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Die Erfindung betrifft ein Wärmemanagementsystem für ein Fahrzeug, das geeignet ist, Energie, die für die Innenraumklimatisierung und die Kühlung und Heizung einer Batterie erforderlich ist, in Bereichen, die mit dem Wärmemanagement von Fahrzeugen verbunden sind, effizient handzuhaben.
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Umweltfreundliche Fahrzeuge (ein Hybridfahrzeug, ein Plug-in-Hybridfahrzeug, ein Elektrofahrzeug, ein Brennstoffzellenfahrzeug, usw.) weisen im Allgemeinen einen Elektromotor, ein Ladegerät, einen Wechselrichter, einen Stromwandler, eine Lithiumionenbatterie, usw. auf. Derartige Bauelemente sind Elemente, von denen Wärme erzeugt wird, und dementsprechend wird Kühlwasser verwendet, um die von diesen Elementen erzeugte Wärme abzuführen. Die Lithiumionenbatterie weist ein inneres Material auf, welches brennbar ist und dementsprechend Feuer fangen oder explodieren kann, wenn eine abnormale Situation, wie eine Überladung oder eine Nadeleindringung, in der Lithiumionenbatterie auftritt.
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Um ein solches Problem zu lösen, wurde eine Feststoffbatterie bereitgestellt, bei welcher ein fester Elektrolyt gegen einen polymeren Elektrolyt ausgetauscht wird. Durch den Austausch des festen Elektrolyten gegen den polymeren Elektrolyten kann die Feststoffbatterie nicht nur eine chemische Stabilität erreichen, sondern auch Probleme, wie eine Lösungsleckage und ein Brand, lösen.
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Die Feststoffbatterie hat ein herabgesetztes Leistungsvermögen bei niedriger Temperatur, da der Elektrolyt davon eine geringe Ionenleitfähigkeit bei niedriger Temperatur hat, während er eine hohe Ionenleitfähigkeit bei hoher Temperatur hat. Aus diesem Grunde kann, um eine Erhöhung des Leistungsvermögens zu erreichen, die Feststoffbatterie bei hoher Temperatur gehalten werden, bei welcher eine hohe Ionenleitfähigkeit vorliegt.
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Mit der Erfindung wird ein Wärmemanagementsystem für ein Fahrzeug geschaffen, das derart konfiguriert ist, dass es eine Temperatur einer Batterie durch eine Erhöhung der Temperatur der Batterie zusammen mit der Innenraumklimatisierung oder dergleichen angemessen beibehält.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist ein Wärmemanagementsystem für ein Fahrzeug vorgesehen, aufweisend eine Kältemittelleitung, die einen Kompressor, einen wassergekühlten Kondensator und einen Kühlungskern (bzw. einen Kühlkörper) zur Innenraumklimatisierung aufweist, der mit dem wassergekühlten Kondensator derart verbunden ist, dass Kältemittel, das aus dem wassergekühlten Kondensator heraustritt, in den Kühlungskern zur Innenraumklimatisierung eingeführt wird, und eine Batterieleitung, die ein Hochspannungsbatterie-Wärmetauschmodul (bzw. einen Batteriekern) und einen Heizungskern (bzw. einen Heizkörper) zur Innenraumklimatisierung aufweist, wobei die Batterieleitung über den wassergekühlten Kondensator in einer wärmetauschbaren Weise mit der Kältemittelleitung derart verbunden ist, dass das Hochspannungsbatterie-Wärmetauschmodul und der Heizungskern zur Innenraumklimatisierung über ein erstes Ventil parallel mit dem wassergekühlten Kondensator verbunden sind, um zu bewirken, dass Kühlwasser, das erwärmt wird, während es durch den wassergekühlten Kondensator hindurchtritt, wahlweise in das Hochspannungsbatterie-Wärmetauschmodul oder den Heizungskern zur Innenraumklimatisierung einführbar ist.
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Die Hochspannungsbatterie, die in einer wärmetauschbaren Weise mit dem Hochspannungsbatterie-Wärmetauschmodul verbunden ist, kann eine Feststoffbatterie (bzw. eine Festkörperbatterie) sein.
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Das Wärmemanagementsystem kann ferner einen Wassererhitzer (bzw. einen Wassererwärmer) aufweisen, der an einer Stelle stromabwärts des wassergekühlten Kondensators montiert ist, um Kühlwasser in der Batterieleitung während des Betriebs des Wassererhitzers zu erwärmen.
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Das Wärmemanagementsystem kann ferner eine Steuereinrichtung aufweisen, die mit dem ersten Ventil und dem Kompressor verbunden ist und derart konfiguriert ist, dass sie in einem ersten Modus, in welchem eine Innenraumkühlung und eine Batteriekühlung erforderlich sind, den Kompressor und das erste Ventil derart steuert, dass Kühlwasser, das durch Kältemittel, das Wärme in dem Kühlungskern zur Innenraumklimatisierung absorbiert, in dem wassergekühlten Kondensator erwärmt wird, in das Hochspannungsbatterie-Wärmetauschmodul eingeführt wird.
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Das Wärmemanagementsystem kann ferner eine Elektronikbauteilleitung (bzw. eine Elektronisches-Bauteil-Leitung) aufweisen, durch welche Kühlwasser hindurchströmt und in welcher ein Radiator (bzw. ein Kühler) und ein Kühler (bzw. ein Chiller oder ein Wärmetauscher) über ein zweites Ventil parallel mit einem Elektronikbauteilkern (bzw. einem Elektronisches-Bauteil-Kern) derart verbunden sind, dass Kühlwasser, das aus dem Elektronikbauteilkern heraustritt, wahlweise in den Radiator oder den Kühler eingeführt wird, und eine Kältemittelheizungsleitung, die einen Verzweigungsabschnitt (bzw. einen Zweigabschnitt) aufweist, der an einer Stelle stromaufwärts des Kühlungskerns zur Innenraumklimatisierung derart angeordnet ist, dass die Kältemittelheizungsleitung mit der Kältemittelleitung verbunden ist, während sie den Kühlungskern zur Innenraumklimatisierung umgeht. Die Kältemittelheizungsleitung kann ein drittes Ventil aufweisen, das an der Stelle angeordnet ist, wo die Kältemittelheizungsleitung von der Kältemittelleitung abgezweigt ist oder mit dieser verbunden ist. Die Kältemittelheizungsleitung kann über den Kühler in einer wärmetauschbaren Weise mit der Elektronikbauteilleitung verbunden sein.
