DE102020119339A1 - Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug - Google Patents

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Kia Motors Corp
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Abstract

System für ein Fahrzeug, aufweisend eine Kühlvorrichtung (10), die einen Radiator (12), eine erste Wasserpumpe (14), ein erstes Ventil (V1) und einen Vorratsbehälter (17) aufweist, welche über eine Kühlmittelleitung (11) miteinander verbunden sind, wobei die Kühlvorrichtung (10) derart konfiguriert ist, dass sie ein Kühlmittel in der Kühlmittelleitung (11) zirkuliert, um wenigstens ein elektrisches Bauteil (15) zu kühlen, eine Batteriekühlvorrichtung (20), die eine Batteriekühlmittelleitung (21), die über ein zweites Ventil (V2) mit der Kühlmittelleitung (11) verbunden ist, und eine zweite Wasserpumpe (22) und ein Batteriemodul (24) aufweist, welche über die Batteriekühlmittelleitung (21) miteinander verbunden sind, eine Heizvorrichtung (40), die eine Heizungsleitung (41), die über ein drittes Ventil (V3) mit der Kühlmittelleitung (11) verbunden ist, eine dritte Wasserpumpe (42) aufweist, die in der Heizungsleitung (41) vorgesehen ist, eine Klimaanlage (50), die einen Kondensator (53) aufweist, der mit der Heizungsleitung (41) verbunden ist, und einen Kühler (30), der in der Batteriekühlmittelleitung (21) zwischen dem zweiten Ventil (V2) und dem Batteriemodul (24) vorgesehen ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug.
  • Im Allgemeinen weist ein Klimasystem für ein Fahrzeug eine Klimaanlage zum Zirkulieren eines Kältemittels auf, um einen Innenraum des Fahrzeuges zu heizen oder zu kühlen.
  • Die Klimaanlage, welche eine frische Innenraumbedingung durch Halten einer Innentemperatur eines Fahrzeuges auf einer angemessenen Temperatur unabhängig von einer Änderung der Außentemperatur beibehalten kann, ist derart konfiguriert, dass sie einen Innenraum des Fahrzeuges durch Wärmeaustausch mittels eines Kondensators und eines Verdampfers während eines Prozesses, bei welchem ein Kältemittel, das durch Antreiben eines Kompressors abgeführt wird, durch Hindurchtreten durch einen Kondensator, einen Sammlertrockner, ein Expansionsventil und den Verdampfer wieder zu dem Kompressor zirkuliert wird, heizt oder kühlt.
  • Das heißt, bei der Klimaanlage wird ein gasförmiges Hochtemperatur- und Hochdruck-Kältemittel, das durch den Kompressor komprimiert wird, mittels des Kondensators kondensiert und dann durch den Verdampfer mittels des Sammlertrockners und des Expansionsventils verdampft, um die Innentemperatur und die Luftfeuchtigkeit in einem Sommerkühlungsmodus zu verringern.
  • In letzter Zeit war, da die Bedenken über Energieeffizienz und Umweltverschmutzung allmählich zunahmen, die Entwicklung eines umweltfreundlichen Fahrzeuges erforderlich, das geeignet ist, ein Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor im Wesentlichen zu ersetzen, und die umweltfreundlichen Fahrzeuge sind typischerweise in ein Elektrofahrzeug, welches üblicherweise mittels Brennstoffzelle oder elektrischem Strom als eine Energiequelle angetrieben wird, und ein Hybridfahrzeug unterteilt, welches mittels eines Verbrennungsmotors und einer elektrischen Batterie angetrieben wird.
  • Bei dem Elektrofahrzeug und dem Hybridfahrzeug von den umweltfreundlichen Fahrzeugen wird im Gegensatz zu einem allgemeinen Fahrzeug, das eine Klimaanlage verwendet, keine separate Heizung verwendet, und eine Klimaanlage, welche bei dem umweltfreundlichen Fahrzeug verwendet wird, wird typischerweise als ein Wärmepumpensystem bezeichnet.
  • Im Falle des Elektrofahrzeuges, das die Brennstoffzelle verwendet, wird die Energie der chemischen Reaktion von Sauerstoff und Wasserstoff in elektrische Energie umgewandelt, um eine Antriebskraft zu erzeugen, und während dieses Prozesses wird durch chemische Reaktion in der Brennstoffzelle Wärmeenergie erzeugt, und infolgedessen ist eine wirksame Abführung der erzeugten Wärme erforderlich, um die Leistung der Brennstoffzelle sicherzustellen.
  • Selbst bei dem Hybridfahrzeug wird die Antriebskraft durch Antreiben des Elektromotors mittels elektrischem Strom, der von der Brennstoffzelle oder der elektrischen Batterie zugeführt wird, zusammen mit dem Verbrennungsmotor erzeugt, der mit einem allgemeinen Kraftstoff betrieben wird, und infolgedessen kann die Leistung des Elektromotors nur durch wirksames Abführen der Wärme sichergestellt werden, die von der Brennstoffzelle oder der Batterie und dem Elektromotor erzeugt wird.
  • Dementsprechend sollten bei einem Hybridfahrzeug oder einem Elektrofahrzeug nach dem Stand der Technik ein Batteriekühlungssystem, ein Kühlungsteil und ein Wärmepumpensystem derart konfiguriert sein, dass sie jeweils separate Kreisläufe haben, um die Wärmeerzeugung eines Elektromotors, einer elektrischen Ausrüstung und einer Batterie einschließlich einer Brennstoffzelle zu verhindern.
  • Daher sind die Größe und das Gewicht eines Kühlmoduls, das an der Vorderseite des Fahrzeuges angeordnet ist, erhöht, und eine Anordnung von Verbindungsrohren zum Zuführen eines Kältemittels oder eines Kühlmittels zu dem Wärmepumpensystem, der Kühlvorrichtung und dem Batteriekühlungssystem in einem Motorraum ist kompliziert.
  • Außerdem werden, da ein Batteriekühlungssystem zum Erwärmen und Kühlen der Batterie in Abhängigkeit von einem Fahrzustand des Fahrzeuges separat vorgesehen ist, um zu ermöglichen, dass die Batterie eine optimale Leistung abgibt, eine Mehrzahl von Ventilen für Verbindungsrohre verwendet, und dadurch kann der Fahrkomfort verschlechtert werden, da Geräusche und Vibrationen infolge des häufigen Öffnungs- und Schließvorgangs an einen Innenraum des Fahrzeuges übertragen werden können.
  • Die Erfindung betrifft ein Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug, und insbesondere ein Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug, welches eine Temperatur eines Batteriemoduls mittels eines Kühlers, der einen Wärmeaustausch zwischen einem Kältemittel und einem Kühlmittel durchführt, einstellt und die Heizungseffizienz mittels Abwärme, die von einem elektrischen Bauteil erzeugt wird, verbessert.
  • Mit der Erfindung wird ein Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug geschaffen, welches eine Temperatur eines Batteriemoduls mittels eines Kühlers, der einen Wärmeaustausch zwischen einem Kältemittel und einem Kühlmittel durchführt, einstellt und die Heizungseffizienz mittels Abwärme, die von einem elektrischen Bauteil erzeugt wird, verbessert.
  • Eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung stellt ein Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug bereit, aufweisend eine Kühlvorrichtung, die derart konfiguriert ist, dass sie einen Radiator (bzw. einen Kühler), eine erste Wasserpumpe, ein erstes Ventil und einen Vorratsbehälter, welche über eine Kühlmittelleitung miteinander verbunden sind, aufweist und ein Kühlmittel in der Kühlmittelleitung zirkuliert, um wenigstens ein elektrisches Bauteil zu kühlen, das in der Kühlmittelleitung vorgesehen ist, eine Batteriekühlvorrichtung, die derart konfiguriert ist, dass sie eine Batteriekühlmittelleitung, die über ein zweites Ventil mit der Kühlmittelleitung verbunden ist, und eine zweite Wasserpumpe und ein Batteriemodul, welche über die Batteriekühlmittelleitung miteinander verbunden sind, aufweist, um das Kühlmittel in dem Batteriemodul zu zirkulieren, eine Heizvorrichtung, die eine Heizungsleitung, die über ein drittes Ventil mit der Kühlmittelleitung verbunden ist, um einen Fahrzeuginnenraum durch ein Kühlmittel zu heizen, eine dritte Wasserpumpe, die in der Heizungsleitung vorgesehen ist, und eine Heizung aufweist, und einen Kühler (z.B. einen Chiller oder einen Wärmetauscher), der in der Batteriekühlmittelleitung zwischen dem zweiten Ventil und dem Batteriemodul vorgesehen ist, über eine Kältemittelverbindungsleitung mit einer Kältemittelleitung einer Klimaanlage verbunden ist und derart konfiguriert ist, dass er die Temperatur des Kühlmittels durch Durchführen eines Wärmeaustausches zwischen dem Kühlmittel, das in der Batteriekühlmittelleitung zirkuliert, und dem Kältemittel, das von der Klimaanlage wahlweise zugeführt wird, regelt (bzw. reguliert), wobei ein Kondensator, der in der Klimaanlage einbezogen ist, mit der Heizungsleitung verbunden ist, um das Kühlmittel durchzulassen, das durch die Heizvorrichtung hindurch zirkuliert.
  • Die Kühlvorrichtung kann mit einer ersten Zweigleitung versehen sein, ein erstes Ende der ersten Zweigleitung kann mit dem ersten Ventil verbunden sein, und ein zweites Ende der ersten Zweigleitung kann mit der Kühlmittelleitung zwischen dem Radiator und der ersten Wasserpumpe verbunden sein, und die Heizung kann in einem HVAC(Heizung-Lüftung-Klimatisierung)-Modul vorgesehen sein, das in der Klimaanlage einbezogen ist.
  • Wenn das Batteriemodul geheizt wird, kann in einem Zustand, in welchem die mit dem Radiator verbundene Kühlmittelleitung geschlossen ist, die erste Zweigleitung durch den Betrieb des ersten Ventils geöffnet sein, die Kühlmittelleitung und die Batteriekühlmittelleitung können durch einen Betrieb des zweiten Ventils miteinander verbunden sein, das Kühlmittel kann entlang der Kühlmittelleitung und der Batteriekühlmittelleitung durch einen Betrieb der ersten und der zweiten Wasserpumpe zirkuliert werden, in der Heizvorrichtung können die Kühlmittelleitung und die Heizungsleitung durch den Betrieb des dritten Ventils miteinander verbunden sein, in der Kühlvorrichtung zirkuliert das Kühlmittel mit der Temperatur, die durch die Abwärme des elektrischen Bauteils erhöht ist, durch den Betrieb der dritten Wasserpumpe durch die Heizungsleitung hindurch, und ein Hochtemperatur-Kühlmittel, das von der Heizungsleitung in die Kühlmittelleitung eingeführt wird, kann über die erste Zweigleitung und die Kühlmittelleitung zu der Batteriekühlmittelleitung geströmt werden und dem Batteriemodul zugeführt werden.
  • Die Klimaanlage kann ein HVAC(Heizung, Lüftung, Klimatisierung)-Modul, das derart konfiguriert ist, dass es einen Verdampfer, der über die Kältemittelleitung damit verbunden ist, und eine Öffnungs- und Schließklappe aufweist, die derart konfiguriert ist, dass sie durch den Verdampfer hindurchtretende Außenluft derart steuert, dass sie in Abhängigkeit von einem Kühlungs-, einem Heizungs- und einem Heizungs- und Entfeuchtungsmodus des Fahrzeuges wahlweise in die Heizung hineingeführt wird, den Kondensator, der mit der Heizungsleitung verbunden ist, um ein Kühlmittel darin zu zirkulieren, um einen Wärmeaustausch zwischen dem Kühlmittel und einem Kältemittel, das über die Kältemittelleitung zugeführt wird, durchzuführen, einen Kompressor, der über die Kältemittelleitung zwischen dem Verdampfer und dem Kondensator angeschlossen ist, einen Wärmetauscher, der in der Kältemittelleitung zwischen dem Kondensator und dem Verdampfer vorgesehen ist, ein erstes Expansionsventil, das in der Kältemittelleitung zwischen dem Wärmetauscher und dem Verdampfer vorgesehen ist, ein zweites Expansionsventil, das in der Kältemittelverbindungsleitung vorgesehen ist, einen Speicher (z.B. einen Akkumulator), der in der Kältemittelleitung zwischen dem Verdampfer und dem Kompressor vorgesehen ist und mit der Kältemittelverbindungsleitung verbunden ist, und ein drittes Expansionsventil aufweisen, das in der Kältemittelleitung zwischen dem Kondensator und dem Wärmetauscher vorgesehen ist.
  • Der Wärmetauscher kann das in dem Kondensator kondensierte Kältemittel durch Wärmeaustausch mit der Außenluft in Abhängigkeit von dem wahlweisen Betrieb des dritten Expansionsventils zusätzlich kondensieren oder verdampfen.
  • Das zweite Expansionsventil kann das über die Kältemittelverbindungsleitung eingeführte Kältemittel expandieren, um zu dem Kühler zu strömen, wenn das Batteriemodul durch das Kältemittel gekühlt wird.
  • Das dritte Expansionsventil kann das in den Wärmetauscher eingeführte Kältemittel in einem Heizungsmodus und einem Heizungs- und Entfeuchtungsmodus des Fahrzeuges wahlweise expandieren.
  • Ein erstes Ende der Kältemittelverbindungsleitung kann mit der Kältemittelleitung zwischen dem Wärmetauscher und dem ersten Expansionsventil verbunden sein, und ein zweites Ende der Kältemittelverbindungsleitung kann mit dem Speicher verbunden sein.
  • Das HVAC-Modul kann ferner eine Luftheizung aufweisen, die an einer entgegengesetzten Seite des Verdampfers mit der dazwischen angeordneten Heizung vorgesehen ist, um durch die Heizung hindurchtretende Außenluft wahlweise zu heizen.
  • Die Luftheizung kann betrieben werden, um eine Temperatur der durch die Heizung hindurchtretenden Außenluft zu erhöhen, wenn eine Temperatur eines der Heizung zugeführten Kühlmittels kleiner als eine Zieltemperatur zum Heizen des Innenraumes ist.
  • Wenn das Batteriemodul in dem Kühlungsmodus des Fahrzeuges gekühlt wird, kann ein Kühlmittel durch einen Betrieb der ersten Wasserpumpe in der Kühlvorrichtung durch die Kühlmittelleitung hindurch zirkulieren, die erste Zweigleitung kann durch einen Betrieb des ersten Ventils geschlossen sein, die Kühlmittelleitung und die Batteriekühlmittelleitung können durch den Betrieb des zweiten Ventils jeweils einen unabhängigen geschlossenen Kreislauf bilden, in der Batteriekühlvorrichtung kann durch den Betrieb der zweiten Wasserpumpe das durch den Kühler hindurchtretende Kühlmittel entlang der Batteriekühlmittelleitung zu dem Batteriemodul geführt werden, in der Heizvorrichtung können durch den Betrieb des dritten Ventils die Kühlmittelleitung und die Heizungsleitung miteinander verbunden sein, so dass das Kühlmittel von der Kühlvorrichtung zugeführt wird, in der Klimaanlage zirkuliert das Kältemittel in einem Zustand, in dem die Kältemittelverbindungsleitung durch den Betrieb des zweiten Expansionsventils geöffnet sein kann, entlang der Kältemittelleitung und der Kältemittelverbindungsleitung, das erste und das zweite Expansionsventil können das Kältemittel expandieren, so dass das expandierte Kältemittel jeweils dem Verdampfer und dem Kühler zugeführt wird, und das dritte Expansionsventil kann das von dem Kondensator zugeführte Kältemittel zu dem Wärmetauscher strömen.
  • Die Heizvorrichtung kann das von der Kühlvorrichtung zugeführte Kühlmittel durch den Betrieb der dritten Wasserpumpe dem Kondensator zuführen, und der Kondensator kann das Kältemittel durch Wärmeaustausch mit dem Kühlmittel kondensieren, und der Wärmetauscher kann das von dem Kondensator eingeführte Kältemittel durch Wärmeaustausch mit der Außenluft zusätzlich kondensieren.
