DE102020122306A1 - Wärmepumpensystem für fahrzeug - Google Patents

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Jae Yeon Kim
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Hyundai Motor Co
Kia Motors Corp
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Abstract

Ein Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug kann aufweisen: eine Kühlvorrichtung (10) mit einem Kühler (12), einer ersten Wasserpumpe (14), einem ersten Ventil (V1) und einem Vorratsbehälter (16), eine Batteriekühlvorrichtung (20) mit einer Batteriekühlmittelleitung (21), die durch ein zweites Ventil (V2) mit dem Vorratsbehälter (16) verbunden ist, einer zweiten Wasserpumpe (22) und einem Batteriemodul (24), einer Kühleinheit (30) in einer ersten Zweigleitung (31), die durch das zweite Ventil (V2) mit der Batteriekühlmittelleitung (21) verbunden ist, eine Heizvorrichtung (40) mit einer ersten Verbindungsleitung (41), die durch ein zweites Ventil (V2) mit der Kühlmittelleitung (11) verbunden ist, und einer dritten Wasserpumpe (42) und einem Heizer (62) in der ersten Verbindungsleitung (41), eine Klimaanlage (70) mit einer zweiten Verbindungsleitung (71), die durch ein viertes Ventil (V4) mit der Batteriekühlmittelleitung (21) verbunden ist, und einer vierten Wasserpumpe (V4) und einem Kühler (64) in der zweiten Verbindungsleitung (71), und eine zentralisierte Energievorrichtung (50), die mit der ersten und der zweiten Verbindungsleitung (41, 71) verbunden ist.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug (z.B. Kraftfahrzeug).
  • HINTERGRUND
  • Im Allgemeinen weist eine Klimaanlage für ein Fahrzeug eine Klimaanlage zum Zirkulieren eines Kältemittels auf, um den Innenraum des Fahrzeugs zu heizen oder zu kühlen.
  • Die Klimaanlage, die einen frischen Innenraumzustand aufrechterhalten kann, indem sie die Innentemperatur eines Fahrzeugs unabhängig von einer Änderung der Außentemperatur auf einer geeigneten Temperatur hält, ist eingerichtet, um einen Innenraum des Fahrzeugs durch Wärmeaustausch durch einen Kondensator und einen Verdampfer während eines Vorgangs zu heizen oder zu kühlen, bei dem ein Kältemittel, das durch Betreiben eines Kompressors ausgegeben wird, durch einen Kondensator, einen Akkumulator, ein Expansionsventil und den Verdampfer wieder zum Kompressor zirkuliert wird.
  • Das heißt, in der Klimaanlage wird ein gasförmiges Hochtemperaturkältemittel und hohem Druck, das vom Kompressor verdichtet wird, durch den Kondensator kondensiert und dann vom Verdampfer durch einen Akkumulator und ein Expansionsventil verdampft, um die Innentemperatur und -feuchtigkeit in einem sommerlichen Kühlbetrieb zu senken.
  • In jüngster Zeit, da die Besorgnis durch Energieeffizienz und Umweltverschmutzung allmählich zugenommen hat, wurde die Entwicklung eines umweltfreundlichen Fahrzeugs gefordert, das ein Fahrzeug mit Verbrennungsmotor im Wesentlichen ersetzen kann. Das umweltfreundliche Fahrzeug wird typischerweise in ein Elektrofahrzeug, das typischerweise mit einer Brennstoffzelle oder Elektrizität als Energiequelle angetrieben wird, und ein Hybridfahrzeug eingeteilt, das mit einem Verbrennungsmotor und einer elektrischen Batterie angetrieben wird.
  • Im Elektrofahrzeug und im Hybridfahrzeug des umweltfreundlichen Fahrzeugs wird im Gegensatz zu einem allgemeinen Fahrzeug, das eine Klimaanlage verwendet, keine separate Heizung verwendet, und eine Klimaanlage, die im umweltfreundlichen Fahrzeug eingesetzt wird, wird üblicherweise als Wärmepumpensystem bezeichnet.
  • Im Falle des Elektrofahrzeugs mit Brennstoffzelle wird die chemische Reaktionsenergie von Sauerstoff und Wasserstoff in elektrische Energie umgewandelt, um Antriebskraft zu erzeugen, und während dieses Vorgangs wird durch die chemische Reaktion in der Brennstoffzelle Wärmeenergie erzeugt, wodurch eine effektive Abfuhr der erzeugten Wärme erforderlich ist, um die Leistungsfähigkeit der Brennstoffzelle sicherzustellen.
  • Auch im Hybridfahrzeug wird die Antriebskraft durch betreiben des (Elektro-)Motors erzeugt, indem die von der Brennstoffzelle oder der elektrischen Batterie zugeführte Elektrizität zusammen mit dem Verbrennungsmotor, der mit allgemeinen Kraftstoff betrieben wird, genutzt wird, so dass die Leistung des Motors nur durch eine effektive Abfuhr der von der Brennstoffzelle oder der Batterie und dem Motor erzeugten Wärme gesichert werden kann.
  • Dementsprechend sind in einem Hybridfahrzeug oder Elektrofahrzeug gemäß dem Stand der Technik ein Batteriekühlsystem, ein Kühlabschnitt und ein Wärmepumpensystem eingerichtet, um jeweils getrennte Kreise zu haben, um die Wärmeerzeugung eines Verbrennungsmotors, einer Elektrokomponente und einer Batterie einschließlich einer Brennstoffzelle zu verhindern bzw. eine Überhitzung zu verhindern.
  • Dadurch steigern sich Größe und Gewicht eines vorne im Fahrzeug angeordneten Kühlmoduls, und die Anordnung von Verbindungsleitungen für die Versorgung des Wärmepumpensystems, der Klimaanlage und des Batteriekühlsystems in einem Motorraum mit einem Kältemittel oder Kühlmittel wird kompliziert.
  • Da außerdem ein Batteriekühlsystem zum Heizen und Kühlen der Batterie je nach Fahrzeugzustand separat bereitgestellt ist, um eine optimale Leistungsfähigkeit der Batterie zu ermöglichen, werden mehrere Ventile für Verbindungsleitungen eingesetzt, wodurch sich der Fahrkomfort verschlechtern kann, da Geräusche und Vibrationen durch häufige Öffnungs- und Schließvorgänge auf den Innenraum des Fahrzeugs übertragen werden können.
  • Die oben genannten Informationen, die in diesem Abschnitt „Hintergrund“ offenbart werden, dienen nur der Verbesserung des Verständnisses des Hintergrunds der Erfindung und können daher Informationen enthalten, die nicht zum Stand der Technik gehören, der einem Fachmann bereits bekannt ist.
  • KURZERLÄUTERUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug. Besondere Ausführungsformen betreffen ein Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug zum Kühlen oder Heizen eines Fahrzeuginnenraums, wobei wahlweise ein Hochtemperaturkühlmittel oder ein Niedertemperaturkühlmittel verwendet wird.
  • Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wurden in einem Bestreben getätigt, ein Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug bereitzustellen, das die Vorteile eines selektiven Wärmeaustauschs von Wärmeenergie aus einem Kühlmittel mit einem Kältemittel beim Kondensieren und Verdampfen des Kältemittels hat, um eine Innentemperatur des Fahrzeugs unter Verwendung des wärmeausgetauschten Niedertemperaturkühlmittels oder Hochtemperaturkühlmittels zu steuern.
  • Eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stellt ein Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug bereit, das die Temperatur eines Batteriemoduls mit Hilfe einer Kühleinheit (bspw. Wärmetauscher) steuert, die den Wärmeaustausch zwischen einem Kältemittel und einem Kühlmittel durchführt und die Heizeffizienz des Fahrzeugs unter Verwendung von Abwärme einer Elektrokomponente (bspw. Leistungselektronik, Strom-/Spannungswandler, Komfortelektronik, usw.) und eines Batteriemoduls verbessert.
  • Ein Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist auf: Eine Kühlvorrichtung mit einem Kühler (bspw. Fahrzeugkühler, z.B. Außenluft-Kühlmittel-Wärmetauscher), einer ersten Wasserpumpe, einem ersten Ventil und einem Vorratsbehälter, die durch eine Kühlmittelleitung verbunden sind, die eingerichtet ist, so dass ein Kühlmittel in der Kühlmittelleitung zirkuliert, um zumindest eine in der Kühlmittelleitung bereitgestellte Elektrokomponente zu kühlen, eine Batteriekühlvorrichtung mit einer Batteriekühlmittelleitung, die durch ein zweites Ventil mit dem Vorratsbehälter verbunden ist, und einer zweiten Wasserpumpe und einem Batteriemodul, die durch die Batteriekühlmittelleitung verbunden sind, um das Kühlmittel in das Batteriemodul zu zirkulieren, eine in einer ersten Zweigleitung bereitgestellte Kühleinheit (bspw. Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher) durch die ein Kältemittel strömt und die durch das zweite Ventil mit der Batteriekühlmittelleitung verbunden ist, um eine Temperatur des Kühlmittels einzustellen, indem ein Wärmeaustausch zwischen dem Kühlmittel, das selektiv in eine zweite Zweigleitung, die die Kühlmittelleitung und die erste Zweigleitung durch das erste Ventil verbindet, und die erste Zweigleitung eingeleitet wird, und dem Kältemittel durchgeführt wird, eine Heizvorrichtung mit einer ersten Verbindungsleitung, die durch ein drittes Ventil mit der Kühlmittelleitung verbunden ist, und einer dritten Wasserpumpe und einem Heizer, die in der ersten Verbindungsleitung bereitgestellt sind, um den Innenraum des Fahrzeugs mit einem Kühlmittel zu heizen, eine Klimaanlage mit einer zweiten Verbindungsleitung, die durch ein viertes Ventil mit der Batteriekühlmittelleitung verbunden ist, und eine vierte Wasserpumpe und einen Kühler (bspw. Innenraumluftkühler; z.B. Außenluft-Kühlmittel-Wärmetauscher), der in der zweiten Verbindungsleitung bereitgestellt sind, um den Innenraum des Fahrzeugs unter Verwendung eines Kühlmittels zu kühlen, und eine zentralisierte Energievorrichtung (in welcher z.B. ein Kältemittelkreislauf ausgebildet ist), die mit der ersten und der zweiten Verbindungsleitung (z.B. wärmetauschmäßig) verbunden ist, um ein Niedertemperaturkühlmittel der Klimaanlage zuzuführen und ein Hochtemperaturkühlmittel der Heizvorrichtung zuzuführen und um Wärmeenergie, die beim Kondensieren und Verdampfen eines Kältemittels, das im Inneren bzw. darin zirkuliert, erzeugt bzw. frei wird, selektiv mit dem Kühlmittel auszutauschen.
  • Ein erstes Ende der zweiten Zweigleitung kann z.B. durch das erste Ventil mit der Kühlmittelleitung verbunden werden und ein zweites Ende der zweiten Zweigleitung kann z.B. mit der ersten Zweigleitung zwischen dem zweiten Ventil und der Kühleinheit verbunden werden/sein, und der Heizer und der Kühler können innerhalb eines HVAC-Moduls (HVAC für engl. „heating, ventilation and air conditioning“, dt. z.B.: Heizen, Lüften und Kühlen) bereitgestellt sein.
  • Wenn das Batteriemodul beheizt wird, kann z.B. die zweite Zweigleitung durch Betätigung des ersten Ventils geöffnet werden. In der Kühlvorrichtung kann z.B. auf der Grundlage der zweiten Zweigleitung die mit dem Kühler verbundene Kühlmittelleitung geschlossen werden, und das Kühlmittel, das durch die Elektrokomponente hindurchtritt, zirkuliert entlang der geöffneten zweiten Zweigleitung und der Kühlmittelleitung, ohne den Kühler durch Betätigung der ersten Wasserpumpe zu passieren. Ein Teil der ersten Zweigleitung kann z.B. mit der zweiten Zweigleitung verbunden werden/sein, und die mit dem Vorratsbehälter verbundene Batteriekühlmittelleitung kann auf der Grundlage der ersten Zweigleitung geschlossen werden/sein. In der Batteriekühlvorrichtung kann z.B. das Kühlmittel entlang der Batteriekühlmittelleitung und einem Teil der ersten Zweigleitung durch einen Betrieb der zweiten Wasserpumpe in einem Zustand zirkuliert werden, in dem der Vorratsbehälter und die Batteriekühlmittelleitung durch Betätigung des zweiten Ventils verbunden werden/sind. In der Heizvorrichtung können z.B. die Kühlmittelleitung und die erste Verbindungsleitung durch eine Betätigung des dritten Ventils verbunden werden/Sein, und in der Kühlvorrichtung zirkuliert das Kühlmittel mit der durch die Abwärme der Elektrokomponente gesteigerten Temperatur durch den Betrieb der dritten Wasserpumpe (bspw. und/oder der ersten Wasserpumpe und/oder der zweitem Wasserpumpe) zur ersten Verbindungsleitung. Ein Hochtemperaturkühlmittel, das von der ersten Verbindungsleitung in die Kühlmittelleitung strömt, kann z.B. von der Kühlmittelleitung durch die zweite Zweigleitung in die erste Zweigleitung strömen und wird durch die erste Zweigleitung dem mit der Batteriekühlmittelleitung verbundenen Batteriemodul zugeführt.
  • Das HVAC-Modul kann z.B. eine Klappe zum Öffnen und Schließen aufweisen, die zwischen dem Heizer und dem Kühler bereitgestellt und eingerichtet ist, so dass sie die durch einen Verdampfer (bspw. Kühlmittel-Kältemittel-Wärmetauscher) strömende Außenluft steuert, dass sie je nach Kühl-, Heiz-, Heiz- und Entfeuchtungsmodus des Fahrzeugs selektiv in den Heizer eingeleitet wird.
  • Das HVAC-Modul kann z.B. ferner einen (z.B. elektrischen) Luftheizer aufweisen, der an der gegenüberliegenden Seite des Kühlers bereitgestellt ist, wobei die Heizvorrichtung dazwischen angeordnet ist, um die durch den Heizer strömende Außenluft selektiv zu erwärmen.
  • Der Luftheizer kann z.B. betrieben werden, um die Temperatur der durch den Heizer strömenden Außenluft zu steigern, wenn die Temperatur eines dem Heizer zugeführten Kühlmittels geringer ist als eine Solltemperatur für die Innenbeheizung.
  • Die zentrale Energievorrichtung kann z.B. aufweisen: einen Kondensator (bspw. Kühlmittel-Kältemittel-Wärmetauscher), der ein Kältemittel darin zirkulieren lässt, der in der ersten Verbindungsleitung zwischen dem dritten Ventil und dem Heizer bereitgestellt ist, und der das Kältemittel durch Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittel und dem Kühlmittel kondensiert und die Temperatur des Kühlmittels steigert, ein Expansionsventil, das durch die Kältemittelleitung mit dem Kondensator verbunden ist, einen Verdampfer, der durch die Kältemittelleitung mit dem Expansionsventil verbunden ist, an der zweiten Verbindungsleitung zwischen dem vierten Ventil und dem Kühler bereitgestellt ist, das Kältemittel durch Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittel und dem Kühlmittel verdampft und eine Temperatur des Kühlmittels senkt, einen Kompressor, der an der Kältemittelleitung zwischen dem Verdampfer und dem Kondensator bereitgestellt ist, und einen Akkumulator, der an der Kältemittelleitung zwischen dem Verdampfer und dem Kompressor bereitgestellt ist, wobei die Kühleinheit an der Kältemittelleitung zwischen dem Verdampfer und dem Akkumulator bereitgestellt ist.
  • Im Heizbetrieb des Fahrzeugs kann z.B. der Kondensator das Kältemittel durch Wärmeaustausch zwischen dem in der ersten Verbindungsleitung zirkulierenden Kühlmittel und dem vom Kompressor zugeführten Hochtemperaturkältemittel kondensieren und durch die erste Verbindungsleitung ein Hochtemperaturkältemittel an den Heizer zuführen.
  • Im Kühlbetrieb des Fahrzeugs kann z.B. der Verdampfer ein Kühlmittel, das in der zweiten Verbindungsleitung zirkuliert, mit einem intern verdampften Niedertemperaturkältemittel zur Kühlung des Kühlmittels in Wärmeaustausch bringen und dem Kühler durch die zweite Verbindungsleitung ein Niedertemperaturkältemittel zuführen.
  • Bei der Kühlung des Batteriemoduls im Kühlbetrieb bzw. Kühlmodus des Fahrzeugs kann z.B. in der Kühlvorrichtung durch Betreiben der ersten Wasserpumpe das Kühlmittel in der Kühlmittelleitung zirkuliert und durch Betätigung des vierten Ventils die zweite Verbindungsleitung geschlossen werden/sein. In der Batteriekühlvorrichtung kann z.B. die erste Zweigleitung durch eine Betätigung des zweiten Ventils geöffnet werden/Sein, kann ein Teil der mit dem Vorratsbehälter verbundenen Batteriekühlmittelleitung auf der Grundlage der ersten Zweigleitung geschlossen werden/sein und kann das durch die Kühleinheit hindurchgetretene Kühlmittel dem Batteriemodul entlang der Batteriekühlmittelleitung und der ersten Zweigleitung durch Betreiben der zweiten Wasserpumpe zugeführt werden. In der Heizvorrichtung können z.B. die Kühlmittelleitung und die erste Verbindungsleitung durch eine Betätigung des dritten Ventils verbunden werden/sein, so dass das Kühlmittel von der Kühlvorrichtung zugeführt wird. Das Kühlmittel kann z.B. entlang der ersten Verbindungsleitung durch Betätigung der dritten Wasserpumpe zirkuliert werden. In der Klimaanlage kann z.B. die zweite Verbindungsleitung durch eine Betätigung des vierten Ventils einen unabhängigen geschlossenen Kreislauf bilden, der unabhängig von der Batteriekühlmittelleitung ist. Das Kühlmittel kann z.B. entlang der zweiten Verbindungsleitung durch Betreiben der vierten Wasserpumpe zirkuliert werden, und ein durch den Verdampfer strömendes Niedertemperaturkühlmittel kann dem Kühler zugeführt werden. In der zentralisierten Energievorrichtung kann z.B. jede Komponente so betrieben werden, dass das Kältemittel entlang der Kältemittelleitung zirkuliert wird.
  • Das Kühlmittel, das in der Heizvorrichtung zirkuliert, kann z.B. dem Kondensator entlang der ersten Verbindungsleitung zugeführt werden, so dass der Kondensator das Kältemittel durch Wärmeaustausch mit dem Kühlmittel kondensiert, und das Kühlmittel, das in der Klimaanlage zirkuliert, kann z.B. dem Verdampfer entlang der zweiten Verbindungsleitung zugeführt werden, so dass der Verdampfer das Kältemittel durch Wärmeaustausch mit dem Kühlmittel verdampft.
  • Bei einem schnellen Laden des Batteriemoduls im Kühlbetrieb des Fahrzeugs in der Kühlvorrichtung kann z.B. das Kühlmittel durch den Betrieb der ersten Wasserpumpe in der Kühlmittelleitung zirkulieren. In der Batteriekühlvorrichtung kann z.B. die erste Zweigleitung durch Betätigung des zweiten Ventils geöffnet werden/sein, kann z.B. ein Teil der mit dem Vorratsbehälter verbundenen Batteriekühlmittelleitung auf der Grundlage der ersten Zweigleitung geschlossen werden/sein, und kann z.B. das durch die Kühleinheit hindurchgetretene Kühlmittel dem Batteriemodul entlang der Batteriekühlmittelleitung und der ersten Zweigleitung durch Betreiben der zweiten Wasserpumpe zugeführt werden. In der Heizvorrichtung können z.B. die Kühlmittelleitung und die erste Verbindungsleitung durch Betätigung des dritten Ventils so verbunden werden/sein, dass das Kühlmittel von der Kühlvorrichtung zugeführt wird und das Kühlmittel durch Betreiben der dritten Wasserpumpe entlang der ersten Verbindungsleitung zirkuliert wird. In der Klimaanlage kann z.B. die zweite Verbindungsleitung durch Betätigung des vierten Ventils mit der Batteriekühlmittelleitung verbunden werden, kann z.B. das Kühlmittel von der Batteriekühlvorrichtung zugeführt werden, und kann z.B. das Kühlmittel durch Betreiben der vierten Wasserpumpe entlang der zweiten Verbindungsleitung zirkuliert werden. In der zentralisierten Energievorrichtung kann jede Komponente so betrieben werden, dass das Kältemittel entlang der Kältemittelleitung zirkuliert wird.
