DE102021212123A1

DE102021212123A1 - Wärmepumpensystem für Fahrzeug

Info

Publication number: DE102021212123A1
Application number: DE102021212123.3A
Authority: DE
Inventors: Jae Yeon Kim; Wan Je Cho; Heung Seok Seo; Seong-Bin Jeong; Yeonho Kim; Jeawan Kim; Sangmoon Cho; Seung Ryeol Lee; Jieun Kim
Original assignee: Hyundai Motor Co; Kia Corp
Current assignee: Hyundai Motor Co; Kia Corp
Priority date: 2021-05-04
Filing date: 2021-10-27
Publication date: 2022-11-10
Also published as: CN115303005A; KR20220150530A; US20220355650A1

Abstract

Ein Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug wird bereitgestellt und beinhaltet eine Kühleinrichtung, die konfiguriert ist, ein Kühlmittel in einer Kühlmittelleitung zu zirkulieren, um zumindest eine in der Kühlmittelleitung vorgesehene elektrische Komponente zu kühlen, eine Batteriekühleinrichtung, die konfiguriert ist, das Kühlmittel im Batteriemodul zu zirkulieren, eine Heizeinrichtung, die konfiguriert ist, ein Fahrzeuginneres unter Verwendung des Kühlmittels zu heizen, und ein Kühler, der konfiguriert ist, eine Temperatur des Kühlmittels durch Wärmetausch des Kühlmittels mit einem Kältemittel zu justieren, wobei der Kühler mit der Kühlerverbindungsleitung durch ein drittes Ventil verbunden ist, welches in der Kühlmittelleitung zwischen dem Radiator und dem zweiten Ventil vorgesehen ist und der Reservoir-Tank in der Kühlmittelleitung zwischen dem Radiator und dem zweiten Ventil vorgesehen ist, und mit der Zufuhrleitung verbunden ist, die ein erstes Ventil und eine erste Wasserpumpe durch eine Zufuhrleitung verbindet.

Description

HINTERGRUND
(a) Gebiet
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Fahrzeug-Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug und genauer auf ein Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug, das eine Temperatur eines Batteriemoduls unter Verwendung eines einzelnen Kühlers justiert, indem ein Kältemittel und ein Kühlmittel Wärme tauschen, und die Heiz-Effizienz durch Verwendung verschiedener Wärmequellen in einem Heizmodus des Fahrzeugs verbessert.
(b) Beschreibung verwandten Stands der Technik
Im Allgemeinen beinhaltet eine Klimaanlageneinreichtung für ein Fahrzeug ein Klimaanlagen-System zum Zirkulieren eines Kühlmittels oder eines Kältemittels zum Heizen oder Kühlen des Inneren des Fahrzeugs.
Eine solche Klimaanlagen-Einrichtung, die eine frische Innenkondition durch aufrechterhalten einer Innentemperatur eines Fahrzeugs auf einer angemessenen Temperatur unabhängig von einer Außentemperaturänderung aufrechterhalten kann, ist konfiguriert, ein Inneres des Fahrzeugs durch Wärmeaustausch durch einen Verdampfer zu erhitzen oder zu kühlen, während eines Prozesses, in welchem ein durch Antreiben eines Kompressors abgegebenes Kältemittel wieder zum Kompressor zirkuliert wird, indem es einen Kondensator, einen Aufnahmetrockner, ein Expansionsventil und dem Verdampfer passiert.
Das heißt, dass in der Klimaanlagen-Einrichtung ein Hochtemperatur- und Hochdruck-Gas-Kältemittel, welches durch den Kompressor komprimiert wird, durch den Kondensator kondensiert wird, dann vom Verdampfer durch den Aufnahmetrockner und das Expansionsventil verdampft wird, um die Innentemperatur und Feuchte in einem Sommerkühlmodus zu senken.
Jüngst, als Bedenken zur Energie-Effizienz und Umweltverschmutzung graduell gestiegen sind, ist die Entwicklung eines umweltfreundlichen Fahrzeugs, das in der Lage ist, im Wesentlichen ein Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor zu substituieren, erforderlich gewesen, und die umweltfreundlichen Fahrzeuge werden typischerweise in ein Elektrofahrzeug, das typischerweise unter Verwendung einer Brennstoffzelle oder von Elektrizität als einer Leistungsquelle, und ein Hybridfahrzeug, welches unter Verwendung eines Verbrennungsmotors und einer elektrischen Batterie angetrieben wird, klassifiziert.
Im Elektrofahrzeug und dem Hybridfahrzeug der umweltfreundlichen Fahrzeuge wird keine getrennte Heizung verwendet, anders als eine Klimaanlage eines üblichen Fahrzeugs und eine Klimaanlage, die auf das umweltfreundliche Fahrzeug angewendet wird, wird typischerweise als ein Wärmepumpensystem bezeichnet.
In einem Fall des die Brennstoffzelle verwendenden elektrischen Fahrzeugs wird eine chemische Reaktionsenergie von Sauerstoff und Wasserstoff in elektrische Energie umgewandelt, um Antriebskraft zu erzeugen, und während dieses Prozesses zu Wärmeenergie durch die chemische Reaktion in der Brennstoffzelle erzeugt und als Ergebnis ist eine effektive Ableitung der erzeugten Wärme erforderlich, um die Leistungsfähigkeit der Brennstoffzelle sicherzustellen.
Selbst im Hybridfahrzeug wird die Antriebskraft durch Antreiben des Motors unter Verwendung von aus der Brennstoffzelle oder der elektrischen Batterie zugeführte Elektrizität zusammen mit dem Verbrennungsmotor, der mit einem allgemeinen Brennstoff betrieben wird, erzeugt und als Ergebnis kann die Leistung des Motors sichergestellt werden, indem nur effektiv die aus der Brennstoffzelle oder der Batterie und dem Motor erzeugte Wärme abgeleitet wird.
Entsprechend sollten in einem konventionellen Hybridfahrzeug oder Elektrofahrzeug ein Batterie-Kühlsystem, ein Kühlmittel und ein Wärmepumpensystem konfiguriert sein, entsprechende getrennte Schaltungen aufzuweisen, um Wärmeerzeugung eines Motors, einer elektrischen Komponente und einer Batterie einschließlich einer Brennstoffzelle zu vermeiden.
Somit werden Größe und Gewicht eines an der Front des Fahrzeugs angeordneten Kühlmoduls erhöht und wird das Layout von Verbindungsrohren zum Zuführen eines Kältemittels oder Kühlmittels zum Wärmepumpensystem, den Kühlmitteln und dem Batteriekühlsystem innerhalb eines Verbrennungsmotorraums kompliziert.
Zusätzlich, da das Batteriekühlsystem zum Heizen oder Kühlen der Batterie getrennt gemäß einem Zustand des Fahrzeugs so vorgesehen wird, dass die Batterie in einem optimalen Zustand arbeiten kann, werden eine Vielzahl von Ventilen zum Verbinden der jeweiligen Verbindungsrohre angewendet, so dass Lärm und Vibration in das Innere des Fahrzeugs übertragen werden, was zu einem schwachen Fahrkomfort führt.
Die in diesem Hintergrundabschnitt offenbarte obige Information dient nur dem Verbessern des Verständnisses des Hintergrunds der Offenbarung und daher kann er Information enthalten, die nicht den Stand der Technik bildet, der bereits in diesem Land einem Durchschnittsfachmann bekannt ist.
ZUSAMMENFASSUNG
Die vorliegende Offenbarung ist gemacht worden in einem Bemühen, ein Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug bereitzustellen, das eine Temperatur eines Batteriemoduls durch Verwendung eines Kühlers justiert, der Wärmeaustausch zwischen einem Kältemittel und einem Kühlmittel durchführt und die Heiz-Effizienz durch Wiedergewinnen von Wärme aus verschiedenen Wärmequellen und ihre Verbesserung zum Innenraumheizen verbessert.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung stellt ein Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug bereit, das beinhaltet: Eine Kühleinrichtung, die konfiguriert ist, einen mit einer Kühlmittelleitung und einer ersten Wasserpumpe verbundenen Radiator zu beinhalten, und ein Kühlmittel in der Kühlmittelleitung zu zirkulieren, um zumindest ein in der Kühlmittelleitung vorgesehenes Heizelement zu kühlen, eine Batterie-Kühleinrichtung, die konfiguriert ist, eine mit einer Batterie-Kühlmittelleitung verbundene zweite Wasserpumpe und ein Batteriemodul zu beinhalten, und das Kühlmittel im Batteriemodul zu zirkulieren, und einen Kühler, der mit der Batterie-Kühleinrichtung verbunden ist und mit einer Kältemittelleitung einer Klimaanlagen-Einrichtung über eine Kältemittel-Verbindungsleitung verbunden ist, um die Temperatur des Kühlmittels durch Wärmetausch des in der Batterie-Kühlmittelleitung zirkulierten Kühlmittels mit einem selektiv aus der Klimaanlageneinrichtung zugeführten Kältemittel zu justieren, wobei die Klimaanlageneinrichtung einen darin vorgesehenen Haupt-Wärmetauscher beinhaltet, welcher mit der Kühlmittelleitung verbunden ist, und das Kältemittel durch Wärmetausch mit dem durch die Kühlmittelleitung zugeführten Kühlmittel kondensiert oder verdampft, abhängig von einem Kühlmodus oder zumindest einem Heizmodus des Fahrzeugs, die Klimaanlagen-Einrichtung weiter beinhaltet eine Nebenleitung, welche mit der Kältemittelleitung über ein Kältemittelventil verbunden ist, um das Kältemittel, welches den Haupt-Wärmetauscher passiert hat, in einen Kompressor selektiv einzuführen, und der zumindest ein Heizmodus betrieben wird durch selektives Verwenden des Heizelements, von Außenluft oder Abwärme des Batteriemoduls.
Die Klimaanlagen-Einrichtung kann weiter beinhalten: einen internen Kondensator, der mit dem Haupt-Wärmetauscher über die Kältemittelleitung verbunden ist, einen Verdampfer, der mit dem Haupt-Wärmetauscher über die Kältemittelleitung verbunden ist, einen zwischen dem Verdampfer durch die Kältemittelleitung verbundenen Kompressor; ein in der Kältemittelleitung vorgesehenes erstes Expansionsventil, um den Haupt-Wärmetauscher und den Verdampfer zu verbinden; ein zweites Expansionsventil, das in der Kältemittel-Verbindungsleitung vorgesehen ist; und ein drittes Expansionsventil, das in der Kältemittelleitung zwischen dem internen Kondensator und dem Haupt-Wärmetauscher vorgesehen ist.
Das dritte Expansionsventil kann das Kältemittel, welches den internen Kondensator passiert hat, expandieren, um es dem Haupt-Wärmetauscher in zumindest einem Heizmodus zuzuführen.
Die Klimaanlagen-Einrichtung mag weiter beinhalten einen in der Kältemittelleitung zwischen dem Hauptwärmetauscher und dem ersten Expansionsventil vorgesehenen Unterwärmetauscher.
Der Unterwärmetauscher kann weiter das im Hauptwärmetauscher kondensierte oder verdampfte Kältemittel durch Wärmetausch mit Außenluft kondensieren oder verdampfen.
Ein erstes Ende der Kältemittel-Verbindungsleitung kann mit der Kältemittelleitung zwischen dem Unterkondensator und dem ersten Expansionsventil verbunden sein und ein zweites Ende der Kältemittel-Verbindungsleitung kann mit der Kältemittelleitung zwischen dem Verdampfer und dem Kompressor verbunden sein.
