DE102021204523A1

DE102021204523A1 - Integriertes Wärmemanagementsystem für Fahrzeuge

Info

Publication number: DE102021204523A1
Application number: DE102021204523.5A
Authority: DE
Inventors: Ki Mok KIM; Man Ju Oh; Hyeon Keun Yun; Hyo Chan Bae; Sang Shin Lee
Original assignee: Hyundai Motor Co; Kia Corp
Current assignee: Hyundai Motor Co; Kia Corp
Priority date: 2020-11-02
Filing date: 2021-05-05
Publication date: 2022-05-05
Also published as: CN114435063A; JP2022073904A; KR20220059145A; US20220134837A1; US11634004B2

Abstract

Ein integriertes Wärmemanagementsystem für Fahrzeuge weist auf: eine erste Kühlleitung; eine zweite Kühlleitung; eine Kältemittelleitung; und eine Bypassleitung, die dazu ausgestaltet ist, von der zweiten Kühlleitung abzuzweigen, mit einer Kältemaschine verbunden zu sein und zu ermöglichen, dass ein Kühlmittel einen zweiten Kühler umgeht und zwischen einer Hochspannungsbatterie und der Kältemaschine zirkuliert.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein integriertes Wärmemanagementsystem für Fahrzeuge.
STAND DER TECHNIK
Die Aussagen in diesem Abschnitt liefern lediglich Hintergrundinformationen zum allgemeinen Stand der Technik, die die vorliegende Offenbarung betreffen, und stellen möglicherweise nicht den bisherigen Stand der Technik dar.
In den letzten Jahren hat die Anzahl an registrierten umweltfreundlichen Fahrzeugen wie Elektrofahrzeugen im Zusammenhang mit einer Strategie der Popularisierung umweltfreundlicher Fahrzeuge und der Präferenz von Fahrzeugen mit hoher Kraftstoffeffizienz zugenommen. Ein Elektrofahrzeug oder ein Brennstoffzellenfahrzeug, das eines der umweltfreundlichen Fahrzeuge ist, ist ein Fahrzeug, das eine elektrische Batterie und einen Elektromotor anstatt Erdölkraftstoffs und eines Motors verwendet. Elektrofahrzeuge weisen ein System auf, das dazu ausgestaltet ist, das Fahrzeug unter Verwendung eines Motors anzutreiben, der durch elektrische Energie in Drehung versetzt wird, die in einer Hochspannungsbatterie gespeichert ist, wodurch Elektrofahrzeuge dahingehend Vorteile aufweisen, dass keine Schadstoffe abgegeben werden, sie geräuscharm sind und die Energieeffizienz hoch ist.
In einem herkömmlichen Fahrzeug, das Motorleistung nutzt, wird ein Fahrzeugheizsystem unter Verwendung von Abwärme des Motors betrieben. Das Elektrofahrzeug weist jedoch ein System auf, das dazu ausgestaltet ist, eine Heizung unter Verwendung von Strom zu betreiben, da das Elektrofahrzeug keinen Motor aufweist. Hierdurch wird die Reichweite des Elektrofahrzeugs beim Heizen verringert.
Zudem sind optimale Temperaturbedingungen erwünscht, damit das Batteriemodul lange die optimale Leistung beibehält.
Die Sachverhalte, die in diesem Abschnitt beschrieben werden, dienen lediglich zum besseren Verständnis des allgemeinen Stands der Technik der Offenbarung und sollen nicht als Anerkenntnis oder jegliche Form von Hinweis dahingehend angesehen werden, dass diese Sachverhalte den Stand der Technik bilden, der einem Fachmann bereits bekannt ist.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Offenbarung sieht ein integriertes Wärmemanagementsystem für Fahrzeuge vor, das in der Lage ist, das Kühlen und Heizen einer elektronischen Antriebseinheit, einer Hochspannungsbatterie und die Klimatisierung des Innenraums eines Fahrzeugs unabhängig wirksam zu steuern und die Gesamtenergieeffizienz des Fahrzeugs durch integriertes Wärmemanagement zu verbessern.
Gemäß der vorliegenden Offenbarung weist ein integriertes Wärmemanagementsystem für Fahrzeuge auf: eine erste Kühlleitung, die dazu ausgestaltet ist, zu ermöglichen, dass ein Kühlmittel zwischen einer elektronischen Antriebseinheit und einem ersten Kühler zirkuliert; eine zweite Kühlleitung, die dazu ausgestaltet ist, zu ermöglichen, dass ein Kühlmittel zwischen einer Hochspannungsbatterie und einem zweiten Kühler zirkuliert; eine Kältemittelleitung, die dazu ausgestaltet ist, zu ermöglichen, dass ein Kältemittel in der Reihenfolge eines Kompressors, eines inneren Kondensators einer Innenraumklimaanlage und eines Außenkondensators, der außerhalb eines Fahrzeugs positioniert ist, strömt, und zu ermöglichen, dass das Kältemittel, das von dem Außenkondensator ausgeleitet wird, durch einen Verdampfer der Innenraumklimaanlage oder eine Kältemaschine in den Kompressor eingeleitet wird; und eine Bypassleitung, die dazu ausgestaltet ist, von der zweiten Kühlleitung abzuzweigen, mit der Kältemaschine verbunden zu sein und zu ermöglichen, dass das Kühlmittel den zweiten Kühler umgeht und zwischen der Hochspannungsbatterie und der Kältemaschine zirkuliert.
In einem Kältemitteleinlass der Kältemaschine kann ein erstes Expansionsventil vorgesehen sein und in einem Kältemitteleinlass des Verdampfers kann ein zweites Expansionsventil vorgesehen sein.
In der zweiten Kühlleitung kann der Hochspannungsbatterie nachgeschaltet eine Wasserheizung vorgesehen sein.