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Das Wärmemanagementsystem kann ferner eine Steuereinrichtung aufweisen, die derart konfiguriert ist, dass sie in einem zweiten Modus, in welchem eine Elektronikbauteilkühlung erforderlich ist, das zweite Ventil derart steuert, dass das Kühlwasser, das aus dem Elektronikbauteilkern heraustritt, in den Radiator eingeführt wird.
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Das Wärmemanagementsystem kann ferner eine Steuereinrichtung aufweisen, die derart konfiguriert ist, dass sie in einem dritten Modus, in welchem eine Elektronikbauteilkühlung und eine Batterieheizung erforderlich sind, das erste Ventil derart steuert, dass das Kühlwasser, das aus dem wassergekühlten Kondensator heraustritt, in das Hochspannungsbatterie-Wärmetauschmodul eingeführt wird, das zweite Ventil derart steuert, dass das Kühlwasser, das aus dem Elektronikbauteilkern heraustritt, in den Kühler eingeführt wird, und das dritte Ventil derart steuert, dass das Kältemittel, das aus dem wassergekühlten Kondensator heraustritt, in den Kühler eingeführt wird.
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Das Wärmemanagementsystem kann ferner eine Kältemittelkühlungsleitung aufweisen, die einen luftgekühlten Kondensator aufweist, wobei die Kältemittelkühlungsleitung zwischen einer Stelle, die von der Kältemittelleitung an einer Seite stromabwärts des wassergekühlten Kondensators der Kältemittelleitung abgezweigt ist, und einer Stelle, die mit der Kältemittelleitung an der Seite stromabwärts des wassergekühlten Kondensators der Kältemittelleitung wieder verbunden ist, montiert ist. Die Kältemittelkühlungsleitung kann ferner ein viertes Ventil aufweisen, das an einer Stelle montiert ist, wo die Kältemittelkühlungsleitung von der Kältemittelleitung abgezweigt ist oder mit dieser verbunden ist, wobei das vierte Ventil derart konfiguriert ist, dass es ein Strömungsratenverhältnis zwischen der Kältemittelleitung und der Kältemittelkühlungsleitung einstellt.
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Das Wärmemanagementsystem kann ferner eine Steuereinrichtung aufweisen, die mit dem vierten Ventil verbunden ist und derart konfiguriert ist, dass sie in einem vierten Modus, in welchem eine Batterieheizung durch den luftgekühlten Kondensator (bzw. durch Kühlung des luftgekühlten Kondensators) und Kühlung der Elektronikbauteile durchgeführt wird, das erste Ventil derart steuert, dass das Kühlwasser, das aus dem wassergekühlten Kondensator heraustritt, in das Hochspannungsbatterie-Wärmetauschmodul eingeführt wird, das zweite Ventil derart steuert, dass das Kühlwasser, das aus dem Elektronikbauteilkern heraustritt, in den Kühler eingeführt wird, das dritte Ventil derart steuert, dass das Kältemittel, das aus dem wassergekühlten Kondensator heraustritt, in den Kühler eingeführt wird, und das vierte Ventil derart steuert, dass das Kältemittel, das aus dem wassergekühlten Kondensator heraustritt, in die Kältemittelkühlungsleitung eingeführt wird.
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Das Wärmemanagementsystem kann ferner eine Steuereinrichtung aufweisen, die derart konfiguriert ist, dass sie in einem fünften Modus, in welchem eine Elektronikbauteilkühlung, eine Batterieheizung und eine Innenraumkühlung erforderlich sind, das erste Ventil derart steuert, dass das Kühlwasser, das aus dem wassergekühlten Kondensator heraustritt, in das Hochspannungsbatterie-Wärmetauschmodul eingeführt wird, das zweite Ventil derart steuert, dass das Kühlwasser, das aus dem Elektronikbauteilkern heraustritt, in den Kühler eingeführt wird, und das dritte Ventil derart steuert, dass das Kältemittel, das aus dem wassergekühlten Kondensator heraustritt, in den Kühlungskern zur Innenraumklimatisierung und die Kältemittelheizungsleitung eingeführt wird.
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Das Wärmemanagementsystem kann ferner eine Steuereinrichtung aufweisen, die derart konfiguriert ist, dass sie in einem sechsten Modus, in welchem eine Elektronikbauteilkühlung, eine Batterieheizung und eine Innenraumheizung erforderlich sind, das erste Ventil derart steuert, dass das Kühlwasser, das aus dem wassergekühlten Kondensator heraustritt, in das Hochspannungsbatterie-Wärmetauschmodul und den Heizungskern zur Innenraumklimatisierung eingeführt wird, das zweite Ventil derart steuert, dass das Kühlwasser, das aus dem Elektronikbauteilkern heraustritt, in den Kühler eingeführt wird, und das dritte Ventil derart steuert, dass das Kältemittel, das aus dem wassergekühlten Kondensator heraustritt, in die Kältemittelheizungsleitung eingeführt wird.
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Das Wärmemanagementsystem kann ferner eine Steuereinrichtung aufweisen, die derart konfiguriert ist, dass sie in einem siebten Modus, in welchem eine Elektronikbauteilkühlung, eine Batterieheizung und eine Innenraumentfeuchtung erforderlich sind, das erste Ventil derart steuert, dass das Kühlwasser, das aus dem wassergekühlten Kondensator heraustritt, in das Hochspannungsbatterie-Wärmetauschmodul und den Heizungskern zur Innenraumklimatisierung eingeführt wird, das zweite Ventil derart steuert, dass das Kühlwasser, das aus dem Elektronikbauteilkern heraustritt, in den Kühler eingeführt wird, und das dritte Ventil derart steuert, dass das Kältemittel, das aus dem wassergekühlten Kondensator heraustritt, in den Kühlungskern zur Innenraumklimatisierung und die Kältemittelheizungsleitung eingeführt wird.