  • Wenn die Abwärme der externen Wärmequelle, des elektrischen Bauteils und des Batteriemoduls in einem Heizungsmodus des Fahrzeuges wiedergewonnen wird, kann die erste Zweigleitung durch einen Betrieb des ersten Ventils geöffnet sein, in der Kühlvorrichtung kann auf der Basis der ersten Zweigleitung ein Abschnitt der Kühlmittelleitung, der mit dem Radiator verbunden ist, geschlossen sein, und das durch das elektrische Bauteil hindurchtretende Kühlmittel kann durch den Betrieb der ersten Wasserpumpe entlang der geöffneten ersten Zweigleitung und der Kühlmittelleitung ohne Durchgang durch den Radiator zirkuliert werden, in der Batteriekühlvorrichtung können die Kühlmittelleitung und die Batteriekühlmittelleitung durch den Betrieb des zweiten Ventils miteinander verbunden sein, und das durch das Batteriemodul hindurchtretende Kühlmittel kann durch einen Betrieb der zweiten Wasserpumpe dem Kühler zugeführt werden, die Kühlmittelleitung und die Heizungsleitung können durch einen Betrieb des dritten Ventils einen unabhängigen geschlossenen Kreislauf bilden, in der Heizvorrichtung kann durch einen Betrieb der dritten Wasserpumpe das Kühlmittel entlang der Heizungsleitung zirkulieren, in der Klimaanlage kann die Kältemittelleitung, die den Kondensator und den Verdampfer miteinander verbindet, durch den Betrieb des ersten Expansionsventils geschlossen sein, die Kältemittelverbindungsleitung kann durch den Betrieb des zweiten Expansionsventils geöffnet sein, das zweite Expansionsventil kann das zu der Kältemittelverbindungsleitung geführte Kältemittel expandieren, so dass es dem Kühler zugeführt wird, und das dritte Expansionsventil kann das von dem Kondensator zugeführte Kältemittel expandieren, so dass es dem Wärmetauscher zugeführt wird.
  • Die Batteriekühlvorrichtung kann ferner eine zweite Zweigleitung aufweisen, wobei ein erstes Ende der zweiten Zweigleitung mit einem vierten Ventil verbunden sein kann, das zwischen der zweiten Wasserpumpe und dem Batteriemodul vorgesehen ist, und ein zweites Ende der zweiten Zweigleitung mit der Batteriekühlmittelleitung verbunden sein kann, welche das Batteriemodul und den Kühler miteinander verbindet.
  • Wenn die Abwärme der externen Wärmequelle und des elektrischen Bauteils in einem Heizungsmodus des Fahrzeuges zurückgewonnen wird, kann die erste Zweigleitung durch einen Betrieb des ersten Ventils geöffnet sein, in der Kühlvorrichtung kann auf der Basis der ersten Zweigleitung ein Abschnitt der Kühlmittelleitung, der mit dem Radiator verbunden ist, geschlossen sein, und das durch das elektrische Bauteil hindurchtretende Kühlmittel kann durch den Betrieb der ersten Wasserpumpe entlang der geöffneten ersten Zweigleitung und der Kühlmittelleitung ohne Durchgang durch den Radiator zirkuliert werden, in der Batteriekühlvorrichtung können die Kühlmittelleitung und die Batteriekühlmittelleitung durch den Betrieb des zweiten Ventils miteinander verbunden sein, in dem Zustand, in dem die zweite Zweigleitung durch einen Betrieb des vierten Ventils geöffnet ist, kann die mit dem Batteriemodul verbundene Batteriekühlmittelleitung basierend auf der zweiten Zweigleitung geschlossen sein (oder die Batteriekühlmittelleitung ist basierend auf der geöffneten zweiten Zweigleitung mit dem Batteriemodul verbunden), und das Kühlmittel kann durch einen Betrieb der zweiten Wasserpumpe entlang der Batteriekühlmittelleitung und der zweiten Zweigleitung zirkuliert werden, das durch das elektrische Bauteil hindurchtretende Kühlmittel kann durch den Betrieb der ersten und der zweiten Wasserpumpe dem Kühler zugeführt werden, die Kühlmittelleitung und die Heizungsleitung können durch einen Betrieb des dritten Ventils einen unabhängigen geschlossenen Kreislauf bilden, in der Heizvorrichtung kann das Kühlmittel durch einen Betrieb der dritten Wasserpumpe entlang der Heizungsleitung zirkulieren, in der Klimaanlage kann die Kältemittelleitung, die den Kondensator und den Verdampfer miteinander verbindet, durch den Betrieb des ersten Expansionsventils geschlossen sein, die Kältemittelverbindungsleitung kann durch den Betrieb des zweiten Expansionsventils geöffnet sein, das zweite Expansionsventil kann das zu der Kältemittelverbindungsleitung geführte Kältemittel expandieren, so dass es dem Kühler zugeführt wird, und das dritte Expansionsventil kann das von dem Kondensator zugeführte Kältemittel expandieren, so dass es dem Wärmetauscher zugeführt wird.
  • In einem Heizungs- und Entfeuchtungsmodus des Fahrzeuges kann die erste Zweigleitung durch einen Betrieb des ersten Ventils geöffnet sein, in der Kühlvorrichtung kann auf der Basis der ersten Zweigleitung ein Abschnitt der Kühlmittelleitung, der mit dem Radiator verbunden ist, geschlossen sein, und das durch das elektrische Bauteil hindurchtretende Kühlmittel kann durch den Betrieb der ersten Wasserpumpe entlang der geöffneten ersten Zweigleitung und der Kühlmittelleitung ohne Durchgang durch den Radiator zirkuliert werden, in der Batteriekühlvorrichtung können die Kühlmittelleitung und die Batteriekühlmittelleitung durch den Betrieb des zweiten Ventils miteinander verbunden sein, und das durch das Batteriemodul hindurchtretende Kühlmittel kann durch einen Betrieb der zweiten Wasserpumpe dem Kühler zugeführt werden, das von dem Kühler abgeführte Kühlmittel kann in die Kühlmittelleitung geströmt werden, die über das zweite Ventil mit der Batteriekühlmittelleitung verbunden ist, die Kühlmittelleitung und die Heizungsleitung können durch einen Betrieb des dritten Ventils einen unabhängigen geschlossenen Kreislauf bilden, in der Heizvorrichtung kann das Kühlmittel durch einen Betrieb der dritten Wasserpumpe entlang der Heizungsleitung zirkulieren, in der Klimaanlage kann das Kältemittel durch den Betrieb des ersten und des zweiten Expansionsventils jeweils entlang der geöffneten Kältemittelleitung und der Kältemittelverbindungsleitung zirkuliert werden, und das erste und das zweite Expansionsventil können das Kältemittel expandieren, so dass das expandierte Kältemittel jeweils dem Verdampfer und dem Kühler zugeführt wird.
  • Das dritte Expansionsventil kann das von dem Kondensator zugeführte Kältemittel expandieren, so dass es in den Wärmetauscher eingeführt wird, wenn die Temperatur des Fahrzeuginnenraumes niedrig ist, und wenn die Temperatur des Fahrzeuginnenraumes hoch ist, kann das von dem Kondensator zugeführte Kältemittel ohne dem expandierten Zustand in den Wärmetauscher eingeführt werden.
  • Wenn das elektrische Bauteil und das Batteriemodul durch das Kühlmittel gekühlt werden, kann die erste Zweigleitung durch einen Betrieb des ersten Ventils geschlossen sein, das in dem Radiator gekühlte und in dem Vorratsbehälter gespeicherte Kühlmittel kann durch einen Betrieb der ersten Wasserpumpe dem elektrischen Bauteil zugeführt werden, und das in dem Vorratsbehälter gespeicherte Kühlmittel kann durch einen Betrieb des zweiten Ventils dem Batteriemodul zugeführt werden, während es durch die Batteriekühlmittelleitung hindurch zirkuliert, die mit der Kühlmittelleitung verbunden ist.
  • Wenn die Abwärme des elektrischen Bauteils in dem Heizungsmodus des Fahrzeuges ohne dem Betrieb der Klimaanlage verwendet wird, kann die erste Zweigleitung durch einen Betrieb des ersten Ventils geöffnet sein, in der Kühlvorrichtung kann auf der Basis der ersten Zweigleitung die mit dem Radiator verbundene Kühlmittelleitung geschlossen sein, die Batteriekühlmittelleitung kann durch einen Betrieb des zweiten Ventils nicht mit der Kühlmittelleitung verbunden sein, die Batteriekühlvorrichtung und die Klimaanlage können gestoppt sein, das Kühlmittel, dessen Temperatur erhöht wird, während es durch einen Betrieb der ersten Wasserpumpe durch das elektrische Bauteil hindurchtritt, kann über das dritte Ventil entlang der Heizungsleitung zu der Heizung geführt werden, ohne dass es durch den Radiator hindurchtritt, und das von der Heizung abgeführte Kühlmittel kann entlang der Heizungsleitung, dem dritten Ventil, der Kühlmittelleitung und der ersten Zweigleitung zirkulieren.
  • Das erste Ventil kann die mit dem Radiator verbundene Kühlmittelleitung öffnen, um zu ermöglichen, dass etwas von dem Kühlmittel, das durch das elektrische Bauteil hindurchtritt, in die erste Zweigleitung strömt, und das übrige Kühlmittel in den Radiator strömt, wenn das elektrische Bauteil überhitzt ist.
  • Wie oben beschrieben, kann bei dem Wärmepumpensystem für das Fahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung die Temperatur des Batteriemoduls in Abhängigkeit von dem Modus des Fahrzeuges durch einen Kühler zum Durchführen des Wärmeaustausches zwischen dem Kühlmittel und dem Kältemittel eingestellt werden, und der Innenraum des Fahrzeuges kann durch das Kühlmittel geheizt werden, wodurch das gesamte System vereinfacht wird.
  • Gemäß Ausführungsformen der Erfindung ist es auch möglich, die Heizungseffizienz durch Rückgewinnen von Abwärme von dem elektrischen Bauteil und deren Verwendung für die Innenraumheizung zu verbessern.
  • Außerdem ist es gemäß Ausführungsformen der Erfindung möglich, die Leistung des Batteriemoduls durch effiziente Steuerung der Temperatur des Batteriemoduls zu optimieren und die gesamte Reichweite des Fahrzeuges durch effizientes Management des Batteriemoduls zu erhöhen.
  • Ferner kann gemäß Ausführungsformen der Erfindung die in der Heizvorrichtung angewendete Kühlmittelheizung verwendet werden, um das Batteriemodul aufzuwärmen oder eine Innenraumheizung des Fahrzeuges zu unterstützen, wodurch die Kosten und das Gewicht reduziert werden.
  • Außerdem werden gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung Wärme von Außenluft und Abwärme von einem elektrischen Bauteil und einem Batteriemodul in einem Heizungsmodus des Fahrzeuges wahlweise verwendet, um dadurch die Heizungseffizienz zu verbessern.
  • Ferner kann eine Ausführungsform der Erfindung die Kühlleistung verbessern und den Energieverbrauch eines Kompressors durch Erhöhen des Kondensations- oder Verdampfungsvermögens des Kältemittels durch einen Kondensator und einen Wärmetauscher reduzieren.
  • Außerdem ist durch die Vereinfachung des gesamten Systems eine Reduzierung der Herstellungskosten und des Gewichtes möglich, und die Raumausnutzung kann verbessert werden.
  • Die Erfindung wird mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
    • 1 ein Blockdiagramm eines Wärmepumpensystems für ein Fahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung;
    • 2 ein Betriebszustandsdiagramm zum Kühlen eines elektrischen Bauteils und eines Batteriemoduls durch ein Kühlmittel in einem Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung;
    • 3 ein Betriebszustandsdiagramm zum Kühlen eines Batteriemoduls durch ein Kältemittel in einem Kühlungsmodus eines Fahrzeuges in einem Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung;
    • 4 ein Betriebszustandsdiagramm zur Abwärmerückgewinnung von externer Wärme, einem elektrischen Bauteil und einem Batteriemodul in Abhängigkeit von einem Heizungsmodus in einem Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung;
    • 5 ein Betriebszustandsdiagramm zur Abwärmerückgewinnung von externer Wärme und einem elektrischen Bauteil in Abhängigkeit von einem Heizungsmodus in einem Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung;
    • 6 ein Betriebszustandsdiagramm für einen Heizungs- und Entfeuchtungsmodus in einem Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung;
    • 7 ein Betriebszustandsdiagramm zum Rückgewinnen und Kühlen von Abwärme eines elektrischen Bauteils in einem Heizungsmodus eines Fahrzeuges in einem Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung; und
    • 8 ein Betriebszustandsdiagramm zum Heizen eines Batteriemoduls in einem Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung.
  • Nachfolgend wird eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung im Detail beschrieben.
  • Beispielhafte Ausführungsformen, die in der Beschreibung offenbart sind, und die Konstruktionen, die in den Zeichnungen gezeigt sind, sind lediglich die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung und decken nicht den gesamten Bereich der Erfindung ab. Daher versteht es sich, dass es verschiedene Äquivalente und Variationen zu dem Zeitpunkt der Anmeldung dieser Beschreibung geben kann.
  • Um die Ausführungsformen der Erfindung zu verdeutlichen, werden Teile, die nicht mit der Beschreibung verbunden sind, weggelassen, und dieselben Elemente oder Äquivalente sind durch die Beschreibung hinweg mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
  • Ebenso sind die Größe und Dicke jedes Elements in den Zeichnungen willkürlich gezeigt, jedoch ist die Erfindung nicht unbedingt darauf beschränkt, und in den Zeichnungen sind die Dicke von Schichten, Filmen, Paneelen, Bereichen usw. zur Deutlichkeit übertrieben.
  • Außerdem 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.
  • Darüber hinaus bedeutet jeder der Begriffe, wie „... einheit”, „... mittel”, „... teil” und „...element", die in der Beschreibung beschrieben sind, eine Einheit eines umfangreichen Elements, das wenigstens eine Funktion oder einen Betrieb durchführt.
  • 1 zeigt ein Blockdiagramm eines Wärmepumpensystems für ein Fahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung.
  • Das Wärmepumpensystem für das Fahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung kann eine Temperatur eines Batteriemoduls 24 mittels eines Kühlers 30, in welchem ein Kältemittel und ein Kühlmittel wärmegetauscht werden, einstellen und Abwärme eines elektrischen Bauteils 15 und des Batteriemoduls 24 verwenden, um dadurch die Heizungseffizienz zu verbessern.
  • Hier können in dem Wärmepumpensystem für das Elektrofahrzeug eine Kühlvorrichtung 10 zum Kühlen des elektrischen Bauteils 15, eine Batteriekühlvorrichtung 20 zum Kühlen des Batteriemoduls 24, eine Heizvorrichtung 40 zum Heizen eines Innenraumes durch ein Kühlmittel, und eine Klimaanlage 50, die eine Klimatisierungsvorrichtung zum Kühlen des Innenraumes ist, gemeinsam miteinander verbunden sein.
  • Das heißt, mit Bezug auf 1 weist das Wärmepumpensystem die Kühlvorrichtung 10, die Batteriekühlvorrichtung 20, den Kühler 30 und die Heizvorrichtung 40 auf.
  • Zuerst weist die Kühlvorrichtung 10 einen Radiator 12, der mit einer Kühlmittelleitung 11 verbunden ist, eine erste Wasserpumpe 14, ein erstes Ventil V1, und einen Vorratsbehälter 17 auf.
  • Der Radiator 12 ist in einem Fahrzeug vorn angeordnet, und ein Kühlgebläse 13 ist an einer Rückseite des Radiators 12 vorgesehen, um das Kühlmittel durch Wärmeaustausch mit einer Umgebungsluft, z.B. durch den Betrieb des Kühlgebläses 13 zu kühlen.
  • Außerdem kann das elektrische Bauteil 15 eine elektrische Leistungssteuereinheit (EPCU), einen Elektromotor, einen Inverter oder ein bordeigenes Ladegerät (OBC) umfassen.
  • Das elektrische Bauteil 15, das wie oben beschrieben konfiguriert ist, kann in der Kühlmittelleitung 11 derart vorgesehen sein, dass es in einer wassergekühlten Weise gekühlt wird.
  • Dementsprechend kann, wenn die Abwärme des elektrischen Bauteils 15 in dem Heizungsmodus des Fahrzeuges zurückgewonnen wird, die von der EPCU, dem Elektromotor, dem Inverter oder dem OBC erzeugte Wärme zurückgewonnen werden.
  • Außerdem ist der Vorratsbehälter 17 in der Kühlmittelleitung 11 zwischen dem Radiator 12 und der ersten Wasserpumpe 14 vorgesehen. Der Vorratsbehälter 17 kann ein Kühlmittel speichern, das in dem Radiator 12 gekühlt wird.
  • Die Kühlvorrichtung 10 kann das Kühlmittel in der Kühlmittelleitung 11 durch den Betrieb der ersten Wasserpumpe 14 derart zirkulieren, dass das Kühlmittel zu dem elektrischen Bauteil 15 geführt wird, das in der Kühlmittelleitung 11 vorgesehen ist.
  • Hier kann die Kühlvorrichtung 10 mit einer ersten Zweigleitung 16 versehen sein. Ein erstes Ende der ersten Zweigleitung 16 kann mit dem ersten Ventil V1 verbunden sein, und ein zweites Ende der ersten Zweigleitung 16 kann mit der Kühlmittelleitung 11 zwischen dem Radiator 12 und der ersten Wasserpumpe 14 verbunden sein.
