DE102021117580A1 - Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug - Google Patents

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Jeawan Kim
Jae Yeon Kim
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Kia Corp
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Abstract

Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug, aufweisend eine erste Kühlvorrichtung (10), die einen ersten Radiator (12), eine erste Wasserpumpe (14) und ein erstes Ventil (V1) aufweist, die über eine erste Kühlmittelleitung (11) miteinander verbunden sind, und ein erstes Kühlmittel in der ersten Kühlmittelleitung (11) zirkuliert, um wenigstens ein elektrisches Bauteil (15) zu kühlen, das in der ersten Kühlmittelleitung (11) vorgesehen ist, eine zweite Kühlvorrichtung (20), die einen zweiten Radiator (22), eine zweite Wasserpumpe (24), ein Batteriemodul (25), eine Autonomes-Fahren-Steuereinrichtung (26) und ein zweites Ventil (V2) aufweist, die über eine zweite Kühlmittelleitung (21) miteinander verbunden sind, und ein zweites Kühlmittel zu dem Batteriemodul (25) und der Autonomes-Fahren-Steuereinrichtung (26) zirkuliert, einen Kühler (30), durch welchen eine erste Zweigleitung (18) und eine zweite Zweigleitung (28) hindurchtreten und der über eine Kältemittelverbindungsleitung (61) mit einer Kältemittelleitung (51) einer Klimaanlage (50) verbunden ist, und einen Gaseinspritzabschnitt (70), der in der Klimaanlage (50) vorgesehen ist und eine Strömungsrate des in der Kältemittelleitung (51) zirkulierenden Kältemittels durch Umleiten von etwas von dem durch einen inneren Kondensator (52a) hindurchtretenden Kältemittel zu einem Kompressor (59) erhöht.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug, und insbesondere ein Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug, das einen einzigen Kühler (z.B. einen Chiller), in welchem ein Kältemittel und ein Kühlmittel wärmegetauscht werden, um eine Temperatur eines Batteriemoduls und eine Temperatur einer Autonomes-Fahren-Steuereinrichtung zu steuern, und von einem elektrischen Bauteil, einem Batteriemodul und einer Autonomes-Fahren-Steuereinrichtung erzeugte Abwärme verwenden kann, um die Leistung und die Effizienz der Heizung zu verbessern.
  • Im Allgemeinen weist ein Klimasystem für ein Fahrzeug eine Klimaanlage zum Zirkulieren eines Kältemittels auf, um einen Innenraum des Fahrzeuges zu heizen oder zu kühlen.
  • Das Klimasystem, welches eine frische Innenraumbedingung durch Aufrechterhalten einer Innentemperatur eines Fahrzeuges auf einer angemessenen Temperatur unabhängig von einer Änderung der Außentemperatur hält, ist derart konfiguriert, dass es einen Innenraum des Fahrzeuges durch Wärmeaustausch über einen Kondensator und einen Verdampfer während eines Prozesses, bei welchem ein durch Antreiben eines Kompressors abgeführtes Kältemittel durch Passieren des Kondensators, eines Sammlertrockners, eines Expansionsventils und des Verdampfers wieder zu dem Kompressor zirkuliert wird, erwärmt oder kühlt.
  • Das heißt, bei dem Klimasystem wird ein durch den Kompressor komprimiertes gasförmiges Hochtemperatur- und Hochdruck-Kältemittel durch den Kondensator kondensiert und dann über den Sammlertrockner und das Expansionsventil durch den Verdampfer verdampft, um die Innentemperatur und die Luftfeuchtigkeit in einem Sommerkühlungsmodus zu verringern.
  • In letzter Zeit war, da das Interesse an Energieeffizienz und Umweltverschmutzung allmählich gestiegen ist, die Entwicklung eines umweltfreundlichen Fahrzeuges erforderlich, das ein Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor im Wesentlichen ersetzen kann, und die umweltfreundlichen Fahrzeuge sind üblicherweise in ein Elektrofahrzeug, welches typischerweise durch eine Brennstoffzelle oder elektrischen Strom als eine Energiequelle angetrieben wird, und ein Hybridfahrzeug, welches durch einen Verbrennungsmotor und eine elektrische Batterie angetrieben wird, unterteilt.
  • Im Gegensatz zu einer Klimaanlage eines allgemeinen Fahrzeuges wird bei dem Elektrofahrzeug und dem Hybridfahrzeug von den umweltfreundlichen Fahrzeugen keine separate Heizung verwendet, und eine Klimaanlage, welche bei dem umweltfreundlichen Fahrzeug verwendet wird, wird üblicherweise als ein Wärmepumpensystem bezeichnet.
  • Im Falle des Elektrofahrzeuges mit der Brennstoffzelle wird die Energie einer chemischen Reaktion von Sauerstoff und Wasserstoff in elektrische Energie umgewandelt, um eine Antriebskraft zu erzeugen, und während dieses Prozesses wird Wärmeenergie durch die chemische Reaktion in der Brennstoffzelle erzeugt, und infolgedessen ist eine wirksame Beseitigung der erzeugten Wärme erforderlich, um die Leistung der Brennstoffzelle sicherzustellen.
  • Ebenso wird bei dem Hybridfahrzeug die Antriebskraft durch Antreiben eines Elektromotors mittels des von der Brennstoffzelle oder der elektrischen Batterie zugeführten elektrischen Stromes zusammen mit einem durch einen allgemeinen Kraftstoff betriebenen Verbrennungsmotor erzeugt, und infolgedessen kann die Leistung des Elektromotors nur durch wirksames Beseitigen der von der Brennstoffzelle oder der Batterie und dem Elektromotor erzeugten Wärme sichergestellt werden.
  • Dementsprechend müssen bei einem Hybridfahrzeug oder einem Elektrofahrzeug nach dem Stand der Technik ein Batteriekühlsystem, ein Kühlungsabschnitt und ein Wärmepumpensystem derart konfiguriert sein, dass sie jeweils separate Kreise haben, um eine Wärmeerzeugung von dem Elektromotor, den elektrischen Bauteilen und einer Batterie mit einer Brennstoffzelle zu verhindern.
  • Daher werden die Größe und das Gewicht eines an der Vorderseite des Fahrzeuges angeordneten Kühlmoduls erhöht, und eine Anordnung von Verbindungsrohren zum Zuführen eines Kältemittels oder eines Kühlmittels zu dem Wärmepumpensystem, dem Kühlungsabschnitt und dem Batteriekühlsystem in einem Motorraum ist kompliziert.
  • Außerdem werden, da das Batteriekühlsystem zum Heizen oder Kühlen der Batterie entsprechend einem Zustand des Fahrzeuges separat vorgesehen ist, damit die Batterie in einem optimalen Zustand arbeiten kann, eine Mehrzahl von Ventilen zum Verbinden der jeweiligen Verbindungsrohre verwendet, so dass Geräusche und Vibrationen an den Innenraum des Fahrzeuges übertragen werden, was zu einem schlechten Fahrkomfort führt.
  • Darüber hinaus verringert sich beim Heizen des Innenraumes des Fahrzeuges die Heizleistung infolge des Fehlens einer Wärmequelle, die Menge des Verbrauchs von elektrischem Strom erhöht sich infolge der Verwendung einer elektrischen Heizung, und der Energieverbrauch des Kompressors steigt an.
  • Mit der Erfindung wird ein Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug geschaffen, das einen einzigen Kühler (z.B. einen Chiller) verwenden kann, in welchem ein Kältemittel und ein Kühlmittel wärmegetauscht werden, um eine Temperatur eines Batteriemoduls und eine Temperatur einer Autonomes-Fahren-Steuereinrichtung zu steuern, und die Leistung und die Effizienz einer Heizung durch Zurückgewinnen von durch ein elektrisches Bauteil, ein Batteriemodul und eine Autonomes-Fahren-Steuereinrichtung erzeugter Abwärme und deren Verwendung für die Innenraumheizung verbessern kann.
  • Außerdem wird mit der Erfindung ein Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug geschaffen, das die Heizleistung durch Verwendung eines Gaseinspritzabschnitts, der wahlweise in einem Heizungsmodus eines Fahrzeuges arbeitet, maximieren kann, um eine Strömungsrate eines Kältemittels zu erhöhen.
  • Gemäß der Erfindung ist ein Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug vorgesehen, aufweisend eine erste Kühlvorrichtung, die einen ersten Radiator (z.B. einen Kühler oder einen Wärmetauscher), eine erste Wasserpumpe und ein erstes Ventil aufweist, die über eine erste Kühlmittelleitung miteinander verbunden sind, und ein erstes Kühlmittel in der ersten Kühlmittelleitung zirkuliert, um wenigstens ein elektrisches Bauteil zu kühlen, das in der ersten Kühlmittelleitung vorgesehen ist, eine zweite Kühlvorrichtung, die einen zweiten Radiator (z.B. einen Kühler oder einen Wärmetauscher), eine zweite Wasserpumpe, ein Batteriemodul, eine Autonomes-Fahren-Steuereinrichtung und ein zweites Ventil aufweist, die über eine zweite Kühlmittelleitung miteinander verbunden sind, und ein zweites Kühlmittel zu dem Batteriemodul und der Autonomes-Fahren-Steuereinrichtung zirkuliert, einen Kühler (z.B. einen Chiller oder einen Wärmetauscher), durch welchen eine erste Zweigleitung, die über das erste Ventil mit der ersten Kühlmittelleitung verbunden ist, und eine zweite Zweigleitung, die über das zweite Ventil mit der zweiten Kühlmittelleitung verbunden ist, hindurchtreten, der über eine Kältemittelverbindungsleitung davon mit einer Kältemittelleitung einer Klimaanlage verbunden ist, und der eine Temperatur des zweiten Kühlmittels durch Wärmetauschen des zweiten Kühlmittels, das wahlweise über die erste Zweigleitung oder die zweite Zweigleitung zuströmt, mit einem von der Klimaanlage wahlweise zugeführten Kältemittel steuert, und einen Gaseinspritzabschnitt, der in der Klimaanlage vorgesehen ist und eine Strömungsrate des in der Kältemittelleitung zirkulierenden Kältemittels durch Umleiten (bzw. Vorbeiführen) von etwas von dem durch einen inneren Kondensator hindurchtretenden Kältemittel zu einem Kompressor erhöht.
  • Ein Ende der ersten Zweigleitung kann über das erste Ventil mit der ersten Kühlmittelleitung verbunden sein, und das andere Ende der ersten Zweigleitung ist mit der ersten Kühlmittelleitung verbunden, die mit dem elektrischen Bauteil verbunden ist, und ein Ende der zweiten Zweigleitung kann über das zweite Ventil, das in der zweiten Kühlmittelleitung zwischen dem zweiten Radiator und der zweiten Wasserpumpe vorgesehen ist, mit der zweiten Kühlmittelleitung verbunden sein, und das andere Ende der zweiten Zweigleitung ist mit der zweiten Kühlmittelleitung zwischen der Autonomes-Fahren-Steuereinrichtung und dem zweiten Radiator verbunden.
  • Die Klimaanlage kann ein HVAC(Heizung, Lüftung und Klimatisierung)-Modul, das einen Verdampfer, der über die Kältemittelleitung damit verbunden ist, und eine Öffnungs/Schließtür aufweist, die steuert, um wahlweise Außenluft, die durch den Verdampfer hindurchtritt, entsprechend einem Kühlungs-, einem Heizungs- und einem Entfeuchtungsmodus des Fahrzeuges in den inneren Kondensator zu strömen, einen Wärmetauscher, der ein über die Kältemittelleitung zugeführtes Kältemittel mit der Außenluft wärmetauscht, einen Kompressor, der über die Kältemittelleitung zwischen dem Verdampfer und dem inneren Kondensator damit verbunden ist, ein erstes Expansionsventil, das in der Kältemittelleitung zwischen dem Wärmetauscher und dem Verdampfer vorgesehen ist, ein zweites Expansionsventil, das in der Kältemittelverbindungsleitung vorgesehen ist, und einen Akkumulator (bzw. einen Sammler oder einen Speicher) aufweisen, der in der Kältemittelleitung zwischen dem Verdampfer und dem Kompressor vorgesehen ist und mit der Kältemittelverbindungsleitung verbunden ist.
  • Das zweite Expansionsventil kann beim Kühlen des Batteriemoduls durch ein mit dem Kältemittel wärmegetauschtes Kühlmittel das über die Kältemittelverbindungsleitung strömende Kältemittel expandieren, um es in den Kühler zu strömen.
  • Der Gaseinspritzabschnitt kann einen Gas-Flüssigkeit-Separator, der in der Kältemittelleitung zwischen dem inneren Kondensator und dem Wärmetauscher vorgesehen ist und ein gasförmiges Kältemittel und ein flüssiges Kältemittel unter dem Kältemittel, das durch den inneren Kondensator hindurchgetreten ist, trennt und wahlweise abführt, eine Bypassleitung, die den Gas-Flüssigkeit-Separator und den Kompressor miteinander verbindet und das gasförmige Kältemittel von dem Gas-Flüssigkeit-Separator wahlweise zu dem Kompressor führt, ein Bypassventil, das in der Bypassleitung vorgesehen ist, ein drittes Expansionsventil, das in der Kältemittelleitung zwischen dem inneren Kondensator und dem Gas-Flüssigkeit-Separator vorgesehen ist, und ein viertes Expansionsventil aufweisen, das in der Kältemittelleitung zwischen dem Gas-Flüssigkeit-Separator und dem Wärmetauscher vorgesehen ist.
  • Wenn in einem Heizungsmodus des Fahrzeuges der Gaseinspritzabschnitt betrieben wird, kann das dritte Expansionsventil ein von dem inneren Kondensator zugeführtes Kältemittel expandieren, um es dem Gas-Flüssigkeit-Separator zuzuführen, und das vierte Expansionsventil kann ein von dem Gas-Flüssigkeit-Separator zugeführtes Kältemittel expandieren, um zu der Kältemittelleitung zu strömen.
  • Wenn in einem Heizungsmodus des Fahrzeuges der Gaseinspritzabschnitt nicht betrieben wird, kann das dritte Expansionsventil ein von dem inneren Kondensator zugeführtes Kältemittel durchlassen, und das vierte Expansionsventil kann ein durch den Gas-Flüssigkeit-Separator hindurchgetretenes Kältemittel expandieren, um es dem Wärmetauscher zuzuführen.
  • In einem Kühlungs- oder einem Entfeuchtungsmodus des Fahrzeuges können das dritte und das vierte Expansionsventil ein von dem inneren Kondensator zugeführtes Kältemittel nicht expandieren, sondern können es durch die Kältemittelleitung hindurchströmen.
  • Das Bypassventil kann, wenn der Gaseinspritzabschnitt betrieben wird, derart arbeiten, dass die Bypassleitung geöffnet ist.
  • Das erste, das zweite, das dritte und das vierte Expansionsventil können elektronische Expansionsventile sein, die das Kältemittel während des Steuerns des Strömens des Kältemittels wahlweise expandieren.