Die erste Kühlleitung und die zweite Kühlleitung können zusammen mit einem integrierten Behälter verbunden sein, sodass teilweise eine Kühlmittelvermischung durchgeführt wird.
Der erste Kühler und der zweite Kühler können integral miteinander gekoppelt sein.
In der Innenraumklimaanlage kann Luft, die den inneren Kondensator durchquert, eine elektrische Heizung durchqueren.
Eine Hilfsleitung, die dazu ausgestaltet ist, zu ermöglichen, dass das Kältemittel den Außenkondensator umgeht, kann mit der Kältemittelleitung verbunden sein.
Wenn der Außenkondensator in einem Wärmepumpenmodus vereist ist, kann das Kältemittel in der Kältemittelleitung den Außenkondensator durch die Hilfsleitung umgehen und zur Kältemaschine strömen.
Eine Entfeuchtungsleitung, die dazu ausgestaltet ist, zu ermöglichen, dass das Kältemittel, das in dem inneren Kondensator strömt, aufgeteilt wird, den Außenkondensator umgeht und in den Verdampfer eingeleitet wird, kann mit der Kältemittelleitung verbunden sein.
Einem Abzweigpunkt der Entfeuchtungsleitung vorgeschaltet kann ein drittes Expansionsventil in der Kältemittelleitung vorgesehen sein, und in einem Entfeuchtungsmodus kann das Kältemittel, das durch das dritte Expansionsventil expandiert wird, durch die Entfeuchtungsleitung der Kältemaschine zugeführt werden und gleichzeitig dem Verdampfer zugeführt werden, und die Kältemittel, die die Kältemaschine und den Verdampfer durchqueren, können zusammentreffen und können dem Kompressor und dem inneren Kondensator zugeführt werden.
Eine Hilfsleitung, die dazu ausgestaltet ist, zu ermöglichen, dass das Kältemittel, das in dem inneren Kondensator strömt, aufgeteilt wird, den Außenkondensator umgeht und zu dem Verdampfer oder der Kältemaschine strömt, und eine Entfeuchtungsleitung, die dazu ausgestaltet ist, zu ermöglichen, dass das Kältemittel, das in dem inneren Kondensator strömt, den Außenkondensator umgeht und in den Verdampfer eingeleitet wird, können mit der Kältemittelleitung verbunden sein.
In der ersten Kühlleitung kann eine erste Pumpe vorgesehen sein und in der zweiten Kühlleitung kann eine zweite Pumpe vorgesehen sein.
An einem Abzweigpunkt zwischen der zweiten Kühlleitung und der Bypassleitung kann ein Dreiwegeventil vorgesehen sein, und die zweite Pumpe kann zwischen dem Dreiwegeventil und der Hochspannungsbatterie vorgesehen sein.
Die erste Pumpe, die zweite Pumpe, das Dreiwegeventil und die Kältemaschine können miteinander gekoppelt sein, sodass sie ein Modul bilden.
Die erste Kühlleitung und die zweite Kühlleitung sind zusammen mit dem integrierten Behälter verbunden, sodass teilweise eine Kühlmittelvermischung durchgeführt wird, und die erste Pumpe, die zweite Pumpe, das Dreiwegeventil und die Kältemaschine können mit dem integrierten Behälter gekoppelt sein, sodass sie ein Modul bilden.
Weitere Anwendungsbereiche gehen aus der hierin bereitgestellten Beschreibung hervor. Es versteht sich, dass die Beschreibung und spezifischen Beispiele nur zur Veranschaulichung dienen und den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung nicht einschränken sollen.
Figurenliste
Für ein besseres Verständnis der Offenbarung werden nun verschiedene Ausführungsformen davon beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, es zeigen:

1 eine Ansicht, die modusbasierte Betriebe eines integrierten Wärmemanagementsystems für Fahrzeuge gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt, in der die elektronische Antriebseinheit 120 durch den ersten Kühler gekühlt wird;
2 eine Ansicht, die modusbasierte Betriebe eines integrierten Wärmemanagementsystems für Fahrzeuge gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt, in der die elektronische Antriebseinheit durch den ersten Kühler gekühlt wird und die Hochspannungsbatterie durch den zweiten Kühler gekühlt wird;
3 eine Ansicht, die modusbasierte Betriebe eines integrierten Wärmemanagementsystems für Fahrzeuge gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt, in der die elektronische Antriebseinheit gekühlt wird und die Hochspannungsbatterie durch die Kältemaschine gekühlt wird;
4 eine Ansicht, die modusbasierte Betriebe eines integrierten Wärmemanagementsystems für Fahrzeuge gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt, in der die elektronische Antriebseinheit gekühlt wird und gleichzeitig der Innenraum des Fahrzeugs durch den Verdampfer gekühlt wird;
5 eine Ansicht, die modusbasierte Betriebe eines integrierten Wärmemanagementsystems für Fahrzeuge gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt, in der verglichen mit dem Fall in 4 ferner die Hochspannungsbatterie gekühlt wird;
6 eine Ansicht, die modusbasierte Betriebe eines integrierten Wärmemanagementsystems für Fahrzeuge gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt, in der die Hochspannungsbatterie stärker gekühlt wird, wobei in diesem Fall die Hochspannungsbatterie durch die Kältemaschine gekühlt wird;
7 eine Ansicht, die modusbasierte Betriebe eines integrierten Wärmemanagementsystems für Fahrzeuge gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt, in der die Hochspannungsbatterie unter Verwendung des Kühlmittels gekühlt wird;
8 eine Ansicht, die modusbasierte Betriebe eines integrierten Wärmemanagementsystems für Fahrzeuge gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt, in der die Hochspannungsbatterie durch die Kältemaschine stärker gekühlt wird;
9 eine Ansicht, die modusbasierte Betriebe eines integrierten Wärmemanagementsystems für Fahrzeuge gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt, in der nur der Innenraum des Fahrzeugs durch den Verdampfer gekühlt wird, wobei in diesem Fall Luft daran gehindert wird, den inneren Kondensator zu durchqueren;
10 eine Ansicht, die modusbasierte Betriebe eines integrierten Wärmemanagementsystems für Fahrzeuge gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt, in der verglichen mit dem Fall in 9 gleichzeitig unter Verwendung des Kühlmittels auch die Hochspannungsbatterie gekühlt wird;
11 eine Ansicht, die modusbasierte Betriebe eines integrierten Wärmemanagementsystems für Fahrzeuge gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt, in der sowohl der Innenraum des Fahrzeugs als auch die Hochspannungsbatterie unter Verwendung des Kältemittels gekühlt werden;
