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Für die Anmeldung wird die Priorität der am 30. November 2017 eingereichten
koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-2017-0163325 beansprucht, deren gesamter Inhalt durch Bezugnahme hierin einbezogen ist.
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Die Erfindung betrifft ein Wärmemanagementsystem für eine Batterie, und insbesondere ein Wärmemanagementsystem für eine Batterie, bei dem die Batterie durch Wärmeenergie, die von einer Phasenänderung eines Kältemittels erzeugt wird, das in dem System zirkuliert, wirksam erwärmt oder gekühlt wird.
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In letzter Zeit fanden Elektrofahrzeuge als Fahrzeuge für die Zukunft Beachtung, da Umweltprobleme und Energievorräte wichtige Themen sind. Da ein Elektrofahrzeug eine Batterie, die aus einer Packung von einer Mehrzahl von wiederaufladbaren Batterien gebildet ist, als eine Primärstromquelle verwendet wird, wird kein Abgas ausgestoßen, und das Fahrzeug erzeugt ein sehr geringes Geräusch.
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Eine solche Batterie kann bei einem Elektrofahrzeug in Abhängigkeit von seiner Größe verwendet werden, kann aber auch bei einem Batteriebehälter für verschiedene elektronische Geräte oder einem Energiespeichersystem (ESS) zum Laden eines Fahrzeuges oder Zuführen von Strom zu einem Haus verwendet werden.
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Hier ist, wenn die Batterie bei dem Batteriebehälter verwendet wird, die Batterie derart konfiguriert, dass sie durch Strom mittels kostengünstigem Nachstrom geladen werden kann und den Ladestrom verwendet.
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Wie beschrieben, tritt im Falle einer Batterie, welche als eine Primärstromquelle eines Fahrzeuges verwendet wird oder bei einem Batteriebehälter verwendet wird, das Laden oder Entladen sehr häufig auf, und die Menge des Ladens oder Entladens von Strom ist auch sehr groß, so dass die Menge der durch die Batterie erzeugten Wärme ebenfalls groß ist.
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Darüber hinaus ist es, da die Batterieleistung durch die Temperatur der Batterie beeinflusst wird, ein sehr wichtiges Thema, die Temperatur der Batterie und die Verteilung der Temperatur gleichmäßig zu halten.
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Herkömmlich wird ein Batterieklimatisierungssystem verwendet, um die Temperatur einer Batterie zu steuern, jedoch muss die Kapazität des Klimatisierungssystems in Abhängigkeit von der Größe der Batterie erhöht werden, was eine räumliche Einschränkung verursacht. Darüber hinaus wird, wenn die Kapazität des Batterieklimatisierungssystems erhöht wird, der für den Betrieb des Klimatisierungssystems erforderliche Strom ebenfalls erhöht. Dementsprechend muss, um die Energieeffizienz zu maximieren, während die Lebensdauer der Batterie verlängert wird, die Technologie zur Steuerung der Temperatur der Batterie weiterentwickelt werden.
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Mit der Erfindung wird ein Wärmemanagementsystem für eine Batterie geschaffen, das eine Batterie durch Wärmeenergie, die von einer Phasenänderung eines Kältemittels erzeugt wird, das in dem Wärmemanagementsystem zirkuliert, wirksam erwärmen oder kühlen kann.
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Ein Wärmemanagementsystem für Batterien gemäß beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung kann aufweisen: eine Batterie, wobei ein Kühlmittel durch eine Batteriekühlmittelleitung zirkuliert, eine Kühlungsvorrichtung, die ein in einem Radiator gekühltes Kühlmittel über eine Radiatorkühlmittelleitung zirkuliert, und ein Zentralisierte-Energie (CE) - Modul, welches über die Batteriekühlmittelleitung mit der Batterie verbunden ist, über die Radiatorkühlmittelleitung mit der Kühlungsvorrichtung verbunden ist, einen Wärmeaustausch zwischen der Wärmeenergie, die aus Kondensation und Verdampfung eines Kältemittels erzeugt wird, das in dem CE-Modul zirkuliert, und dem Kühlmittel durchführt, und wahlweise ein Hochtemperaturkühlmittel oder ein Niedrigtemperaturkühlmittel zuführt, das mit der Batterie wärmegetauscht wurde.
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Gemäß verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung kann das CE-Modul aufweisen: einen Kompressor, der ein Kältemittel komprimiert, ein Ventil, das über eine erste Kältemittelleitung und eine fünfte Kältemittelleitung mit dem Kompressor verbunden ist, einen ersten Wärmetauscher, der mit der Radiatorkühlmittelleitung verbunden ist, über eine zweite Kältemittelleitung mit dem Ventil verbunden ist, und das Kältemittel durch Wärmeaustausch mit dem Kühlmittel kondensiert oder verdampft, einen zweiten Wärmetauscher, der mit der Batteriekühlmittelleitung verbunden ist, über eine dritte Kältemittelleitung, die den ersten Wärmetauscher und den zweiten Wärmetauscher miteinander verbindet, mit dem ersten Wärmetauscher verbunden ist, über eine vierte Kältemittelleitung, die mit dem zweiten Wärmetauscher verbunden ist, mit dem Ventil verbunden ist, und das Kältemittel durch Wärmeaustausch mit dem Kühlmittel kondensiert oder verdampft, und ein Expansionsventil, das in der dritten Kältemittelleitung zwischen dem ersten Wärmetauscher und dem zweiten Wärmetauscher vorgesehen ist und ein Kältemittel expandiert, das durch die dritte Kältemittelleitung hindurchtritt.
