DE102022128314A1

DE102022128314A1 - Wärmepumpensystem für ein fahrzeug

Info

Publication number: DE102022128314A1
Application number: DE102022128314.3A
Authority: DE
Inventors: Seong-Bin Jeong; Dong Seok Oh; Wan Je Cho; Jae Yeon Kim; Namho Park
Original assignee: Hyundai Motor Co; Kia Corp
Current assignee: Hyundai Motor Co; Kia Corp
Priority date: 2021-12-06
Filing date: 2022-10-26
Publication date: 2023-06-07
Also published as: KR20230084935A; CN116373529A; US20230173872A1

Abstract

Ein Wärmepumpensystem (100) für ein Fahrzeug weist auf: ein Ventil (102), eine Elektrische-Komponente-Kühlvorrichtung (110), eine Batteriekühlvorrichtung (120), eine Innenheizvorrichtung (140), eine Innenkühlvorrichtung (170), eine zentrale Energievorrichtung (150) und eine Wärmeaustauschvorrichtung (160) zur Steuerung der Temperatur eines Batteriemoduls (122) unter Verwendung einer Wärmeaustauschvorrichtung (160), in welcher ein Kühlmittel und ein Kältemittel einen Wärmeaustausch durchführen, und zur Rückgewinnung und Verwendung von Wärme aus verschiedenen Wärmequellen in einem Heizmodus eines Fahrzeugs für die Innenraumheizung, um die Heizeffizienz zu verbessern, wobei die Batteriekühlmittelleitung (121) selektiv mit der ersten Verbindungsleitung (141) durch eine Batteriekühlmittelverbindungsleitung (126), welche die Batteriekühlmittelleitung (121) und die erste Verbindungsleitung (141) verbindet, verbindbar ist.

Description

Hintergrund der vorliegenden Offenbarung
Gebiet der vorliegenden Offenbarung
Die vorliegende Offenbarung / Erfindung betrifft ein Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug. Insbesondere betrifft die vorliegende Offenbarung ein Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug, welches selektiv eine Wärmeaustauschvorrichtung verwendet, in welcher ein Kältemittel und ein Kühlmittel Wärme austauschen, um eine Temperatur eines Batteriemoduls einzustellen, und welches selektiv ein Kühlmittel hoher Temperatur und ein Kühlmittel niedriger Temperatur zum Kühlen oder Heizen eines Innenraums eines Fahrzeugs verwendet.
Beschreibung der bezogenen Technik
Im Allgemeinen weist ein Klimatisierungssystem für ein Fahrzeug eine Klimatisierungsvorrichtung auf, welche ein Kältemittel zirkulieren lässt, um einen Innenraum des Fahrzeugs zu heizen oder zu kühlen.
Die Klimatisierungsvorrichtung, welche den Innenraum des Fahrzeugs unabhängig von einer Veränderung der Außentemperatur auf einer geeigneten Temperatur halten soll, um eine komfortable Innenraumumgebung aufrechtzuerhalten, ist dazu eingerichtet, den Innenraum des Fahrzeugs durch Wärmeaustausch mittels eines Verdampfers in einem Vorgang zu erwärmen oder zu kühlen, bei welchem ein Kältemittel, welches durch den Betrieb eines Verdichters ausgelassen wird, durch einen Kondensator, einen Sammler-Trockner, ein Expansionsventil und den Verdampfer zum Verdichter zirkuliert wird.
Das heißt, dass die Klimatisierungsvorrichtung eine Temperatur und eine Feuchtigkeit des Innenraums senkt durch Kondensieren eines Hochtemperatur-Hochdruck-Gasphasen-Kältemittels, welches von dem Verdichter verdichtet ist, durch den Kondensator, Leiten des Kältemittels durch den Sammler-Trockner und das Expansionsventil und anschließendes Verdampfen des Kältemittels in dem Verdampfer in einem Kühlmodus im Sommer.