12 eine Ansicht, die modusbasierte Betriebe eines integrierten Wärmemanagementsystems für Fahrzeuge gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt, in der die Hochspannungsbatterie unter Verwendung der Wasserheizung erwärmt wird und der Innenraum des Fahrzeugs durch die elektrische Heizung separat erwärmt werden kann;
13 einen Entfeuchtungsmodus eines integrierten Wärmemanagementsystems für Fahrzeuge gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt;
14 eine Ansicht, die modusbasierte Betriebe eines integrierten Wärmemanagementsystems für Fahrzeuge gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt, in der die Hochspannungsbatterie abhängig von den Umständen schnell geladen wird;
15 eine Ansicht, die modusbasierte Betriebe eines integrierten Wärmemanagementsystems für Fahrzeuge gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt, in der gleichzeitig eine Entfeuchtung durchgeführt wird;
16 eine Ansicht, die modusbasierte Betriebe eines integrierten Wärmemanagementsystems für Fahrzeuge gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt, in der die elektronische Antriebseinheit durch die erste Kühlleitung gekühlt wird;
17 eine Ansicht, die modusbasierte Betriebe eines integrierten Wärmemanagementsystems für Fahrzeuge gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt, in der die elektronische Antriebseinheit durch den ersten Kühler gekühlt wird und die Hochspannungsbatterie durch den zweiten Kühler gekühlt wird;
18 eine Ansicht, die modusbasierte Betriebe eines integrierten Wärmemanagementsystems für Fahrzeuge gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt, in der die elektronische Antriebseinheit gekühlt wird und die Hochspannungsbatterie durch die Kältemaschine gekühlt wird;
19 eine Ansicht, die modusbasierte Betriebe eines integrierten Wärmemanagementsystems für Fahrzeuge gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt, in der die elektronische Antriebseinheit gekühlt wird und gleichzeitig der Innenraum des Fahrzeugs durch den Verdampfer gekühlt wird;
20 eine Ansicht, die modusbasierte Betriebe eines integrierten Wärmemanagementsystems für Fahrzeuge gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt, in der verglichen mit dem Fall in 19 ferner die Hochspannungsbatterie gekühlt wird;
21 eine Ansicht, die modusbasierte Betriebe eines integrierten Wärmemanagementsystems für Fahrzeuge gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt, in der die Hochspannungsbatterie stärker gekühlt wird, wobei in diesem Fall die Hochspannungsbatterie durch die Kältemaschine gekühlt wird;
22 eine Ansicht, die modusbasierte Betriebe eines integrierten Wärmemanagementsystems für Fahrzeuge gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt, in der die Hochspannungsbatterie unter Verwendung des Kühlmittels gekühlt wird;
23 eine Ansicht, die modusbasierte Betriebe eines integrierten Wärmemanagementsystems für Fahrzeuge gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt, in der die Hochspannungsbatterie durch die Kältemaschine stärker gekühlt wird;
24 eine Ansicht, die modusbasierte Betriebe eines integrierten Wärmemanagementsystems für Fahrzeuge gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt, in der nur der Innenraum des Fahrzeugs durch den Verdampfer gekühlt wird, wobei in diesem Fall Luft daran gehindert wird, den inneren Kondensator zu durchqueren;
25 eine Ansicht, die modusbasierte Betriebe eines integrierten Wärmemanagementsystems für Fahrzeuge gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt, in der verglichen mit dem Fall in 24 gleichzeitig unter Verwendung des Kühlmittels auch die Hochspannungsbatterie gekühlt wird;
26 eine Ansicht, die modusbasierte Betriebe eines integrierten Wärmemanagementsystems für Fahrzeuge gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt, in der sowohl der Innenraum des Fahrzeugs als auch die Hochspannungsbatterie unter Verwendung des Kältemittels gekühlt werden;
27 eine Ansicht, die modusbasierte Betriebe eines integrierten Wärmemanagementsystems für Fahrzeuge gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt, in der durch den Außenkondensator Außenwärme aufgenommen wird und der Innenraum des Fahrzeugs durch den inneren Kondensator unter Verwendung derselben nach dem Prinzip der Wärmepumpe erwärmt wird;
28 eine Ansicht, die modusbasierte Betriebe eines integrierten Wärmemanagementsystems für Fahrzeuge gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt, in der außerdem Abwärme von der Hochspannungsbatterie durch die Kältemaschine aufgenommen wird, um den Innenraum des Fahrzeugs stärker zu erwärmen;
29 eine Ansicht, die modusbasierte Betriebe eines integrierten Wärmemanagementsystems für Fahrzeuge gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt, in der der Innenraum des Fahrzeugs unter Verwendung von sowohl Außenwärme als auch Abwärme von der elektronischen Antriebseinheit erwärmt wird;
30 eine Ansicht, die modusbasierte Betriebe eines integrierten Wärmemanagementsystems für Fahrzeuge gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt, in der der Innenraum des Fahrzeugs unter Verwendung von sowohl Außenwärme, Abwärme von der Hochspannungsbatterie als auch Abwärme von der elektronischen Antriebseinheit erwärmt wird;
31 eine Ansicht, die modusbasierte Betriebe eines integrierten Wärmemanagementsystems für Fahrzeuge gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt, in der, wenn der Außenkondensator in der Folge übermäßiger Verdampfung des Kältemittels vereist, vorübergehend ein drittes Ventil derart gesteuert wird, dass das Kältemittel den Außenkondensator durch die Hilfsleitung umgeht und an der Oberfläche des Außenkondensators 300 gebildetes Eis auf natürlichem Weg durch Außenluft geschmolzen wird;
32 eine Ansicht, die modusbasierte Betriebe eines integrierten Wärmemanagementsystems für Fahrzeuge gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt, in der unter Verwendung sowohl des Verdampfers als auch des inneren Kondensators eine Entfeuchtung durchgeführt wird, wobei in diesem Fall durch den Betrieb der Wärmepumpe unter Verwendung von Wärme, die von dem Außenkondensator aufgenommen wird, die Temperatur in dem inneren Kondensator erhöht wird;
33 eine Ansicht, die modusbasierte Betriebe eines integrierten Wärmemanagementsystems für Fahrzeuge gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt, in der vorübergehend eine Steuerung durchgeführt werden kann, um den vereisten Außenkondensator abzutauen.