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Wenn die Batterie gekühlt werden muss, verbindet das Ventil die erste Kältemittelleitung und die zweite Kältemittelleitung derart miteinander, dass ein von dem Kompressor abgeführtes Kältemittel zu dem ersten Wärmetauscher geführt wird, und verbindet die vierte Kältemittelleitung und die fünfte Kältemittelleitung derart miteinander, dass das Kältemittel von dem zweiten Wärmetauscher, in welchen das durch das Expansionsventil expandierte Kältemittel strömt, zu dem Kompressor geführt wird.
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Der erste Wärmetauscher nimmt ein von dem Kompressor abgeführtes Hochtemperatur- und Hochdruckkältemittel über die erste Kältemittelleitung und die zweite Kältemittelleitung auf und ist als ein Kondensator konfiguriert, der ein von der Kühlungsvorrichtung zugeführtes Kühlmittel und das Kältemittel durch Wärmeaustausch kondensiert.
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Der zweite Wärmetauscher nimmt ein durch das Expansionsventil expandiertes Niedrigtemperatur- und Niedrigdruckkältemittel auf und ist als ein Verdampfer konfiguriert, der ein über die Batteriekühlmittelleitung zugeführtes Kühlmittel und das Kältemittel durch Wärmeaustausch verdampft.
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Wenn die Batterie erwärmt werden muss, verbindet das Ventil die erste Kältemittelleitung und die vierte Kältemittelleitung derart miteinander, dass das von dem Kompressor abgeführte Kältemittel zu dem zweiten Wärmetauscher geführt wird, und verbindet die zweite Kältemittelleitung und die fünfte Kältemittelleitung derart miteinander, dass das Kältemittel von dem ersten Wärmetauscher, der das durch das Expansionsventil expandierte Kältemittel aufnimmt, zu dem Kompressor geführt wird.
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Der erste Wärmetauscher nimmt ein durch das Expansionsventil expandiertes Niedrigtemperatur- und Niedrigdruckkältemittel über die dritte Kältemittelleitung auf und ist als ein Verdampfer konfiguriert, der das von der Kühlungsvorrichtung zugeführte Kühlmittel durch Wärmeaustausch mit dem Kältemittel verdampft.
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Der zweite Wärmetauscher nimmt ein von dem Kompressor abgeführtes Hochtemperatur- und Hochdruckkältemittel über die erste Kältemittelleitung und die vierte Kältemittelleitung auf und ist als ein Kondensator konfiguriert, der das Kältemittel durch Wärmeaustausch mit dem über die Batteriekühlmittelleitung zugeführten Kühlmittel kondensiert.
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Das Ventil ist als ein Vierwegeventil vorgesehen, welches jeweils mit der ersten Kältemittelleitung, der zweiten Kältemittelleitung, der vierten Kältemittelleitung und der fünften Kältemittelleitung verbunden ist und wahlweise zwei von der ersten, der zweiten, der vierten und der fünften Kältemittelleitung miteinander verbindet.
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Eine erste Wasserpumpe, die ein Kühlmittel zu der Batterie führt, kann in der Batteriekühlmittelleitung vorgesehen sein.
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Die Kühlungsvorrichtung kann ferner eine zweite Wasserpumpe aufweisen, die in der Radiatorkühlmittelleitung vorgesehen ist und ein in dem Radiator gekühltes Kühlmittel zirkuliert.
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Ein in dem CE-Modul zirkulierendes Kältemittel kann ein Kältemittel R152-a, R744 oder R290 sein.
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Darüber hinaus kann in einem Wärmemanagementsystem für Batterien gemäß verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung das CE-Modul aufweisen: einen Kompressor, der ein Kühlmittel komprimiert, einen Kondensator, der über eine Kältemittelleitung mit dem Kompressor verbunden ist, über die Radiatorkühlmittelleitung mit der Kühlungsvorrichtung verbunden ist, und das von dem Kompressor zugeführte Kältemittel durch Wärmeaustausch mit einem über die Radiatorkühlmittelleitung zugeführten Kühlmittel kondensiert, ein Expansionsventil, das über die Kältemittelleitung mit dem Kondensator verbunden ist und das Kältemittel expandiert, und einen Verdampfer, der mit dem Expansionsventil über die Kältemittelleitung verbunden ist, mit der Batteriekühlmittelleitung verbunden ist, und das durch das Expansionsventil expandierte Kältemittel durch Wärmeaustausch mit einem über die Batteriekühlmittelleitung zugeführten Kühlmittel verdampft.
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Eine elektrische Heizung kann in der Batteriekühlmittelleitung zwischen der Batterie und dem Verdampfer vorgesehen sein.
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Wenn die Batterie erwärmt werden muss, können die Betriebe der Kühlungsvorrichtung und des CE-Moduls gestoppt sein, die elektrische Heizung kann derart zu arbeiten beginnen, dass sie eine Temperatur eines in der Batteriekühlmittelleitung zirkulierenden Kühlmittels erhöht, und ein Kühlmittel mit erhöhter Temperatur wird zu der Batterie geführt.