Ein erstes Ende der Nebenleitung kann mit dem Kältemittelventil, das in der Kältemittelleitung zwischen dem Haupt-Wärmetauscher und dem Unter-Wärmetauscher vorgesehen ist, verbunden sein und ein zweites Ende der Nebenleitung kann mit einem in der Kältemittelleitung zwischen dem Verdampfer und dem Kompressor vorgesehenen Akkumulator verbunden sein.
Die Kühleinrichtung kann weiter beinhalten eine Zweigleitung, die mit der Kühlmittelleitung zwischen dem Radiator und der ersten Wasserpumpe durch ein Ventil verbunden ist, das in der Kühlmittelleitung zwischen dem Radiator und der ersten Wasserpumpe vorgesehen ist.
Wenn das Batteriemodul im Kühlmodus des Fahrzeugs gekühlt wird, kann das Kühlmittel in der Kühlmittelleitung durch Betreiben der ersten Wasserpumpe in der Kühleinrichtung zirkuliert werden, kann die Zweigleitung durch einen Betrieb des Ventils geschlossen werden, kann das Kühlmittel in der Batterie-Kühlmittelleitung durch Betreiben der zweiten Wasserpumpe in der Batterie-Kühleinrichtung zirkuliert werden, kann die mit dem Verdampfer verbundene Kältemittelleitung durch Betreiben des ersten Expansionsventils geöffnet werden, kann die Kältemittel-Verbindungsleitung durch einen Betrieb des zweiten Expansionsventils in der Klimaanlagen-Vorrichtung geöffnet werden, und kann die Nebenleitung durch den Betrieb des Kältemittelventils geschlossen werden.
Der zumindest eine Heizmodus kann beinhalten: einen ersten Heizmodus, der indirekt eine Außen-Wärmequelle verwendet, einen zweiten Heizmodus, der direkt und indirekt eine Außen-Wärmequelle verwendet, einen dritten Heizmodus, der direkt eine Außen-Wärmequelle verwendet und Abwärme des Heizelements verwendet, und einen vierten Heizmodus, der eine Abwärmequelle des Heizelements verwendet.
Wenn der erste Heizmodus arbeitet, kann das Kühlmittel in der Kühlmittelleitung durch Betreiben der ersten Wasserpumpe in der Kühlmittel-Einrichtung zirkuliert werden, kann die Zweigleitung durch einen Betrieb des Ventils geschlossen werden, kann die mit dem Verdampfer verbundene Kältemittelleitung durch Betreiben des ersten Expansionsventils in der Klimaanlagen-Einrichtung geschlossen werden, kann die Kältemittel-Verbindungsleitung durch einen Betrieb des zweiten Expansionsventils geschlossen werden, kann die den Haupt-Wärmetauscher und den Verdampfer verbindende Kältemittelleitung durch einen Betrieb des Kältemittelventils auf Basis des Kältemittelventils geschlossen werden, und kann die Nebenleitung durch den Betrieb des Kältemittelventils geöffnet werden.
Wenn der zweite Heizmodus arbeitet, kann das Kühlmittel in der Kühlmittelleitung durch Betreiben der ersten Wasserpumpe in der Kühleinrichtung zirkuliert werden, kann die Zweigleitung durch einen Betrieb des Ventils geschlossen werden, kann die mit dem Verdampfer verbundene Kältemittelleitung durch Betrieb des ersten Expansionsventils in der Klimaanlagen-Einrichtung geschlossen werden, kann die Kältemittel-Verbindungsleitung durch einen Betrieb des zweiten Expansionsventils geöffnet werden, kann die den Haupt-Wärmetauscher und die Kältemittel-Verbindungsleitung verbindende Kältemittelleitung durch den Betrieb des Kältemittelventils geöffnet werden und kann die Nebenleitung durch den Betrieb des Kältemittelventils geöffnet werden.
Wenn der dritte Heizmodus arbeitet, kann das Kühlmittel in der Kühlmittelleitung durch Betreiben der ersten Wasserpumpe in der Kühleinrichtung zirkuliert werden, kann die Zweigleitung durch den Betrieb des Ventils geöffnet werden, kann die mit dem ersten Radiator verbundene Kühlmittelleitung durch den Betrieb des Ventils auf Basis der Zweigleitung geschlossen werden, kann die mit dem Verdampfer verbundene Kältemittelleitung durch den Betrieb des ersten Expansionsventils in der Klimaanlagen-Einrichtung geschlossen werden, kann die Kältemittel-Verbindungsleitung durch einen Betrieb des zweiten Expansionsventils geöffnet werden, kann die den Haupt-Wärmetauscher und die Kältemittel-Verbindungsleitung verbindende Kältemittelleitung durch den Betrieb des Kältemittelventils geöffnet werden und kann die Nebenleitung durch den Betrieb des Kältemittelventils geöffnet werden.
Wenn der vierte Heizmodus arbeitet, kann das Kühlmittel in der Kühlmittelleitung durch Betreiben der ersten Wasserpumpe in der Kühleinrichtung zirkuliert werden, kann die Zweigleitung durch einen Betrieb des Ventils geöffnet werden, kann die mit dem ersten Radiator verbundene Kühlmittelleitung durch den Betrieb des Ventils auf Basis der Zweigleitung geschlossen werden, kann die mit dem Verdampfer verbundene Kältemittelleitung durch den Betrieb des ersten Expansionsventils in der Klimaanlagen-Einrichtung geschlossen werden, kann die Kältemittel-Verbindungsleitung durch einen Betrieb des zweiten Expansionsventils geschlossen werden, kann die den Haupt-Wärmetauscher und den Verdampfer verbindende Kältemittelleitung durch einen Betrieb des Kältemittelventils auf Basis des Kältemittelventils geschlossen werden und kann die Nebenleitung durch den Betrieb des Kältemittelventils geöffnet werden.
Wenn die aus dem Batteriemodul erzeugte Abwärme selektiv in dem zweiten Heizmodus und dem dritten Heizmodus wiedergewonnen wird, kann das Kühlmittel durch die Batterie-Kühlmittelleitung durch den Betrieb der zweiten Wasserpumpe in der Batteriekühleinrichtung zirkuliert werden.
Im dritten Heizmodus und dem vierten Heizmodus kann das Ventil die mit dem Radiator verbundene Kühlmittelleitung öffnen, um Einiges des Kühlmittels, welches den Haupt-Wärmetauscher passiert hat, in den Radiator einzuführen und das andere Kühlmittel wird in das Heizelement eingeführt, wenn das Heizelement überheizt.
Jedes des Ventils und des Kühlmittelventils können ein 3-Wege-Ventil sein, die in der Lage sind, einen Fluidfluss zu distributieren.
Sowohl der Kühler als auch der Haupt-Wärmetauscher können ein wassergekühlter Wärmetauscher sein und der Unter-Wärmetauscher kann ein luftgekühlter Wärmetauscher sein.
Das Heizelement kann eine Stromsteuervorrichtung, einen Wechselrichter oder einen Bord-Lader (OBC), oder eine Stromumwandlungsvorrichtung oder eine elektrische Komponente, die eine autonome Fahrsteuerung enthält, oder einen Ölkühler beinhalten.
Wie oben beschrieben, wenn das Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung angewendet wird, kann die Temperatur des Batteriemoduls abhängig vom Modus des Fahrzeugs unter Verwendung eines Kühlers zum Durchführen von Wärmetausch zwischen dem Kühlmittel und dem Kältemittel justiert werden, und kann das Innere des Fahrzeugs durch Wiedergewinnen von Wärme aus verschiedenen Wärmequellen erhitzt werden, wodurch das Gesamtsystem vereinfacht wird.
Zusätzlich ist es gemäß der vorliegenden Offenbarung möglich, die Wärme-Effizienz durch selektives Wiedergewinnen der Abwärme zu verbessern, die aus der externen Wärmequelle, dem Heizelement oder dem Batteriemodul erzeugt wird, und seine Verwendung für Innenheizung in zumindest einem Heizmodus.
Zusätzlich ist es gemäß der vorliegenden Offenbarung möglich, die Leistung des Batteriemoduls durch effiziente Steuerung der Temperatur des Batteriemoduls zu optimieren, und eine Gesamt-Fahrdistanz des Fahrzeugs durch effiziente Verwaltung des Batteriemoduls zu vergrößern.
Weiter kann das Gesamtsystem vereinfacht werden, um die Herstellungskosten und Gewicht zu reduzieren und die Raumausnutzung zu verbessern.
Figurenliste

1 illustriert ein Blockdiagramm eines Wärmepumpensystems für ein Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
2 illustriert ein Betriebszustandsdiagramm, das einen Kühlmodus eines Fahrzeugs in einem Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
3 illustriert ein Betriebszustandsdiagramm, das einen ersten Heizmodus eines Fahrzeugs in einem Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
4 illustriert ein Betriebszustandsdiagramm, das einen zweiten Heizmodus eines Fahrzeugs in einem Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
5 illustriert ein Betriebszustandsdiagramm, das einen dritten Heizmodus eines Fahrzeugs in einem Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
6 illustriert ein Betriebszustandsdiagramm, das einen vierten Heizmodus eines Fahrzeugs in einem Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird nachfolgend im Detail unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Da die in der Spezifikation und den in den Zeichnungen gezeigten Konfigurationen beschriebenen Ausführungsformen lediglich die bevorzugtesten Ausführungsformen und Konfigurationen der vorliegenden Offenbarung sind, repräsentieren sie nicht alle der technischen Ideen der vorliegenden Offenbarung und es versteht sich, dass verschiedene äquivalente und modifizierte Beispiele, welche die Ausführungsformen ersetzen können, möglich sind, wenn die vorliegende Anmeldung eingereicht wird.
Um die vorliegende Offenbarung klar zu beschreiben, werden Teile, die für die Beschreibung irrelevant sind, weggelassen, und werden identische oder ähnliche Bestandteilelemente in der Beschreibung durch dieselben Bezugszeichen bezeichnet.
Da Größe und Dicke jeder in den Zeichnungen gezeigten Konfiguration aus Gründen der bequemen Beschreibung beliebig gezeigt sind, ist die vorliegende Offenbarung nicht notwendigerweise auf in den Zeichnungen illustrierte Konfigurationen beschränkt, und um die mehreren Teile und Bereiche klar zu illustrieren, sind vergrößerte Dicken gezeigt.
Zusätzlich verstehen sich in der Beschreibung, wenn nicht das Gegenteil explizit beschrieben ist, das Wort „umfassen“ und Variationen wie etwa „umfasst“ oder „umfassend“, den Einschluss genannter Elemente zu implizieren, aber nicht den Ausschluss jeglicher anderer Elemente.
Weiterhin bedeuten Ausdrücke wie etwa „Einheit“, „Mittel“, „Teil“ und „Bauteil“, beschrieben in der Spezifikation, eine Einheit einer umfassenden Konfiguration mit zumindest einer Funktion oder Operation.
1 illustriert ein Blockdiagramm eines Wärmepumpensystems für ein Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann das Wärmepumpensystem eine Temperatur eines Batteriemoduls 23 unter Verwendung eines Kühlers 30 zum Durchführen von Wärmetausch zwischen einem Kältemittel und einem Kühlmittel justieren und kann Wärme aus verschiedenen Wärmequellen wiedergewinnen, um sie für Innenheizung zu verwenden. Ein solches Wärmepumpensystem kann auf Elektrofahrzeuge angewendet werden.
Bezugnehmend auf 1 kann das Wärmepumpensystem eine Kühleinrichtung 10, eine Batterie-Kühleinrichtung 20 und einen Kühler 30 beinhalten.
Zuerst beinhaltet die Kühleinrichtung 10 einen Radiator 12, eine erste Wasserpumpe 14 und ein Heizelement 15, die miteinander über eine Kühlmittelleitung 11 verbunden sind.