Die hierin beschriebenen Zeichnungen dienen nur zur Veranschaulichung und sollen den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung in keiner Weise einschränken.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung ist rein beispielhaft und soll die vorliegende Offenbarung, Anmeldung oder Verwendungen nicht einschränken. Es versteht sich, dass über die Zeichnungen hinweg entsprechende Bezugszeichen ähnliche oder entsprechende Teile und Merkmale angeben.
1 bis 15 sind Ansichten, die modusbasierte Betriebe eines integrierten Wärmemanagementsystems für Fahrzeuge gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigen, und 16 bis 33 sind Ansichten, die modusbasierte Betriebe eines integrierten Wärmemanagementsystems für Fahrzeuge gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigen.
1 bis 15 sind Ansichten, die modusbasierte Betriebe eines integrierten Wärmemanagementsystems für Fahrzeuge gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigen, die einem Fall entspricht, in dem nicht das Prinzip einer Wärmepumpe verwendet wird.
Das integrierte Wärmemanagementsystem für Fahrzeuge gemäß der vorliegenden Offenbarung kann in einem Fahrzeug angewandt werden, das durch eine Batterie angetrieben wird, wie beispielsweise ein Elektrofahrzeug oder ein Brennstoffzellenfahrzeug. Das integrierte Wärmemanagementsystem gemäß der vorliegenden Offenbarung kann das Kühlen einer elektronischen Antriebseinheit, die von einem Motor, einem Wechselrichter und einem Wandler gebildet wird, das Kühlen und Erwärmen einer Hochspannungsbatterie und das Kühlen und Heizen einer Innenraumklimaanlage durchführen.
Insbesondere kann das integrierte Wärmemanagementsystem gemäß der vorliegenden Offenbarung aufweisen: eine erste Kühlleitung 10, die dazu ausgestaltet ist, zu ermöglichen, dass ein Kühlmittel zwischen einer elektronischen Antriebseinheit 120 und einem ersten Kühler 100 zirkuliert; eine zweite Kühlleitung 20, die dazu ausgestaltet ist, zu ermöglichen, dass ein Kühlmittel zwischen einer Hochspannungsbatterie 220 und einem zweiten Kühler 200 zirkuliert; eine Kältemittelleitung 30, die dazu ausgestaltet ist, zu ermöglichen, dass ein Kältemittel in der Reihenfolge eines Kompressors 330, eines inneren Kondensators einer Innenraumklimaanlage H und eines Außenkondensators 300 außerhalb eines Fahrzeugs strömt, und zu ermöglichen, dass das Kältemittel, das von dem Außenkondensator 300 ausgeleitet wird, durch einen Verdampfer 310 der Innenraumklimaanlage H oder eine Kältemaschine C in den Kompressor 330 eingeleitet wird; und eine Bypassleitung 25, die derart von der zweiten Kühlleitung 20 abzweigt, dass sie mit der Kältemaschine C verbunden ist, wobei die Bypassleitung 25 dazu ausgestaltet ist, zu ermöglichen, dass das Kühlmittel den zweiten Kühler 200 umgeht und zwischen der Hochspannungsbatterie 220 und der Kältemaschine C zirkuliert.
Die erste Kühlleitung 10 ermöglicht, dass das Kühlmittel zwischen der elektronischen Antriebseinheit 120 und dem ersten Kühler 100 zirkuliert. Da die elektronische Antriebseinheit 120 auch unter Hochtemperaturbedingungen relativ stabil ist, kann eine gewünschte Kühlung allein durch eine Zirkulation des Kühlmittels realisiert werden. Die zweite Kühlleitung 20 ermöglicht, dass das Kühlmittel zwischen der Hochspannungsbatterie 220 und dem zweiten Kühler 200 zirkuliert. In dem Fall, dass es erwünscht ist, die Hochspannungsbatterie 220 unter milden Bedingungen zu kühlen, wird die Kühlung wie vorstehend beschrieben zunächst unter Verwendung des Kühlmittels durchgeführt. Indes zeigt die Bypassleitung 25 von der zweiten Kühlleitung 20 ab und ist mit der Kältemaschine C verbunden. Folglich kann das Kühlmittel den zweiten Kühler 200 umgehen und zwischen der Hochspannungsbatterie 220 und der Kältemaschine C zirkulieren.
