ist, der Batterieheizungsleitung 60 und der Batterieleitung 10 verbunden, so dass das Kühlmittel, das durch die rückgewonnene Abwärme erwärmt wird, zirkuliert wird, und somit der Hochspannungsbatteriekern 100 erwärmt wird. Das heißt, das Kühlmittel wird durch einen Abschnitt der Außenluftkühlungsleitung 70, die den Niedrigtemperaturwärmetauscher 530 aufweist, und die Elektrisches-Bauteil-Kühlungsleitung 90 zirkuliert, wodurch der Elektrisches-Bauteil-Kern 400 gekühlt wird und die Abwärme von dem Elektrisches-Bauteil-Kern 400 rückgewonnen wird. Außerdem wird das Kühlmittel mit einem Abschnitt der Innenraumheizungsleitung 40, die den Hochtemperaturwärmetauscher 510 aufweist, welcher mit der Kältemittelleitung 20 thermisch verbunden ist, der Batterieheizungsleitung 60 und der Batterieleitung 10 verbunden, wodurch der Hochspannungsbatteriekern 100 erwärmt wird.
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Als nächstes wird in dem Fall, in dem die Temperatur der Außenluft in dem Batterieheizungsmodus relativ hoch ist, die Außenluftkühlungsleitung 70 derart verbunden, dass das Kühlmittel zusätzlich zu dem Fall, in dem die Temperatur der Außenluft in dem Batterieheizungsmodus relativ niedrig ist, zirkuliert wird, wodurch die Kühlung des Elektrisches-Bauteil-Kerns 400 durch den dritten Radiator 630 unterstützt wird. Zu diesem Zeitpunkt wird das vierte Ventil 840 derart gesteuert, dass es die Strömungsrate zu der Außenluftkühlungsleitung 70 und der Elektrisches-Bauteil-Kühlungsleitung 90 angemessen verteilt.
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6 ist eine Ansicht, die einen Innenraumkühlungsmodus darstellt. Im Falle des Innenraumkühlungsmodus betreibt die Steuereinrichtung 5 den Kompressor 210 derart, dass das Kältemittel in der Kältemittelleitung 20 zirkuliert, und steuert das zweite Ventil 820 und das dritte Ventil 830 derart, dass das Kühlmittel in der Außenluftheizungsleitung 80 zirkuliert, welche mit der Kältemittelleitung 20 thermisch verbunden ist, und das Kühlmittel in der Innenraumkühlungsleitung 30 zirkuliert, welche mit der Kältemittelleitung 20 thermisch verbunden ist. Das heißt, der Hochtemperaturwärmetauscher 510, der in der Außenluftheizungsleitung 80 vorgesehen ist, und der Kondensator 230 in der Kältemittelleitung 20 tauschen Wärme derart miteinander aus, dass sie thermisch miteinander verbunden sind, und das Kühlmittel, das in dem Hochtemperaturwärmetauscher 510 erwärmt wird, wird durch Tauschen von Wärme mit der Außenluft in dem zweiten Radiator 620 gekühlt und wird dann wieder in dem Hochtemperaturwärmetauscher 510 zirkuliert. Daher wird das Kühlmittel in der Innenraumkühlungsleitung 30, welche mit dem Niedrigtemperaturwärmetauscher 530 versehen ist, durch den Kondensator 230 zirkuliert, welcher mit dem Hochtemperaturwärmetauscher 510 thermisch verbunden ist, so dass das gekühlte Kühlmittel zirkuliert wird und somit die Innenraumkühlung durchgeführt wird.
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7 ist eine Ansicht, die einen Innenraumheizungsmodus darstellt. Zuerst betreibt in dem Fall, in dem die Temperatur der Außenluft in dem Innenraumheizungsmodus relativ niedrig ist, die Steuereinrichtung 5 den Kompressor 210 derart, dass das Kältemittel in der Kältemittelleitung 20 zirkuliert, und steuert das zweite Ventil 820, das dritte Ventil 830 und das vierte Ventil 840. Dementsprechend werden die Kältemittelleitung 20 und der Elektrisches-Bauteil-Kern 400 thermisch miteinander verbunden, so dass die Abwärme von dem Elektrisches-Bauteil-Kern 400 rückgewonnen wird, und das Kühlmittel wird in der Innenraumheizungsleitung 40 zirkuliert, welche mit der Kältemittelleitung 20 thermisch verbunden ist und den Hochtemperaturwärmetauscher 510 und den Innenraum-HVAC-Heizungskern 310 aufweist, wodurch die Innenraumheizung durchgeführt wird.
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Als nächstes wird in dem Fall, in dem die Temperatur der Außenluft in dem Innenraumheizungsmodus relativ hoch ist, die Außenluftkühlungsleitung 70 derart verbunden, dass das Kühlmittel zusätzlich zu dem Fall, in dem die Temperatur der Außenluft in dem Innenraumheizungsmodus relativ niedrig ist, zirkuliert wird, wodurch die Kühlung des Elektrisches-Bauteil-Kerns 400 durch den dritten Radiator 630 unterstützt wird. Zu diesem Zeitpunkt wird das vierte Ventil 840 derart gesteuert, dass es die Strömungsrate zu der Außenluftkühlungsleitung 70 und der Elektrisches-Bauteil-Kühlungsleitung 90 angemessen verteilt.
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8 ist eine Ansicht, die einen Entfeuchtungsmodus darstellt. Im Falle des Entfeuchtungsmodus betreibt die Steuereinrichtung 5 den Kompressor 210 derart, dass das Kältemittel in der Kältemittelleitung 20 zirkuliert, und steuert das zweite Ventil 820 und das dritte Ventil 830 derart, dass das Kühlmittel in der Innenraumheizungsleitung 40 zirkuliert, welche mit der Kältemittelleitung 20 thermisch verbunden ist, und das Kühlmittel in der Innenraumkühlungsleitung 30 zirkuliert, welche mit der Kältemittelleitung 20 thermisch verbunden ist, wodurch die Entfeuchtung durchgeführt wird.
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9 ist eine Ansicht eines HVAC-Systems eines Fahrzeuges gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung, in welchem die Innenraumheizungsleitung 40 ferner eine Wasserheizung 600 aufweist, welche durch eine Steuereinrichtung 5 gesteuert wird. Daher kann das Kühlmittel in der Innenraumheizungsleitung 40 weiter erwärmt werden, wenn das Fahrzeug in einer Kälteregion fährt. Außerdem kann, obwohl nicht separat gezeigt, ein Vorratsbehälter zum Zuführen von Kühlmittel separat in einer Leitung vorgesehen sein, um Kühlmittel zuzuführen.
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Daher ist es mit dem oben beschriebenen HVAC-System eines Fahrzeuges gemäß der Erfindung möglich, die Materialkosten und das Gewicht des HVAC-Systems zu reduzieren, indem ein integriertes Wärmemanagementmodul konfiguriert wird, das einen Kühlmittelkreislauf mit einer komplizieren Konfiguration eines herkömmlichen Elektrofahrzeuges und ein Wärmepumpensystem ersetzt, das separat konfiguriert ist, um Abwärme rückzugewinnen. Ferner ist das integrierte Wärmemanagementmodul als eine zweite Schleife konfiguriert, wodurch es kompakt ausgebildet ist, was hinsichtlich der Anordnung vorteilhaft ist, so dass es möglich ist, das HVAC-System kompakt zu gestalten.