  • Der Wärmetauscher kann ein durch Wärmeaustausch mit der Außenluft in dem inneren Kondensator kondensiertes Kältemittel entsprechend einem wahlweisen Betrieb des vierten Expansionsventils zusätzlich kondensieren oder verdampfen.
  • Die Klimaanlage kann ferner eine Kältemittelzweigleitung aufweisen, welche die Kältemittelleitung zwischen dem Wärmetauscher und dem ersten Expansionsventil über ein Kältemittelventil verbindet, das in der Kältemittelleitung zwischen dem Wärmetauscher und dem Gaseinspritzabschnitt vorgesehen ist.
  • Wenn in einem Entfeuchtungs- oder einem Heizungsmodus des Fahrzeuges keine äußere Wärme zurückgewonnen wird, kann das Kältemittelventil die Kältemittelzweigleitung öffnen und kann einen mit dem Wärmetauscher verbundenen Abschnitt der Kältemittelleitung schließen.
  • Das erste und das zweite Ventil sowie das Kältemittelventil können 3-Wege-Ventile sein.
  • Wenn in einem Heizungsmodus des Fahrzeuges der Gaseinspritzabschnitt während der Rückgewinnung von Abwärme von dem elektrischen Bauteil arbeitet, kann in einem Zustand, in welchem die mit dem elektrischen Bauteil verbundene erste Kühlmittelleitung durch einen Betrieb des ersten Ventils geöffnet ist, und die mit dem ersten Radiator verbundene erste Kühlmittelleitung geschlossen ist, die erste Zweigleitung geöffnet sein, in der ersten Kühlvorrichtung kann das durch einen Betrieb der ersten Wasserpumpe durch das elektrische Bauteil hindurchgetretene erste Kühlmittel über die geöffnete erste Zweigleitung dem Kühler zugeführt werden, ohne durch den ersten Radiator hindurchzutreten, die zweite Kühlvorrichtung kann den Betrieb stoppen, in der Klimaanlage kann die mit dem Verdampfer verbundene Kältemittelleitung durch das erste Expansionsventil geschlossen sein, die Kältemittelverbindungsleitung kann durch das zweite Expansionsventil geöffnet sein, das zweite Expansionsventil kann das der Kältemittelverbindungsleitung zugeführte Kältemittel expandieren, um es dem Kühler zuzuführen, in dem Gaseinspritzabschnitt kann die Bypassleitung durch das Bypassventil geöffnet sein, das dritte Expansionsventil kann das Kältemittel expandieren, um es dem Gas-Flüssigkeit-Separator zuzuführen, und das vierte Expansionsventil kann ein durch den Gas-Flüssigkeit-Separator hindurchtretendes Kältemittel expandieren, und das Kältemittelventil kann die Kältemittelzweigleitung öffnen, so dass ein während des Hindurchtretens durch das vierte Expansionsventil expandiertes Kältemittel dem Wärmetauscher nicht zugeführt wird.
  • In einem Entfeuchtungsmodus des Fahrzeuges können die erste und die zweite Kühlvorrichtung den Betrieb stoppen, in der Klimaanlage kann die mit dem Verdampfer verbundene Kältemittelleitung durch das erste Expansionsventil geöffnet sein, die Kältemittelverbindungsleitung kann durch das zweite Expansionsventil geschlossen sein, und das Kältemittelventil kann die Kältemittelzweigleitung öffnen, so dass das von dem inneren Kondensator zugeführte Kältemittel dem Wärmetauscher nicht zugeführt wird.
  • Wenn in einem Kühlungsmodus des Fahrzeuges das Batteriemodul und die Autonomes-Fahren-Steuereinrichtung gekühlt werden, kann die zweite Zweigleitung durch das zweite Ventil geöffnet sein, und die zweite Kühlmittelleitung, die mit dem zweiten Radiator verbunden ist, kann basierend auf der zweiten Zweigleitung geschlossen sein, in der zweiten Kühlvorrichtung kann, während das zweite Kühlmittel in der geöffneten zweiten Zweigleitung und der geöffneten zweiten Kühlmittelleitung mittels der zweiten Wasserpumpe zirkuliert wird, ein durch den Kühler hindurchgetretenes Kühlmittel dem Batteriemodul und der Autonomes-Fahren-Steuereinrichtung zugeführt werden, in der Klimaanlage kann in einem Zustand, in welchem die Kältemittelverbindungsleitung durch das zweite Expansionsventil geöffnet ist, das Kältemittel entlang der Kältemittelleitung und der Kältemittelverbindungsleitung zirkuliert werden, und das erste und das zweite Expansionsventil können das Kältemittel expandieren, so dass ein expandiertes Kältemittel dem Verdampfer bzw. dem Kühler zugeführt wird.
  • Wenn in einem Heizungsmodus des Fahrzeuges Abwärme von einer äußeren Wärmequelle, dem elektrischen Bauteil, dem Batteriemodul und der Autonomes-Fahren-Steuereinrichtung zurückgewonnen wird, kann in einem Zustand, in welchem die mit dem elektrischen Bauteil verbundene erste Kühlmittelleitung durch das erste Ventil geöffnet ist, und die mit dem ersten Radiator verbundene erste Kühlmittelleitung geschlossen ist, die erste Zweigleitung geöffnet sein, in der ersten Kühlvorrichtung kann das durch einen Betrieb der ersten Wasserpumpe durch das elektrische Bauteil hindurchgetretene erste Kühlmittel über die geöffnete erste Zweigleitung dem Kühler zugeführt werden, ohne durch den ersten Radiator hindurchzutreten, in einem Zustand, in welchem die zweite Zweigleitung durch das zweite Ventil geöffnet ist, kann die mit dem zweiten Radiator verbundene zweite Kühlmittelleitung basierend auf der zweiten Zweigleitung geschlossen sein, in der zweiten Kühlvorrichtung kann das mittels der zweiten Wasserpumpe durch das Batteriemodul und die Autonomes-Fahren-Steuereinrichtung hindurchgetretene zweite Kühlmittel über die zweite Zweigleitung dem Kühler zugeführt werden, in der Klimaanlage kann eine Kältemittelleitung, die den Wärmetauscher und den Verdampfer miteinander verbindet, durch das erste Expansionsventil geschlossen sein, die Kältemittelverbindungsleitung kann durch das zweite Expansionsventil geöffnet sein, und das zweite Expansionsventil kann ein der Kältemittelverbindungsleitung zugeführtes Kältemittel expandieren, um es dem Kühler zuzuführen.
  • Der Wärmetauscher kann ein luftgekühlter Wärmetauscher sein.
  • Wenn das elektrische Bauteil, das Batteriemodul und die Autonomes-Fahren-Steuereinrichtung gekühlt werden, kann die erste Zweigleitung durch das erste Ventil geschlossen sein, die zweite Zweigleitung kann durch das zweite Ventil geschlossen sein, das von dem ersten Radiator gekühlte erste Kühlmittel kann durch einen Betrieb der ersten Wasserpumpe entlang der ersten Kühlmittelleitung dem elektrischen Bauteil zugeführt werden, und das von dem zweiten Radiator gekühlte zweite Kühlmittel kann durch einen Betrieb der zweiten Wasserpumpe entlang der zweiten Kühlmittelleitung dem Batteriemodul und der Autonomes-Fahren-Steuereinrichtung zugeführt werden.
  • Das elektrische Bauteil kann eine Leistungssteuervorrichtung, einen Inverter, ein bordeigenes Ladegerät (OBC) oder einen Leistungswandler aufweisen.
  • Wie oben beschrieben, kann bei dem Wärmepumpensystem für das Fahrzeug gemäß der Ausführungsform der Erfindung durch einen einzigen Kühler (z.B. einen einzigen Chiller), in welchem ein Kältemittel und ein Kühlmittel wärmegetauscht werden, um eine Temperatur eines Batteriemoduls und eine Temperatur einer Autonomes-Fahren-Steuereinrichtung zu steuern, eine Vereinfachung des Systems realisiert werden.
  • Außerdem ist es gemäß der Ausführungsform der Erfindung durch effiziente Steuerung einer Temperatur eines Batteriemoduls möglich, das Batteriemodul mit optimaler Leistung zu betreiben, und eine Gesamtreichweite des Fahrzeuges kann durch effizientes Management des Batteriemoduls erhöht werden.
  • Ferner ist es gemäß der Ausführungsform der Erfindung möglich, durch wahlweise Nutzung einer äußeren Wärmequelle oder der Abwärme eines elektrischen Bauteils, eines Batteriemoduls oder einer Autonomes-Fahren-Steuereinrichtung in einem Heizungsmodus des Fahrzeuges die Heizungseffizienz zu verbessern.
  • Zudem ist es gemäß der Ausführungsform der Erfindung möglich, durch wahlweises Erhöhen einer Strömungsrate des Kältemittels in einem Heizungsmodus eines Fahrzeuges durch Verwendung eines Gaseinspritzabschnitts die Heizungsleistung zu maximieren.
  • Darüber hinaus ist es gemäß der Ausführungsform der Erfindung möglich, durch Vereinfachung eines gesamten Systems die Herstellungskosten und das Gewicht zu reduzieren und die Raumausnutzung zu verbessern.
  • Die Erfindung wird mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
    • 1 ein Blockdiagramm eines Wärmepumpensystems für ein Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
    • 2 ein Betriebszustandsdiagramm der Kühlung eines elektrischen Bauteils, eines Batteriemoduls und einer Autonomes-Fahren-Steuereinrichtung durch ein Kühlmittel in einem Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
    • 3 ein Betriebszustandsdiagramm der Kühlung eines Batteriemoduls und einer Autonomes-Fahren-Steuereinrichtung durch ein Kältemittel in einem Kühlungsmodus in einem Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
    • 4 ein Betriebszustandsdiagramm der Abwärmerückgewinnung von einer äußeren Wärmequelle, einem elektrischen Bauteil, einem Batteriemodul und einer Autonomes-Fahren-Steuereinrichtung entsprechend einem Heizungsmodus in einem Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
    • 5 ein Betriebszustandsdiagramm der Abwärmerückgewinnung von einer äußeren Wärmequelle, einem elektrischen Bauteil, einem Batteriemodul und einer Autonomes-Fahren-Steuereinrichtung entsprechend einem Heizungsmodus und einen Betrieb eines Gaseinspritzabschnitts in einem Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
    • 6 ein Betriebszustandsdiagramm der Abwärmerückgewinnung von einem elektrischen Bauteil und einen Betrieb eines Gaseinspritzabschnitts entsprechend einem Heizungsmodus in einem Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; und
    • 7 ein Betriebszustandsdiagramm eines Entfeuchtungsmodus in einem Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
  • Nachfolgend wird eine Ausführungsform der Erfindung mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung ausführlich beschrieben.
  • Da die in der Beschreibung beschriebenen Ausführungsformen und die in der Zeichnung gezeigten Konfigurationen lediglich die bevorzugtesten Ausführungsformen und Konfigurationen der Erfindung sind, verkörpern sie nicht die gesamten technischen Ideen der Erfindung, und es versteht sich, dass verschiedene Abwandlungen und modifizierte Beispiele, welche die Ausführungsformen ersetzen können, beim Einreichen der vorliegenden Anmeldung möglich sind.
  • Um die vorliegende Offenbarung deutlich zu beschreiben, werden Teile, die für die Beschreibung irrelevant sind, weggelassen, und identische oder ähnliche Bauelemente sind durch die Beschreibung hinweg mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
  • Da die Größe und Dicke jeder in der Zeichnung gezeigten Konfiguration zur Vereinfachung der Beschreibung willkürlich gezeigt sind, ist die Erfindung nicht unbedingt auf die in der Zeichnung gezeigten Konfigurationen beschränkt, und um verschiedene Abschnitte und Bereiche deutlich darzustellen, sind vergrößerte Dicken gezeigt.
  • Darüber hinaus sind durch die Beschreibung hinweg, wenn nicht ausdrücklich das Gegenteil beschrieben ist, der Begriff „aufweisen“ und Abwandlungen, wie „aufweist“ oder „aufweisend“, so zu verstehen, dass sie den Einschluss der genannten Elemente, nicht aber den Ausschluss irgendwelcher anderen Elemente implizieren.
  • Ferner bedeuten die in der Beschreibung beschriebenen Begriffe, wie „... einheit“, „... mittel“, „... abschnitt“ und „... element“, eine Einheit einer umfassenden Konfiguration mit wenigstens einer Funktion oder einer Operation.
  • 1 zeigt ein Blockdiagramm eines Wärmepumpensystems für ein Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
  • Ein Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann eine Temperatur eines Batteriemoduls 25 durch einen einzigen Kühler 30 einstellen, in welchem ein Kältemittel und ein Kühlmittel wärmegetauscht werden, und kann eine äußere Wärmequelle oder Abwärme eines elektrischen Bauteils 15, des Batteriemoduls 25 oder einer Autonomes-Fahren-Steuereinrichtung 26 und einen Gaseinspritzabschnitt 70 verwenden, um dadurch die Leistung und die Effizienz der Heizung zu verbessern.
  • Hier können in dem Wärmepumpensystem eines Elektrofahrzeuges eine erste Kühlvorrichtung 10 zum Kühlen des elektrischen Bauteils 15, eine zweite Kühlvorrichtung 20 zum Kühlen des Batteriemoduls 25 und der Autonomes-Fahren-Steuereinrichtung 26 und eine Klimaanlage 50, die eine Klimatisierungsvorrichtung zum Kühlen und Heizen eines Innenraumes ist, gemeinsam miteinander verbunden sein.
  • Das heißt, mit Bezug auf 1 kann das Wärmepumpensystem die erste Kühlvorrichtung 10, die zweite Kühlvorrichtung 20, den Kühler 30 und die Klimaanlage 50 aufweisen.
  • Zuerst weist die erste Kühlvorrichtung 10 einen ersten Radiator 12, eine erste Wasserpumpe 14, ein erstes Ventil V1 und einen ersten Vorratsbehälter 17 auf, die über eine erste Kühlmittelleitung 11 miteinander verbunden sind.
  • Der erste Radiator 12 ist an der Vorderseite des Fahrzeuges angeordnet, ein Kühlgebläse 13 ist an der Rückseite davon vorgesehen, und das Kühlmittel wird durch einen Betrieb des Kühlgebläses 13 und einen Wärmeaustausch mit der Außenluft gekühlt.
  • Außerdem kann das elektrische Bauteil 15 eine Leistungsumwandlungsvorrichtung, wie eine elektrische Leistungssteuereinrichtung (EPCU), einen Elektromotor, einen Inverter oder ein bordeigenes Ladegerät (OBC) aufweisen.
  • Die elektrische Leistungssteuereinrichtung, der Inverter oder der Elektromotor erwärmt sich während der Fahrt, und das Ladegerät kann sich beim Laden des Batteriemoduls 25 erwärmen.
  • Das elektrische Bauteil 15, das wie oben beschrieben konfiguriert ist, kann in der ersten Kühlmittelleitung 11 derart vorgesehen sein, dass es in einer wassergekühlten Weise gekühlt wird.