  • Dementsprechend zirkuliert, wenn die erste Zweigleitung 16 durch den Betrieb des ersten Ventils V1 in dem Heizmodus des Fahrzeuges geöffnet ist, die erste Zweigleitung 16 das Kühlmittel, das durch das elektrische Bauteil 15 hindurchtritt, wieder zu dem elektrischen Bauteil 15, ohne durch den Radiator 12 hindurchzutreten, um dadurch die Temperatur des Kühlmittels zu erhöhen.
  • In diesem Falle kann, wenn der Heizungsmodus des Fahrzeuges durchgeführt wird, in dem Zustand, in dem die mit der ersten Zweigleitung 16 verbundene Kühlmittelleitung 11 und das elektrische Bauteil 15 miteinander verbunden sind, das erste Ventil V1 die mit dem Radiator 12 verbundene Kühlmittelleitung 11 schließen, um den Zustrom des Kühlmittels zu dem Radiator 12 zu stoppen.
  • Die Batteriekühlvorrichtung 20 weist eine Batteriekühlmittelleitung 21, die über ein zweites Ventil V2 mit der Kühlmittelleitung 11 verbunden ist, eine zweite Wasserpumpe 22, die mit der Batteriekühlmittelleitung 21 verbunden ist, und das Batteriemodul 24 auf.
  • Die Batteriekühlvorrichtung 20 kann das Kühlmittel in dem Batteriemodul 24 durch einen Betrieb der zweiten Wasserpumpe 22 wahlweise zirkulieren.
  • Indessen kann das Batteriemodul 24 als ein wassergekühlter Typ ausgebildet sein, der Strom zu dem elektrischen Bauteil 15 führt und durch ein Kühlmittel, das entlang der Batteriekühlmittelleitung 21 strömt, gekühlt wird.
  • In der beispielhaften Ausführungsform ist der Kühler 30 in der Batteriekühlmittelleitung 21 zwischen dem zweiten Ventil V2 und dem Batteriemodul 24 vorgesehen.
  • Der Kühler 30 ist über eine Kältemittelverbindungsleitung 61 mit einer Kältemittelleitung 51 einer Klimaanlage 50 verbunden. Das heißt, der Kühler 30 kann ein wassergekühlter Wärmetauscher sein, in welchen ein Kühlmittel hineinströmt.
  • Dementsprechend kann der Kühler 30 die Temperatur des Kühlmittels durch Durchführen eines Wärmeaustausches zwischen dem Kühlmittel, das in der Batteriekühlmittelleitung 21 zirkuliert, und dem Kältemittel, das von der Klimaanlage 50 wahlweise zugeführt wird, regeln.
  • Außerdem kann die Heizvorrichtung 40 eine Heizungsleitung 41, die über ein drittes Ventil V3 mit der Kühlmittelleitung 11 verbunden ist, und eine dritte Wasserpumpe 42 und eine Heizung 52a aufweisen, die in der Heizungsleitung 41 vorgesehen sind, um das Kühlmittel mit der Temperatur, die erhöht wird, während es durch das elektrische Bauteil 15 hindurchtritt, dazu zu führen.
  • Die Heizung 52a kann in einem HVAC(Heizung, Lüftung, Klimatisierung)-Modul 52 vorgesehen sein, das in der Klimaanlage 50 einbezogen ist.
  • Hier kann eine Kühlmittelheizung 43 in der Heizungsleitung 41 zwischen der dritten Wasserpumpe 42 und der Heizung 52a vorgesehen sein, um das in der Heizungsleitung 41 zirkulierende Kühlmittel wahlweise zu heizen.
  • Die Kühlmittelheizung 43 wird betrieben, wenn die Temperatur des Kühlmittels, das in dem Heizungsmodus des Fahrzeuges zu der Heizung 52a geführt wird, kleiner als eine Zieltemperatur ist, um das in der Heizungsleitung 41 zirkulierte Kühlmittel zu heizen, wodurch das Kühlmittel, dessen Temperatur erhöht wird, zu der Heizung 52a strömt.
  • Die Kühlmittelheizung 43 kann eine elektrische Heizung sein, die entsprechend der Stromzufuhr arbeitet.
  • Andererseits ist es in der beispielhaften Ausführungsform beschrieben, dass die Kühlmittelheizung 43 in der Heizungsleitung 41 vorgesehen ist, jedoch ist die Erfindung nicht darauf beschränkt, und anstelle der Kühlmittelheizung 43 kann eine Luftheizung 45 verwendet werden, um die Temperatur der in den Innenraum des Fahrzeuges hineinströmenden Außenluft zu erhöhen.
  • Die Luftheizung 45 kann an der Rückseite der Heizung 52a in Richtung zu dem Innenraum des Fahrzeuges in dem HVAC-Modul 52 angeordnet sein, um die durch die Heizung 52a hindurchtretende Außenluft wahlweise zu heizen.
  • Das heißt, die Heizvorrichtung 40 kann mit einer von der Kühlmittelheizung 43 und der Luftheizung 45 verwendet werden.
  • Die Heizvorrichtung 40, die wie oben beschrieben ausgebildet ist, führt in dem Heizungsmodus des Fahrzeuges das von der Kühlvorrichtung 10 eingeführte Hochtemperatur-Kühlmittel zu der Heizungsleitung 41 oder das Kühlmittel, dessen Temperatur erhöht wird, während es durch die Heizungsleitung 41 hindurch zirkuliert, durch den Betrieb der dritten Wasserpumpe 42 zu der Heizung 52a, um dadurch den Fahrzeuginnenraum zu heizen.
  • Hier können die erste, die zweite und die dritte Wasserpumpe 14, 22 und 42 elektrische Wasserpumpen sein.
  • Andererseits weist in der beispielhaften Ausführungsform die Batteriekühlvorrichtung 20 ferner ein viertes Ventil V4 und eine zweite Zweigleitung 26 auf, welche zwischen der zweiten Wasserpumpe 22 und dem Batteriemodul 24 vorgesehen sind.
  • Ein erstes Ende der zweiten Zweigleitung 26 ist mit dem vierten Ventil V4 verbunden. Ein zweites Ende der zweiten Zweigleitung 26 kann mit der Batteriekühlmittelleitung 21 verbunden sein, welche das Batteriemodul 24 und den Kühler 30 miteinander verbindet.
  • Wenn eine Abwärme des Batteriemoduls 24 nicht zurückgewonnen wird, um die Temperatur des Batteriemoduls 24 beizubehalten, kann die zweite Zweigleitung 26 durch den Betrieb des vierten Ventils V4 wahlweise geöffnet werden, so dass das Kühlmittel nicht zu dem Batteriemodul 24 geführt wird.
  • Dementsprechend kann, wenn die zweite Zweigleitung 26 geöffnet ist, das vierte Ventil V4 die mit dem Batteriemodul 24 verbundene Batteriekühlmittelleitung 21 schließen.
  • Dann kann in der Batteriekühlvorrichtung 20 durch den Betrieb der zweiten Wasserpumpe 22 das Kühlmittel entlang der geöffneten Batteriekühlmittelleitung 21 und der geöffneten zweiten Zweigleitung 26 zirkulieren, ohne durch das Batteriemodul 24 hindurchzutreten.
  • In der beispielhaften Ausführungsform weist die Klimaanlage 50 das HVAC-Modul 52, einen Kondensator 53, einen Wärmetauscher 54, ein erstes Expansionsventil 55, einen Verdampfer 56 und einen Kompressor 59 auf, welche über die Kältemittelleitung 51 miteinander verbunden sind.
  • Zuerst umfasst das HVAC-Modul 52 den Verdampfer 56, der über die Kältemittelleitung 51 damit verbunden ist, und eine Öffnungs- und Schließklappe 52b zur Steuerung der durch den Verdampfer 56 hindurchtretenden Außenluft derart, dass sie in Abhängigkeit von dem Kühlungs-, dem Heizungs- und dem Heizungs- und Entfeuchtungsmodus des Fahrzeuges wahlweise in die Heizung 52a eingeführt werden kann.
  • Das heißt, in dem Heizungsmodus des Fahrzeuges ist die Öffnungs- und Schließtür 52b geöffnet, um zu ermöglichen, dass die durch den Verdampfer 56 hindurchtretende Außenluft in die Heizung 52a eingeführt wird. Im Gegensatz dazu schließt in dem Kühlungsmodus des Fahrzeuges die Öffnungs- und Schließklappe 52b die Heizung 52a ab, so dass die Außenluft, die gekühlt wird, während sie durch den Verdampfer 56 hindurchtritt, direkt in das Fahrzeug hineinströmt.
  • Hier kann, wenn die Kühlmittelheizung 43 in der Heizvorrichtung 40 nicht vorgesehen ist, die in dem HVAC-Modul 52 vorgesehene Luftheizung 45 an einer entgegengesetzten Seite des Verdampfers 56 mit der dazwischen angeordneten Heizung 52a vorgesehen sein.
  • Die Luftheizung 45 kann betrieben werden, um die Temperatur der durch die Heizung 52a hindurchtretenden Außenluft zu erhöhen, wenn die Temperatur des zu der Heizung 52a geführten Kühlmittels kleiner als eine Zieltemperatur zum Heizen des Innenraumes ist.
  • Andererseits kann die Luftheizung 45 in dem HVAC-Modul 52 vorgesehen sein, wenn die Kühlmittelheizung 43 in der Heizungsleitung 41 nicht vorgesehen ist.
  • Das heißt, in dem Wärmepumpensystem gemäß Ausführungsformen der Erfindung kann lediglich eine von der Kühlmittelheizung 43 und der Luftheizung 45 verwendet werden.
  • In der beispielhaften Ausführungsform ist der Kondensator 53 mit der Kältemittelleitung 51 verbunden, um zu ermöglichen, dass das Kältemittel dahindurch tritt, und ist mit der Heizungsleitung 41 verbunden, um zu ermöglichen, dass das durch die Heizvorrichtung 40 hindurch zirkulierende Kühlmittel dahindurchtritt.
  • Der Kondensator 53 kann das Kältemittel durch Wärmeaustausch mit dem über die Heizungsleitung 41 zugeführten Kühlmittel kondensieren. Mit anderen Worten kann der Kondensator 53 ein wassergekühlter Wärmetauscher sein, in welchen das Kühlmittel hineinströmt.
  • Der Kondensator 53, der wie oben beschrieben konfiguriert ist, kann einen Wärmeaustausch zwischen dem von dem Kompressor 59 zugeführten Kältemittel und dem von der Heizvorrichtung 40 zugeführten Kühlmittel durchführen, um das Kältemittel zu kondensieren.
  • In der beispielhaften Ausführungsform kann der Wärmetauscher 54 in der Kältemittelleitung 51 zwischen dem Kondensator 53 und dem Verdampfer 56 vorgesehen sein.
  • Das erste Expansionsventil 55 ist in der Kältemittelleitung 51 zwischen dem Wärmetauscher 54 und dem Verdampfer 56 vorgesehen. Das erste Expansionsventil 55 nimmt das durch den Wärmetauscher 54 hindurchtretende Kältemittel auf, um es zu expandieren.
  • Ein Speicher 57 ist in der Kältemittelleitung 51 zwischen dem Verdampfer 56 und dem Kompressor 59 vorgesehen und mit der Kältemittelverbindungsleitung 61 verbunden.
  • Ein solcher Speicher 57 verbessert die Effizienz und die Haltbarkeit des Kompressors 59 durch Zuführen lediglich des gasförmigen Kältemittels zu dem Kompressor 59.
  • In der beispielhaften Ausführungsform ist das erste Ende der Kältemittelverbindungsleitung 61 mit der Kältemittelleitung 51 zwischen dem Wärmetauscher 54 und dem ersten Expansionsventil 55 verbunden. Das zweite Ende der Kältemittelverbindungsleitung 61 kann mit dem Speicher 57 verbunden sein.
  • Hier kann der Speicher 57 das gasförmige Kältemittel des über die Kältemittelverbindungsleitung 61 zugeführten Kältemittels zu dem Kompressor 59 führen.
  • Andererseits ist die Kältemittelverbindungsleitung 61 mit einem zweiten Expansionsventil 63 versehen, und die Kältemittelleitung 51 zwischen dem Kondensator 53 und dem Wärmetauscher 54 kann mit einem dritten Expansionsventil 65 versehen sein.
  • Das zweite Expansionsventil 63 kann das über die Kältemittelverbindungsleitung 61 eingeführte Kältemittel expandieren, um zu dem Kühler 30 zu strömen, wenn das Batteriemodul 24 mit dem Kältemittel gekühlt wird.
  • Hier wird in dem Heizungsmodus und dem Heizungs- und Entfeuchtungsmodus des Fahrzeuges das zweite Expansionsventil 63 betrieben, wenn die Abwärme des elektrischen Bauteils 15 oder des Batteriemoduls 24 zurückgewonnen wird.
  • Das zweite Expansionsventil 63 kann das über die Kältemittelverbindungsleitung 61 eingeführte Kältemittel wahlweise expandieren, um zu dem Kühler 30 zu strömen.
  • Das heißt, das zweite Expansionsventil 63 expandiert das von dem Wärmetauscher 54 abgeführte und in den Kühler 30 hineinströmende Kältemittel, während die Temperatur des Kältemittels verringert wird, wodurch die Temperatur des Kühlmittels weiter verringert werden kann.
  • Infolgedessen kann das Batteriemodul 24 durch Einströmen des Kühlmittels mit der niedrigeren Temperatur, während es durch den Kühler 30 hindurchtritt, effizienter gekühlt werden.
  • Das dritte Expansionsventil 65 kann in dem Heizungsmodus und dem Heizungs- und Entfeuchtungsmodus des Fahrzeuges das Kühlmittel, das in den Wärmetauscher 54 eingeführt wird, wahlweise expandieren.
  • Hier kann der Wärmetauscher 54 das von dem Kondensator 53 kondensierte Kältemittel durch Wärmeaustausch mit der Außenluft in Abhängigkeit von dem wahlweisen Betrieb des dritten Expansionsventils 65 weiter kondensieren oder verdampfen.
  • Mit anderen Worten ist der Wärmetauscher 54 an der Vorderseite des Radiators 12 angeordnet, um das Kühlmittel, das darin eingeführt wurde, mit der Außenluft gemeinsam wärmezutauschen.
  • Indessen kann, wenn der Wärmetauscher 54 das Kältemittel kondensiert, der Wärmetauscher 54 die Nebenkühlung des Kältemittels durch weiteres Kondensieren des in dem Kondensator 53 kondensierten Kältemittels erhöhen, um dadurch einen Wirkungsgrad (COP) zu verbessern, welcher ein Koeffizient der Kühlkapazität im Vergleich zu der von dem Kompressor 59 geforderten Leistung ist.
  • Der Kompressor 59 ist über die Kältemittelleitung 51 zwischen den Verdampfer 56 und den Kondensator 53 geschaltet. Dieser Kompressor 59 kann das Kältemittel im Gaszustand komprimieren und das komprimierte Kältemittel an den Kondensator 53 zuführen.
  • Das erste, das zweite und das dritte Expansionsventil 55, 63 und 65 können elektronische Expansionsventile sein, die das Kältemittel wahlweise expandieren, während sie die Strömung des durch die Kältemittelleitung 51 oder die Kältemittelverbindungsleitung 61 hindurchtretenden Kältemittels steuern.
  • Außerdem kann das erste Ventil V1 ein 3-Wegeventil sein, das die Strömung verteilen kann, und das zweite und das dritte Ventil V2 und V3 können 4-Wegeventile sein.
  • Nachfolgend werden der Betrieb und die Wirkung des Wärmepumpensystems für das Fahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung mit Bezug auf die 2 bis 8 im Detail beschrieben.
  • Zuerst wird der Betrieb des Wärmepumpensystems für das Fahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung mit Bezug auf 2 beschrieben, wenn das elektrische Bauteil 15 und das Batteriemodul 24 durch das Kühlmittel gekühlt werden.
  • 2 zeigt ein Betriebszustandsdiagramm zum Kühlen eines elektrischen Bauteils und eines Batteriemoduls durch ein Kühlmittel in einem Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung.
  • Mit Bezug auf 2 ist die erste Zweigleitung 16 durch den Betrieb des ersten Ventils V1 geschlossen.
  • Außerdem ist die Batteriekühlmittelleitung 21 durch den Betrieb des zweiten Ventils V2 mit der Kühlmittelleitung 11 verbunden.
  • Dementsprechend sind in der Batteriekühlvorrichtung 20 die Kühlmittelleitung 11 und die Batteriekühlmittelleitung 21 durch den Betrieb des zweiten Ventils V2 miteinander verbunden, und das von der Kühlvorrichtung 10 zugeführte Kühlmittel kann zirkuliert werden.
  • In diesem Zustand wird in der Kühlvorrichtung 10 die erste Wasserpumpe 14 betrieben, um das elektrische Bauteil 15 zu kühlen. Außerdem wird in der Batteriekühlvorrichtung 20 die zweite Wasserpumpe 22 betrieben, um das Batteriemodul 24 zu kühlen.