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Das Wärmemanagementsystem kann ferner eine Klimavorrichtung (bzw. eine Klimaanlage) aufweisen, die einen Heizungskern zur Innenraumklimatisierung aufweist und derart konfiguriert ist, dass sie bewirkt, dass Luft, die in einem Innenraum des Fahrzeuges zirkuliert, oder Luft, die von einer Außenseite des Fahrzeuges eingeführt wird, durch den Innenraum des Fahrzeuges hindurchströmt. Die Klimavorrichtung kann ferner einen Lufterhitzer (bzw. einen Lufterwärmer) zum Erwärmen einer Strömung von Luft während des Betriebs davon aufweisen.
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Die Erfindung wird mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
- 1 ein Blockdiagramm eines Wärmemanagementsystems für ein Fahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung;
- 2 einen ersten Modus des Wärmemanagementsystems gemäß der beispielhaften Ausführungsform der Erfindung, in welchem eine Innenraumkühlung und eine Batterieheizung erforderlich sind;
- 3 einen zweiten Modus des Wärmemanagementsystems gemäß der beispielhaften Ausführungsform der Erfindung, in welchem eine Elektronikbauteilkühlung erforderlich ist;
- 4 einen dritten Modus des Wärmemanagementsystems gemäß der beispielhaften Ausführungsform der Erfindung, in welchem eine Elektronikbauteilkühlung und eine Batterieheizung erforderlich sind;
- 5 einen vierten Modus des Wärmemanagementsystems gemäß der beispielhaften Ausführungsform der Erfindung, in welchem eine Batterieheizung durch Kühlung des luftgekühlten Kondensators und Kühlung der Elektronikbauteile durchgeführt wird;
- 6 einen fünften Modus des Wärmemanagementsystems gemäß der beispielhaften Ausführungsform der Erfindung, in welchem eine Elektronikbauteilkühlung, eine Batterieheizung und eine Innenraumkühlung erforderlich sind;
- 7 einen sechsten Modus des Wärmemanagementsystems gemäß der beispielhaften Ausführungsform der Erfindung, in welchem eine Elektronikbauteilkühlung, eine Batterieheizung und eine Innenraumheizung erforderlich sind; und
- 8 einen siebten Modus des Wärmemanagementsystems gemäß der beispielhaften Ausführungsform der Erfindung, in welchem eine Elektronikbauteilkühlung, eine Batterieheizung und eine Innenraumentfeuchtung erforderlich sind.
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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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Für hierin enthaltene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind spezielle strukturelle oder funktionelle Beschreibungen beispielhaft, um lediglich die beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung zu beschreiben, und die beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können in verschiedenen Formen realisiert werden und sollten nicht so interpretiert werden, dass sie auf die beispielhaften Ausführungsform der Erfindung, die in der vorliegenden Beschreibung oder dieser Offenbarung offenbart sind, beschränkt sind.
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Da verschiedene Modifikationen gebildet werden können und mehrere Ausführungsformen für die beispielhaften Ausführungsformen gemäß dem Konzept der vorliegenden Erfindung anwendbar sind, werden spezielle Ausführungsformen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen gezeigt und hierin ausführlich beschrieben. Jedoch können diese beispielhaften Ausführungsformen gemäß dem Konzept der vorliegenden Erfindung nicht so ausgelegt werden, dass sie die beispielhaften Ausführungsformen beschränken, können aber so ausgelegt werden, dass sie sich auf alle Modifikationen, Äquivalente und Ersetzungen erstrecken, die in dem Konzept und dem technischen Bereich der vorliegenden Erfindung enthalten sind.
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Begriffe, die Ordnungszahlen, wie erste und/oder zweite usw. umfassen, können verwendet werden, um verschiedene Elemente zu beschreiben, jedoch können die Elemente nicht durch diese Begriffe beschränkt werden. Die Begriffe werden lediglich zur Unterscheidung eines Elements von einem anderen Element verwendet. Zum Beispiel kann ein erstes Element als ein zweites Element umbenannt werden, und gleichermaßen kann ein zweites Element als ein erstes Element umbenannt werden, ohne von dem Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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In dem Falle, in dem ein Element mit einem anderen Element „verbunden“ oder „gekuppelt“ ist, versteht es sich, dass das Element direkt mit dem anderen Element verbunden oder gekuppelt ist, oder ein anderes Element kann dazwischen vorhanden sein. Andererseits, in dem Falle, in dem ein Element mit einem anderen Element „direkt verbunden“ oder „direkt gekuppelt“ ist, versteht es sich, dass kein anderes Element dazwischen vorhanden ist. Andere Ausdrücke, die eine Beziehung zwischen Bauelementen, wie „zwischen“ und „unmittelbar zwischen“ oder „benachbart zu“ und „direkt benachbart zu“ und dergleichen, beschreiben, können in derselben Weise ausgelegt werden.
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Es kann angemerkt werden, dass die hierin verwendeten Begriffe lediglich benutzt werden, um eine spezielle Ausführungsform zu beschreiben und die vorliegende Erfindung nicht zu beschränken. Im Übrigen umfassen, wenn sie nicht deutlich anderweitig verwendet werden, Singularausdrücke eine Pluralbedeutung. In dieser Anmeldung ist es beabsichtigt, dass der Begriff „aufweisend“, „umfassend“ oder dergleichen das Vorhandensein der Eigenschaft, der Ziffer, des Schrittes, des Vorgangs, des Elements, des Teils, oder der Kombination davon ausdrückt, und schließt keine(n) andere(n) Eigenschaft, Ziffer, Schritt, Vorgang, Elemente, Teile, oder irgendeine Kombination davon oder irgendeine Hinzufügung dazu aus.