Da jüngst das Interesse an Energieeffizienz und am Problem der Umweltverschmutzung täglich zunehmen, besteht ein Bedarf an der Entwicklung eines umweltfreundlichen Fahrzeugs, welches dazu in der Lage ist, ein Fahrzeug mit Verbrennungsmotor im Wesentlichen zu ersetzen, und das umweltfreundliche Fahrzeug wird üblicherweise in ein Elektrofahrzeug, welches durch die Verwendung einer Brennstoffzelle oder Elektrizität als Energiequelle angetrieben wird, und ein Hybridfahrzeug, welches durch die Verwendung eines Verbrennungsmotors und einer elektrischen Batterie angetrieben wird, unterteilt.
In dem Elektrofahrzeug oder dem Hybridfahrzeug aus diesen umweltfreundlichen Fahrzeugen wird keine separate Heizeinrichtung verwendet, anders als in einer Klimaanlage eines gewöhnlichen Fahrzeugs, und eine Klimaanlage, welche in dem umweltfreundlichen Fahrzeug verwendet wird, ist allgemein als ein Wärmepumpensystem bekannt.
Das Elektrofahrzeug (z.B. insbesondere ein Brennstoffzellen-Elektrofahrzeug) erzeugt eine Antriebskraft durch die Umwandlung von chemischer Reaktionsenergie zwischen Sauerstoff und Wasserstoff in elektrische Energie. Bei diesem Vorgang wird Wärmeenergie durch eine chemische Reaktion in einer Brennstoffzelle erzeugt. Um die Leistungsfähigkeit der Brennstoffzelle zu gewährleisten, ist es daher notwendig, die erzeugte Wärme effektiv abzuführen.
Darüber hinaus erzeugt das Hybridfahrzeug eine Antriebskraft durch den Betrieb eines Elektromotors unter Verwendung von Elektrizität, welche von der oben beschriebenen Brennstoffzelle oder von einer elektrischen Batterie geliefert wird, zusammen mit einem Verbrennungsmotor, welcher mit einem gewöhnlichen Kraftstoff betrieben wird. Daher sollte die von der Brennstoffzelle oder der Batterie und dem Elektromotor erzeugte Wärme wirksam abgeführt werden, um die Leistungsfähigkeit des Elektromotors zu gewährleisten.
Daher sollten in dem Hybridfahrzeug oder dem Elektrofahrzeug gemäß der bezogenen Technik eine Kühlvorrichtung und eine Batteriekühlvorrichtung unter Verwendung separater geschlossener Kreisläufe, um die Wärmeerzeugung in dem Elektromotor, einer elektrischen Komponente und der Batterie, einschließlich Brennstoffzellen zu verhindern, zusammen mit dem Wärmepumpensystem eingerichtet sein.
Dies hat die Nachteile, dass die Größe und das Gewicht des an der Front des Fahrzeugs vorgesehenen Kühlmoduls zunehmen und dass die Anordnung der Verbindungsleitungen, welche das Kältemittel oder das Kühlmittel dem Wärmepumpensystem, der Kühlvorrichtung und der Batteriekühlvorrichtung zuführen, auf engem Raum kompliziert wird.
Da das Batteriekühlsystem, welches die Batterie je nach Fahrzeugzustand heizt oder kühlt, separat vorgesehen ist, so dass die Batterie eine optimale Leistungsfähigkeit zeigt, werden außerdem mehrere Ventile zum Verbinden der jeweiligen Verbindungsleitungen miteinander verwendet, und Geräusche und Vibrationen aufgrund des häufigen Öffnens oder Schließens dieser Ventile werden in den Innenraum des Fahrzeugs übertragen, so dass sich der Fahrkomfort verschlechtert.
Bei der Beheizung des Fahrzeuginnenraumes ergeben sich ferner die Nachteile, dass sich die Heizleistung aufgrund der fehlenden Wärmequelle verschlechtert, der Stromverbrauch durch den Einsatz der elektrischen (Zu-)Heizeinrichtung erhöht ist und der Energieverbrauch des Verdichters erhöht ist.
Die in diesem Hintergrund der vorliegenden Offenbarung enthaltenen Informationen dienen lediglich der Verbesserung des Verständnisses des allgemeinen Hintergrunds der vorliegenden Offenbarung und dürfen nicht als Zugeständnis oder als irgendeine Form der Andeutung, dass diese Informationen den einem Fachmann bereits bekannten Stand der Technik bilden, verstanden werden.