  • Bei der Rückgewinnung der Abwärme der Elektrokomponente im Heizbetrieb des Fahrzeugs kann z.B. die zweite Zweigleitung durch Betätigung des ersten Ventils geöffnet werden/sein. In der Kühlvorrichtung kann z.B. auf der Grundlage der zweiten Zweigleitung ein Teil der Kühlmittelleitung, die mit dem Kühler verbunden ist, und ein Teil der Kühlmittelleitung, die den Kühler und den Vorratsbehälter verbindet, geschlossen werden/sein, kann z.B. ein Teil der ersten Zweigleitung, der mit der zweiten Zweigleitung verbunden ist, geöffnet werden/sein, und kann z.B. ein verbleibender Teil der Batteriekühlmittelleitung mit Ausnahme der Batteriekühlmittelleitung, die mit dem Vorratsbehälter verbunden ist, auf der Grundlage der ersten Zweigleitung geschlossen werden/sein. Die Batteriekühlvorrichtung kann z.B. gestoppt werden/sein, die Kühlmittelleitung und die erste Verbindungsleitung können z.B. durch Betätigung des dritten Ventils einen unabhängigen geschlossenen Kreislauf bilden, das Kühlmittel, dessen Temperatur beim Durchströmen der Elektrokomponente gesteigert wird, durch den Betrieb der ersten Wasserpumpe der Kühleinheit entlang der zweiten Zweigleitung und einem Teil der geöffneten ersten Zweigleitung zugeführt werden kann z.B., ohne den Kühler zu durchströmen, und das aus der Kühleinheit ausgegebene Kühlmittel durch die erste Zweigleitung und die geöffnete Batteriekühlmittelleitung in den Vorratsbehälter strömen kann. In der Heizvorrichtung kann z.B. das Kühlmittel entlang der ersten Verbindungsleitung durch den Betrieb der dritten Wasserpumpe zirkuliert werden. In der zentralisierten Energievorrichtung kann z.B. jede Komponente so betrieben werden, dass das Kältemittel entlang der Kältemittelleitung zirkuliert und die Klimaanlage gestoppt werden/sein kann.
  • Bei der Rückgewinnung der Abwärme des Batteriemoduls im Heizbetrieb des Fahrzeugs kann z.B. die zweite Zweigleitung durch Betätigung des ersten Ventils geöffnet werden. In der Kühlvorrichtung kann z.B. auf der Grundlage der zweiten Zweigleitung ein Teil der Kühlmittelleitung, der mit dem Kühler verbunden ist, und ein Teil der Kühlmittelleitung, der den Kühler und den Vorratsbehälter verbindet, geschlossen werden/sein, kann z.B. ein Teil der ersten Zweigleitung, der mit der zweiten Zweigleitung verbunden ist, geöffnet werden/sein, und kann z.B. eine verbleibender Teil der Batteriekühlmittelleitung mit Ausnahme der Batteriekühlmittelleitung, die mit dem Vorratsbehälter verbunden ist, auf der Grundlage der ersten Zweigleitung geschlossen werden/sein. Die Batteriekühlvorrichtung kann z.B. gestoppt werden. Die Kühlmittelleitung und die erste Verbindungsleitung können z.B. durch Betätigung des dritten Ventils einen unabhängigen geschlossenen Kreislauf bilden. Das Kühlmittel, dessen Temperatur beim Hindurchtreten durch die Elektrokomponente durch den Betrieb der ersten Wasserpumpe gesteigert wird, kann z.B. der Kühleinheit entlang der zweiten Zweigleitung und einem Teil der geöffneten ersten Zweigleitung zugeführt werden, ohne durch den Kühler hindurchzutreten. Das aus der Kühleinheit ausgegebene Kühlmittel kann z.B. durch die erste Zweigleitung und die geöffnete Batteriekühlmittelleitung in den Vorratsbehälter strömen. In der Heizvorrichtung kann z.B. das Kühlmittel entlang der ersten Verbindungsleitung durch den Betrieb der dritten Wasserpumpe zirkuliert werden. In der zentralisierten Energievorrichtung kann z.B. jede Komponente so betrieben werden, dass das Kältemittel entlang der Kältemittelleitung zirkuliert und die Klimaanlage gestoppt werden/sein kann.
  • In einem Niedertemperaturentfeuchtungsmodus des Fahrzeugs kann z.B. die zweite Zweigleitung durch Betätigung des ersten Ventils geöffnet werden/sein. In der Kühlvorrichtung kann z.B. auf der Grundlage der zweiten Zweigleitung ein Teil der Kühlmittelleitung, der mit dem Kühler verbunden ist, und ein Teil der Kühlmittelleitung, der den Kühler und den Vorratsbehälter verbindet, geschlossen werden/sein, kann z.B. ein Teil der ersten Zweigleitung, der mit der zweiten Zweigleitung verbunden ist, geöffnet werden/sein, und kann z.B. durch Betätigung des zweiten Ventils ein verbleibender Teil der Batteriekühlmittelleitung mit Ausnahme der Batteriekühlmittelleitung, die mit dem Vorratsbehälter verbunden ist, auf der Grundlage der ersten Zweigleitung geschlossen werden/sein. Die Batteriekühlvorrichtung kann z.B. gestoppt werden/sein, die Kühlmittelleitung und die erste Verbindungsleitung können z.B. durch Betätigung des dritten Ventils einen unabhängigen geschlossenen Kreislauf bilden, das Kühlmittel, dessen Temperatur beim Durchströmen der Elektrokomponente durch den Betrieb der ersten Wasserpumpe gesteigert wird, kann z.B. der Kühleinheit entlang der zweiten Zweigleitung und einem Teil der geöffneten ersten Zweigleitung zugeführt werden, ohne den Kühler zu durchströmen, und das aus der Kühleinheit ausgegebene Kühlmittel kann z.B. durch die erste Zweigleitung und die geöffnete Batteriekühlmittelleitung in den Vorratsbehälter strömen. In der Heizvorrichtung kann z.B. das Kühlmittel entlang der ersten Verbindungsleitung durch den Betrieb der dritten Wasserpumpe zirkuliert werden. In der zentralisierten Energievorrichtung kann z.B. jede Komponente so betrieben werden, dass das Kältemittel entlang der Kältemittelleitung zirkuliert wird, und kann z.B. in der Klimaanlage das Kühlmittel entlang der zweiten Verbindungsleitung durch einen Betrieb der vierten Wasserpumpe zirkuliert werden.
  • In einem Hochtemperaturentfeuchtungsmodus des Fahrzeugs kann z.B. die zweite Zweigleitung durch Betätigung des ersten Ventils geschlossen werden/sein. In der Kühlvorrichtung kann z.B. das Kühlmittel in der Kühlmittelleitung durch Betreiben der ersten Wasserpumpe zirkuliert werden, können z.B. die Batteriekühlmittelleitung und die erste Zweigleitung durch Betätigung des zweiten Ventils geschlossen werden/sein und kann z.B. die Batteriekühlvorrichtung gestoppt werden/sein. In der Heizvorrichtung können z.B. die Kühlmittelleitung und die erste Verbindungsleitung durch Betätigung des dritten Ventils verbunden werden/sein, so dass das Kühlmittel von der Kühlvorrichtung zugeführt wird, und kann z.B. das Kühlmittel durch Betreiben der dritten Wasserpumpe entlang der ersten Verbindungsleitung zirkuliert werden. In der zentralisierten Energievorrichtung kann z.B. jede Komponente so betrieben werden, dass das Kältemittel entlang der Kältemittelleitung zirkuliert wird, und kann in der Klimaanlage z.B. das Kühlmittel entlang der zweiten Verbindungsleitung durch einen Betrieb der vierten Wasserpumpe zirkuliert werden.
  • Bei der Kühlung der Elektrokomponente und des Batteriemoduls unter Verwendung des Kühlmittels können z.B. die erste und zweite Zweigleitung durch Betätigung des ersten bzw. zweiten Ventils geschlossen werden/sein. Das im Kühler gekühlte und im Vorratsbehälter gespeicherte Kühlmittel kann z.B. der Elektrokomponente durch Betreiben der ersten Wasserpumpe zugeführt werden, und das im Vorratsbehälter gespeicherte Kühlmittel kann z.B. dem Batteriemodul zugeführt werden, während es durch die mit der Kühlmittelleitung verbundene Batteriekühlmittelleitung durch Betätigung des zweiten Ventils zirkuliert.
  • Bei Nutzung der Abwärme der Elektrokomponente ohne Betreiben der zentralisierten Energievorrichtung im Heizbetrieb bzw. Heizmodus des Fahrzeugs kann z.B. die zweite Zweigleitung durch Betätigung des ersten Ventils geöffnet werden/sein. In der Kühlvorrichtung kann z.B. auf der Grundlage der zweiten Zweigleitung ein Teil der Kühlmittelleitung, der mit dem Kühler verbunden ist, und ein Teil der Kühlmittelleitung, der den Kühler und den Vorratsbehälter verbindet, geschlossen werden/sein, kann z.B. ein Teil der ersten Zweigleitung, der mit der zweiten Zweigleitung verbunden ist, geöffnet werden/sein, und kann z.B. ein verbleibender Teil der Batteriekühlmittelleitung mit Ausnahme der Batteriekühlmittelleitung, die mit dem Vorratsbehälter verbunden ist, auf der Grundlage der ersten Zweigleitung geschlossen werden/sein. Die Batteriekühlvorrichtung kann z.B. gestoppt werden/sein. Das Kühlmittel, dessen Temperatur beim Hindurchtreten durch die Elektrokomponente durch Betreiben der ersten Wasserpumpe gesteigert wird, kann z.B. dem Heizer entlang der ersten Verbindungsleitung, die durch das dritte Ventil verbunden wird/ist, zugeführt werden, kann z.B. das aus dem Heizer ausgegebene Kühlmittel der Kühleinheit entlang der ersten Verbindungsleitung, dem dritten Ventil, der Kühlmittelleitung, der zweiten Zweigleitung und einem Teil der ersten Zweigleitung zugeführt werden, ohne durch den Kühler hindurchzutreten, und kann z.B. das aus der Kühleinheit ausgegebene Kühlmittel durch die erste Zweigleitung und die geöffnete Batteriekühlmittelleitung in den Vorratsbehälter strömen.
  • Die Heizvorrichtung kann z.B. einen (z.B. elektrischen) Kühlmittelheizer aufweisen, der in der ersten Verbindungsleitung zwischen der dritten Wasserpumpe und dem Heizer bereitgestellt ist.
  • Der Kühlmittelheizer kann z.B. betrieben werden, wenn die Temperatur des dem Heizer zugeführten Kühlmittels geringer ist als eine Solltemperatur im Heizmodus und im Heiz- und Entfeuchtungsmodus des Fahrzeugs oder wenn das Batteriemodul geheizt wird.
  • Das erste Ventil kann z.B. die mit dem Kühler verbundene Kühlmittelleitung öffnen, damit ein Teil des durch die Elektrokomponente strömenden Kühlmittels in die zweite Zweigleitung und das restliche Kühlmittel in den Kühler strömen kann, wenn die Elektrokomponente im Heizbetrieb überhitzt wird.
  • Das erste und zweite Ventil können z.B. 3-Wege-Ventile sein, das dritte und vierte Ventil können z.B. 4-Wege-Ventile sein.
  • Die Kühleinheit, der Kondensator und der Verdampfer können jeweils z.B. ein wassergekühlter Wärmetauscher sein, in den ein Kühlmittel einströmt.
  • Ein Kältemittel, das in der zentralisierten Energievorrichtung zirkuliert, kann z.B. ein R152-a, R744 oder R290 Kältemittel sein.
  • Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug bereitgestellt. Die zentralisierte Energievorrichtung kann z.B. aufweisen: einen Kondensator, der ein Kältemittel darin zirkulieren lässt, der in der ersten Verbindungsleitung zwischen dem dritten Ventil und dem Heizer bereitgestellt ist, das Kältemittel durch Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittel und dem Kühlmittel kondensiert und die Temperatur des Kühlmittels steigert, ein erstes Expansionsventil, das durch die Kältemittelleitung mit dem Kondensator verbunden ist, einen Verdampfer, der durch die Kältemittelleitung mit dem ersten Expansionsventil verbunden ist, an der zweiten Verbindungsleitung zwischen dem vierten Ventil und dem Kühler bereitgestellt ist, das Kältemittel durch Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittel und dem Kühlmittel verdampft und die Temperatur des Kühlmittels senkt, einen Kompressor, der in der Kältemittelleitung zwischen dem Verdampfer und dem Kondensator bereitgestellt ist, und einem Akkumulator, der in der Kältemittelleitung zwischen dem Verdampfer und dem Kompressor bereitgestellt ist, wobei die Kühleinheit in einer Kältemittelverbindungsleitung bereitgestellt ist, ein erstes Ende der Kältemittelverbindungsleitung mit der Kältemittelleitung zwischen dem Kondensator und dem ersten Expansionsventil verbunden ist und eine zweites Ende der Kältemittelverbindungsleitung mit dem Akkumulator verbunden ist.
  • Die Kühleinheit kann z.B. durch die Kältemittelverbindungsleitung parallel mit der Kältemittelleitung verbunden sein, und ein zweites Expansionsventil zur Expansion bei gleichzeitiger selektiver Steuerung des Kältemittelzuflusses zur Kühleinheit kann in der Kältemittelverbindungsleitung bereitgestellt sein.
  • Wie oben beschrieben kann im Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein System vereinfacht und eine Anordnung von Verbindungsleitungen, in denen ein Kühlmittel zirkuliert, vereinfacht werden, indem Wärmeenergie, die bei der Kondensation und Verdampfung des Kühlmittels aus einem Kältemittel frei wird, selektiv mit einem Kühlmittel wärmeausgetauscht wird, um eine Innentemperatur des Fahrzeugs unter Verwendung des wärmeausgetauschten Hochtemperaturkühlmittels oder Niedertemperaturkühlmittels zu steuern.
  • Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann die Temperatur des Batteriemoduls je nach Betriebsart bzw. Betriebsmodus des Fahrzeugs durch die Verwendung einer einzelnen Kühleinheit zur Durchführung des Wärmeaustauschs zwischen dem Kühlmittel und dem Kältemittel eingestellt werden, und kann der Fahrzeuginnenraum durch die Verwendung des Kühlmittels gekühlt und geheizt werden, wodurch das gesamte System vereinfacht wird.
  • Darüber hinaus können Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die Heizeffizienz des Fahrzeugs unter Nutzung der Abwärme einer Elektrokomponente und eines Batteriemoduls verbessern und die gesamte Fahrstrecke des Fahrzeugs durch effiziente Temperatursteuerung eines Batteriemoduls verlängern, um eine optimale Leistung des Batteriemoduls zu erzielen.
  • Darüber hinaus können Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung durch Bereitstellen eines zentralisierten Energiemoduls in einem Gehäuse zum Erzeugen/Wandeln von Wärmeenergie durch Kondensation und Verdampfung eines Kühlmittels Größe und Gewicht reduzieren und durch die Verwendung eines Hochleistungskältemittels die Entstehung von Lärm, Vibrationen und Betriebsinstabilität im Vergleich zu einer Klimaanlage gemäß dem entsprechenden Stand der Technik verhindern.
  • Darüber hinaus können Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dem bei der Heizvorrichtung verwendeten Kühlmittelheizer zum Aufwärmen des Batteriemoduls oder zur Unterstützung einer Innenraumheizung des Fahrzeugs verwenden, wodurch Kosten und Gewicht reduziert werden.
  • Darüber hinaus ist durch die Vereinfachung des gesamten Systems eine Reduzierung der Produktionskosten und des Gewichts möglich, und die Raumausnutzung kann verbessert werden.
  • Figurenliste
    • 1 zeigt ein Blockschaltbild eines Wärmepumpensystems für ein Fahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 2 zeigt ein Betriebszustandsdiagramm für die Kühlung einer Elektrokomponente und eines Batteriemoduls unter Verwendung eines Kühlmittels im Wärmepumpensystem eines Fahrzeugs gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 3 zeigt ein Betriebszustandsdiagramm für die Kühlung eines Batteriemoduls unter Verwendung eines Kältemittels im Kühlbetrieb eines Fahrzeugs im Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 4 zeigt ein Betriebszustandsdiagramm für die Kühlung eines Batteriemoduls bei der Schnellladung des Batteriemoduls im Kühlbetrieb eines Fahrzeugs im Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 5 zeigt ein Betriebszustandsdiagramm für die Abwärmenutzung einer Elektrokomponente in Abhängigkeit von einem Heizbetrieb in einem Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 6 zeigt ein Betriebszustandsdiagramm für die Abwärmenutzung eines Batteriemoduls in Abhängigkeit von einem Heizbetrieb in einem Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 7 zeigt ein Betriebszustandsdiagramm zur Durchführung des Heizbetriebs mit Abwärme einer Elektrokomponente in einem Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 8 zeigt ein Betriebszustandsdiagramm gemäß einem Niedertemperaturentfeuchtungsmodus in einem Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 9 zeigt ein Betriebszustandsdiagramm gemäß einem Hochtemperaturentfeuchtungsmodus in einem Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 10 zeigt ein Betriebszustandsdiagramm für die Beheizung eines Batteriemoduls in einem Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 11 zeigt ein Blockschaltbild eines Wärmepumpensystems für ein Fahrzeug gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEISPIELHAFTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlich beschrieben.
  • Beispielhafte Ausführungsformen, die in der vorliegenden Beschreibung offenbart werden, und die in den Zeichnungen dargestellten Konstruktionen sind nur die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung und decken nicht den gesamten Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung ab. Es ist klar, dass es zum Zeitpunkt der Anwendung dieser Beschreibung verschiedene Abwandlungen und Variationen im Rahmen des Umfangs der angehängten Ansprüche geben kann.
  • Um Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zu verdeutlichen, werden Teile, die nicht mit der Beschreibung in Zusammenhang stehen, ausgelassen, und es wird in der gesamten Beschreibung mit den gleichen Bezugszeichen auf die gleichen Elemente oder Äquivalente verwiesen.
  • Auch die Größe und Dicke der einzelnen Elemente sind in den Zeichnungen willkürlich angegeben, aber die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind nicht notwendigerweise darauf beschränkt, und in den Zeichnungen sind die Dicken der Schichten, Filme, Platten, Bereiche usw. aus Gründen der Klarheit übertrieben dargestellt.
  • Darüber hinaus werden, sofern nicht ausdrücklich das Gegenteil beschrieben wird, das Wort „aufweisen“ und Variationen wie „aufweisend““ so verstanden, dass sie die Einbeziehung der angegebenen Elemente, nicht aber den Ausschluss anderer Elemente implizieren.
  • Darüber hinaus bedeutet jeder der in der Beschreibung verwendeten Begriffe wie „...einheit‟, „...mittel‟, „...teil‟, „...vorrichtung‟ und „...element‟ eine Einheit eines Elements, das zumindest eine Funktion oder Operation ausführt.
  • 1 zeigt ein Blockschaltbild eines Wärmepumpensystems für ein Fahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Ein Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung tauscht selektiv Wärmeenergie, die aus einem Kältemittel bei der Kondensation und Verdampfung erzeugt wird, mit einem Kühlmittel aus, um einen Kühlmodus oder einen Heizmodus des Fahrzeugs durchzuführen, wobei nur ein (z.B. einziges) Niedertemperatur- oder Hochtemperaturkühlmittel verwendet wird.
  • Das Wärmepumpensystem für das Fahrzeug kann die Temperatur eines Batteriemoduls 24 durch den Einsatz einer Kühleinheit 30, in der ein Kältemittel und ein Kühlmittel Wärme tauschen werden, anpassen, und nutzt die Abwärme einer Elektrokomponente 15 und des Batteriemoduls 24, wodurch die Heizeffizienz verbessert wird.
  • Das Wärmepumpensystem ist z.B. bei einem Hybrid- oder Elektrofahrzeug anwendbar.
  • Hier können im Wärmepumpensystem für das Elektrofahrzeug eine Kühlvorrichtung 10 zum Kühlen der Elektrokomponente 15, eine Batteriekühlvorrichtung 20 zum Kühlen des Batteriemoduls 24, eine Heizvorrichtung 40 zum Heizen eines Innenraums unter Verwendung eines Kühlmittels, eine zentralisierte Energievorrichtung 50, die ein Kühlmittel und ein Kältemittel Wärme tauschen , während ein Kältemittel zirkuliert, und eine Klimaanlage 70, die einen Innenraum unter Verwendung eines Kühlmittels kühlt, miteinander verbunden sein bzw. miteinander Wärme austauschen können.
