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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Technisches Gebiet der Erfindung
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Die hierin offenbarte Lehre betrifft ein Thermomanagementsystem für ein batterieelektrisches Fahrzeug.
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2. Stand der Technik
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Es existieren Thermomanagementsysteme, die die Wärme der Außenluft zum Heizen eines Fahrzeuginnenraums nutzen. Ein Beispiel für ein solches Thermomanagementsystem ist in der
JP 2012-158197 A offenbart.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Ein batterieelektrisches Fahrzeug ist mit einer Stromversorgung ausgestattet, die einem Elektromotor elektrischen Strom zum Fortbewegen zuführt. Die Wärme der Stromversorgung kann auch zum Heizen des Fahrzeuginnenraums genutzt werden. Die vorliegende Offenbarung stellt ein Thermomanagementsystem bereit, das die Wärme einer Stromversorgung und die Wärme der Außenluft effizient zum Heizen des Fahrzeuginnenraums nutzen kann.
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Ein Thermomanagementsystem nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Stromversorgung, die einem Elektromotor elektrischen Strom zum Fortbewegen zuführt, einen Stromversorgungskühler, der die Stromversorgung über ein Wärmemedium kühlt, ein Heizelement, die einen Fahrzeuginnenraum mit der Wärme des Wärmemediums heizt, einen Außenluftwärmetauscher, der die Wärme zwischen dem Wärmemedium und der Außenluft austauscht, einen Zirkulationspfad, der den Stromversorgungskühler, das Heizelement und den Außenluftwärmetauscher verbindet, ein Schaltventil, das im Zirkulationspfad angeordnet ist, und eine Steuereinheit, die so konfiguriert ist, dass sie das Schaltventil steuert. Das Schaltventil ist so konfiguriert, dass es zwischen einer ersten Ventilstellung und einer zweiten Ventilstellung umschaltet. Wenn sich das Schaltventil in der ersten Ventilstellung befindet, zirkuliert das Wärmemedium zwischen dem Heizelement und dem Stromversorgungskühler, und eine Strömung des Wärmemediums ist zwischen dem Heizelement und dem Außenluftwärmetauscher unterbrochen. Wenn sich das Schaltventil in der zweiten Ventilstellung befindet, zirkuliert das Wärmemedium zwischen dem Heizelement und dem Außenluftwärmetauscher und die Strömung des Wärmemediums ist zwischen dem Heizelement und dem Stromversorgungskühler unterbrochen.
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Die Steuereinheit ist so konfiguriert, dass sie das Schaltventil in einem Heizmodus, in dem das Heizelement betrieben wird, in die erste Ventilstellung schaltet, wenn eine Stromversorgungstemperatur, bei der es sich um eine Temperatur der Stromversorgung handelt, höher ist als ein vorgegebener Stromversorgungstemperaturgrenzwert, und das Schaltventil in die zweite Ventilstellung schaltet, wenn die Stromversorgungstemperatur kleiner oder gleich dem Stromversorgungstemperaturgrenzwert ist. Die Steuereinheit ist so konfiguriert, dass sie das Schaltventil unabhängig von der Stromversorgungstemperatur von der ersten Ventilstellung auf die zweite Ventilstellung umschaltet, wenn eine Temperatur des Wärmemediums, das den Stromversorgungskühler durchströmt hat, um eine vorbestimmte Temperaturdifferenzspanne oder mehr unter der Außenlufttemperatur liegt, während sich das Schaltventil in der ersten Ventilstellung befindet.
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Wenn die Stromversorgungstemperatur höher ist als der Stromversorgungstemperaturgrenzwert, ist die erste Ventilstellung ausgewählt (d.h., das Schaltventil befindet sich in der ersten Ventilstellung) und das Wärmemedium zirkuliert zwischen dem Heizelement und dem Stromversorgungskühler. Das Wärmemedium nimmt die Wärme der hochtemperierten Stromversorgung auf und heizt die Luft im Fahrzeuginnenraum durch das Heizelement. Wenn die Temperatur der Stromversorgung hoch ist, wird die Wärme der Stromversorgung zum Heizen verwendet.
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Andererseits, wenn die Temperatur der Stromversorgung kleiner oder gleich dem Stromversorgungstemperaturgrenzwert ist, ist die zweite Ventilstellung ausgewählt (d.h., das Schaltventil befindet sich in der zweiten Ventilstellung) und das Wärmemedium zirkuliert zwischen dem Heizelement und dem Außenluftwärmetauscher. Das Wärmemedium nimmt Wärme von der Außenluft auf und heizt die Luft im Fahrzeuginnenraum durch das Heizelement. Wenn die Temperatur der Stromversorgung niedrig ist, wird die Wärme der Außenluft zum Heizen verwendet. Zur Übertragung der Wärme der Stromversorgung oder der Außenluft in den Fahrzeuginnenraum kann ein Wärmepumpenmechanismus verwendet werden. Der Wärmepumpenmechanismus wird in einer Ausführungsform beschrieben.