Kurze Erläuterung
Zahlreiche Aspekte der vorliegenden Offenbarung / Erfindung (nachfolgend kurz auch nur noch: Offenbarung) zielen darauf ab, ein Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug zu schaffen zur Steuerung (z.B. Regulierung) der Temperatur eines Batteriemoduls unter Verwendung einer Wärmeaustauschvorrichtung, in welcher ein Kühlmittel und ein Kältemittel einen Wärmeaustausch durchführen, und zur Rückgewinnung und Verwendung von Wärme von verschiedenen Wärmequellen in einem Heizmodus eines Fahrzeugs für den Innenraumheizmodus, um die Heizeffizienz zu verbessern.
Ein Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug (z.B. ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Personenkraftfahrzeug) gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann aufweisen: ein Ventil, welches dazu eingerichtet ist, einen ins Innere einströmenden Kühlmittelstrom zu steuern, eine Elektrische-Komponente-Kühlvorrichtung, welche eine Kühlmittelleitung, die mit dem Ventil verbunden ist, und einen Radiator und eine erste Pumpe, die in der Kühlmittelleitung vorgesehen sind, aufweist und dazu eingerichtet ist, ein Kühlmittel in der Kühlmittelleitung zu zirkulieren, um mindestens eine elektrische Komponente, die in der Kühlmittelleitung vorgesehen ist, zu kühlen, eine Batteriekühlvorrichtung, welche eine Batteriekühlmittelleitung, die mit dem Ventil verbunden ist, und eine zweite Pumpe und ein Batteriemodul, die in der Batteriekühlmittelleitung vorgesehen sind, aufweist und dazu eingerichtet ist, ein Kühlmittel zu dem Batteriemodul zu zirkulieren, eine Innenheizvorrichtung (z.B. Innenraumheizvorrichtung), welche eine erste Verbindungsleitung, die mit dem Ventil verbunden ist, um einen Fahrzeuginnenraum unter Verwendung eines Hochtemperatur-Kühlmittels zu erwärmen, und eine dritte Pumpe und eine Heizeinrichtung, die in der ersten Verbindungsleitung vorgesehen sind, aufweist, eine Innenkühlvorrichtung (z.B. Innenraumkühlvorrichtung), welche eine vierte Pumpe und einen Kühler (z.B. Außenluftkühler), welche durch eine zweite Verbindungsleitung miteinander verbunden sind, um den Fahrzeuginnenraum unter Verwendung eines Niedrigtemperatur-Kühlmittels zu kühlen, eine zentrale Energievorrichtung (z.B. auch zentralisierte Energievorrichtung, kurz CE-Vorrichtung, Englisch „centralized energy (CE) device“), welche mit der Innenheizvorrichtung durch das Ventil verbunden ist, um ein Kühlmittel hoher Temperatur an die Innenheizvorrichtung zu liefern und ein Kühlmittel niedriger Temperatur ab die Innenkühlvorrichtung zu liefern, mit der zweiten Verbindungsleitung verbunden ist und dazu eingerichtet ist, eine Temperatur des Kühlmittels durch Wärmeaustausch von thermischer Energie, die während der Kondensation und Verdampfung von in einer Kältemittelleitung zirkulierendem Kältemittel erzeugt wird, zu steuern, wobei das Kühlmittel durch Betätigung des Ventils eingeleitet wird, und eine Wärmeaustauschvorrichtung (z.B. auch Chiller-Vorrichtung / Kühler-Vorrichtung / Kühl-Wärmeaustauschvorrichtung - Englisch „Chiller“), welche mit der zentralen Energievorrichtung über eine Kältemittelverbindungsleitung verbunden ist, so dass das Kältemittel selektiv zirkuliert wird, mit dem Ventil über eine Wärmeaustauschvorrichtung-Verbindungsleitung verbunden ist und einen Wärmeaustausch zwischen dem selektiv eingeleiteten Kühlmittel und dem Kältemittel durchführt, um die Temperatur des Kühlmittels zu steuern (z.B. zu regulieren), wobei die Batteriekühlmittelleitung selektiv mit der ersten Verbindungsleitung über eine Batteriekühlmittelverbindungsleitung, welche die Batteriekühlmittelleitung und die erste Verbindungsleitung verbindet, verbindbar ist.