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Gemäß den beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung kann das Wärmemanagementsystem für Batterien wirksam Batterien steuern, während das gesamte System mittels Durchführen eines wahlweisen Wärmeaustausches von Wärmeenergie, die von einem in dem System zirkulierenden Kältemittel während der Kondensation und der Verdampfung des Kältemittels erzeugt wird, mit einem Kühlmittel vereinfacht wird, und die Batterie unter Verwendung des Kühlmittels mit einer niedrigen Temperatur oder einer hohen Temperatur durch den Wärmeaustausch wirksam erwärmt oder gekühlt wird.
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Darüber hinaus kann die Betriebseffizienz durch ein relativ kostengünstiges und hochleistungsfähiges Kältemittel R152-a, R744 oder R290 verbessert werden.
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Ferner wird ein CE-Modul mit einer modularen Struktur verwendet, so dass Herstellungskosten eingespart werden können, das Gewicht reduziert werden kann, und eine spezielle Verwendung verbessert werden kann.
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Darüber hinaus kann, da die Temperatur der Batterie durch Wasserkühlung gesteuert werden kann und das CE-Modul verwendet wird, das System ungeachtet der Kapazität einer mittelgroßen oder großen Batterie verwendet werden, und wenn das System bei einem Fahrzeug verwendet wird, ist es möglich, das System von einer Innenraum-Heizungs/Kühlungsvorrichtung zu trennen, wodurch der Freiheitsgrad der Kapazität erhöht wird.
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Die Erfindung wird mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
- 1 ein Blockschema eines Wärmemanagementsystems für eine Batterie gemäß verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung;
- 2 ein Schema eines Betriebszustands des Kühlens der Batterie in dem Wärmemanagementsystem für die Batterie gemäß den verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung;
- 3 ein Schema eines Betriebszustands des Heizens der Batterie in dem Wärmemanagementsystem für die Batterie gemäß den verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung;
- 4 ein Blockschema eines Wärmemanagementsystems für eine Batterie gemäß verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung;
- 5 ein Schema eines Betriebszustands des Kühlens der Batterie in dem Wärmemanagementsystem für die Batterie gemäß den verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung; und
- 6 ein Schema eines Betriebszustands des Heizens der Batterie in dem Wärmemanagementsystem für die Batterie gemäß den verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung.
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Es versteht sich, dass die angehängten Zeichnungen nicht unbedingt maßstabsgetreu sind und eine etwas vereinfachte Darstellung verschiedener Eigenschaften darstellen, welche die grundlegenden Prinzipien der Erfindung aufzeigen. Die speziellen Gestaltungsmerkmale der vorliegenden Erfindung, die zum Beispiel spezielle Abmessungen, Ausrichtungen, Positionen und Formen umfassen, wie sie hierin offenbart sind, werden teilweise durch die jeweils beabsichtigte Anwendung und Nutzungsumgebung bestimmt.
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In den Figuren beziehen sich die Bezugszeichen auf dieselben oder äquivalente Teile der vorliegenden Erfindung durch die einzelnen Figuren der Zeichnung hinweg.
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Nachfolgend wird nun auf verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ausführlich Bezug genommen, von denen Beispiele in den beigefügten Zeichnungen dargestellt und nachstehend beschrieben sind. Obwohl die Erfindung in Verbindung mit beispielhaften Ausführungsformen beschrieben ist, versteht es sich, dass die vorliegende Beschreibung nicht dazu bestimmt ist, die Erfindung auf diese beispielhaften Ausführungsformen zu beschränken. Im Gegenteil ist die Erfindung dazu bestimmt, nicht nur die beispielhaften Ausführungsformen, sondern auch verschiedene Alternativen, Modifikationen, Äquivalente und andere Ausführungsformen abzudecken, welche im Geist und Bereich der Erfindung, wie durch die beigefügten Ansprüche definiert ist, enthalten sein können.
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Nachfolgend werden mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung ausführlich beschrieben.
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Obwohl die Ausführungsformen mit Bezug auf eine Anzahl von erläuternden Ausführungsformen davon beschrieben wurden, versteht es sich, dass zahlreiche andere Modifikationen und Ausführungsformen von technisch versierten Fachleuten entwickelt werden können, die in den Gedanken und Bereich der Prinzipien der Erfindung fallen.
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Die Zeichnungen und die Beschreibung sind vom Wesen her als veranschaulichend und nicht einschränkend zu betrachten, und gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Elemente durch die Beschreibung hinweg.
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Da zur Vereinfachung der Erläuterung in den begleitenden Zeichnungen die Größen und Dicken der jeweiligen Bauteile willkürlich gezeigt sind, ist die Erfindung nicht auf die in den begleitenden Zeichnungen gezeigten Inhalte beschränkt. Ferner sind die Dicken übertrieben, um verschiedene Abschnitte und Bereiche deutlich darzustellen.
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Darüber hinaus sind, wenn nicht explizit das Gegenteil beschrieben ist, der Begriff „aufweisen“ und Variationen, wie „aufweist“ oder „aufweisend“, so zu verstehen, dass sie den Einschluss der genannten Elemente, nicht aber den Ausschluss irgendwelcher anderen Elemente implizieren.