  • Unter Bezugnahme auf 1 weist das Wärmepumpensystem die Kühlvorrichtung 10, die Batteriekühlvorrichtung 20, die Heizvorrichtung 40, die zentralisierte Energievorrichtung 50 und die Klimaanlage 70 auf.
  • Die Kühlvorrichtung 10 weist einen Kühler 12, der mit einer Kühlmittelleitung 11 verbunden ist, eine erste Wasserpumpe 14, ein erstes Ventil V1 und einen Vorratsbehälter 16 auf.
  • Der erste Kühler 12 ist in einem Fahrzeug vorne angeordnet, und an der Rückseite des ersten Kühlers 12 ist ein Kühlgebläse 13 bereitgestellt, um das Kühlmittel durch Wärmeaustausch mit der Umgebungsluft, z.B. durch den Betrieb des Kühlgebläses 13, zu kühlen.
  • Darüber hinaus kann die Elektrokomponente 15 eine elektrische Leistungssteuereinheit (EPCU), einen Motor, einen Wechselrichter oder ein On-Board-Ladegerät (OBC) aufweisen.
  • Die wie oben beschrieben eingerichtete Elektrokomponente 15 kann in der Kühlmittelleitung 11 bereitgestellt sein, um wassergekühlt zu werden.
  • Dementsprechend kann, wenn die Abwärme der Elektrokomponente 15 im Heizmodus des Fahrzeugs zurückgewonnen wird, die von der EPCU, dem Motor, dem Wechselrichter oder dem OBC erzeugte Wärme zurückgewonnen werden.
  • Die Kühlvorrichtung 10 kann das Kühlmittel in der Kühlmittelleitung 11 so zirkulieren lassen, dass das Kühlmittel der in der Kühlmittelleitung 11 bereitgestellten Elektrokomponente 15 zugeführt wird.
  • Die Batteriekühlvorrichtung 20 weist eine Batteriekühlmittelleitung 21, die durch ein zweites Ventil V2 mit dem Vorratsbehälter 16 verbunden ist, sowie eine zweite Wasserpumpe 22 auf, die mit der Batteriekühlmittelleitung 21 und dem Batteriemodul 24 verbunden ist.
  • Die Batteriekühlvorrichtung 20 kann das Kühlmittel in das Batteriemodul 24 durch den Betrieb der zweiten Wasserpumpe 22 selektiv zirkulieren.
  • Das Batteriemodul 24 kann als wassergekühlter Typ ausgebildet sein, das die Elektrokomponente 15 mit Energie versorgt und durch ein Kühlmittel gekühlt wird, das entlang der Batteriekühlmittelleitung 21 strömt.
  • Hier können die erste und zweite Wasserpumpe 14 und 22 elektrische Wasserpumpen sein.
  • In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform ist die Kühleinheit 30 in einer ersten Zweigleitung 31 bereitgestellt, die durch das zweite Ventil V2 mit der Batteriekühlmittelleitung 21 verbunden ist.
  • Die Kühleinheit 30 ist mit einer Kältemittelleitung 51 der zentralisierten Energievorrichtung 50 verbunden, so dass das Kältemittel hindurchtritt. Das heißt, die Kühleinheit 30 kann ein wassergekühlter Wärmetauscher sein, in die ein Kühlmittel einströmt.
  • Dementsprechend ist die Kühleinheit 30 selektiv an die zweite Zweigleitung 35, die die Kühlmittelleitung 11 und die erste Zweigleitung 31 durch das erste Ventil V1 verbindet, und mit der ersten Zweigleitung 31 verbunden. Die Kühleinheit 30 kann die Temperatur des Kühlmittels steuern, indem einen Wärmeaustausch zwischen dem Kühlmittel und dem Kältemittel durchführt wird, das selektiv von der zentralisierten Energievorrichtung 50 zugeführt wird.
  • Dabei kann ein erstes Ende der zweiten Zweigleitung 35 durch das erste Ventil V1 mit der Kühlmittelleitung 11 verbunden sein. Ein zweites Ende der zweiten Zweigleitung 35 kann mit der ersten Zweigleitung 31 zwischen dem zweiten Ventil V2 und der Kühleinheit 30 verbunden sein.
  • Die zweite Zweigleitung 35 kann je nach Betätigung des ersten Ventils V1 und des Betriebs der ersten Wasserpumpe 14 selektiv geöffnet und geschlossen werden. Darüber hinaus kann die zweite Zweigleitung 35 die Kühlmittelleitung 11 und die erste Zweigleitung 31 in Abhängigkeit von der Betätigung des ersten Ventils V1 verbinden.
  • Im Heizbetrieb bzw. Heizmodus des Fahrzeugs kann das erste Ventil V1 die zweite Zweigleitung 35 öffnen und die mit dem Kühler 12 verbundene Kühlmittelleitung 11 schließen, so dass das Kühlmittel, das durch die Elektrokomponente 15 strömt, ohne den Kühler 12 zu durchströmen zirkuliert.
  • In diesem Zustand, wenn die Elektrokomponente 15 überhitzt ist, kann das erste Ventil V1 die mit dem Kühler 12 verbundene Kühlmittelleitung 11 öffnen, damit ein Teil des durch die Elektrokomponente 15 strömenden Kühlmittels in die zweite Zweigleitung 35 und das restliche Kühlmittel in den Kühler 12 strömen kann.
  • Infolgedessen kann ein Teil des im Kühler 12 gekühlten Kühlmittels der Elektrokomponente 15 zugeführt werden, wodurch eine Überhitzung der Elektrokomponente 15 verhindert wird.
  • Außerdem kann die Heizvorrichtung 40 eine erste Verbindungsleitung 41 aufweisen, die durch ein drittes Ventil V3 mit der Kühlmittelleitung 11 verbunden ist, sowie eine dritte Wasserpumpe 42 und einen Heizer 62, die in der ersten Verbindungsleitung 41 bereitgestellt sind, um einen Innenraum des Fahrzeugs mit einem Hochtemperaturkühlmittel zu heizen.
  • Hier kann in der ersten Verbindungsleitung 41 zwischen der dritten Wasserpumpe 42 und dem Heizer 62 ein Kühlmittelheizer 43 zum selektiven Wärmen des in der ersten Verbindungsleitung 41 zirkulierenden Kühlmittels bereitgestellt sein.
  • Der Kühlmittelheizer 43 wird eingeschaltet, wenn die Temperatur des Kühlmittels, das dem Heizer 62 im Heizmodus oder im Niedertemperaturentfeuchtungsmodus des Fahrzeugs zugeführt wird, geringer ist als eine Solltemperatur, um das in der ersten Verbindungsleitung 41 zirkulierende Kühlmittel zu erwärmen und dadurch das Kühlmittel, dessen Temperatur gesteigert wird, dem Heizer 62 zuzuführen.
  • Zusätzlich kann der Kühlmittelheizer 43 betrieben werden, wenn das Batteriemodul 24 geheizt wird.
  • Der Kühlmittelheizer 43 kann ein elektrischer Heizer sein, der entsprechend der Stromversorgung arbeitet.
  • Andererseits wird in der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform beschrieben, dass in der ersten Verbindungsleitung 41 der Kühlmittelheizer 43 bereitgestellt, aber nicht darauf beschränkt ist und anstelle (oder zusätzlich) des Kühlmittelheizers 43 ein Luftheizer 45 zum Steigern der Temperatur der in den Fahrzeuginnenraum einströmenden Außenluft eingesetzt werden kann.
  • Der Luftheizer 45 kann an der Rückseite des Heizers 62 in Richtung Fahrzeuginnenraum innerhalb eines Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagenmoduls 60 (hierein auch als HVAC-Modul bezeichnet) angeordnet sein, um die durch den Heizer 62 strömende Außenluft selektiv zu erwärmen.
  • Das heißt, die Heizvorrichtung 40 kann mit zumindest einem vom Kühlmittelheizer 43 und Luftheizer 45 verbunden sein.
  • Die wie oben beschrieben aufgebaute Heizvorrichtung 40 führt im Heizbetrieb des Fahrzeugs das vom Kühlvorrichtung 10 in die erste Verbindungsleitung 41 eingeleitete Hochtemperaturkühlmittel oder das Kühlmittel, dessen Temperatur während des Umwälzens durch die erste Verbindungsleitung 41 gesteigert wird, durch den Betrieb der dritten Wasserpumpe 42 dem Heizer 62 zu, wodurch der Fahrzeuginnenraum beheizt wird.
  • In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform kann die Klimaanlage 70 eine zweite Verbindungsleitung 71, die durch ein viertes Ventil V4 mit der Batteriekühlmittelleitung 21 verbunden ist, sowie eine vierte Wasserpumpe 72 und einen Kühler 64 aufweisen, die in der zweiten Verbindungsleitung 71 bereitgestellt sind, um einen Innenraum des Fahrzeugs mit einem Niedertemperaturkühlmittel zu kühlen.
  • Die Klimaanlage 70 kann das Kühlmittel mit gesenkter Temperatur zuführen, während die zweite Verbindungsleitung 71 zum Kühler 64 zirkuliert, so dass der Fahrzeuginnenraum im Kühlbetrieb des Fahrzeugs gekühlt werden kann.
  • Dabei können der Heizer 62 und der Kühler 64 innerhalb des HVAC-Moduls 60 bereitgestellt sein.
  • Darüber hinaus kann es sich bei der ersten, zweiten, dritten und vierten Wasserpumpe 14, 22, 42 und 72 um eine elektrische Wasserpumpe handeln.
  • Das erste und zweite Ventil V1 und V2 können 3-Wege-Ventile sein, die eine Durchflussmenge steuern können, und das dritte und vierte Ventil V3 und V4 können 4-Wege-Ventile sein.
  • Das HVAC-Modul 60 weist eine sich öffnende und schließende Klappe 66 auf, die zwischen dem Heizer 62 und dem Kühler 64 bereitgestellt ist und so gesteuert wird, dass eine durch den Kühler 64 strömende Außenluft selektiv in den Heizer 62 entsprechend dem Kühl-, Heiz- und Entfeuchtungsmodus des Fahrzeugs eingeleitet wird.
  • Das heißt, die sich öffnende und schließende Klappe 66 wird geöffnet, damit die durch den Kühler 64 strömende Außenluft im Heizbetrieb des Fahrzeugs in den Heizer 62 einströmen kann. Im Gegensatz dazu schließt die sich öffnende und schließende Klappe 66 im Kühlbetrieb des Fahrzeugs den Heizer 62, so dass die Außenluft, die beim Durchströmen des Kühlers 64 gekühlt wird, direkt in das Fahrzeug strömt.
  • Wenn der Kühlmittelheizer 43 in der Heizvorrichtung 40 nicht vorhanden ist, kann der im HVAC-Modul 60 bereitgestellte Luftheizer 45 an einer gegenüberliegenden Seite des Kühlers 64 mit dem dazwischen angeordneten Heizer 62 bereitgestellt sein.
  • Der Luftheizer 45 kann betrieben werden, um die Temperatur der durch den Heizer 62 strömenden Außenluft zu steigern, wenn die Temperatur des dem Heizer 62 zugeführten Kühlmittels geringer ist als eine Solltemperatur für die Innenbeheizung.
  • Andererseits kann der Luftheizer 45 innerhalb des HVAC-Moduls 60 bereitgestellt sein, wenn der Kühlmittelheizer nicht in der ersten Verbindungsleitung 41 bereitgestellt ist.
  • Das heißt, im Wärmepumpensystem gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann z.B. nur einer vom Kühlmittelheizer 43 und Luftheizer 45 eingesetzt werden.
  • In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform ist die zentralisierte Energievorrichtung (hierin auch als CE-Vorrichtung bezeichnet) 50 mit der ersten und zweiten Verbindungsleitung 41 und 71 (bspw. wärmetauschermäßig) verbunden, um der Klimaanlage 70 ein Niedertemperaturkühlmittel und der Heizvorrichtung 40 ein Hochtemperaturkühlmittel zuzuführen.
  • Die CE-Vorrichtung 50 führt einen selektiven Wärmeaustausch zwischen der Wärmeenergie, die durch Kondensation und Verdampfung des in der Kältemittelleitung 51 zirkulierenden Kältemittels erzeugt wird, mit dem Kühlmittel durch, das durch die erste und zweite Verbindungsleitung 41 bzw. 71 zugeführt wird.
  • Hier kann das Kältemittel ein hochleistungsfähiges R152-a, R744 oder R290 Kältemittel sein.
  • Das heißt, dem Heizer 62 wird durch die erste Verbindungsleitung 41 ein Hochtemperaturkühlmittel und dem Kühler 64 wird durch die zweite Verbindungsleitung 71 ein Niedertemperaturkühlmittel zugeführt.
  • Dabei weist die CE-Vorrichtung 50 einen Kondensator 53, ein Expansionsventil 55, einen Verdampfer 56 und einen Kompressor 59 auf.
  • Zunächst wird das Kältemittel in den Kondensator 53 zirkuliert, und der Kondensator 53 ist zwischen dem dritten Ventil V3 und dem Heizer 62 angeordnet.
  • Der Kondensator 53 kann das Kältemittel durch Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittel und dem Kühlmittel kondensieren und die Temperatur des Kühlmittels steigern.
  • Dabei kann das Kühlmittel, das in der Heizvorrichtung 40 zirkuliert, dem Kondensator 53 entlang der ersten Verbindungsleitung 41 zugeführt werden, so dass der Kondensator 53 das Kältemittel durch Wärmeaustausch mit dem Kühlmittel kondensiert.
  • Dementsprechend kann der Kondensator 53 im Heizbetrieb des Fahrzeugs das Kältemittel durch Wärmeaustausch zwischen dem in der ersten Verbindungsleitung 41 zirkulierenden Kühlmittel und dem vom Kompressor 59 zugeführten Hochtemperaturkältemittel kondensieren und das Hochtemperaturkühlmittel durch die erste Verbindungsleitung 41 dem Heizer 62 zuführen.
  • Das Expansionsventil 55 kann durch die Kältemittelleitung 51 mit dem Kondensator 53 verbunden sein. Das Expansionsventil 55 expandiert durch Aufnahme das Kältemittel, das den Kondensator 53 durchströmt hat. Das Expansionsventil 55 kann entweder mechanisch oder elektronisch ausgeführt sein.
  • Der Verdampfer 56 ist durch die Kältemittelleitung 51 mit dem Expansionsventil 55 verbunden. Der Verdampfer 56 ist in der zweiten Verbindungsleitung 71 zwischen dem vierten Ventil V4 und dem Kühler 64 bereitgestellt, um das Kühlmittel zu kühlen, das entlang der zweiten Verbindungsleitung 71 in der Klimaanlage 70 zirkuliert.
  • Der Verdampfer 56 verdampft das Kältemittel durch Wärmeaustausch mit dem Kühlmittel und kann die Temperatur des Kühlmittels senken.
  • Hier kann das Kühlmittel, das die Klimaanlage 70 zirkulieren lässt, dem Verdampfer 56 entlang der zweiten Verbindungsleitung 71 zugeführt werden, so dass der Verdampfer 56 das Kältemittel durch Wärmeaustausch mit dem Kühlmittel verdampft.
  • Dementsprechend kühlt der Verdampfer 56 das im Kühlbetrieb bzw. Kühlmodus des Fahrzeugs zirkulierende Kühlmittel durch die zweite Verbindungsleitung 71 durch Wärmeaustausch mit dem darin verdampften Niedertemperaturkältemittel und kann das Niedertemperaturkühlmittel durch die zweite Verbindungsleitung 71 dem Kühler 64 zuführen.
  • Zusätzlich ist der Kompressor 59 in der Kältemittelleitung 51 zwischen dem Verdampfer 56 und dem Kondensator 53 bereitgestellt. Der Kompressor 59 verdichtet das aus dem Verdampfer 56 ausgegebene Kältemittel im Gaszustand und kann das verdichtete Kältemittel dem Kondensator 53 zuführen.
  • Der Akkumulator 57 ist in der Kältemittelleitung 51 zwischen dem Verdampfer 56 und dem Kompressor 59 bereitgestellt.
  • Ein solcher Akkumulator 57 verbessert die Effizienz und Lebensdauer des Kompressors 59, indem er dem Kompressor 59 nur das gasförmige Kältemittel zuführt.
  • Hier kann die Kühleinheit 30 in der Kältemittelleitung 51 zwischen dem Verdampfer 56 und dem Akkumulator 57 bereitgestellt sein.
  • In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform können die Kühleinheit 30, der Kondensator 53 und der Verdampfer 56 ein wassergekühlter Wärmetauscher sein, in den ein Kühlmittel einströmt.
  • Hier kann die Kühleinheit 30 die Temperatur des Kühlmittels, das durch das Innere der Kühleinheit 30 strömt, durch Verwendung eines Niedertemperaturkühlmittels, das vom Verdampfer 56 zugeführt wird, senken, wenn das Batteriemodul 24 mit dem Kühlmittel gekühlt wird.
  • Infolgedessen kann das Batteriemodul 24 effizienter gekühlt werden, indem das Kühlmittel mit der niedrigeren Temperatur beim Hindurchtreten durch die Kühleinheit 30 zugeführt wird.
  • Andererseits, obwohl in der Zeichnung nicht abgebildet, kann ein interner Wärmetauscher (nicht abgebildet) in der Kältemittelleitung 51 zwischen dem Verdampfer 56 und dem Kompressor 59 bereitgestellt sein.
  • Die Kältemittelleitung 51, die den Kondensator 53 und das Expansionsventil 55 verbindet, und die Kältemittelleitung 51, die den Verdampfer 56 und den Kompressor 59 verbindet, können jeweils mit dem internen Wärmetauscher verbunden sein.
  • Der interne Wärmetauscher kondensiert zusätzlich das vom Kondensator 53 kondensierte Kältemittel durch Wärmeaustausch mit einem Niedertemperaturkältemittel, das aus dem Verdampfer 56 ausgegeben wird, und dann wird das zusätzlich kondensierte Kältemittel in das Expansionsventil 55 eingeleitet.
  • Das heißt, das kondensierte Kältemittel, das aus dem Kondensator 53 austritt, und das Niedertemperaturkältemittel, das aus dem Verdampfer 56 austritt, werden jeweils in den internen Wärmetauscher eingeleitet. Dementsprechend tauscht der interne Wärmetauscher zusätzlich Wärme zwischen dem Niedertemperaturkältemittel und dem kondensierten Kältemittel aus, um die Temperatur des Kältemittels weiter zu senken und die Kondensatmenge zu steigern.
  • Wie beschrieben kann, da der interne Wärmetauscher das im Kondensator 53 kondensierte Kältemittel weiter kondensiert, die Unterkühlung des Kältemittels gesteigert und dementsprechend eine Leistungszahl, d.h. eine Kälteleistungszahl in Bezug auf die Leistungsaufnahme des Kompressors, verbessert werden.
  • Nachfolgend wird ein Betrieb in jedem Betriebsmodus des Wärmepumpensystems für das Fahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in der obigen Konfiguration unter Bezugnahme auf 2 bis 10 beschrieben.
  • Zunächst wird der Betrieb des Wärmepumpensystems für das Fahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 2 beim Kühlen der Elektrokomponente 15 und des Batteriemoduls 24 durch das Kühlmittel beschrieben.
  • 2 zeigt ein Betriebszustandsdiagramm für die Kühlung einer Elektrokomponente und eines Batteriemoduls unter Verwendung eines Kühlmittels im Wärmepumpensystem eines Fahrzeugs gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Unter Bezugnahme auf 2 werden die erste und zweite Zweigleitung 31 und 35 durch Betätigung des ersten und zweiten Ventils V1 bzw. V2 geschlossen.
  • Darüber hinaus ist die Batteriekühlmittelleitung 21 durch Betätigung des zweiten Ventils V2 mit dem Vorratsbehälter 16 verbunden.
  • In diesem Zustand wird die erste Wasserpumpe 14 zur Kühlung der Elektrokomponente 15 in der Kühlvorrichtung 10 betrieben. Entsprechend wird das im Kühler 12 gekühlte und im Vorratsbehälter 16 gespeicherte Kühlmittel der Elektrokomponente 15 zugeführt.
  • In der Batteriekühlvorrichtung 20 wird die zweite Wasserpumpe 22 betrieben, um das Batteriemodul 24 zu kühlen.
  • Dann wird das im Vorratsbehälter 16 gespeicherte Kühlmittel dem Batteriemodul 24 zugeführt, während es durch die mit dem Vorratsbehälter 16 verbundene Batteriekühlmittelleitung 21 durch Betätigung des zweiten Ventils V2 zirkuliert.