Das Ventil kann aufweisen: einen ersten Anschluss, welcher mit der Kühlmittelleitung, die mit der mindestens einen elektrischen Komponente verbunden ist, verbunden ist, einen zweiten Anschluss, welcher mit einem ersten Endabschnitt der Kondensatorverbindungsleitung verbunden ist, um ein Kühlmittel an den in der zentralen Energievorrichtung vorgesehenen Kondensator zuzuführen, einen dritten Anschluss, mit welchem ein erster Endabschnitt der ersten Verbindungsleitung verbunden ist, einen vierten Anschluss, mit welchem ein erster Endabschnitt der Batteriekühlmittelleitung verbunden ist, einen fünften Anschluss, mit welchem ein erster Endabschnitt der Wärmeaustauschvorrichtung-Verbindungsleitung verbunden ist, um ein Kühlmittel an die Wärmeaustauschvorrichtung zu liefern, und einen sechsten Anschluss, mit welchem ein zweiter Endabschnitt der Wärmeaustauschvorrichtung-Verbindungsleitung verbunden ist, so dass ein von der Wärmeaustauschvorrichtung ausgelassenes Kühlmittel darin einströmt.
Das Ventil kann aufweisen: einen siebten Anschluss, mit welchem ein zweiter Endabschnitt der Batteriekühlmittelleitung verbunden ist, einen achten Anschluss, mit welchem die mit dem Radiator verbundene Kühlmittelleitung verbunden ist, einen neunten Anschluss, mit welchem eine mit dem Radiator verbundene Bypassleitung verbunden ist, einen zehnten Anschluss, mit welchem ein zweiter Endabschnitt der Kondensatorverbindungsleitung verbunden ist, so dass das Kühlmittel, welches den Kondensator durchströmt hat, in das Ventil einströmt, einen elften Anschluss, an welchen eine Radiatorverbindungsleitung, welche das Ventil und den Radiator verbindet, separat von der Kühlmittelleitung und der Bypassleitung angeschlossen ist; und einen zwölften Anschluss, an welchen die erste Verbindungsleitung, welche mit der dritten Pumpe verbunden ist, angeschlossen ist.
Wenn das Batteriemodul in einem Kühlmodus des Fahrzeugs gekühlt wird, kann das Kühlmittel in der Kühlmittelleitung durch den Betrieb der ersten Pumpe in der Elektrische-Komponente-Kühlvorrichtung zirkuliert werden, wobei das entlang der Kühlmittelleitung strömende Kühlmittel in den ersten Anschluss einströmen kann und dann durch den zweiten Anschluss in die Kondensatorverbindungsleitung ausgelassen wird, um dem Kondensator zugeführt zu werden, das Kühlmittel, welches durch den Kondensator geströmt ist, durch den zehnten Anschluss in das Ventil einströmen kann und dann durch die mit dem elften Anschluss verbundene Radiatorverbindungsleitung in den Radiator einströmen kann, das Kühlmittel durch den Betrieb der zweiten Pumpe in der Batteriekühlvorrichtung in der Batteriekühlmittelleitung zirkuliert werden kann, das vom Ventil in die Batteriekühlmittelleitung, welche mit dem siebten Anschluss verbunden ist, eingeströmte Kühlmittel durch das Batteriemodul strömen kann und dann durch den vierten Anschluss ins Ventil einströmen kann, das Kühlmittel, welches von dem Ventil in die mit dem fünften Anschluss verbundene Wärmeaustauschvorrichtung-Verbindungsleitung eingeströmt ist, durch die Wärmeaustauschvorrichtung strömen kann, dann entlang der mit dem sechsten Anschluss verbundenen Wärmeaustauschvorrichtung-Verbindungsleitung ins Ventil einströmen kann und wieder entlang der Batteriekühlmittelleitung und der Wärmeaustauschvorrichtung-Verbindungsleitung zirkulieren kann, während es an den siebten Anschluss ausgelassen wird, jeder Bestandteil (z.B. jede Komponente /jedes Element) so betrieben werden kann, dass Kältemittel entlang der Kältemittelleitung in der zentralen Energievorrichtung zirkulieren kann, und die vierte Pumpe so betrieben werden kann, dass das Kühlmittel entlang der zweiten Verbindungsleitung, welche einen Verdampfer und den Kühler verbindet, geleitet werden kann, um das Kühlmittel, welches durch den Verdampfer in der zentralen Energievorrichtung strömt, an den Kühler in der Innenkühlvorrichtung zu liefern.