Der an der Front des Fahrzeugs angeordnete Radiator 12 und ein Kühlventilator 13 ist zwischen dem Radiator 12 angeordnet, so dass das Kühlmittel durch den Betrieb des Kühlventilators 13 und Wärmetausch mit der Außenluft gekühlt wird.
Zusätzlich kann das Heizelement 15 eine elektrische Stromsteuereinheit (EPCU), einen Motor, einen Wechselrichter und einen Bord-Lader (OBC) und einen mit dem Motor verbundenen Ölkühler beinhalten.
Das Heizelement 15, das wie oben beschrieben konfiguriert ist, kann in der Kühlmittelleitung 11 vorgesehen sein, um in einer wassergekühlten Weise gekühlt zu werden.
Entsprechend, wenn die Abwärme des Heizelements 15 im Heizmodus des Fahrzeugs wiedergewonnen wird, kann die aus der EPCU, dem Motor, dem Wechselrichter oder dem OBC erzeugte Wärme wiedergewonnen werden.
Zusätzlich ist ein Reservoir-Tank (nicht illustriert) in der Kühlmittelleitung 11 zwischen dem Radiator 12 und der Wasserpumpe 14 vorgesehen. Das durch den Radiator 12 gekühlte Kühlmittel kann in dem Reservoir-Tank (nicht illustriert) gespeichert werden.
Diese Kühleinrichtung 10 kann das Kühlmittel in der Kühlmittelleitung 11 durch den Betrieb der ersten Wasserpumpe 14 so zirkulieren, dass das Kühlmittel dem in der Kühlmittelleitung 11 vorgesehenen Heizelement 15 zugeführt wird.
Derweil kann die Kühleinrichtung 10 weiter eine Zweigleitung 18, die zwischen der Kühlmittelleitung 11 und dem Radiator 12 und der ersten Wasserpumpe 14 durch ein Ventil 16, das in der Kühlmittelleitung 11 zwischen dem Radiator 12 und der ersten Wasserpumpe 14 bereitgestellt ist, verbunden ist, enthalten.
Ein erstes Ende der Zweigleitung 18 kann mit der Kühlmittelleitung 11 durch das Ventil 16 verbunden sein und ein zweites Ende der Zweigleitung 18 kann mit der Kühlmittelleitung 11, die das Heizelement 15 und den Radiator 12 verbindet, verbunden sein.
Die Zweigleitung 18 wird selektiv durch den Betrieb des Ventils 16 geöffnet, wenn eine Temperatur des Kühlmittels durch Absorbieren von Abwärme, die im Heizelement 15 erzeugt wird, steigt. In diesem Fall wird die mit dem Radiator 12 verbundene Kühlmittelleitung 11 durch den Betrieb des Ventils 16 geschlossen.
In der vorliegenden Ausführungsform beinhaltet die Batteriekühleinrichtung 20 eine Batteriekühlmittelleitung 21, ein mit der Batteriekühlmittelleitung 21 verbundenes Batteriemodul 23 und eine zweite Wasserpumpe 25.
Die Batteriekühleinrichtung 20 zirkuliert selektiv das Kühlmittel im Batteriemodul 23 durch den Betrieb der zweiten Wasserpumpe 25.
In der vorliegenden Ausführungsform ist der Kühler 30 mit der Batteriekühleinrichtung 20 und der Batteriekühlmittelleitung 21 verbunden. Das heißt, dass der Kühler 30 in der Batteriekühlmittelleitung 21 vorgesehen ist.
Der Kühler 30 ist mit einer Kältemittelleitung 51 der Klimaanlage 50 durch eine Kältemittel-Verbindungsleitung 61 verbunden. Das heißt, dass der Kühler 30 ein wassergekühlter Wärmetauscher sein kann, in den ein Kühlmittel fließt.
Entsprechend kann der Kühler 30 die Temperatur des Kühlmittels durch Durchführen von Wärmetausch zwischen dem Kühlmittel, das der Batteriekühlmittelleitung 21 selektiv zugeführt wird, und dem Kältemittel, das aus der Klimaanlage 50 selektiv zugeführt wird, regulieren.
Hier können die erste Wasserpumpe 14 und die zweite Wasserpumpe 25 beide eine elektrische Wasserpumpe sein.
In der vorliegenden Ausführungsform beinhaltet die Klimaanlage 50 ein HVAC- (Heizen, Ventilieren und Klimatisieren) Modul (nicht illustriert), einen internen Kondensator 52, einen Haupt-Wärmetauscher 53, einen Unter-Wärmetauscher 54, ein erstes Expansionsventil 55, einen Verdampfer 56, einen Kompressor 59, ein zweites Expansionsventil 63 und ein drittes Expansionsventil 65, welche durch die Kältemittelleitung 51 verbunden sind.
Zuerst beinhaltet das HVAC-Modul den Verdampfer 56, der damit über die Kältemittelleitung 51 verbunden ist und eine Öffnungs- und Schließtür (nicht illustriert) zum Steuern von Außenluft, die den Verdampfer 56 passiert, so dass sie selektiv zum internen Kondensator 52 abhängig von einem Kühlmodus, zumindest einem Heizmodus oder einem Entfeuchtungsmodus des Fahrzeugs darin fließt.
Das heißt, dass das Öffnungs- und Schließtür (nicht illustriert) geöffnet wird, um im Heizmodus des Fahrzeugs der den Verdampfer 56 passierende Außenluft zu ermöglichen, in den internen Kondensator 52 eingeführt zu werden.
Im Gegensatz dazu schließt im Kühlmodus des Fahrzeugs die (nicht illustrierte) Öffnungs- und Schließtür den internen Kondensor 43 so ab, dass die Außenluft, die während der Passage durch den Verdampfer 56 gekühlt wird, direkt in das Fahrzeug fließt.
Hier kann der interne Kondensator 52 das aus dem Kompressor 59 zugeführte Kältemittel durch Wärmeaustausch mit der Außenluft kondensieren. Der interne Kondensator 52 ist mit dem Haupt-Wärmetauscher 53 durch die Kältemittelleitung 51 verbunden.
In der vorliegenden Ausführungsform ist der Haupt-Wärmetauscher 53 mit der Kältemittelleitung 51 verbunden, um dem Kältemittel zu ermöglichen, hindurchzufließen. Dieser Haupt-Wärmetauscher 53 ist in der Kühlmittelleitung 11 zwischen dem Heizelement 15 und dem Radiator 12 vorgesehen, um dem in der Kühleinrichtung 10 zirkulierenden Kühlmittel zu gestatten, zu passieren.
Das heißt, dass der Haupt-Wärmetauscher 53 das Kältemittel durch Wärmetauschen mit dem über die Kühlmittelleitung 11 zugeführten Kühlmittel kondensieren oder verdampfen kann, abhängig von einem Kühlmodus oder zumindest einem Heizmodus des Fahrzeugs.
Der Haupt-Wärmetauscher 53 kann ein wassergekühlter Wärmetauscher sein, in welchem ein Kühlmittel fließt.
Hierin kann der zumindest ein Heizmodus betrieben werden durch selektives Verwenden des Heizelements 15, von Außenluft oder Abwärme des Batteriemoduls 23.
In der vorliegenden Ausführungsform kann der Unter-Wärmetauscher 54 in der Kältemittelleitung 51 zwischen dem Haupt-Wärmetauscher 53 und dem Verdampfer 56 vorgesehen sein.
Hier kann der Unter-Wärmetauscher 54 weiter das im Haupt-Wärmetauscher 53 durch Wärmetausch mit der Außenseite kondensierte oder verdampfte Kältemittel kondensieren oder verdampfen. Das heißt, dass der Unter-Wärmetauscher 54 an der Front des Radiators 12 angeordnet ist, um das darin eingeführte Kältemittel mit der Außenluft wärmezutauschen.
Als Ergebnis kann der Unter-Wärmetauscher 54 ein luftgekühlter Wärmetauscher sein, der ein Kältemittel unter Verwendung von Außenluft kondensiert.
Als solches, wenn der Haupt-Wärmetauscher 53 das Kältemittel kondensiert, erhöht der Unter-Wärmetauscher 54 das Unterkühlen des Kältemittels durch weiteres Kondensieren des in dem Haupt-Wärmetauscher 53 kondensierten Kältemittels, wodurch ein Leistungskoeffizient (COP, coefficient of performance) verbessert wird, der ein Koeffizient der Kühlkapazität relativ zu dem vom Kompressor benötigten Strom wird.
Umgekehrt kann, wenn der Haupt-Wärmetauscher 53 das Kältemittel verdampft, der Unter-Wärmetauscher 54 zusätzlich das im Haupt-Wärmetauscher 53 verdampfte Kältemittel verdampfen.
Das erste Expansionsventil 55 ist in der Kältemittelleitung 51 zwischen dem Unter-Wärmetauscher 54 und dem Verdampfer 56 vorgesehen. Das erste Expansionsventil 55 empfängt das den Unter-Wärmetauscher 54 passierende Kältemittel, um es zu expandieren.
In der vorliegenden Ausführungsform kann der Verdampfer 56 das Kältemittel durch Wärmetausch mit Außenluft im Fahrzeug-Kühlmodus verdampfen. Die Außenluft, die gekühlt wird, während sie den Verdampfer 56 passiert, kann in ein Fahrzeuginneres eingeleitet werden, um das Fahrzeuginnere zu kühlen.
Hier kann die Klimaanlagen-Einrichtung weiter einen Akkumulator 57 beinhalten.
Der Akkumulator 57 ist in der Kältemittelleitung 51 zwischen dem Verdampfer 56 und dem Kompressor 59 vorgesehen und ist mit der Kältemittel-Verbindungsleitung 61 verbunden.
Der Akkumulator 57 verbessert die Effizienz und Haltbarkeit des ersten Kompressors 59 durch Zuführen nur eines gasförmigen Kältemittels zum ersten Kompressor 59.
Der Kompressor 59 ist damit zwischen dem Verdampfer 56 und dem internen Kondensator 52 durch die Kältemittelleitung 51 verbunden. Der Kompressor 59 kann das gasförmige Kältemittel komprimieren und das komprimierte Kältemittel dem internen Kondensator 52 zuführen.
In der vorliegenden Ausführungsform ist ein erstes Ende der Kältemittel-Verbindungsleitung 61 mit der Kältemittelleitung 51 zwischen dem Unter-Wärmetauscher 54 und dem ersten Expansionsventil 55 verbunden. Ein zweites Ende der Kältemittel-Verbindungsleitung 61 kann mit der Kältemittelleitung 51 zwischen dem Verdampfer 56 und dem Kompressor 59 verbunden sein.
Hier ist ein zweites Expansionsventil 63 in der Kältemittel-Verbindungsleitung 61 vorgesehen. Das zweite Expansionsventil 63 kann das durch die Kältemittel-Verbindungsleitung 61 fließende Kältemittel expandieren, um es in den Kühler 30 einzuführen, wenn das Batteriemodul 23 durch das mit dem Kältemittel wärmegetauschte Kühlmittel gekühlt wird.
Das heißt, dass das zweite Expansionsventil 63 betrieben wird, um das Kältemittel zu expandieren, wenn das Batteriemodul 23 unter Verwendung des mit dem Kältemittel wärmegetauschten Kühlmittels gekühlt wird.
Das zweite Expansionsventil 63 kann das aus dem Unter-Wärmetauscher 54 erschöpfte Kältemittel in dem Kühler 30 in einem Zustand einleiten, bei dem die Temperatur des Kältemittels durch Expandieren des Kältemittels reduziert wird, um die Temperatur des das Innere des Kühlers 30 passierenden Kühlmittels weiter zu reduzieren.