Für die Durchführung der Zirkulation durch die Kühlleitungen kann in der ersten Kühlleitung 10 eine erste Pumpe 110 vorgesehen sein und in der zweiten Kühlleitung 20 eine zweite Pumpe 210 vorgesehen sein. An einem Abzweigpunkt zwischen der zweiten Kühlleitung 20 und der Bypassleitung 25 kann ein Dreiwegeventil V1 vorgesehen sein, und die zweite Pumpe 210 kann zwischen dem Dreiwegeventil V1 und der Hochspannungsbatterie 220 vorgesehen sein. Gemäß dem Betrieb des Dreiwegeventils V1 kann das Kühlmittel zwischen der Hochspannungsbatterie 220 und dem zweiten Kühler 200 zirkulieren oder zwischen der Hochspannungsbatterie 220 und der Kältemaschine C zirkulieren. In dem Fall, dass eine milde Kühlung der Hochspannungsbatterie 220 erwünscht ist, wird die Kühlung durch den zweiten Kühler 200 durchgeführt. In dem Fall, dass eine starke Kühlung der Hochspannungsbatterie 220 erwünscht ist, wird die Kühlung durch die Kältemaschine C durchgeführt.
Die erste Pumpe 110, die zweite Pumpe 210, das Dreiwegeventil V1 und die Kältemaschine C können miteinander gekoppelt sein, sodass sie ein Modul bilden. Die erste Kühlleitung 10 und die zweite Kühlleitung 20 sind zusammen mit einem integrierten Behälter R verbunden, sodass teilweise eine Kühlmittelvermischung durchgeführt wird. Die erste Pumpe 110, die zweite Pumpe 210, das Dreiwegeventil V1 und die Kältemaschine C sind mit dem integrierten Behälter R gekoppelt, sodass sie ein Modul bilden. Da das Kühlmittel für die elektronische Antriebseinheit 120 und das Kühlmittel für die Hochspannungsbatterie 220 sich in ihrer Managementtemperatur voneinander unterscheiden, ist es erwünscht, die Kühlmittel in einem Zustand in dem integrierten Behälter R zu lagern, in dem sie durch eine Trennwand voneinander getrennt sind. Zum Zeitpunkt der Kühlmittelauffüllung können die Kühlmittel jedoch teilweise miteinander vermischt werden. In der zweiten Kühlleitung ist der Hochspannungsbatterie 220 nachgeschaltet eine Wasserheizung 230 vorgesehen. In dem Fall, dass ein starkes Erwärmen der Hochspannungsbatterie 220 erwünscht ist, wird die Wasserheizung 230 betrieben.
Der erste Kühler 100 und der zweite Kühler 200 können integral miteinander gekoppelt sein. Das heißt, die Kühler können separate unabhängige Kanäle aufweisen und können in dem Zustand aneinander befestigt sein, in dem ein Isolierelement vorgesehen ist, um einen Wärmeaustausch zwischen ihnen zu verhindern, wodurch die Kühler integral miteinander gekoppelt sein können. Hierdurch kann ein kompakteres Layout realisiert werden.
Indes ermöglicht die Kältemittelleitung 30, dass das Kältemittel in der Reihenfolge des Kompressors 330, des inneren Kondensators der Innenraumklimaanlage H und des Außenkondensators 300 außerhalb des Fahrzeugs strömt. Das Kältemittel, das von dem Außenkondensator 300 ausgeleitet wird, durchquert wahlweise oder gleichzeitig den Verdampfer 310 der Innenraumklimaanlage H oder die Kältemaschine C und wird dann über einen Sammler 320 in den Kompressor 330 eingeleitet.
In einem Kältemitteleinlass der Kältemaschine C kann ein erstes Expansionsventil X1 vorgesehen sein und in einem Kältemitteleinlass des Verdampfers 310 kann ein zweites Expansionsventil X2 vorgesehen sein. Hierdurch sind Expansion und Verdampfung des Kühlmittels möglich.
Indes kann in der Innenraumklimaanlage H Luft, die den inneren Kondensator 340 durchquert, eine elektrische Heizung H10 durchqueren. Hierdurch ist eine unabhängige Erwärmung des Innenraums des Fahrzeugs möglich.
1 bis 15 sind Ansichten, die modusbasierte Betriebe des integrierten Wärmemanagementsystems für Fahrzeuge gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigen. 1 zeigt den Fall, in dem die elektronische Antriebseinheit 120 durch den ersten Kühler 100 gekühlt wird. 2 zeigt den Fall, in dem die elektronische Antriebseinheit 120 durch den ersten Kühler 100 gekühlt wird und die Hochspannungsbatterie 220 durch den zweiten Kühler 200 gekühlt wird.
3 zeigt den Fall, in dem die elektronische Antriebseinheit 120 gekühlt wird und die Hochspannungsbatterie 220 durch die Kältemaschine C gekühlt wird. In diesem Fall wird in der Innenraumklimaanlage H kein Gebläse betrieben und daher wird verhindert, dass Abwärme von dem inneren Kondensator 340 in den Innenraum des Fahrzeugs eingeleitet wird.
4 zeigt den Fall, in dem die elektronische Antriebseinheit 120 gekühlt wird und gleichzeitig der Innenraum des Fahrzeugs durch den Verdampfer 310 gekühlt wird. In diesem Fall wird das Gebläse der Innenraumklimaanlage H betrieben, aber Luft wird durch eine Temperaturregeltür darin daran gehindert, den inneren Kondensator 340 zu durchqueren, sodass nur kühle Luft in den Innenraum des Fahrzeugs eingeleitet wird. Alternativ kann Luft in dem Zustand ausgeleitet werden, in dem die Temperatur davon durch die Temperaturregeltür geregelt wird. Hierbei ist das erste Expansionsventil X1 geschlossen, sodass das Kältemittel nur in den Verdampfer 310 eingeleitet wird.
5 zeigt den Fall, in dem verglichen mit dem Fall in 4 ferner die Hochspannungsbatterie 220 gekühlt wird. 6 zeigt den Fall, in dem die Hochspannungsbatterie 220 stärker gekühlt wird, wobei in diesem Fall die Hochspannungsbatterie 220 durch die Kältemaschine C gekühlt wird. In diesem Fall wird das Kältemittel sowohl durch das erste Expansionsventil X1 als auch das zweite Expansionsventil X2 expandiert.