  • Das heißt, wenn die Abwärme des elektrischen Bauteils 15 in dem Heizungsmodus des Fahrzeuges zurückgewonnen wird, kann die von der Leistungsumwandlungsvorrichtung, wie der EPCU, dem Elektromotor, dem Inverter oder dem OBC erzeugte Wärme zurückgewonnen werden.
  • Indessen ist der erste Vorratsbehälter 17 in der ersten Kühlmittelleitung 11 zwischen dem ersten Radiator 12 und dem ersten Ventil V1 vorgesehen. Das von dem ersten Radiator 12 gekühlte Kühlmittel kann in dem ersten Vorratsbehälter 17 gespeichert werden.
  • Die erste Kühlvorrichtung 10, die wie oben beschrieben konfiguriert ist, kann das Kühlmittel in der ersten Kühlmittelleitung 11 derart zirkulieren, dass das Kühlmittel zu dem elektrischen Bauteil 15 geführt werden kann, das in der ersten Kühlmittelleitung 11 vorgesehen ist.
  • Das heißt, die erste Kühlvorrichtung 10 zirkuliert das von dem ersten Radiator 12 gekühlte Kühlmittel entlang der ersten Kühlmittelleitung 11 durch den Betrieb der ersten Wasserpumpe 14, um dadurch das elektrische Bauteil 15 derart zu kühlen, dass es nicht überhitzt wird.
  • In der vorliegenden Ausführungsform kann die zweite Kühlvorrichtung 20 einen zweiten Radiator 22, eine zweite Wasserpumpe 24, das Batteriemodul 25, die Autonomes-Fahren-Steuereinrichtung 26 und ein zweites Ventil V2 aufweisen, die über eine zweite Kühlmittelleitung 21 miteinander verbunden sind.
  • Die zweite Kühlvorrichtung 20 kann das von dem zweiten Radiator 22 gekühlte Kühlmittel wahlweise dem Batteriemodul 25 und der Autonomes-Fahren-Steuereinrichtung 26 zuführen.
  • Hier ist der zweite Radiator 22 in derselben Linie wie der erste Radiator 12 angeordnet, und das Kühlmittel wird durch den Betrieb des Kühlgebläses 13 und einen Wärmeaustausch mit der Außenluft gekühlt.
  • Indessen ist in der vorliegenden Ausführungsform beschrieben, dass der zweite Radiator 22 in derselben Linie wie der erste Radiator 12 angeordnet ist, jedoch ist die Erfindung nicht darauf beschränkt, und der erste und der zweite Radiator 12 und 22 können ganzheitlich konfiguriert sein.
  • Außerdem ist ein zweiter Vorratsbehälter 27 in der zweiten Kühlmittelleitung 21 zwischen dem zweiten Radiator 22 und der zweiten Wasserpumpe 24 vorgesehen. Das von dem zweiten Radiator 22 gekühlte Kühlmittel kann in dem zweiten Vorratsbehälter 27 gespeichert werden.
  • Die zweite Kühlvorrichtung 20, die wie oben beschrieben konfiguriert ist, kann das Kühlmittel in dem Batteriemodul 25 und der Autonomes-Fahren-Steuereinrichtung 26 durch einen Betrieb der zweiten Wasserpumpe 24 wahlweise zirkulieren.
  • Hier führen das Batteriemodul 25 und die Autonomes-Fahren-Steuereinrichtung 26 dem elektrischen Bauteil 15 Strom zu und sind derart ausgebildet, dass sie von einem entlang der zweiten Kühlmittelleitung 21 strömenden Kühlmittel gekühlt werden können.
  • Hier können die erste und die zweite Wasserpumpe 14 und 24 elektrische Wasserpumpen sein.
  • In der vorliegenden Ausführungsform ist der Kühler 30 mit einer ersten Zweigleitung 18, die über das erste Ventil V1 mit der ersten Kühlmittelleitung 11 verbunden ist, und einer zweiten Zweigleitung 28 versehen, die über das zweite Ventil V2 mit der zweiten Kühlmittelleitung 21 verbunden ist, und ein Kühlmittel kann wahlweise in der ersten und der zweiten Zweigleitung zirkuliert werden.
  • Der Kühler 30 ist über eine Kältemittelverbindungsleitung 61 mit einer Kältemittelleitung 51 der Klimaanlage 50 verbunden. Das heißt, der Kühler 30 kann ein wassergekühlter Wärmetauscher sein, in welchen ein Kühlmittel strömt.
  • Dementsprechend wärmetauscht der Kühler 30 das Kühlmittel, das wahlweise über die erste Zweigleitung 18 oder die zweite Zweigleitung 28 zuströmt, mit dem Kältemittel, das wahlweise von der Klimaanlage 50 zugeführt wird, um die Temperatur des Kühlmittels zu steuern.
  • Hier ist ein Ende der ersten Zweigleitung 18 über das erste Ventil V1 mit der ersten Kühlmittelleitung 11 verbunden. Außerdem kann das andere Ende der ersten Zweigleitung 18 mit der ersten Kühlmittelleitung 11 verbunden sein, die mit dem elektrischen Bauteil 15 oder dem ersten Radiator 12 verbunden ist.
  • Während die Abwärme von dem elektrischen Bauteil 15 zurückgewonnen wird, kann die erste Zweigleitung 18 durch den Betrieb des ersten Ventils V1 wahlweise geöffnet werden, so dass das Kühlmittel, das durch das elektrische Bauteil 15 hindurchtritt, zu dem elektrischen Bauteil 15 zurückgeführt werden kann, ohne durch den ersten Radiator 12 hindurchzutreten.
  • Außerdem ist ein Ende der zweiten Zweigleitung 28 über das zweite Ventil V2, das in der zweiten Kühlmittelleitung 21 zwischen dem zweiten Radiator 22 und der zweiten Wasserpumpe 24 vorgesehen ist, mit der zweiten Kühlmittelleitung 21 verbunden.
  • Das andere Ende der zweiten Zweigleitung 28 kann mit der zweiten Kühlmittelleitung 21 zwischen der Autonomes-Fahren-Steuereinrichtung 26 und dem zweiten Radiator 22 verbunden sein.
  • Wenn die Abwärme des Batteriemoduls 25 und der Autonomes-Fahren-Steuereinrichtung 26 zurückgewonnen wird, oder die Temperatur des Batteriemoduls 25 und der Autonomes-Fahren-Steuereinrichtung 26 erhöht wird, kann die zweite Zweigleitung 28 durch den Betrieb des zweiten Ventils V2 wahlweise geöffnet und geschlossen werden, so dass das Kühlmittel, das durch das Batteriemodul 25 und die Autonomes-Fahren-Steuereinrichtung 26 hindurchgetreten ist, zu dem Batteriemodul 25 und der Autonomes-Fahren-Steuereinrichtung 26 zurückgeführt werden, ohne durch den zweiten Radiator 22 hindurchzutreten.
  • Hier steuern das erste Ventil V1 und das zweite Ventil V2 die Strömung des Kühlmittels in der ersten und der zweiten Kühlvorrichtung 10 und 20 durch die Öffnungs- und Schließsteuerung der ersten und der zweiten Zweigleitung 18 und 28.
  • Das heißt, wenn das elektrische Bauteil 15 durch das von dem ersten Radiator 12 gekühlte Kühlmittel gekühlt wird, kann das erste Ventil V1 die mit dem ersten Radiator 12 verbundene erste Kühlmittelleitung 11 öffnen und die erste Zweigleitung 18 schließen.
  • Dann kann, während das von dem ersten Radiator 12 gekühlte Kühlmittel entlang der damit verbundenen ersten Kühlmittelleitung 11 durch den Betrieb des ersten Ventils V1 zirkuliert wird, dieses das elektrische Bauteil 15 kühlen.
  • Umgekehrt kann, wenn die Abwärme von dem elektrischen Bauteil 15 zurückgewonnen wird, das erste Ventil V1 die mit dem ersten Radiator 12 verbundene erste Kühlmittelleitung 11 schließen und die erste Zweigleitung 18 öffnen.
  • Dann tritt das in der ersten Kühlvorrichtung 10 zirkulierte Kühlmittel entlang der geöffneten ersten Kühlmittelleitung 11 und der ersten Zweigleitung 18 durch das elektrische Bauteil 15 hindurch, ohne durch den ersten Radiator 12 hindurchzutreten, so dass die Temperatur davon ansteigen kann.
  • Außerdem kann, wenn das Batteriemodul 25 und die Autonomes-Fahren-Steuereinrichtung 26 durch das von dem zweiten Radiator 22 gekühlte Kühlmittel gekühlt werden, das zweite Ventil V2 die zweite Zweigleitung 28 schließen.
  • Dann kann, während das von dem zweiten Radiator 22 gekühlte Kühlmittel entlang der damit verbundenen zweiten Kühlmittelleitung 21 durch den Betrieb des zweiten Ventils V2 strömt, dieses das Batteriemodul 25 und die Autonomes-Fahren-Steuereinrichtung 26 kühlen.
  • Indessen kann, wenn das Batteriemodul 25 und die Autonomes-Fahren-Steuereinrichtung 26 durch das mit dem Kältemittel in dem Kühler 30 wärmegetauschte Kühlmittel gekühlt werden, und wenn die Abwärme von dem Batteriemodul 25 und der Autonomes-Fahren-Steuereinrichtung 26 zurückgewonnen wird, das zweite Ventil V2 die zweite Zweigleitung 28 öffnen und die mit dem zweiten Radiator 22 verbundene zweite Kühlmittelleitung 21 schließen.
  • Dementsprechend strömt ein Niedrigtemperatur-Kühlmittel, bei welchem der Wärmeaustausch mit dem Kältemittel in dem Kühler 30 vollendet ist, über die durch das zweite Ventil V2 geöffnete zweite Zweigleitung 28 in das Batteriemodul 25 und die Autonomes-Fahren-Steuereinrichtung 26, so dass das Batteriemodul 25 und die Autonomes-Fahren-Steuereinrichtung 26 effizient gekühlt werden können.
  • Andererseits kann in dem Falle, in dem Abwärme von dem Batteriemodul 25 und der Autonomes-Fahren-Steuereinrichtung 26 zurückgewonnen wird, durch Verhindern, dass das entlang der zweiten Kühlmittelleitung 21 zirkulierende Kühlmittel durch den Betrieb des zweiten Ventils V2 in den zweiten Radiator 22 strömt, die Abwärme von dem Batteriemodul 25 und der Autonomes-Fahren-Steuereinrichtung 26 zurückgewonnen werden.
  • In der vorliegenden Ausführungsform weist die Klimaanlage 50 ein HVAC(Heizung, Lüftung und Klimatisierung)-Modul 52, das über die Kältemittelleitung 51 damit verbunden ist, einen Wärmetauscher 53, ein erstes Expansionsventil 55, einen Verdampfer 56, einen Akkumulator 57, einen Kompressor 59 und ein zweites Expansionsventil 63 auf.
  • Zuerst umfasst das HVAC-Modul 52 den Verdampfer 56, der über die Kältemittelleitung 51 damit verbunden ist, und eine Öffnungs/Schließtür 52b zur Steuerung der durch den Verdampfer 56 hindurchtretenden Außenluft derart, dass sie entsprechend dem Kühlungs-, Heizungs- und Heizung/Entfeuchtungsmodus des Fahrzeuges wahlweise in einen inneren Kondensator 52a strömt.
  • Das heißt, in dem Heizungsmodus des Fahrzeuges ist die Öffnungs/Schließtür 52b geöffnet, so dass die durch den Verdampfer 56 hindurchgetretene Außenluft in den inneren Kondensator 52a strömt. Im Gegensatz dazu schließt in dem Kühlungsmodus des Fahrzeuges die Öffnungs/Schließtür 52b die Seite des inneren Kondensators 52a, so dass die während des Hindurchtretens durch den Verdampfer 56 gekühlte Außenluft direkt in das Fahrzeug strömt.
  • In der vorliegenden Ausführungsform ist der Wärmetauscher 53 mit der Kältemittelleitung 51 verbunden, so dass das Kältemittel durch diese hindurchtritt. Der Wärmetauscher 53 kann das über die Kältemittelleitung 51 zugeführte Kältemittel mit Außenluft wärmetauschen.
  • Das heißt, der Wärmetauscher 53 ist vor dem ersten und dem zweiten Radiator 12 und 22 angeordnet, um das in diese eingeströmte Kältemittel mit der Außenluft wärmezutauschen. Der Wärmetauscher 53 kann ein luftgekühlter Wärmetauscher sein, der ein Kältemittel durch Außenluft kondensiert oder verdam pft.
  • Das erste Expansionsventil 55 ist in der Kältemittelleitung 51 zwischen dem Wärmetauscher 53 und dem Verdampfer 56 vorgesehen. Das erste Expansionsventil 55 nimmt das durch den Wärmetauscher 53 hindurchgetretene Kältemittel auf, um es zu expandieren.
  • Der Akkumulator 57 ist in der Kältemittelleitung 51 zwischen dem Verdampfer 56 und dem Kompressor 59 vorgesehen und ist mit der Kältemittelverbindungsleitung 61 verbunden.
  • Der Akkumulator 57 verbessert die Effizienz und die Haltbarkeit des Kompressors 59 durch Zuführen lediglich des gasförmigen Kältemittels zu dem Kompressor 59.
  • In der vorliegenden Ausführungsform ist ein Ende der Kältemittelverbindungsleitung 61 mit der Kältemittelleitung 51 zwischen dem Wärmetauscher 53 und dem Expansionsventil 55 verbunden. Außerdem kann das andere Ende der Kältemittelverbindungsleitung 61 mit dem Akkumulator 57 verbunden sein.
  • Hier kann der Akkumulator 57 das gasförmige Kältemittel des über die Kältemittelverbindungsleitung 61 zugeführten Kältemittels zu dem Kompressor 59 führen.
  • Indessen kann das zweite Expansionsventil 63 in der Kältemittelverbindungsleitung 61 vorgesehen sein.
  • Wenn das Batteriemodul 25 und die Autonomes-Fahren-Steuereinrichtung 26 durch das mit dem Kältemittel wärmegetauschte Kühlmittel gekühlt werden, kann das zweite Expansionsventil 63 das über die Kältemittelverbindungsleitung 61 zuströmende Kältemittel expandieren, um es in den Kühler 30 zu strömen.
  • Hier kann das zweite Expansionsventil 63 arbeiten, selbst wenn die Abwärme des elektrischen Bauteils 15 oder die Abwärme des Batteriemoduls 25 und der Autonomes-Fahren-Steuereinrichtung 26 in dem Heizungsmodus des Fahrzeuges zurückgewonnen wird.
  • Das zweite Expansionsventil 63 kann das über die Kältemittelverbindungsleitung 61 zuströmende Kältemittel wahlweise expandieren, um in den Kühler 30 zu strömen.