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Die Steuereinheit schaltet das Schaltventil unabhängig von der Stromversorgungstemperatur von der ersten Ventilstellung in die zweite Ventilstellung, wenn die Temperatur des Wärmemediums, das den Stromversorgungskühler durchströmt hat, um die vorgegebene Temperaturdifferenzspanne oder mehr unter der Außenlufttemperatur liegt, während sich das Schaltventil in der ersten Ventilstellung befindet. Beispielsweise kann die Wärme nicht gut von der Stromversorgung auf das Wärmemedium übertragen werden, wenn sich die Wärmeübertragungsschicht, die zwischen der Stromversorgung und dem Stromversorgungskühler sandwichartig angeordnet ist, verschlechtert oder wenn eine Lücke zwischen der Stromversorgung und dem Stromversorgungskühler aufgrund von Vibrationen des Fahrzeugs entsteht. Selbst wenn die Stromversorgungstemperatur nicht niedrig ist, schaltet die Steuereinheit auf das Heizen unter Verwendung der Wärme der Außenluft um, wenn die Wärme nicht gut von der Stromversorgung auf das Wärmemedium übertragen wird. Durch das Steuern des Schaltventils auf diese Weise, können die Wärme der Stromversorgung und die Wärme der Außenluft effizient zum Heizen des Fahrzeuginnenraums genutzt werden.
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Die Steuereinheit kann so konfiguriert sein, dass sie das Schaltventil unabhängig von der Stromversorgungstemperatur für mindestens eine vorgegebene Haltezeit in der zweiten Ventilstellung hält, wenn die Temperatur des Wärmemediums, das den Stromversorgungskühler durchströmt hat, um die Temperaturdifferenzspanne oder mehr unter der Außenlufttemperatur liegt. Ein unerwünschtes Schwanken bzw. Pendeln (engl. hunting) der Ventilstellung beim Umschalten der Stellung des Schaltventils kann somit verhindert werden.
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Einzelheiten und weitere Verbesserungen der hier offenbarten Lehre werden nachfolgend im Abschnitt „DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN“ beschrieben.
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Figurenliste
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Merkmale, Vorteile und technische und industrielle Bedeutung von beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen, und wobei:
- 1 ein thermisches Schaltbild eines Thermomanagementsystems einer Ausführungsform ist (erste Ventilstellung),
- 2 ein thermisches Schaltbild eines Thermomanagementsystems einer Ausführungsform ist (zweite Ventilstellung),
- 3 ein Flussdiagramm eines von der Steuereinheit während des Heizens durchgeführten Verfahrens ist, und
- 4 ein thermisches Schaltbild einer Klimaanlage ist.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Ein Thermomanagementsystem 2 einer Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. 1 ist ein thermisches Schaltbild des Thermomanagementsystems 2. In der Ausführungsform bedeutet der „Wärmekreis“ einen Kreislauf eines Strömungspfads, durch den ein Wärmemedium strömt.
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Das Thermomanagementsystem 2 ist an einem batterieelektrischen Fahrzeug angebracht. Das Thermomanagementsystem 2 stellt die Temperatur eines Fahrzeuginnenraums ein und hält die Temperaturen einer Stromversorgung 3, eines Elektromotors 4 zum Fahren und eines Stromrichters 5 innerhalb ihrer geeigneten Temperaturbereiche. Der elektrische Strom der Stromversorgung 3 wird durch den Stromrichter 5 in Wechselstrom (AC = Alternating Current) umgewandelt, der zum Antrieb des Motors 4 geeignet ist und dem Motor 4 zugeführt. Die Stromversorgung 3 ist typischerweise eine Batterie, wie beispielsweise eine Lithium-Ionen-Batterie, oder eine Brennstoffzelle, kann jedoch auch eine andere Art von Stromversorgung sein. Die Stromleitungen sind in 1 nicht gezeigt.
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Das Thermomanagementsystem 2 umfasst einen Zirkulationspfad 10, durch den ein Wärmemedium strömt, einen Stromversorgungskühler 11, der so konfiguriert ist, dass er die Stromversorgung 3 kühlt, einen Elektromotorkühler 12, der so konfiguriert ist, dass er den Motor 4 kühlt; einen Außenluftwärmetauscher 13, der so konfiguriert ist, dass er die Wärme zwischen dem Wärmemedium und der Außenluft austauscht, eine Klimaanlage 20, die so konfiguriert ist, dass die die Temperatur des Fahrzeuginnenraums einstellt, Pumpen 15, 16, die so konfiguriert sind, dass sie das Wärmemedium fördern, und ein Schaltventil 14, das so konfiguriert ist, dass es den Strömungspfad für das Wärmemedium umschaltet.