  • Dementsprechend wird durch den Betrieb der ersten und der zweiten Wasserpumpe 14 und 22 das in dem Radiator 12 gekühlte und in dem Vorratsbehälter 17 gespeicherte Kühlmittel zu dem elektrischen Bauteil 15 geführt, nachdem es durch das Batteriemodul 24 hindurchgetreten ist.
  • Das heißt, das in dem Vorratsbehälter 17 gespeicherte Kühlmittel wird zuerst durch den Betrieb des zweiten Ventils V2 zu dem Batteriemodul 24 geführt, während es durch die mit der Kühlmittelleitung 11 verbundene Batteriekühlmittelleitung 21 hindurch zirkuliert.
  • Dann tritt das durch das Batteriemodul 24 hindurchgetretene Kühlmittel durch das elektrische Bauteil 15 hindurch und strömt dann wieder in den Radiator 12 hinein.
  • Das heißt, das in dem Radiator 12 gekühlte und in dem Vorratsbehälter 17 gespeicherte Kühlmittel zirkuliert durch den Betrieb der ersten und der zweiten Wasserpumpe 14 und 22 jeweils durch die Kühlmittelleitung 11 und die Batteriekühlmittelleitung 21 hindurch, um das elektrische Bauteil 15 und das Batteriemodul 24 effizient zu kühlen.
  • Die Klimaanlage 50 wird nicht betrieben, da der Kühlungsmodus des Fahrzeuges nicht aktiviert ist.
  • Andererseits ist, obwohl es in der beispielhaften Ausführungsform beschrieben wurde, dass sowohl das elektrische Bauteil 15 als auch das Batteriemodul 24 gekühlt werden, die Erfindung nicht darauf beschränkt, und wenn eines von dem elektrischen Bauteil 15 und dem Batteriemodul 24 separat gekühlt werden, können die erste und die zweite Wasserpumpe 14 und 22 und das zweite Ventil V2 wahlweise betrieben werden.
  • Ein Betrieb im Falle des Kühlens des Batteriemoduls 24 in dem Kühlungsmodus des Fahrzeuges wird mit Bezug auf 3 beschrieben.
  • 3 zeigt ein Betriebszustandsdiagramm zum Kühlen eines Batteriemoduls durch ein Kältemittel in einem Kühlungsmodus eines Fahrzeuges in einem Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung.
  • Mit Bezug auf 3 wird in der Kühlvorrichtung 10 das Kühlmittel durch den Betrieb der ersten Wasserpumpe 14 in der Kühlmittelleitung 11 zirkuliert. Dementsprechend wird das durch den Radiator 12 gekühlte Kühlmittel zu dem elektrischen Bauteil 15 zirkuliert.
  • Hierin ist die erste Zweigleitung 16 durch den Betrieb des ersten Ventils V1 geschlossen .
  • In der Heizvorrichtung 40 sind die Kühlmittelleitung 11 und die Heizungsleitung 41 durch den Betrieb des dritten Ventils V3 miteinander verbunden, so dass das von der Kühlvorrichtung 11 zugeführte Kühlmittel zirkuliert wird.
  • Daher kann das von dem Radiator 12 gekühlte Kühlmittel durch den Betrieb der ersten und der dritten Wasserpumpe 14 und 42 zu dem Kondensator 53 geführt werden.
  • Die Kühlmittelleitung 11 und die Batteriekühlmittelleitung 21 bilden durch den Betrieb des zweiten Ventils V2 jeweils einen unabhängigen geschlossenen Kreislauf.
  • Daher kann in der Batteriekühlvorrichtung 20 das durch den Kühler 30 hindurchtretende Kühlmittel durch den Betrieb der zweiten Wasserpumpe 22 entlang der Batteriekühlmittelleitung 21 zu dem Batteriemodul 24 geführt werden.
  • Hierin ist in der Batteriekühlvorrichtung 20 die zweite Zweigleitung 26 durch den Betrieb des vierten Ventils V4 geschlossen.
  • In der Batteriekühlvorrichtung 20 kann das Kühlmittel zu dem Batteriemodul 24 und dem Kühler 30 geführt werden, während es durch den Betrieb der zweiten Wasserpumpe 22 entlang der Batteriekühlmittelleitung 21 zirkuliert.
  • Das heißt, die Batteriekühlvorrichtung 20 kann durch den Betrieb des zweiten Ventils V2 einen geschlossenen Kreislauf bilden, in welchem das Kühlmittel entlang der Batteriekühlmittelleitung 21 unabhängig zirkuliert wird.
  • In der Klimaanlage 50 arbeitet jedes Bauelement, um den Innenraum des Fahrzeuges zu kühlen. Dementsprechend wird das Kältemittel entlang der Kältemittelleitung 51 zirkuliert.
  • Hierin ist die Kältemittelleitung 51, die den Wärmetauscher 54 und den Verdampfer 56 miteinander verbindet, durch den Betrieb des ersten Expansionsventils 55 geöffnet. Die Kältemittelverbindungsleitung 61 ist durch den Betrieb des zweiten Expansionsventils 63 geöffnet.
  • Dann kann das durch den Wärmetauscher 54 hindurchgetretene Kältemittel entlang der Kältemittelleitung 51 und der Kältemittelverbindungsleitung 61 zirkuliert werden.
  • Hierin können das erste und das zweite Expansionsventil 55 und 63 das Kältemittel expandieren, so dass das expandierte Kältemittel jeweils zu dem Verdampfer 56 und dem Kühler 30 geführt wird. Das dritte Expansionsventil 65 kann das von dem Kondensator 53 zugeführte Kältemittel zu dem Wärmetauscher 54 strömen, ohne zu expandieren.
  • Indessen führt die Heizvorrichtung 40 das von der Kühlvorrichtung 10 zugeführte Kühlmittel durch den Betrieb der dritten Wasserpumpe 42 zu dem Kondensator 53.
  • Dementsprechend kondensiert der Kondensator 53 das Kältemittel unter Verwendung des Kühlmittels, das entlang der Heizungsleitung 41 strömt. Ebenso kann der Wärmetauscher 54 durch den Betrieb des dritten Expansionsventils 65 zusätzlich das von dem Kondensator 53 eingeführte Kältemittel durch Wärmeaustausch mit der Außenluft kondensieren.
  • Das durch den Kühler 30 hindurchgetretene Kühlmittel wird durch den Betrieb der zweiten Wasserpumpe 22 entlang der Batteriekühlmittelleitung 21 zirkuliert, so dass das Batteriemodul 24 gekühlt wird.
  • Das durch den Kühler 30 hindurchtretende Kühlmittel wird durch Wärmeaustausch mit dem expandierten Kältemittel, das zu dem Kühler 30 geführt wird, gekühlt. Das in dem Kühler 30 gekühlte Kühlmittel wird zu dem Batteriemodul 24 geführt. Dementsprechend wird das Batteriemodul 24 durch das gekühlte Kühlmittel gekühlt.
  • Das heißt, das zweite Expansionsventil 63 expandiert etwas von dem Kältemittel über den Wärmetauscher 54, um das expandierte Kältemittel zu dem Kühler 30 zu führen, und öffnet die Kältemittelverbindungsleitung 61.
  • Dementsprechend wird das von dem Wärmetauscher 54 abgeführte Kältemittel durch den Betrieb des zweiten Expansionsventils 63 expandiert, um in einen Niedrigtemperatur- und Niederdruck-Zustand einzutreten, und strömt in den Kühler 30, der mit der Kältemittelverbindungsleitung 61 verbunden ist.
  • Dann wird das in den Kühler 30 eingeführte Kältemittel mit dem Kühlmittel wärmegetauscht und strömt dann zu dem Kompressor 59, nachdem es über die Kältemittelmittelverbindungsleitung 61 durch den Speicher 57 hindurchgetreten ist.
  • Mit anderen Worten wird das Kühlmittel mit der erhöhten Temperatur vom Kühlen des Batteriemoduls 24 durch Wärmeaustausch mit dem Niedrigtemperatur- und Niederdruck-Kältemittel in dem Kühler 30 gekühlt. Das gekühlte Kühlmittel wird wieder entlang der Batteriekühlmittelleitung 21 zu dem Batteriemodul 24 geführt.
  • Das heißt, das in der Batteriekühlvorrichtung 20 zirkulierte Kühlmittel kann das Batteriemodul 24 effizient kühlen, während der oben beschriebene Vorgang wiederholt wird.
  • Indessen strömt das übrige Kältemittel, das von dem Wärmetauscher 54 abgeführt wird, durch die Kältemittelleitung 51 hindurch, um den Innenraum des Fahrzeuges zu kühlen, und tritt fortlaufend durch das erste Expansionsventil 55, den Verdampfer 56, den Kompressor 59 und den Kondensator 53 hindurch.
  • Hier wird die Außenluft, die in das HVAC-Modul 52 eingeführt wird, durch das Niedrigtemperatur-Kältemittel, das in den Verdampfer 56 eingeführt wird, gekühlt, während sie durch den Verdampfer 56 hindurchtritt.
  • Zu diesem Zeitpunkt reduziert die Öffnungs- und Schließklappe 52b einen Teil der gekühlten Außenluft, die durch die Heizung 52a hindurchtritt, um nicht durch die Heizung 52a hindurchzutreten. Daher kann die gekühlte Außenluft direkt in den Innenraum des Fahrzeuges geleitet werden, um dadurch den Innenraum des Fahrzeuges zu kühlen.
  • Andererseits wird in dem Verdampfer 56 das Kältemittel, dessen kondensierte Menge erhöht wird, während es fortlaufend durch den Kondensator 53 und den Wärmetauscher 54 hindurchtritt, expandiert und zugeführt, um dadurch das Kältemittel mit der weiter verringerten Temperatur zu verdampfen.
  • Das heißt, in der beispielhaften Ausführungsform kondensiert der Kondensator 53 das Kältemittel, und der Wärmetauscher 54 kondensiert weiter das Kältemittel, um dadurch die Nebenkühlung des Kältemittels zu begünstigen.
  • Da das nebengekühlte Kältemittel mit der niedrigen Temperatur in dem Verdampfer 56 verdampft, kann die Temperatur des Kältemittels, das in dem Verdampfer 56 wärmegetauscht wird, weiter reduziert werden, um dadurch die Leistung und Effizienz der Kühlung zu verbessern.
  • Während der oben beschriebene Vorgang wiederholt wird, kann in dem Kühlungsmodus das Kältemittel den Innenraum des Fahrzeuges kühlen und gleichzeitig das Kühlmittel durch den Wärmeaustausch kühlen, während es durch den Kühler 30 hindurchtritt.
  • Das von dem Kühler 30 gekühlte Kühlmittel mit einer niedrigen Temperatur strömt zu dem Batteriemodul 24. Dementsprechend kann das Batteriemodul 24 durch das zugeführte Niedrigtemperatur-Kühlmittel effizient gekühlt werden.
  • In der beispielhaften Ausführungsform wird der Betrieb für den Fall der Rückgewinnung der Abwärme von der externen Wärmequelle, dem elektrischen Bauteil 15 und dem Batteriemodul 24 in dem Heizungsmodus des Fahrzeuges mit Bezug auf 4 beschrieben.
  • 4 zeigt ein Betriebszustandsdiagramm zur Abwärmerückgewinnung von externer Wärme, einem elektrischen Bauteil und einem Batteriemodul in Abhängigkeit von einem Heizungsmodus in einem Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung.
  • Mit Bezug auf 4 kann das Wärmepumpensystem die externe Wärme von der Außenluft zusammen mit der Abwärme des elektrischen Bauteils 15 und des Batteriemoduls 24 in einem anfänglichen Start-Leerlauf-Zustand des Fahrzeuges oder während eines anfänglichen Fahrzustands, in dem die Abwärme des elektrischen Bauteils 15 unzureichend ist, absorbieren.
  • Zuerst wird in der Kühlvorrichtung 10 die erste Wasserpumpe 14 zur Zirkulation des Kühlmittels betrieben.
  • Hierin ist die erste Zweigleitung 16 durch den Betrieb des ersten Ventils V1 geöffnet.
  • Gleichzeitig sind in der Kühlvorrichtung 10 auf der Basis der ersten Zweigleitung 16 ein Abschnitt der Kühlmittelleitung 11, der mit dem Radiator 12 verbunden ist, und ein Abschnitt der Kühlmittelleitung 11, der den Radiator 12 und den Vorratsbehälter 17 miteinander verbindet, durch den Betrieb des ersten Ventils V1 geschlossen.
  • In diesem Zustand kann das durch das elektrische Bauteil 15 hindurchtretende Kühlmittel durch den Betrieb der ersten Wasserpumpe 14 entlang der geöffneten ersten Zweigleitung 16 und der Kühlmittelleitung 11 zirkuliert werden, ohne durch den Radiator 12 hindurchzutreten.
  • Indessen sind in der Batteriekühlvorrichtung 20 die Kühlmittelleitung 11 und die Batteriekühlmittelleitung 21 durch den Betrieb des zweiten Ventils V2 miteinander verbunden.
  • Hierin ist die zweite Zweigleitung 26 durch den Betrieb des vierten Ventils V4 geschlossen .
  • Dementsprechend wird das durch das elektrische Bauteil 15 hindurchtretende Kühlmittel in die Batteriekühlmittelleitung 21 geströmt. Das von der Kühlmittelleitung 11 zu der Batteriekühlmittelleitung 21 strömende Kühlmittel kann durch den Betrieb der zweiten Wasserpumpe 22 entlang der Batteriekühlmittelleitung 21 zu dem Kühler 30 geführt werden, nachdem es durch das Batteriemodul 24 hindurchgetreten ist.
  • Das heißt, das durch das elektrische Bauteil 15 und das Batteriemodul 24 hindurchtretende Kühlmittel kann kontinuierlich entlang der Kühlmittelleitung 11, der ersten Zweigleitung 16 und der Batteriekühlmittelleitung 21 zirkulieren, ohne durch den Radiator 12 hindurchzutreten.
  • Dementsprechend wird die Temperatur des Kühlmittels durch Absorbieren der Abwärme von dem elektrischen Bauteil 15 und dem Batteriemodul 24 erhöht.
  • Das Kühlmittel mit der erhöhten Temperatur kann zu dem Kühler 30 geführt werden, der in der Batteriekühlmittelleitung 21 vorgesehen ist. Das heißt, die von dem elektrischen Bauteil 15 und dem Batteriemodul 24 erzeugte Abwärme erhöht die Temperatur des Kühlmittels, das jeweils durch die Kühlmittelleitung 11 und die Batteriekühlmittelleitung 21 hindurch zirkuliert.
  • In der Heizvorrichtung 40 zirkuliert das Kühlmittel durch den Betrieb der dritten Wasserpumpe 42 entlang der Heizungsleitung 41.
  • Die Kühlmittelleitung 11 und die Heizungsleitung 41 können durch den Betrieb des dritten Ventils V3 den unabhängigen geschlossenen Kreislauf bilden.
  • Daher kann das durch die Heizungsleitung 41 hindurch zirkulierende Kühlmittel durch den Betrieb der dritten Wasserpumpe 42 zu dem Kondensator 53 geführt werden, nachdem es durch die Heizung 52a hindurchgetreten ist.
  • Hier wird die Kühlmittelheizung 43 betrieben, wenn die Temperatur des entlang der Heizungsleitung 41 zirkulierenden Kühlmittels kleiner als die Zieltemperatur ist, so dass das in der Heizungsleitung 41 zirkulierende Kühlmittel geheizt werden kann.
  • Andererseits arbeitet, wenn die Luftheizung 45 anstelle der Kühlmittelheizung 43 verwendet wird, die Luftheizung 45, wenn die Temperatur der durch die Heizung 52a hindurchtretenden Außenluft kleiner als die Zieltemperatur ist, und die in den Innenraum des Fahrzeuges eingeführte Außenluft kann geheizt werden.
  • In der Klimaanlage 50 arbeitet jedes Bauelement, um den Innenraum des Fahrzeuges zu heizen. Daher wird das Kältemittel entlang der Kältemittelleitung 51 zirkuliert.
  • Hier ist die Kältemittelleitung 51, die den Kondensator 53 und den Verdampfer 56 miteinander verbindet, durch den Betrieb des ersten Expansionsventils 55 geschlossen.
  • Die Kältemittelverbindungsleitung 61 ist durch den Betrieb des zweiten Expansionsventils 63 geöffnet.
  • Hier kann das zweite Expansionsventil 63 das Kältemittel durch Expandieren des von dem Wärmetauscher 54 zu der Kältemittelverbindungsleitung 61 geführten Kältemittels zu dem Kühler 30 führen.
  • Das dritte Expansionsventil 65 kann auch das Kältemittel durch Expandieren des von dem Kondensator 53 zugeführten Kältemittels zu dem Wärmetauscher 54 führen.
  • Daher gewinnt der Wärmetauscher 54 die externe Wärme zurück, während das expandierte Kältemittel durch den Wärmeaustausch mit der Außenluft verdampft.