Als Ergebnis wird das Kühlmittel mit der reduzierten Temperatur beim Passieren durch den Kühler 30 in das Batteriemodul 23 eingeleitet, wodurch es effizienter gekühlt wird.
Das dritte Expansionsventil 65 ist in der Kältemittelleitung 51 zwischen dem internen Kondensator 52 und dem Haupt-Wärmetauscher 53 vorgesehen.
Hier kann das dritte Expansionsventil 65 das Kältemittel, das den internen Kondensator 52 passiert hat, in dem zumindest einen Heizmodus expandieren, um es dem Haupt-Wärmetauscher 53 zuzuführen.
Entsprechend kann der Haupt-Wärmetauscher 53 das Kältemittel durch Wärmetausch mit dem über die Kühlmittelleitung 11 zugeführten Kühlmittel in dem zumindest einen Heizmodus verdampfen.
Die Klimaanlage 50, die auf diese Weise konfiguriert ist, beinhaltet weiter eine Nebenleitung 73, die damit über die Kältemittelleitung 51 und das Kältemittelventil 71 verbunden ist, um das Kältemittel, welches den Haupt-Wärmetauscher 53 passiert hat, in den Kompressor 59 selektiv einzuleiten.
Ein erstes Ende der Nebenleitung 73 ist mit dem Kältemittelventil 71, das in der Kältemittelleitung 51 zwischen dem Haupt-Wärmetauscher 53 und dem Unter-Wärmetauscher 54 vorgesehen ist, verbunden.
Ein zweites Ende der Nebenleitung 73 kann mit dem in der Kältemittelleitung 51 zwischen dem Verdampfer 56 und dem Kompressor 59 vorgesehenen Akkumulator 57 verbunden sein.
Hierin können erste, zweite und dritte Expansionsventile 55, 63 und 65 elektronische Expansionsventile sein, die selektiv das Kühlmittel expandieren, während ein Fluss des Kältemittels durch die Kältemittelleitung 51 oder die Kältemittel-Verbindungsleitung 61 gesteuert wird.
Zusätzlich können sowohl das Ventil 16 als auch das Kältemittelventil 71 ein Dreiwegeventil sein, das zum Verteilen eines Fluidflusses fähig ist.
Derweil kann in der vorliegenden Ausführungsform der zumindest eine Heizmodus erste, zweite, dritte und vierte Heizmodi beinhalten.
Zuerst kann der erste Heizmodus indirekt eine externe Wärmequelle nutzen.
Das heißt, dass im ersten Heizmodus die Kühleinrichtung 10 die Wärme aus der externen Luft-Wärmequelle wiedergewinnen kann, während das Kühlmittel im Radiator 12 durch Wärmetausch mit der Außenluft gekühlt wird. Die wiedergewonnene Wärme aus der externen Wärmequelle kann indirekt durch Wärmetausch zwischen dem Kältemittel und dem Kühlmittel im Haupt-Wärmetauscher 53 wiedergewonnen werden.
Entsprechend kann der erste Heizmodus das Fahrzeuginnere durch indirekte Verwendung der externen Wärmequelle heizen.
In der vorliegenden Ausführungsform kann der zweite Heizmodus direkt oder indirekt die externe Wärmequelle verwenden.
Das heißt, dass im zweiten Heizmodus die Kühleinrichtung 10 die Wärme aus der externen Außenluft-Wärmequelle wiedergewinnen kann, während das Kühlmittel im Radiator 12 durch Wärmetausch mit der Außenluft gekühlt wird.
Zusätzlich gewinnt der Unter-Wärmetauscher 54 die Wärme aus der externen Wärmequelle wieder, während das Kältemittel durch Wärmetausch mit der Außenluft verdampft wird.
Die Wärme aus der externen Wärmequelle, die aus der Kühleinrichtung 10 wiedergewonnen wird, wird indirekt durch Wärmetausch des Kältemittels und des Kühlmittels im Haupt-Wärmetauscher 53 wiedergewonnen. Zusätzlich kann der Unter-Wärmetauscher 54 direkt die Wärme aus der externen Wärmequelle durch Wärmetausch zwischen dem Kältemittel und der Außenluft wiedergewinnen.
Entsprechend kann der zweite Heizmodus das Fahrzeuginnere durch direkte oder indirekte Verwendung der externen Wärmequelle heizen.
In der vorliegenden Ausführungsform kann der dritte Heizmodus direkt die externe Wärmequelle verwenden und kann Abwärme des Heizelements 15 verwenden.
Das heißt, dass im dritten Heizmodus die Kühleinrichtung 10 die Abwärme des Heizelements 15 während der Kühlung des Heizelements 15 unter Verwendung des Kühlmittels wiedergewinnt.
Das Kühlmittel, das eine Temperatur aufweist, die während des Kühlens des Heizelements 15 steigt, kann durch Wärmetausch mit dem Kältemittel in dem Haupt-Wärmetauscher 53 ohne passieren des Radiators 12 wiedergewonnen werden.
Zusätzlich gewinnt der Unter-Wärmetauscher 54 direkt die Wärme aus der externen Wärmequelle während Verdampfung des Kältemittels durch Wärmetausch mit der Außenluft.
Entsprechend kann der dritte Heizmodus direkt die externe Wärmequelle verwenden und kann ein Fahrzeuginneres unter Verwendung von Wärme aus einer Abwärmequelle des Heizelements 15 heizen. Zusätzlich kann der vierte Heizmodus die Abwärmequelle des Heizelements 15 verwenden.
Das heißt, dass im vierten Heizmodus die Kühleinrichtung 10 die Abwärme des Heizelements 15 wiedergewinnt, während das Heizelement 15 unter Verwendung des Kühlmittels gekühlt wird.
Das Kühlmittel, das eine Temperatur aufweist, die ansteigt, während das Heizelement 15 gekühlt wird, kann über Wärmetausch mit dem Kältemittel im Haupt-Wärmetauscher 53 ohne passieren des Radiators 12 wiedergewonnen werden.
Entsprechend kann im vierten Heizmodus das Fahrzeuginnere unter Verwendung der Abwärmequelle des Heizelements 15 erwärmt werden.
Derweil, wenn die aus dem Batteriemodul 23 erzeugte Abwärme selektiv im zweiten Heizmodus und im dritten Heizmodus wiedergewonnen wird, kann das Kühlmittel durch die Batteriekühlmittelleitung 21 durch den Betrieb der zweiten Wasserpumpe 25 in der Batteriekühleinrichtung 20 zirkuliert werden.
Zusätzlich, wenn das Heizelement 15 im dritten Heizmodus und dem vierten Heizmodus überhitzt, kann die mit dem Radiator 12 verbundene Kühlmittelleitung 11 geöffnet werden, um einiges des Kühlmittels, welches den Haupt-Wärmetauscher 53 passiert hat, in den Radiator 12 einzuleiten und das andere Kühlmittel in das Heizelement 15.
Nachfolgend wird ein Betrieb und eine Funktion des Wärmepumpensystems für ein Fahrzeug gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, konfiguriert wie oben beschrieben, im Detail unter Bezugnahme auf 2 bis 6 beschrieben.
In der vorliegenden Ausführungsform wird eine Operation zum Kühlen des Batteriemoduls 23 in einen Kühlmodus unter Bezugnahme auf 2 beschrieben.
2 illustriert ein Betriebszustands-Diagramm, das einen Kühlmodus eines Fahrzeugs in einem Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
Bezugnehmend auf 2 wird in der Kühleinrichtung 10 das Kühlmittel in der Kühlmittelleitung 11 durch den Betrieb der ersten Wasserpumpe 14 zirkuliert.
In diesem Fall wird die Zweigleitung 18 durch den Betrieb des Ventils 16 geschlossen.
Entsprechend kann das durch den Radiator 12 gekühlte Kühlmittel entlang der Kühlmittelleitung 11 durch den Betrieb der ersten Wasserpumpe 14 zirkuliert werden, um das Heizelement 15 zu kühlen.
Das Kühlmittel, das das Heizelement 15 passiert hat, kann dem Haupt-Wärmetauscher 53 durch den Betrieb der ersten Wasserpumpe 14 zugeführt werden.
In diesem Zustand wird in der Batteriekühleinrichtung 20 die zweite Wasserpumpe 25 betrieben, um das Batteriemodul 24 zu kühlen.
Dann kann in der Batteriekühleinrichtung 20 das Kühlmittel in der Batteriekühlmittelleitung 21 durch den Betrieb der zweiten Wasserpumpe 25 zirkuliert werden.
Entsprechend kann in der Batteriekühleinrichtung 20 das Kühlmittel, welches den Kühler 30 durch den Betrieb der zweiten Wasserpumpe 25 passiert hat, dem Batteriemodul 23 entlang der Batteriekühlmittelleitung 21 zugeführt werden.
In der Klimaanlage 50 arbeitet jedes Bestandteilelement zum Kühlen des Fahrzeuginneren. Entsprechend wird das Änderungsmuster entlang der Kältemittelleitung 51 zirkuliert.
Hier wird die den Unter-Wärmetauscher 54 und den Verdampfer 56 verbindenden Kältemittelleitung 51 durch den Betrieb des ersten Expansionsventils 55 geöffnet. Die Kältemittel-Verbindungsleitung 61 wird durch den Betrieb des zweiten Expansionsventils 63 geöffnet.
Eine Zweigleitung 43 wird durch den Betrieb des Kältemittelventils 71 geschlossen.
Dann fließt das Kältemittel, welches den Haupt-Wärmetauscher 53 passiert hat, in den Unter-Wärmetauscher 54 auf der Kältemittelleitung 51. Danach kann das den Unter-Wärmetauscher 54 passierende Kältemittel auf der Kältemittelleitung 51 und der Kältemittel-Verbindungsleitung 61 zirkuliert werden.
Hier können die ersten und zweiten Expansionsventile 55 und 63 das Kältemittel so expandieren, dass das expandierte Kältemittel dem Verdampfer 56 bzw. dem Kühler 30 zugeführt wird.
Zusätzlich kann das dritte Expansionsventil 65 das Kältemittel, welches den internen Kondensator 52 passiert hat, dem Haupt-Wärmetauscher 53 zuführen, ohne es zu expandieren.
Entsprechend kondensiert der Haupt-Wärmetauscher 53 das Kältemittel durch Verwenden des auf der Kühlmittelleitung 11 fließenden Kühlmittels.
Zusätzlich kann der Unter-Wärmetauscher 54 weiter das aus dem Haupt-Wärmetauscher 53 fließende Kältemittel durch Wärmetausch mit der Außenluft weiter kondensieren.
Derweil zirkuliert das den Kühler 30 passierende Kühlmittel in der Batteriekühlmittelleitung 21, um das Batteriemodul 23 durch den Betrieb der zweiten Wasserpumpe 25 zu kühlen.
Das den Kühler 30 passierende Kühlmittel wird durch Wärmetausch mit dem expandierten Kältemittel, welches dem Kühler 30 zugeführt wird, gekühlt. Das im Kühler 30 gekühlte Kühlmittel wird dem Batteriemodul 23 zugeführt. Entsprechend wird das Batteriemodul 23 durch das gekühlte Kühlmittel gekühlt.
Das heißt, dass das zweite Expansionsventil 63 etwas des Kältemittels, welches den Einführloch 44 passiert hat, expandiert, um das expandierte Kältemittel dem Kühler 30 zuzuführen, und öffnet die Kältemittel-Verbindungsleitung 61.