  • Das heißt, das im Kühler 12 gekühlte und im Vorratsbehälter 16 gespeicherte Kühlmittel zirkuliert durch die Kühlmittelleitung 11 und die Batteriekühlmittelleitung 21 durch den Betrieb der ersten und zweiten Wasserpumpe 14 bzw. 22, um die Elektrokomponente 15 und das Batteriemodul 24 effizient zu kühlen.
  • Die CE-Vorrichtung 50, die Heizvorrichtung 40 und die Klimaanlage 70 werden nicht betrieben, weil der Kühlbetrieb des Fahrzeugs nicht aktiviert ist.
  • Andererseits, obwohl in der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform beschrieben wurde, dass sowohl die Elektrokomponente 15 als auch das Batteriemodul 24 gekühlt werden, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt, und wenn eine von der Elektrokomponente 15 und vom Batteriemodul 24 separat gekühlt wird, können die erste und zweite Wasserpumpe 14 und 22 selektiv betrieben werden.
  • Eine Funktionsweise im Falle der Kühlung des Batteriemoduls 24 im Kühlbetrieb bzw. Kühlmodus des Fahrzeugs wird unter Bezugnahme auf 3 beschrieben.
  • 3 zeigt ein Betriebszustandsdiagramm für die Kühlung eines Batteriemoduls unter Verwendung eines Kältemittels im Kühlbetrieb eines Fahrzeugs im Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Gemäß 3 wird in der Kühlvorrichtung 10 durch den Betrieb der ersten Wasserpumpe 14 das Kühlmittel in der Kühlmittelleitung 11 zirkuliert. Entsprechend wird das vom Kühler 12 gekühlte Kühlmittel zur Elektrokomponente 15 zirkuliert.
  • Dabei wird die zweite Zweigleitung 35 durch Betätigung des ersten Ventils V1 geschlossen.
  • In der Heizvorrichtung 40 werden die Kühlmittelleitung 11 und die erste Verbindungsleitung 41 durch Betätigung des dritten Ventils V3 so verbunden, dass das von der Kühlvorrichtung 10 zugeführte Kühlmittel zirkuliert wird.
  • So kann das durch den Kühler 12 gekühlte Kühlmittel durch den Betrieb der ersten und dritten Wasserpumpe 14 und 42 dem Kondensator 53 zugeführt werden.
  • In der Batteriekühlvorrichtung 20 wird die erste Zweigleitung 31 durch Betätigung des zweiten Ventils V2 geöffnet. Ein Teil der mit dem Vorratsbehälter 16 verbundenen Batteriekühlmittelleitung 21 wird durch die erste Zweigleitung 31 geschlossen.
  • In diesem Zustand kann das Kühlmittel, das durch die Kühleinheit 30 hindurchgetreten ist, dem Batteriemodul 24 zugeführt werden, während es entlang der ersten Zweigleitung 31 und der mit der ersten Zweigleitung 31 verbundenen Batteriekühlmittelleitung 21 durch den Betrieb der zweiten Wasserpumpe 22 zirkuliert, ohne durch den Vorratsbehälter 16 hindurchzutreten.
  • Das heißt, in der Batteriekühlvorrichtung 20 kann ein geschlossener Kreislauf, durch den das Kühlmittel unabhängig zirkuliert, gebildet werden, indem die geöffnete erste Zweigleitung 31 mit der Batteriekühlmittelleitung 21 in einem Zustand verbunden wird, in dem die Verbindung mit dem Anschluss des Vorratsbehälters 16 durch Betätigung des zweiten Ventils V2 geschlossen ist.
  • In der Klimaanlage 70 kann die zweite Verbindungsleitung 71 durch Betätigung des vierten Ventils V4 einen unabhängigen geschlossenen Kreislauf bilden, der unabhängig von der Batteriekühlmittelleitung 21 ist.
  • Dementsprechend wird in der Klimaanlage 70 das Kühlmittel durch den Betrieb der vierten Wasserpumpe 72 entlang der zweiten Verbindungsleitung 71 zirkuliert, und das durch den Verdampfer 56 strömende Niedertemperaturkühlmittel kann dem Kühler 64 zugeführt werden.
  • Bei der CE-Vorrichtung 50 kühlt jedes einzelne Element den Innenraum des Fahrzeugs. Dementsprechend wird das Kältemittel entlang der Kältemittelleitung 51 zirkuliert.
  • Die Heizvorrichtung 40 führt das Kühlmittel, das durch den Betrieb der dritten Wasserpumpe 42 aus der Kühlvorrichtung 10 zugeführt wird, dem Kondensator 53 zu.
  • Dementsprechend verflüssigt der Kondensator 53 das vom Kompressor 59 zugeführte Kältemittel unter Verwendung des entlang der ersten Verbindungsleitung 41 zirkulierenden Kühlmittels.
  • Darüber hinaus tauscht im Verdampfer 56 das entlang der zweiten Verbindungsleitung 71 zirkulierende Kühlmittel durch den Betrieb der vierten Wasserpumpe 72 mit einem intern verdampften Niedertemperaturkältemittel Wärme aus.
  • Das Niedertemperaturkühlmittel, das durch den Verdampfer 56 hindurchtritt, wird dem Kühler 64 entlang der zweiten Verbindungsleitung 71 durch den Betrieb der vierten Wasserpumpe 72 zugeführt.
  • Das heißt, das entlang der Kältemittelleitung 51 in der CE-Vorrichtung 50 zirkulierende Kältemittel wird durch Wärmeaustausch mit dem durch den Kondensator 53 strömenden Kältemittel kondensiert.
  • Anschließend wird das Kältemittel durch das Expansionsventil 55 entspannt und im Verdampfer 56 verdampft.
  • In diesem Fall kühlt das im Verdampfer 56 verdampfte Kältemittel das durch die zweite Verbindungsleitung 71 eingeleitete Kühlmittel. Dementsprechend durchströmt das Kühlmittel den Verdampfer 56, um bei niedriger Temperatur gekühlt zu werden, und das gekühlte Kühlmittel wird durch die zweite Verbindungsleitung 71 dem Kühler 64 zugeführt.
  • Das Kältemittel, das durch den Verdampfer 56 hindurchtritt, durchläuft nacheinander die Kühleinheit 30, den Akkumulator 57, den Kompressor 59 und den Kondensator 53 entlang der Kältemittelleitung 51.
  • Dabei wird die in das HVAC-Modul 60 eingeleitete Außenluft mit dem Niedertemperaturkühlmittel, das in den Kühler 64 eingeleitet wird, in Wärmeaustausch gebracht und gekühlt.
  • Zu diesem Zeitpunkt reduziert die sich öffnende und schließende Klappe 66 einen Teil der abgekühlten Außenluft, die durch den Heizer 62 strömt, so dass sie nicht durch den Heizer 62 strömt. Dementsprechend kann die gekühlte Außenluft direkt in einen Fahrzeuginnenraum einströmen, um den Innenraum des Fahrzeugs zu kühlen.
  • Das Kühlmittel, das die Kühleinheit 30 durchströmt, wird in der Batteriekühlmittelleitung 21 und der ersten Zweigleitung 31 zirkuliert, ohne durch den Vorratsbehälter 16 hindurchzutreten, um das Batteriemodul durch den Betrieb der zweiten Wasserpumpe 22 zu kühlen.
  • Das Kühlmittel, das die Kühleinheit 30 durchströmt, wird durch Wärmeaustausch mit dem Kältemittel, das vom Verdampfer 56 der Kühleinheit 30 zugeführt wird, gekühlt. Das in der Kühleinheit 30 gekühlte Kühlmittel wird dem Batteriemodul 24 zugeführt. Entsprechend wird das Batteriemodul 24 durch das gekühlte Kühlmittel gekühlt.
  • Das heißt, das Kühlmittel mit der gesteigerten Temperatur aus der Kühlung des Batteriemoduls 24 wird durch den Wärmeaustausch innerhalb der Kühleinheit 30 mit dem Niedertemperatur-Niederdruck-Kältemittel gekühlt. Das gekühlte Kühlmittel wird dem Batteriemodul 24 durch die Batteriekühlmittelleitung 21 und die erste Zweigleitung 31 wieder zugeführt.
  • Dementsprechend kann das Kühlmittel das Batteriemodul 24 effizient kühlen, während der oben beschriebene Vorgang fortgesetzt wird.
  • Bei Fortsetzung des oben beschriebenen Vorgangs kann das Kühlmittel im Kühlmodus den Innenraum des Fahrzeugs kühlen, und das Kältemittel kann das Kühlmittel durch Wärmeaustausch beim Hindurchtreten durch die Kühleinheit 30 kühlen.
  • Das in der Kühleinheit 30 gekühlte Niedertemperaturkühlmittel wird in das Batteriemodul 24 geleitet. Entsprechend kann das Batteriemodul 24 durch das zugeführte Niedertemperaturkühlmittel effizient gekühlt werden.
  • In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform wird ein Vorgang zur Kühlung des Batteriemoduls 24 während der Schnellladung des Batteriemoduls 24 im Kühlbetrieb des Fahrzeugs unter Bezugnahme auf 4 beschrieben.
  • 4 zeigt ein Betriebszustandsdiagramm für die Kühlung eines Batteriemoduls bei der Schnellladung des Batteriemoduls im Kühlbetrieb eines Fahrzeugs im Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • In der Kühlvorrichtung 10 wird das Kühlmittel in der Kühlmittelleitung 11 durch den Betrieb der ersten Wasserpumpe 14 zirkuliert, siehe 4. Entsprechend wird das vom Kühler 12 gekühlte Kühlmittel zur Elektrokomponente 15 zirkuliert.
  • Dabei wird die zweite Zweigleitung 35 durch Betätigung des ersten Ventils V1 geschlossen.
  • In der Heizvorrichtung 40 werden die Kühlmittelleitung 11 und die erste Verbindungsleitung 41 durch Betätigung des dritten Ventils V3 so verbunden, so dass das vom Kühlvorrichtung 10 zugeführte Kühlmittel zirkuliert wird.
  • So kann das durch den Kühler 12 gekühlte Kühlmittel durch den Betrieb der ersten und dritten Wasserpumpe 14 und 42 dem Kondensator 53 zugeführt werden.
  • In der Batteriekühlvorrichtung 20 wird die erste Zweigleitung 31 durch Betätigung des zweiten Ventils V2 geöffnet. Ein Teil der mit dem Vorratsbehälter 16 verbundenen Batteriekühlmittelleitung 21 wird basierend auf der ersten Zweigleitung 31 geschlossen.
  • In diesem Zustand kann das Kühlmittel, das durch die Kühleinheit 30 hindurchtritt, dem Batteriemodul 24 zugeführt werden, während es entlang der ersten Zweigleitung 31 und der mit der ersten Zweigleitung 31 verbundenen Batteriekühlmittelleitung 21 durch den Betrieb der zweiten Wasserpumpe 22 zirkuliert, ohne durch den Vorratsbehälter 16 hindurchzutreten.
  • Das heißt, in der Batteriekühlvorrichtung 20 kann ein geschlossener Kreislauf, durch den das Kühlmittel unabhängig zirkuliert, gebildet werden, indem die geöffnete erste Zweigleitung 31 mit der Batteriekühlmittelleitung 21 in einem Zustand verbunden wird, in dem die Verbindung mit dem Anschluss des Vorratsbehälters 16 durch Betätigung des zweiten Ventils V2 geschlossen ist.
  • Bei der Klimaanlage 70 ist die zweite Verbindungsleitung 71 durch Betätigung des vierten Ventils V4 mit der Batteriekühlmittelleitung 21 verbunden. Dementsprechend wird in der Klimaanlage 70 das Kühlmittel von der Batteriekühlvorrichtung 20 zugeführt, und das Kühlmittel kann entlang der zweiten Verbindungsleitung 71 durch den Betrieb der vierten Wasserpumpe 72 zirkuliert werden.
  • Das heißt, in der Klimaanlage 70 wird das Kühlmittel aus der Batteriekühlvorrichtung 20 entlang der zweiten Verbindungsleitung 71 zirkuliert, und das durch den Verdampfer 56 strömende Niedertemperaturkühlmittel kann dem Kühler 64 zugeführt werden.
  • Bei der CE-Vorrichtung 50 kühlt jedes einzelne Element den Innenraum des Fahrzeugs. Dementsprechend wird das Kältemittel entlang der Kältemittelleitung 51 zirkuliert.
  • Die Heizvorrichtung 40 führt das Kühlmittel, das durch den Betrieb der dritten Wasserpumpe 42 aus der Kühlvorrichtung 10 zugeführt wird, dem Kondensator 53 zu.
  • Dementsprechend verflüssigt der Kondensator 53 das vom Kompressor 59 zugeführte Kältemittel unter Verwendung des entlang der ersten Verbindungsleitung 41 zirkulierenden Kühlmittels.
  • Darüber hinaus tauscht im Verdampfer 56 das entlang der zweiten Verbindungsleitung 71 zirkulierende Kühlmittel durch den Betrieb der vierten Wasserpumpe 72 mit einem intern verdampften Niedertemperaturkältemittel Wärme aus.
  • Das Niedertemperaturkühlmittel, das durch den Verdampfer 56 hindurchtritt, wird dem Kühler 64 entlang der zweiten Verbindungsleitung 71 durch den Betrieb der vierten Wasserpumpe 72 zugeführt.
  • Das heißt, das entlang der Kältemittelleitung 51 in der CE-Vorrichtung 50 zirkulierende Kältemittel wird durch Wärmeaustausch mit dem durch den Kondensator 53 strömenden Kältemittel kondensiert.
  • Anschließend wird das Kältemittel durch das Expansionsventil 55 entspannt und im Verdampfer 56 verdampft.
  • In diesem Fall kühlt das aus dem Verdampfer 56 verdampfte Kältemittel das durch die zweite Verbindungsleitung 71 zugeführte Kühlmittel.
  • Dementsprechend durchläuft das Kühlmittel den Verdampfer 56, um mit einer niedrigen Temperatur gekühlt zu werden, und das gekühlte Kühlmittel wird der Kühleinheit 30 entlang der Batteriekühlmittelleitung 21 und der ersten Zweigleitung 31 durch das vierte Ventil V4 zugeführt.
  • Das Kühlmittel, das durch die Kühleinheit 30 strömt, wird entlang der Batteriekühlmittelleitung 21 und der ersten Zweigleitung 31 durch den Betrieb der zweiten Wasserpumpe 22 geleitet, ohne den Vorratsbehälter 16 zu durchströmen, um das Batteriemodul 24 zu kühlen.
  • Dabei wird das der Kühleinheit 30 zugeführte Kühlmittel zusätzlich mit dem durch die Kühleinheit 30 hindurchströmenden Kältemittel in Wärmeaustausch gebracht, und seine Temperatur kann gesenkt werden. Das Kühlmittel, dessen Temperatur gesenkt wird, kann dem Batteriemodul 24 entlang der Batteriekühlmittelleitung 21 zugeführt werden und kann das Batteriemodul 24 effizient kühlen.
  • Das heißt, wenn das Batteriemodul 24 im Kühlbetrieb des Fahrzeugs schnell geladen wird, steigt die vom Batteriemodul 24 erzeugte Wärmemenge, wodurch die Temperatur des Batteriemoduls 24 ansteigt.
  • Dementsprechend kann das Kühlmittel, dessen Temperatur während des sequentiellen Hindurchtretens durch den Verdampfer 56 und die Kühleinheit 30 gesenkt wird, das Batteriemodul 24 effizienter kühlen, während es das Batteriemodul 24 durchströmt.
  • Dann wird das Kühlmittel, das das Batteriemodul 24 kühlt, dem Kühler 64 entlang der zweiten Verbindungsleitung 71 zugeführt, die durch den Betrieb des vierten Ventils V4 angeschlossen ist.
  • Auf diese Weise kann das Kühlmittel das Batteriemodul 24 effizient kühlen, während es fortgesetzt den oben beschriebenen Vorgang durchführt.
  • In der Zwischenzeit durchläuft das Kältemittel, das durch den Verdampfer 56 hindurchtritt, nacheinander die Kühleinheit 30, den Akkumulator 57, den Kompressor 59 und den Kondensator 53 entlang der Kältemittelleitung 51.
  • Dabei wird die in das HVAC-Modul 60 eingeleitete Außenluft mit dem Niedertemperaturkühlmittel, das in den zu Kühler 64 eingeleitet wird, in Wärmeaustausch gebracht und gekühlt.
  • Zu diesem Zeitpunkt reduziert die sich öffnende und schließende Klappe 66 einen Teil der abgekühlten Außenluft, die durch den Heizer 62 strömt, so dass sie nicht durch den Heizer 62 strömt. Dementsprechend kann die gekühlte Außenluft direkt in einen Fahrzeuginnenraum einströmen, um den Innenraum des Fahrzeugs zu kühlen.
  • Das heißt, während der fortgesetzten Durchführung des oben beschriebenen Vorgangs kühlt das Kühlmittel den Innenraum des Fahrzeugs, wenn das Batteriemodul 24 im Kühlmodus des Fahrzeugs schnell geladen wird, und das Kältemittel kann das Kühlmittel kühlen, das durch den Verdampfer 56 und die Kühleinheit 30 strömt.
  • Das Niedertemperaturkühlmittel, das beim sequentiellen Hindurchtreten durch den Verdampfer 56 und die Kühleinheit 30 gekühlt wird, strömt in das Batteriemodul 24. Dementsprechend kann das Batteriemodul 24 durch das zugeführte Niedertemperaturkühlmittel effizient gekühlt werden.
  • In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform wird der Betrieb für den Fall der Rückgewinnung der Abwärme der Elektrokomponente 15 im Heizmodus des Fahrzeugs unter Bezugnahme auf 5 beschrieben.
  • 5 zeigt ein Betriebszustandsdiagramm für die Abwärmenutzung einer Elektrokomponente in Abhängigkeit von einem Heizbetrieb in einem Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Gemäß 5 wird in der Kühlvorrichtung 10 die erste Wasserpumpe 14 zum Zirkulieren des Kühlmittels betrieben.
  • Dabei wird die zweite Zweigleitung 35 durch Betätigung des ersten Ventils V1 geöffnet. Gleichzeitig wird basierend auf der zweiten Zweigleitung 35 durch Betätigung des ersten Ventils V1 ein Teil der mit dem Kühler 12 verbundenen Kühlmittelleitung 11 und ein Teil der den Kühler 12 und den Vorratsbehälter 16 verbindenden Kühlmittelleitung 11 geschlossen.
  • In der Batteriekühlvorrichtung 20 wird ein Teil der ersten Zweigleitung 31, der mit der zweiten Zweigleitung 35 verbunden ist, geöffnet, und wird ein verbleibender Teil der Batteriekühlmittelleitung 21 mit Ausnahme der Batteriekühlmittelleitung 21, die mit dem Vorratsbehälter 16 verbunden ist, basierend auf der ersten Zweigleitung 31 durch Betätigung des zweiten Ventils V2 geschlossen.
  • Das heißt, die Batteriekühlmittelleitung 21, die die zweite Wasserpumpe 22 und das Batteriemodul 24 verbindet, wird geschlossen, und der Betrieb der zweiten Wasserpumpe 22 wird gestoppt. Außerdem wird die Klimaanlage 70 gestoppt.
  • In diesem Zustand kann das Kühlmittel, das durch die Elektrokomponente 15 strömt, der Kühleinheit 30 entlang der geöffneten Zweigleitung 35 und einem Teil der ersten Zweigleitung 31 ohne durch den Kühler 12 hindurchzutreten durch den Betrieb der ersten Wasserpumpe 14 zugeführt werden.
  • Das aus der Kühleinheit 30 ausgegebene Kühlmittel wird durch die erste Zweigleitung 31 und die geöffnete Batteriekühlmittelleitung 21 in den Vorratsbehälter 16 geleitet.
  • Das heißt, in der Kühlvorrichtung 10 ist die Kühlmittelleitung 11 durch die geöffnete zweite Zweigleitung 35 mit der ersten Zweigleitung 31 verbunden.
  • So zirkuliert das Kühlmittel, das durch die Elektrokomponente 15 strömt, kontinuierlich entlang der Kühlmittelleitung 11, der zweiten Zweigleitung 35, dem Teil der ersten Zweigleitung 31 und einem Teil der geöffneten Batteriekühlmittelleitung 21, ohne durch den Kühler 12 hindurchzutreten, und absorbiert die Abwärme der Elektrokomponente 15, so dass die Temperatur gesteigert wird.