  • Das Kühlmittel, welches die Abwärme des elektrischen Bauteils 15 und des Batteriemoduls 24 absorbiert und in der Temperatur erhöht wird, wird, während es durch den Betrieb der ersten und der zweiten Wasserpumpe 14 und 22 durch den Kühler 30 hindurchtritt, durch Erhöhen der Temperatur des zu dem Kühler 30 geführten Kältemittels zurückgewonnen.
  • Das heißt, der Kühler 30 nimmt das Kältemittel, das von dem Wärmetauscher 54 zugeführt wird und durch den Betrieb des zweiten Expansionsventils 63 expandiert wird, über die Kältemittelverbindungsleitung 61 auf und verdampft das zugeführte Kältemittel durch Wärmeaustausch mit dem Kühlmittel, dessen Temperatur erhöht wird, während es durch das elektrische Bauteil 15 und das Batteriemodul 24 hindurchtritt, wodurch die Abwärme des elektrischen Bauteils 15 und des Batteriemoduls 24 zurückgewonnen wird.
  • Als nächstes wird das durch den Kühler 30 hindurchtretende Kältemittel entlang der Kältemittelverbindungsleitung 61 zu dem Speicher 57 geführt.
  • Das zu dem Speicher 57 geführte Kältemittel wird in Gas und Flüssigkeit getrennt. Von dem in Gas und Flüssigkeit getrennten Kältemittel wird das gasförmige Kältemittel zu dem Kompressor 59 geführt.
  • Das Kältemittel, das mit der hohen Temperatur und dem hohen Druck von dem Kompressor 59 komprimiert ist, strömt zu dem Kondensator 53.
  • Hier kann das zu dem Kondensator 53 geführte Kältemittel die Temperatur des Kühlmittels durch Wärmeaustausch mit dem durch die Heizungsleitung 41 hindurch zirkulierenden Kühlmittel erhöhen.
  • Indessen ist die Öffnungs- und Schließklappe 52b geöffnet, so dass die in das HVAC-Modul 52 eingeführte und durch den Verdampfer 56 hindurchtretende Außenluft durch die Heizung 52a hindurchtritt.
  • Infolgedessen strömt die von der Außenseite eingeführte Außenluft in den Innenraum in einem ungekühlten Temperaturzustand ein, wenn sie durch den Verdampfer 56 hindurchtritt, welchem das Kältemittel nicht zugeführt wird. Die eingeführte Außenluft wird in einen Hochtemperaturzustand umgewandelt, während sie durch die Heizung 52a hindurchtritt, um in den Innenraum des Fahrzeuges eingeführt zu werden, wodurch das Heizen des Innenraumes des Fahrzeuges realisiert wird.
  • Das heißt, das Wärmepumpensystem gemäß der beispielhaften Ausführungsform absorbiert die externe Wärme von dem Wärmetauscher 54, wenn das Kühlen erforderlich ist, und wird in dem anfänglichen Start-Leerlauf-Zustand des Fahrzeuges oder während des anfänglichen Fahrzustands verwendet, um die Temperatur des Kältemittels durch die Abwärme des elektrischen Bauteils 15 und des Batteriemoduls 24 zu erhöhen, wodurch der Energieverbrauch des Kompressors 59 reduziert wird und die Kühlungseffizienz verbessert wird.
  • In der beispielhaften Ausführungsform wird der Betrieb für den Fall der Rückgewinnung der Abwärme von der externen Wärmequelle und dem elektrischen Bauteil 15 in dem Heizungsmodus des Fahrzeuges mit Bezug auf 5 beschrieben.
  • 5 zeigt ein Betriebszustandsdiagramm zur Abwärmerückgewinnung von externer Wärme und einem elektrischen Bauteil in Abhängigkeit von einem Heizungsmodus in einem Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung.
  • Mit Bezug auf 5 kann das Wärmepumpensystem die externe Wärme von der Außenluft zusammen mit der Abwärme des elektrischen Bauteils 15 in einem anfänglichen Start-Leerlauf-Zustand des Fahrzeuges oder während eines anfänglichen Fahrzustands, in dem die Abwärme des elektrischen Bauteils 15 unzureichend ist, absorbieren.
  • Zuerst wird in der Kühlvorrichtung 10 die erste Wasserpumpe 14 zur Zirkulation des Kühlmittels betrieben.
  • Hierin ist die erste Zweigleitung 16 durch den Betrieb des ersten Ventils V1 geöffnet.
  • Gleichzeitig sind in der Kühlvorrichtung 10 auf der Basis der ersten Zweigleitung 16 ein Abschnitt der Kühlmittelleitung 11, der mit dem Radiator 12 verbunden ist, und ein Abschnitt der Kühlmittelleitung 11, der den Radiator 12 und den Vorratsbehälter 17 miteinander verbindet, durch den Betrieb des ersten Ventils V1 geschlossen.
  • In diesem Zustand kann das durch das elektrische Bauteil 15 hindurchtretende Kühlmittel durch den Betrieb der ersten Wasserpumpe 14 entlang der geöffneten ersten Zweigleitung 16 und der Kühlmittelleitung 11 zirkuliert werden, ohne durch den Radiator 12 hindurchzutreten.
  • Indessen sind in der Batteriekühlvorrichtung 20 die Kühlmittelleitung 11 und die Batteriekühlmittelleitung 21 durch den Betrieb des zweiten Ventils V2 miteinander verbunden.
  • Daher wird das durch das elektrische Bauteil 15 hindurchtretende Kühlmittel in die Batteriekühlmittelleitung 21 geströmt.
  • Hierin ist die zweite Zweigleitung 26 durch den Betrieb des vierten Ventils V4 geöffnet. In diesem Zustand ist basierend auf der zweiten Zweigleitung 26 die mit dem Batteriemodul 24 verbundene Batteriekühlmittelleitung 21 geschlossen.
  • Dementsprechend ist die mit dem Kühler 30 verbundene Batteriekühlmittelleitung 21 durch die zweite Zweigleitung 26 geöffnet.
  • Daher wird das Kühlmittel, dessen Temperatur erhöht wird, während es durch das elektrische Bauteil 15 hindurchtritt, durch den Betrieb der zweiten Wasserpumpe 22 entlang der Batteriekühlmittelleitung 21 und der zweiten Zweigleitung 26 zirkuliert und kann zu dem Kühler 30 geführt werden.
  • Das heißt, das durch das elektrische Bauteil 15 hindurchtretende Kühlmittel kann kontinuierlich entlang der Kühlmittelleitung 11, der Batteriekühlmittelleitung 21 und der zweiten Zweigleitung 26 zirkulieren, ohne durch den Radiator 12 hindurchzutreten. Dementsprechend wird die Temperatur des Kühlmittels durch Absorbieren der Abwärme von dem elektrischen Bauteil 15 erhöht.
  • Das Kühlmittel mit der erhöhten Temperatur kann zu dem Kühler 30 geführt werden, der in der Batteriekühlmittelleitung 21 vorgesehen ist. Das heißt, die von dem elektrischen Bauteil 15 erzeugte Abwärme erhöht die Temperatur des Kühlmittels, das jeweils durch die Kühlmittelleitung 11 und die Batteriekühlmittelleitung 21 hindurch zirkuliert.
  • In der Heizvorrichtung 40 zirkuliert das Kühlmittel durch den Betrieb der dritten Wasserpumpe 42 entlang der Heizungsleitung 41.
  • Die Kühlmittelleitung 11 und die Heizungsleitung 41 können durch den Betrieb des dritten Ventils V3 den unabhängigen geschlossenen Kreislauf bilden.
  • Daher kann das durch die Heizungsleitung 41 hindurch zirkulierende Kühlmittel durch den Betrieb der dritten Wasserpumpe 42 zu dem Kondensator 53 geführt werden, nachdem es durch die Heizung 52a hindurchgetreten ist.
  • Hier wird die Kühlmittelheizung 43 betrieben, wenn die Temperatur des entlang der Heizungsleitung 41 zirkulierenden Kühlmittels kleiner als die Zieltemperatur ist, so dass das in der Heizungsleitung 41 zirkulierende Kühlmittel geheizt werden kann.
  • Andererseits arbeitet, wenn die Luftheizung 45 anstelle der Kühlmittelheizung 43 verwendet wird, die Luftheizung 45, wenn die Temperatur der durch die Heizung 52a hindurchtretenden Außenluft kleiner als die Zieltemperatur ist, und die in den Innenraum des Fahrzeuges eingeführte Außenluft kann geheizt werden.
  • In der Klimaanlage 50 arbeitet jedes Bauelement, um den Innenraum des Fahrzeuges zu heizen. Daher wird das Kältemittel entlang der Kältemittelleitung 51 zirkuliert.
  • Hier ist die Kältemittelleitung 51, die den Kondensator 53 und den Verdampfer 56 miteinander verbindet, durch den Betrieb des ersten Expansionsventils 55 geschlossen.
  • Die Kältemittelverbindungsleitung 61 ist durch den Betrieb des zweiten Expansionsventils 63 geöffnet.
  • Hier kann das zweite Expansionsventil 63 das Kältemittel durch Expandieren des von dem Wärmetauscher 54 zu der Kältemittelverbindungsleitung 61 geführten Kältemittels zu dem Kühler 30 führen.
  • Das dritte Expansionsventil 65 kann auch das Kältemittel durch Expandieren des von dem Kondensator 53 zugeführten Kältemittels zu dem Wärmetauscher 54 führen.
  • Daher gewinnt der Wärmetauscher 54 die externe Wärme zurück, während das expandierte Kältemittel durch den Wärmeaustausch mit der Außenluft verdampft.
  • Das Kühlmittel, welches die Abwärme des elektrischen Bauteils 15 absorbiert und in der Temperatur erhöht wird, wird, während es durch den Betrieb der ersten und der zweiten Wasserpumpe 14 und 22 durch den Kühler 30 hindurchtritt, durch Erhöhen der Temperatur des zu dem Kühler 30 geführten Kältemittels zurückgewonnen.
  • Das heißt, der Kühler 30 nimmt das Kältemittel, das von dem Wärmetauscher 54 zugeführt wird und durch den Betrieb des zweiten Expansionsventils 63 expandiert wird, über die Kältemittelverbindungsleitung 61 auf und verdampft das zugeführte Kältemittel durch Wärmeaustausch mit dem Kühlmittel, dessen Temperatur erhöht wird, während es durch das elektrische Bauteil 15 hindurchtritt, wodurch die Abwärme des elektrischen Bauteils 15 zurückgewonnen wird.
  • Als nächstes wird das durch den Kühler 30 hindurchtretende Kältemittel entlang der Kältemittelverbindungsleitung 61 zu dem Speicher 57 geführt.
  • Das zu dem Speicher 57 geführte Kältemittel wird in Gas und Flüssigkeit getrennt. Von dem in Gas und Flüssigkeit getrennten Kältemittel wird das gasförmige Kältemittel zu dem Kompressor 59 geführt.
  • Das Kältemittel, das mit der hohen Temperatur und dem hohen Druck von dem Kompressor 59 komprimiert wird, strömt zu dem Kondensator 53.
  • Hier kann das zu dem Kondensator 53 geführte Kältemittel die Temperatur des Kühlmittels durch Wärmeaustausch mit dem durch die Heizungsleitung 41 hindurch zirkulierenden Kühlmittel erhöhen. Das Kühlmittel mit erhöhter Temperatur wird der Heizung 52a zugeführt.
  • Indessen ist die Öffnungs- und Schließklappe 52b geöffnet, so dass die in das HVAC-Modul 52 eingeführte und durch den Verdampfer 56 hindurchtretende Außenluft durch die Heizung 52a hindurchtritt.
  • Infolgedessen strömt die von der Außenseite eingeführte Außenluft in den Innenraum in einem ungekühlten Temperaturzustand ein, wenn sie durch den Verdampfer 56 hindurchtritt, welchem das Kältemittel nicht zugeführt wird. Die eingeführte Außenluft wird in einen Hochtemperaturzustand umgewandelt, während sie durch die Heizung 52a hindurchtritt, um in den Innenraum des Fahrzeuges eingeführt zu werden, wodurch das Heizen des Innenraumes des Fahrzeuges realisiert wird.
  • Das heißt, das Wärmepumpensystem gemäß der beispielhaften Ausführungsform absorbiert die externe Wärme von dem Wärmetauscher 54, wenn das Kühlen erforderlich ist, und wird in dem anfänglichen Start-Leerlauf-Zustand des Fahrzeuges oder während des anfänglichen Fahrzustands verwendet, um die Temperatur des Kältemittels durch die Abwärme des elektrischen Bauteils 15 zu erhöhen, wodurch der Energieverbrauch des Kompressors 59 reduziert wird und die Kühlungseffizienz verbessert wird.
  • In der beispielhaften Ausführungsform wird der Betrieb für den Fall der Rückgewinnung der Abwärme von dem elektrischen Bauteil 15 in Abhängigkeit von dem Heizungs- und Entfeuchtungsmodus des Fahrzeuges mit Bezug auf 6 beschrieben.
  • 6 zeigt ein Betriebszustandsdiagramm für einen Heizungs- und Entfeuchtungsmodus in einem Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung.
  • Mit Bezug auf 6 kann das Wärmepumpensystem die Abwärme des elektrischen Bauteils 15 und des Batteriemoduls 24 in dem Heizungs- und Entfeuchtungsmodus des Fahrzeuges zurückgewinnen, um die Innenraumheizung zu verwenden.
  • Hier kann, wenn die Temperatur des Fahrzeuginnenraumes eine niedrige Temperatur ist, das Wärmepumpensystem die externe Wärme zusammen mit der Abwärme von dem elektrischen Bauteil 15 und dem Batteriemodul 24 zurückgewinnen. Indessen kann, wenn die Temperatur des Fahrzeuginnenraumes eine hohe Temperatur ist, das Wärmepumpensystem lediglich die Abwärme von dem elektrischen Bauteil 15 und dem Batteriemodul 24 zurückgewinnen, um die Innenraumheizung des Fahrzeuges zu verwenden.
  • Zuerst wird in der Kühlvorrichtung 10 die erste Wasserpumpe 14 zur Zirkulation des Kühlmittels betrieben.
  • Hierin ist die erste Zweigleitung 16 durch den Betrieb des ersten Ventils V1 geöffnet.
  • Gleichzeitig sind in der Kühlvorrichtung 10 auf der Basis der ersten Zweigleitung 16 ein Abschnitt der Kühlmittelleitung 11, der mit dem Radiator 12 verbunden ist, und ein Abschnitt der Kühlmittelleitung 11, der den Radiator 12 und den Vorratsbehälter 17 miteinander verbindet, durch den Betrieb des ersten Ventils V1 geschlossen.
  • In diesem Zustand kann das durch das elektrische Bauteil 15 hindurchtretende Kühlmittel durch den Betrieb der ersten Wasserpumpe 14 entlang der geöffneten ersten Zweigleitung 16 und der Kühlm ittelleitung 11 zirkuliert werden, ohne durch den Radiator 12 hindurchzutreten.
  • Indessen sind in der Batteriekühlvorrichtung 20 die Kühlmittelleitung 11 und die Batteriekühlmittelleitung 21 durch den Betrieb des zweiten Ventils V2 miteinander verbunden.
  • Hierin ist die zweite Zweigleitung 26 durch den Betrieb des vierten Ventils V4 geschlossen .
  • Dementsprechend wird das durch das elektrische Bauteil 15 hindurchtretende Kühlmittel in die Batteriekühlmittelleitung 21 geströmt.
  • Das von der Kühlmittelleitung 11 zu der Batteriekühlmittelleitung 21 strömende Kühlmittel kann durch den Betrieb der zweiten Wasserpumpe 22 entlang der Batteriekühlmittelleitung 21 zu dem Kühler 30 geführt werden, nachdem es durch das Batteriemodul 24 hindurchgetreten ist.
  • Das heißt, das durch das elektrische Bauteil 15 und das Batteriemodul 24 hindurchtretende Kühlmittel kann kontinuierlich entlang der Kühlmittelleitung 11, der ersten Zweigleitung 16 und der Batteriekühlmittelleitung 21 zirkulieren, ohne durch den Radiator 12 hindurchzutreten.
  • Dementsprechend wird die Temperatur des Kühlmittels durch Absorbieren der Abwärme von dem elektrischen Bauteil 15 und dem Batteriemodul 24 erhöht.
  • Das Kühlmittel mit der erhöhten Temperatur kann zu dem Kühler 30 geführt werden, der in der Batteriekühlmittelleitung 21 vorgesehen ist.
  • Das heißt, die von dem elektrischen Bauteil 15 und dem Batteriemodul 24 erzeugte Abwärme erhöht die Temperatur des Kühlmittels, das jeweils durch die Kühlmittelleitung 11 und die Batteriekühlmittelleitung 21 hindurch zirkuliert.