Entsprechend wird einiges aus dem Unter-Wärmetauscher 54 abgegebene Kältemittel expandiert, um einen Niedrigtemperatur- und Niedrigdruck-Zustand zu kommen, durch den Betrieb des integrierten Steuerventils 63, und fließt in den Kühler 30, welcher mit der ersten Verbindungsleitung 61 verbunden ist.
Danach führt das in den ersten Kühler 40 fließende Kältemittel Wärmetausch mit dem Kühlmittel aus und fließt in den Kompressor 59 nach passieren der Kältemittelleitung 61 durch die erste Verbindungsleitung 61.
Entsprechend wird das Kühlmittel, welches die Temperatur aufweist, die angehoben wird, während das Batteriemodul 23 gekühlt wird, durch den Wärmetausch mit der Niedrigtemperatur und Niedrigdruck-Kältemittel innerhalb des Kühlers 30 gekühlt. Das gekühlte Kühlmittel wird dem Batteriemodul 23 auf der Batteriekühlmittelleitung 21 rückgeführt.
Als Ergebnis kann das in der Batteriekühleinrichtung 20 zirkulierende Kühlmittel das Batteriemodul 23 effizient kühlen, während der oben beschriebene Betrieb wiederholt wird.
Derweil fließt das aus dem Unter-Wärmetauscher 54 abgegebene andere Kältemittel durch die Kältemittelleitung 51, um das Fahrzeuginnere zu kühlen, und passiert sequentiell das erste Expansionsventil 55, den Verdampfer 56, den Akkumulator 57, den Kompressor 59, den internen Kondensator 52 und den Haupt-Wärmetauscher 53.
Hier wird die in das HVAC-Modul (nicht illustriert) fließende Außenluft gekühlt, während sie den Verdampfer 56 passiert, durch das in den Verdampfer 56 fließende Niedrigtemperatur-Kältemittel. In diesem Fall wird ein Bereich des internen Kondensators 52, welchen die gekühlte Außenluft passiert, durch die Öffnungs- und Schließtür (nicht illustriert) geschlossen, so dass die Außenluft den internen Kondensator 52 nicht passiert. Entsprechend fließt die gekühlte Außenluft direkt in das Fahrzeuginnere, wodurch das Fahrzeuginnere gekühlt wird.
Derweil kann das Kühlmittel mit einem Kondensationsbetrag, der ansteigt, während es sequentiell den Haupt-Wärmetauscher 53 und den Unter-Wärmetauscher 54 passiert, expandiert und dem Verdampfer 56 zugeführt werden, wodurch dem Kältemittel gestattet wird, zu einer niedrigeren Temperatur verdampft zu werden.
Als Ergebnis kondensiert in der vorliegenden Ausführungsform der Haupt-Wärmetauscher 53 das Kältemittel und kondensiert der Unter-Wärmetauscher 54 weiter das Kältemittel, was beim Durchführen des Unterkühlens des Kältemittels vorteilhaft ist.
Zusätzlich, wenn das der Unterkühlung unterworfene Kühlmittel auf eine niedrigere Temperatur im Verdampfer 56 verdampft wird, kann eine Temperatur der den Verdampfer 56 passierenden Außenluft weiter gesenkt werden, wodurch die Kühlleistung und Effizienz verbessert wird.
Das Kältemittel kann das Fahrzeuginnere im Kühlmodus des Fahrzeugs kühlen, während die oben beschriebenen Prozesse wiederholt werden, und kann gleichzeitig das Kühlmittel durch Wärmetausch während der Passage durch den Kühler 30 kühlen.
Das im Kühler 30 gekühlte Niedertemperatur-Kühlmittel wird in das Batteriemodul 23 eingeleitet. Entsprechend kann das Batteriemodul 23 effizient durch das daraus zugeführte Niedertemperaturkühlmittel gekühlt werden.
Nachfolgend wird ein Betrieb des ersten Heizmoduls des Fahrzeugs unter Bezugnahme auf 3 beschrieben.
3 illustriert ein Betriebszustandsdiagramm, das einen ersten Heizmodus eines Fahrzeugs in einem Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
Bezugnehmend auf 3, kann der erste Heizmodus das Fahrzeuginnere durch indirekte Verwendung der externen Wärmequelle heizen.
Zuerst wird in der Kühleinrichtung 10 die erste Wasserpumpe 14 für die Zirkulation des Kühlmittels betrieben.
In diesem Fall wird die Zweigleitung 18 durch den Betrieb des Ventils 16 geschlossen.
Entsprechend kann ein durch den Radiator 12 gekühltes Kühlmittel auf der Kühlmittelleitung 11 durch den Betrieb der ersten Wasserpumpe 14 zirkuliert werden, so dass es das Heizelement 15 kühlt.
Das Kühlmittel, welches das Heizelement 15 passiert hat, kann aus dem Haupt-Wärmetauscher 53 durch den Betrieb der ersten Wasserpumpe 14 zugeführt werden.
Das heißt, dass im ersten Heizmodus die Kühleinrichtung 10 die Wärme aus der externen Luft-Wärmequelle wiedergewinnen kann, während das Kühlmittel im Radiator 12 durch Wärmetausch mit der Außenluft gekühlt wird.
In der Klimaanlage 50 arbeitet jedes Bestandteilelement, das Fahrzeuginnere zu heizen. Entsprechend wird das Kältemittel entlang der Kältemittelleitung 51 zirkuliert.
Hierin wird die mit dem Verdampfer 56 verbundene Kältemittelleitung 51 durch den Betrieb des ersten Expansionsventils 55 geschlossen.
Zur oder um die gleiche Zeit herum sind die den Haupt-Wärmetauscher 53, den Unter-Wärmetauscher 54 und den Verdampfer 56 verbindende Kältemittelleitung 51 durch den Betrieb des Kältemittelventils 71 geschlossen, basierend auf dem Kältemittelventil 41.
Die Nebenleitung 73 kann durch den Betrieb des Kältemittelventils 73 geöffnet werden.
Das heißt, dass das durch den Betrieb des Kompressors 59 komprimierte Kältemittel den internen Kondensator 52 passiert und dann in das dritte Expansionsventil 65 fließt.
In diesem Fall kann das Expansionsventil 65 das aus dem internen Kondensator 52 zugeführte Kältemittel expandieren, um es dem Haupt-Wärmetauscher 53 zuzuführen.
Der Haupt-Wärmetauscher 53 kann das aus dem dritten Expansionsventil 65 durch Wärmetausch mit dem Kühlmittel, welches über die Kühlmittelleitung 11 zugeführt wird, zugeführte Kältemittel verdampfen.
Das im Haupt-Wärmetauscher 53 verdampfte Kältemittel wird dem Akkumulator 57 auf der offenen Nebenleitung 73 zugeführt.
Das dem Akkumulator 57 zugeführte Kältemittel wird in ein Gas und eine Flüssigkeit getrennt und von ihnen wird das gasförmige Kältemittel dem Kompressor 59 zugeführt. Das im Kompressor 59 komprimierte Kältemittel wird dem internen Kondensator 52 zugeführt.
Hier kann die Wärme aus der externen Wärmequelle, die aus der Kühleinrichtung 10 wiedergewonnen wird, indirekt durch Wärmetausch des Kältemittels und des Kühlmittels im Haupt-Wärmetauscher 53 wiedergewonnen werden.
Derweil wird die (nicht illustrierte) Öffnungs- und Schließtür geöffnet, um in das (nicht illustrierte) HVAC-Modul fließender Außenluft das Passieren des Verdampfers 56 zu ermöglichen, um den internen Kondensator 52 zu passieren.
Entsprechend fließt die von außerhalb eingelassene Außenluft in einem Raumtemperaturzustand, in welchem sie nicht gekühlt ist, wenn sie den Verdampfer 56 passiert, welchem kein Kältemittel zugeführt wird. Die eingeführte Außenluft kann in einem Hochtemperaturzustand beim Passieren des internen Kondensators 52 umgewandelt werden und fließt in das Fahrzeug, wodurch das Fahrzeuginnere beheizt wird.
Das heißt, dass das Wärmepumpensystem gemäß der vorliegenden Ausführungsform indirekt die Wärme aus der externen Wärmequelle wiedergewinnen kann, die aus der Kühleinrichtung 10 wiedergewonnen ist, aus dem Haupt-Wärmetauscher 53 im ersten Heizmodus des Fahrzeugs und es zum Steigern einer Temperatur des Kältemittels verwenden, wodurch der Stromverbrauch des Kompressors 59 reduziert wird und die Heizeffizienz verbessert wird.
Nachfolgend wird ein Betrieb des zweiten Heizmodus des Fahrzeugs unter Bezugnahme auf 4 beschrieben.
4 illustriert ein Betriebszustandsdiagramm, das einen zweiten Heizmodus des Fahrzeugs in einem Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
Bezugnehmend auf 4, kann der zweite Heizmodus das Fahrzeuginnere durch direkte und indirekte Verwendung der externen Wärmequelle heizen.
Zuerst wird in der Kühleinrichtung 10 die erste Wasserpumpe 14 für die Zirkulation des Kühlmittels betrieben.
In diesem Fall wird die Zweigleitung 18 durch den Betrieb des Ventils 16 geschlossen.
Entsprechend kann ein vom Radiator 12 gekühltes Kühlmittel auf der Kühlmittelleitung 11 durch den Betrieb der ersten Wasserpumpe 14 zirkuliert werden, um das Heizelement 15 zu kühlen.
Das Kühlmittel, das das Heizelement 15 passiert hat, kann dem Haupt-Wärmetauscher 53 durch den Betrieb der ersten Wasserpumpe 14 zugeführt werden.
Das heißt, dass im zweiten Heizmodus die Kühleinrichtung 10 die Wärme aus der Außenluft-Wärmequelle wiedergewinnen kann, während das Kühlmittel im Radiator 12 durch Wärmetausch mit der Außenluft gekühlt wird.
In der Klimaanlage 50 arbeitet jedes Bestandteilelement, das Fahrzeuginnere zu heizen. Entsprechend wird das Kältemittel auf der Kältemittelleitung 51 zirkuliert.
Hier wird die mit dem Verdampfer 56 verbundene Kältemittelleitung 51 durch den Betrieb des ersten Expansionsventils 55 geschlossen.
Derweil wird die Kältemittelverbindungsleitung 61 durch den Betrieb des zweiten Expansionsventils 63 geöffnet.
Zu oder um diese Zeit herum wird die, den Haupt-Wärmetauscher 53 und die Kältemittelverbindungsleitung 61 verbindende Kühlmittelleitung 11 durch den Betrieb des Kältemittelventils 71 geöffnet.
Eine Zweigleitung 73 wird durch den Betrieb des Kältemittelventils 71 geöffnet.
Das heißt, dass das durch den Betrieb des Kompressors 59 komprimierte Kältemittel den internen Kondensator 52 passiert und dann in das dritte Expansionsventil 65 fließt.
In diesem Fall kann das dritte Expansionsventil 65 das aus dem externen Kondensator 52 zugeführte Kältemittel expandieren, um es dem Haupt-Wärmetauscher 53 zuzuführen.
Der Haupt-Wärmetauscher 53 kann das aus dem dritten Expansionsventil 65 zugeführte Kältemittel durch Wärmetausch mit dem aus der Kühlmittelleitung 11 zugeführten Kühlmittel verdampfen.
Etwas des in dem Haupt-Wärmetauscher 53 verdampften Kältemittels wird dem Akkumulator 57 auf der offenen Nebenleitung 73 zugeführt.
Das dem Akkumulator 57 zugeführte Kältemittel wird in ein Gas und eine Flüssigkeit aufgetrennt und von ihnen wird das gasförmige Kältemittel dem Kompressor 59 zugeführt.