7 zeigt den Fall, in dem die Hochspannungsbatterie 220 unter Verwendung des Kühlmittels gekühlt wird, und 8 zeigt den Fall, in dem die Hochspannungsbatterie 220 durch die Kältemaschine stärker gekühlt wird. In diesem Fall ist das zweite Expansionsventil X2 geschlossen, sodass das Kältemittel nicht in den Verdampfer 310 eingeleitet wird.
9 zeigt den Fall, in dem nur der Innenraum des Fahrzeugs durch den Verdampfer 310 gekühlt wird, wobei in diesem Fall Luft daran gehindert wird, den inneren Kondensator 340 zu durchqueren. 10 zeigt den Fall, in dem verglichen mit dem Fall in 9 gleichzeitig unter Verwendung des Kühlmittels auch die Hochspannungsbatterie 220 gekühlt wird. 11 zeigt den Fall, in dem sowohl der Innenraum des Fahrzeugs als auch die Hochspannungsbatterie 220 unter Verwendung des Kältemittels gekühlt werden.
12 zeigt den Fall, in dem die Hochspannungsbatterie 220 unter Verwendung der Wasserheizung 230 erwärmt wird und der Innenraum des Fahrzeugs durch die elektrische Heizung separat erwärmt werden kann.
13 zeigt einen Entfeuchtungsmodus, in dem das Kältemittel sowohl den Verdampfer 310 als auch den inneren Kondensator 340 durchquert, Luft den Verdampfer durchquert, um die absolute Feuchte zu verringern, und erwärmt wird, während sie den inneren Kondensator durchquert, um die relative Feuchte zu verringern, wodurch getrocknete Luft in den Innenraum des Fahrzeugs abgegeben wird, um den Innenraum des Fahrzeugs zu entfeuchten.
Indes wird bei dieser Ausführungsform keine Wärmepumpe verwendet. In dem Fall jedoch, in dem die Hochspannungsbatterie 220 abhängig von den Umständen schnell geladen wird, kann wie in 14 gezeigt der Innenraum des Fahrzeugs vorübergehend unter Verwendung extremer Hitze durch den inneren Kondensator 340 erwärmt werden. In diesem Fall kann, wie in 15 gezeigt, auch gleichzeitig eine Entfeuchtung durchgeführt werden.
16 bis 33 sind Ansichten, die modusbasierte Betriebe eines integrierten Wärmemanagementsystems für Fahrzeuge gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigen, die jeweils einen Kreislauf zeigen, der das Prinzip einer Wärmepumpe verwendet.
In dieser Ausführungsform kann eine Hilfsleitung 32 mit der Kältemittelleitung 30 verbunden sein, die dazu ausgestaltet ist, zu ermöglichen, dass das Kältemittel den Außenkondensator 300 umgeht. Hierdurch ist es möglich, ein Phänomen zu verhindern, bei dem der Außenkondensator 300 zum Zeitpunkt der Verwendung eines Wärmepumpenmodus übermäßig gekühlt und vereist ist. Wenn der Außenkondensator 300 in dem Wärmepumpenmodus vereist ist, kann das Kältemittel in der Kältemittelleitung 30 den Außenkondensator 300 durch die Hilfsleitung 32 umgehen und zur Kältemaschine C strömen.
Zudem kann eine Entfeuchtungsleitung 34 mit der Kältemittelleitung 30 verbunden sein, die dazu ausgestaltet ist, zu ermöglichen, dass das Kältemittel, das in dem inneren Kondensator 340 strömt, aufgeteilt wird, den Außenkondensator 300 umgeht und in den Verdampfer 310 eingeleitet wird. Einem Abzweigpunkt der Entfeuchtungsleitung 34 vorgeschaltet ist ein drittes Expansionsventil X3 in der Kältemittelleitung 30 vorgesehen. Im Entfeuchtungsmodus kann daher das Kältemittel, das durch das dritte Expansionsventil X3 expandiert wird, durch die Entfeuchtungsleitung 34 der Kältemaschine C zugeführt werden und gleichzeitig dem Verdampfer 310 zugeführt werden, und die Kältemittel, die die Kältemaschine C und den Verdampfer 310 durchqueren, können zusammentreffen und können dem Kompressor 330 und dem inneren Kondensator 340 zugeführt werden.
Insbesondere zeigt 16 den Fall, in dem die elektronische Antriebseinheit 120 durch die erste Kühlleitung 10 gekühlt wird. In diesem Fall wird ein zweites Ventil V2 derart gesteuert, dass das Kühlmittel statt zur Kältemaschine C zur elektronischen Antriebseinheit 120 strömt. 17 zeigt den Fall, in dem die elektronische Antriebseinheit 120 durch den ersten Kühler 100 gekühlt wird und die Hochspannungsbatterie 220 durch den zweiten Kühler 200 gekühlt wird.
18 zeigt den Fall, in dem die elektronische Antriebseinheit 120 gekühlt wird und die Hochspannungsbatterie 220 durch die Kältemaschine C gekühlt wird. In diesem Fall wird in der Innenraumklimaanlage H das Gebläse nicht betrieben und daher wird verhindert, dass Abwärme von dem inneren Kondensator 340 in den Innenraum des Fahrzeugs eingeleitet wird. Das zweite Expansionsventil X2 ist geschlossen, sodass das Kältemittel nur durch die Kältemaschine C strömt. Zudem ist das dritte Expansionsventil X3 vollständig geöffnet, sodass keine Expansion durchgeführt wird, und das Kältemittel wird durch das erste Expansionsventil X1 expandiert, sodass das Kältemittel in der Kältemaschine C verdampft wird.