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Der Zirkulationspfad 10 ist ein Rohr, das den Stromversorgungskühler 11, den Elektromotorkühler 12, den Außenluftwärmetauscher 13, die Klimaanlage 20 und das Schaltventil 14 verbindet und das Wärmemedium zwischen den Kühlern und der Klimaanlage zirkulieren lässt. Der Einfachheit halber wird der Zirkulationspfad 10 in folgende Strömungspfade unterteilt: einen Klimaanlagenströmungspfad 10a, der durch die Klimaanlage 20 führt, einen Wärmetauscherströmungspfad 10b, der durch den Außenluftwärmetauscher 13 führt, einen Stromversorgungskühlerströmungspfad 10c, der durch den Stromversorgungskühler 11 führt, einen Elektromotorkühlerströmungspfad 10d, der durch den Motorkühler 12 führt, und einen Bypass-Strömungspfad 10e. Der Motorkühlerströmungspfad 10d führt auch durch einen Stromrichterkühler 17, der so konfiguriert ist, dass er den Stromrichter 5 kühlt.
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Die Klimaanlage 20 stellt die Temperatur des Fahrzeuginnenraums ein. Die Klimaanlage 20 arbeitet in zwei Modi, die einen Kühlmodus, in dem die Klimaanlage 20 den Fahrzeuginnenraum kühlt, und einen Heizmodus, in dem die Klimaanlage 20 den Fahrzeuginnenraum heizt, umfassen. Die Klimaanlage 20 ist in 1 vereinfacht gezeigt. Der Aufbau der Klimaanlage 20 wird später im Detail beschrieben.
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Der Stromversorgungskühler 11 kühlt die Stromversorgung 3. Das den Stromversorgungskühler 11 durchströmende Wärmemedium nimmt die Wärme der Stromversorgung 3 auf, um die Stromversorgung 3 zu kühlen.
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Der Außenluftwärmetauscher 13 enthält einen Ventilator 13a. Die durch den Ventilator 13a in den Außenluftwärmetauscher 13 eingeleitete Außenluft tauscht Wärme mit dem den Außenluftwärmetauscher 13 durchströmenden Wärmemedium aus. Der Außenluftwärmetauscher 13 wird im Allgemeinen als Radiator bezeichnet, in der vorliegenden Ausführungsform wird er jedoch als Außenluftwärmetauscher bezeichnet, da er Wärme von der Außenluft auf das Wärmemedium übertragen kann.
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Der Motorkühler 12 umfasst einen Ölkühler 91, eine Ölpumpe 92 und einen Ölströmungspfad 93. Der Motorkühlerströmungspfad 10d führt durch den Ölkühler 91. Der Ölströmungspfad 93 führt durch den Ölkühler 91 und den Motor 4. Das Öl strömt durch den Ölströmungspfad 93. Die Ölpumpe 92 befindet sich im Ölströmungspfad 93 und zirkuliert das Öl zwischen dem Ölkühler 91 und dem Motor 4. Der Motor 4 wird durch das Wärmemedium gekühlt, das durch den Zirkulationspfad 10 strömt. Genauer gesagt, kühlt das Wärmemedium das Öl im Ölkühler 91, und das gekühlte Öl kühlt den Motor 4. Die Wärme des Motors 4 wird vom Wärmemedium über das Öl absorbiert.
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Das Thermomanagementsystem 2 umfasst die Temperatursensoren 94a, 94b und 94c. Der Temperatursensor 94a misst die Temperatur der Stromversorgung 3. Der Temperatursensor 94b befindet sich im Stromversorgungskühlerströmungspfad 10c und misst die Temperatur des Wärmemediums, das den Stromversorgungskühler 11 durchströmt hat. Der Temperatursensor 94c ist am Außenluftwärmetauscher 13 angebracht und misst die Temperatur der in den Außenluftwärmetauscher 13 eingeleiteten Außenluft. Das Thermomanagementsystem 2 umfasst weitere Temperatursensoren, die hier jedoch nicht beschrieben werden.
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Die Messwerte der Temperatursensoren 94a bis 94c werden an eine Steuereinheit 30 gesendet übermittelt. Die Steuereinheit 30 steuert auf der Grundlage der Messwerte der Temperatursensoren 94a bis 94c die Pumpen 15, 16, die Ölpumpe 92 und das Schaltventil 14. Die Steuereinheit 30 ist zum Beispiel eine elektronische Steuereinheit mit einem Prozessor.