Bei der Rückgewinnung von Wärme von einer externen Wärmequelle in einem Heizmodus des Fahrzeugs und der Erhöhung der Temperatur des Batteriemoduls können die erste und die zweite Wasserpumpe in der Elektrische-Komponente-Kühlvorrichtung und in der Batteriekühlvorrichtung betrieben werden, kann die dritte Pumpe in der Innenheizvorrichtung betrieben werden, kann das entlang der Kühlmittelleitung strömende Kühlmittel in den ersten Anschluss einströmen und dann aus dem Ventil durch den fünften Anschluss an die Wärmeaustauschvorrichtung-Verbindungsleitung ausgelassen werden, kann das an die Wärmeaustauschvorrichtung-Verbindungsleitung ausgelassene Kühlmittel durch die Wärmeaustauschvorrichtung entlang der Wärmeaustauschvorrichtung-Verbindungsleitung strömen und dann durch den sechsten Anschluss in das Ventil einströmen, kann das in das Ventil eingeströmte Kühlmittel durch den achten Anschluss in die mit dem Radiator verbundene Kühlmittelleitung strömen und beim Durchströmen des Radiators Wärme von der externen Wärmequelle aus der Außenluft zurückgewinnen, kann das Kühlmittel, welches aus dem Ventil durch den zweiten Anschluss ausgelassen wird, entlang der Kondensatorverbindungsleitung an den Kondensator zugeführt werden, kann das Kühlmittel, welches den Kondensator durchströmt hat, in das Ventil durch den zehnten Anschluss einströmen und dann der Heizeinrichtung entlang der ersten Verbindungsleitung, welche mit dem zwölften Anschluss verbunden ist, zugeführt werden, kann das Kühlmittel, welches die Heizeinrichtung durchströmt hat, in das Ventil durch den dritten Anschluss, welcher mit der ersten Verbindungsleitung verbunden ist, einströmen, kann ein Teil des Kühlmittels, welches in die erste Verbindungsleitung, die mit dem zwölften Anschluss verbunden ist, eingeströmt ist, entlang der Batteriekühlmittelverbindungsleitung zur Batteriekühlmittelleitung strömen, durch das Batteriemodul zirkulieren und dann durch den vierten Anschluss in das Ventil einströmen, und jeder Bestandteil kann so betrieben werden, dass das Kältemittel entlang der Kältemittelleitung in der zentralen Energievorrichtung zirkulieren kann.
Beim Rückgewinnen von Abwärme von mindestens einer elektrischen Komponente im Heizmodus des Fahrzeugs und beim Erhöhen der Temperatur des Batteriemoduls können die erste und die zweite Wasserpumpe in der Elektrische-Komponente-Kühlvorrichtung und in der Batteriekühlvorrichtung betrieben werden, kann die dritte Pumpe in der Innenheizvorrichtung betrieben werden, kann das entlang der Kühlmittelleitung strömende Kühlmittel in den ersten Anschluss einströmen und dann von dem Ventil durch den fünften Anschluss an die Wärmeaustauschvorrichtung-Verbindungsleitung ausgelassen werden, kann das an die Wärmeaustauschvorrichtung-Verbindungsleitung ausgelassene Kühlmittel entlang der Wärmeaustauschvorrichtung-Verbindungsleitung durch die Wärmeaustauschvorrichtung strömen und dann durch den sechsten Anschluss in das Ventil einströmen, kann das in das Ventil eingeströmte Kühlmittel durch den neunten Anschluss an die Bypassleitung ausgelassen werden, kann das in die Bypassleitung eingeströmte Kühlmittel entlang der Kühlmittelleitung durch mindestens eine elektrische Komponente strömen und kann die Temperatur durch die Abwärme der mindestens einen elektrischen Komponente ansteigen, kann das Kühlmittel, welches aus dem Ventil durch den zweiten Anschluss ausgelassen wird, entlang der Kondensatorverbindungsleitung an den Kondensator zugeführt werden, kann das Kühlmittel, welches den Kondensator durchströmt hat, durch den zehnten Anschluss in das Ventil einströmen und dann der Heizeinrichtung entlang der ersten Verbindungsleitung, welche mit dem zwölften Anschluss verbunden ist, zugeführt werden, kann das Kühlmittel, welches die Heizeinrichtung durchströmt hat, durch den dritten Anschluss, welcher mit der ersten Verbindungsleitung verbunden ist, in das Ventil einströmen, kann ein Teil des Kühlmittels, welches in die erste Verbindungsleitung, die mit dem zwölften Anschluss verbunden ist, eingeströmt ist, entlang der Batteriekühlmittelverbindungsleitung zur Batteriekühlmittelleitung strömen, durch das Batteriemodul zirkulieren und dann durch den vierten Anschluss in das Ventil einströmen, und kann jeder Bestandteil kann so betrieben wird, dass das Kältemittel entlang der Kältemittelleitung in der zentralen Energievorrichtung zirkulieren kann.