  • Das heißt, das zweite Expansionsventil 63 expandiert das von dem Wärmetauscher 53 abgeführte Kältemittel, um es in einem Zustand des Verringerns der Temperatur davon in den Kühler 30 zu strömen, so dass die Temperatur des durch die Innenseite des Kühlers 30 hindurchtretenden Kühlmittels weiter reduziert werden kann.
  • Dementsprechend kann das Kühlmittel, dessen Temperatur reduziert ist, während es durch den Kühler 30 hindurchtritt, in das Batteriemodul 25 und die Autonomes-Fahren-Steuereinrichtung 26 strömen, um effizienter gekühlt zu werden.
  • Der Kompressor 59 ist zwischen dem Verdampfer 56 und dem Wärmetauscher 53 über die Kältemittelleitung 51 angeschlossen. Der Kompressor 59 kann das gasförmige Kältemittel komprimieren und kann das komprimierte Kältemittel zu dem Wärmetauscher 53 führen.
  • Indessen kann in der vorliegenden Ausführungsform das Wärmepumpensystem ferner den Gaseinspritzabschnitt 70 aufweisen.
  • Der Gaseinspritzabschnitt 70 ist in der Klimaanlage 50 vorgesehen. Der Gaseinspritzabschnitt 70 kann etwas von dem durch den inneren Kondensator 52a hindurchtretenden Kältemittel zu dem Kompressor 59 umleiten, um die Strömungsrate des in der Kältemittelleitung 51 zirkulierenden Kältemittels zu erhöhen.
  • Der Gaseinspritzabschnitt 70, der wie oben beschrieben konfiguriert ist, kann in dem Heizungsmodus des Fahrzeuges wahlweise betrieben werden.
  • Umgekehrt kann der Gaseinspritzabschnitt 70 in dem Kühlungsmodus oder dem Entfeuchtungsmodus des Fahrzeuges gestoppt werden.
  • Hier weist der Gaseinspritzabschnitt 70 einen Gas-Flüssigkeit-Separator 71, eine Bypassleitung 72, ein Bypassventil 73, ein drittes Expansionsventil 74 und ein viertes Expansionsventil 75 auf.
  • Zuerst ist der Gas-Flüssigkeit-Separator 71 in der Kältemittelleitung 51 zwischen dem inneren Kondensator 52a und dem Wärmetauscher 53 vorgesehen.
  • Der Gas-Flüssigkeit-Separator 71 kann gasförmiges Kältemittel und flüssiges Kältemittel von dem Kältemittel, das vollständig wärmegetauscht wird, während es durch den inneren Kondensator 52a hindurchtritt, trennen, um diese wahlweise abzuführen.
  • Die Bypassleitung 72 verbindet den Gas-Flüssigkeit-Separator 71 und den Kompressor 59 miteinander. Die Bypassleitung 72 kann das gasförmige Kältemittel von dem Gas-Flüssigkeit-Separator 71 wahlweise zu dem Kompressor 59 führen.
  • Das heißt, die Bypassleitung 72 kann den Gas-Flüssigkeit-Separator 71 und den Kompressor 59 miteinander verbinden, so dass das durch den Gas-Flüssigkeit-Separator 71 hindurchgetretene gasförmige Kältemittel wahlweise zu dem Kompressor 59 strömen kann.
  • In der vorliegenden Ausführungsform ist das Bypassventil 73 in der Bypassleitung 72 vorgesehen. Das Bypassventil 73 kann die Bypassleitung 72 entsprechend dem Fahrzeugmodus wahlweise öffnen.
  • Hier kann der Gas-Flüssigkeit-Separator 71 das gasförmige Kältemittel über die Bypassleitung 72, die durch den Betrieb des Bypassventils 73 geöffnet ist, zu dem Kompressor 59 führen. Außerdem kann der Gas-Flüssigkeit-Separator 71 ein flüssiges Kältemittel zu dem Wärmetauscher 53 führen.
  • Das dritte Expansionsventil 74 ist in der Kältemittelleitung 51 zwischen dem inneren Kondensator 52a und dem Gas-Flüssigkeit-Separator 71 vorgesehen.
  • Außerdem kann das vierte Expansionsventil 75 in der Kältemittelleitung 51 zwischen dem Gas-Flüssigkeit-Separator 71 und dem Wärmetauscher 53 vorgesehen sein.
  • Das heißt, wenn der Gaseinspritzabschnitt 70 in dem Heizungsmodus des Fahrzeuges betrieben wird, kann das dritte Expansionsventil 74 das von dem inneren Kondensator 52a zugeführte Kältemittel expandieren, um es dem Gas-Flüssigkeit-Separator 71 zuzuführen.
  • Außerdem kann das vierte Expansionsventil 75 das von dem Gas-Flüssigkeit-Separator 71 zugeführte Kältemittel expandieren, um zu der Kältemittelleitung 51 zu strömen.
  • Umgekehrt kann, wenn der Gaseinspritzabschnitt 70 in dem Heizungsmodus des Fahrzeuges nicht betrieben wird, das dritte Expansionsventil 74 das von dem inneren Kondensator 52a zugeführte Kältemittel durchlassen.
  • Außerdem kann das vierte Expansionsventil 75 das durch den Gas-Flüssigkeit-Separator 71 hindurchgetretene Kältemittel expandieren, um es dem Wärmetauscher 53 zuzuführen.
  • Darüber hinaus können in dem Kühlungsmodus oder dem Entfeuchtungsmodus des Fahrzeuges das dritte und das vierte Expansionsventil 74 und 75 das von dem inneren Kondensator 52a zugeführte Kältemittel nicht expandieren, jedoch dieses strömen lassen.
  • Hier kann der Wärmetauscher 53 das von dem Gas-Flüssigkeit-Separator 71 abgeführte Kältemittel durch Wärmeaustausch mit der Außenluft entsprechend dem wahlweisen Betrieb des vierten Expansionsventils 75 zusätzlich kondensieren oder verdampfen.
  • Wenn der Wärmetauscher 53 das Kältemittel kondensiert, kondensiert der Wärmetauscher 53 das in dem inneren Kondensator 52a kondensierte Kältemittel weiter, so dass dies die Nebenkühlung des Kältemittels erhöhen kann, wodurch ein Wirkungsgrad (COP), welcher ein Koeffizient der Kühlkapazität zu der erforderlichen Leistung eines Kompressors ist, verbessert werden kann.
  • Indessen kann der Gaseinspritzabschnitt 70 ferner eine separate Verbindungsleitung (nicht gezeigt) aufweisen, deren eines Ende mit der Kältemittelleitung 51 zwischen dem inneren Kondensator 52a und dem dritten Expansionsventil 74 verbunden ist, und deren anderes Ende mit der Kältemittelleitung 51 verbunden ist, die mit dem Wärmetauscher 53 verbunden ist.
  • Ein separates Ein-Aus-Ventil (nicht gezeigt) kann in der separaten Verbindungsleitung (nicht gezeigt) vorgesehen sein. Das heißt, in dem Kühlungsmodus des Fahrzeuges ist die Verbindungsleitung (nicht gezeigt) durch den Betrieb des Ein-Aus-Ventils geöffnet, und in diesem Falle kann das durch den inneren Kondensator 52a hindurchgetretene Kältemittel direkt zu dem Wärmetauscher 53 geführt werden, ohne durch den Gaseinspritzabschnitt 70 hindurchzutreten.
  • Dementsprechend kann die Kühlleistung durch Reduzieren des Druckes des entlang der Kältemittelleitung 51 zirkulierenden Kältemittels in dem Kühlungsmodus des Fahrzeuges verbessert werden.
  • Die Klimaanlage 50, die wie oben beschrieben konfiguriert ist, kann ferner eine Kältemittelzweigleitung 65 aufweisen, welche die Kältemittelleitung 51 zwischen dem Wärmetauscher 53 und dem ersten Expansionsventil 55 über ein Kältemittelventil 64 verbindet, das in der Kältemittelleitung 51 zwischen dem Wärmetauscher 53 und dem Gaseinspritzabschnitt 70 vorgesehen ist.
  • Ein Ende der Kältemittelzweigleitung 65 ist mit dem Kältemittelventil 64 verbunden. Das andere Ende der Kältemittelzweigleitung 65 kann mit der Kältemittelleitung 51 zwischen dem Wärmetauscher 53 und dem ersten Expansionsventil 55 verbunden sein.
  • Hier kann in dem Falle, in dem die Abwärme in dem Entfeuchtungs- oder Heizungsmodus des Fahrzeuges nicht zurückgewonnen wird, das Kältemittelventil 64 die Kältemittelzweigleitung 65 öffnen und einen mit dem Wärmetauscher 53 verbundenen Abschnitt der Kältemittelleitung 51 schließen.
  • In der vorliegenden Ausführungsform können das erste, das zweite, das dritte und das vierte Expansionsventil 55, 63, 74 und 75 elektronische Expansionsventile sein, die wahlweise das Kältemittel expandieren, während die Strömung des durch die Kältemittelleitung 51 oder die Kältemittelverbindungsleitung 61 hindurchtretenden Kältemittels gesteuert wird.
  • Außerdem können das erste und das zweite Ventil V1 und V2 sowie das Kältemittelventil 64 Dreiwegeventile sein, die eine Strömung verteilen können.
  • Nachfolgend werden mit Bezug auf die 2 bis 7 ein Betrieb und eine Funktion des wie oben beschrieben konfigurierten Wärmepumpensystems für das Fahrzeug gemäß der Ausführungsform der Erfindung ausführlich beschrieben.
  • Zuerst wird mit Bezug auf 2 ein Betrieb der Kühlung des elektrischen Bauteils 15, des Batteriemoduls 25 und der Autonomes-Fahren-Steuereinrichtung 26 durch ein Kühlmittel in dem Wärmepumpensystem für das Fahrzeug gemäß der Ausführungsform der Erfindung beschrieben.
  • 2 zeigt ein Betriebszustandsdiagramm der Kühlung eines elektrischen Bauteils, eines Batteriemoduls und einer Autonomes-Fahren-Steuereinrichtung durch ein Kühlmittel in einem Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
  • Mit Bezug auf 2 ist die erste Zweigleitung 18 durch den Betrieb des ersten Ventils V1 geschlossen. Die zweite Zweigleitung 28 ist durch den Betrieb des zweiten Ventils V2 geschlossen.
  • In diesem Zustand arbeitet in der ersten Kühlvorrichtung 10 die erste Wasserpumpe 14, um das elektrische Bauteil 15 zu kühlen. Dementsprechend wird dem elektrischen Bauteil 15 das Kühlmittel zugeführt, das durch den ersten Radiator 12 gekühlt wird und in dem ersten Vorratsbehälter 17 gespeichert wird.
  • Daher kann das elektrische Bauteil 15 effizient gekühlt werden.
  • In der zweiten Kühlvorrichtung 20 wird die zweite Wasserpumpe 24 betrieben, um das Batteriemodul 25 und die Autonomes-Fahren-Steuereinrichtung 26 zu kühlen.
  • Dann wird, während das von dem zweiten Radiator 22 gekühlte und in dem zweiten Vorratsbehälter 27 gespeicherte Kühlmittel entlang der zweiten Kühlmittelleitung 21 durch den Betrieb der zweiten Wasserpumpe 24 zirkuliert wird, dieses dem Batteriemodul 25 und der Autonomes-Fahren-Steuereinrichtung 26 zugeführt.
  • Das Kühlmittel, welches das Batteriemodul 25 und die Autonomes-Fahren-Steuereinrichtung 26 gekühlt hat, strömt entlang der zweiten Kühlmittelleitung 21 in den zweiten Radiator 22.
  • Das heißt, da das Niedrigtemperatur-Kühlmittel, das von dem zweiten Radiator 22 gekühlt wird, nur das Batteriemodul 25 und die Autonomes-Fahren-Steuereinrichtung 26 kühlt, können das Batteriemodul 25 und die Autonomes-Fahren-Steuereinrichtung 26 effizient gekühlt werden.
  • Wie oben beschrieben, können, während das von dem ersten und dem zweiten Radiator 12 und 22 gekühlte und in dem ersten und dem zweiten Vorratsbehälter 17 und 27 gespeicherte Kühlmittel in der ersten Kühlmittelleitung 11 bzw. der zweiten Kühlmittelleitung 21 durch den Betrieb der ersten und der zweiten Wasserpumpe 14 und 24 zirkuliert wird, da es das elektrische Bauteil 15 bzw. das Batteriemodul 25 und die Autonomes-Fahren-Steuereinrichtung 26 kühlt, das elektrische Bauteil 15, das Batteriemodul 25 und die Autonomes-Fahren-Steuereinrichtung 26 effizient gekühlt werden.
  • Die Klimaanlage 50 und der Gaseinspritzabschnitt 70 arbeiten nicht.
  • Indessen werden in der vorliegenden Ausführungsform das elektrische Bauteil 15, das Batteriemodul 25 und die Autonomes-Fahren-Steuereinrichtung 26 allesamt mit dem von dem ersten bzw. dem zweiten Radiator 12 und 22 gekühlten Kühlmittel gekühlt, jedoch ist die Erfindung nicht darauf beschränkt, und wenn eines von dem elektrischen Bauteil 15, dem Batteriemodul 25 und der Autonomes-Fahren-Steuereinrichtung 26 separat gekühlt wird, können die erste und die zweite Wasserpumpe 14 und 24 wahlweise betrieben werden.
  • Ein Betrieb der Kühlung des Batteriemoduls 25 und der Autonomes-Fahren-Steuereinrichtung 26 in dem Kühlungsmodus des Fahrzeuges wird mit Bezug auf 3 beschrieben.
  • 3 zeigt ein Betriebszustandsdiagramm der Kühlung eines Batteriemoduls und einer Autonomes-Fahren-Steuereinrichtung durch ein Kältemittel in einem Kühlungsmodus in einem Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
  • Mit Bezug auf 3 stoppt die erste Kühlvorrichtung 10 den Betrieb.
  • Die zweite Zweigleitung 28 ist durch den Betrieb des zweiten Ventils V2 geöffnet. Dementsprechend ist die zweite Kühlmittelleitung 21, die mit dem zweiten Radiator 22 verbunden ist, basierend auf der zweiten Zweigleitung 28 geschlossen.
  • Dementsprechend wird in der zweiten Kühlvorrichtung 20 das durch den Kühler 30 hindurchtretende Kühlmittel entlang der geöffneten zweiten Zweigleitung 28 und der geöffneten zweiten Kühlmittelleitung 21 durch den Betrieb der zweiten Wasserpumpe 24 zu dem Batteriemodul 25 und der Autonomes-Fahren-Steuereinrichtung 26 geführt.
  • Das durch das Batteriemodul 25 und die Autonomes-Fahren-Steuereinrichtung 26 hindurchtretende Kühlmittel strömt in den Kühler 30. Das durch den Kühler 30 hindurchgetretene Kühlmittel wird zu dem Batteriemodul 25 und der Autonomes-Fahren-Steuereinrichtung 26 geführt, ohne durch den zweiten Radiator 22 hindurchzutreten, während es entlang der geöffneten zweiten Kühlmittelleitung 21 und der zweiten Zweigleitung 28 zirkuliert.