19 zeigt den Fall, in dem die elektronische Antriebseinheit 120 gekühlt wird und gleichzeitig der Innenraum des Fahrzeugs durch den Verdampfer 310 gekühlt wird. In diesem Fall wird das Gebläse der Innenraumklimaanlage H betrieben, aber Luft wird durch die Temperaturregeltür darin daran gehindert, den inneren Kondensator 340 zu durchqueren, sodass nur kühle Luft in den Innenraum des Fahrzeugs eingeleitet wird. Alternativ kann Luft in dem Zustand abgegeben werden, in dem die Temperatur davon durch die Temperaturregeltür geregelt wird. Hierbei wird das erste Expansionsventil X1 geschlossen, sodass das Kältemittel nur in den Verdampfer 310 eingeleitet wird.
20 zeigt den Fall, in dem verglichen mit dem Fall in 19 ferner die Hochspannungsbatterie 220 gekühlt wird. 21 zeigt den Fall, in dem die Hochspannungsbatterie 220 stärker gekühlt wird, wobei in diesem Fall die Hochspannungsbatterie 220 durch die Kältemaschine C gekühlt wird. In diesem Fall wird das Kältemittel sowohl durch das erste Expansionsventil X1 als auch das zweite Expansionsventil X2 expandiert.
22 zeigt den Fall, in dem die Hochspannungsbatterie 220 unter Verwendung des Kühlmittels gekühlt wird, und 23 zeigt den Fall, in dem die Hochspannungsbatterie 220 durch die Kältemaschine stärker gekühlt wird. In diesem Fall ist das zweite Expansionsventil X2 geschlossen, sodass das Kältemittel nicht in den Verdampfer 310 eingeleitet wird.
24 zeigt den Fall, in dem nur der Innenraum des Fahrzeugs durch den Verdampfer 310 gekühlt wird, wobei in diesem Fall Luft daran gehindert wird, den inneren Kondensator 340 zu durchqueren. 25 zeigt den Fall, in dem verglichen mit dem Fall in 24 gleichzeitig unter Verwendung des Kühlmittels auch die Hochspannungsbatterie 220 gekühlt wird. 26 zeigt den Fall, in dem sowohl der Innenraum des Fahrzeugs als auch die Hochspannungsbatterie 220 unter Verwendung des Kältemittels gekühlt werden.
27 zeigt den Fall, in dem durch den Außenkondensator 300 Außenwärme aufgenommen wird und der Innenraum des Fahrzeugs durch den inneren Kondensator 340 unter Verwendung derselben nach dem Prinzip der Wärmepumpe erwärmt wird. 28 zeigt den Fall, in dem außerdem Abwärme von der Hochspannungsbatterie 220 durch die Kältemaschine C aufgenommen wird, um den Innenraum des Fahrzeugs stärker zu erwärmen. 29 zeigt den Fall, in dem der Innenraum des Fahrzeugs unter Verwendung von sowohl Außenwärme als auch Abwärme von der elektronischen Antriebseinheit 120 erwärmt wird. 30 zeigt den Fall, in dem der Innenraum des Fahrzeugs unter Verwendung von sowohl Außenwärme, Abwärme von der Hochspannungsbatterie 220 als auch Abwärme von der elektronischen Antriebseinheit 120 erwärmt wird. In dem Fall, in dem wie vorstehend beschrieben die Erwärmung durch den Antrieb der Wärmepumpe unter Verwendung des Außenkondensators 300 durchgeführt wird, ist eine Wärmeaufnahme durch den Außenkondensator 300 erwünscht, und wird daher das Kältemittel durch das dritte Expansionsventil X3 expandiert.
Indes wird in dem Fall, in dem der Außenkondensator 300 in der Folge übermäßiger Verdampfung des Kältemittels vereist ist, ein drittes Ventil V3 vorübergehend derart gesteuert, dass das Kältemittel den Außenkondensator 300 durch die Hilfsleitung 32 umgeht. Somit wird an der Oberfläche des Außenkondensators 300 gebildetes Eis auf natürlichem Weg durch Außenluft geschmolzen, wie in 31 gezeigt. In dem Fall, in dem der Außenkondensator 300 vollständig vereist ist, durchquert Außenluft den Außenkondensator 300 noch einmal, sodass die Wärmepumpe basierend auf der Außenluft verwendet wird. Zudem durchquert in dem Fall, in dem die Hilfsleitung 32 nicht vorgesehen ist, das Kältemittel den Außenkondensator 300, wenn der Außenkondensator 300 vereist ist. In diesem Fall kann das dritte Expansionsventil X3 geöffnet sein, sodass keine Expansion durchgeführt wird, und stattdessen kann durch das erste Expansionsventil X1 eine Expansion durchgeführt werden.
32 zeigt den Fall, in dem unter Verwendung sowohl des Verdampfers 310 als auch des inneren Kondensators 340 eine Entfeuchtung durchgeführt wird, wobei in diesem Fall durch den Betrieb der Wärmepumpe unter Verwendung von Wärme, die von dem Außenkondensator 300 aufgenommen wird, die Temperatur in dem inneren Kondensator 340 erhöht wird. In diesem Fall kann ein viertes Ventil V4, das zweite Expansionsventil X2 oder das dritte Ventil V3 gesteuert werden, die Menge des Kältemittels zu verteilen, die zu dem Verdampfer und dem Außenkondensator 300 strömt. In dem Fall, in dem der Außenkondensator vereist ist, kann wie in 33 gezeigt vorübergehend eine Steuerung durchgeführt werden, um den Außenkondensator abzutauen, und dann kann wie in 32 gezeigt eine Entfeuchtung durchgeführt werden.
Wie aus der vorstehenden Beschreibung hervorgeht, ist das integrierte Wärmemanagementsystem für Fahrzeuge dazu in der Lage, das Kühlen und Heizen der elektronischen Antriebseinheit, der Hochspannungsbatterie und die Klimatisierung des Innenraums des Fahrzeugs unabhängig zu steuern und die Gesamtenergieeffizienz des Fahrzeugs durch integriertes Wärmemanagement zu verbessern.