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Wenn nicht anderweitig definiert, haben die hierin verwendeten Begriffe, die technische oder wissenschaftliche Begriffe umfassen, dieselbe Bedeutung wie jene, die für in der Technik, zu welcher die Erfindung gehört, erfahrene Fachleute allgemein verständlich sind. Die hierin verwendeten Begriffe sollten nicht nur basierend auf der Definition irgendeines Lexikons, sondern auch basierend auf der Bedeutung interpretiert werden, welche auf dem Gebiet, zu welchem die vorliegende Erfindung gehört, verwendet wird. Darüber hinaus sollten, wenn nicht klar definiert ist, die hierin verwendeten Begriffe nicht zu ideal oder formal interpretiert werden.
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Nachfolgend werden beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen ausführlich beschrieben, und dieselben Bezugszeichen in der Zeichnungen bezeichnen jeweils dieselben Elemente.
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1 ist ein Blockdiagramm eines Wärmemanagementsystems für ein Fahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung.
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Mit Bezug auf 1 weist das Wärmemanagementsystem gemäß der beispielhaften Ausführungsform der Erfindung eine Kältemittelleitung 10 auf, welche einen Kompressor 11, einen wassergekühlten Kondensator 12 und einen Kühlungskern 13 zur Innenraumklimatisierung aufweist, der mit dem wassergekühlten Kondensator 12 derart verbunden ist, dass Kältemittel, das aus dem wassergekühlten Kondensator 12 heraustritt, in den Kühlungskern 13 zur Innenraumklimatisierung eingeführt wird. Das Wärmemanagementsystem weist auch eine Batterieleitung 20 auf, welche ein Hochspannungsbatterie-Wärmetauschmodul 21 und einen Heizungskern 22 zur Innenraumklimatisierung aufweist und über den wassergekühlten Kondensator 12 in einer wärmetauschbaren Weise mit der Kältemittelleitung 10 derart verbunden ist, dass das Hochspannungsbatterie-Wärmetauschmodul 21 und der Heizungskern 22 zur Innenraumklimatisierung über ein erstes Ventil 24 parallel mit dem wassergekühlten Kondensator 12 verbunden sind, um zu bewirken, dass Kühlwasser, das erwärmt wird, während es durch den wassergekühlten Kondensator 12 hindurchtritt, wahlweise in das Hochspannungsbatterie-Wärmetauschmodul 21 oder den Heizungskern 22 zur Innenraumklimatisierung eingeführt werden kann.
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Kältemittel kann durch die Kältemittelleitung 10 hindurchströmen. Das Kältemittel kann Umgebungswärme absorbieren, während es von einem Flüssigzustand in dem Kühlungskern 13 zur Innenraumklimatisierung verdampft wird. Ein Expansionsventil ist in einem Zustromendabschnitt des Kühlungskerns 13 montiert, um verflüssigtes Kältemittel zu verdampfen. Das verdampfte Kältemittel kann in einen Hochtemperatur- und Hochdruckzustand komprimiert werden, während es durch den Kompressor 11 hindurchtritt, und kann dann kondensiert werden, während es durch den wassergekühlten Kondensator 12 oder einen luftgekühlten Kondensator 31, welcher später beschrieben wird, gekühlt wird.
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Kühlwasser strömt durch die Batterieleitung 20 hindurch. In dem wassergekühlten Kondensator 12 kann das Kühlwasser Wärme mit Kältemittel in der Kältemittelleitung 10 tauschen. Eine Pumpe ist in der Batterieleitung 20 vorgesehen, um das Kühlwasser in der Batterieleitung 20 zu zirkulieren.
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Das Kühlwasser, das von dem wassergekühlten Kondensator 12 in der Batterieleitung 20 heraustritt, kann Wärme mit einer Hochspannungsbatterie tauschen, während es über das erste Ventil 24 in das Hochspannungsbatterie-Wärmetauschmodul 21 eingeführt wird, was die Hochspannungsbatterie erwärmt. Alternativ kann das Kühlwasser, das aus dem wassergekühlten Kondensator 12 in der Batterieleitung 20 heraustritt, über das erste Ventil 24 in den Heizungskern 22 zur Innenraumklimatisierung eingeführt werden, was die Luft zur Innenraumklimatisierung des Fahrzeuges erwärmt. Das heißt, das erste Ventil 24 kann die Strömung des Kühlwassers derart steuern, dass das Kühlwasser, das aus dem wassergekühlten Kondensator 12 heraustritt, in das Hochspannungsbatterie-Wärmetauschmodul 21 oder den Heizungskern 22 zur Innenraumklimatisierung eingeführt wird.
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Das heißt, gemäß verschiedenen Aspekten der Erfindung kann eine Wärmepumpenfunktion durch Erwärmen der Hochspannungsbatterie mittels Wärme, die von dem Kühlungskern 13 zur Innenraumklimatisierung zurückgewonnen wird, durchgeführt werden, und dementsprechend gibt es einen Effekt der Erhöhung der Wärmemanagementenergieeffizienz des Fahrzeuges.
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In dem vorliegenden Fall kann die Hochspannungsbatterie einen Betriebstemperaturbereich haben, der von dem der allgemeinen Lithiumionenbatterien abweicht. Die Hochspannungsbatterie der Erfindung kann in einem Temperaturbereich arbeiten, der höher als der von allgemeinen Lithiumionenbatterien ist. Dementsprechend kann die Hochspannungsbatterie der Erfindung keine separate Kühlung benötigen.
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In einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung kann die Hochspannungsbatterie, welche in einer wärmetauschbaren Weise mit dem Hochspannungsbatterie-Wärmetauschmodul 21 verbunden ist, eine Feststoffbatterie sein. Der Temperaturbereich, in welchem die Feststoffbatterie arbeitet, kann 60 bis 100°C sein.
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Dementsprechend kann die Hochspannungsbatterie in der beispielhaften Ausführungsform der Erfindung durch deren Wärmeaustausch mit dem Hochspannungsbatterie-Wärmetauschmodul 21, das benachbart dazu montiert ist, erwärmt werden, und eine Kühlung der Hochspannungsbatterie mittels des Hochspannungsbatterie-Wärmetauschmoduls 21 kann nicht benötigt werden.