Hierin kann die Wärme aus der externen Wärmequelle, die aus der Kühleinrichtung 10 wiedergewonnen ist, indirekt durch Wärmetausch des Kältemittels und des Kühlmittels im Haupt-Wärmetauscher 53 wiedergewonnen werden.
Derweil wird das andere des in dem Haupt-Wärmetauscher 53 verdampften Kältemittels dem Unter-Wärmetauscher 54 auf der offenen Kältemittelleitung 51 zugeführt.
Der Unter-Wärmetauscher 54 kann direkt Wärme aus einer externen Wärmequelle wiedergewinnen, während er weiter das zugeführte Kältemittel durch Wärmetausch mit der Außenluft verdampft.
Das Kältemittel, welches den Akkumulator 57 passiert hat, kann dem Akkumulator 57 nach passieren des Kühlers 30 auf der offenen Kältemittelleitung 51 und der Kältemittelverbindungsleitung 61 zugeführt werden.
Hier expandiert das zweite Expansionsventil 63 das den Unter-Wärmetauscher 54 passierende Kältemittel, um das expandierte Kältemittel dem Kühler 30 zuzuführen und öffnet die Kältemittelverbindungsleitung 61.
Derweil, wenn die aus dem Batteriemodul 23 erzeugte Abwärme selektiv im zweiten Heizmodus wiedergewonnen wird, kann das Kühlmittel durch die Batteriekühlmittelleitung 21 durch den Betrieb der zweiten Wasserpumpe 25 in der Batteriekühleinrichtung 20 zirkuliert werden.
Entsprechend kann der Kühler 30 Abwärme, die im Batteriemodul 23 erzeugt wird, durch Wärmetausch zwischen dem Kältemittel und dem Kühlmittel mit einer Temperatur, die gesteigert wird, während das Batteriemodul 23 gekühlt wird, wiedergewinnen.
Das heißt, dass das den Kühler 30 passierende Kühlmittel durch Wärmetausch mit dem expandierten Kältemittel gekühlt wird, das dem Kühler 30 zugeführt wird. Entsprechend kann der Kühler 30 die in dem Batteriemodul 23 erzeugte Abwärme durch Wärmetausch zwischen dem Kältemittel und dem Kühlmittel mit der Temperatur, die gesteigert wird, wiedergewinnen.
Das Kältemittel, welches den Kühler 30 passiert hat, passiert den Akkumulator 57 durch die Kältemittelverbindungsleitung 61 und fließt dann in den Kompressor 59. Das im Kompressor 59 komprimierte Kältemittel wird dem internen Kondensator 52 zugeführt.
Derweil wird die (nicht illustrierte) Öffnungs- und Schließtür geöffnet, um zu ermöglichen, dass Außenluft in das (nicht illustrierte) HVAC-Modul fließt und den Verdampfer 56 passiert, um den internen Kondensator 52 zu passieren.
Entsprechend fließt die von außerhalb eingelassene Außenluft in einem Raumtemperaturzustand, in welchem sie gekühlt ist, beim Passieren des Verdampfers 56, welchem kein Kältemittel zugeführt wird. Die eingelassene Außenluft kann in einen Hochtemperaturzustand umgewandelt werden, während sie den internen Kondensator 52 passiert und fließt in das Fahrzeug, wodurch das Fahrzeuginnere geheizt wird.
Das heißt, dass das Wärmepumpensystem gemäß der vorliegenden Ausführungsform indirekt die aus der Kühleinrichtung 10 wiedergewonnene externe Wärmequelle aus dem Haupt-Wärmetauscher 53 im weiten Heizmodus des Fahrzeugs wiedergewinnen kann und der Unter-Wärmetauscher 54 die Wärme aus der externen Wärmequelle direkt wiedergewinnen kann, um die Temperatur des Kältemittels zu erhöhen.
Zusätzlich kann die aus dem Batteriemodul 23 erzeugte Abwärme selektiv durch den Kühler 30 wiedergewonnen werden und kann verwendet werden, um die Temperatur des Kältemittels zu erhöhen, wodurch der Stromverbrauch des Kompressors 59 reduziert wird und die Heiz-Effizienz verbessert wird.
Nachfolgend wird ein Betrieb des dritten Heizmodus des Fahrzeugs unter Bezugnahme auf 5 beschrieben.
5 illustriert ein Betriebszustands-Diagramm, das einen dritten Heizmodus eines Fahrzeugs in einem Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
Bezugnehmend auf 5, kann der dritte Heizmodus direkt die externe Wärmequelle verwenden und kann ein Fahrzeuginneres unter Verwendung von Wärme aus eine Abwärmequelle des Heizelements 15 heizen.
Zuerst wird in der Kühleinrichtung 10 die erste Wasserpumpe 14 für die Zirkulation des Kühlmittels betrieben.
In diesem Fall wird die Zweigleitung 18 durch den Betrieb des Ventils 16 geöffnet.
Zu der oder um die selbe Zeit kann das Ventil 16 die Kühlmittelleitung 11, die das Heizelement 15 und den Radiator 12 verbindet, schließen.
Das heißt, dass die mit dem ersten Radiator 12 verbundene Kühlmittelleitung 11 durch den Betrieb des Ventils 16 auf Basis der Zweigleitung 18 geschlossen wird.
Entsprechend zirkuliert das das Heizelement 15 passierende Kühlmittel weiter auf der Kühlmittelleitung 11, ohne den Radiator 12 zu passieren und absorbiert die Abwärme aus dem Heizelement 15, um eine Temperatur davon zu erhöhen.
Das Kühlmittel, das eine erhöhte Temperatur aufweist, kann dem Haupt-Wärmetauscher 53 zugeführt werden.
Das heißt, dass die durch das Heizelement 15 erzeugte Abwärme die Temperatur des in der Kühlmittelleitung 11 zirkulierenden Kühlmittels erhöht.
Die Wärme aus dem Kühlmittel mit der erhöhten Temperatur kann wiedergewonnen werden, während die Temperatur des Kältemittels, das aus dem Haupt-Wärmetauscher 53 abgegeben wird, steigt, während es den Haupt-Wärmetauscher 53 durch den Betrieb der ersten Wasserpumpe 14 passiert.
In der Klimaanlage 50 arbeitet jedes Bestandteilelement, um das Fahrzeuginnere zu heizen. Entsprechend wird das Kältemittel auf der Kältemittelleitung 51 zirkuliert.
Hierin wird die mit dem Verdampfer 56 verbundene Kältemittelleitung 51 durch den Betrieb des ersten Expansionsventils 55 geschlossen.
Derweil wird die Kältemittel-Verbindungsleitung 61 durch den Betrieb des zweiten Expansionsventils 63 geöffnet.
Zu oder um dieselbe Zeit wird die den Haupt-Wärmetauscher 53 und die Kältemittel-Verbindungsleitung 61 verbindende Kühlmittelleitung 11 durch den Betrieb des Kältemittelventils 71 geöffnet.
Eine Zweigleitung 73 wird durch den Betrieb des Kältemittelventils 71 geöffnet.
Das heißt, dass das durch den Betrieb des Kompressors 59 komprimierte Kältemittel den internen Kondensator 52 passiert und dann in das dritte Expansionsventil 65 fließt.
In diesem Fall kann das dritte Expansionsventil 65 das aus dem internen Kondensator 52 zugeführte Kältemittel expandieren, um es dem Haupt-Wärmetauscher 53 zuzuführen.
Der Haupt-Wärmetauscher 53 kann das aus dem dritten Expansionsventil 65 durch Wärmetausch mit dem Kühlmittel mit der Temperatur, die durch die Abwärme des Heizelements 15 gesteigert ist, zugeführten Kältemittel verdampfen.
Entsprechend kann der Haupt-Wärmetauscher 53 glatt die Abwärme des Heizelements 15 wiedergewinnen.
Einiges des in dem Haupt-Wärmetauscher 53 verdampften Kältemittels wird dem Akkumulator 57 auf der Offennebenleitung 73 zugeführt.
Das dem Akkumulator 57 zugeführte Kältemittel wird in ein Gas und eine Flüssigkeit aufgetrennt und von ihnen wird das gasförmige Kältemittel dem Kompressor 59 zugeführt.
Derweil wird das andere des in dem Haupt-Wärmetauscher 53 verdampften Kältemittels dem Unter-Wärmetauscher 54 auf der Kältemittelleitung 51 zugeführt.
Der Unter-Wärmetauscher 54 kann direkt Wärme aus der externen Wärmequelle wiedergewinnen, während das zugeführte Kältemittel weiter durch Wärmetausch mit der externen Luft verdampft wird.
Das Kältemittel, das den Unter-Wärmetauscher 54 passiert hat, kann dem Akkumulator 57 nach Passieren des Kühlers 30 auf der offenen Kältemittelleitung 51 und der Kältemittel-Verbindungsleitung 61 zugeführt werden.
Hier expandiert das zweite Expansionsventil 63 das den Unter-Wärmetauscher 54 passierende Kältemittel, um das expandierte Kältemittel dem Kühler 30 zuzuführen, und öffnet die Kältemittel-Verbindungsleitung 61.
Derweil, wenn die aus dem Batteriemodul 23 erzeugte Abwärme selektiv im zweiten Heizmodus wiedergewonnen wird, kann das Kühlmittel durch die Batteriekühlmittelleitung 21 durch den Betrieb der zweiten Wasserpumpe 25 in der Batteriekühleinrichtung 20 zirkuliert werden.
Entsprechend kann der Kühler 30 in dem Batteriemodul 23 erzeugte Abwärme durch Wärmetausch zwischen dem Kältemittel und dem Kühlmittel mit einer Temperatur, die erhöht wird, während das Batteriemodul 23 gekühlt wird, wiedergewinnen.
Das heißt, dass das den Kühler 30 passierende Kühlmittel durch Wärmetausch mit dem expandierten Kältemittel, welches dem Kühler 30 zugeführt wird, gekühlt wird. Entsprechend kann der Kühler 30 die in dem Batteriemodul 23 erzeugte Abwärme durch Wärmetausch zwischen dem Kältemittel und dem Kühlmittel mit der Temperatur, die erhöht wird, wiedergewinnen.
Das Kältemittel, welches den Kühler 30 passiert hat, passiert den Akkumulator 57 durch die Kältemittel-Verbindungsleitung 61 und fließt dann in den Kompressor 59. Das im Kompressor 59 komprimierte Kältemittel wird dem internen Kondensator 52 zugeführt.
Derweil wird die (nicht illustrierte) Öffnungs- und Schließtür geöffnet, um in das (nicht illustrierte) HVAC-Modul fließender und den Verdampfer 56 passierender Außenluft zu ermöglichen, den internen Kondensator 52 zu passieren.
Entsprechend fließt die von außen eingeleitete Außenluft in einen Raumtemperaturzustand, in welchem sie nicht gekühlt ist, wenn sie den Verdampfer 56 passiert, welchem kein Kältemittel zugeführt wird. Die eingeleitete Außenluft kann in einen Hochtemperaturzustand umgewandelt werden, während sie den internen Kondensator 52 passiert, und in das Fahrzeug fließt, wodurch das Fahrzeuginnere geheizt wird.
Das heißt, dass das Wärmepumpensystem gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Wärme aus der, aus dem Heizelement 15 erzeugten externen Wärmequelle wiedergewinnen kann, aus dem Haupt-Wärmetauscher 53 im dritten Heizmodus des Fahrzeugs und der Unter-Wärmetauscher 54 die Wärme aus der externen Wärmequelle direkt wiedergewinnen kann, um die Temperatur des Kältemittels zu erhöhen.