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Erste Enden des Klimaanlagenströmungspfads 10a, des Wärmetauscherströmungspfads 10b, des Stromversorgungskühlerströmungspfads 10c, des Motorkühlerströmungspfads 10d und des Umleitungsströmungspfads 10e sind mit dem Schaltventil 14 verbunden. Das Schaltventil 14 schaltet die Verbindung zwischen dem Klimaanlagenströmungspfad 10a, dem Wärmetauscherströmungspfad 10b, dem Stromversorgungskühlerströmungspfad 10c, dem Motorkühlerströmungspfad 10d und dem Umleitungsströmungspfad 10e um. Die Verbindung zwischen den Strömungspfaden durch das Schaltventil 14 wird später im Detail beschrieben. Zweite Enden des Klimaanlagenströmungspfads 10a, des Wärmetauscherströmungspfads 10b, des Stromversorgungskühlerströmungspfades 10c, des Motorkühlerströmungspfades 10d und des Umleitungsströmungspfades 10e sind durch mehrere Dreiwegeventile 95 verbunden. Die Pumpen 15, 16 befinden sich im Zirkulationspfad 10. Die Pumpe 15 befindet sich stromaufwärts der Klimaanlage 20 im Klimaanlagenströmungspfad 10a, und die Pumpe 16 befindet sich stromaufwärts des Motorkühlers 12 im Motorkühlerströmungspfad 10d. Die Pfeile entlang der Strömungspfade zeigen die Strömungsrichtung des Wärmemediums an. Die Pumpen 15, 16 zwingen das Wärmemedium in Richtung des Schaltventils 14 zu strömen. Der Strömungspfad für das Wärmemedium ist entsprechend des Zustands des Schaltventils 14 bestimmt. Die Strömungsrichtungen des Wärmemediums in den Dreiwegeventilen 95 werden abhängig vom Strömungspfad für das Wärmemedium bestimmt.
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Das Schaltventil 14 kann selektiv zwischen einer ersten Ventilstellung und einer zweiten Ventilstellung umgeschaltet werden (d.h., die Ventilstellung des Schaltventils 14 kann zwischen der ersten Ventilstellung und der zweiten Ventilstellung ausgewählt werden). 1 zeigt die Strömung des Wärmemediums, wenn sich das Schaltventil 14 in der ersten Ventilstellung befindet. Wenn sich das Schaltventil 14 in der ersten Ventilstellung befindet, verbindet es den Klimaanlagenströmungspfad 10a mit dem Stromversorgungskühlerströmungspfad 10c und den Wärmetauscherströmungspfad 10b mit dem Motorkühlerströmungspfad 10d. Zu diesem Zeitpunkt zirkuliert das Wärmemedium zwischen der Klimaanlage 20 und dem Stromversorgungskühler 11 und auch zwischen dem Motorkühler 12 und dem Außenluftwärmetauscher 13. Wenn sich das Schaltventil 14 in der ersten Ventilstellung befindet, vermischen sich das zwischen der Klimaanlage 20 und dem Stromversorgungskühler 11 zirkulierende Wärmemedium und das zwischen dem Motorkühler 12 und dem Außenluftwärmetauscher 13 zirkulierende Wärmemedium nicht miteinander. Mit anderen Worten: Wenn sich das Schaltventil 14 in der ersten Ventilstellung befindet, zirkuliert das Wärmemedium zwischen der Klimaanlage 20 und dem Stromversorgungskühler 11 und die Strömung des Wärmemediums ist zwischen der Klimaanlage 20 und dem Außenluftwärmetauscher 13 unterbrochen.
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2 zeigt die Strömung des Wärmemediums, wenn sich das Schaltventil 14 in der zweiten Ventilstellung befindet. Wenn sich das Schaltventil 14 in der zweiten Ventilstellung befindet, verbindet es den Klimaanlagenströmungspfad 10a mit dem Wärmetauscherströmungspfad 10b und verbindet den Motorkühlerströmungspfad 10d mit dem Umleitungsströmungspfad 10e. Zu diesem Zeitpunkt zirkuliert das Wärmemedium zwischen der Klimaanlage 20 und dem Außenluftwärmetauscher 13, und auch zwischen dem Motorkühler 12 und dem Umleitungsströmungspfad 10e. Wenn sich das Schaltventil 14 in der zweiten Ventilstellung befindet, vermischen sich das zwischen der Klimaanlage 20 und dem Außenluftwärmetauscher 13 zirkulierende Wärmemedium und das Wärmemedium im Stromversorgungskühler 11 nicht miteinander. Mit anderen Worten: Wenn sich das Schaltventil 14 in der zweiten Ventilstellung befindet, zirkuliert das Wärmemedium zwischen der Klimaanlage 20 und dem Außenluftwärmetauscher 13, und die Strömung des Wärmemediums zwischen der Klimaanlage 20 und dem Stromversorgungskühler 11 ist unterbrochen.