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Darüber hinaus kann das Wärmemanagementsystem gemäß der beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ferner einen Wassererhitzer 23 aufweisen, der an einer Stelle stromabwärts des wassergekühlten Kondensators 12 montiert ist, um das Kühlwasser in der Batterieleitung 20 während des Betriebs davon zu erwärmen.
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Der Wassererhitzer 23 kann ein Erhitzer zum Erwärmen von Kühlwasser, das in die Batterieleitung 20 strömt, mittels elektrischer Energie usw. sein. Eine Steuereinrichtung 70, welche später beschrieben wird, kann den Wassererhitzer 23 betreiben, um Kühlwasser in der Batterieleitung 20 zu erwärmen, wenn die Wärme, die zum Heizen der Hochspannungsbatterie erforderlich ist, größer als die Wärme ist, die von dem wassergekühlten Kondensator 12 absorbiert wird.
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Das Wärmemanagementsystem gemäß der beispielhaften Ausführungsform der Erfindung kann ferner eine Elektronikbauteilleitung 40, in welcher ein Radiator 42 und ein Kühler 43 über ein zweites Ventil 44 parallel mit einem Elektronikbauteilkern 41 derart verbunden sind, dass Kühlwasser, das aus dem Elektronikbauteilkern 41 heraustritt, wahlweise in den Radiator 42 oder den Kühler 43 eingeführt wird, und eine Kältemittelheizungsleitung 50 aufweisen, die einen Verzweigungsabschnitt aufweist, der an einer Stelle stromaufwärts des Kühlungskerns 13 zur Innenraumklimatisierung derart angeordnet ist, dass die Kältemittelheizungsleitung 50 mit der Kältemittelleitung 10 verbunden ist, während sie den Kühlungskern 13 zur Innenraumklimatisierung umgeht. Die Kältemittelheizungsleitung 50 weist ein drittes Ventil 51 auf, das an einer Stelle montiert ist, an der die Kältemittelheizungsleitung 50 von der Kältemittelleitung 10 abzweigt oder mit dieser verbunden ist. Die Kältemittelheizungsleitung 50 ist über den Kühler 43 in einer wärmetauschbaren Weise mit der Elektronikbauteilleitung 40 verbunden.
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Kühlwasser strömt durch die Elektronikbauteilleitung 40 hindurch und wird dementsprechend in den Elektronikbauteilkern 41 eingeführt. Dementsprechend kann das Kühlwasser Elektronikbauteile kühlen, welche Wärme mit dem Elektronikbauteilkern 41 tauschen.
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In dem Fahrzeug können Elektronikbauteile, wie eine elektronische Steuereinrichtung (ECU), ein Bordladegerät (OBC) und ein Elektromotor, vorgesehen sein. Derartige Elektronikbauteile können während der Fahrt des Fahrzeuges Wärme erzeugen. Dementsprechend kann der Elektronikbauteilkern 41 ein Konzept sein, das sowohl eine Wärmeabführeinheit, die direkt mit den Elektronikbauteilen usw. verbunden ist, als auch eine Wärmeabführeinheit, die indirekt über eine separate Kühlwasserleitung mit den Elektronikbauteilen usw. verbunden ist, umfasst.
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Der Radiator 42, welcher zur Umgebungsluft freigelegt ist, um Wärme mit Umgebungsluft zu tauschen, kann in der Elektronikbauteilleitung 40 einbezogen sein. Dementsprechend kann Wärme in den Radiator 42 eingeführt werden, nachdem sie zurückgewonnen wurde. Darüber hinaus kann der Kühler 43, welcher in einer wärmetauschbaren Weise mit dem Kältemittel verbunden ist, in der Elektronikbauteilleitung 40 einbezogen sein. Kühlwasser, das durch die Elektronikbauteile erwärmt wird, kann durch dessen Wärmeaustausch mit Kältemittel in dem Kühler 43 gekühlt werden.
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Der Radiator 42 und der Kühler 43 sind über das zweite Ventil 44 mit dem Elektronikbauteilkern 41 verbunden. Dementsprechend kann die Strömung des Kühlwassers durch das zweite Ventil 44 derart gesteuert werden, dass das Kühlwasser, das aus dem Elektronikbauteilkern 41 heraustritt, wahlweise in den Radiator 42 oder den Kühler 43 eingeführt wird. Eine Pumpe ist auch in der Elektronikbauteilleitung 40 vorgesehen, um das Kühlwasser in der Elektronikbauteilleitung 40 zu zirkulieren.
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Das Kältemittel in der Kältemittelleitung 10 kann unter Steuerung des dritten Ventils 51 wahlweise in die Kältemittelheizungsleitung 50 eingeführt werden. Das heißt, das dritte Ventil 51 kann die Strömung des Kältemittels in der Kältemittelleitung 10 derart steuern, dass das Kältemittel durch den Kühlungskern 13 zur Innenraumklimatisierung hindurchströmt oder durch den Kühler 42 hindurchströmt, nachdem es den Kühlungskern 13 zur Innenraumklimatisierung umgangen hat.
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Das Wärmemanagementsystem gemäß der beispielhaften Ausführungsform der Erfindung kann ferner eine Kältemittelkühlungsleitung 30 aufweisen, welche einen luftgekühlten Kondensator 31 aufweist und zwischen einer Stelle, die von der Kältemittelleitung 10 an einer Seite stromabwärts des wassergekühlten Kondensators 12 der Kältemittelleitung 10 abzweigt, und einer Stelle, die wieder mit der Kältemittelleitung 10 an der Seite stromabwärts des wassergekühlten Kondensators 12 der Kältemittelleitung 10 verbunden ist, montiert ist. Ein viertes Ventil 32 ist auch in der Kältemittelkühlungsleitung 30 einbezogen. Das vierte Ventil 32 ist an einer Stelle montiert, an der die Kältemittelkühlungsleitung 30 von der Kältemittelleitung 10 abgezweigt ist oder mit dieser verbunden ist. Das vierte Ventil 32 kann ein Strömungsratenverhältnis zwischen der Kältemittelleitung 10 und der Kältemittelkühlungsleitung 30 einstellen.