  • Das Kühlmittel mit der gesteigerten Temperatur kann der an der ersten Verbindungsleitung 31 bereitgestellten Kühleinheit 30 zugeführt werden. Das heißt, die von der Elektrokomponente 15 erzeugte Abwärme steigert die Temperatur des Kühlmittels, das durch die Kühlmittelleitung 11, die zweite Zweigleitung 35, den Teil der ersten Zweigleitung 31 und den Teil der geöffneten Batteriekühlmittelleitung 21 zirkuliert.
  • In der Heizvorrichtung 40 zirkuliert das Kühlmittel entlang der ersten Verbindungsleitung 41 durch den Betrieb der dritten Wasserpumpe 42.
  • Die Kühlmittelleitung 11 und die erste Verbindungsleitung 41 können durch Betätigung des dritten Ventils V3 den unabhängigen geschlossenen Kreislauf bilden.
  • So kann das Kühlmittel, das durch die erste Verbindungsleitung 41 zirkuliert, nach Hindurchtreten durch den Heizer 62 durch den Betrieb der dritten Wasserpumpe 42 dem Kondensator 53 zugeführt werden.
  • Dabei wird der Kühlmittelheizer 43 dann betrieben, wenn die Temperatur des in der ersten Verbindungsleitung 41 zirkulierenden Kühlmittels geringer ist als die Solltemperatur, so dass das in der ersten Verbindungsleitung 41 zirkulierende Kühlmittel erwärmt werden kann.
  • Wird dagegen der Luftheizer 45 anstelle des Kühlmittelheizers 43 eingesetzt, so arbeitet der Luftheizer 45, wenn die Temperatur der durch den Heizer 62 strömenden Außenluft geringer ist als die Solltemperatur, und die in den Innenraum des Fahrzeugs eingeleitete Außenluft kann erwärmt werden.
  • In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform wirkt bei der CE-Vorrichtung 50 jede Komponente zur Beheizung des Fahrzeuginnenraums. Somit zirkuliert das Kältemittel entlang der Kältemittelleitung 51.
  • Die Heizvorrichtung 40 führt das der Kühlvorrichtung 10 zugeführte Kühlmittel durch den Betrieb der dritten Wasserpumpe 42 dem Kondensator 53 zu.
  • Dementsprechend verflüssigt der Kondensator 53 das vom Kompressor 59 zugeführte Kältemittel unter Verwendung des entlang der ersten Verbindungsleitung 41 zirkulierenden Kühlmittels.
  • Das heißt, in der CE-Vorrichtung 50 wird das entlang der Kältemittelleitung 51 zirkulierende Kältemittel durch Wärmeaustausch mit dem durch den Kondensator 53 strömenden Kühlmittel kondensiert.
  • Anschließend wird das aus dem Kondensator 53 ausgegebene Kältemittel im Expansionsventil 55 entspannt und dem Verdampfer 56 zugeführt.
  • Das Kältemittel, das durch den Verdampfer 56 strömt, durchströmt nacheinander die Kühleinheit 30, den Akkumulator 57, den Kompressor 59 und den Kondensator 53 entlang der Kältemittelleitung 51.
  • Das Kühlmittel, das die Abwärme der Elektrokomponente 15 absorbiert und in seiner Temperatur gesteigert wird, wird durch Steigern der Temperatur des der Kühleinheit 30 zugeführten Kältemittels während des Hindurchtretens durch die Kühleinheit 30 durch den Betrieb der ersten Wasserpumpe 14 zurückgewonnen.
  • Das heißt, die Kühleinheit 30 verdampft das vom Verdampfer 56 zugeführte Kältemittel durch Wärmeaustausch mit dem Kühlmittel, dessen Temperatur beim Durchströmen die Elektrokomponente 15 gesteigert wird, wodurch die Abwärme die Elektrokomponente 15 zurückgewonnen wird.
  • Als nächstes wird das Kältemittel, das durch die Kühleinheit 30 strömt, entlang der Kältemittelleitung 51 dem Akkumulator 57 zugeführt.
  • Das dem Akkumulator 57 zugeführte Kältemittel wird in Gas und Flüssigkeit getrennt. Von dem in Gas und Flüssigkeit getrennten Kältemittel wird das gasförmige Kältemittel dem Kompressor 59 zugeführt.
  • Das vom Kompressor 59 verdichtete Hochtemperatur-Hochdruck-Kältemittel strömt zum Kondensator 53.
  • Hier kann das dem Kondensator 53 zugeführte Kältemittel die Temperatur des Kühlmittels durch Wärmeaustausch mit dem durch die erste Verbindungsleitung 41 zirkulierenden Kühlmittel steigern. Das Kühlmittel mit gesteigerter Temperatur wird dem Heizer 62 zugeführt.
  • In der Zwischenzeit wird die sich öffnende und schließende Klappe 66 geöffnet, so dass die in das HVAC-Modul 60 eingeleitete und durch den Kühler 64 strömende Außenluft den Heizer 62 durchströmt.
  • Infolgedessen strömt die von außen zugeführte Außenluft beim Durchströmen des Kühlers 64, der nicht mit dem Kühlmittel versorgt wird, im ungekühlten Temperaturzustand in den Innenraum. Die eingeleitete Außenluft wird beim Durchströmen des Heizer 62 in einen Zustand hoher Temperatur umgewandelt, um in den Fahrzeuginnenraum eingeleitet zu werden, wodurch die Beheizung des Fahrzeuginnenraums realisiert wird.
  • Das heißt, das Wärmepumpensystem gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform dient dazu, bei Heizbedarf des Fahrzeugs die Temperatur des Kältemittels durch Nutzung der Abwärme der Elektrokomponente 15 zu steigern und damit die Leistungsaufnahme des Kompressors 59 zu reduzieren und die Heizleistung bzw. Heizeffizienz zu verbessern.
  • In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform wird die Funktionsweise für den Fall der Rückgewinnung der Abwärme des Batteriemoduls 24 im Heizbetrieb bzw. Heizmodus des Fahrzeugs unter Bezugnahme auf 6 beschrieben.
  • 6 zeigt ein Betriebszustandsdiagramm für die Abwärmenutzung eines Batteriemoduls in Abhängigkeit von einem Heizbetrieb in einem Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Unter Bezugnahme auf 6 wird die zweite Zweigleitung 35 durch Betätigung des ersten Ventils V1 geschlossen und die Kühlvorrichtung 10 gestoppt. Außerdem wird die Klimaanlage 70 gestoppt.
  • In der Batteriekühlvorrichtung 20 werden der Vorratsbehälter 16 und die Batteriekühlmittelleitung 21 durch Betätigung des zweiten Ventils V2 verbunden und die erste Zweigleitung 31 geöffnet.
  • Zu diesem Zeitpunkt ist ein Teil der Batteriekühlmittelleitung 21 geschlossen, der den Vorratsbehälter 16 und die Kühleinheit 30 auf der Grundlage der ersten Zweigleitung 31 verbindet.
  • Dementsprechend kann das Kühlmittel, das durch den Betrieb der zweiten Wasserpumpe 22 durch das Batteriemodul 24 strömt, der Kühleinheit 30 entlang der geöffneten ersten Zweigleitung 31 und der Batteriekühlmittelleitung 21 zugeführt werden.
  • Das aus der Kühleinheit 30 ausgegebene Kühlmittel strömt durch die erste Zweigleitung 31 und die geöffnete Batteriekühlmittelleitung 21 in das Batteriemodul 24.
  • So zirkuliert das durch das Batteriemodul 24 strömende Kühlmittel kontinuierlich entlang der Batteriekühlmittelleitung 21 und der ersten Zweigleitung 35 und nimmt die Abwärme des Batteriemoduls 24 auf, so dass die Temperatur gesteigert wird.
  • Das Kühlmittel mit der gesteigerten Temperatur kann der an der ersten Verbindungsleitung 31 bereitgestellten Kühleinheit 30 zugeführt werden. Das heißt, die vom Batteriemodul 24 erzeugte Abwärme steigert die Temperatur des Kühlmittels, das durch die Batteriekühlmittelleitung 21 und die erste Zweigleitung 31 zirkuliert.
  • In der Heizvorrichtung 40 zirkuliert das Kühlmittel entlang der ersten Verbindungsleitung 41 durch den Betrieb der dritten Wasserpumpe 42.
  • Die erste Verbindungsleitung 41 kann durch Betätigung des dritten Ventils V3 den unabhängigen geschlossenen Kreislauf bilden.
  • So kann das Kühlmittel, das durch die erste Verbindungsleitung 41 zirkuliert, nach Hindurchtreten durch den Heizer 62 durch den Betrieb der dritten Wasserpumpe 42 dem Kondensator 53 zugeführt werden.
  • Dabei wird der Kühlmittelheizer 43 dann betrieben, wenn die Temperatur des in der ersten Verbindungsleitung 41 zirkulierenden Kühlmittels geringer ist als die Solltemperatur, so dass das in der ersten Verbindungsleitung 41 zirkulierende Kühlmittel erwärmt werden kann.
  • Wird dagegen der Luftheizer 45 anstelle des Kühlmittelheizers 43 eingesetzt, so arbeitet der Luftheizer 45, wenn die Temperatur der durch den Heizer 62 strömenden Außenluft geringer ist als die Solltemperatur, und die in den Innenraum des Fahrzeugs eingeleitete Außenluft kann erwärmt werden.
  • In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform wirkt bei der CE-Vorrichtung 50 jedes Element zur Beheizung des Fahrzeuginnenraums. Somit zirkuliert das Kältemittel entlang der Kältemittelleitung 51.
  • Die Heizvorrichtung 40 führt das der Kühlvorrichtung 10 zugeführte Kühlmittel durch den Betrieb der dritten Wasserpumpe 42 dem Kondensator 53 zu.
  • Dementsprechend verflüssigt der Kondensator 53 das vom Kompressor 59 zugeführte Kältemittel unter Verwendung des entlang der ersten Verbindungsleitung 41 zirkulierenden Kühlmittels.
  • Das heißt, in der CE-Vorrichtung 50 wird das entlang der Kältemittelleitung 51 zirkulierende Kältemittel durch Wärmeaustausch mit dem durch den Kondensator 53 strömenden Kühlmittel kondensiert.
  • Anschließend wird das aus dem Kondensator 53 ausgegebene Kältemittel im Expansionsventil 55 entspannt und im Verdampfer 56 verdampft.
  • Das Kältemittel, das durch den Verdampfer 56 strömt, durchläuft entlang der Kältemittelleitung 51 nacheinander die Kühleinheit 30, den Akkumulator 57, den Kompressor 59 und den Kondensator 53.
  • Das Kühlmittel, das die Abwärme des Batteriemoduls 24 absorbiert und in seiner Temperatur gesteigert wird, wird zurückgewonnen, indem die Temperatur des der Kühleinheit 30 zugeführten Kältemittels während des Hindurchtretens durch die Kühleinheit 30 durch den Betrieb der zweiten Wasserpumpe 22 gesteigert wird.
  • Das heißt, die Kühleinheit 30 verdampft das vom Verdampfer 56 zugeführte Kältemittel durch Wärmeaustausch mit dem Kühlmittel, dessen Temperatur beim Hindurchtreten durch das Batteriemodul 24 gesteigert wird, und gewinnt so die Abwärme des Batteriemoduls 24 zurück.
  • Als nächstes wird das Kältemittel, das durch die Kühleinheit 30 strömt, entlang der Kältemittelleitung 51 dem Akkumulator 57 zugeführt.
  • Das dem Akkumulator 57 zugeführte Kältemittel wird in Gas und Flüssigkeit getrennt. Von dem in Gas und Flüssigkeit getrennten Kältemittel wird das gasförmige Kältemittel dem Kompressor 59 zugeführt.
  • Das vom Kompressor 59 verdichtete Hochtemperatur-Hochdruck-Kältemittel strömt zum Kondensator 53.
  • Hier kann das dem Kondensator 53 zugeführte Kältemittel die Temperatur des Kühlmittels durch Wärmeaustausch mit dem durch die erste Verbindungsleitung 41 zirkulierenden Kühlmittel steigern. Das Kühlmittel mit gesteigerter Temperatur wird dem Heizer 62 zugeführt.
  • In der Zwischenzeit wird die sich öffnende und schließende Klappe 66 geöffnet, so dass die in das HVAC-Modul 60 eingeleitete und durch den Kühler 64 strömende Außenluft den Heizer 62 durchströmt.
  • Infolgedessen strömt die von außen zugeführte Außenluft beim Durchströmen des Kühlers 64, der nicht mit dem Kühlmittel versorgt wird, im ungekühlten Temperaturzustand in den Innenraum. Die eingeleitete Außenluft wird beim Durchströmen des Heizers 62 in einen Zustand hoher Temperatur umgewandelt, um in den Fahrzeuginnenraum eingeleitet zu werden, wodurch die Beheizung des Fahrzeuginnenraums realisiert wird.
  • Das heißt, das Wärmepumpensystem gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform dient dazu, bei Heizbedarf des Fahrzeugs die Temperatur des Kältemittels durch Nutzung der Abwärme des Batteriemoduls 24 zu steigern und damit die Leistungsaufnahme des Kompressors 59 zu reduzieren und die Heizleistung zu verbessern.
  • Andererseits wird in der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform die Abwärme der Elektrokomponente 15 und des Batteriemoduls 24 jeweils als Beispiel zurückgewonnen, aber die Ausführungsform ist nicht darauf beschränkt, und die Abwärme der Elektrokomponente 15 und des Batteriemoduls 24 kann gemeinsam oder separat zurückgewonnen werden.
  • Im Heizbetrieb des Fahrzeugs wird der Betrieb zur Nutzung der Abwärme der Elektrokomponente 15 ohne den Betrieb der CE-Vorrichtung 50 unter Bezugnahme auf 7 beschrieben.
  • 7 zeigt ein Betriebszustandsdiagramm zur Durchführung des Heizbetriebs mit Abwärme einer Elektrokomponente in einem Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Gemäß 7 wird in der Kühlvorrichtung 10 die erste Wasserpumpe 14 zum Zirkulieren des Kühlmittels betrieben. Zu diesem Zeitpunkt sind die CE-Vorrichtung 50 und die Klimaanlage 70 gestoppt.
  • Dabei wird die zweite Zweigleitung 35 durch Betätigung des ersten Ventils V1 geöffnet. Gleichzeitig wird aufgrund der zweiten Zweigleitung 35 durch Betätigung des ersten Ventils V1 ein Teil der mit dem Kühler 12 verbundenen Kühlmittelleitung 11 und ein Teil der den Kühler 12 und den Vorratsbehälter 16 verbindenden Kühlmittelleitung 11 geschlossen.
  • In der Batteriekühlvorrichtung 20 wird ein Teil der ersten Zweigleitung 31 geöffnet, der mit der zweiten Zweigleitung 35 verbunden ist, und wird ein verbleibender Teil der Batteriekühlmittelleitung 21 mit Ausnahme der Batteriekühlmittelleitung 21, die mit dem Vorratsbehälter 16 verbunden ist, basierend auf der ersten Zweigleitung 31 durch Betätigung des zweiten Ventils V2 geschlossen.
  • Das heißt, die Batteriekühlmittelleitung 21, die die zweite Wasserpumpe 22 und das Batteriemodul 24 verbindet, wird geschlossen, und der Betrieb der zweiten Wasserpumpe 22 wird gestoppt.
  • In diesem Zustand wird das Kühlmittel, dessen Temperatur während des Hindurchtretens durch die Elektrokomponente 15 durch den Betrieb der ersten Wasserpumpe 14 gesteigert wird, dem Heizer 62 entlang der ersten Verbindungsleitung 41, die durch das dritte Ventil V3 angeschlossen ist, ohne Hindurchtreten durch den Kühler 12 zugeführt.
  • Dabei durchströmt das in die erste Verbindungsleitung 41 eingeleitete Kühlmittel durch den Betrieb der dritten Wasserpumpe 42 den Heizer 62. Zu diesem Zeitpunkt wird der Kühlmittelheizer 43 betrieben, wenn die Temperatur des in der ersten Verbindungsleitung 41 zirkulierenden Kühlmittels geringer ist als die Solltemperatur, so dass das in der ersten Verbindungsleitung 41 zirkulierende Kühlmittel erwärmt werden kann.
  • Wenn andererseits der Luftheizer 45 anstelle des Kühlmittelheizers 43 eingesetzt wird, kann der Luftheizer 45 selektiv in Abhängigkeit von der Temperatur der durch den Heizer 62 strömenden Außenluft betrieben werden.
  • Das heißt, der Luftheizer 45 wird betrieben, wenn die Temperatur der durch den Heizer 62 strömenden Außenluft geringer ist als die Solltemperatur, und die in den Innenraum des Fahrzeugs strömende Außenluft kann erwärmt werden.
  • Der Luftheizer 45 wird betrieben, wenn die Temperatur der Außenluft, die beim Durchströmen des Heizers 62 den Wärmeaustausch mit dem Hochtemperaturkühlmittel abgeschlossen hat, geringer ist als eine eingestellte Temperatur oder eine Soll-Heiztemperatur.
  • Infolgedessen kann beim Betrieb des Luftheizers 45 die Außenluft erwärmt werden, während sie durch den Luftheizer 45 strömt, um in einem Zustand gesteigerter Temperatur in den Fahrzeuginnenraum eingeleitet zu werden.
  • In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform wird das aus dem Heizer 62 ausgegebene Kühlmittel der Kühleinheit 30 durch die erste Verbindungsleitung 41, das dritte Ventil V3, die Kühlmittelleitung 11, die zweite Zweigleitung 35 und einen Teil der ersten Zweigleitung 31 zugeführt, ohne durch den Kühler 12 hindurchzutreten.
  • Da das der Kühleinheit 30 zugeführte Kühlmittel nicht in die Kühleinheit 30 strömt und gekühlt wird, kann das Kühlmittel die Kühleinheit 30 ohne Wärmeaustausch mit dem Kältemittel durchströmen.
  • Das aus der Kühleinheit 30 ausgegebene Kühlmittel durchströmt nacheinander die erste Zweigleitung 31 und die geöffnete Batteriekühlmittelleitung 21 und gelangt wieder in den Vorratsbehälter 16.
  • Das heißt, das Kühlmittel, das durch die Elektrokomponente 15 Hindurchtritt, zirkuliert weiterhin entlang der Kühlmittelleitung 11, der ersten Verbindungsleitung 41, der zweiten Zweigleitung 35, der ersten Zweigleitung 31 und dem Teil der Batteriekühlmittelleitung 21, ohne durch den Kühler 12 hindurchzutreten, und absorbiert die Abwärme der Elektrokomponente 15, so dass deren Temperatur steigt.
  • Das Kühlmittel mit der gesteigerten Temperatur wird durch Betätigung des dritten Ventils V3 in die erste Verbindungsleitung 41, die mit der Kühlmittelleitung 11 verbunden ist, eingeleitet. Anschließend wird das in die erste Verbindungsleitung 41 eingeleitete Hochtemperaturkühlmittel dem Heizer 62 zugeführt.
  • Dabei wird die sich öffnende und schließende Klappe 66 so geöffnet, dass die in das HVAC-Modul 60 einströmende Außenluft den Heizer 62 durchströmt.
  • Dementsprechend strömt die von außen zugeführte Außenluft in einem Raumtemperaturzustand, in dem sie beim Durchströmen des Kühlers 64, dem kein Kältemittel zugeführt wird, nicht gekühlt wird. Die zugeführte Außenluft kann beim Durchströmen des Heizers 62 in einen Zustand hoher Temperatur umgewandelt werden und strömt in das Fahrzeug, wodurch der Innenraum des Fahrzeugs geheizt wird.
  • Mit anderen Worten, gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die in der Elektrokomponente 15 erzeugte Abwärme unter Wiederholung des oben beschriebenen Vorgangs zurückzugewinnen und die Abwärme für das Heizen des Innenraums zu nutzen, wodurch der Stromverbrauch gesenkt und der Gesamtwirkungsgrad beim Heizen verbessert wird.
  • Andererseits wird beim Heizen des Fahrzeuginnenraums durch Rückgewinnung der Abwärme die Elektrokomponente 15 mit Hilfe des Kühlmittels bei Überhitzung der Elektrokomponente 15 ein Teil der Kühlmittelleitung 11, der mit dem Kühler 12 verbunden ist, und ein Teil der Kühlmittelleitung 11, der den Kühler 12 und den Vorratsbehälter 16 verbindet, durch Betätigung des ersten Ventils V1 geöffnet.