  • In der Klimaanlage 50 arbeitet jedes Bauelement davon, um den Innenraum des Fahrzeuges zu kühlen. Dementsprechend wird das Kältemittel entlang der Kältemittelleitung 51 zirkuliert.
  • Hier ist die Kältemittelleitung 51, die den Wärmetauscher 53 und den Verdampfer 56 miteinander verbindet, durch den Betrieb des ersten Expansionsventils 55 geöffnet. Die Kältemittelverbindungsleitung 61 ist durch den Betrieb des zweiten Expansionsventils 63 geöffnet.
  • Dann kann das durch den Wärmetauscher 53 hindurchgetretene Kältemittel entlang der Kältemittelleitung 51 und der Kältemittelverbindungsleitung 61 zirkuliert werden.
  • Hier können das erste und das zweite Expansionsventil 55 und 63 das Kältemittel expandieren, so dass das expandierte Kältemittel dem Verdampfer 56 bzw. dem Kühler 30 zugeführt werden kann.
  • Indessen zirkuliert das durch den Kühler 30 hindurchtretende Kühlmittel in der zweiten Kühlmittelleitung 21 und der zweiten Zweigleitung 28 durch den Betrieb der zweiten Wasserpumpe 24, ohne durch den zweiten Radiator 22 hindurchzutreten, um das Batteriemodul 25 und die Autonomes-Fahren-Steuereinrichtung 26 zu kühlen.
  • Das durch den Kühler 30 hindurchtretende Kühlmittel wird durch Wärmeaustausch mit dem zu dem Kühler 30 geführten expandierten Kältemittel gekühlt. Das in dem Kühler 30 gekühlte Kühlmittel wird zu dem Batteriemodul 25 und der Autonomes-Fahren-Steuereinrichtung 26 geführt. Dementsprechend werden das Batteriemodul 25 und die Autonomes-Fahren-Steuereinrichtung 26 durch das gekühlte Kühlmittel gekühlt.
  • Das heißt, das zweite Expansionsventil 63 expandiert etwas von dem durch den Wärmetauscher 53 hindurchgetretenen Kältemittel, um das expandierte Kältemittel zu dem Kühler 30 zu führen, und öffnet die Kältemittelverbindungsleitung 61.
  • Daher wird etwas von dem Kältemittel, das von dem Wärmetauscher 53 abgeführt wird, durch den Betrieb des zweiten Expansionsventils 63 expandiert, um in einen Niedrigtemperatur- und Niedrigdruckzustand einzutreten, und strömt in den Kühler 30, der mit der Kältemittelverbindungsleitung 61 verbunden ist.
  • Dann wird das in den Kühler 30 strömende Kältemittel mit dem Kühlmittel wärmegetauscht, tritt über die Kältemittelverbindungsleitung 61 durch den Akkumulator 57 hindurch und strömt dann in den Kompressor 59.
  • Das Kühlmittel, dessen Temperatur ansteigt, während es das Batteriemodul 25 und die Autonomes-Fahren-Steuereinrichtung 26 kühlt, wird durch Wärmeaustausch mit einem Niedrigtemperatur- und Niedrigdruck-Kältemittel in dem Kühler 30 gekühlt. Das gekühlte Kühlmittel wird über die zweite Kühlmittelleitung 21 und die zweite Zweigleitung 28 zu dem Batteriemodul 25 und der Autonomes-Fahren-Steuereinrichtung 26 zurückgeführt.
  • Das heißt, das Kühlmittel kann das Batteriemodul 25 und die Autonomes-Fahren-Steuereinrichtung 26 effizient kühlen, während der oben beschriebene Betrieb wiederholt durchgeführt wird.
  • Indessen strömt das übrige Kältemittel, das von dem Wärmetauscher 53 abgeführt wird, durch die Kältemittelleitung 51 hindurch, um den Innenraum des Fahrzeuges zu kühlen, und tritt sequentiell durch das erste Expansionsventil 55, den Verdampfer 56 und den Kompressor 59 hindurch.
  • Hier wird die in das HVAC-Modul 52 strömende Außenluft, während sie durch den Verdampfer 56 hindurchtritt, durch das in den Verdampfer 56 strömende Niedrigtemperatur-Kältemittel gekühlt.
  • In diesem Falle ist ein zu dem inneren Kondensator 52a führender Abschnitt durch die Öffnungs/Schließtür 52b geschlossen, so dass die gekühlte Außenluft nicht durch den inneren Kondensator 52a hindurchtritt. Dementsprechend strömt die gekühlte Außenluft direkt in das Innere des Fahrzeuges, um dadurch den Fahrzeuginnenraum zu kühlen.
  • Indessen wird das Kältemittel mit einer erhöhten Kondensationsmenge, während es sequentiell durch den inneren Kondensator 52a und den Wärmetauscher 53 hindurchtritt, expandiert und dem Verdampfer 56 zugeführt, so dass das Kältemittel mit einer niedrigen Temperatur verdampft werden kann.
  • Das heißt, in der vorliegenden Ausführungsform kondensiert der innere Kondensator 52a das Kältemittel, und der Wärmetauscher 53 kondensiert zusätzlich das Kältemittel, wodurch das Kältemittel vorteilhaft nebengekühlt wird.
  • Außerdem kann, da das nebengekühlte Kältemittel mit einer niedrigen Temperatur in dem Verdampfer 56 verdampft wird, die Temperatur der durch den Verdampfer 56 hindurchtretenden Außenluft weiter verringert werden, um dadurch die Leistung und die Effizienz der Kühlung zu verbessern.
  • Indessen stoppt der Betrieb des Gaseinspritzabschnitts 70. Hier kann das von dem inneren Kondensator 52a abgeführte Kältemittel dem Wärmetauscher 53 ohne Expansion in dem dritten und dem vierten Expansionsventil 74 und 75 zugeführt werden.
  • Während der oben beschriebene Prozess wiederholt wird, kann das Kältemittel den Innenraum in dem Kühlungsmodus des Fahrzeuges kühlen, und gleichzeitig kann es das Kühlmittel durch Wärmeaustausch kühlen, während es durch den Kühler 30 hindurchtritt.
  • Das in dem Kühler 30 gekühlte Niedrigtemperatur-Kühlmittel strömt in das Batteriemodul 25 und die Autonomes-Fahren-Steuereinrichtung 26. Dementsprechend können das Batteriemodul 25 und die Autonomes-Fahren-Steuereinrichtung 26 durch das zugeführte Niedrigtemperatur-Kühlmittel effizient gekühlt werden.
  • In der vorliegenden Ausführungsform wird mit Bezug auf 4 ein Betrieb der Rückgewinnung von Abwärme von einer äußeren Wärmequelle, dem elektrischen Bauteil 15, dem Batteriemodul 25 und der Autonomes-Fahren-Steuereinrichtung 26 in dem Heizungsmodus des Fahrzeuges beschrieben.
  • 4 zeigt ein Betriebszustandsdiagramm der Abwärmerückgewinnung von einer äußeren Wärmequelle, einem elektrischen Bauteil, einem Batteriemodul und einer Autonomes-Fahren-Steuereinrichtung entsprechend einem Heizungsmodus in einem Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
  • Mit Bezug auf 4 kann das Wärmepumpensystem die äußere Wärme von der Außenluft zusammen mit der Abwärme von dem elektrischen Bauteil 15, dem Batteriemodul 25 und der Autonomes-Fahren-Steuereinrichtung 26 während eines anfänglichen Start-Leerlauf(IDLE)-Zustands des Fahrzeuges oder eines anfänglichen Fahrens, bei dem die Abwärme von dem elektrischen Bauteil 15 fehlt, absorbieren.
  • Zuerst wird in der Kühlvorrichtung 10 die erste Wasserpumpe 14 betrieben, um das Kühlmittel zu zirkulieren.
  • Hier ist die mit dem elektrischen Bauteil 15 verbundene erste Kühlmittelleitung 11 durch den Betrieb des ersten Ventils V1 geöffnet. Gleichzeitig ist in einem Zustand, in dem die mit dem ersten Radiator 12 verbundene erste Kühlmittelleitung 11 durch den Betrieb des ersten Ventils V1 geschlossen ist, die erste Zweigleitung 18 geöffnet.
  • In diesem Zustand kann das durch das elektrische Bauteil 15 hindurchgetretene Kühlmittel durch den Betrieb der ersten Wasserpumpe 14 entlang der geöffneten ersten Kühlmittelleitung 11 und der ersten Zweigleitung 18 dem Kühler 30 zugeführt werden, ohne durch den ersten Radiator 12 hindurchzutreten.
  • Indessen ist in der zweiten Kühlvorrichtung 20 die zweite Zweigleitung 28 durch den Betrieb des zweiten Ventils V2 geöffnet. In diesem Zustand ist basierend auf der zweiten Zweigleitung 28 die mit dem zweiten Radiator 22 verbundene zweite Kühlmittelleitung 21 durch den Betrieb des zweiten Ventils V2 geschlossen.
  • Dementsprechend kann in der zweiten Kühlvorrichtung 20 das durch das Batteriemodul 25 und die Autonomes-Fahren-Steuereinrichtung 26 hindurchtretende Kühlmittel durch den Betrieb der zweiten Wasserpumpe 24 über die zweite Zweigleitung 28 zu dem Kühler 30 geführt werden.
  • Das heißt, in der ersten Kühlvorrichtung 10 sind die geöffnete erste Zweigleitung 18 und ein mit dem elektrischen Bauteil 15 verbundener Abschnitt der ersten Kühlmittelleitung 11 miteinander verbunden.
  • Außerdem sind in der zweiten Kühlvorrichtung 20 basierend auf der zweiten Zweigleitung 28 das Batteriemodul 25 und ein mit der Autonomes-Fahren-Steuereinrichtung 26 verbundener Abschnitt der zweiten Kühlmittelleitung 21 mit der zweiten Zweigleitung 28 verbunden.
  • Dann wird das durch das elektrische Bauteil 15 hindurchgetretene Kühlmittel kontinuierlich entlang der geöffneten ersten Kühlmittelleitung 11 und der ersten Zweigleitung 18 zirkuliert, ohne durch den ersten Radiator 12 hindurchzutreten, und absorbiert Abwärme von dem elektrischen Bauteil 15, so dass die Temperatur des Kühlmittels ansteigt.
  • Außerdem absorbiert, während das durch das Batteriemodul 25 und die Autonomes-Fahren-Steuereinrichtung 26 hindurchtretende Kühlmittel kontinuierlich entlang der geöffneten zweiten Kühlmittelleitung 21 und der zweiten Zweigleitung 28 zirkuliert wird, ohne durch den zweiten Radiator 22 hindurchzutreten, dieses Abwärme von dem Batteriemodul 25 und der Autonomes-Fahren-Steuereinrichtung 26, so dass die Temperatur davon ansteigt.
  • Das Kühlmittel mit der erhöhten Temperatur kann dem Kühler 30 zugeführt werden, mit welchem die erste und die zweite Zweigleitung 18 und 28 verbunden sind. Das heißt, die von dem elektrischen Bauteil 15, dem Batteriemodul 25 und der Autonomes-Fahren-Steuereinrichtung 26 erzeugte Abwärme erhöht die Temperatur des Kühlmittels, das in der ersten Kühlmittelleitung 11 und der zweiten Kühlmittelleitung 21 zirkuliert.
  • In der Klimaanlage 50 arbeitet jedes Bauelement davon, um den Innenraum des Fahrzeuges zu heizen. Dementsprechend wird das Kältemittel entlang der Kältemittelleitung 51 zirkuliert.
  • Hier ist die Kältemittelleitung 51, die den Wärmetauscher 53 und den Verdampfer 56 miteinander verbindet, durch den Betrieb des ersten Expansionsventils 55 geschlossen.
  • Die Kältemittelverbindungsleitung 61 ist durch den Betrieb des zweiten Expansionsventils 63 geöffnet.
  • Das zweite Expansionsventil 63 kann das von dem Wärmetauscher 53 zu der Kältemittelverbindungsleitung 61 geführte Kältemittel expandieren, um es dem Kühler 30 zuzuführen.
  • Hier kann das vierte Expansionsventil 75 des Gaseinspritzabschnitts 70 das von dem inneren Kondensator 52a zugeführte Kältemittel expandieren, um es dem Wärmetauscher 53 zuzuführen.
  • Dementsprechend gewinnt der Wärmetauscher 53 die Abwärme zurück, während das expandierte Kältemittel durch Wärmeaustausch zwischen dem expandierten Kältemittel und der Außenluft verdampft.
  • Außerdem erhöht, während das Kühlmittel, dessen Temperatur durch Absorbieren von Abwärme von dem elektrischen Bauteil 15, dem Batteriemodul 25 und der Autonomes-Fahren-Steuereinrichtung 26 angestiegen ist, durch den Betrieb der ersten und der zweiten Wasserpumpe 14 und 24 durch den Kühler 30 hindurchtritt, dieses die Temperatur des dem Kühler 30 zugeführten Kältemittels und wird dann zurückgewonnen.
  • Das heißt, der Kühler 30 nimmt das von dem Wärmetauscher 53 zugeführte und durch den Betrieb des zweiten Expansionsventils 63 expandierte Kältemittel über die Kältemittelverbindungsleitung 61 auf und verdampft das zugeführte Kältemittel durch Wärmeaustausch mit dem Kühlmittel, dessen Temperatur während des Hindurchtretens durch das elektrische Bauteil 15, das Batteriemodul 25 und die Autonomes-Fahren-Steuereinrichtung 26 angestiegen ist, um dadurch die Abwärme von dem elektrischen Bauteil 15, dem Batteriemodul 25 und der Autonomes-Fahren-Steuereinrichtung 26 zurückzugewinnen.
  • Dann wird das durch den Kühler 30 hindurchtretende Kältemittel entlang der Kältemittelverbindungsleitung 61 zu dem Akkumulator 57 geführt.
  • Das zu dem Akkumulator 57 geführte Kältemittel wird in Gas und Flüssigkeit getrennt. Das gasförmige Kältemittel von dem in Gas und Flüssigkeit getrennten Kältemittel wird dem Kompressor 59 zugeführt.
  • Das mit einer hohen Temperatur und einem hohen Druck in dem Kompressor 59 komprimierte Kältemittel strömt in den inneren Kondensator 52a.
  • Hier kann das dem inneren Kondensator 52a zugeführte Kältemittel die Temperatur der in das HVAC-Modul 52 strömenden Außenluft erhöhen.
  • Die Öffnungs/Schließtür 52b ist geöffnet, so dass die in das HVAC-Modul 52 strömende und dann durch den Verdampfer 56 hindurchtretende Außenluft durch den inneren Kondensator 52a hindurchtritt.