Zusätzlich kann die aus dem Batteriemodul 23 erzeugte Abwärme selektiv durch den Kühler 30 wiedergewonnen werden und kann verwendet werden, um die Temperatur des Kältemittels zu erhöhen, wodurch der Stromverbrauch des Kompressors 59 reduziert und die Heizeffizienz verbessert wird.
Derweil, wenn das Heizelement 15 überhitzt, während der dritte Heizmodus arbeitet, wird die mit dem Radiator 12 verbundene Kühlmittelleitung 11 durch den Betrieb des Ventils 16 geöffnet.
Hier kann die Zweigleitung 18 einen Offenzustand desselben aufrechterhalten.
Entsprechend wird einiges Kühlmittel, das nicht in die Zweigleitung 18 fließt, gekühlt, wenn es den Radiator 12 passiert.
Das Kühlmittel, welches komplett gekühlt worden ist, kann Abwärme während des Passierens des Heizelements 15 zusammen mit dem auf der Zweigleitung 18 zirkulierenden Kühlwasser wiedergewinnen und kann simultan und effizient das Heizelement 15 kühlen.
Das heißt, wenn das Heizelement 15 überhitzt, dass das Ventil 16 die Kühlmittelleitung 11, die mit dem Radiator 12 verbunden ist, öffnen kann, um Einigem des Kühlmittels, welches das Heizelement 15 passiert hat, zu ermöglichen, die Zweigleitung 18 zu passieren und dem anderen Kühlmittel, in den Radiator 12.
Als Ergebnis kann Einiges des im Radiator 12 gekühlten Kühlmittels dem Heizelement 15 zugeführt werden, wodurch verhindert wird, dass das Heizelement 15 überhitzt.
Das heißt, dass gemäß der vorliegenden Offenbarung es möglich ist, die in dem Heizelement 15 erzeugte Abwärme wiederzugewinnen und die Abwärme für Innenheizung zu verwenden, wodurch der Stromverbrauch reduziert und die Gesamtheitseffizienz verbessert wird.
Gleichzeitig kann gemäß der vorliegenden Offenbarung Etwas des Kühlmittels in den Radiator 12 durch Betriebssteuerung des Ventils 16 eingelassen werden, das in der Lage ist, den Fluidfluss zu distributieren, das zu kühlen ist, und kann dann dem Heizelement 15 zugeführt werden, wodurch das Heizelement 15 effizient gekühlt und die Kühlleistung des Heizelements 15 sichergestellt wird.
Nachfolgend wird ein Betrieb des vierten Heizmodus des Fahrzeugs unter Bezugnahme auf 6 beschrieben.
6 illustriert ein Betriebszustandsdiagramm, das einen vierten Heizmodus eines Fahrzeugs in einem Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
Bezugnehmend auf 6 kann im vierten Heizmodus das Fahrzeuginnere unter Verwendung der Abwärme des Heizelements 15 geheizt werden.
Zuerst wird in der Kühleinrichtung 10 die erste Wasserpumpe 14 für die Zirkulation des Kühlmittels betrieben.
In diesem Fall wird die Zweigleitung 18 durch den Betrieb des Ventils 16 geöffnet.
Zu oder um dieselbe Zeit kann das Ventil 16 die Kühlmittelleitung 11, die das Heizelement 15 und den Radiator 12 verbindet, schließen.
Das heißt, dass die mit dem ersten Radiator 12 verbundene Kühlmittelleitung 11 durch den Betrieb des Ventils 16 auf Basis der Zweigleitung 18 geschlossen wird.
Entsprechend zirkuliert das das Heizelement 15 passierende Kühlmittel weiter auf der Kühlmittelleitung 11 ohne den Radiator 12 zu passieren und absorbiert die Abwärme aus dem Heizelement 15, um seine Temperatur zu steigern.
Das Kühlmittel, das eine erhöhte Temperatur aufweist, kann dem Haupt-Wärmetauscher 53 zugeführt werden.
Das heißt, dass die im Heizelement 15 erzeugte Abwärme die Temperatur des in der Kühlmittelleitung 11 zirkulierenden Kühlmittels erhöht.
Die Wärme aus dem Kühlmittel mit der erhöhten Temperatur kann wiedergewonnen werden, während die Temperatur des aus dem Haupt-Wärmetauscher 53 abgegebenen Kältemittels erhöht wird, während es dem Haupt-Wärmetauscher 53 durch den Betrieb der ersten Wasserpumpe 14 passiert.
In der Klimaanlage 50 arbeitet jedes Bestandteilelement, das Fahrzeuginnere zu heizen. Entsprechend wird das Kältemittel auf der Kältemittelleitung 51 zirkuliert.
Hier wird die mit dem Verdampfer 56 verbundene Kältemittelleitung 51 durch den Betrieb des ersten Expansionsventils 55 geschlossen.
Zusätzlich wird die Kältemittel-Verbindungsleitung 61 durch den Betrieb des zweiten Expansionsventils 63 geschlossen.
Zur oder um die gleiche Zeit herum, werden die den Haupt-Wärmetauscher 53, den Unter-Wärmetauscher 54 und den Verdampfer 56 verbindende Kältemittelleitung 51 durch den Betrieb des Kältemittelventils 71 geschlossen.
Die Nebenleitung 73 kann durch den Betrieb des Kältemittelventils 71 geöffnet werden.
Das heißt, dass das durch den Betrieb des Kompressors 59 komprimierte Kältemittel den internen Kondensator 52 passiert und dann in das dritte Expansionsventil 65 fließt.
In diesem Fall kann das dritte Expansionsventil 65 das aus dem internen Kondensator 52 zugeführte Kältemittel expandieren, um es dem Haupt-Wärmetauscher 53 zuzuführen.
Der Haupt-Wärmetauscher 53 kann das aus dem dritten Expansionsventil 65 durch Wärmetausch mit dem Kühlmittel mit der Temperatur, welche durch die Abwärme des Heizelements 15 erhöht ist, zugeführte Kühlmittel verdampfen.
Entsprechend kann der Haupt-Wärmetauscher 53 sanft die Abwärme des Heizelements 15 wiedergewinnen.
Das im Haupt-Wärmetauscher 53 verdampfte Kältemittel wird dem Akkumulator 57 auf der offenen Nebenleitung 73 zugeführt.
Das dem Akkumulator 57 zugeführte Kältemittel wird in ein Gas und eine Flüssigkeit aufgetrennt und von ihnen wird das gasförmige Kältemittel in den Kompressor 59 eingeleitet.
Das im Kompressor 59 komprimierte Kältemittel wird dem internen Kondensator 52 zugeführt.
Derweil wird die (nicht illustrierte) Öffnungs- und Schließtür geöffnet, um Außenluft, die in das (nicht illustrierte) HVAC-Modul fließt und den Verdampfer 56 passiert, zu ermöglichen, den internen Kondensator 52 zu passieren.
Entsprechend fließt die von außerhalb eingelassene Außenluft in einem Raumtemperaturzustand, in welchem sie nicht gekühlt ist, wenn sie den Verdampfer 56 passiert, welchem kein Kältemittel zugeführt wird. Die eingeführte Außenluft kann in einen Hochtemperaturzustand umgewandelt werden, während sie den internen Kondensator 52 passiert und in das Fahrzeug fließt, wodurch das Fahrzeuginnere geheizt wird.
Das heißt, dass das Wärmepumpensystem gemäß der vorliegenden Ausführungsform die aus dem Heizelement 15 erzeugte Abwärme aus dem Haupt-Wärmetauscher 53 im vierten Heizmodus des Fahrzeugs wiedergewinnen und sie verwenden kann, um eine Temperatur des Kältemittels zu erhöhen, wodurch der Stromverbrauch des Kompressors 59 reduziert und die Heizeffizienz verbessert wird.
Derweil, wenn das Heizelement 15 überhitzt, während der vierte Heizmodus arbeitet, wird die mit dem Radiator 12 verbundene Kühlmittelleitung 11 durch den Betrieb des Ventils 16 geöffnet.
Hier kann die Zweigleitung 18 einen Offenzustand davon aufrechterhalten.
Entsprechend wird etwas vom Kühlmittel, das nicht in die Zweigleitung 18 fließt, gekühlt, während es den Radiator 12 passiert.
Das Kühlmittel, welches komplett gekühlt worden ist, kann Abwärme wiedergewinnen, während es das Heizelement 15 zusammen mit dem Kühlwasser, das durch die Zweigleitung 18 zirkuliert, passiert, und kann simultan und effizient das Heizelement 15 kühlen.
Das heißt, wenn das Heizelement 15 überhitzt, dass das Ventil 16 die mit dem Radiator 12 verbundene Kühlmittelleitung 11 öffnen kann, um etwas des Kühlmittels, welches das Heizelement 15 passiert hat, in die Zweigleitung 18, und das andere Kühlmittel in den Radiator 12 zu ermöglichen.
Als Ergebnis kann etwas des in dem Radiator 12 gekühlten Kühlmittels dem Heizelement 15 zugeführt werden, wodurch verhindert wird, dass das Heizelement 15 überhitzt.
Das heißt, dass gemäß der vorliegenden Offenbarung es möglich ist, die Abwärme, die im Heizelement 15 erzeugt wird, wiederzugewinnen, und die Abwärme für Innenheizung zu verwenden, wodurch der Stromverbrauch reduziert und die Gesamtheits-Effizienz verbessert wird.
Gleichzeitig kann gemäß der vorliegenden Offenbarung Etwas des Kühlmittels in den Radiator 12 durch Betriebssteuerung des Ventils 16 eingelassen werden, das in der Lage ist, den Fluidfluss, der zu kühlen ist, zu distributieren, und dann dem Heizelement 15 zuzuführen ist, wodurch effizient das Heizelement 15 gekühlt und die Kühlleistung des Heizelements 15 sichergestellt wird.
Daher, wie oben beschrieben, wenn das Wasserpumpensystem für ein Fahrzeug gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung angewendet wird, kann die Temperatur des Batteriemoduls 23 abhängig vom Modus des Fahrzeugs unter Verwendung eines Kühlers 30 zum Durchführen von Wärmetausch zwischen dem Kühlmittel und dem Kältemittel justiert werden, und kann das Innere des Fahrzeugs durch Wiedergewinnen von Wärme aus den verschiedenen Wärmequellen geheizt werden, wodurch das Gesamtsystem vereinfacht wird.
Zusätzlich ist es gemäß der vorliegenden Offenbarung möglich, die Heizeffizienz zu verbessern, durch selektives Wiedergewinnen der aus der externen Wärmequelle, dem Heizelement 15 oder dem Batteriemodul 23 erzeugten Abwärme, und ihre Verwendung für die Innenheizung in den ersten, zweiten, dritten und vierten Heizmodi.
Zusätzlich ist es gemäß der vorliegenden Offenbarung möglich, die Leistung des Batteriemoduls 23 durch effizientes Steuern der Temperatur des Batteriemoduls 23 zu optimieren und die Gesamtfahrdistanz des Fahrzeugs durch effiziente Verwaltung des Batteriemoduls 23 zu erhöhen.
Weiter kann das Gesamtsystem vereinfacht werden, um die Herstellkosten und das Gewicht zu reduzieren und die Raumausnutzung zu verbessern.
Während diese Offenbarung in Verbindung mit dem beschrieben worden ist, was aktuell als praktische Ausführungsform angesehen wird, versteht es sich, dass die Offenbarung nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist, sondern es im Gegenteil beabsichtigt ist, verschiedene Modifikationen und äquivalente Anordnungen mit abzudecken, die innerhalb des Geists und Umfangs der anhängigen Ansprüche enthalten sind.