  • Dementsprechend wird das restliche Kühlmittel, das nicht dem Heizer 62 zugeführt wird, durch den Kühler 12 gekühlt.
  • Das vollständig gekühlte Kühlmittel kann beim Hindurchtreten durch die Elektrokomponente 15 die Abwärme zurückgewinnen und gleichzeitig die Elektrokomponente 15 zusammen mit dem Kühlmittel, das durch die zweite Zweigleitung 35, die erste Zweigleitung 31 und den Teil der Batteriekühlmittelleitung 21 in den Vorratsbehälter 16 eingeleitet wird, effizient kühlen.
  • Insbesondere bei Überhitzung der Elektrokomponente 15 kann das erste Ventil V1 die mit dem Kühler 12 verbundene Kühlmittelleitung 11 öffnen, damit ein Teil des durch die Elektrokomponente 15 strömenden Kühlmittels in die zweite Zweigleitung 35 und das restliche Kühlmittel in den Kühler 12 strömen kann.
  • Infolgedessen kann ein Teil des im Kühler 12 gekühlten Kühlmittels der Elektrokomponente 15 zugeführt werden, wodurch eine Überhitzung der Elektrokomponente 15 verhindert wird.
  • Daher ist es gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung möglich, die in der Elektrokomponente 15 erzeugte Abwärme zurückzugewinnen und die Abwärme für die Innenraumheizung zu nutzen, wodurch der Energieverbrauch gesenkt und der Gesamtwirkungsgrad der Heizung verbessert wird.
  • Gleichzeitig kann gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ein Teil des Kühlmittels durch die Betriebssteuerung des ersten Ventils V1, das in der Lage ist, den zu kühlenden Strom zu verteilen, in den Kühler 12 eingeleitet und dann der Elektrokomponente 15 zugeführt werden, wodurch die Elektrokomponente 15 effizient gekühlt und die Kühlleistung der Elektrokomponente 15 sichergestellt wird.
  • Der Betrieb des Fahrzeugs in der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform gemäß einem Niedertemperaturentfeuchtungsmodus- bzw. Niedertemperaturtrocknungsmodus wird unter Bezugnahme auf 8 beschrieben.
  • 8 zeigt ein Betriebszustandsdiagramm gemäß einem Niedertemperaturentfeuchtungsmodus in einem Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Der Niedertemperaturentfeuchtungsmodus der Luft ist hier ein Modus, der dann zum Einsatz kommt, wenn im Heizmodus des Fahrzeugs eine Entfeuchtung im Fahrzeuginnenraum erforderlich ist.
  • Wenn die Abwärme der Elektrokomponente 15 ausreichend ist, kann das Wärmepumpensystem die Abwärme der Elektrokomponente 15 zurückgewinnen und für das Innenraumheizen des Fahrzeugs nutzen (siehe 8).
  • Zunächst wird in der Kühlvorrichtung 10 die erste Wasserpumpe 14 zum Zirkulieren des Kühlmittels betrieben.
  • Dabei wird die zweite Zweigleitung 35 durch Betätigung des ersten Ventils V1 geöffnet. Gleichzeitig wird basierend auf der zweiten Zweigleitung 35 durch Betätigung des ersten Ventils V1 ein Teil der mit dem Kühler 12 verbundenen Kühlmittelleitung 11 und ein Teil der den Kühler 12 und den Vorratsbehälter 16 verbindenden Kühlmittelleitung 11 geschlossen.
  • In der Batteriekühlvorrichtung 20 wird ein Teil der ersten Zweigleitung 31 geöffnet, der mit der zweiten Zweigleitung 35 verbunden ist, und wird ein verbleibender Teil der Batteriekühlmittelleitung 21 mit Ausnahme der Batteriekühlmittelleitung 21, die mit dem Vorratsbehälter 16 verbunden ist, basierend auf der ersten Zweigleitung 31 durch Betätigung des zweiten Ventils V2 geschlossen.
  • Dementsprechend wird die Batteriekühlmittelleitung 21, die die zweite Wasserpumpe 22 und das Batteriemodul 24 verbindet, geschlossen und der Betrieb der zweiten Wasserpumpe 22 gestoppt. Das heißt, die Batteriekühlvorrichtung 20 ist gestoppt.
  • In diesem Zustand kann das Kühlmittel, das durch die Elektrokomponente 15 strömt, der Kühleinheit 30 entlang der geöffneten Zweigleitung 35 und einem Teil der ersten Zweigleitung 31 ohne Durchströmen durch den Kühler 12 durch den Betrieb der ersten Wasserpumpe 14 zugeführt werden.
  • Das aus der Kühleinheit 30 ausgegebene Kühlmittel strömt durch die erste Zweigleitung 31 und die geöffnete Batteriekühlmittelleitung 21 in den Vorratsbehälter 16.
  • Das heißt, in der Kühlvorrichtung 10 wird die Kühlmittelleitung 11 durch die geöffnete zweite Zweigleitung 35 mit der ersten Zweigleitung 31 verbunden.
  • So zirkuliert das Kühlmittel, das durch die Elektrokomponente 15 strömt, kontinuierlich entlang der Kühlmittelleitung 11, der zweiten Zweigleitung 35, dem Teil der ersten Zweigleitung 31 und einem Teil der geöffneten Batteriekühlmittelleitung 21, ohne durch den Kühler 12 hindurchzutreten, und absorbiert die Abwärme der Elektrokomponente 15, so dass die Temperatur gesteigert wird.
  • Das Kühlmittel mit der gesteigerten Temperatur kann der an der ersten Verbindungsleitung 31 bereitgestellten Kühleinheit 30 zugeführt werden. Das heißt, die von der Elektrokomponente 15 erzeugte Abwärme steigert die Temperatur des Kühlmittels, das durch die Kühlmittelleitung 11, die zweite Zweigleitung 35, den Teil der ersten Zweigleitung 31 und den Teil der geöffneten Batteriekühlmittelleitung 21 zirkuliert.
  • In der Heizvorrichtung 40 zirkuliert das Kühlmittel entlang der ersten Verbindungsleitung 41 durch den Betrieb der dritten Wasserpumpe 42.
  • Die Kühlmittelleitung 11 und die erste Verbindungsleitung 41 können durch Betätigung des dritten Ventils V3 den unabhängigen geschlossenen Kreislauf bilden.
  • So kann das Kühlmittel, das durch die erste Verbindungsleitung 41 zirkuliert, nach Hindurchtreten durch den Heizer 62 durch den Betrieb der dritten Wasserpumpe 42 dem Kondensator 53 zugeführt werden.
  • Dabei wird der Kühlmittelheizer 43 dann betrieben, wenn die Temperatur des in der ersten Verbindungsleitung 41 zirkulierenden Kühlmittels geringer ist als die Solltemperatur, so dass das in der ersten Verbindungsleitung 41 zirkulierende Kühlmittel erwärmt werden kann.
  • Wird dagegen der Luftheizer 45 anstelle des Kühlmittelheizers 43 eingesetzt, so arbeitet der Luftheizer 45, wenn die Temperatur der durch den Heizer 62 strömenden Außenluft geringer ist als die Solltemperatur, und die in den Innenraum des Fahrzeugs eingeleitete Außenluft kann erwärmt werden.
  • In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform wirkt bei der CE-Vorrichtung 50 jede Komponente zum Beheizen des Fahrzeuginnenraums. Auf diese Weise zirkuliert das Kältemittel entlang der Kältemittelleitung 51.
  • Die Heizvorrichtung 40 führt das der Kühlvorrichtung 10 zugeführte Kühlmittel durch den Betrieb der dritten Wasserpumpe 42 dem Kondensator 53 zu.
  • Dementsprechend verflüssigt der Kondensator 53 das vom Kompressor 59 zugeführte Kältemittel unter Verwendung des entlang der ersten Verbindungsleitung 41 zirkulierenden Kühlmittels.
  • Währenddessen wird in der Klimaanlage 70 das Kühlmittel entlang der zweiten Verbindungsleitung 71 durch den Betrieb der vierten Wasserpumpe 72 zirkuliert.
  • So tauscht der Verdampfer 56 durch den Betrieb der vierten Wasserpumpe 72 das entlang der zweiten Verbindungsleitung 71 zirkulierende Kühlmittel mit einem intern verdampften Niedertemperaturkältemittel aus.
  • Das Niedertemperaturkühlmittel, das durch den Verdampfer 56 hindurchtritt, wird dem Kühler 64 entlang der zweiten Verbindungsleitung 71 durch den Betrieb der vierten Wasserpumpe 72 zugeführt.
  • Dementsprechend wird in der Klimaanlage 70 das Kühlmittel durch den Betrieb der vierten Wasserpumpe 72 entlang der zweiten Verbindungsleitung 71 zirkuliert, und das durch den Verdampfer 56 strömende Niedertemperaturkühlmittel kann dem Kühler 64 zugeführt werden.
  • Das heißt, das entlang der Kältemittelleitung 51 in der CE-Vorrichtung 50 zirkulierende Kältemittel wird durch Wärmeaustausch mit dem durch den Kondensator 53 strömenden Kühlmittel kondensiert.
  • Anschließend wird das Kältemittel durch das Expansionsventil 55 entspannt und im Verdampfer 56 verdampft.
  • In diesem Fall kühlt das im Verdampfer 56 verdampfte Kältemittel das durch die zweite Verbindungsleitung 71 eingeleitete Kühlmittel. Dementsprechend durchströmt das Kühlmittel den Verdampfer 56, um bei niedriger Temperatur gekühlt zu werden, und das gekühlte Kühlmittel wird durch die zweite Verbindungsleitung 71 dem Kühler 64 zugeführt.
  • In der Zwischenzeit strömt das Kältemittel, das durch den Verdampfer 56 hindurchtritt, nacheinander durch die Kühleinheit 30, den Akkumulator 57, den Kompressor 59 und den Kondensator 53 entlang der Kältemittelleitung 51.
  • Das Kühlmittel, das die Abwärme der Elektrokomponente 15 absorbiert und in seiner Temperatur gesteigert wird, wird durch Steigern der Temperatur des der Kühleinheit 30 zugeführten Kältemittels während des Hindurchtretens durch die Kühleinheit 30 durch den Betrieb der ersten Wasserpumpe 14 zurückgewonnen.
  • Das heißt, die Kühleinheit 30 verdampft (z.B. weitergehend) das vom Verdampfer 56 zugeführte Kältemittel durch Wärmeaustausch mit dem Kühlmittel, dessen Temperatur beim Durchströmen die Elektrokomponente 15 gesteigert wird, wodurch die Abwärme der Elektrokomponente 15 zurückgewonnen wird.
  • Als nächstes wird das Kältemittel, das durch die Kühleinheit 30 strömt, entlang der Kältemittelleitung 51 dem Akkumulator 57 zugeführt.
  • Das dem Akkumulator 57 zugeführte Kältemittel wird in Gas und Flüssigkeit getrennt. Von dem in Gas und Flüssigkeit getrennten Kältemittel wird das gasförmige Kältemittel dem Kompressor 59 zugeführt.
  • Das vom Kompressor 59 verdichtete Hochtemperatur-Hochdruck-Kältemittel strömt zum Kondensator 53.
  • Hier kann das dem Kondensator 53 zugeführte Kältemittel die Temperatur des Kühlmittels durch Wärmeaustausch mit dem durch die erste Verbindungsleitung 41 zirkulierenden Kühlmittel steigern. Das Kühlmittel mit gesteigerter Temperatur wird dem Heizer 62 zugeführt.
  • In der Zwischenzeit wird die sich öffnende und schließende Klappe 66 geöffnet, so dass die in das HVAC-Modul 60 eingeleitete und durch den Kühler 64 strömende Außenluft den Heizer 62 durchströmt.
  • Das heißt, die dem HVAC-Modul 60 zugeführte Außenluft wird beim Durchströmen des Kühlers 64, dem das Niedertemperaturkühlmittel zugeführt wird, entfeuchtet.
  • Die Außenluft, die beim Durchströmen des Kühlers 64 entfeuchtet wird, wird beim Durchströmen des Heizers 62 in einen Zustand hoher Temperatur umgewandelt und strömt in den Fahrzeuginnenraum ein, wodurch der Fahrzeuginnenraum erwärmt und entfeuchtet wird.
  • Das heißt im Niedertemperaturentfeuchtungsmodus der Luft nimmt das Wärmepumpensystem gemäß der beispielhaften Ausführung die Abwärme der Elektrokomponente 15 auf und nutzt die aufgenommene Abwärme zur Temperaturerhöhung (bspw. Überhitzung) des Kältemittels, um den Energieverbrauch des Kompressors 59 zu senken und die Heizeffizienz zu steigern.
  • Darüber hinaus kann das Wärmepumpensystem die Entfeuchtung des Innenraums gemeinsam durchführen, indem die Klimaanlage 70 betrieben wird, um das Niedertemperaturkühlmittel selektiv dem Kühler 64 zuzuführen.
  • In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform wird der Betrieb des Fahrzeuges im Hochtemperaturentfeuchtungsmodus unter Bezugnahme auf 9 beschrieben.
  • 9 zeigt ein Betriebszustandsdiagramm gemäß einem Hochtemperaturentfeuchtungsmodus in einem Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Hier ist der Hochtemperaturentfeuchtungsmodus ein Modus, bei dem die Entfeuchtung im Fahrzeuginnenraum im Kühlmodus des Fahrzeugs durchgeführt wird.
  • Gemäß 9 wird in der Kühlvorrichtung 10 die erste Wasserpumpe 14 zum Zirkulieren des Kühlmittels betrieben. Dementsprechend wird das durch den Kühler 12 gekühlte Kühlmittel zur Elektrokomponente 15 zirkuliert.
  • Dabei wird die zweite Zweigleitung 35 durch Betätigung des ersten Ventils V1 geschlossen.
  • In der Batteriekühlvorrichtung 20 werden die Batteriekühlmittelleitung 21 und die erste Zweigleitung 31 durch Betätigung des zweiten Ventils V2 geschlossen. Entsprechend ist die Batteriekühlvorrichtung 20 gestoppt.
  • In der Heizvorrichtung 40 werden die Kühlmittelleitung 11 und die erste Verbindungsleitung 41 durch Betätigung des dritten Ventils V3 so verbunden, dass das von der Kühlvorrichtung 11 zugeführte Kühlmittel zirkuliert wird.
  • So kann das durch den Kühler 12 gekühlte Kühlmittel durch den Betrieb der ersten und dritten Wasserpumpe 14 und 42 dem Kondensator 53 zugeführt werden.
  • In der Klimaanlage 70 kann die zweite Verbindungsleitung 71 durch Betätigung des vierten Ventils V4 einen unabhängigen geschlossenen Kreislauf bilden, der unabhängig von der Batteriekühlmittelleitung 21 ist.
  • Dementsprechend wird in der Klimaanlage 70 das Kühlmittel durch den Betrieb der vierten Wasserpumpe 72 entlang der zweiten Verbindungsleitung 71 zirkuliert, und das durch den Verdampfer 56 strömende Niedertemperaturkühlmittel kann dem Kühler 64 zugeführt werden.
  • Bei der CE-Vorrichtung 50 kühlt jedes einzelne Element den Innenraum des Fahrzeugs. Dementsprechend wird das Kältemittel entlang der Kältemittelleitung 51 zirkuliert.
  • Die Heizvorrichtung 40 führt das Kühlmittel, das durch den Betrieb der dritten Wasserpumpe 42 aus der Kühlvorrichtung 10 zugeführt wird, dem Kondensator 53 zu.
  • Dementsprechend verflüssigt der Kondensator 53 das vom Kompressor 59 zugeführte Kältemittel unter Verwendung des entlang der ersten Verbindungsleitung 41 zirkulierenden Kühlmittels.
  • Darüber hinaus tauscht im Verdampfer 56 das entlang der zweiten Verbindungsleitung 71 zirkulierende Kühlmittel durch den Betrieb der vierten Wasserpumpe 72 mit einem intern verdampften Niedertemperaturkältemittel Wärme aus.
  • Das Niedertemperaturkühlmittel, das durch den Verdampfer 56 hindurchtritt, wird dem Kühler 64 entlang der zweiten Verbindungsleitung 71 durch den Betrieb der vierten Wasserpumpe 72 zugeführt.
  • Dementsprechend wird in der Klimaanlage 70 das Kühlmittel durch den Betrieb der vierten Wasserpumpe 72 entlang der zweiten Verbindungsleitung 71 zirkuliert, und das durch den Verdampfer 56 strömende Niedertemperaturkühlmittel kann dem Kühler 64 zugeführt werden.
  • Das heißt, das entlang der Kältemittelleitung 51 in der CE-Vorrichtung 50 zirkulierende Kältemittel wird durch Wärmeaustausch mit dem Kühlmittel kondensiert, das durch den Kondensator 53 strömt.
  • Anschließend wird das Kältemittel durch das Expansionsventil 55 entspannt und im Verdampfer 56 verdampft.
  • In diesem Fall kühlt das vom Verdampfer 56 verdampfte Kältemittel das durch die zweite Verbindungsleitung 71 eingeleitete Kühlmittel. Dementsprechend durchströmt das Kühlmittel den Verdampfer 56, um bei niedriger Temperatur gekühlt zu werden, und das gekühlte Kühlmittel wird durch die zweite Verbindungsleitung 71 dem Kühler 64 zugeführt.
  • In der Zwischenzeit durchläuft das Kältemittel, das durch den Verdampfer 56 hindurchtritt, nacheinander die Kühleinheit 30, den Akkumulator 57, den Kompressor 59 und den Kondensator 53 entlang der Kältemittelleitung 51.
  • Das dem Akkumulator 57 zugeführte Kältemittel wird in Gas und Flüssigkeit getrennt. Von dem in Gas und Flüssigkeit getrennten Kältemittel wird das gasförmige Kältemittel dem Kompressor 59 zugeführt.
  • Das vom Kompressor 59 verdichtete Hochtemperatur-Hochdruck-Kältemittel strömt zum Kondensator 53.
  • Dementsprechend kann das dem Kondensator 53 zugeführte Kältemittel die Temperatur des Kühlmittels durch Wärmeaustausch mit dem durch die erste Verbindungsleitung 41 zirkulierenden Kühlmittel steigern. Das Kühlmittel mit gesteigerter Temperatur wird dem Heizer 62 zugeführt.
  • Dabei wird die in das HVAC-Modul 60 eingeleitete Außenluft mit dem Niedertemperaturkühlmittel, das in den Kühler 64 eingeleitet wird, in Wärmeaustausch gebracht und gekühlt.
  • Zu diesem Zeitpunkt reduziert die sich öffnende und schließende Klappe 66 einen Teil der abgekühlten Außenluft, die durch den Heizer 62 strömt, so dass sie durch den Heizer 62 strömt. Dementsprechend kann die abgekühlte Außenluft beim Durchtreten durch den Heizer 62 entfeuchtet werden und dann in den Innenraum des Fahrzeugs strömen.
  • Das heißt, der Hochtemperaturentfeuchtungsmodus des Fahrzeugs kühlt den Fahrzeuginnenraum unter Verwendung des Kühlmittels unter wiederholter Durchführung der oben beschriebenen Vorgänge und führt gleichzeitig das Kühlmittel mit der gesteigerten Temperatur durch Wärmeaustausch mit dem Kältemittel im Kondensator 53 dem Heizer 62 zu und führt so die Entfeuchtung des Fahrzeuginnenraums zusammen mit diesem durch.
  • Eine Funktionsweise im Falle des Heizens des Batteriemoduls 24 wird in Bezug auf 10 beschrieben.
  • 10 zeigt ein Betriebszustandsdiagramm für die Beheizung eines Batteriemoduls in einem Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Unter Bezugnahme auf 10 kann das Wärmepumpensystem das Batteriemodul 24 durch Rückgewinnung der Abwärme der Elektrokomponente 15 heizen.
  • In der Kühlvorrichtung 10 wird die zweite Zweigleitung 35 durch Betätigung des ersten Ventils V1 geöffnet.
  • Gleichzeitig wird auf der Grundlage der zweiten Zweigleitung 35 ein Teil der Kühlmittelleitung 11, der mit dem Kühler 12 verbunden ist, und ein Teil der Kühlmittelleitung 11, der den Kühler 12 und den Vorratsbehälter 16 verbindet, durch Betätigung des ersten Ventils V1 geschlossen. Die CE-Vorrichtung 50 gestoppt.