  • Dementsprechend strömt die von der Außenseite strömende Außenluft in einem ungekühlten Zustand, wenn sie durch den Verdampfer 56 hindurchtritt, welchem kein Kältemittel zugeführt wird. Die geströmte Außenluft wird in einen Hochtemperaturzustand umgewandelt, während sie durch den inneren Kondensator 52a hindurchtritt, um in den Fahrzeuginnenraum zu strömen, so dass der Fahrzeuginnenraum geheizt werden kann.
  • In der vorliegenden Ausführungsform wird mit Bezug auf 5 ein Betrieb des Gaseinspritzabschnitts 70 während der Rückgewinnung von Abwärme von einer äußeren Wärmequelle, dem elektrischen Bauteil 15, dem Batteriemodul 25 und der Autonomes-Fahren-Steuereinrichtung 26 in dem Heizungsmodus des Fahrzeuges beschrieben.
  • 5 zeigt ein Betriebszustandsdiagramm der Abwärmerückgewinnung von einer äußeren Wärmequelle, einem elektrischen Bauteil, einem Batteriemodul und einer Autonomes-Fahren-Steuereinrichtung entsprechend einem Heizungsmodus und einen Betrieb eines Gaseinspritzabschnitts in einem Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
  • Mit Bezug auf 5 kann das Wärmepumpensystem die äußere Wärme von der Außenluft zusammen mit der Abwärme von dem elektrischen Bauteil 15, dem Batteriemodul 25 und der Autonomes-Fahren-Steuereinrichtung 26 während eines anfänglichen Start-Leerlauf(IDLE)-Zustands des Fahrzeuges oder eines anfänglichen Fahrens, bei dem die Abwärme von dem elektrischen Bauteil 15 fehlt, absorbieren.
  • Zuerst wird in der Kühlvorrichtung 10 die erste Wasserpumpe 14 betrieben, um das Kühlmittel zu zirkulieren.
  • Hier ist die mit dem elektrischen Bauteil 15 verbundene erste Kühlmittelleitung 11 durch den Betrieb des ersten Ventils V1 geöffnet. Gleichzeitig ist in einem Zustand, in dem die mit dem ersten Radiator 12 verbundene erste Kühlmittelleitung 11 durch den Betrieb des ersten Ventils V1 geschlossen ist, die erste Zweigleitung 18 geöffnet.
  • In diesem Zustand kann das durch das elektrische Bauteil 15 hindurchgetretene Kühlmittel durch den Betrieb der ersten Wasserpumpe 14 entlang der geöffneten ersten Kühlmittelleitung 11 und der ersten Zweigleitung 18 dem Kühler 30 zugeführt werden, ohne durch den ersten Radiator 12 hindurchzutreten.
  • Indessen ist in der zweiten Kühlvorrichtung 20 die zweite Zweigleitung 28 durch den Betrieb des zweiten Ventils V2 geöffnet. In diesem Zustand ist basierend auf der zweiten Zweigleitung 28 die mit dem zweiten Radiator 22 verbundene zweite Kühlmittelleitung 21 durch den Betrieb des zweiten Ventils V2 geschlossen.
  • Dementsprechend kann in der zweiten Kühlvorrichtung 20 das durch das Batteriemodul 25 und die Autonomes-Fahren-Steuereinrichtung 26 hindurchtretende Kühlmittel durch den Betrieb der zweiten Wasserpumpe 24 über die zweite Zweigleitung 28 zu dem Kühler 30 geführt werden.
  • Das heißt, in der ersten Kühlvorrichtung 10 sind die geöffnete erste Zweigleitung 18 und ein mit dem elektrischen Bauteil 15 verbundener Abschnitt der ersten Kühlmittelleitung 11 miteinander verbunden.
  • Außerdem sind in der zweiten Kühlvorrichtung 20 basierend auf der zweiten Zweigleitung 28 das Batteriemodul 25 und ein mit der Autonomes-Fahren-Steuereinrichtung 26 verbundener Abschnitt der zweiten Kühlmittelleitung 21 mit der zweiten Zweigleitung 28 verbunden.
  • Dann wird das durch das elektrische Bauteil 15 hindurchgetretene Kühlmittel kontinuierlich entlang der geöffneten ersten Kühlmittelleitung 11 und der ersten Zweigleitung 18 zirkuliert, ohne durch den ersten Radiator 12 hindurchzutreten, und absorbiert Abwärme von dem elektrischen Bauteil 15, so dass die Temperatur des Kühlmittels ansteigt.
  • Außerdem absorbiert, während das durch das Batteriemodul 25 und die Autonomes-Fahren-Steuereinrichtung 26 hindurchtretende Kühlmittel kontinuierlich entlang der geöffneten zweiten Kühlmittelleitung 21 und der zweiten Zweigleitung 28 zirkuliert wird, ohne durch den zweiten Radiator 22 hindurchzutreten, dieses Abwärme von dem Batteriemodul 25 und der Autonomes-Fahren-Steuereinrichtung 26, so dass die Temperatur davon ansteigt.
  • Das Kühlmittel mit der erhöhten Temperatur kann dem Kühler 30 zugeführt werden, mit welchem die erste und die zweite Zweigleitung 18 und 28 verbunden sind. Das heißt, die von dem elektrischen Bauteil 15, dem Batteriemodul 25 und der Autonomes-Fahren-Steuereinrichtung 26 erzeugte Abwärme erhöht die Temperatur des Kühlmittels, das in der ersten Kühlmittelleitung 11 und der zweiten Kühlmittelleitung 21 zirkuliert.
  • In der Klimaanlage 50 arbeitet jedes Bauelement davon, um den Innenraum des Fahrzeuges zu heizen. Dementsprechend wird das Kältemittel entlang der Kältemittelleitung 51 zirkuliert.
  • Hier ist die Kältemittelleitung 51, die den Wärmetauscher 53 und den Verdampfer 56 miteinander verbindet, durch den Betrieb des ersten Expansionsventils 55 geschlossen.
  • Die Kältemittelverbindungsleitung 61 ist durch den Betrieb des zweiten Expansionsventils 63 geöffnet.
  • Das zweite Expansionsventil 63 kann das von dem Wärmetauscher 53 zu der Kältemittelverbindungsleitung 61 geführte Kältemittel expandieren, um es dem Kühler 30 zuzuführen.
  • Hier kann das vierte Expansionsventil 75 des Gaseinspritzabschnitts 70 das von dem inneren Kondensator 52a zugeführte Kältemittel expandieren, um es dem Wärmetauscher 53 zuzuführen.
  • Dementsprechend gewinnt der Wärmetauscher 53 die Abwärme zurück, während das expandierte Kältemittel durch Wärmeaustausch zwischen dem expandierten Kältemittel und der Außenluft verdampft.
  • Außerdem erhöht, während das Kühlmittel, dessen Temperatur durch Absorbieren von Abwärme von dem elektrischen Bauteil 15, dem Batteriemodul 25 und der Autonomes-Fahren-Steuereinrichtung 26 angestiegen ist, durch den Betrieb der ersten und der zweiten Wasserpumpe 14 und 24 durch den Kühler 30 hindurchtritt, dieses die Temperatur des dem Kühler 30 zugeführten Kältemittels und wird dann zurückgewonnen.
  • Das heißt, der Kühler 30 nimmt das von dem Wärmetauscher 53 zugeführte und durch den Betrieb des zweiten Expansionsventils 63 expandierte Kältemittel über die Kältemittelverbindungsleitung 61 auf und verdampft das zugeführte Kältemittel durch Wärmeaustausch mit dem Kühlmittel, dessen Temperatur während des Hindurchtretens durch das elektrische Bauteil 15, das Batteriemodul 25 und die Autonomes-Fahren-Steuereinrichtung 26 angestiegen ist, um dadurch die Abwärme von dem elektrischen Bauteil 15, dem Batteriemodul 25 und der Autonomes-Fahren-Steuereinrichtung 26 zurückzugewinnen.
  • Dann wird das durch den Kühler 30 hindurchtretende Kältemittel entlang der Kältemittelverbindungsleitung 61 zu dem Akkumulator 57 geführt.
  • Das zu dem Akkumulator 57 geführte Kältemittel wird in Gas und Flüssigkeit getrennt. Das gasförmige Kältemittel von dem in Gas und Flüssigkeit getrennten Kältemittel wird dem Kompressor 59 zugeführt.
  • Das mit einer hohen Temperatur und einem hohen Druck in dem Kompressor 59 komprimierte Kältemittel strömt in den inneren Kondensator 52a.
  • Hier kann das dem inneren Kondensator 52a zugeführte Kältemittel die Temperatur der in das HVAC-Modul 52 strömenden Außenluft erhöhen.
  • Die Öffnungs/Schließtür 52b ist geöffnet, so dass die in das HVAC-Modul 52 strömende und dann durch den Verdampfer 56 hindurchtretende Außenluft durch den inneren Kondensator 52a hindurchtritt.
  • Dementsprechend strömt die von der Außenseite strömende Außenluft in einem ungekühlten Zustand, wenn sie durch den Verdampfer 56 hindurchtritt, welchem kein Kältemittel zugeführt wird. Die geströmte Außenluft wird in einen Hochtemperaturzustand umgewandelt, während sie durch den inneren Kondensator 52a hindurchtritt, um in den Fahrzeuginnenraum zu strömen, so dass der Fahrzeuginnenraum geheizt werden kann.
  • Hier ist, wenn der Gaseinspritzabschnitt 70 betrieben wird, durch den Betrieb des Bypassventils 73 die Bypassleitung 72 geöffnet.
  • In diesem Zustand expandiert das dritte Expansionsventil 74 das von dem inneren Kondensator 52a zugeführte Kältemittel, um es dem Gas-Flüssigkeit-Separator 71 zuzuführen.
  • Unter dem Kältemittel, das dem Gas-Flüssigkeit-Separator 71 zugeführt wird, wird das gasförmige Kältemittel über die geöffnete Bypassleitung 72 zu dem Kompressor 59 geführt.
  • Das heißt, der Gaseinspritzabschnitt 70 strömt das gasförmige Kältemittel, das wärmegetauscht wird, während es durch den Gas-Flüssigkeit-Separator 71 hindurchtritt, über die Bypassleitung 72 zurück in den Kompressor 59, um dadurch die Strömungsrate des in der Kältemittelleitung 51 zirkulierenden Kältemittels zu erhöhen.
  • Außerdem strömt das von dem Gas-Flüssigkeit-Separator 71 über die Kältemittelleitung 51 abgeführte flüssige Kältemittel entlang der durch den Betrieb des vierten Expansionsventils 75 geöffneten Kältemittelleitung 51 in den Wärmetauscher 53.
  • In diesem Falle kann das vierte Expansionsventil 75 das von dem Gas-Flüssigkeit-Separator 71 zugeführte Kältemittel expandieren.
  • Das heißt, der Gas-Flüssigkeit-Separator 71 des Gaseinspritzabschnitts 70 kann das gasförmige Kältemittel über die Bypassleitung 72 zu dem Kompressor 59 umleiten und das flüssige Kältemittel zu dem vierten Expansionsventil 75 führen.
  • Dann kann das Kältemittel während des Hindurchtretens durch das vierte Expansionsventil 75 expandiert werden und durch Wärmeaustausch mit der Außenluft in dem Wärmetauscher 53 verdampft werden.
  • Außerdem kann das Kältemittel die Abwärme von dem Kühlmittel, dessen Temperatur während des Hindurchtretens durch das elektrische Bauteil 15 und das Batteriemodul 25 angestiegen ist, von dem Kühler 30 problemlos zurückgewinnen, um dadurch die Leistung und die Effizienz der Heizung zu verbessern.
  • Das heißt, das Wärmepumpensystem gemäß der vorliegenden Ausführungsform absorbiert die äußere Wärme in dem Wärmetauscher 53, wenn ein Heizen in einem anfänglichen Start-Leerlauf(IDLE)-Zustand oder in einem anfänglichen Fahrzustand des Fahrzeuges erforderlich ist, und es erhöht die Temperatur des Kältemittels durch die Abwärme des elektrischen Bauteils 15, des Batteriemoduls 25 und der Autonomes-Fahren-Steuereinrichtung 26, so dass der Energieverbrauch des Kompressors 59 reduziert werden kann und die Heizungseffizienz verbessert werden kann.
  • Außerdem kann die Erfindung die Effizienz und die Leistung der Heizung verbessern, während der Nutzungsgrad einer separaten elektrischen Heizung minimiert wird.
  • Darüber hinaus kann der Gaseinspritzabschnitt 70 die Heizungsleistung durch Erhöhen der Strömungsrate des in der Kältemittelleitung 51 zirkulierenden Kältemittels maximieren.
  • Indessen wurde in der vorliegenden Ausführungsform der Fall der gemeinsamen Rückgewinnung der Abwärme von dem elektrischen Bauteil 15, dem Batteriemodul 25 und der Autonomes-Fahren-Steuereinrichtung 26 als ein Beispiel beschrieben, jedoch ist die Erfindung nicht darauf beschränkt, und die Abwärme von dem elektrischen Bauteil 15 oder die Abwärme von dem Batteriemodul 25 und der Autonomes-Fahren-Steuereinrichtung 26 kann wahlweise zurückgewonnen werden.
  • Das heißt, wenn die Abwärme von dem elektrischen Bauteil 15 nicht zurückgewonnen wird, kann der Betrieb der ersten Kühlvorrichtung 10 gestoppt werden, und wenn die Abwärme von dem Batteriemodul 25 und der Autonomes-Fahren-Steuereinrichtung 26 nicht zurückgewonnen wird, kann der Betrieb der zweiten Kühlvorrichtung 20 gestoppt werden.
  • In der vorliegenden Ausführungsform wird mit Bezug auf 6 der Fall eines Betriebs des Gaseinspritzabschnitts 70 während der Rückgewinnung der Abwärme von dem elektrischen Bauteil 15 in dem Heizungsmodus des Fahrzeuges beschrieben.
  • 6 zeigt ein Betriebszustandsdiagramm der Abwärmerückgewinnung von einem elektrischen Bauteil und einen Betrieb eines Gaseinspritzabschnitts entsprechend einem Heizungsmodus in einem Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
  • Mit Bezug auf 6 kann das Wärmepumpensystem die Abwärme von dem elektrischen Bauteil 15 zurückgewinnen, um sie für die Innenraumheizung zu nutzen.
  • Zuerst wird in der Kühlvorrichtung 10 die erste Wasserpumpe 14 betrieben, um das Kühlmittel zu zirkulieren.
  • Hier ist die mit dem elektrischen Bauteil 15 verbundene erste Kühlmittelleitung 11 durch den Betrieb des ersten Ventils V1 geöffnet. Gleichzeitig ist in einem Zustand, in dem die mit dem ersten Radiator 12 verbundene erste Kühlmittelleitung 11 durch den Betrieb des ersten Ventils V1 geschlossen ist, die erste Zweigleitung 18 geöffnet.