Obwohl vorstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschrieben wurden, ist für den Fachmann ersichtlich, dass die vorliegende Offenbarung in verschiedenen anderen Ausführungsformen ausgeführt werden kann, ohne ihre technischen Ideen oder Merkmale zu ändern.

Claims

Integriertes Wärmemanagementsystem für Fahrzeuge, wobei das integrierte Wärmemanagementsystem aufweist: eine erste Kühlleitung, die dazu ausgestaltet ist, zu ermöglichen, dass ein Kühlmittel zwischen einer elektronischen Antriebseinheit und einem ersten Kühler zirkuliert; eine zweite Kühlleitung, die dazu ausgestaltet ist, zu ermöglichen, dass ein Kühlmittel zwischen einer Hochspannungsbatterie und einem zweiten Kühler zirkuliert; eine Kältemittelleitung, die dazu ausgestaltet ist, zu ermöglichen, dass ein Kältemittel in der Reihenfolge eines Kompressors, eines inneren Kondensators einer Innenraumklimaanlage und eines Außenkondensators strömt, und zu ermöglichen, dass das Kältemittel, das von dem Außenkondensator ausgeleitet wird, durch einen Verdampfer der Innenraumklimaanlage oder eine Kältemaschine in den Kompressor eingeleitet wird; und eine Bypassleitung, die dazu ausgestaltet ist, von der zweiten Kühlleitung abzuzweigen, mit der Kältemaschine verbunden zu sein und dazu ausgestaltet ist, zu ermöglichen, dass das Kühlmittel den zweiten Kühler umgeht und zwischen der Hochspannungsbatterie und der Kältemaschine zirkuliert.
Integriertes Wärmemanagementsystem nach Anspruch 1, wobei in einem Kältemitteleinlass der Kältemaschine ein erstes Expansionsventil angeordnet ist und in einem Kältemitteleinlass des Verdampfers ein zweites Expansionsventil angeordnet ist.
Integriertes Wärmemanagementsystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei in der zweiten Kühlleitung der Hochspannungsbatterie eine Wasserheizung nachgeschaltet ist.
Integriertes Wärmemanagementsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Kühlleitung und die zweite Kühlleitung zusammen mit einem integrierten Behälter verbunden sind.
Integriertes Wärmemanagementsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Kühler und der zweite Kühler integral miteinander gekoppelt sind.
Integriertes Wärmemanagementsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in der Innenraumklimaanlage Luft, die den inneren Kondensator durchquert hat, eine elektrische Heizung durchquert.
Integriertes Wärmemanagementsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend: eine Hilfsleitung, die dazu ausgestaltet ist, zu ermöglichen, dass das Kältemittel den Außenkondensator umgeht, und die mit der Kältemittelleitung verbunden ist.
Integriertes Wärmemanagementsystem nach Anspruch 7, wobei, wenn der Außenkondensator in einem Wärmepumpenmodus vereist ist, das Kältemittel in der Kältemittelleitung den Außenkondensator durch die Hilfsleitung umgeht und zur Kältemaschine strömt.
Integriertes Wärmemanagementsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend: eine Entfeuchtungsleitung, die mit der Kältemittelleitung verbunden ist und die dazu ausgestaltet ist, zu ermöglichen, dass das Kältemittel, das in dem inneren Kondensator strömt, aufgeteilt wird, und zu ermöglichen, dass das Kältemittel den Außenkondensator umgeht und in den Verdampfer eingeleitet wird.
Integriertes Wärmemanagementsystem nach Anspruch 9, ferner aufweisend: ein drittes Expansionsventil, das einem Abzweigpunkt der Entfeuchtungsleitung in der Kältemittelleitung vorgeschaltet ist, wobei in einem Entfeuchtungsmodus das Kältemittel, das durch das dritte Expansionsventil expandiert wird, durch die Entfeuchtungsleitung gleichzeitig der Kältemaschine und dem Verdampfer zugeführt wird, und das Kältemittel, das die Kältemaschine und den Verdampfer durchquert hat, dem Kompressor und dem inneren Kondensator zugeführt wird.
Integriertes Wärmemanagementsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend: eine Hilfsleitung und eine Entfeuchtungsleitung, die mit der Kältemittelleitung verbunden sind, wobei die Hilfsleitung dazu ausgestaltet ist, zu ermöglichen, dass das Kältemittel, das in dem inneren Kondensator strömt, aufgeteilt wird, den Außenkondensator umgeht und zu dem Verdampfer oder der Kältemaschine strömt, und die Entfeuchtungsleitung dazu ausgestaltet ist, zu ermöglichen, dass das Kältemittel, das in dem inneren Kondensator strömt, den Außenkondensator umgeht und in den Verdampfer eingeleitet wird.
Integriertes Wärmemanagementsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend: eine erste Pumpe, die in der ersten Kühlleitung angeordnet ist, und eine zweite Pumpe, die in der zweiten Kühlleitung angeordnet ist.
Integriertes Wärmemanagementsystem nach Anspruch 12, wobei an einem Abzweigpunkt zwischen der zweiten Kühlleitung und der Bypassleitung ein Dreiwegeventil angeordnet ist und die zweite Pumpe zwischen dem Dreiwegeventil und der Hochspannungsbatterie angeordnet ist.
Integriertes Wärmemanagementsystem nach Anspruch 13, wobei die erste Pumpe, die zweite Pumpe, das Dreiwegeventil und die Kältemaschine miteinander gekoppelt sind und ein Modul bilden.
Integriertes Wärmemanagementsystem nach Anspruch 13, wobei die erste Kühlleitung und die zweite Kühlleitung zusammen mit einem integrierten Behälter verbunden sind, und die erste Pumpe, die zweite Pumpe, das Dreiwegeventil und die Kältemaschine mit dem integrierten Behälter gekoppelt sind und ein Modul bilden.