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Außerdem bedeuten Begriffe „Einheit“, „Abschnitt“, „Mittel“ usw., welche in der Beschreibung beschrieben sind, Vorrichtungen einer umfangreichen Konfiguration zum Durchführen wenigstens einer Funktion und eines Betriebs.
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Mit Bezug auf 1 wird ein Wärmemanagementsystem 1 für Batterien gemäß verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung verwendet, um die Temperatur einer Batterie 10 in der Weise eines Wasserkühlungstyps durch wahlweises Verwenden von Wärmeenergie, die von einer Phasenänderung eines Kühlmittels erzeugt wird, das in der Batterie zirkuliert, wirksam zu steuern.
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Daher weist, wie in 1 gezeigt, das Wärmemanagementsystem 1 gemäß den verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung die Batterie 10, eine Kühlungsvorrichtung 20 und ein Zentralisierte-Energie (CE) - Modul 30 auf.
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Ein Kühlmittel zirkuliert in der Batterie 10 über eine Batteriekühlmittelleitung 12. Das heißt, die Temperatur der Batterie 10 wird in einer Wasserkühlungsweise gesteuert.
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Hier ist eine erste Wasserpumpe 14, die das Kühlmittel zu der Batterie 10 führt, in der Batteriekühlmittelleitung 12 vorgesehen.
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In der beispielhaften Ausführungsform der Erfindung zirkuliert die Kühlungsvorrichtung 20 ein Kühlmittel, das in einem Radiator 24 über eine Radiatorkühlmittelleitung 22 gekühlt wird. Ein Kühlgebläse 23 kann an einer Rückseite des Radiators 24 vorgesehen sein.
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Eine solche Kühlungsvorrichtung 20 ist in der Radiatorkühlmittelleitung 22 vorgesehen und kann ferner eine zweite Wasserpumpe 26 aufweisen, die das durch den Radiator 24 gekühlte Kühlmittel zirkuliert. Darüber hinaus kann im Falle eines Fahrzeuges ein Heizkörper 28, der einen Verbrennungsmotor, einen Elektromotor, ein elektrisches Bauteil und dergleichen umfasst, in der Radiatorkühlmittelleitung 22 vorgesehen sein.
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Hier können die erste Wasserpumpe 14 und die zweite Wasserpumpe 26 mechanische oder elektrische Wasserpumpen sein.
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Darüber hinaus ist das CE-Modul 30 über die Batteriekühlmittelleitung 12 mit der Batterie 10 verbunden und ist über die Radiatorkühlmittelleitung 22 mit der Kühlungsvorrichtung 20 verbunden.
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Ein solches CE-Modul 30 tauscht Wärmeenergie, die aus Kondensation und Verdampfung eines Kältemittels erzeugt wird, mit dem Kühlmittel und führt wahlweise ein Kühlmittel, dessen Temperatur von dem Wärmeaustausch niedrig oder hoch ist, zu der Batterie 10.
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Hier kann das Kältemittel ein relativ kostengünstiges und hochleistungsfähiges Kältemittel sein, das R152-a, R744 oder R290 umfasst.
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Wie in 1 gezeigt, kann das CE-Modul 30 gemäß den verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung einen Kompressor 31, ein Ventil 42, einen ersten und einen zweiten Wärmetauscher 33 und 37 und ein Expansionsventil 35 aufweisen.
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Zuerst komprimiert der Kompressor 31 ein Kühlmittel. Hier komprimiert der Kompressor 31 ein Kühlmittel, das von dem ersten Wärmetauscher 33 oder dem zweiten Wärmetauscher 37 entsprechend dem Betrieb des Ventils 42 zugeführt wird.
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In der beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ist das Ventil 42 über eine erste Kältemittelleitung 32 und eine fünfte Kältemittelleitung 39 mit dem Kompressor 31 verbunden.
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Ein solches Ventil 42 kann mit einer zweiten Kältemittelleitung 34 und einer vierten Kältemittelleitung 38 verbunden sein, welche später beschrieben werden.
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Das heißt, das Ventil 42 kann ein Vierwegeventil sein, welches mit der ersten, der zweiten, der vierten und der fünften Kältemittelleitung 32, 34, 38 und 39 verbunden ist und wahlweise jeweils zwei von den vier Kältemittelleitungen 32, 34, 38 und 39 miteinander verbindet.
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Zum Beispiel ist, wenn die erste Kältemittelleitung 32 über das Ventil 42 mit der zweiten Kältemittelleitung 34 verbunden ist, die vierte Kältemittelleitung 38 über das Ventil 42 mit der fünften Kältemittelleitung 39 verbunden.
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Darüber hinaus ist, wenn die erste Kältemittelleitung 32 über das Ventil 42 mit der fünften Kältemittelleitung 39 verbunden ist, die zweite Kältemittelleitung 34 über das Ventil 42 mit der vierten Kältemittelleitung 38 verbunden.
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In der beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ist der erste Wärmetauscher 33 mit der Radiatorkühlmittelleitung 22 verbunden, und ein Kühlmittel, das durch die Kühlungsvorrichtung 20 zirkuliert, kann in den ersten Wärmetauscher 33 strömen.