  • In der Heizvorrichtung 40 zirkuliert das Kühlmittel durch den Betrieb der dritten Wasserpumpe 42 entlang der Heizungsleitung 41.
  • Die Kühlmittelleitung 11 und die Heizungsleitung 41 können durch den Betrieb des dritten Ventils V3 den unabhängigen geschlossenen Kreislauf bilden.
  • Daher kann das durch die Heizungsleitung 41 hindurch zirkulierende Kühlmittel durch den Betrieb der dritten Wasserpumpe 42 zu dem Kondensator 53 geführt werden, nachdem es durch die Heizung 52a hindurchgetreten ist.
  • Hier wird die Kühlmittelheizung 43 betrieben, wenn die Temperatur des entlang der Heizungsleitung 41 zirkulierenden Kühlmittels kleiner als die Zieltemperatur ist, so dass das in der Heizungsleitung 41 zirkulierende Kühlmittel geheizt werden kann.
  • Andererseits arbeitet, wenn die Luftheizung 45 anstelle der Kühlmittelheizung 43 verwendet wird, die Luftheizung 45, wenn die Temperatur der durch die Heizung 52a hindurchtretenden Außenluft kleiner als die Zieltemperatur ist, und die in den Innenraum des Fahrzeuges eingeführte Außenluft kann geheizt werden.
  • In der Klimaanlage 50 arbeitet jedes Bauelement, um den Innenraum des Fahrzeuges zu heizen. Daher wird das Kältemittel entlang der Kältemittelleitung 51 zirkuliert.
  • Hier ist die Kältemittelleitung 51, die den Kondensator 53 und den Verdampfer 56 miteinander verbindet, durch den Betrieb des ersten Expansionsventils 55 geschlossen.
  • Die Kältemittelverbindungsleitung 61 ist durch den Betrieb des zweiten Expansionsventils 63 geöffnet.
  • Hier können das erste und das zweite Expansionsventil 55 und 63 das von dem Wärmetauscher 54 zu der Kältemittelverbindungsleitung 61 und der Kältemittelleitung 51 geführte Kältemittel expandieren, so dass das expandierte Kältemittel zu dem Kühler 30 und dem Verdampfer 56 geführt wird.
  • Außerdem kann, wenn die Temperatur des Fahrzeuginnenraumes niedrig ist, das dritte Expansionsventil 65 das von dem Kondensator 53 zugeführte Kältemittel expandieren, um in den Wärmetauscher 54 eingeführt zu werden.
  • Dementsprechend gewinnt der Wärmetauscher 54 die externe Wärme zurück, während das expandierte Kältemittel durch den Wärmeaustausch mit der Außenluft verdampft.
  • Umgekehrt kann das dritte Expansionsventil 65 das von dem Kondensator 53 zu dem Wärmetauscher 54 geführte Kältemittel zuströmen, ohne zu expandieren, wenn die Temperatur des Fahrzeuginnenraumes hoch ist.
  • Dementsprechend kann der Wärmetauscher 54 das Kältemittel durch Wärmeaustausch mit der Außenluft kondensieren.
  • Außerdem wird das Kühlmittel, dessen Temperatur durch Absorbieren der Abwärme des elektrischen Bauteils 15 erhöht wird, während es durch den Betrieb der ersten Wasserpumpe 14 durch den Kühler 30 hindurchtritt, zurückgewonnen, während die Temperatur des zu dem Kühler 30 geführten Kältemittels ansteigt.
  • Das heißt, der Kühler 30 nimmt das Kältemittel, das von dem Wärmetauscher 54 zugeführt wird und durch den Betrieb des zweiten Expansionsventils 63 expandiert wird, über die Kältemittelverbindungsleitung 61 auf und verdampft das zugeführte Kältemittel durch Wärmeaustausch mit dem Kühlmittel, dessen Temperatur erhöht wird, während es durch das elektrische Bauteil 15 und das Batteriemodul 24 hindurchtritt, wodurch die Abwärme des elektrischen Bauteils 15 und des Batteriemoduls 24 zurückgewonnen wird.
  • Als nächstes wird das durch den Kühler 30 hindurchtretende Kältemittel entlang der Kältemittelverbindungsleitung 61 zu dem Speicher 57 geführt.
  • Das zu dem Speicher 57 geführte Kältemittel wird in Gas und Flüssigkeit getrennt. Von dem in Gas und Flüssigkeit getrennten Kältemittel wird das gasförmige Kältemittel zu dem Kompressor 59 geführt.
  • Das Kältemittel, das mit der hohen Temperatur und dem hohen Druck von dem Kompressor 59 komprimiert ist, strömt zu dem Kondensator 53.
  • Hier kann das zu dem Kondensator 53 geführte Kältemittel die Temperatur des Kühlmittels durch Wärmeaustausch mit dem durch die Heizungsleitung 41 hindurch zirkulierenden Kühlmittel erhöhen. Das Kühlmittel mit der erhöhten Temperatur wird zu der Heizung 52a geführt.
  • Andererseits tauscht das expandierte Kältemittel, das durch den Betrieb des ersten Expansionsventils 55 zu dem Verdampfer 56 geführt wird, Wärme mit der durch den Verdampfer 56 hindurchtretenden Außenluft und wird dann entlang der Kältemittelleitung 51 über den Speicher 57 zu dem Kompressor 59 geführt.
  • Das heißt, das durch den Verdampfer 56 hindurchtretende Kältemittel kann zusammen mit dem Kältemittel, das über die Kältemittelverbindungsleitung 61 in den Speicher 57 eingeführt wird, zu dem Kompressor 59 geführt werden.
  • Das von dem Kompressor 59 mit hoher Temperatur und hohem Druck komprimierte Kältemittel wird dann in den Kondensator 53 eingeführt.
  • Hier ist die Öffnungs- und Schließklappe 52b geöffnet, so dass die in das HVAC-Modul 52 eingeführte und durch den Verdampfer 56 hindurchtretende Außenluft durch die Heizung 52a hindurchtritt.
  • Das heißt, die in das HVAC-Modul 52 eingeführte Außenluft wird, während sie durch den Verdampfer 56 hindurchtritt, durch das Kältemittel in dem Niedrigtemperatur-Zustand, das in den Verdampfer 56 eingeführt wird, entfeuchtet. Als nächstes wird die Außenluft in einen Hochtemperatur-Zustand umgewandelt, während sie durch die Heizung 52a hindurchtritt und in den Fahrzeuginnenraum hineinströmt, wodurch der Innenraum des Fahrzeuges geheizt und entfeuchtet wird.
  • Das heißt, das Wärmepumpensystem gemäß der beispielhaften Ausführungsform absorbiert wahlweise die externe Wärme in Abhängigkeit von der Innentemperatur des Fahrzeuges zusammen mit der von dem elektrischen Bauteil 15 und dem Batteriemodul 24 erzeugten Abwärme in dem Heizungs- und Entfeuchtungsmodus des Fahrzeuges, indem es verwendet wird, um die Temperatur des Kältemittels zu erhöhen, wodurch der Energieverbrauch des Kompressors 59 reduziert wird und die Kühlungseffizienz verbessert wird.
  • In der beispielhaften Ausführungsform wird der Betrieb für den Fall der Verwendung der Abwärme des elektrischen Bauteils 15 in dem Heizungsmodus des Fahrzeuges ohne dem Betrieb der Klimaanlage 50 mit Bezug auf 7 beschrieben.
  • 7 zeigt ein Betriebszustandsdiagramm zum Rückgewinnen und Kühlen von Abwärme eines elektrischen Bauteils in einem Heizungsmodus eines Fahrzeuges in einem Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung.
  • Mit Bezug auf 7 kann das Wärmemanagementsystem die Abwärme des elektrischen Bauteils 15 zurückgewinnen und diese zum Heizen des Innenraumes des Fahrzeuges verwenden.
  • Zuerst wird in der Kühlvorrichtung 10 die erste Wasserpumpe 14 zur Zirkulation des Kühlmittels betrieben. In diesem Falle ist die Klimaanlage 50 gestoppt.
  • Hierin ist die erste Zweigleitung 16 durch den Betrieb des ersten Ventils V1 geöffnet.
  • Gleichzeitig ist in der Kühlvorrichtung 10 auf der Basis der ersten Zweigleitung 16 ein Abschnitt der Kühlmittelleitung 11, der mit dem Radiator 12 verbunden ist, durch den Betrieb des ersten Ventils V1 geschlossen.
  • In diesem Zustand kann das durch das elektrische Bauteil 15 hindurchtretende Kühlmittel durch den Betrieb der ersten Wasserpumpe 14 entlang der geöffneten ersten Zweigleitung 16 und der Kühlmittelleitung 11 zu dem Kühler 30 geführt werden, ohne durch den Radiator 12 hindurchzutreten.
  • Indessen ist in der Batteriekühlvorrichtung 20 die Batteriekühlmittelleitung 21 durch den Betrieb des zweiten Ventils V2 nicht mit der Kühlmittelleitung 11 verbunden.
  • Dementsprechend ist die Batteriekühlvorrichtung 20 gestoppt.
  • In diesem Zustand wird das Kühlmittel, dessen Temperatur erhöht wird, während es durch den Betrieb der ersten Wasserpumpe 14 durch das elektrische Bauteil 15 hindurchtritt, über das dritte Ventil V3 entlang der Heizungsleitung 41 zu der Heizung 52a geführt, ohne durch den Radiator 12 hindurchzutreten.
  • Hier tritt das in die Heizungsleitung 41 eingeführte Kühlmittel durch den Betrieb der dritten Wasserpumpe 42 durch die Heizung 52a hindurch. Zu diesem Zeitpunkt wird die Kühlmittelheizung 43 betrieben, wenn die Temperatur des entlang der Heizungsleitung 41 zirkulierenden Kühlmittels kleiner als die Zieltemperatur ist, so dass das in der Heizungsleitung 41 zirkulierende Kühlmittel geheizt wird.
  • Andererseits kann, wenn die Luftheizung 45 anstelle der Kühlmittelheizung 43 verwendet wird, die Luftheizung 45 in Abhängigkeit von der Temperatur der durch die Heizung 52a hindurchtretenden Außenluft wahlweise betrieben werden.
  • Insbesondere kann die Luftheizung 45 betrieben werden, wenn die Temperatur der durch die Heizung 52a hindurchtretenden Außenluft kleiner als eine Zieltemperatur ist, wodurch die in den Innenraum des Fahrzeuges strömende Außenluft geheizt wird.
  • Die Luftheizung 45 wird betrieben, wenn die Temperatur der Außenluft, die den Wärmeaustausch mit dem Hochtemperatur-Kühlmittel vollendet hat, während sie durch die Heizung 52a hindurchtritt, kleiner als eine gesetzte Temperatur oder eine Zielheizungstemperatur ist.
  • Infolgedessen kann, wenn die Luftheizung 45 betrieben wird, die Außenluft geheizt werden, während sie durch die Luftheizung 45 hindurchtritt, um in einem Zustand, in dem die Temperatur angestiegen ist, in den Fahrzeuginnenraum eingeführt zu werden.
  • In der beispielhaften Ausführungsform wird das von der Heizung 52a abgeführte Kühlmittel über die Heizungsleitung 41 und das dritte Ventil V3 in die Kühlmittelleitung 11 eingeführt. Dann wird das Kühlmittel wieder entlang der ersten Zweigleitung 16 und der Kühlmittelleitung 11 zu dem elektrischen Bauteil 15 geführt.
  • Das heißt, das durch das elektrische Bauteil 15 hindurchtretende Kühlmittel kann kontinuierlich entlang der Kühlmittelleitung 11, der Heizungsleitung 41 und der ersten Zweigleitung 16 zirkulieren, ohne durch den Radiator 12 hindurchzutreten. Die Temperatur des Kühlmittels wird durch Absorbieren der Abwärme von dem elektrischen Bauteil 15 erhöht.
  • Das Kühlmittel mit der Temperatur, die erhöht wurde, wird durch den Betrieb des dritten Ventils V3 in die mit der Kühlmittelleitung 11 verbundene Heizungsleitung 41 eingeführt. Dann wird das in die Heizungsleitung 41 eingeführte Hochtemperatur-Kühlmittel zu der Heizung 52a geführt.
  • Hierin ist die Öffnungs- und Schließklappe 52b geöffnet, so dass die in das HVAC-Modul 52 strömende Außenluft durch die Heizung 52a hindurchtritt.
  • Dementsprechend strömt die von der Außenseite eingeführte Außenluft in einem Raumtemperatur-Zustand, in dem sie nicht gekühlt wird, wenn sie durch den Verdampfer 56 hindurchtritt, zu dem kein Kältemittel geführt wird. Die eingeführte Außenluft kann in einen Hochtemperaturzustand umgewandelt werden, während sie durch die Heizung 52a hindurchtritt, und strömt in das Fahrzeug, um dadurch den Innenraum des Fahrzeuges zu heizen.
  • Mit anderen Worten ist es gemäß Ausführungsformen der Erfindung möglich, die Abwärme zurückzugewinnen, die in dem elektrischen Bauteil 15 erzeugt wird, während der oben beschriebene Vorgang wiederholt wird, und die Abwärme zum Heizen des Innenraumes zu verwenden, wodurch der Energieverbrauch reduziert wird und die gesamte Heizungseffizienz verbessert wird.
  • Andererseits sind bei dem Vorgang des Heizens des Innenraumes des Fahrzeuges durch Zurückgewinnen der Abwärme des elektrischen Bauteils 15 durch das Kühlmittel, wenn das elektrische Bauteil 15 überhitzt ist, ein Abschnitt der Kühlmittelleitung 11, der mit dem Radiator 12 verbunden ist, und ein Abschnitt der Kühlmittelleitung 11, der mit dem Radiator 12 und dem Vorratsbehälter 17 verbunden ist, durch den Betrieb des ersten Ventils V1 geöffnet.
  • Hierin kann die erste Zweigleitung 16 einen offenen Zustand beibehalten.
  • Dementsprechend wird das übrige Kühlmittel, welches nicht zu der Heizung 52a geführt wird, durch den Radiator 12 gekühlt.
  • Das Kühlmittel, das vollständig gekühlt wurde, kann Abwärme zurückgewinnen, während es durch das elektrische Bauteil 15 hindurchtritt, und kann gleichzeitig zusammen mit dem Kühlmittel, das über die erste Zweigleitung 16 in den Vorratsbehälter 17 eingeführt wird, das elektrische Bauteil 15 effizient kühlen.
  • Speziell kann, wenn das elektrische Bauteil 15 überhitzt ist, das erste Ventil V1 die mit dem Radiator 12 verbundene Kühlmittelleitung 11 öffnen, um zu ermöglichen, dass etwas von dem Kühlmittel, das durch das elektrische Bauteil 15 hindurchtritt, in die erste Zweigleitung 16 strömt, und das übrige Kühlmittel in den Radiator 12 strömt.
  • Infolgedessen kann etwas Kühlmittel, das in dem Radiator 12 gekühlt wird, zu dem elektrischen Bauteil 15 geführt werden, um dadurch zu verhindern, dass das elektrische Bauteil 15 überhitzt wird.
  • Daher ist es gemäß Ausführungsformen der Erfindung möglich, die in dem elektrischen Bauteil 15 erzeugte Abwärme zurückzugewinnen und die Abwärme zum Heizen des Innenraumes zu verwenden, wodurch der Energieverbrauch reduziert wird und die gesamte Heizungseffizienz verbessert wird.
  • Gleichzeitig kann gemäß Ausführungsformen der Erfindung etwas Kühlmittel durch Betriebssteuerung des ersten Ventils V1, das geeignet ist, die Strömung zu verteilen, in den Radiator 12 eingeführt werden, um gekühlt zu werden, und dann zu dem elektrischen Bauteil 15 geführt werden, um dadurch das elektrische Bauteil 15 effizient zu kühlen und die Kühlleistung des elektrischen Bauteils 15 sicherzustellen.
  • Ein Betrieb im Falle des Heizens des Batteriemoduls 24 wird mit Bezug auf 8 beschrieben.
  • 8 zeigt ein Betriebszustandsdiagramm zum Heizen eines Batteriemoduls in einem Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung.
  • Mit Bezug auf 8 kann das Wärmepumpensystem das Batteriemodul 24 durch Rückgewinnung der Abwärme von dem elektrischen Bauteil 15 heizen.
  • Zuerst ist die erste Zweigleitung 16 in der Kühlvorrichtung 10 in einem Zustand, in dem die mit dem Radiator 12 verbundene Kühlmittelleitung 11 geschlossen ist, durch den Betrieb des ersten Ventils V1 geöffnet. Hier ist die Klimaanlage 50 gestoppt.
  • Indessen sind in der Batteriekühlvorrichtung 20 die Kühlmittelleitung 11 und die Batteriekühlmittelleitung 21 durch den Betrieb des zweiten Ventils V2 miteinander verbunden.
  • Hierin ist die zweite Zweigleitung 26 durch den Betrieb des vierten Ventils V4 geschlossen .