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Der luftgekühlte Kondensator 31, welcher zu der Umgebungsluft freigelegt ist, um Wärme mit der Umgebungsluft zu tauschen, kann in der Kältemittelkühlungsleitung 30 einbezogen sein. Das vierte Ventil 32 kann die Strömung des Kältemittels, das aus dem wassergekühlten Kondensator 12 heraustritt, derart steuern, dass das Kältemittel durch den luftgekühlten Kondensator 31 hindurchströmt, nachdem es in die Kältemittelkühlungsleitung 30 eingeführt wurde, oder den luftgekühlten Kondensator 31 umgeht.
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Die Kältemittelkühlungsleitung 30, der luftgekühlte Kondensator 31 und das vierte Ventil 32 können weggelassen werden, um die Herstellungskosten zu reduzieren. Jedoch können, wenn eine zusätzliche Kühlung des Kältemittels erforderlich ist, diese Elemente zusätzlich vorgesehen sein.
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Das Wärmemanagementsystem gemäß der beispielhaften Ausführungsform der Erfindung kann ferner eine Klimavorrichtung 60 aufweisen, welche den Heizungskern 22 zur Innenraumklimatisierung aufweist und dazu dient, zu bewirken, dass die Luft, die durch den Innenraum des Fahrzeuges hindurch zirkuliert, oder die Luft, die von der Außenseite des Fahrzeuges eingeführt wird, durch den Innenraum des Fahrzeuges hindurchströmt. Die Klimavorrichtung 60 kann ferner einen Lufterhitzer 61 zum Erwärmen einer Luftströmung während des Betriebs davon aufweisen.
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Das heißt, die Luft, die durch den Innenraum des Fahrzeuges hindurch zirkuliert, oder die Luft, die von der Außenseite des Fahrzeuges eingeführt wird, kann durch die Klimavorrichtung 60 hindurchströmen. Der Heizungskern 22 zur Innenraumklimatisierung und der Kühlungskern 13 zur Innenraumklimatisierung können in der Klimavorrichtung 60 montiert sein.
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Der Lufterhitzer 61, welcher zusätzlich in der Klimavorrichtung 60 einbezogen ist, kann elektrische Energie usw. von der Außenseite aufnehmen, was die in die Klimavorrichtung 60 strömende Luft erwärmt. Die Steuereinrichtung 70 kann den Lufterhitzer 61 betreiben, wenn die Wärme, die zur Innenraumklimatisierung erforderlich ist, größer als die Wärme ist, die von dem Heizungskern 22 abgeführt wird. Der Lufterhitzer 61 kann ein Niederspannungs-PTC(positiver Temperaturkoeffizient)-Erhitzer sein.
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Die 2 bis 8 zeigen verschiedene Steuerungsmodi des Wärmemanagementsystems gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung.
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Im Detail zeigt 2 einen ersten Modus des Wärmemanagementsystems gemäß der beispielhaften Ausführungsform der Erfindung, in welchem eine Innenraumkühlung und eine Batterieheizung erforderlich sind. 3 zeigt einen zweiten Modus des Wärmemanagementsystems gemäß der beispielhaften Ausführungsform der Erfindung, in welchem eine Elektronikbauteilkühlung erforderlich ist. 4 zeigt einen dritten Modus des Wärmemanagementsystems gemäß der beispielhaften Ausführungsform der Erfindung, in welchem eine Elektronikbauteilkühlung und eine Batterieheizung erforderlich sind. 5 zeigt einen vierten Modus des Wärmemanagementsystems gemäß der beispielhaften Ausführungsform der Erfindung, in welchem eine Batterieheizung durch Kühlung des luftgekühlten Kondensators und Kühlung der Elektronikbauteile durchgeführt wird. 6 zeigt einen fünften Modus des Wärmemanagementsystems gemäß der beispielhaften Ausführungsform der Erfindung, in welchem eine Elektronikbauteilkühlung, eine Batterieheizung und eine Innenraumkühlung erforderlich sind. 7 zeigt einen sechsten Modus des Wärmemanagementsystems gemäß der beispielhaften Ausführungsform der Erfindung, in welchem eine Elektronikbauteilkühlung, eine Batterieheizung und eine Innenraumheizung erforderlich sind. 8 zeigt einen siebten Modus des Wärmemanagementsystems gemäß der beispielhaften Ausführungsform der Erfindung, in welchem eine Elektronikbauteilkühlung, eine Batterieheizung und eine Innenraumentfeuchtung erforderlich sind.
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Gemäß verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung kann die Steuereinrichtung 70 durch einen nichtflüchtigen Speicher, welcher derart konfiguriert ist, dass er einen Algorithmus speichert, der derart konfiguriert ist, dass er den Betrieb verschiedener Bauteile des Fahrzeuges oder Daten bezüglich Softwarebefehlen zur Durchführung des Algorithmus steuert, und einen Prozessor realisiert sein, welcher derart konfiguriert ist, dass er den Betrieb, wie nachfolgend beschrieben ist, mittels der in dem Speicher gespeicherten Daten durchführt. Hier können der Speicher und der Prozessor jeweils als individuelle Chips ausgeführt sein. Alternativ können der Speicher und der Prozessor als ein einziger vereinheitlichter Chip ausgeführt sein. Der Prozessor kann die Form eines oder mehrerer Prozessoren annehmen.
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In dem ersten Modus, in welchem eine Innenraumkühlung und eine Batterieheizung erforderlich sind, kann die Steuereinrichtung derart konfiguriert sein, dass sie den Kompressor 11 und das erste Ventil 24 derart steuert, dass Kühlwasser, das durch Kältemittel, das Wärme in dem Kühlungskern 13 zur Innenraumklimatisierung absorbiert, in dem wassergekühlten Kondensator 12 erwärmt wird, in das Hochspannungsbatterie-Wärmetauschmodul 21 eingeführt wird.