  • In diesem Zustand kann das durch das elektrische Bauteil 15 hindurchgetretene Kühlmittel durch den Betrieb der ersten Wasserpumpe 14 entlang der geöffneten ersten Kühlmittelleitung 11 und der ersten Zweigleitung 18 dem Kühler 30 zugeführt werden, ohne durch den ersten Radiator 12 hindurchzutreten.
  • Indessen ist der Betrieb der zweiten Kühlvorrichtung 20 gestoppt.
  • Das heißt, in der ersten Kühlvorrichtung 10 sind die geöffnete erste Zweigleitung 18 und ein mit dem elektrischen Bauteil 15 verbundener Abschnitt der ersten Kühlmittelleitung 11 miteinander verbunden.
  • Dann wird das durch das elektrische Bauteil 15 hindurchgetretene Kühlmittel kontinuierlich entlang der geöffneten ersten Kühlmittelleitung 11 und der ersten Zweigleitung 18 zirkuliert, ohne durch den ersten Radiator 12 hindurchzutreten, und absorbiert Abwärme von dem elektrischen Bauteil 15, so dass die Temperatur des Kühlmittels ansteigt.
  • Das Kühlmittel mit der erhöhten Temperatur kann dem Kühler 30 zugeführt werden, mit welchem die erste Zweigleitung 18 verbunden ist. Das heißt, die von dem elektrischen Bauteil 15 erzeugte Abwärme erhöht die Temperatur des Kühlmittels, das in der ersten Kühlmittelleitung 11 zirkuliert.
  • In der Klimaanlage 50 arbeitet jedes Bauelement davon, um den Innenraum des Fahrzeuges zu heizen. Dementsprechend wird das Kältemittel entlang der Kältemittelleitung 51 zirkuliert.
  • Hier ist die Kältemittelleitung 51, die den Wärmetauscher 53 und den Verdampfer 56 miteinander verbindet, durch den Betrieb des ersten Expansionsventils 55 geschlossen.
  • Die Kältemittelverbindungsleitung 61 ist durch den Betrieb des zweiten Expansionsventils 63 geöffnet.
  • Das zweite Expansionsventil 63 kann das von dem Wärmetauscher 53 zu der Kältemittelverbindungsleitung 61 geführte Kältemittel expandieren, um es dem Kühler 30 zuzuführen.
  • Hier kann das vierte Expansionsventil 75 des Gaseinspritzabschnitts 70 das von dem inneren Kondensator 52a zugeführte Kältemittel expandieren.
  • Indessen wird, während das Kühlmittel, dessen Temperatur durch Absorbieren der Abwärme des elektrischen Bauteils 15 angestiegen ist, durch den Betrieb der ersten Wasserpumpe 14 durch den Kühler 30 hindurchtritt, dieses zurückgewonnen, während die Temperatur des dem Kühler 30 zugeführten Kältemittels ansteigt.
  • Das heißt, der Kühler 30 nimmt das von dem Wärmetauscher 53 zugeführte und durch den Betrieb des zweiten Expansionsventils 63 expandierte Kältemittel über die Kältemittelverbindungsleitung 61 auf und verdampft das zugeführte Kältemittel durch Wärmeaustausch mit dem Kühlmittel, dessen Temperatur während des Hindurchtretens durch das elektrische Bauteil 15 angestiegen ist, um dadurch die Abwärme von dem elektrischen Bauteil 15 zurückzugewinnen.
  • Dann wird das durch den Kühler 30 hindurchtretende Kältemittel entlang der Kältemittelverbindungsleitung 61 zu dem Akkumulator 57 geführt.
  • Das zu dem Akkumulator 57 geführte Kältemittel wird in Gas und Flüssigkeit getrennt. Das gasförmige Kältemittel von dem in Gas und Flüssigkeit getrennten Kältemittel wird dem Kompressor 59 zugeführt.
  • Das mit einer hohen Temperatur und einem hohen Druck in dem Kompressor 59 komprimierte Kältemittel strömt in den inneren Kondensator 52a.
  • Hier kann das dem inneren Kondensator 52a zugeführte Kältemittel die Temperatur der in das HVAC-Modul 52 strömenden Außenluft erhöhen.
  • Die Öffnungs/Schließtür 52b ist geöffnet, so dass die in das HVAC-Modul 52 strömende und dann durch den Verdampfer 56 hindurchtretende Außenluft durch den inneren Kondensator 52a hindurchtritt.
  • Dementsprechend strömt die von der Außenseite strömende Außenluft in einem ungekühlten Zustand, wenn sie durch den Verdampfer 56 hindurchtritt, welchem kein Kältemittel zugeführt wird. Die geströmte Außenluft wird in einen Hochtemperaturzustand umgewandelt, während sie durch den inneren Kondensator 52a hindurchtritt, um in den Fahrzeuginnenraum zu strömen, so dass der Fahrzeuginnenraum geheizt werden kann.
  • Hier ist in dem Gaseinspritzabschnitt 70 durch den Betrieb des Bypassventils 73 die Bypassleitung 72 geöffnet.
  • In diesem Zustand expandiert das dritte Expansionsventil 74 das von dem inneren Kondensator 52a zugeführte Kältemittel, um es dem Gas-Flüssigkeit-Separator 71 zuzuführen.
  • Unter dem Kältemittel, das dem Gas-Flüssigkeit-Separator 71 zugeführt wird, wird das gasförmige Kältemittel über die geöffnete Bypassleitung 72 zu dem Kompressor 59 geführt.
  • Das heißt, der Gaseinspritzabschnitt 70 strömt das gasförmige Kältemittel, das wärmegetauscht wird, während es durch den Gas-Flüssigkeit-Separator 71 hindurchtritt, über die Bypassleitung 72 zurück in den Kompressor 59, um dadurch die Strömungsrate des in der Kältemittelleitung 51 zirkulierenden Kältemittels zu erhöhen.
  • Außerdem strömt das von dem Gas-Flüssigkeit-Separator 71 über die Kältemittelleitung 51 abgeführte flüssige Kältemittel durch den Betrieb des vierten Expansionsventils 75 in einem expandierten Zustand in die Kältemittelleitung 51.
  • Hier kann das Kältemittelventil 64 die Kältemittelzweigleitung 65 öffnen, so dass das während des Hindurchtretens durch das vierte Expansionsventil 75 expandierte Kältemittel dem Wärmetauscher 53 nicht zugeführt werden kann.
  • Dementsprechend kann das über das Kältemittelventil 64 in die Kältemittelzweigleitung 65 strömende Kältemittel durch den Betrieb des zweiten Expansionsventils 63 in die geöffnete Kältemittelverbindungsleitung 61 strömen.
  • Das heißt, der Gas-Flüssigkeit-Separator 71 des Gaseinspritzabschnitts 70 kann das gasförmige Kältemittel über die Bypassleitung 72 zu dem Kompressor 59 umleiten und das flüssige Kältemittel zu dem vierten Expansionsventil 75 führen.
  • Dann wird das Kältemittel während des Hindurchtretens durch das vierte Expansionsventil 75 expandiert und entlang der Kältemittelzweigleitung 65 und der Kältemittelverbindungsleitung 61 zu dem Kühler 30 geführt. Das dem Kühler 30 zugeführte Kältemittel kann durch Wärmeaustausch mit dem über die erste Zweigleitung 18 zugeführten Kühlmittel verdampft werden.
  • Außerdem kann das Kältemittel die Abwärme von dem Kühlmittel, dessen Temperatur während des Hindurchtretens durch das elektrische Bauteil 15 angestiegen ist, von dem Kühler 30 problemlos zurückgewinnen, um dadurch die Leistung und die Effizienz der Heizung zu verbessern.
  • Das heißt, das Wärmepumpensystem gemäß der vorliegenden Ausführungsform nutzt die Abwärme des elektrischen Bauteils 15, um die Temperatur des Kältemittels in dem Heizungsmodus des Fahrzeuges zu erhöhen, wodurch der Energieverbrauch des Kompressors 59 reduziert wird und die Heizungseffizienz verbessert wird.
  • Außerdem kann die Erfindung die Effizienz und die Leistung der Heizung verbessern, während der Nutzungsgrad einer separaten elektrischen Heizung minimiert wird.
  • Darüber hinaus kann der Gaseinspritzabschnitt 70 die Heizungsleistung durch Erhöhen der Strömungsrate des in der Kältemittelleitung 51 zirkulierenden Kältemittels maximieren.
  • In der vorliegenden Ausführungsform wird mit Bezug auf 7 ein Betrieb für einen Entfeuchtungsmodus eines Fahrzeuges beschrieben.
  • 7 zeigt ein Betriebszustandsdiagramm eines Entfeuchtungsmodus in einem Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
  • Mit Bezug auf 7 kann das Wärmepumpensystem den Entfeuchtungsmodus durchführen, während der Fahrzeuginnenraum geheizt wird.
  • Zuerst wird der Betrieb der ersten und der zweiten Kühlvorrichtung 10 und 20 gestoppt.
  • In der Klimaanlage 50 arbeitet jedes Bauelement davon, um den Innenraum des Fahrzeuges zu heizen und zu entfeuchten. Dementsprechend wird das Kältemittel entlang der Kältemittelleitung 51 zirkuliert.
  • In diesem Falle kann der Betrieb des Gaseinspritzabschnitts 70 stoppen.
  • Die Kältemittelleitung 51, die den Wärmetauscher 53 und den Verdampfer 56 miteinander verbindet, ist durch den Betrieb des ersten Expansionsventils 55 geöffnet.
  • Die Kältemittelverbindungsleitung 61 ist durch den Betrieb des zweiten Expansionsventils 63 geschlossen.
  • Hier kann das erste Expansionsventil 55 das der Kältemittelleitung 51 zugeführte Kältemittel expandieren, so dass das expandierte Kältemittel dem Verdampfer 56 zugeführt werden kann.
  • Außerdem können das dritte und das vierte Expansionsventil 74 und 75 das von dem inneren Kondensator 52a zugeführte Kältemittel nicht expandieren, jedoch dieses strömen lassen.
  • In der vorliegenden Ausführungsform kann das Kältemittelventil 64 die Kältemittelzweigleitung 65 öffnen, so dass das von dem inneren Kondensator 52a zugeführte Kältemittel dem Wärmetauscher 53 nicht zugeführt werden kann.
  • Dementsprechend kann das über das Kältemittelventil 64 in die Kältemittelzweigleitung 65 strömende Kältemittel durch den Betrieb des ersten Expansionsventils 55 entlang der geöffneten Kältemittelleitung 51 in den Verdampfer 56 strömen.
  • Das expandierte Kältemittel, das durch den Betrieb des ersten Expansionsventils 55 zu dem Verdampfer 56 geführt wird, wird mit der durch den Verdampfer 56 hindurchtretenden Außenluft wärmegetauscht und dann entlang der Kältemittelleitung 51 über den Akkumulator 57 zu dem Kompressor 59 geführt.
  • Außerdem strömt das mit einer hohen Temperatur und einem hohen Druck in dem Kompressor 59 komprimierte Kältemittel in den inneren Kondensator 52a.
  • Hier ist die Öffnungs/Schließtür 52b geöffnet, so dass die in das HVAC-Modul 52 strömende und dann durch den Verdampfer 56 hindurchtretende Außenluft durch den inneren Kondensator 52a hindurchtritt.
  • Das heißt, die in das HVAC-Modul 52 strömende Außenluft wird während des Hindurchtretens durch den Verdampfer 56 durch das in den Verdampfer 56 strömende Niedrigtemperatur-Kältemittel entfeuchtet. Dann wird sie während des Hindurchtretens durch den inneren Kondensator 52a in einen Hochtemperaturzustand umgewandelt, um in den Innenraum des Fahrzeuges zu strömen, wodurch der Innenraum des Fahrzeuges geheizt und entfeuchtet wird.
  • Daher kann, wie oben beschrieben, bei dem Wärmepumpensystem für das Fahrzeug gemäß der Ausführungsform der Erfindung durch Steuern der Temperatur des Batteriemoduls 25 und der Autonomes-Fahren-Steuereinrichtung 26 entsprechend dem Modus des Fahrzeuges mittels eines einzigen Kühlers 30, in welchem das Kühlmittel und das Kältemittel wärmegetauscht werden, das gesamte System vereinfacht werden.
  • Außerdem kann die Erfindung das Batteriemodul 25 durch effizientes Steuern der Temperatur des Batteriemoduls 25 in einem optimalen Leistungszustand betreiben, und die gesamte Reichweite des Fahrzeuges kann durch das effiziente Management des Batteriemoduls 25 erhöht werden.
  • Außerdem kann die Erfindung durch wahlweise Nutzung einer äußeren Wärmequelle oder der Abwärme des elektrischen Bauteils 15, des Batteriemoduls 25 oder der Autonomes-Fahren-Steuereinrichtung 26 in dem Heizungsmodus des Fahrzeuges die Heizungseffizienz verbessern.
  • Zudem kann die Erfindung durch wahlweises Erhöhen der Strömungsrate des Kältemittels in dem Heizungsmodus durch Anwendung des Gaseinspritzabschnitts 70 die Heizungsleistung maximieren.
  • Darüber hinaus kann die Erfindung durch Vereinfachung des gesamten Systems die Herstellungskosten und das Gewicht reduzieren und die Raumausnutzung verbessern.

Claims (20)

  1. Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug, aufweisend: eine erste Kühlvorrichtung (10), die einen ersten Radiator (12), eine erste Wasserpumpe (14) und ein erstes Ventil (V1) aufweist, die über eine erste Kühlmittelleitung (11) miteinander verbunden sind, wobei die erste Kühlvorrichtung (10) derart konfiguriert ist, dass sie ein erstes Kühlmittel in der ersten Kühlmittelleitung (11) zirkuliert, um wenigstens ein elektrisches Bauteil (15) zu kühlen, das in der ersten Kühlmittelleitung (11) vorgesehen ist, eine zweite Kühlvorrichtung (20), die einen zweiten Radiator (22), eine zweite Wasserpumpe (24), ein Batteriemodul (25), eine Autonomes-Fahren-Steuereinrichtung (26) und ein zweites Ventil (V2) aufweist, die über eine zweite Kühlmittelleitung (21) miteinander verbunden sind, wobei die zweite Kühlvorrichtung (20) derart konfiguriert ist, dass sie ein zweites Kühlmittel zu dem Batteriemodul (25) und der Autonomes-Fahren-Steuereinrichtung (26) zirkuliert, einen Kühler (30), durch welchen eine erste Zweigleitung (18), die über das erste Ventil (V1) mit der ersten Kühlmittelleitung (11) verbunden ist, und eine zweite Zweigleitung (28), die über das zweite Ventil (V2) mit der zweiten Kühlmittelleitung (21) verbunden ist, hindurchtreten, wobei der Kühler (30) über eine Kältemittelverbindungsleitung (61) mit einer Kältemittelleitung (51) einer Klimaanlage (50) verbunden ist und derart konfiguriert ist, dass er eine Temperatur des zweiten Kühlmittels durch Wärmetauschen des zweiten Kühlmittels, das wahlweise über die erste Zweigleitung (18) oder die zweite Zweigleitung (28) zuströmt, mit einem von der Klimaanlage (50) zugeführten Kältemittel steuert, und einen Gaseinspritzabschnitt (70), der in der Klimaanlage (50) vorgesehen ist und eine Strömungsrate des in der Kältemittelleitung (51) zirkulierenden Kältemittels durch Umleiten von etwas von dem durch einen inneren Kondensator (52a) hindurchtretenden Kältemittel zu einem Kompressor (59) erhöht.