  • Dementsprechend wird das durch das elektrische Bauteil 15 hindurchtretende Kühlmittel in die Batteriekühlmittelleitung 21 geströmt. Das Kühlmittel, das von der Kühlmittelleitung 11 in die Batteriekühlmittelleitung 21 eingeführt wird, kann durch den Betrieb der zweiten Wasserpumpe 22 durch das Batteriemodul 24 hindurchtreten.
  • Das Kühlmittel, das durch das Batteriemodul 24 hindurchtritt, kann über das zweite Ventil V2 in die Kühlmittelleitung 11 geströmt werden.
  • Indessen sind in der Heizvorrichtung 40 die Kühlmittelleitung 11 und die Heizungsleitung 41 durch den Betrieb des dritten Ventils V3 miteinander verbunden.
  • In diesem Zustand wird das Kühlmittel, dessen Temperatur erhöht wird, während es durch den Betrieb der ersten Wasserpumpe 14 durch das elektrische Bauteil 15 hindurchtritt, über das dritte Ventil V3 zu der Heizungsleitung 41 geströmt, ohne durch den Radiator 12 hindurchzutreten.
  • Das heißt, das Kühlmittel mit der erhöhten Temperatur durch die Abwärme des elektrischen Bauteils 15 in der Kühlvorrichtung 10 kann durch den Betrieb der dritten Wasserpumpe 42 durch die Heizungsleitung 41 hindurch zirkulieren.
  • Hierin wird die Kühlmittelheizung 43 betrieben, um das Kühlmittel zu heizen, wenn die Temperatur des entlang der Heizungsleitung 41 zirkulierenden Kühlmittels kleiner als die Zieltemperatur ist. Dann wird das in der Heizungsleitung 41 zirkulierende Kühlmittel in der Temperatur erhöht, während es durch die Kühlmittelheizung 43 hindurchtritt.
  • Dementsprechend wird das Kühlmittel mit einer erhöhten Temperatur, während es durch die Kühlmittelheizung 43 hindurchtritt, von der Heizungsleitung 41 über das dritte Ventil V3 in die Kühlmittelleitung 11 geströmt.
  • Dann tritt das Kühlmittel über die erste Zweigleitung 16 und die Kühlmittelleitung 11 durch den Vorratsbehälter 17 hindurch und kann über die Batteriekühlmittelleitung 21 zu dem Batteriemodul 24 geführt werden.
  • Infolgedessen kann das Hochtemperatur-Kühlmittel die Temperatur des Batteriemoduls 24 erhöhen.
  • Dadurch ist es gemäß Ausführungsformen der Erfindung möglich, die Temperatur des Batteriemoduls 24 schnell zu erhöhen, während der oben beschriebene Vorgang wiederholt wird, wodurch die Temperatur des Batteriemoduls 24 effizient gesteuert wird.
  • Daher kann, wenn das Wärmepumpensystem für das Fahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung verwendet wird, wie oben beschrieben ist, die Temperatur des Batteriemoduls 24 in Abhängigkeit von dem Modus des Fahrzeuges durch einen Kühler 30 zum Durchführen des Wärmeaustausches zwischen dem Kühlmittel und dem Kältemittel eingestellt werden, und der Innenraum des Fahrzeuges kann durch das Kühlmittel geheizt werden, wodurch das gesamte System vereinfacht wird.
  • Gemäß Ausführungsformen der Erfindung ist es auch möglich, die Heizungseffizienz durch Rückgewinnen von Abwärme von dem elektrischen Bauteil 15 und deren Verwendung für die Innenraumheizung zu verbessern.
  • Außerdem ist es gemäß Ausführungsformen der Erfindung möglich, die Leistung des Batteriemoduls 24 durch effiziente Steuerung der Temperatur des Batteriemoduls 24 zu optimieren und die gesamte Reichweite des Fahrzeuges durch effizientes Management des Batteriemoduls 24 zu erhöhen.
  • Ferner können Ausführungsformen der Erfindung die in der Heizvorrichtung 40 verwendete Kühlmittelheizung 43 nutzen, um das Batteriemodul 24 aufzuwärmen oder eine Innenraumheizung des Fahrzeuges zu fördern, wodurch die Kosten und das Gewicht reduziert werden.
  • Darüber hinaus verwendet eine Ausführungsform der Erfindung wahlweise die externe Wärme und die Abwärme des elektrischen Bauteils 15 und des Batteriemoduls 24 in dem Heizungsmodus des Fahrzeuges, um dadurch die Heizungseffizienz zu verbessern.
  • Eine Ausführungsform der Erfindung verbessert auch das Kondensations- oder Verdampfungsvermögen des Kältemittels durch den Kondensator 53 und den Wärmetauscher 54, um dadurch die Kühlleistung zu verbessern und den Energieverbrauch des Kompressors 59 zu reduzieren.
  • Darüber hinaus können Ausführungsformen der Erfindung die Herstellungskosten und das Gewicht reduzieren und die Raumausnutzung durch Vereinfachung des gesamten Systems verbessern.

Claims (20)

  1. System für ein Fahrzeug, wobei das System aufweist: eine Kühlvorrichtung (10), die einen Radiator (12), eine erste Wasserpumpe (14), ein erstes Ventil (V1) und einen Vorratsbehälter (17) aufweist, welche über eine Kühlmittelleitung (11) miteinander verbunden sind, wobei die Kühlvorrichtung (10) derart konfiguriert ist, dass sie ein Kühlmittel in der Kühlmittelleitung (11) zirkuliert, um wenigstens ein elektrisches Bauteil (15) zu kühlen, das entlang der Kühlmittelleitung (11) vorgesehen ist; eine Batteriekühlvorrichtung (20), die eine Batteriekühlmittelleitung (21), die über ein zweites Ventil (V2) mit der Kühlmittelleitung (11) verbunden ist, und eine zweite Wasserpumpe (22) und ein Batteriemodul (24), welche über die Batteriekühlmittelleitung (21) miteinander verbunden sind, aufweist und derart konfiguriert ist, dass sie das Kühlmittel in dem Batteriemodul (24) zirkuliert; eine Heizvorrichtung (40), die eine Heizungsleitung (41), die über ein drittes Ventil (V3) mit der Kühlmittelleitung (11) verbunden ist, eine dritte Wasserpumpe (42), die in der Heizungsleitung (41) vorgesehen ist, und eine Heizung (52a) aufweist und derart konfiguriert ist, dass sie einen Fahrzeuginnenraum durch das Kühlmittel heizt; eine Klimaanlage (50), die einen Kondensator (53) aufweist, der mit der Heizungsleitung (41) verbunden ist und derart konfiguriert ist, dass er das Kühlmittel durchlässt, das durch die Heizvorrichtung (40) hindurch zirkuliert; und einen Kühler (30), der in der Batteriekühlmittelleitung (21) zwischen dem zweiten Ventil (V2) und dem Batteriemodul (24) vorgesehen ist, über eine Kältemittelverbindungsleitung (61) mit einer Kältemittelleitung (51) der Klimaanlage (50) verbunden ist und derart konfiguriert ist, dass er eine Temperatur des Kühlmittels durch Durchführen eines Wärmeaustausches zwischen dem Kühlmittel, das in der Batteriekühlmittelleitung (21) zirkuliert, und einem Kältemittel, das von der Klimaanlage (50) wahlweise zugeführt wird, regelt.
  2. System nach Anspruch 1, wobei: die Kühlvorrichtung (10) mit einer ersten Zweigleitung (16) versehen ist; ein erstes Ende der ersten Zweigleitung (16) mit dem ersten Ventil (V1) verbunden ist, und ein zweites Ende der ersten Zweigleitung (16) mit der Kühlmittelleitung (11) zwischen dem Radiator (12) und der ersten Wasserpumpe (14) verbunden ist; und die Heizung (52a) in einem HVAC-Modul (52) vorgesehen ist, das in der Klimaanlage (50) einbezogen ist.
  3. System nach Anspruch 2, wobei das Batteriemodul (24) derart konfiguriert ist, dass es heizbar ist, und wobei, wenn das Batteriemodul (24) geheizt wird: das erste Ventil (V1) derart konfiguriert ist, dass es in einem Zustand, in welchem die mit dem Radiator (12) verbundene Kühlmittelleitung (11) geschlossen ist, betreibbar ist, um die erste Zweigleitung (16) zu öffnen; das zweite Ventil (V2) derart konfiguriert ist, dass es betreibbar ist, um die Kühlmittelleitung (11) und die Batteriekühlmittelleitung (20) miteinander zu verbinden; die erste und die zweite Wasserpumpe (14, 22) derart konfiguriert sind, dass sie betreibbar sind, um das Kühlmittel entlang der Kühlmittelleitung (11) und der Batteriekühlmittelleitung (20) zu zirkulieren; in der Heizvorrichtung (40) das dritte Ventil (V3) derart konfiguriert ist, dass es betreibbar ist, um die Kühlmittelleitung (11) und die Heizungsleitung (41) miteinander zu verbinden; in der Kühlvorrichtung (10) die dritte Wasserpumpe (42) derart konfiguriert ist, dass sie betreibbar ist, um das Kühlmittel mit der Temperatur, die durch Abwärme des elektrischen Bauteils (15) erhöht ist, durch die Heizungsleitung (41) hindurch zu zirkulieren; und das System derart konfiguriert ist, dass ein Hochtemperatur-Kühlmittel, das von der Heizungsleitung (41) in die Kühlmittelleitung (11) eingeführt wird, über die erste Zweigleitung (16) und die Kühlmittelleitung (11) zu der Batteriekühlmittelleitung (20) geströmt wird und dem Batteriemodul (24) zugeführt wird.
  4. System nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Klimaanlage (50) aufweist: das HVAC-Modul (52), das einen Verdampfer (56), der über die Kältemittelleitung (51) angeschlossen ist, und eine Öffnungs- und Schließklappe (52b) aufweist, die derart konfiguriert ist, dass sie durch den Verdampfer (56) hindurchtretende Außenluft derart steuert, dass sie in Abhängigkeit von einem Kühlungs-, einem Heizungs- und einem Heizungs- und Entfeuchtungsmodus des Fahrzeuges wahlweise in die Heizung (52a) eingeführt wird; den Kondensator (53), der mit der Heizungsleitung (41) verbunden ist und derart konfiguriert ist, dass er ein Kühlmittel darin zirkuliert, um einen Wärmeaustausch zwischen dem Kühlmittel und einem Kältemittel, das über die Kältemittelleitung (51) zugeführt wird, durchzuführen; einen Kompressor (59), der über die Kältemittelleitung (51) zwischen dem Verdampfer (56) und dem Kondensator (53) angeschlossen ist; einen Wärmetauscher (54), der in der Kältemittelleitung (51) zwischen dem Kondensator (53) und dem Verdampfer (56) vorgesehen ist; ein erstes Expansionsventil (55), das in der Kältemittelleitung (51) zwischen dem Wärmetauscher (54) und dem Verdampfer (56) vorgesehen ist; ein zweites Expansionsventil (63), das in der Kältemittelverbindungsleitung (61) vorgesehen ist; einen Speicher (57), der in der Kältemittelleitung (51) zwischen dem Verdampfer (56) und dem Kompressor (59) vorgesehen ist und mit der Kältemittelverbindungsleitung (61) verbunden ist; und ein drittes Expansionsventil (65), das in der Kältemittelleitung (51) zwischen dem Kondensator (53) und dem Wärmetauscher (54) vorgesehen ist.
  5. System nach Anspruch 4, wobei der Wärmetauscher (54) derart konfiguriert ist, dass er das in dem Kondensator (53) kondensierte Kältemittel durch Wärmeaustausch mit der Außenluft in Abhängigkeit von einem wahlweisen Betrieb des dritten Expansionsventils (65) zusätzlich kondensiert oder verdampft.
  6. System nach Anspruch 4 oder 5, wobei das zweite Expansionsventil (63) derart konfiguriert ist, dass es das über die Kältemittelverbindungsleitung (61) eingeführte Kältemittel expandiert, um zu dem Kühler (30) zu strömen, wenn das Batteriemodul (24) durch das Kältemittel gekühlt wird.
  7. System nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei das dritte Expansionsventil (65) derart konfiguriert ist, dass es das in den Wärmetauscher (54) eingeführte Kältemittel in dem Heizungsmodus und dem Heizungs- und Entfeuchtungsmodus des Fahrzeuges wahlweise expandiert.
  8. System nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei: ein erstes Ende der Kältemittelverbindungsleitung (61) mit der Kältemittelleitung (51) zwischen dem Wärmetauscher (54) und dem ersten Expansionsventil (55) verbunden ist; und ein zweites Ende der Kältemittelverbindungsleitung (61) mit dem Speicher (57) verbunden ist.
  9. System nach einem der Ansprüche 4 bis 8, wobei das HVAC-Modul (52) ferner eine Luftheizung (45) aufweist, die an einer entgegengesetzten Seite des Verdampfers (56) mit der dazwischen angeordneten Heizung (52a) vorgesehen ist und derart konfiguriert ist, dass sie durch die Heizung (52a) hindurchtretende Außenluft wahlweise heizt.
  10. System nach Anspruch 9, wobei die Luftheizung (45) derart konfiguriert ist, dass sie betreibbar ist, um eine Temperatur der durch die Heizung (52a) hindurchtretenden Außenluft zu erhöhen, wenn eine Temperatur eines der Heizung (52a) zugeführten Kühlmittels kleiner als eine Zieltemperatur zum Heizen des Innenraumes ist.
  11. System nach einem der Ansprüche 4 bis 10, wobei das Batteriemodul (24) derart konfiguriert ist, dass es in einem Kühlungsmodus des Fahrzeuges kühlbar ist, und wobei, wenn das Batteriemodul (24) in dem Kühlungsmodus gekühlt wird: die erste Wasserpumpe (14) in der Kühlvorrichtung (10) derart konfiguriert ist, dass sie betreibbar ist, um ein Kühlmittel durch die Kühlmittelleitung (11) hindurch zu zirkulieren; das erste Ventil (V1) derart konfiguriert ist, dass es betreibbar ist, um die erste Zweigleitung (16) zu schließen; das zweite Ventil (V2) derart konfiguriert ist, dass es betreibbar ist, um einen unabhängigen geschlossenen Kreislauf in der Kühlmittelleitung (11) und der Batteriekühlmittelleitung (21) zu bilden; in der Batteriekühlvorrichtung (20) die zweite Wasserpumpe (22) derart konfiguriert ist, dass sie betreibbar ist, um das durch den Kühler (30) hindurchtretende Kühlmittel entlang der Batteriekühlmittelleitung (21) zu dem Batteriemodul (24) zu führen; in der Heizvorrichtung (40) das dritte Ventil (V3) derart konfiguriert ist, dass es betreibbar ist, um die Kühlmittelleitung (11) und die Heizungsleitung (41) miteinander zu verbinden, so dass das Kühlmittel von der Kühlvorrichtung (10) zugeführt wird; in der Klimaanlage (50) das zweite Expansionsventil (63) derart konfiguriert ist, dass es betreibbar ist, um die Kältemittelverbindungsleitung (61) zu öffnen, und das Kältemittel derart konfiguriert ist, dass es entlang der Kältemittelleitung (51) und der Kältemittelverbindungsleitung (61) zirkuliert; das erste und das zweite Expansionsventil (55, 63) derart konfiguriert sind, dass sie das Kältemittel expandieren, so dass das expandierte Kältemittel jeweils dem Verdampfer (56) und dem Kühler (30) zugeführt wird; und das dritte Expansionsventil (65) derart konfiguriert ist, dass es das von dem Kondensator (53) zugeführte Kältemittel zu dem Wärmetauscher (54) strömt.
  12. System nach Anspruch 11, wobei: die Heizvorrichtung (40) derart konfiguriert ist, dass sie das von der Kühlvorrichtung (10) zugeführte Kühlmittel durch den Betrieb der dritten Wasserpumpe (42) dem Kondensator (53) zuführt; und der Kondensator (53) derart konfiguriert ist, dass er das Kältemittel durch Wärmeaustausch mit dem Kühlmittel kondensiert, und der Wärmetauscher (54) derart konfiguriert ist, dass er das von dem Kondensator (53) eingeführte Kältemittel durch Wärmeaustausch mit der Außenluft zusätzlich kondensiert.