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Wenn der Heizmodus ausgewählt ist heizt wie vorstehend beschrieben die Klimaanlage 20 den Fahrzeuginnenraum. Die Wärme der Stromversorgung 3 oder die Wärme der Außenluft wird zum Heizen des Fahrzeuginnenraums verwendet.
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3 ist ein Flussdiagramm eines von der Steuereinheit 30 während des Heizens durchgeführten Verfahrens. Wenn in Schritt S2 ein Timer in Betrieb ist, vergleicht die Steuereinheit 30 die vom Timer angezeigte vergangene Zeit mit einer vorgegebenen Haltezeit (Schritt S2: JA, S3). Der Timer ist eine Variable, die in einem Programm definiert ist, das von der Steuereinheit 30 ausgeführt wird, und misst die seit dem Start des Timers vergangene Zeit. Der Timer wird in Schritt S9 gestartet, der später beschrieben wird. Da der Timer normalerweise gestoppt ist, lautet das Bestimmungsergebnis von Schritt S2 „NEIN“, und die Routine der Steuereinheit 30 fährt mit Schritt S5 fort. Eine Bedingung für das Starten des Timers wird später beschrieben.
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Die Steuereinheit 30 vergleicht die Stromversorgungstemperatur mit einem Stromversorgungstemperaturgrenzwert (Schritt S5). Die Stromversorgungstemperatur wird von dem an der Stromversorgung 3 angebrachten Temperatursensor 94a erfasst. Die Steuereinheit 30 steuert das Schaltventil 14, um die erste Ventilstellung zu wählen, wenn die Stromversorgungstemperatur höher ist als der Stromversorgungstemperaturgrenzwert (Schritt S5: JA, S6). Die Steuereinheit 30 steuert das Schaltventil 14, um die zweite Ventilstellung zu wählen, wenn die Stromversorgungstemperatur kleiner oder gleich dem Stromversorgungstemperaturgrenzwert ist (Schritt S5: NEIN, S7).
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Wie in 1 gezeigt, zirkuliert das Wärmemedium zwischen der Klimaanlage 20 und dem Stromversorgungskühler 11, wenn die erste Ventilstellung ausgewählt ist (d.h., wenn das Schaltventil 14 in der ersten Ventilstellung steht). Zu diesem Zeitpunkt ist die Bewegung des Wärmemediums zwischen der Klimaanlage 20 und dem Außenluftwärmetauscher 13 blockiert. Das Wärmemedium, das die Wärme der Stromversorgung 3 im Stromversorgungskühler 11 aufgenommen hat, gibt die Wärme an die Klimaanlage 20 ab, während es die Klimaanlage 20 durchströmt. Die Klimaanlage 20 nutzt die Wärme der Stromversorgung 3 zum Heizen des Fahrzeuginnenraums.
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Wie in 2 gezeigt, zirkuliert das Wärmemedium zwischen der Klimaanlage 20 und dem Außenluftwärmetauscher 13, wenn die zweite Ventilstellung ausgewählt ist (d.h., wenn das Schaltventil 14 in der zweiten Ventilstellung steht). Zu dieser Zeit ist die Bewegung des Wärmemediums zwischen der Klimaanlage 20 und dem Stromversorgungskühler 11 blockiert. Das Wärmemedium, das die Wärme der Außenluft im Außenluftwärmetauscher 13 aufgenommen hat, gibt die Wärme an die Klimaanlage 20 ab, während es die Klimaanlage 20 durchströmt. Die Klimaanlage 20 nutzt die Wärme der Außenluft zum Heizen des Fahrzeuginnenraums. Die Klimaanlage 20 verwendet einen Wärmepumpenmechanismus, um Wärme von der Stromversorgung 3 oder der Außenluft an den Fahrzeuginnenraum zu übertragen. Der Aufbau der Klimaanlage 20 wird später beschrieben.
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Wie oben beschrieben, heizt das Thermomanagementsystem 2 den Fahrzeuginnenraum mit der Wärme der Stromversorgung 3, wenn die Temperatur der Stromversorgung 3 hoch ist, und heizt den Fahrzeuginnenraum mit der Wärme der Außenluft, wenn die Temperatur der Stromversorgung 3 niedrig ist.
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Jedoch schaltet wie weiter unten beschrieben das Thermomanagementsystem 2 auch bei einer hohen Stromversorgungstemperatur auf das Heizen über die Wärme der Außenluft um, wenn die Wärme nicht gut von der Stromversorgung 3 auf das Wärmemedium übertragen wird. Beispielsweise kann die Wärme nicht gut von der Stromversorgung auf das Wärmemedium übertragen werden, wenn sich die zwischen der Stromversorgung und dem Stromversorgungskühler sandwichartig angeordnete Wärmeübertragungsfolie verschlechtert oder wenn aufgrund von Vibrationen des Fahrzeugs ein Spalt zwischen der Stromversorgung und dem Stromversorgungskühler entsteht.