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Ein solcher erster Wärmetauscher 33 ist über die zweite Kältemittelleitung 34 mit dem Ventil 42 derart verbunden, dass das Kältemittel durch Wärmeaustausch mit dem Kühlmittel kondensiert oder verdampft werden kann.
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Der zweite Wärmetauscher 37 ist mit der Batteriekühlmittelleitung 12 verbunden, und das Kühlmittel, das durch die Batterie 10 zirkuliert, kann in den zweiten Wärmetauscher 37 strömen.
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Ein solcher zweiter Wärmetauscher 37 ist über eine dritte Kältemittelleitung 36 mit dem ersten Wärmetauscher 33 verbunden und über die vierte Kältemittelleitung 38 mit dem Ventil 42 verbunden, und das Kältemittel wird durch Wärmeaustausch mit dem Kühlmittel kondensiert oder verdampft.
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Darüber hinaus ist das Expansionsventil 35 in der dritten Kältemittelleitung 36 zwischen dem ersten Wärmetauscher 33 und dem zweiten Wärmetauscher 37 vorgesehen. Ein solches Expansionsventil 35 expandiert das Kältemittel, das durch die dritte Kältemittelleitung 36 hindurchtritt.
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Das Expansionsventil 35 kann als ein mechanisches oder elektronisches Expansionsventil vorgesehen sein.
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Das CE-Modul 30 kann eine modulare Struktur haben, bei welcher alle Bauteile in einem Gehäuse angeordnet sind und durch Verbindungsrohre miteinander verbunden sind, deren Längen relativ gering sind und welche die erste, die zweite, die dritte, die vierte und die fünfte Kältemittelleitung 32, 34, 36, 38 und 39 bilden.
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Nachfolgend werden der Betrieb und die Wirkungsweise des oben beschriebenen Wärmemanagementsystems 1 für die Batterie gemäß den verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung spezieller beschrieben.
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Zuerst wird mit Bezug auf 2 der Betrieb des Wärmemanagementsystems für den Fall beschrieben, dass die Batterie 10 erwärmt ist und daher gekühlt werden muss.
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Wenn die Batterie 10 gekühlt werden muss, verbindet das Ventil 42 die erste Kältemittelleitung 32 und die zweite Kältemittelleitung 34 miteinander, um ein Hochtemperatur- und Hochdruckkältemittel, das von dem Kompressor 31 ausgelassen wird, zu dem ersten Wärmetauscher 33 zu führen.
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Dementsprechend strömt das von dem Kompressor 31 ausgelassene Hochtemperatur- und Hochdruckkältemittel über die erste Kältemittelleitung 32 und die zweite Kältemittelleitung 34 in den ersten Wärmetauscher 33.
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Hier ist der erste Wärmetauscher 33 als ein Kondensator konfiguriert, der eine Kondensation durch Wärmeaustausch zwischen dem von der Kühlungsvorrichtung 20 zugeführten Kühlmittel und dem Kältemittel durchführt.
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Gleichzeitig verbindet das Ventil 42 die vierte Kältemittelleitung 38 und die fünfte Kältemittelleitung 39 miteinander, um das Kältemittel von dem zweiten Wärmetauscher 37, zu welchem ein Kältemittel strömt, welches durch das Expansionsventil 35 expandiert wird, zu dem Kompressor 31 zu führen.
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Dementsprechend strömt ein Niedrigtemperatur- und Niedrigdruckkältemittel, welches in dem Expansionsventil 35 expandiert wird, über die dritte Kältemittelleitung 36 in den zweiten Wärmetauscher 37.
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Hier ist der zweite Wärmetauscher 37 als ein Verdampfer konfiguriert, der das Kältemittel durch Wärmeaustausch zwischen dem durch die Batteriekühlmittelleitung 12 zugeführten Kühlmittel und dem Kältemittel verdampft.
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Das heißt, der zweite Wärmetauscher 37 verdampft das Kältemittel, das von dem Expansionsventil 35 zugeführt wird, durch den Wärmeaustausch mit dem Kühlmittel, das durch die Batteriekühlmittelleitung 12 geströmt ist, und führt Niedrigtemperatur-Wärmeenergie zu, die aus der Verdampfung des Kältemittels erzeugt wird, um die Temperatur des Kühlmittels zu verringern.
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Das Niedrigtemperaturkühlmittel kann ausreichend zu der Batterie 10 geführt werden, die gekühlt werden muss, während es durch den Betrieb der ersten Wasserpumpe 14 durch die Batteriekühlmittelleitung 12 zirkuliert.
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Wie beschrieben, ist der zweite Wärmetauscher 37 als ein Verdampfer konfiguriert, um einen Wärmeaustausch zwischen dem Niedrigtemperaturkältemittel und dem Kühlmittel durchzuführen, und das Kühlmittel, dessen Temperatur verringert ist, wird zu der Batterie 10 geführt, die gekühlt werden muss, so dass die Batterie 10 wirksam gekühlt wird.
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Andererseits wird mit Bezug auf 3 ein Betrieb beschrieben, um eine Batterie 10 zu erwärmen, welche in einem Niedrigtemperaturzustand ist.