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Der erste Modus kann ein Zustand sein, in welchem die Temperatur von Umgebungsluft relativ hoch ist, und dementsprechend sind eine relativ große Innenraumkühlung und eine relativ geringe Batterieheizung erforderlich.
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Im Detail kann in dem ersten Modus die Steuereinrichtung 70 das erste Ventil 24 derart steuern, dass das Kühlwasser, das aus dem wassergekühlten Kondensator 12 heraustritt, in das Hochspannungsbatterie-Wärmetauschmodul 21 eingeführt wird. Darüber hinaus kann die Steuereinrichtung 70 das dritte Ventil 51 derart steuern, dass das Kältemittel in der Kältemittelleitung 10 in den Kühlungskern 13 zur Innenraumklimatisierung eingeführt wird.
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Dementsprechend kann es in dem ersten Modus einen Effekt geben, der zum Heizen der Hochspannungsbatterie mittels Wärme, die durch die Innenraumkühlung absorbiert wird, konfiguriert ist.
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In dem zweiten Modus, in welchem eine Elektronikbauteilkühlung erforderlich ist, kann die Steuereinrichtung 70 das zweite Ventil 44 derart steuern, dass das Kühlwasser, das aus dem Elektronikbauteilkern 41 heraustritt, in den Radiator 42 eingeführt wird.
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In dem zweiten Modus können die Elektronikbauteile mittels des Radiators 42 gekühlt werden, indem die Steuereinrichtung 70 das zweite Ventil 44 derart steuert, dass das Kühlwasser, das aus dem Elektronikbauteilkern 41 heraustritt, in den Radiator 42 eingeführt wird.
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Der erste Modus und der zweite Modus sind unabhängig voneinander, und dementsprechend kann die Steuereinrichtung 70 den ersten Modus und den zweiten Modus gleichzeitig steuern.
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In dem dritten Modus, in welchem eine Elektronikbauteilkühlung und eine Batterieheizung erforderlich sind, kann die Steuereinrichtung 70 das erste Ventil 24 derart steuern, dass das Kühlwasser, das aus dem wassergekühlten Kondensator 12 heraustritt, in das Hochspannungsbatterie-Wärmetauschmodul 21 eingeführt wird, kann das zweite Ventil 44 derart steuern, dass das Kühlwasser, das aus dem Elektronikbauteilkern 41 heraustritt, in den Kühler 43 eingeführt wird, und kann das dritte Ventil 51 derart steuern, dass das Kältemittel, das aus dem wassergekühlten Kondensator 12 heraustritt, in den Kühler 43 eingeführt wird.
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Der dritte Modus kann ein Zustand sein, in welchem die Temperatur der Umgebungsluft angemessen ist, und dementsprechend ist weder eine Innenraumheizung noch eine Innenraumkühlung erforderlich, eine Heizung der Hochspannungsbatterie auf ein angemessenes Niveau ist erforderlich, und eine Kühlung der Elektronikbauteile ist erforderlich.
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In dem dritten Modus kann die Steuereinrichtung 70 das erste Ventil 24 derart steuern, dass das Kühlwasser, das aus dem wassergekühlten Kondensator 12 heraustritt, in das Hochspannungsbatterie-Wärmetauschmodul 21 eingeführt wird. Darüber hinaus kann die Steuereinrichtung 70 das zweite Ventil 44 derart steuern, dass das Kühlwasser, das aus dem Elektronikbauteilkern 41 heraustritt, in den Kühler 43 eingeführt wird, und kann das dritte Ventil 51 derart steuern, dass das Kältemittel in der Kältemittelleitung 10 in den Kühler 43 der Kältemittelheizungsleitung 50 eingeführt wird.
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Dementsprechend kann es in dem dritten Modus einen Effekt geben, der zum Heizen der Hochspannungsbatterie mittels Wärme, die von den Elektronikbauteilen zurückgewonnen wird, konfiguriert ist.
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In dem vierten Modus, in welchem eine Batterieheizung durch den luftgekühlten Kondensator 31 und Kühlung der Elektronikbauteile durchgeführt wird, kann die Steuereinrichtung 70 das erste Ventil 24 derart steuern, dass das Kühlwasser, das aus dem wassergekühlten Kondensator 12 heraustritt, in das Hochspannungsbatterie-Wärmetauschmodul 21 eingeführt wird, kann das zweite Ventil 44 derart steuern, dass das Kühlwasser, das aus dem Elektronikbauteilkern 41 heraustritt, in den Kühler 43 eingeführt wird, kann das dritte Ventil 51 derart steuern, dass das Kältemittel, das aus dem wassergekühlten Kondensator 12 heraustritt, in den Kühler 43 eingeführt wird, und kann das vierte Ventil 32 derart steuern, dass das Kältemittel, das aus dem wassergekühlten Kondensator 12 heraustritt, in die Kältemittelkühlungsleitung 30 eingeführt wird.
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In dem vierten Modus kann die Steuereinrichtung 70 das Kältemittel, das aus dem wassergekühlten Kondensator 12 heraustritt, durch Steuerung des vierten Ventils 32 derart steuern, dass es in den luftgekühlten Kondensator 31 der Kältemittelkühlungsleitung 30 eingeführt werden kann, während dieselbe Steuerung wie die des dritten Modus durchgeführt wird.
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Das heißt, wenn eine zusätzliche Wärmeabführung des Kältemittels in der Kältemittelleitung 10 erforderlich ist, kann die Steuereinrichtung 70 eine Steuerung durchführen, die bewirkt, dass das Kältemittel durch den luftgekühlten Kondensator 31 hindurchströmt.