  2. Wärmepumpensystem nach Anspruch 1, wobei: ein Ende der ersten Zweigleitung (18) über das erste Ventil (V1) mit der ersten Kühlmittelleitung (11) verbunden ist, und das andere Ende der ersten Zweigleitung (18) mit der ersten Kühlmittelleitung (11) verbunden ist, die mit dem elektrischen Bauteil (15) verbunden ist, und ein Ende der zweiten Zweigleitung (28) über das zweite Ventil (V2), das in der zweiten Kühlmittelleitung (21) zwischen dem zweiten Radiator (22) und der zweiten Wasserpumpe (24) vorgesehen ist, mit der zweiten Kühlmittelleitung (21) verbunden ist, und das andere Ende der zweiten Zweigleitung (28) mit der zweiten Kühlmittelleitung (21) zwischen der Autonomes-Fahren-Steuereinrichtung (26) und dem zweiten Radiator (22) verbunden ist,
  3. Wärmepumpensystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Klimaanlage (50) aufweist: ein HVAC-Modul (52), das einen Verdampfer (56), der über die Kältemittelleitung (51) damit verbunden ist, und eine Tür (52b) aufweist, die eine Strömung von Außenluft, die durch den Verdampfer (56) hindurchtritt, in den inneren Kondensator (52a) entsprechend einem Kühlungs-, einem Heizungs- und einem Entfeuchtungsmodus des Fahrzeuges steuert, einen Wärmetauscher (53), der das über die Kältemittelleitung (51) zugeführte Kältemittel mit der Außenluft wärmetauscht, einen Kompressor (59), der über die Kältemittelleitung (51) zwischen dem Verdampfer (56) und dem inneren Kondensator (52a) angeschlossen ist, ein erstes Expansionsventil (55), das in der Kältemittelleitung (51) zwischen dem Wärmetauscher (53) und dem Verdampfer (56) vorgesehen ist, ein zweites Expansionsventil (63), das in der Kältemittelverbindungsleitung (61) vorgesehen ist, und einen Akkumulator (57), der in der Kältemittelleitung (51) zwischen dem Verdampfer (56) und dem Kompressor (59) vorgesehen ist und mit der Kältemittelverbindungsleitung (61) verbunden ist.
  4. Wärmepumpensystem nach Anspruch 3, wobei das zweite Expansionsventil (63) beim Kühlen des Batteriemoduls (25) durch ein mit dem Kältemittel wärmegetauschtes Kühlmittel das über die Kältemittelverbindungsleitung (61) strömende Kältemittel expandiert, um in den Kühler (30) zu strömen.
  5. Wärmepumpensystem nach Anspruch 3 oder 4, wobei der Gaseinspritzabschnitt (70) aufweist: einen Gas-Flüssigkeit-Separator (71), der in der Kältemittelleitung (51) zwischen dem inneren Kondensator (52a) und dem Wärmetauscher (53) vorgesehen ist und derart konfiguriert ist, dass er ein gasförmiges Kältemittel und ein flüssiges Kältemittel von dem Kältemittel, das durch den inneren Kondensator (52a) hindurchgetreten ist, abführt, eine Bypassleitung (72), die den Gas-Flüssigkeit-Separator (71) und den Kompressor (59) miteinander verbindet und derart konfiguriert ist, dass sie das gasförmige Kältemittel von dem Gas-Flüssigkeit-Separator (71) zu dem Kompressor (59) führt, ein Bypassventil (73), das in der Bypassleitung (72) vorgesehen ist, ein drittes Expansionsventil (74), das in der Kältemittelleitung (51) zwischen dem inneren Kondensator (52a) und dem Gas-Flüssigkeit-Separator (71) vorgesehen ist, und ein viertes Expansionsventil (75), das in der Kältemittelleitung (51) zwischen dem Gas-Flüssigkeit-Separator (71) und dem Wärmetauscher (53) vorgesehen ist.
  6. Wärmepumpensystem nach Anspruch 5, wobei, wenn in einem Heizungsmodus des Fahrzeuges der Gaseinspritzabschnitt (70) betrieben wird, das dritte Expansionsventil (74) ein von dem inneren Kondensator (52a) zugeführtes Kältemittel expandiert, um es dem Gas-Flüssigkeit-Separator (71) zuzuführen, und das vierte Expansionsventil (75) ein von dem Gas-Flüssigkeit-Separator (71) zugeführtes Kältemittel expandiert, um es zu der Kältemittelleitung (51) zu strömen.
  7. Wärmepumpensystem nach Anspruch 5 oder 6, wobei, wenn in einem Heizungsmodus des Fahrzeuges der Gaseinspritzabschnitt (70) nicht betrieben wird, das dritte Expansionsventil (74) ein von dem inneren Kondensator (52a) zugeführtes Kältemittel durchlässt, und das vierte Expansionsventil (75) ein durch den Gas-Flüssigkeit-Separator (71) hindurchgetretenes Kältemittel expandiert, um es dem Wärmetauscher (53) zuzuführen.
  8. Wärmepumpensystem nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei in einem Kühlungs- oder einem Entfeuchtungsmodus des Fahrzeuges das dritte und das vierte Expansionsventil (74, 75) das von dem inneren Kondensator (52a) zugeführte Kältemittel nicht expandieren, sondern das Kältemittel durch die Kältemittelleitung (51) hindurchströmen lassen.
  9. Wärmepumpensystem nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei das Bypassventil (73), wenn der Gaseinspritzabschnitt (70) betrieben wird, derart arbeitet, dass die Bypassleitung (72) geöffnet ist.
  10. Wärmepumpensystem nach einem der Ansprüche 5 bis 9, wobei das erste, das zweite, das dritte und das vierte Expansionsventil (55, 63, 74, 75) elektronische Expansionsventile sind, die das Kältemittel während des Steuerns des Strömens des Kältemittels expandieren.
  11. Wärmepumpensystem nach einem der Ansprüche 5 bis 10, wobei der Wärmetauscher (53) das durch Wärmeaustausch mit der Außenluft in dem inneren Kondensator (52a) kondensierte Kältemittel entsprechend einem wahlweisen Betrieb des vierten Expansionsventils (75) kondensiert oder verdam pft.
  12. Wärmepumpensystem nach einem der Ansprüche 5 bis 11, wobei die Klimaanlage (50) ferner eine Kältemittelzweigleitung (65) aufweist, welche die Kältemittelleitung (51) zwischen dem Wärmetauscher (53) und dem ersten Expansionsventil (55) über ein Kältemittelventil (64) verbindet, das in der Kältemittelleitung (51) zwischen dem Wärmetauscher (53) und dem Gaseinspritzabschnitt (70) vorgesehen ist.
  13. Wärmepumpensystem nach Anspruch 12, wobei, wenn in einem Entfeuchtungs- oder einem Heizungsmodus des Fahrzeuges keine äußere Wärme zurückgewonnen wird, das Kältemittelventil (64) die Kältemittelzweigleitung (65) öffnet und einen mit dem Wärmetauscher (53) verbundenen Abschnitt der Kältemittelleitung (51) schließt.
  14. Wärmepumpensystem nach Anspruch 12 oder 13, wobei, wenn in einem Heizungsmodus des Fahrzeuges der Gaseinspritzabschnitt (70) während der Rückgewinnung von Abwärme von dem elektrischen Bauteil (15) arbeitet, in einem Zustand, in welchem die mit dem elektrischen Bauteil (15) verbundene erste Kühlmittelleitung (11) durch das erste Ventil (V1) geöffnet ist, und die mit dem ersten Radiator (12) verbundene erste Kühlmittelleitung (11) geschlossen ist, die erste Zweigleitung (18) geöffnet ist, in der ersten Kühlvorrichtung (10) das mittels der ersten Wasserpumpe (14) durch das elektrische Bauteil (15) hindurchgetretene erste Kühlmittel über die geöffnete erste Zweigleitung (18) dem Kühler (30) zugeführt wird, ohne durch den ersten Radiator (12) hindurchzutreten, die zweite Kühlvorrichtung (20) den Betrieb stoppt, in der Klimaanlage (50) die mit dem Verdampfer (56) verbundene Kältemittelleitung (51) durch das erste Expansionsventil (55) geschlossen ist, die Kältemittelverbindungsleitung (61) durch das zweite Expansionsventil (63) geöffnet ist, das zweite Expansionsventil (63) ein der Kältemittelverbindungsleitung (61) zugeführtes Kältemittel expandiert, um das Kältemittel dem Kühler (30) zuzuführen, in dem Gaseinspritzabschnitt (70) die Bypassleitung (72) durch das Bypassventil (73) geöffnet ist, das dritte Expansionsventil (74) ein Kältemittel expandiert, um das Kältemittel dem Gas-Flüssigkeit-Separator (71) zuzuführen, und das vierte Expansionsventil (75) ein durch den Gas-Flüssigkeit-Separator (71) hindurchtretendes Kältemittel expandiert, und das Kältemittelventil (64) die Kältemittelzweigleitung (65) öffnet, so dass das während des Hindurchtretens durch das vierte Expansionsventil (75) expandierte Kältemittel dem Wärmetauscher (53) nicht zugeführt wird.
  15. Wärmepumpensystem nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei: in einem Entfeuchtungsmodus des Fahrzeuges die erste und die zweite Kühlvorrichtung (10, 20) den Betrieb stoppen, in der Klimaanlage (50) die mit dem Verdampfer (56) verbundene Kältemittelleitung (51) durch das erste Expansionsventil (55) geöffnet ist, die Kältemittelverbindungsleitung (61) durch das zweite Expansionsventil (63) geschlossen ist, und das Kältemittelventil (64) die Kältemittelzweigleitung (65) öffnet, so dass das von dem inneren Kondensator (52a) zugeführte Kältemittel dem Wärmetauscher (58) nicht zugeführt wird.
  16. Wärmepumpensystem nach einem der Ansprüche 3 bis 15, wobei, wenn in einem Kühlungsmodus des Fahrzeuges das Batteriemodul (25) und die Autonomes-Fahren-Steuereinrichtung (26) gekühlt werden, die zweite Zweigleitung (28) durch das zweite Ventil (V2) geöffnet ist, und die zweite Kühlmittelleitung (21), die mit dem zweiten Radiator (22) verbunden ist, basierend auf der zweiten Zweigleitung (28) geschlossen ist, in der zweiten Kühlvorrichtung (20), während das zweite Kühlmittel in der geöffneten zweiten Zweigleitung (28) und der geöffneten zweiten Kühlmittelleitung (21) mittels der zweiten Wasserpumpe (24) zirkuliert wird, das durch den Kühler (30) hindurchgetretene zweite Kühlmittel dem Batteriemodul (25) und der Autonomes-Fahren-Steuereinrichtung (26) zugeführt wird, in der Klimaanlage (50) in einem Zustand, in welchem die Kältemittelverbindungsleitung (61) durch das zweite Expansionsventil (63) geöffnet ist, das Kältemittel entlang der Kältemittelleitung (51) und der Kältemittelverbindungsleitung (61) zirkuliert wird, und das erste und das zweite Expansionsventil (55, 63) das Kältemittel expandieren, so dass ein expandiertes Kältemittel dem Verdampfer (56) bzw. dem Kühler (30) zugeführt wird.
  17. Wärmepumpensystem nach einem der Ansprüche 3 bis 16, wobei, wenn in einem Heizungsmodus des Fahrzeuges Abwärme von einer äußeren Wärmequelle, dem elektrischen Bauteil (15), dem Batteriemodul (25) und der Autonomes-Fahren-Steuereinrichtung (26) zurückgewonnen wird, in einem Zustand, in welchem die mit dem elektrischen Bauteil (15) verbundene erste Kühlmittelleitung (11) durch das erste Ventil (V1) geöffnet ist, und die mit dem ersten Radiator (12) verbundene erste Kühlmittelleitung (11) geschlossen ist, die erste Zweigleitung (18) geöffnet ist, in der ersten Kühlvorrichtung (10) das mittels der ersten Wasserpumpe (14) durch das elektrische Bauteil (15) hindurchgetretene erste Kühlmittel über die geöffnete erste Zweigleitung (18) dem Kühler (30) zugeführt wird, ohne durch den ersten Radiator (12) hindurchzutreten, in einem Zustand, in welchem die zweite Zweigleitung (28) durch das zweite Ventil (V2) geöffnet ist, die mit dem zweiten Radiator (22) verbundene zweite Kühlmittelleitung (21) basierend auf der zweiten Zweigleitung (28) geschlossen ist, in der zweiten Kühlvorrichtung (20) das mittels der zweiten Wasserpumpe (24) durch das Batteriemodul (25) und die Autonomes-Fahren- Steuereinrichtung (26) hindurchgetretene zweite Kühlmittel über die zweite Zweigleitung (28) dem Kühler (30) zugeführt wird, in der Klimaanlage (50) eine Kältemittelleitung (51), die den Wärmetauscher (53) und den Verdampfer (56) miteinander verbindet, durch das erste Expansionsventil (55) geschlossen ist, die Kältemittelverbindungsleitung (61) durch das zweite Expansionsventil (63) geöffnet ist, und das zweite Expansionsventil (63) ein der Kältemittelverbindungsleitung (61) zugeführtes Kältemittel expandiert, um das Kältemittel dem Kühler (30) zuzuführen.
  18. Wärmepumpensystem nach einem der Ansprüche 3 bis 17, wobei der Wärmetauscher (53) ein luftgekühlter Wärmetauscher ist.
  19. Wärmepumpensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei, wenn das elektrische Bauteil (15), das Batteriemodul (25) und die Autonomes-Fahren-Steuereinrichtung (26) gekühlt werden, die erste Zweigleitung (18) durch das erste Ventil (V1) geschlossen ist, die zweite Zweigleitung (28) durch das zweite Ventil (V2) geschlossen ist, das von dem ersten Radiator (12) gekühlte erste Kühlmittel mittels der ersten Wasserpumpe (14) entlang der ersten Kühlmittelleitung (11) dem elektrischen Bauteil (15) zugeführt wird, und das von dem zweiten Radiator (22) gekühlte zweite Kühlmittel mittels der zweiten Wasserpumpe (24) entlang der zweiten Kühlmittelleitung (21) dem Batteriemodul (25) und der Autonomes-Fahren-Steuereinrichtung (26) zugeführt wird.
  20. Wärmepumpensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 19, wobei das elektrische Bauteil (15) eine Leistungssteuervorrichtung, einen Inverter, ein bordeigenes Ladegerät (OBC) oder einen Leistungswandler aufweist.
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