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Wenn die Batterie 10 erwärmt werden muss, verbindet das Ventil 42 die erste Kältemittelleitung 32 und die vierte Kältemittelleitung 38 miteinander, um ein Hochtemperatur- und Hochdruckkältemittel, das von dem Kompressor 31 abgeführt wird, zu dem zweiten Wärmetauscher 37 zu führen.
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Dementsprechend strömt das von dem Kompressor 31 abgeführte Hochtemperatur- und Hochdruckkältemittel über die erste Kältemittelleitung 32 und die vierte Kältemittelleitung 38 in den zweiten Wärmetauscher 37.
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Hier ist der zweite Wärmetauscher 37 als ein Kondensator konfiguriert, der eine Kondensation durch Wärmeaustausch zwischen dem von der Batteriekühlmittelleitung 12 zugeführten Kühlmittel und dem Kältemittel durchführt.
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Das heißt, der zweite Wärmetauscher 37 kondensiert das von dem Kompressor 31 zugeführte Kältemittel durch Wärmeaustausch mit dem Kühlmittel, das über die Batteriekühlmittelleitung 12 in dem zweiten Wärmetauscher 37 zugeführt wird, und führt Niedrigtemperatur-Wärmeenergie zu, die aus der Kondensation des Kältemittels erzeugt wird, so dass die Temperatur des Kühlmittels erhöht wird.
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Das Kühlmittel, dessen Temperatur erhöht ist, zirkuliert durch den Betrieb der ersten Wasserpumpe 14 entlang der Batteriekühlmittelleitung 12, so dass es ausreichend zu der Batterie 10 geführt wird, die erwärmt werden muss.
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Wie beschrieben, ist der zweite Wärmetauscher 37 als ein Kondensator konfiguriert, um einen Wärmeaustausch zwischen einem Hochtemperaturkältemittel und einem Kühlmittel durchzuführen und durch Zuführen des Kühlmittels mit erhöhter Temperatur zu der Batterie 10 die Temperatur der Batterie 10, die erwärmt werden muss, wirksam zu erhöhen.
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Gleichzeitig verbindet das Ventil 42 die zweite Kältemittelleitung 34 und die fünfte Kältemittelleitung 39 miteinander, um das Kältemittel von dem ersten Wärmetauscher 33, in welches ein Kältemittel strömt, das durch das Expansionsventil 35 expandiert wird, zu dem Kompressor 31 zu führen.
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Dementsprechend strömt ein Niedrigtemperatur- und Niedrigdruckkühlmittel, das durch das Expansionsventil 35 expandiert wird, über die dritte Kältemittelleitung 36 in den ersten Wärmetauscher 33.
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Hier ist der erste Wärmetauscher 33 als ein Verdampfer konfiguriert, der das Kühlmittel und das von der Kühlungsvorrichtung 30 zugeführte Kältemittel durch Wärmeaustausch verdampft.
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Das heißt, das Wärmemanagementsystem 1 für Batterien gemäß den verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung kann eine Temperatur der Batterie 10 wirksam steuern, da der erste und der zweite Wärmetauscher 33 und 37, die in dem CE-Modul 30 vorgesehen sind, in Abhängigkeit davon, ob die Batterie 10 gekühlt oder erwärmt werden muss, wahlweise als ein Verdampfer oder ein Kondensator dienen.
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Dementsprechend kann das Wärmemanagementsystem 1 für Batterien gemäß den verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung Batterien wirksam steuern, während das gesamte System mittels Durchführen eines wahlweisen Wärmeaustausches von Wärmeenergie, die von einem in dem System 1 zirkulierenden Kältemittel während der Kondensation und der Verdampfung des Kältemittels erzeugt wird, mit einem Kühlmittel vereinfacht wird, und die Batterie 10 unter Verwendung des Kühlmittels mit einer niedrigen Temperatur oder einer hohen Temperatur durch den Wärmeaustausch wirksam erwärmt oder gekühlt wird.
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Darüber hinaus wird ein relativ kostengünstiges und hochleistungsfähiges Kältemittel R152-a, R744 oder R290 in dem CE-Modul 30 verwendet, so dass die Betriebseffizienz verbessert werden kann.
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Ferner wird gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung das CE-Modul 30 mit einer modularen Struktur angewendet, so dass Herstellungskosten eingespart werden können, das Gewicht reduziert werden kann, und eine spezielle Verwendung verbessert werden kann.
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Ferner kann gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung, da die Temperatur der Batterie 10 durch Wasserkühlung gesteuert werden kann und das CE-Modul 30 verwendet wird, das System ohne Rücksicht auf die Kapazität einer mittelgroßen oder großen Batterie verwendet werden, und wenn das System bei einem Fahrzeug verwendet wird, ist es möglich, das System von einer Innenraum-Heizungs/Kühlungsvorrichtung zu trennen, wodurch der Freiheitsgrad der Kapazität erhöht wird.
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Mit Bezug auf 4 wird ein Wärmemanagementsystem 100 für Batterien gemäß den verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung verwendet, um die Temperatur einer Batterie 110 in der Weise eines Wasserkühlungstyps durch wahlweises Verwenden von Wärmeenergie, die erzeugt wird, wenn ein Kältemittel, das durch das Wärmemanagementsystem 100 zirkuliert, phasengeändert wird, wirksam zu steuern.