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In dem fünften Modus, in welchem eine Elektronikbauteilkühlung, eine Batterieheizung und eine Innenraumkühlung erforderlich sind, kann die Steuereinrichtung 70 das erste Ventil 24 derart steuern, dass das Kühlwasser, das aus dem wassergekühlten Kondensator 12 heraustritt, in das Hochspannungsbatterie-Wärmetauschmodul 21 eingeführt wird, kann das zweite Ventil 44 derart steuern, dass das Kühlwasser, das aus dem Elektronikbauteilkern 41 heraustritt, in den Kühler 43 eingeführt wird, und kann das dritte Ventil 51 derart steuern, dass das Kältemittel, das aus dem wassergekühlten Kondensator 12 heraustritt, in den Kühlungskern 13 zur Innenraumklimatisierung und die Kältemittelheizungsleitung 50 eingeführt wird.
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In dem fünften Modus kann die Steuereinrichtung 70 das dritte Ventil 51 derart steuern, dass das Kältemittel, das aus dem wassergekühlten Kondensator 12 heraustritt, in einer gleichzeitigen Weise in den Kühlungskern 13 zur Innenraumklimatisierung und die Kältemittelheizungsleitung 50 eingeführt wird, während die Steuerung wie die des dritten Modus durchgeführt wird. Das heißt, das durch das dritte Ventil 51 hindurchtretende Kältemittel kann in einer gleichzeitigen Weise in den Kühlungskern 13 zur Innenraumklimatisierung und den Kühler 43 eingeführt werden.
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Dementsprechend kann es einen Effekt geben, der zum Heizen der Hochspannungsbatterie durch Rückgewinnung von Wärme, die zur Innenraumklimatisierung absorbiert wird, und Wärme von den Elektronikbauteilen konfiguriert ist, und dementsprechend wird der luftgekühlte Kondensator 31 ausgeschlossen.
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In dem sechsten Modus, in welchem eine Elektronikbauteilkühlung, eine Batterieheizung und eine Innenraumheizung erforderlich sind, kann die Steuereinrichtung 70 das erste Ventil 24 derart steuern, dass das Kühlwasser, das aus dem wassergekühlten Kondensator 12 heraustritt, in das Hochspannungsbatterie-Wärmetauschmodul 21 und den Heizungskern 22 zur Innenraumklimatisierung eingeführt wird, kann das zweite Ventil 44 derart steuern, dass das Kühlwasser, das aus dem Elektronikbauteilkern 41 heraustritt, in den Kühler 43 eingeführt wird, und kann das dritte Ventil 51 derart steuern, dass das Kältemittel, das aus dem wassergekühlten Kondensator 12 heraustritt, in die Kältemittelheizungsleitung 50 eingeführt wird.
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Der sechste Modus kann ein Zustand sein, in welchem die Temperatur von Umgebungsluft relativ niedrig sein kann, wie im Winter. In dem sechsten Modus kann eine relativ große Batterieheizung erforderlich sein, und eine Innenraumheizung kann erforderlich sein.
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In dem sechsten Modus kann die Steuereinrichtung 70 eine Batterieheizung und eine Innenraumheizung mittels Wärme der Elektronikbauteile, die durch den Kühler 43 zurückgewonnen wird, durchführen. Für den vorliegenden Betrieb kann die Steuereinrichtung 70 das erste Ventil 24 derart steuern, dass das Kühlwasser, das aus dem wassergekühlten Kondensator 12 heraustritt, in einer gleichzeitigen Weise in das Hochspannungsbatterie-Wärmetauschmodul 21 und den Heizungskern 22 zur Innenraumklimatisierung eingeführt wird, kann das zweite Ventil 44 derart steuern, dass das Kühlwasser, das aus dem Elektronikbauteilkern 41 heraustritt, in den Kühler 43 eingeführt wird, und kann das dritte Ventil 51 derart steuern, dass das Kältemittel, das aus dem wassergekühlten Kondensator 12 heraustritt, in die Kältemittelheizungsleitung 50 eingeführt wird.
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Darüber hinaus kann die Steuereinrichtung 70 ferner den Lufterhitzer 61 der Klimavorrichtung 61 betreiben.
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In dem siebten Modus, in welchem eine Elektronikbauteilkühlung, eine Batterieheizung und eine Innenraumentfeuchtung erforderlich sind, kann die Steuereinrichtung 70 das erste Ventil 24 derart steuern, dass das Kühlwasser, das aus dem wassergekühlten Kondensator 12 heraustritt, in das Hochspannungsbatterie-Wärmetauschmodul 21 und den Heizungskern 22 zur Innenraumklimatisierung eingeführt wird, kann das zweite Ventil 44 derart steuern, dass das Kühlwasser, das aus dem Elektronikbauteilkern 41 heraustritt, in den Kühler 43 eingeführt wird, und kann das dritte Ventil 51 derart steuern, dass das Kältemittel, das aus dem wassergekühlten Kondensator 12 heraustritt, in den Kühlungskern 13 zur Innenraumklimatisierung und die Kältemittelheizungsleitung 50 eingeführt wird.
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Der siebte Modus ist wie der sechste Modus, erzielt jedoch eine Innenraumentfeuchtung durch zusätzliches Durchführen einer Innenraumkühlung mittels des Kühlungskerns 13 zur Innenraumklimatisierung.
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Die Steuereinrichtung 70 kann das dritte Ventil 51 derart steuern, dass das Kältemittel, das aus dem wassergekühlten Kondensator 12 heraustritt, in einer gleichzeitige Weise in den Kühlungskern 13 zur Innenraumklimatisierung und die Kältemittelheizungsleitung 50 eingeführt wird.
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Wie aus der obigen Beschreibung ersichtlich ist, kann es bei dem Wärmemanagementsystem gemäß der Erfindung einen Effekt des Erzielens einer Verbesserung der Wärmeenergieeffizienz geben, indem die Batterie mittels Wärme, die durch Innenraumklimatisierung zurückgewonnen wird, erwärmt wird.
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Darüber hinaus kann es einen Effekt des Erzielens einer Verbesserung der Wärmemanagementeffizienz geben, indem die Batterie durch Rückgewinnung von Abwärme der Elektronikbauteile erwärmt 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. Es versteht sich, dass sich der Begriff „verbinden“ oder dessen Abwandlungen sowohl auf eine direkte als auch eine indirekte Verbindung beziehen.