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Nach Auswahl der ersten Ventilstellung in Schritt S6 vergleicht die Steuereinheit 30 die Temperatur des Wärmemediums, das den Stromversorgungskühler 11 durchströmt hat, mit der Außenlufttemperatur (Schritt S8). Die Temperatur des Wärmemediums, das den Stromversorgungskühler 11 druchströmt hat, wird von dem Temperatursensor 94b erfasst, der sich stromabwärts des Stromversorgungskühlers 11 befindet, und die Außenlufttemperatur wird von dem an dem Außenluftwärmetauscher 13 angebrachten Temperatursensor 94c erfasst.
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Wenn die Temperatur des Wärmemediums, das den Stromversorgungskühler 11 durchströmt hat, um eine vorbestimmte Temperaturdifferenzspanne oder mehr niedriger ist als die Außenlufttemperatur (Schritt S8: JA), schaltet die Steuereinheit 30 das Schaltventil 14 unabhängig von der Stromversorgungstemperatur von der ersten Ventilstellung in die zweite Ventilstellung (Schritt S9). Die Steuereinheit 30 hält das Schaltventil 14 in der ersten Ventilstellung, wenn die Temperatur des Wärmemediums, das den Stromversorgungskühler 11 durchströmt hat, nicht um die vorgegebene Temperaturdifferenzspanne oder mehr unter der Außenlufttemperatur liegt (Schritt S8: NEIN).
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Wenn das Schaltventil 14 auf die zweite Ventilstellung eingestellt ist, wird wie oben beschrieben die Wärme der Außenluft zum Heizen des Fahrzeuginnenraums genutzt. Die Temperaturdifferenzspanne wird z.B. auf 5 Grad eingestellt. Wenn die Temperatur des Wärmemediums, das den Stromversorgungskühler 11 durchströmt hat, um 5 Grad oder mehr unter der Außenlufttemperatur liegt, schaltet die Steuereinheit 30 von dem Heizen über die Wärme der Stromversorgung (erste Ventilstellung) auf das Heizen über die Wärme der Außenluft (zweite Ventilstellung) um. Das heißt, wenn die Temperatur des Wärmemediums, das der Klimaanlage 20 zugeführt wird, um die Temperaturdifferenzspanne oder mehr unter die Außenlufttemperatur sinkt, während sich das Schaltventil 14 in der ersten Ventilstellung befindet, schaltet die Steuereinheit 30 das Schaltventil 14 in die zweite Ventilstellung, um zum Heizen mit der Wärme der Außenluft überzugehen.
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Wenn das Bestimmungsergebnis in Schritt S8 JA ist, startet die Steuereinheit 30 den Timer und beendet das Verfahren von 3 (Schritt S9). Wenn das Bestimmungsergebnis in Schritt S8 NEIN ist, stoppt die Steuereinheit 30 den Timer und beendet das Verfahren (Schritt S10). Die Steuereinheit 30 setzt den Wert des Timers zur selben Zeit, zu der die Steuereinheit 30 den Timer stoppt, auf Null zurück.
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Die Steuereinheit 30 wiederholt den Vorgang von 3 in regelmäßigen Abständen. Nach dem Start des Timers in Schritt S9 wird das Schaltventil 14 unabhängig von der Stromversorgungstemperatur bis zum Ablauf der vorbestimmten Haltezeit in der zweiten Ventilstellung gehalten (Schritt S2: JA, Schritt S3: JA, Rückgabe). Wenn hingegen die vorbestimmte Haltezeit seit dem Start des Timers in Schritt S9 abgelaufen ist, wird der Timer gestoppt und Schritt S5 und die folgenden Schritte werden ausgeführt (Schritte S2: JA, S3: NEIN, S4). Wie in Schritt S10 setzt die Steuereinheit 30 den Wert des Timers zur selben Zeit, zu der die Steuereinheit 30 den Timer in Schritt S4 stoppt, auf Null zurück.
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Nachdem das Schaltventil 14 in Schritt S9 von der ersten Ventilstellung in die zweite Ventilstellung geschaltet wurde, wird das Schaltventil 14 für eine bestimmte Haltezeit in der zweiten Ventilstellung gehalten. Durch dieses Verfahren wird die Ventilstellung auch dann fixiert, wenn sich die Stromversorgungstemperatur, die Wärmemediumtemperatur oder die Außenlufttemperatur geringfügig ändert. Ein unerwünschtes Schwanken bzw. Pendeln der Ventilstellung beim Umschalten der Position des Schaltventils 14 wird somit verhindert. Die Haltezeit ist zum Beispiel auf 5 Minuten eingestellt.