Claims

Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug, umfassend: eine Kühleinrichtung, die konfiguriert ist, einen mit einer Kühlmittelleitung und einer ersten Wasserpumpe verbundenen Radiator zu beinhalten, und ein Kühlmittel in der Kühlmittelleitung zu zirkulieren, um zumindest ein in der Kühlmittelleitung vorgesehenes Heizelement zu kühlen, eine Batterie-Kühleinrichtung, die konfiguriert ist, eine mit einer Batterie-Kühlmittelleitung verbundene zweite Wasserpumpe und ein Batteriemodul zu beinhalten, und das Kühlmittel im Batteriemodul zu zirkulieren, und einen Kühler, der mit der Batterie-Kühleinrichtung verbunden ist und mit einer Kältemittelleitung einer Klimaanlagen-Einrichtung über eine Kältemittel-Verbindungsleitung verbunden ist, um die Temperatur des Kühlmittels durch Wärmetausch des in der Batterie-Kühlmittelleitung zirkulierten Kühlmittels mit einem selektiv aus der Klimaanlageneinrichtung zugeführten Kältemittel zu justieren, wobei die Klimaanlageneinrichtung einen darin vorgesehenen Haupt-Wärmetauscher beinhaltet, welcher mit der Kühlmittelleitung verbunden ist, und das Kältemittel durch Wärmetausch mit dem durch die Kühlmittelleitung zugeführten Kühlmittel kondensiert oder verdampft, abhängig von einem Kühlmodus oder zumindest einem Heizmodus des Fahrzeugs, die Klimaanlagen-Einrichtung weiter beinhaltet eine Nebenleitung, welche mit der Kältemittelleitung über ein Kältemittelventil verbunden ist, um das Kältemittel, welches den Haupt-Wärmetauscher passiert hat, in einen Kompressor selektiv einzuführen, und der zumindest ein Heizmodus betrieben wird durch selektives Verwenden des Heizelements, von Außenluft oder Abwärme des Batteriemoduls.
Wärmepumpensystem nach Anspruch 1, wobei die Klimaanlagen-Einrichtung weiter beinhaltet: einen internen Kondensator, der mit dem Haupt-Wärmetauscher über die Kältemittelleitung verbunden ist, einen Verdampfer, der mit dem Haupt-Wärmetauscher über die Kältemittelleitung verbunden ist, einen zwischen dem Verdampfer durch die Kältemittelleitung verbundenen Kompressor; ein in der Kältemittelleitung vorgesehenes erstes Expansionsventil, um den Haupt-Wärmetauscher und den Verdampfer zu verbinden; ein zweites Expansionsventil, das in der Kältemittel-Verbindungsleitung vorgesehen ist; und ein drittes Expansionsventil, das in der Kältemittelleitung zwischen dem internen Kondensator und dem Haupt-Wärmetauscher vorgesehen ist.
Wärmepumpensystem nach Anspruch 2, wobei das dritte Expansionsventil das Kältemittel, welches den internen Kondensator passiert hat, expandiert, um es dem Haupt-Wärmetauscher in zumindest einem Heizmodus zuzuführen.
Wärmepumpensystem nach Anspruch 2, wobei die Klimaanlagen-Einrichtung weiter einen in der Kältemittelleitung zwischen dem Hauptwärmetauscher und dem ersten Expansionsventil vorgesehenen Unterwärmetauscher beinhaltet.
Wärmepumpensystem nach Anspruch 4, wobei der Unterwärmetauscher weiter das im Hauptwärmetauscher kondensierte oder verdampfte Kältemittel durch Wärmetausch mit Außenluft kondensiert oder verdampft.
Wärmepumpensystem nach Anspruch 4, wobei ein erstes Ende der Kältemittel-Verbindungsleitung mit der Kältemittelleitung zwischen dem Unterkondensator und dem ersten Expansionsventil verbunden ist, und ein zweites Ende der Kältemittel-Verbindungsleitung kann mit der Kältemittelleitung zwischen dem Verdampfer und dem Kompressor verbunden ist.
Wärmepumpensystem nach Anspruch 4, wobei ein erstes Ende der Nebenleitung mit dem Kältemittelventil, das in der Kältemittelleitung zwischen dem Haupt-Wärmetauscher und dem Unter-Wärmetauscher vorgesehen ist, verbunden ist, und ein zweites Ende der Nebenleitung mit einem in der Kältemittelleitung zwischen dem Verdampfer und dem Kompressor vorgesehenen Akkumulator verbunden ist.
Wärmepumpensystem nach Anspruch 2, wobei die Kühleinrichtung weiter eine Zweigleitung beinhaltet, die mit der Kühlmittelleitung zwischen dem Radiator und der ersten Wasserpumpe durch ein Ventil verbunden ist, das in der Kühlmittelleitung zwischen dem Radiator und der ersten Wasserpumpe vorgesehen ist.
Wärmepumpensystem nach Anspruch 8, wobei, wenn das Batteriemodul im Kühlmodus des Fahrzeugs gekühlt wird, das Kühlmittel in der Kühlmittelleitung durch Betreiben der ersten Wasserpumpe in der Kühleinrichtung zirkuliert wird, die Zweigleitung durch einen Betrieb des Ventils geschlossen wird, das Kühlmittel in der Batterie-Kühlmittelleitung durch Betreiben der zweiten Wasserpumpe in der Batterie-Kühleinrichtung zirkuliert wird, die mit dem Verdampfer verbundene Kältemittelleitung durch Betreiben des ersten Expansionsventils geöffnet wird, und die Kältemittel-Verbindungsleitung durch einen Betrieb des zweiten Expansionsventils in der Klimaanlagen-Vorrichtung geöffnet wird, und die Nebenleitung durch den Betrieb des Kältemittelventils geschlossen wird.
Wärmepumpensystem nach Anspruch 8, wobei der zumindest eine Heizmodus beinhaltet: einen ersten Heizmodus, der indirekt eine Außen-Wärmequelle verwendet, einen zweiten Heizmodus, der direkt und indirekt eine Außen-Wärmequelle verwendet, einen dritten Heizmodus, der direkt eine Außen-Wärmequelle verwendet und Abwärme des Heizelements verwendet, und einen vierten Heizmodus, der eine Abwärmequelle des Heizelements verwendet.
Wärmepumpensystem nach Anspruch 10, wobei, wenn der erste Heizmodus arbeitet, das Kühlmittel in der Kühlmittelleitung durch Betreiben der ersten Wasserpumpe in der Kühlmittel-Einrichtung zirkuliert wird, die Zweigleitung durch einen Betrieb des Ventils geschlossen wird, die mit dem Verdampfer verbundene Kältemittelleitung durch Betreiben des ersten Expansionsventils in der Klimaanlagen-Einrichtung geschlossen wird, die Kältemittel-Verbindungsleitung durch einen Betrieb des zweiten Expansionsventils geschlossen wird, die den Haupt-Wärmetauscher und den Verdampfer verbindende Kältemittelleitung durch einen Betrieb des Kältemittelventils auf Basis des Kältemittelventils geschlossen wird, und die Nebenleitung durch den Betrieb des Kältemittelventils geöffnet wird.
Wärmepumpensystem nach Anspruch 10, wobei, wenn der zweite Heizmodus arbeitet, das Kühlmittel in der Kühlmittelleitung durch Betreiben der ersten Wasserpumpe in der Kühleinrichtung zirkuliert wird, die Zweigleitung durch einen Betrieb des Ventils geschlossen wird, die mit dem Verdampfer verbundene Kältemittelleitung durch Betrieb des ersten Expansionsventils in der Klimaanlagen-Einrichtung geschlossen wird, und die Kältemittel-Verbindungsleitung durch einen Betrieb des zweiten Expansionsventils in der Klimaanlagenvorrichtung geöffnet wird, die den Haupt-Wärmetauscher und die Kältemittel-Verbindungsleitung verbindende Kältemittelleitung durch den Betrieb des Kältemittelventils geöffnet wird, und die Nebenleitung durch den Betrieb des Kältemittelventils geöffnet wird.
Wärmepumpensystem nach Anspruch 10, wobei, wenn der dritte Heizmodus arbeitet, das Kühlmittel in der Kühlmittelleitung durch Betreiben der ersten Wasserpumpe in der Kühleinrichtung zirkuliert wird, die Zweigleitung durch den Betrieb des Ventils geöffnet wird, die mit dem ersten Radiator verbundene Kühlmittelleitung durch den Betrieb des Ventils auf Basis der Zweigleitung geschlossen wird, die mit dem Verdampfer verbundene Kältemittelleitung durch den Betrieb des ersten Expansionsventils geschlossen wird, und die Kältemittel-Verbindungsleitung durch einen Betrieb des zweiten Expansionsventils in der Klimaanlagen-Vorrichtung geöffnet wird, die den Haupt-Wärmetauscher und die Kältemittel-Verbindungsleitung verbindende Kältemittelleitung durch den Betrieb des Kältemittelventils geöffnet wird, und die Nebenleitung durch den Betrieb des Kältemittelventils geöffnet wird.
Wärmepumpensystem nach Anspruch 10, wobei, wenn der vierte Heizmodus arbeitet, das Kühlmittel in der Kühlmittelleitung durch Betreiben der ersten Wasserpumpe in der Kühleinrichtung zirkuliert wird, die Zweigleitung durch einen Betrieb des Ventils geöffnet wird, die mit dem ersten Radiator verbundene Kühlmittelleitung durch den Betrieb des Ventils auf Basis der Zweigleitung geschlossen wird, die mit dem Verdampfer verbundene Kältemittelleitung durch den Betrieb des ersten Expansionsventils in der Klimaanlagen-Vorrichtung geschlossen wird, die Kältemittel-Verbindungsleitung durch einen Betrieb des zweiten Expansionsventils geschlossen wird, die den Haupt-Wärmetauscher und den Verdampfer verbindende Kältemittelleitung durch einen Betrieb des Kältemittelventils auf Basis des Kältemittelventils geschlossen wird, und die Nebenleitung durch den Betrieb des Kältemittelventils geöffnet wird.
Wärmepumpensystem nach Anspruch 10, wobei wenn die aus dem Batteriemodul erzeugte Abwärme selektiv in dem zweiten Heizmodus und dem dritten Heizmodus wiedergewonnen wird, das Kühlmittel durch die Batterie-Kühlmittelleitung durch den Betrieb der zweiten Wasserpumpe in der Batteriekühleinrichtung zirkuliert wird.
Wärmepumpensystem nach Anspruch 10, wobei im dritten Heizmodus und dem vierten Heizmodus das Ventil die mit dem Radiator verbundene Kühlmittelleitung öffnet, um Einiges des Kühlmittels, welches den Haupt-Wärmetauscher passiert hat, in den Radiator einzuführen und das andere Kühlmittel wird in das Heizelement eingeführt, wenn das Heizelement überheizt.
Wärmepumpensystem nach Anspruch 8, wobei jedes des Ventils und des Kühlmittelventils ein 3-Wege-Ventil ist, die in der Lage sind, einen Fluidfluss zu distributieren.
Wärmepumpensystem nach Anspruch 4, wobei sowohl der Kühler als auch der Haupt-Wärmetauscher ein wassergekühlter Wärmetauscher ist, und der Unter-Wärmetauscher ein luftgekühlter Wärmetauscher ist.
Wärmepumpensystem nach Anspruch 1, wobei das Heizelement eine Stromsteuervorrichtung, einen Wechselrichter oder einen Bord-Lader (OBC), oder eine Stromumwandlungsvorrichtung oder eine elektrische Komponente, die eine autonome Fahrsteuerung enthält, oder einen Ölkühler beinhaltet.