  • Dementsprechend kann in der Kühlvorrichtung 10 das Kühlmittel, das durch die Elektrokomponente 15 geströmt ist, entlang der geöffneten zweiten Zweigleitung 35 und der Kühlmittelleitung 11 durch den Betrieb der ersten Wasserpumpe 14zirkulieren, ohne durch den Kühler 12 hindurchzutreten.
  • In der Batteriekühlvorrichtung 20 wird ein Teil der ersten Zweigleitung 31 geöffnet, der mit der zweiten Zweigleitung 35 verbunden ist, und wird ein verbleibender Teil der Batteriekühlmittelleitung 21 mit Ausnahme der Batteriekühlmittelleitung 21, die mit dem Vorratsbehälter 16 verbunden ist, basierend auf der ersten Zweigleitung 31 durch Betätigung des zweiten Ventils V2 geöffnet.
  • Dadurch kann die Batteriekühlmittelleitung 21, die durch die erste Zweigleitung 31 mit dem Vorratsbehälter 16 verbunden ist, geschlossen und die verbleibende Batteriekühlmittelleitung 21, die mit dem Batteriemodul 24 verbunden ist, geöffnet werden.
  • Das heißt, in der Batteriekühlvorrichtung 20 wird die Batteriekühlmittelleitung 21 geöffnet, die mit der zweiten Wasserpumpe 22 und dem Batteriemodul 24 verbunden ist, um mit der ersten Zweigleitung 31 verbunden zu werden.
  • Dementsprechend wird in der Batteriekühlvorrichtung 20 das Kühlmittel entlang der geöffneten Batteriekühlmittelleitung 21 und der ersten Zweigleitung 31 durch den Betrieb der zweiten Wasserpumpe 22 zirkuliert.
  • Das durch das Batteriemodul 24 strömende Kühlmittel kann in den Vorratsbehälter 16 strömen, der durch das zweite Ventil V2 angeschlossen ist.
  • Währenddessen werden in der Heizvorrichtung 40 die Kühlmittelleitung 11 und die erste Verbindungsleitung 41 durch Betätigung des dritten Ventils V3 verbunden.
  • In diesem Zustand wird das Kühlmittel, dessen Temperatur beim Durchströmen der Elektrokomponente 15 durch den Betrieb der ersten Wasserpumpe 14 gesteigert wird, in die erste Verbindungsleitung 41 eingeleitet, die durch das dritte Ventil V3 angebunden ist, ohne den Kühler 12 zu durchströmen.
  • Das heißt, in der Kühlvorrichtung 10 kann das Kühlmittel mit der durch die Abwärme der Elektrokomponente 15 gesteigerten Temperatur durch den Betrieb der dritten Wasserpumpe V3 durch die erste Verbindungsleitung 41 zirkulieren.
  • Dabei wird der Kühlmittelheizer 43 zum Wärmen des Kühlmittels betrieben, wenn die Temperatur des entlang der ersten Verbindungsleitung 41 zirkulierenden Kühlmittels geringer ist als die Solltemperatur. Dann steigt die Temperatur des in der ersten Verbindungsleitung 41 zirkulierenden Kühlmittels beim Durchströmen des Kühlmittelheizers 43 an.
  • Dementsprechend wird das Kühlmittel, das beim Hindurchtreten durch den Kühlmittelheizer 43 eine gesteigerte Temperatur erfährt, von der ersten Verbindungsleitung 41 durch das dritte Ventil V3 in die Kühlmittelleitung 11 geleitet. Dann wird das Hochtemperaturkühlmittel von der Kühlmittelleitung 11 durch die zweite Zweigleitung 35 in die erste Zweigleitung 31 eingeleitet.
  • Das in die erste Zweigleitung 31 eingeleitete Hochtemperaturkühlmittel kann dem Batteriemodul 24 zugeführt werden, das durch die Batteriekühlmittelleitung 21 und die erste Zweigleitung 31 angebunden ist.
  • Infolgedessen kann das Hochtemperaturkühlmittel die Temperatur des Batteriemoduls 24 steigern.
  • Infolgedessen ist es gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung möglich, die Temperatur des Batteriemoduls 24 schnell zu steigern, während der oben beschriebene Vorgang wiederholt wird, wodurch die Temperatur des Batteriemoduls 24 effizient gesteuert werden kann.
  • Andererseits wird in der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform die Kühleinheit 30 als ein Beispiel beschrieben, die in der Kältemittelleitung 51 zwischen dem Verdampfer 56 und dem Kompressor 59 bereitgestellt ist, darauf aber nicht beschränkt ist.
  • Das Wärmepumpensystem für das Fahrzeug gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf 11 beschrieben.
  • 11 zeigt ein Blockschaltbild eines Wärmepumpensystems für ein Fahrzeug gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Im Wärmepumpensystem für das Fahrzeug gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die Kühlvorrichtung 10, die Batteriekühlvorrichtung 20, die Kühleinheit 30, die Heizvorrichtung 40 und die Klimaanlage 70 mit Ausnahme der zentralen Energievorrichtung 50 die gleichen wie eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Dementsprechend werden wiederholte Beschreibungen ausgelassen.
  • Unter Bezugnahme auf 11 weist die zentralisierte Energieeinheit 50 im Wärmepumpensystem gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einen Kondensator 53, ein erstes Expansionsventil 151, einen Verdampfer 56 und einen Kompressor 59 auf.
  • Zunächst wird das Kältemittel in den Kondensator 53 zirkuliert, und der Kondensator 53 ist zwischen dem dritten Ventil V3 und dem Heizer 62 angeordnet.
  • Das erste Expansionsventil 151 kann durch die Kältemittelleitung 51 an den Kondensator 53 angebunden sein. Das erste Expansionsventil 151 entspannt das aufgenommene Kältemittel, das durch den Kondensator 53 strömt. Das erste Expansionsventil 151 kann entweder mechanisch oder elektronisch ausgeführt sein.
  • Der Verdampfer 56 ist durch die Kältemittelleitung 51 mit dem ersten Expansionsventil 151 verbunden. Der Verdampfer 56 ist in der zweiten Verbindungsleitung 71 zwischen dem vierten Ventil V4 und dem Kühler 64 bereitgestellt, um das Kühlmittel zu kühlen, das in der Klimaanlage 70 entlang der zweiten Verbindungsleitung 71 zirkuliert.
  • Der Kompressor 59 ist in der Kältemittelleitung 51 zwischen dem Verdampfer 56 und dem Kondensator 53 bereitgestellt. Der Kompressor 59 verdichtet das aus dem Verdampfer 56 ausgegebene Kältemittel im Gaszustand und kann das verdichtete Kältemittel dem Kondensator 53 zuführen.
  • Ein Akkumulator 57 ist in der Kältemittelleitung 51 zwischen dem Verdampfer 56 und dem Kompressor 59 bereitgestellt.
  • Der Akkumulator 57 verbessert die Effizienz und Lebensdauer des Kompressors 59, indem er nur das gasförmige Kältemittel dem Kompressor 59 zuführt.
  • Dabei kann die Kühleinheit 30 in einer Kältemittelverbindungsleitung 153 bereitgestellt sein. Ein erstes Ende der Kältemittelverbindungsleitung 153 wird mit der Kältemittelleitung 51 zwischen dem Kondensator 53 und dem ersten Expansionsventil 151 verbunden, und ein zweites Ende der Kältemittelverbindungsleitung 153 wird mit dem Akkumulator 57 verbunden.
  • Dementsprechend ist die Kühleinheit 30 durch die Kältemittelverbindungsleitung 153 parallel mit der Kältemittelleitung 51 verbunden.
  • Zusätzlich kann die Kältemittelverbindungsleitung 153 mit einem zweiten Expansionsventil 155 zur Expansion bei gleichzeitiger selektiver Steuerung des Kältemittelzuflusses zur Kühleinheit 30 bereitgestellt sein.
  • Das zweite Expansionsventil 155 kann das Kältemittel entspannen, das durch die Kältemittelverbindungsleitung 153 strömt, um es der Kühleinheit 30 zuzuführen, wenn das Batteriemodul 24 mit einem Kältemittel gekühlt wird.
  • Dabei kann das zweite Expansionsventil 155 auch dann betätigt werden, wenn im Heizmodus des Fahrzeugs die Abwärme der Elektrokomponente 15 oder des Batteriemoduls 24 zurückgewonnen wird.
  • Das zweite Expansionsventil 155 kann das Kältemittel, das durch die Kältemittelverbindungsleitung 153 strömt, selektiv expandieren, um es der Kühleinheit 30 zuzuführen.
  • Das bedeutet, dass das zweite Expansionsventil 155 das aus dem Kondensator 53 ausgegebene und in die Kühleinheit 30 strömende Kältemittel entspannt und gleichzeitig die Temperatur des Kältemittels senkt, wodurch die Temperatur des Kühlmittels weiter gesenkt werden kann.
  • Wie oben beschrieben wird das Wärmepumpensystem für das Fahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angewandt, wobei ein System vereinfacht werden kann und eine Anordnung von Verbindungsleitungen, in denen ein Kühlmittel zirkuliert, vereinfacht werden kann, indem Wärmeenergie, die aus einem Kältemittel erzeugt wird, mit einem Kühlmittel bei Kondensation und Verdampfung des Kältemittels selektiv Wärme tauscht, um eine Innentemperatur des Fahrzeugs unter Verwendung des wärmeausgetauschten Hochtemperaturkühlmittels oder Niedertemperaturkühlmittels zu steuern.
  • Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann die Temperatur des Batteriemoduls 24 je nach Modus des Fahrzeugs durch den Einsatz einer Kühleinheit 30 zur Durchführung des Wärmeaustauschs zwischen dem Kühlmittel und dem Kältemittel eingestellt werden, und der Fahrzeuginnenraum kann durch das Kühlmittel gekühlt und beheizt werden, wodurch das gesamte System vereinfacht wird.
  • Darüber hinaus können Ausführungsformen dieser Erfindung den bei der Heizvorrichtung 40 verwendeten Kühlmittelheizer 43 zum Aufwärmen des Batteriemoduls 24 oder zur Unterstützung einer Innenraumheizung des Fahrzeugs verwenden, wodurch Kosten und Gewicht reduziert werden.
  • Darüber hinaus können Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die Heizeffizienz des Fahrzeugs unter Nutzung der Abwärme der Elektrokomponente 15 und des Batteriemoduls 24 verbessern und die gesamte Fahrstrecke des Fahrzeugs durch effiziente Temperatursteuerung des Batteriemoduls 24 steigern, um eine optimale Leistung des Batteriemoduls zu erzielen.
  • Darüber hinaus können Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung der zentralen Energievorrichtung 50 zur Erzeugung von Wärmeenergie durch Kondensation und Verdampfung eines Kühlmittels in einem Gehäuse untergebracht werden, wodurch Größe und Gewicht reduziert werden, und durch die Verwendung eines Hochleistungskältemittels die Entstehung von Lärm, Vibrationen und Betriebsinstabilität im Vergleich zu einer Klimaanlage gemäß dem entsprechenden Stand der Technik verhindern.
  • Darüber hinaus ist durch die Vereinfachung des gesamten Systems eine Reduzierung der Produktionskosten und des Gewichts möglich, und die Raumausnutzung kann verbessert werden.
  • Während diese Erfindung im Zusammenhang mit den gegenwärtig als praktisch angesehenen Ausführungsformen beschrieben wurde, ist es klar, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist. Im Gegenteil soll sie verschiedene Modifikationen und gleichwertige Abwandlungen abdecken, die im Umfang der beigefügten Ansprüche enthalten sind.

Claims (20)

  1. Ein Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug, wobei das System aufweist: eine Kühlvorrichtung (10) mit einem Kühler (12), einer ersten Wasserpumpe (14), einem ersten Ventil (V1) und einem Vorratsbehälter (16), die durch eine Kühlmittelleitung (11) verbunden sind, wobei die Kühlvorrichtung (10) eingerichtet ist, um ein Kühlmittel in der Kühlmittelleitung (11) zirkulieren zu lassen, um zumindest eine in der Kühlmittelleitung (11) bereitgestellte Elektrokomponente (15) zu kühlen, eine Batteriekühlvorrichtung (20) mit einer Batteriekühlmittelleitung (21), die durch ein zweites Ventil (V2) mit dem Vorratsbehälter (16) verbunden ist, und einer zweiten Wasserpumpe (22) und einem Batteriemodul (24), die durch die Batteriekühlmittelleitung (21) verbunden sind, wobei die Batteriekühlvorrichtung (20) eingerichtet ist, um das Kühlmittel in das Batteriemodul (24) zirkulieren zu lassen, eine Kühleinheit (30), die in einer ersten Zweigleitung (31) bereitgestellt ist, die durch das zweite Ventil (V2) mit der Batteriekühlmittelleitung (21) verbunden ist, wobei die Kühleinheit (30) eingerichtet ist, um ein Kältemittel hindurchtreten zu lassen, um eine Temperatur des Kühlmittels durch Durchführen eines Wärmeaustauschs zwischen dem Kühlmittel, das selektiv in eine zweite Zweigleitung (35), die die Kühlmittelleitung (11) und die erste Zweigleitung (31) durch das erste Ventil (V1) verbindet, und die erste Zweigleitung (31) eingeleitet wird, und dem Kältemittel einzustellen, eine Heizvorrichtung (40) mit einer ersten Verbindungsleitung (41), die durch ein drittes Ventil (V3) mit der Kühlmittelleitung (11) verbunden ist, und einer dritten Wasserpumpe (42) und einem Heizer (62), der in der ersten Verbindungsleitung (41) bereitgestellt und eingerichtet ist, um einen Innenraum des Fahrzeugs unter Verwendung des Kühlmittels zu heizen, eine Klimaanlage (70) mit einer zweiten Verbindungsleitung (71), die durch ein viertes Ventil (V4) mit der Batteriekühlmittelleitung (21) verbunden ist, und einer vierten Wasserpumpe (72) und einem Kühler (64), die in der zweiten Verbindungsleitung (71) bereitgestellt sind und eingerichtet sind, um das Innere des Fahrzeugs unter Verwendung des Kühlmittels zu kühlen, und eine zentralisierte Energievorrichtung (50), die mit der ersten und zweiten Verbindungsleitung (41, 71) verbunden und eingerichtet ist, um das Kühlmittel, wenn es eine niedrige Temperatur hat, der Klimaanlage (70) zuzuführen, und das Kühlmittel, wenn es eine hohe Temperatur hat, der Heizvorrichtung (40) zuzuführen, und Wärmeenergie, die beim Kondensieren und Verdampfen eines darin zirkulierenden Kältemittels erzeugt wird, selektiv mit dem Kühlmittel auszutauschen.
  2. System gemäß Anspruch 1, wobei: ein erstes Ende der zweiten Zweigleitung (35) mit der Kühlmittelleitung (11) durch das erste Ventil (V1) verbunden ist und ein zweites Ende der zweiten Zweigleitung (35) mit der ersten Zweigleitung (31) zwischen dem zweiten Ventil (V2) und der Kühleinheit (30) verbunden ist, und der Heizer (62) und der Kühler (64) in einem HVAC-Modul (60) bereitgestellt sind.
  3. System gemäß Anspruch 2, wobei das Batteriemodul (24) eingerichtet ist, um beheizt zu werden, und wobei, wenn das Batteriemodul (24) beheizt wird: das erste Ventil (V1) eingerichtet ist, um zum Öffnen der zweiten Zweigleitung (35) betätigt zu werden, in der Kühlvorrichtung (10) basierend auf der zweiten Zweigleitung (35) die mit dem Kühler (12) verbundene Kühlmittelleitung (11) geschlossen wird und die erste Wasserpumpe (14) eingerichtet ist, um betrieben werden zu können, um das Kühlmittel, das durch die Elektrokomponente (15) hindurchtritt, entlang der geöffneten zweiten Zweigleitung (35) und der Kühlmittelleitung (11) zu zirkulieren, ohne durch den Kühler (12) hindurchzutreten, ein Teil der ersten Zweigleitung (31) mit der zweiten Zweigleitung (35) verbunden ist, die mit dem Vorratsbehälter (16) verbundene Batteriekühlmittelleitung (21) basierend auf der ersten Zweigleitung (31) geschlossen ist, in der Batteriekühlvorrichtung (20) die zweite Wasserpumpe (22) eingerichtet ist, um betrieben zu werden, um das Kühlmittel entlang der Batteriekühlmittelleitung (21) und einem Teil der ersten Zweigleitung (31) in einem Zustand zu zirkulieren, in dem das zweite Ventil (V2) eingerichtet ist, um betätigt zu werden, um den Vorratsbehälter (16) und die Batteriekühlmittelleitung (21) zu verbinden, in der Heizvorrichtung (40) das dritte Ventil (V3) eingerichtet ist, um betätigt zu werden, um die Kühlmittelleitung (11) und die erste Verbindungsleitung (41) zu verbinden, und in der Kühlvorrichtung (10) die dritte Wasserpumpe (42) eingerichtet ist, um betrieben zu werden, um das Kühlmittel mit einer gesteigerten Temperatur durch Abwärme der Elektrokomponente (15) zur ersten Verbindungsleitung (41) zu zirkulieren, und ein Hochtemperaturkühlmittel eingerichtet ist, um von der ersten Verbindungsleitung (41) in die Kühlmittelleitung (11) zu strömen, von der Kühlmittelleitung (11) durch die zweite Zweigleitung (35) in die erste Zweigleitung (31) zu strömen und dem Batteriemodul (24) zugeführt zu werden, das durch die erste Zweigleitung (31) mit der Batteriekühlmittelleitung (21) verbunden ist.
  4. System gemäß Anspruch 2 oder 3, wobei das HVAC-Modul (60) eine sich öffnende und schließende Klappe (66) aufweist, die zwischen dem Heizer (62) und dem Kühler (64) bereitgestellt und eingerichtet ist, um gesteuert zu werden, so dass Außenluft, die durch den Kühler (64) strömt, selektiv in den Heizer (62) entsprechend den Kühl-, Heiz- und Entfeuchtungsmodi des Fahrzeugs strömt.
  5. System gemäß Anspruch 4, wobei: das HVAC-Modul (60) ferner einen Luftheizer (45) aufweist, der an einer dem Kühler (64) gegenüberliegenden Seite bereitgestellt ist, wobei der Heizer (62) dazwischen angeordnet und eingerichtet ist, um die durch den Heizer (62) strömende Außenluft selektiv zu wärmen, und der Luftheizer (45) eingerichtet ist, um betrieben zu werden, um die Temperatur der durch den Heizer (62) strömenden Außenluft zu steigern, wenn die Temperatur des dem Heizer (62) zugeführten Kühlmittels geringer ist als eine Solltemperatur für das Innenraumheizen.
  6. System gemäß irgendeinem der Ansprüche 2 bis 5, wobei die zentralisierte Energievorrichtung (50) aufweist: einen Kondensator (53), der eingerichtet ist, um ein Kältemittel hindurch zirkulieren zu lassen, der in der ersten Verbindungsleitung (41) zwischen dem dritten Ventil (V3) und dem Heizer (62) bereitgestellt ist, das Kältemittel durch Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittel und dem Kühlmittel zu kondensieren und eine Temperatur des Kühlmittels zu steigern, ein Expansionsventil (55), das durch eine Kältemittelleitung (51) mit dem Kondensator (53) verbunden ist, einen Verdampfer (56), der durch die Kältemittelleitung (51) mit dem Expansionsventil (55) verbunden ist, in der zweiten Verbindungsleitung (71) zwischen dem vierten Ventil (V4) und dem Kühler (64) bereitgestellt ist und eingerichtet ist, um das Kältemittel durch Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittel und dem Kühlmittel zu verdampfen und eine Temperatur des Kühlmittels zu senken, einen Kompressor (59), der in der Kältemittelleitung (51) zwischen dem Verdampfer (56) und dem Kondensator (53) bereitgestellt ist, und einen in der Kältemittelleitung (51) zwischen dem Verdampfer (56) und dem Kompressor (59) bereitgestellten Akkumulator (57), wobei die Kühleinheit (30) in der Kältemittelleitung (51) zwischen dem Verdampfer (56) und dem Akkumulator (57) bereitgestellt ist.
  7. System gemäß Anspruch 6, wobei der Kondensator (53) eingerichtet ist, um das Kältemittel zu kondensieren durch Wärmeaustausch zwischen dem in der ersten Verbindungsleitung (41) zirkulierenden Kühlmittel und dem vom Kompressor (59) in einem Heizmodus des Fahrzeugs zugeführten Hochtemperaturkältemittel und das Hochtemperaturkühlmittel durch die erste Verbindungsleitung (41) dem Heizer (62) zuzuführen.