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Bei dem Thermomanagementsystem 2 der vorliegenden Ausführungsform schaltet das Thermomanagementsystem 2 auch bei einer hohen Stromversorgungstemperatur vom Heizen mit der Wärme der Stromversorgung 3 auf das Heizen mit der Wärme der Außenluft um, wenn die Wärme nicht gut von der Stromversorgung 3 auf das Wärmemedium übertragen wird (d. h. wenn die Temperatur des Wärmemediums, das den Stromversorgungskühler 11 durchströmt hat, niedrig ist). Durch derartiges Steuern des Schaltventils 14 können die Wärme der Stromversorgung 3 und die Wärme der Außenluft effizient zum Heizen des Fahrzeuginnenraums genutzt werden.
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Der Aufbau der Klimaanlage 20 wird unter Bezugnahme auf 4 beschrieben. Die Klimaanlage 20 umfasst einen ersten Wärmekreis 40 und einen zweiten Wärmekreis 50. Der erste Thermokreislauf 40 kühlt den Fahrzeuginnenraum, und der zweite Thermokreislauf 50 heizt den Fahrzeuginnenraum. Der erste Thermokreislauf 40 dient auch dazu, die Wärme des Wärmemediums, das durch den Zirkulationspfad 10 strömt, beim Heizen an den zweiten Thermokreislauf 50 zu übertragen. Der Einfachheit halber wird der Thermokreislauf, der das Wärmemedium zwischen dem Außenluftwärmetauscher 13 (oder dem Stromversorgungskühler 11) und der Klimaanlage 20 (d. h. dem Zirkulationspfad 10 und den mit dem Zirkulationspfad 10 verbundenen Geräten) zirkuliert lässt, im Folgenden als Hauptwärmekreis bezeichnet.
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Der erste Thermokreislauf 40 umfasst einen Zirkulationspfad 41, eine Kühler 42, einen Verdampfer 43, Expansionsventile 44a, 44b, einen Kompressor 45, einen Wärmetauscher 47, ein Schaltventil 46 und einen Modulator 48. Der Zirkulationspfad 41 verbindet die Kältemaschine 42, den Verdampfer 43 und den Wärmetauscher 47. Ein erstes Wärmemedium strömt durch den Zirkulationspfad 41. Das Schaltventil 46 schaltet den Strömungspfad für das erste Wärmemedium um. Im Heizmodus steuert die Steuereinheit 30 das Schaltventil 46 so, dass das erste Wärmemedium zwischen der Kältemaschine 42 und dem Wärmetauscher 47 zirkuliert und dass das erste Wärmemedium nicht zum Verdampfer 43 strömt.
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Das erste Wärmemedium, das eine Flüssigkeit ist, wird zu Gas und seine Temperatur sinkt während der Durchströmung durch das Expansionsventil 44a. Das erste Wärmemedium mit der gesunkenen Temperatur absorbiert Wärme von dem Wärmemedium des Hauptthermokreislaufs und erhöht die Temperaturwährend der Durchströmung durch den Kühler 42. Das erste Wärmemedium (Gas), das den Kühler 42 durchströmt hat, wird komprimiert und verflüssigt und erhöht seine Temperatur weiter, wenn es den Verdichter 45 durchströmt. Dieses hochtemperierte erste Wärmemedium wird dem Wärmetauscher 47 zugeführt. Das erste Wärmemedium, das den Wärmetauscher 47 durchströmt hat, wird über den Modulator 48 zum Schaltventil 46 geleitet.
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Der zweite Thermokreislauf 50 umfasst einen Zirkulationspfad 51, ein Fahrzeuginnenraumheizelement 53, einen Radiator 56 und ein Schaltventil 52. Der Zirkulationspfad 51 verbindet den Wärmetauscher 47, ein Fahrzeuginnenraumheizelement 53 und den Heizkörper 56. Durch den Zirkulationspfad 51 strömt ein zweites Wärmemedium. Das Schaltventil 52 schaltet den Strömungspfad für das zweite Wärmemedium um. Im Heizmodus steuert die Steuereinheit 30 das Schaltventil 52 so, dass das zweite Wärmemedium zwischen dem Wärmetauscher 47 und dem Fahrzeuginnenraumheizelement 53 zirkuliert und dass das zweite Wärmemedium nicht zum Heizkörper 56 strömt.