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Hierzu weist, wie in 4 gezeigt, das Wärmemanagementsystem 100 für Batterien gemäß den verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung die Batterie 110, eine Kühlungsvorrichtung 120 und ein Zentralisierte-Energie (CE) - Modul 130 auf.
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Zuerst zirkuliert ein Kühlmittel durch die Batterie 110 über eine Batteriekühlmittelleitung 112. Das heißt, die Temperatur der Batterie 110 kann durch Wasserkühlung gesteuert werden.
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Hier ist eine erste Wasserpumpe 114, die das Kühlmittel zu der Batterie 110 führt, in der Batteriekühlmittelleitung 112 vorgesehen. Darüber hinaus kann eine elektrische Heizung 116 in der Batteriekühlmittelleitung 112 vorgesehen sein.
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In der beispielhaften Ausführungsform der Erfindung zirkuliert die Kühlungsvorrichtung 120 ein Kühlmittel, das in einem Radiator 124 über eine Radiatorkühlmittelleitung 122 gekühlt wird. Ein Kühlgebläse 123 kann an einer Rückseite des Radiators 124 vorgesehen sein.
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Eine solche Kühlungsvorrichtung 120 kann ferner eine zweite Wasserpumpe 126 aufweisen, die das in dem Radiator 124 gekühlte Kühlmittel zirkuliert und in der Radiatorkühlmittelleitung 122 vorgesehen ist. Darüber hinaus kann im Falle eines Fahrzeuges ein Heizkörper 128, der einen Verbrennungsmotor, einen Elektromotor, ein elektrisches Bauteil und dergleichen umfasst, in der Radiatorkühlmittelleitung 122 vorgesehen sein.
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Hier können die erste Wasserpumpe 114 und die zweite Wasserpumpe 126 mechanische oder elektrische Wasserpumpen sein.
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Darüber hinaus ist das CE-Modul 130 über die Batteriekühlmittelleitung 112 mit der Batterie 110 verbunden und ist über die Radiatorkühlmittelleitung 122 mit der Kühlungsvorrichtung 120 verbunden.
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Ein solches CE-Modul 130 tauscht Wärmeenergie, die aus Kondensation und Verdampfung eines Kältemittels erzeugt wird, mit dem Kühlmittel und führt wahlweise ein Kühlmittel, dessen Temperatur von dem Wärmeaustausch niedrig oder hoch ist, zu der Batterie 110.
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Hier kann das Kältemittel ein relativ kostengünstiges und hochleistungsfähiges Kältemittel sein, das R152-a, R744 oder R290 umfasst.
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Wie in 4 gezeigt, weist das CE-Modul 130 gemäß den verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung einen Kompressor 134, der mit einer Kältemittelleitung 132 verbunden ist, einen Kondensator 136, ein Expansionsventil 138 und einen Verdampfer 139 auf.
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Der Kompressor 134 nimmt ein Kältemittel auf, das von dem Verdampfer 139 über die Kältemittelleitung 132 abgeführt wird, und komprimiert das Kältemittel.
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Der Kondensator 136 ist über die Kältemittelleitung 132 mit dem Kompressor 134 verbunden und ist über die Radiatorkühlmittelleitung 122 mit der Kühlungsvorrichtung 120 verbunden.
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Der Kondensator 136 kann das von dem Kompressor 134 zugeführte Kältemittel durch Wärmeaustausch mit einem über die Radiatorkühlmittelleitung 122 zugeführten Kühlmittel kondensieren.
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Das Expansionsventil 138 ist über die Kältemittelleitung 132 mit dem Kondensator 136 verbunden und expandiert das Kältemittel, das durch den Kondensator 136 hindurchgetreten ist.
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Ein solches Expansionsventil 138 ist als ein mechanisches oder elektronisches Expansionsventil vorgesehen.
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Darüber hinaus ist der Verdampfer 139 über die Kältemittelleitung 132 mit dem Expansionsventil 138 verbunden. Der Verdampfer 139 ist mit der Batteriekühlmittelleitung 112 verbunden, und ein Kühlmittel, das durch die Batterie 110 zirkuliert, kann in den Verdampfer 139 strömen.
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Hier kann die elektrische Heizung 116 in der Batteriekühlmittelleitung 112 zwischen der Batterie 110 und dem Verdampfer 139 vorgesehen sein.
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Ein solcher Verdampfer 139 kann das durch das Expansionsventil 138 expandierte Kältemittel durch Wärmeaustausch mit einem über die Batteriekühlmittelleitung 112 zugeführten Kühlmittel verdampfen.
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Das CE-Modul 130 kann eine modulare Struktur haben, bei welcher alle Bauteile in einem Gehäuse angeordnet sind und durch Verbindungsrohre miteinander verbunden sind, deren Längen relativ gering sind und welche die Kältemittelleitung 132 bilden.
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Nachfolgend werden der Betrieb und die Wirkungsweise des oben beschriebenen Wärmemanagementsystems 100 für die Batterie gemäß den verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung spezieller beschrieben.
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Zuerst wird mit Bezug auf 5 der Betrieb des Wärmemanagementsystems für den Fall beschrieben, dass die Batterie 110 erwärmt ist und daher gekühlt werden muss.
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Wenn die Batterie 110 gekühlt werden muss, wird das Kältemittel von dem Kompressor 134 in einem Hochtemperatur- und Hochdruckzustand abgeführt und über die Kältemittelleitung 132 zu dem Kondensator 136 geführt.