  8. System gemäß Anspruch 6 oder 7, wobei der Verdampfer (56) eingerichtet ist, um das Kühlmittel, das in einem Kühlmodus des Fahrzeugs durch die zweite Verbindungsleitung (71) zirkuliert, durch Wärmeaustausch mit dem darin verdampften Niedertemperaturkühlmittel zu kühlen und das Niedertemperaturkühlmittel durch die zweite Verbindungsleitung (71) dem Kühler (64) zuzuführen.
  9. System gemäß irgendeinem der Ansprüche 6 bis 8, wobei das Batteriemodul (24) eingerichtet ist, um in einem Kühlmodus des Fahrzeugs gekühlt zu werden, und wobei beim Kühlen des Batteriemoduls (24): in der Kühlvorrichtung (10) die erste Wasserpumpe (14) eingerichtet ist, um betrieben zu werden, um das Kühlmittel in der Kühlmittelleitung (11) zu zirkulieren, das vierte Ventil (V4) eingerichtet ist, um zum Schließen der zweiten Verbindungsleitung (71) betätigt zu werden, in der Batteriekühlvorrichtung (20) das zweite Ventil (V2) eingerichtet ist, um betätigt zu werden, um die erste Zweigleitung (31) zu öffnen, ein Teil der Batteriekühlmittelleitung (21), der mit dem Vorratsbehälter (16) verbunden ist, basierend auf der ersten Zweigleitung (31) geschlossen ist, und die zweite Wasserpumpe (22) eingerichtet ist, um betrieben zu werden, um das Kühlmittel, das durch die Kühleinheit (30) hindurchtritt, dem Batteriemodul (24) entlang der Batteriekühlmittelleitung (21) und der ersten Zweigleitung (31) zuzuführen, in der Heizvorrichtung (40) das dritte Ventil (V3) eingerichtet ist, um betätigt zu werden, um die Kühlmittelleitung (11) und die erste Verbindungsleitung (41) zu verbinden, so dass das Kühlmittel von der Kühlvorrichtung (10) zugeführt wird, die dritte Wasserpumpe (42) eingerichtet ist, um betrieben zu werden, um das Kühlmittel entlang der ersten Verbindungsleitung (41) zu zirkulieren, in der Klimaanlage (70) das vierte Ventil (V4) eingerichtet ist, um betätigt zu werden, um einen unabhängigen geschlossenen Kreislauf in der zweiten Verbindungsleitung (71) zu bilden, der unabhängig von der Batteriekühlmittelleitung (21) ist, die vierte Wasserpumpe (72) eingerichtet ist, um betrieben zu werden, um das Kühlmittel entlang der zweiten Verbindungsleitung (71) zu zirkulieren und das Niedertemperaturkühlmittel, das durch den Verdampfer (56) strömt, dem Kühler (64) zuzuführen, und in der zentralisierten Energievorrichtung (50) jede Komponente eingerichtet ist, um betrieben zu werden, so dass das Kühlmittel entlang der Kühlmittelleitung (11) zirkuliert.
  10. System gemäß irgendeinem der Ansprüche 6 bis 9, wobei: das Kühlmittel, das in der Heizvorrichtung (10) zirkuliert, eingerichtet ist, um dem Kondensator (53) entlang der ersten Verbindungsleitung (41) zugeführt zu werden, so dass der Kondensator (53) das Kältemittel durch Wärmeaustausch mit dem Kühlmittel kondensiert, und das Kühlmittel, das in der Klimaanlage (70) zirkuliert, eingerichtet ist, um dem Verdampfer (56) entlang der zweiten Verbindungsleitung (71) zugeführt zu werden, so dass der Verdampfer (56) das Kältemittel durch Wärmeaustausch mit dem Kühlmittel verdampft.
  11. System gemäß irgendeinem der Ansprüche 6 bis 10, wobei das Batteriemodul (24) eingerichtet ist, um in einem Kühlmodus des Fahrzeugs schnell geladen zu werden, und wobei beim schnellen Laden des Batteriemoduls (24): in der Kühlvorrichtung (10) die erste Wasserpumpe (14) eingerichtet ist, um betrieben zu werden, um das Kühlmittel in der Kühlmittelleitung (11) zu zirkulieren, das erste Ventil (V1) eingerichtet ist, um betätigt zu werden, um die zweite Zweigleitung (35) zu schließen, in der Batteriekühlvorrichtung (20) das zweite Ventil (V2) eingerichtet ist, um betätigt zu werden, um die erste Zweigleitung (31) zu öffnen, ein Teil der mit dem Vorratsbehälter (16) verbundenen Batteriekühlmittelleitung (21) auf der Basis der ersten Zweigleitung (31) geschlossen ist, und die zweite Wasserpumpe (22) eingerichtet ist, um betrieben zu werden, um das Kühlmittel, das durch die Kühleinheit (30) hindurchtritt, dem Batteriemodul (24) entlang der Batteriekühlmittelleitung (21) und der ersten Zweigleitung (31) zuzuführen, in der Heizvorrichtung (40) das dritte Ventil (V3) eingerichtet ist, um betätigt zu werden, um die Kühlmittelleitung (11) und die erste Verbindungsleitung (41) zu verbinden, so dass das Kühlmittel von der Kühlvorrichtung (10) zugeführt wird, und die dritte Wasserpumpe (42) eingerichtet ist, um betrieben zu werden, so dass das Kühlmittel entlang der ersten Verbindungsleitung (41) zirkuliert, in der Klimaanlage (70) das vierte Ventil (V4) eingerichtet ist, um betätigt zu werden, um die zweite Verbindungsleitung (71) mit der Batteriekühlmittelleitung (21) zu verbinden, und die vierte Wasserpumpe (72) eingerichtet ist, um betrieben zu werden, um das Kühlmittel von der Batteriekühlvorrichtung (20) zuzuführen und das Kühlmittel entlang der zweiten Verbindungsleitung (71) zu zirkulieren, und in der zentralen Energievorrichtung (50) jede Komponente eingerichtet ist, um betrieben zu werden, so dass das Kältemittel entlang der Kältemittelleitung (51) zirkuliert.
  12. System gemäß irgendeinem der Ansprüche 6 bis 11, wobei das Wärmepumpensystem eingerichtet ist, um die Abwärme der Elektrokomponente (15) in einem Heizmodus des Fahrzeugs zurückzugewinnen, und wobei bei der Rückgewinnung der Abwärme der Elektrokomponente (15): das erste Ventil (V1) eingerichtet ist, um betätigt zu werden, um die zweite Zweigleitung (35) zu öffnen, in der Kühlvorrichtung (10) basierend auf der zweiten Zweigleitung (35) ein Teil der Kühlmittelleitung (11), der mit dem Kühler (12) verbunden ist, und ein Teil der Kühlmittelleitung (11), der den Kühler (12) und den Vorratsbehälter (16) verbindet, geschlossen sind, ein Teil der ersten Zweigleitung (31), der mit der zweiten Zweigleitung (35) verbunden ist, geöffnet ist, und ein verbleibender Teil der Batteriekühlmittelleitung (21) mit Ausnahme der Batteriekühlmittelleitung (21), die mit dem Vorratsbehälter (16) verbunden ist, basierend auf der ersten Zweigleitung (31) geschlossen ist, die Batteriekühlvorrichtung (20) eingerichtet ist, um gestoppt zu sein, das dritte Ventil (V3) eingerichtet ist, um zum Bilden eines unabhängigen geschlossenen Kreislaufs in der Kühlmittelleitung (11) und der ersten Verbindungsleitung (41) betätigt zu werden, die erste Wasserpumpe (14) eingerichtet ist, um betrieben zu werden, so dass sie das Kühlmittel, dessen Temperatur während des Hindurchtretens durch die Elektrokomponente (15) gesteigert wird, entlang der zweiten Zweigleitung und (35) einem Teil der geöffneten ersten Zweigleitung (31), ohne durch den Kühler (12) hindurchzutreten, der Kühleinheit (30) zuführt, das von der Kühlvorrichtung (10) ausgegebene Kühlmittel eingerichtet ist, um durch die erste Zweigleitung (31) und die geöffnete Batteriekühlmittelleitung (11) in den Vorratsbehälter (16) zu strömen, in der Heizvorrichtung (40) die dritte Wasserpumpe (42) eingerichtet ist, um betrieben zu werden, um das Kühlmittel entlang der ersten Verbindungsleitung (41) zu zirkulieren, in der zentralisierten Energievorrichtung (50) jede Komponente eingerichtet ist, um betrieben zu werden, so dass das Kältemittel entlang der Kältemittelleitung (51) zirkuliert, und die Klimaanlage (70) eingerichtet ist, um gestoppt zu sein.
  13. System gemäß irgendeinem der Ansprüche 6 bis 12, wobei das Wärmepumpensystem eingerichtet ist, um die Abwärme des Batteriemoduls (24) in einem Heizmodus des Fahrzeugs zurückzugewinnen, wobei bei der Rückgewinnung der Abwärme des Batteriemoduls (24): das erste Ventil (V1) eingerichtet ist, um betätigt zu werden, um die zweite Zweigleitung (35) zu schließen, und die Kühlvorrichtung (10) eingerichtet ist, um gestoppt zu sein, in der Batteriekühlvorrichtung (20) das zweite Ventil (V2) eingerichtet ist, um betätigt zu werden, um den Vorratsbehälter (16) und die Batteriekühlmittelleitung (21) zu verbinden, und die erste Zweigleitung (31) eingerichtet ist, um geöffnet zu sein, ein Teil der Batteriekühlmittelleitung (11), die den Vorratsbehälter (16) und die Kühleinheit (30) auf der ersten Zweigleitung (31) basierend verbindet, geschlossen ist, die zweite Wasserpumpe (22) eingerichtet ist, um betrieben zu werden, um das durch das Batteriemodul (24) strömende Kühlmittel entlang der geöffneten ersten Zweigleitung (31) und der Batteriekühlmittelleitung (21) der Kühleinheit (30) zuzuführen, in der Heizvorrichtung (40) die dritte Wasserpumpe (42) eingerichtet ist, um das Kühlmittel entlang der ersten Verbindungsleitung (41) zirkulieren zu lassen, in der zentralisierten Energievorrichtung (50) jede Komponente eingerichtet ist, um betrieben zu werden, so dass das Kältemittel entlang der Kältemittelleitung (51) zirkuliert, und die Klimaanlage (70) eingerichtet ist, um gestoppt zu sein.
  14. System gemäß irgendeinem der Ansprüche 6 bis 13, wobei in einem Niedertemperaturentfeuchtungsmodus des Fahrzeugs: das erste Ventil (V1) eingerichtet ist, um betätigt zu werden, um die zweite Zweigleitung (35) zu öffnen, in der Kühlvorrichtung (10) auf der Basis der zweiten Zweigleitung (35) ein Teil der Kühlmittelleitung (11), der mit dem Kühler (12) verbunden ist, und ein Teil der Kühlmittelleitung (11), der den Kühler (12) und den Vorratsbehälter (16) verbindet, geschlossen sind, das zweite Ventil (V2) eingerichtet ist, um betätigt zu werden, um einen Teil der ersten Zweigleitung (31), der mit der zweiten Zweigleitung (35) verbunden ist, zu öffnen, und um einen verbleibenden Teil der Batteriekühlmittelleitung (21) mit Ausnahme der Batteriekühlmittelleitung (21), die mit dem Vorratsbehälter (16) verbunden ist, basierend auf der ersten Zweigleitung (31) zu schließen, die Batteriekühlvorrichtung (20) eingerichtet ist, um gestoppt zu sein, das dritte Ventil (V3) eingerichtet ist, um betätigt zu werden, um einen unabhängigen Kreislauf in der Kühlmittelleitung (11) und der ersten Verbindungsleitung (41) zu bilden, die erste Wasserpumpe (14) eingerichtet ist, um betrieben zu werden, um das Kühlmittel, dessen Temperatur während des Hindurchtretens durch die Elektrokomponente (15) gesteigert wird, durch die zweite Zweigleitung (35) und einen Teil der geöffneten ersten Zweigleitung (31), ohne durch den Kühler (12) hindurchzutreten, der Kühleinheit (30) zuzuführen, das Kühlmittel eingerichtet ist, um aus der Kühleinheit (30) ausgegeben zu werden und durch die erste Zweigleitung (31) und die geöffnete Batteriekühlmittelleitung (11) in den Vorratsbehälter (16) zu strömen, in der Heizvorrichtung (40) die dritte Wasserpumpe (42) eingerichtet ist, um betrieben zu werden, um das Kühlmittel entlang der ersten Verbindungsleitung (41) zu zirkulieren, in der zentralisierten Energievorrichtung (50) jede Komponente eingerichtet ist, um betrieben zu werden, so dass das Kältemittel entlang der Kältemittelleitung (51) zirkuliert, und in der Klimaanlage (70) die vierte Wasserpumpe (72) eingerichtet ist, um betrieben werden kann, so dass das Kühlmittel entlang der zweiten Verbindungsleitung (71) zirkuliert.
  15. System gemäß irgendeinem der Ansprüche 6 bis 14, wobei in einem Hochtemperaturentfeuchtungsmodus des Fahrzeugs: das erste Ventil (V1) eingerichtet ist, um zum Schließen der zweiten Zweigleitung (35) betätigt zu werden, in der Kühlvorrichtung (10) die erste Wasserpumpe (14) eingerichtet ist, um das Kühlmittel in der Kühlmittelleitung (11) zu zirkulieren, das zweite Ventil (V2) eingerichtet ist, um betätigt zu werden, um die Batteriekühlmittelleitung (21) und die erste Zweigleitung (31) zu schließen, die Batteriekühlvorrichtung (20) eingerichtet ist, um gestoppt zu sein, in der Heizvorrichtung (40) das dritte Ventil (V3) eingerichtet ist, um betätigt zu werden, um die Kühlmittelleitung (11) und die erste Verbindungsleitung (41) so zu verbinden, dass das Kühlmittel von der Kühlvorrichtung (10) zugeführt wird, und die dritte Wasserpumpe (42) eingerichtet ist, um betrieben zu werden, um das Kühlmittel entlang der ersten Verbindungsleitung (41) zu zirkulieren, in der zentralisierten Energievorrichtung (50) jede Komponente eingerichtet ist, um betrieben zu werden, so dass das Kältemittel entlang der Kältemittelleitung (51) zirkuliert, und in der Klimaanlage (70) die vierte Wasserpumpe (72) eingerichtet ist, um das Kühlmittel entlang der zweiten Verbindungsleitung (71) zirkulieren zu lassen.
  16. System gemäß irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Elektrokomponente (15) und das Batteriemodul (24) eingerichtet sind, um unter Verwendung des Kühlmittels gekühlt zu werden, und wobei beim Kühlen die Elektrokomponente (15) und das Batteriemodul (24) gekühlt werden: das erste Ventil (V1) eingerichtet ist, um betätigt zu werden, um die zweite Zweigleitung (35) zu schließen, das zweite Ventil (V2) eingerichtet ist, um betätigt zu werden, um die erste Zweigleitung (31) zu schließen, die erste Wasserpumpe (14) eingerichtet ist, um betrieben zu werden, um das im Kühler (12) gekühlte und im Vorratsbehälter (16) gespeicherte Kühlmittel der Elektrokomponente (15) zuzuführen, und das zweite Ventil (V2) eingerichtet ist, um betätigt zu werden, um das im Vorratsbehälter (16) gespeicherte Kühlmittel dem Batteriemodul (24) zuzuführen, während es durch die mit der Kühlmittelleitung (11) verbundene Batteriekühlmittelleitung (21) zirkuliert.
  17. System gemäß irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das System eingerichtet ist, um die Abwärme der Elektrokomponente (15) ohne einen Betrieb der zentralisierten Energievorrichtung (50) in einem Heizmodus des Fahrzeugs zu nutzen, und wobei bei der Nutzung der Abwärme der Elektrokomponente (15) das erste Ventil (V1) eingerichtet ist, um betätigt zu werden, um die zweite Zweigleitung (35) zu öffnen, in der Kühlvorrichtung (10) basierend auf der zweiten Zweigleitung (35) ein Teil der Kühlmittelleitung (11), der mit dem Kühler (12) verbunden ist, und ein Teil der Kühlmittelleitung (11), der den Kühler und den Vorratsbehälter (16) verbindet, geschlossen sind, ein Teil der mit der zweiten Zweigleitung (35) verbundenen ersten Zweigleitung (31) geöffnet ist und ein verbleibender Teil der Batteriekühlmittelleitung (21) mit Ausnahme der Batteriekühlmittelleitung (21), die mit dem Vorratsbehälter (16) verbunden ist, basierend auf der ersten Zweigleitung (31) geschlossen ist, die Batteriekühlvorrichtung (20) eingerichtet ist, um gestoppt zu sein, die erste Wasserpumpe (14) eingerichtet ist, um betrieben zu werden, dass sie das Kühlmittel, dessen Temperatur während des Hindurchtretens durch die Elektrokomponente (15) gesteigert wird, entlang der ersten Verbindungsleitung (41), die durch ein drittes Ventil (V3) angebunden ist, dem Heizer (62) zuzuführen, das aus dem Heizer (62) ausgegebene Kühlmittel eingerichtet ist, um der Kühleinheit (30) entlang der ersten Verbindungsleitung (41), einem dritten Ventil (V3), der Kühlmittelleitung (11), der zweiten Zweigleitung (35) und einem Teil der ersten Zweigleitung (31) zugeführt zu werden, ohne durch den Kühler (12) hindurchzutreten, und das aus der Kühleinheit (30) ausgegebene Kühlmittel eingerichtet ist, um durch die erste Zweigleitung (31) und die geöffnete Batteriekühlmittelleitung (21) in den Vorratsbehälter (16) zu strömen.
  18. System gemäß irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei: die Heizvorrichtung (40) ferner einen Kühlmittelheizer (43) aufweist, der in der ersten Verbindungsleitung (41) zwischen der dritten Wasserpumpe (42) und dem Heizer (62) bereitgestellt ist, und in einem Heizmodus oder in einem Niedertemperaturentfeuchtungsmodus der Kühlmittelheizer (43) eingerichtet ist, um betrieben zu werden, wenn eine Temperatur des dem Heizer (62) zugeführten Kühlmittels geringer ist als eine Solltemperatur oder wenn das Batteriemodul (24) beheizt wird.
  19. System gemäß irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zentralisierte Energievorrichtung (50) aufweist: einen Kondensator (53), der in der ersten Verbindungsleitung (41) zwischen einem dritten Ventil (V3) und dem Heizer (62) bereitgestellt und eingerichtet ist, um ein Kältemittel dorthindurch zu zirkulieren, das Kältemittel durch Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittel und dem Kühlmittel zu kondensieren und eine Temperatur des Kühlmittels zu steigern, ein erstes Expansionsventil (151), das durch eine Kältemittelleitung (51) mit dem Kondensator (53) verbunden ist, einen Verdampfer (56), der durch die Kältemittelleitung (51) mit dem ersten Expansionsventil (151) verbunden ist, an der zweiten Verbindungsleitung (71) zwischen dem vierten Ventil (V4) und dem Kühler (64) bereitgestellt ist und eingerichtet ist, um das Kältemittel durch Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittel und dem Kühlmittel zu verdampfen und eine Temperatur des Kühlmittels zu senken, einen Kompressor (59), der in der Kältemittelleitung (51) zwischen dem Verdampfer (56) und dem Kondensator (53) bereitgestellt ist, und einen Akkumulator (57), der in der Kältemittelleitung (51) zwischen dem Verdampfer (56) und dem Kompressor (59) bereitgestellt ist, wobei die Kühleinheit (30) in einer Kältemittelverbindungsleitung (153) bereitgestellt ist, ein erstes Ende der Kältemittelverbindungsleitung (153) mit der Kältemittelleitung (51) zwischen dem Kondensator (53) und dem ersten Expansionsventil (55) verbunden ist und ein zweites Ende der Kältemittelverbindungsleitung (153) mit dem Akkumulator (57) verbunden ist.
  20. System gemäß Anspruch 19, wobei: die Kühleinheit (30) durch die Kältemittelverbindungsleitung (153) parallel zur Kältemittelleitung (51) verbunden ist, und ein zweites Expansionsventil in der Kältemittelverbindungsleitung (153) bereitgestellt und zum Expandieren eingerichtet ist, während es selektiv den Zufluss des Kältemittels zur Kühleinheit (30) steuert.
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