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Wie oben beschrieben, strömt das erste hochtemperierte Wärmemedium zum Wärmetauscher 47. Im Heizmodus nimmt das zweite Wärmemedium während der Durchströmung des Wärmetauschers 47 Wärme vom ersten Wärmemedium auf. Das zweite Wärmemedium mit einer aufgrund der Wärme des ersten Wärmemediums erhöhten Temperatur durchströmt das Fahrzeuginnenraumheizelement 53. Ein Luftkanal 53a, durch den Luft in den Fahrzeuginnenraum strömt, führt ebenfalls durch das Fahrzeuginnenraumheizelement 53. Das Fahrzeuginnenraumheizelement 53 heizt die Luft in dem Fahrzeuginnenraum durch das hochtemperierte zweite Wärmemedium. Wenn das zweite Wärmemedium eine niedrige thermische Energie hat, heizt die Steuereinheit 30 das zweite Wärmemedium mit Hilfe eines elektrischen Heizelements 54. Im Heizmodus heizt die Wärme der Stromversorgung 3 oder die Wärme der Außenluft den Fahrzeuginnenraum durch das Wärmemedium des Hauptthermokreislaufs über das erste Wärmemedium und das zweite Wärmemedium. Im ersten Thermokreislauf 40 nimmt das erste Wärmemedium, das verdampft ist und dessen Temperatur gesunken ist, Wärme vom Wärmemedium des Hauptthermokreislaufs auf, und das erste Wärmemedium, das verdichtet und verflüssigt wurde und dessen Temperatur weiter gestiegen ist, gibt Wärme an das zweite Wärmemedium ab. Durch diesen Kreislauf kann Wärme zwischen der Stromversorgung 3 (oder der Außenluft) und dem Fahrzeuginnenraum, zwischen welchen eine geringe Temperaturdifferenz besteht, übertragen werden. Dieser Wärmeübertragungskreislauf zwischen zwei Wärmekreisläufen mit einer geringen Temperaturdifferenz dazwischen wird als Wärmepumpe bezeichnet.
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Im Kühlmodus steuert die Steuereinheit 30 das Schaltventil 46 so, dass das erste Wärmemedium zwischen dem Verdampfer 43 und dem Wärmetauscher 47 zirkuliert und dass das erste Wärmemedium nicht zur Kältemaschine 42 strömt. Ein Luftkanal 43a, durch den Luft in den Fahrzeuginnenraum strömt, führt ebenfalls durch den Verdampfer 43. Das erste Wärmemedium, das flüssig ist, verwandelt sich in ein Gas und nimmt an Temperatur ab, wenn es das Expansionsventil 44a durchströmt. Das erste Wärmemedium mit der gesunkenen Temperatur kühlt die Luft im Fahrzeuginnenraum während der Durchströmung durch den ersten Verdampfer 43 ab. Das erste Wärmemedium (Gas), das den Verdampfer 43 durchströmt hat, wird komprimiert und verflüssigt und erhöht während der Durchströmung durch den Verdichter 45 seine Temperatur. Das hochtemperierte erste Wärmemedium wird dem Wärmetauscher 47 zugeführt und überträgt Wärme auf das zweite Wärmemedium im zweiten Thermokreislauf 50. Im Kühlmodus steuert die Steuereinheit 30 das Schaltventil 52 so, dass das zweite Wärmemedium zwischen dem Wärmetauscher 47 und dem Heizkörper 56 im zweiten Thermokreislauf 50 zirkuliert und dass das zweite Wärmemedium nicht zum Fahrzeuginnenraumheizelement 53 strömt. Die Wärme des zweiten Wärmemediums wird über den Kühler 56 an die Außenluft abgeführt. Das vom Wärmetauscher 47 gekühlte erste Wärmemedium wird über den Modulator 48 zum Schaltventil 46 geleitet, und wird verdampft und nimmt während des Durchströmens durch das Expansionsventil 44b an Temperatur ab.
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Wie oben beschrieben, kann das Thermomanagementsystem 2 die Wärme der Stromversorgung und die Wärme der Außenluft effizient zum Heizen des Fahrzeuginnenraums nutzen.
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Zu beachtende Punkte bezüglich der in der Ausführungsform beschriebenen Lehre werden beschrieben. Die Klimaanlage 20 im Heizmodus ist ein Beispiel für das Heizelement, das den Fahrzeuginnenraum heizt.
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Während spezifische Beispiele der Erfindung oben im Detail beschrieben wurden, sind diese Beispiele lediglich illustrativ und sollen den Umfang der Offenbarung nicht einschränken. Die in der Offenbarung definierte Technik bzw. Lehre umfasst verschiedene Modifikationen und Abwandlungen der oben gezeigten spezifischen Beispiele. Die in der vorliegenden Beschreibung oder in den Zeichnungen gezeigten technischen Elemente haben allein oder in verschiedenen Kombinationen einen technischen Nutzen und sind nicht auf die in der ursprünglich eingereichten Offenbarung beschriebenen Kombinationen beschränkt. Die in der vorliegenden Beschreibung oder den Zeichnungen gezeigte Technik kann mehrere Ziele gleichzeitig erreichen und hat einen technischen Nutzen durch Erreichen eines der Ziele.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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