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Hier kondensiert der Kondensator 136 das Kühlmittel durch Wärmeaustausch mit dem von der Kühlungsvorrichtung 120 zugeführten Kühlmittel.
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Das durch den Kondensator 136 kondensierte Kältemittel wird expandiert, während es über die Kältemittelleitung 132 durch das Expansionsventil 138 hindurchtritt. Das durch das Expansionsventil 139 expandierte Kältemittel wird über die Kältemittelleitung 132 zu dem Verdampfer 139 geführt.
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Der Verdampfer 139 verdampft das von dem Expansionsventil 138 zugeführte Kältemittel durch Wärmeaustausch mit dem Kühlmittel, das über die Batteriekühlmittelleitung 112 darin strömt, und führt Niedrigtemperatur-Wärmeenergie zu, die aus der Verdampfung des Kältemittels erzeugt wird, um die Temperatur des Kühlmittels zu verringern.
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Das Niedrigtemperaturkühlmittel kann wirksam zu der Batterie 110 geführt werden, die gekühlt werden muss, während es durch den Betrieb der ersten Wasserpumpe 114 entlang der Batteriekühlmittelleitung 112 zirkuliert.
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Wie beschrieben, führt der Verdampfer 139 einen Wärmeaustausch zwischen dem Niedrigtemperaturkältemittel und dem Kühlmittel durch, und führt das Kühlmittel, dessen Temperatur verringert ist, zu der Batterie 110, die gekühlt werden muss, so dass die Batterie 110 wirksam gekühlt werden kann.
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Mit Bezug auf 6 wird ein Betrieb für den Fall des Erwärmens der Batterie 110 in einem Niedrigtemperaturzustand beschrieben.
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Wenn die Batterie 110 erwärmt werden muss, werden die Betriebe der zweiten Wasserpumpe 126 und des Kompressors 134 gestoppt, und die Betriebe der Kühlungsvorrichtung 120 und des CE-Moduls 130 werden unterbrochen. Dementsprechend wird die Zirkulation des Kühlmittels und des Kältemittels in der Radiatorkühlmittelleitung 122 und der Kältemittelleitung 132 gestoppt.
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In einem solchen Zustand beginnen die erste Wasserpumpe 114 und die elektrische Heizung 116 zu arbeiten, und das Kühlmittel zirkuliert durch die Batteriekühlmittelleitung 112.
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Das heißt, die elektrische Heizung 116 erwärmt das Kühlmittel, das durch die Batteriekühlmittelleitung 112 zirkuliert, so dass die Temperatur des Kühlmittels erhöht wird. Das Kühlmittel, dessen Temperatur erhöht ist, zirkuliert durch den Betrieb der ersten Wasserpumpe 114 entlang der Batteriekühlmittelleitung 112, so dass das Hochtemperaturkühlmittel wirksam zu der Batterie 110 geführt werden kann, die erwärmt werden muss.
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Wie beschrieben, kann die elektrische Heizung 116 die Batterie 110, die erwärmt werden muss, durch Zuführen des Kühlmittels, dessen Temperatur erhöht ist, ohne Betreiben der Kühlungsvorrichtung 120 und des CE-Moduls 130 wirksam erwärmen.
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Dementsprechend kann das Wärmemanagementsystem 100 für Batterien gemäß den verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung Batterien wirksam steuern, während das gesamte System mittels Durchführen eines wahlweisen Wärmeaustausches von Wärmeenergie, die von einem in dem System 100 zirkulierenden Kältemittel während der Kondensation und der Verdampfung des Kältemittels erzeugt wird, mit einem Kühlmittel vereinfacht wird, und die Batterie 110 unter Verwendung des Kühlmittels mit einer niedrigen Temperatur oder einer hohen Temperatur durch den Wärmeaustausch wirksam erwärmt oder gekühlt wird.
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Darüber hinaus wird ein relativ kostengünstiges und hochleistungsfähiges Kältemittel R152-a, R744 oder R290 in dem CE-Modul 130 verwendet, so dass die Betriebseffizienz verbessert werden kann.
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Ferner wird gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung das CE-Modul 130 mit einer modularen Struktur verwendet, so dass Herstellungskosten eingespart werden können, das Gewicht reduziert werden kann, und eine spezielle Verwendung verbessert werden kann.
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Darüber hinaus kann gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung, da die Temperatur der Batterie 110 durch Wasserkühlung gesteuert werden kann und das CE-Modul 130 verwendet wird, das System ohne Rücksicht auf die Kapazität einer mittelgroßen oder großen Batterie verwendet werden, und wenn das System bei einem Fahrzeug verwendet wird, ist es möglich, das System von einer Innenraum-Heizungs/Kühlungsvorrichtung zu trennen, wodurch der Freiheitsgrad der Kapazität erhöht wird.
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Zur Vereinfachung der Erläuterung und genauen Definition der beigefügten Ansprüche werden die Begriffe „oben“, „unten“, „innen“, „außen“, „vorn“, „hinten“ usw. verwendet, um die Merkmale der beispielhaften Ausführungsformen in Bezug auf die Positionen dieser Merkmale, wie in den Figuren gezeigt, zu beschreiben.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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