  13. System nach einem der Ansprüche 4 bis 12, wobei das System derart konfiguriert ist, dass es Abwärme einer externen Wärmequelle, des elektrischen Bauteils (15) und des Batteriemoduls (24) in einem Heizungsmodus des Fahrzeuges wiedergewinnt, und wobei, wenn die Abwärme wiedergewonnen wird: das erste Ventil (V1) derart konfiguriert ist, dass es betreibbar ist, um die erste Zweigleitung (16) zu öffnen; in der Kühlvorrichtung (10) auf der Basis der ersten Zweigleitung (16) ein Abschnitt der Kühlmittelleitung (11), der mit dem Radiator (12) verbunden ist, geschlossen ist, und die erste Wasserpumpe (14) derart konfiguriert ist, dass sie betreibbar ist, um das durch das elektrische Bauteil (15) hindurchtretende Kühlmittel entlang der geöffneten ersten Zweigleitung (16) und der Kühlmittelleitung (11) ohne Durchgang durch den Radiator (12) zu zirkulieren; in der Batteriekühlvorrichtung (20) das zweite Ventil (V2) derart konfiguriert ist, dass es betreibbar ist, um die Kühlmittelleitung (11) und die Batteriekühlmittelleitung (21) miteinander zu verbinden, und die zweite Wasserpumpe (22) derart konfiguriert ist, dass sie betreibbar ist, um das durch das Batteriemodul (24) hindurchtretende Kühlmittel dem Kühler (30) zuzuführen; das dritte Ventil (V3) derart konfiguriert ist, dass es betreibbar ist, um einen unabhängigen geschlossenen Kreislauf in der Kühlmittelleitung (11) und der Heizungsleitung (41) zu bilden; in der Heizvorrichtung (40) die dritte Wasserpumpe (42) derart konfiguriert ist, dass sie betreibbar ist, um das Kühlmittel entlang der Heizungsleitung (41) zu zirkulieren; in der Klimaanlage (50) das erste Expansionsventil (55) derart konfiguriert ist, dass es betreibbar ist, um die Kältemittelleitung (51), die den Kondensator (53) und den Verdampfer (56) miteinander verbindet, zu schließen; das zweite Expansionsventil (63) derart konfiguriert ist, dass es betreibbar ist, um die Kältemittelverbindungsleitung (61) zu öffnen; das zweite Expansionsventil (63) derart konfiguriert ist, dass es das zu der Kältemittelverbindungsleitung (61) geführte Kältemittel expandiert, so dass es dem Kühler (30) zugeführt wird; und das dritte Expansionsventil (65) derart konfiguriert ist, dass es das von dem Kondensator (53) zugeführte Kältemittel expandiert, so dass es dem Wärmetauscher (54) zugeführt wird.
  14. System nach einem der Ansprüche 4 bis 13, wobei die Batteriekühlvorrichtung (20) ferner eine zweite Zweigleitung (26) aufweist, wobei ein erstes Ende der zweiten Zweigleitung (26) mit einem vierten Ventil (V4) verbunden ist, das zwischen der zweiten Wasserpumpe (22) und dem Batteriemodul (24) vorgesehen ist, und ein zweites Ende der zweiten Zweigleitung (26) mit der Batteriekühlmittelleitung (21) verbunden ist, welche das Batteriemodul (24) und den Kühler (30) miteinander verbindet.
  15. System nach Anspruch 14, wobei das System derart konfiguriert ist, dass es Abwärme einer externen Wärmequelle und des elektrischen Bauteils (15) in einem Heizungsmodus des Fahrzeuges zurückgewinnt, und wobei, wenn die Abwärme zurückgewonnen wird: das erste Ventil (V1) derart konfiguriert ist, dass es die erste Zweigleitung (16) öffnet; in der Kühlvorrichtung (10) auf der Basis der ersten Zweigleitung (16) ein Abschnitt der Kühlmittelleitung (11), der mit dem Radiator (12) verbunden ist, geschlossen ist, und die erste Wasserpumpe (14) derart konfiguriert ist, dass sie betreibbar ist, um das durch das elektrische Bauteil (15) hindurchtretende Kühlmittel entlang der geöffneten ersten Zweigleitung (16) und der Kühlmittelleitung (11) ohne Durchgang durch den Radiator (12) zu zirkulieren; in der Batteriekühlvorrichtung (20) das zweite Ventil (V2) derart konfiguriert ist, dass es betreibbar ist, um die Kühlmittelleitung (11) und die Batteriekühlmittelleitung (21) miteinander zu verbinden, das vierte Ventil (V4) derart konfiguriert ist, dass es betreibbar ist, um die zweite Zweigleitung (26) zu öffnen, die mit dem Batteriemodul (24) verbundene Batteriekühlmittelleitung (21) basierend auf der offenen zweiten Zweigleitung (26) geschlossen ist, und die zweite Wasserpumpe (22) derart konfiguriert ist, dass sie betreibbar ist, um das Kühlmittel entlang der Batteriekühlmittelleitung (21) und der zweiten Zweigleitung (26) zu zirkulieren; die erste und die zweite Wasserpumpe (14, 22) derart konfiguriert sind, dass sie das durch das elektrische Bauteil (15) hindurchtretende Kühlmittel dem Kühler (30) zuführen; das dritte Ventil (V3) derart konfiguriert ist, dass es betreibbar ist, um einen unabhängigen geschlossenen Kreislauf in der Kühlmittelleitung (11) und der Heizungsleitung (40) bilden; in der Heizvorrichtung (40) die dritte Wasserpumpe (42) derart konfiguriert ist, dass sie betreibbar ist, um das Kühlmittel entlang der Heizungsleitung (41) zu zirkulieren; in der Klimaanlage (50) das erste Expansionsventil (55) derart konfiguriert ist, dass es betreibbar ist, um die Kältemittelleitung (51), die den Kondensator (53) und den Verdampfer (56) miteinander verbindet, zu schließen; das zweite Expansionsventil (63) derart konfiguriert ist, dass es betreibbar ist, um die Kältemittelverbindungsleitung (61) zu öffnen; das zweite Expansionsventil (63) derart konfiguriert ist, dass es das zu der Kältemittelverbindungsleitung (61) geführte Kältemittel expandiert, so dass es dem Kühler (30) zugeführt wird; und das dritte Expansionsventil (65) derart konfiguriert ist, dass es das von dem Kondensator (53) zugeführte Kältemittel expandiert, so dass es dem Wärmetauscher (54) zugeführt wird.
  16. System nach einem der Ansprüche 4 bis 15, wobei in dem Heizungs- und Entfeuchtungsmodus des Fahrzeuges: das erste Ventil (V1) derart konfiguriert ist, dass es betreibbar ist, um die erste Zweigleitung (16) zu öffnen; in der Kühlvorrichtung (10) auf der Basis der ersten Zweigleitung (16) ein Abschnitt der Kühlmittelleitung (11), der mit dem Radiator (12) verbunden ist, geschlossen ist, und die erste Wasserpumpe (14) derart konfiguriert ist, dass sie betreibbar ist, um das durch das elektrische Bauteil (15) hindurchtretende Kühlmittel entlang der geöffneten ersten Zweigleitung (16) und der Kühlmittelleitung (11) ohne Durchgang durch den Radiator (12) zu zirkulieren; in der Batteriekühlvorrichtung (20) das zweite Ventil (V2) derart konfiguriert ist, dass es betreibbar ist, um die Kühlmittelleitung (11) und die Batteriekühlmittelleitung (21) miteinander zu verbinden, und die zweite Wasserpumpe (22) derart konfiguriert ist, dass sie betreibbar ist, um das durch das Batteriemodul (24) hindurchtretende Kühlmittel dem Kühler (30) zuzuführen; das von dem Kühler (30) abgeführte Kühlmittel derart konfiguriert ist, dass es in die Kühlmittelleitung (11) strömt, die über das zweite Ventil (V2) mit der Batteriekühlmittelleitung (21) verbunden ist; das dritte Ventil (V3) derart konfiguriert ist, dass es betreibbar ist, um einen unabhängigen geschlossenen Kreislauf in der Kühlmittelleitung (11) und der Heizungsleitung (40) bildet; in der Heizvorrichtung (40) die dritte Wasserpumpe (42) derart konfiguriert ist, dass sie betreibbar ist, um das Kühlmittel entlang der Heizungsleitung (41) zu zirkulieren; in der Klimaanlage (50) das erste und das zweite Expansionsventil (55, 63) derart konfiguriert sind, dass sie das Kältemittel jeweils entlang der Kältemittelleitung (51) und der Kältemittelverbindungsleitung (61) zirkulieren; und das erste und das zweite Expansionsventil (55, 63) derart konfiguriert sind, dass sie das Kältemittel expandieren, so dass das expandierte Kältemittel jeweils dem Verdampfer (56) und dem Kühler (30) zugeführt wird.
  17. System nach Anspruch 16, wobei: das dritte Expansionsventil (65) derart konfiguriert ist, dass es das von dem Kondensator (53) zugeführte Kältemittel expandiert, so dass es in den Wärmetauscher (54) eingeführt wird, wenn die Temperatur des Fahrzeuginnenraumes niedrig ist; und wenn die Temperatur des Fahrzeuginnenraumes hoch ist, das von dem Kondensator (53) zugeführte Kältemittel derart konfiguriert ist, dass es ohne einem expandierten Zustand in den Wärmetauscher (54) eingeführt wird.
  18. Verfahren zum Betreiben eines Wärmepumpensystems eines Fahrzeuges, wobei das Fahrzeug aufweist: eine Kühlvorrichtung (10), die einen Radiator (12), eine erste Wasserpumpe (14), ein erstes Ventil (V1) und einen Vorratsbehälter (17) aufweist, welche über eine Kühlmittelleitung (11) miteinander verbunden sind, wobei die Kühlvorrichtung (10) eine erste Zweigleitung (16) mit einem ersten Ende, das mit dem ersten Ventil (V1) verbunden ist, und ein zweites Ende, das mit der Kühlmittelleitung (11) zwischen dem Radiator (12) und der ersten Wasserpumpe (14) verbunden ist, aufweist und derart konfiguriert ist, dass sie ein Kühlmittel in der Kühlmittelleitung (11) zirkuliert, um wenigstens ein elektrisches Bauteil (15) zu kühlen, das entlang der Kühlmittelleitung (11) vorgesehen ist; eine Batteriekühlvorrichtung (20), die eine Batteriekühlmittelleitung (21), die über ein zweites Ventil (V2) mit der Kühlmittelleitung (11) verbunden ist, und eine zweite Wasserpumpe (22) und ein Batteriemodul (24), welche über die Batteriekühlmittelleitung (21) miteinander verbunden sind, aufweist und derart konfiguriert ist, dass sie das Kühlmittel in dem Batteriemodul (24) zirkuliert; eine Heizvorrichtung (40), die eine Heizungsleitung (41), die über ein drittes Ventil (V3) mit der Kühlmittelleitung (11) verbunden ist, eine dritte Wasserpumpe (42), die in der Heizungsleitung (41) vorgesehen ist, und eine Heizung (52a) aufweist und derart konfiguriert ist, dass sie einen Fahrzeuginnenraum durch das Kühlmittel heizt; eine Klimaanlage (50), die einen Kondensator (53) aufweist, der mit der Heizungsleitung (41) verbunden ist und derart konfiguriert ist, dass er das Kühlmittel durchlässt, das durch die Heizvorrichtung (40) hindurch zirkuliert, wobei die Heizung (52a) in einem HVAC-Modul (52) vorgesehen ist, das in der Klimaanlage (50) einbezogen ist; und einen Kühler (30), der in der Batteriekühlmittelleitung (21) zwischen dem zweiten Ventil (V2) und dem Batteriemodul (24) vorgesehen ist, über eine Kältemittelverbindungsleitung (61) mit einer Kältemittelleitung (51) der Klimaanlage (50) verbunden ist und derart konfiguriert ist, dass er eine Temperatur des Kühlmittels durch Durchführen eines Wärmeaustausches zwischen dem Kühlmittel, das in der Batteriekühlmittelleitung (21) zirkuliert, und einem Kältemittel, das von der Klimaanlage (50) wahlweise zugeführt wird, regelt; wobei das Verfahren das Kühlmittel verwendet, um das elektrische Bauteil (15) und das Batteriemodul (24) zu kühlen, wobei das Verfahren aufweist: Betreiben des ersten Ventils (V1), um die erste Zweigleitung (16) zu schließen; Betreiben der ersten Wasserpumpe (14), um das in dem Radiator (12) gekühlte und in dem Vorratsbehälter (57) gespeicherte Kühlmittel dem elektrischen Bauteil (15) zuzuführen; und Betreiben des zweiten Ventils (V2), um das in dem Vorratsbehälter (57) gespeicherte Kühlmittel dem Batteriemodul (24) zuzuführen, während das Kühlmittel durch die Batteriekühlmittelleitung (21) hindurch zirkuliert, die mit der Kühlmittelleitung (11) verbunden ist.
  19. Verfahren zum Betreiben eines Wärmepumpensystems eines Fahrzeuges, wobei das Fahrzeug aufweist: eine Kühlvorrichtung (10), die einen Radiator (12), eine erste Wasserpumpe (14), ein erstes Ventil (V1) und einen Vorratsbehälter (17) aufweist, welche über eine Kühlmittelleitung (11) miteinander verbunden sind, wobei die Kühlvorrichtung (10) eine erste Zweigleitung (16) mit einem ersten Ende, das mit dem ersten Ventil (V1) verbunden ist, und einem zweiten Ende, das mit der Kühlmittelleitung (11) zwischen dem Radiator (12) und der ersten Wasserpumpe (14) verbunden ist, aufweist und derart konfiguriert ist, dass sie ein Kühlmittel in der Kühlmittelleitung (11) zirkuliert, um wenigstens ein elektrisches Bauteil (15) zu kühlen, das entlang der Kühlmittelleitung (11) vorgesehen ist; eine Batteriekühlvorrichtung (20), die eine Batteriekühlmittelleitung (21), die über ein zweites Ventil (V2) mit der Kühlmittelleitung (11) verbunden ist, und eine zweite Wasserpumpe (22) und ein Batteriemodul (24), welche über die Batteriekühlmittelleitung (21) miteinander verbunden sind, aufweist und derart konfiguriert ist, dass sie das Kühlmittel in dem Batteriemodul (24) zirkuliert; eine Heizvorrichtung (40), die eine Heizungsleitung (41), die über ein drittes Ventil (V3) mit der Kühlmittelleitung (11) verbunden ist, eine dritte Wasserpumpe (42), die in der Heizungsleitung (41) vorgesehen ist, und eine Heizung (52a) aufweist und derart konfiguriert ist, dass sie einen Fahrzeuginnenraum durch das Kühlmittel heizt; eine Klimaanlage (50), die einen Kondensator (53) aufweist, der mit der Heizungsleitung (41) verbunden ist und derart konfiguriert ist, dass er das Kühlmittel durchlässt, das durch die Heizvorrichtung (40) hindurch zirkuliert, wobei die Heizung (52a) in einem HVAC-Modul (52) vorgesehen ist, das in der Klimaanlage (50) einbezogen ist; und einen Kühler (30), der in der Batteriekühlmittelleitung (21) zwischen dem zweiten Ventil (V2) und dem Batteriemodul (24) vorgesehen ist, über eine Kältemittelverbindungsleitung (61) mit einer Kältemittelleitung (51) der Klimaanlage (50) verbunden ist und derart konfiguriert ist, dass er eine Temperatur des Kühlmittels durch Durchführen eines Wärmeaustausches zwischen dem Kühlmittel, das in der Batteriekühlmittelleitung (21) zirkuliert, und einem Kältemittel, das von der Klimaanlage (50) wahlweise zugeführt wird, regelt; wobei das Verfahren Abwärme des elektrischen Bauteils (15) in einem Heizungsmodus des Fahrzeuges ohne Betrieb der Klimaanlage (50) verwendet, wobei das Verfahren aufweist: Betreiben des ersten Ventils (V1), um die erste Zweigleitung (16) zu öffnen, wobei in der Kühlvorrichtung (10) auf der Basis der ersten Zweigleitung (16) die mit dem Radiator (12) verbundene Kühlmittelleitung (11) geschlossen ist; Betreiben des zweiten Ventils (V2), so dass die Batteriekühlmittelleitung (21) nicht mit der Kühlmittelleitung (11) verbunden ist; Stoppen der Batteriekühlvorrichtung (20) und der Klimaanlage (50); Betreiben der ersten Wasserpumpe (14), um das Kühlmittel, dessen Temperatur erhöht wird, während es durch das elektrische Bauteil (15) hindurchtritt, über das dritte Ventil (V3) entlang der Heizungsleitung (41) zu der Heizung (52a) zu führen, ohne dass es durch den Radiator (12) hindurchtritt; und Zirkulieren des von der Heizung (52a) abgeführten Kühlmittels entlang der Heizungsleitung (41), dem dritten Ventil (V3), der Kühlmittelleitung (11) und der ersten Zweigleitung (16).
  20. Verfahren nach Anspruch 19, wobei das erste Ventil (V1) die mit dem Radiator (12) verbundene Kühlmittelleitung (11) öffnet, um zu ermöglichen, dass etwas von dem Kühlmittel, das durch das elektrische Bauteil (15) hindurchtritt, in die erste Zweigleitung (16) strömt, und übriges Kühlmittel in den Radiator (12) strömt, wenn das elektrische Bauteil (15) überhitzt ist.
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