Die Wärmeaustauschvorrichtung kann die Temperatur des Kältemittels durch Wärmeaustausch zwischen dem Kühlmittel und dem Kältemittel erhöhen, um die Abwärme aus dem Kühlmittel, dessen Temperatur beim Durchströmen der mindestens einen elektrischen Komponente gestiegen ist, zurückzugewinnen.
Die zentrale Energievorrichtung kann aufweisen: einen Kondensator, welcher das Kältemittel durch Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittel und dem Kühlmittel kondensiert, ein erstes Expansionsventil, welches durch die Kältemittelleitung mit dem Kondensator verbunden ist, einen Verdampfer, welcher durch die Kältemittelleitung mit dem ersten Expansionsventil verbunden ist, mit der zweiten Verbindungsleitung verbunden ist und das Kältemittel durch Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittel und dem Kühlmittel gleichzeitig verdampft und eine Temperatur des Kühlmittels absenkt, einen Verdichter, welcher an der Kältemittelleitung zwischen dem Verdampfer und dem Kondensator vorgesehen ist, und einen Akkumulator, welcher an der Kältemittelleitung zwischen dem Verdampfer und dem Verdichter vorgesehen ist, wobei ein erster Endabschnitt der Kältemittelverbindungsleitung mit der Kältemittelleitung zwischen dem Kondensator und dem ersten Expansionsventil verbunden sein kann und ein zweiter Endabschnitt der Kältemittelverbindungsleitung mit der Kältemittelleitung zwischen dem Verdampfer und dem Akkumulator verbunden sein kann.
Ein zweites Expansionsventil kann dazu vorgesehen sein, den Fluss (z.B. Durchfluss) des in die Wärmeaustauschvorrichtung einströmenden Kältemittels zu steuern und das Kältemittel in der Kältemittelverbindungsleitung vor der Wärmeaustauschvorrichtung selektiv zu expandieren.
Das zweite Expansionsventil kann das in die Kältemittelverbindungsleitung eingeströmte Kältemittel expandieren, so dass es in die Wärmeaustauschvorrichtung einströmt, wenn das Batteriemodul unter Verwendung des Kühlmittels, welches mit dem Kältemittel Wärme ausgetauscht hat, gekühlt wird oder selektiv die Abwärme von der mindestens einen elektrischen Komponente und dem Batteriemodul zurückgewonnen wird.
Das erste Expansionsventil und das zweite Expansionsventil können elektronische Expansionsventile sein, welche das Kältemittel selektiv expandieren und gleichzeitig den Kältemittelstrom (z.B. eine Kältemitteldurchflussmenge) steuern.
Die Wärmeaustauschvorrichtung kann Abwärme, die von mindestens einer elektrischen Komponente oder dem Batteriemodul erzeugt wird, zurückgewinnen oder die Temperatur des Batteriemoduls einstellen, abhängig vom bzw. gemäß dem Kühlmodus des Fahrzeugs oder dem Heizmodus.
Wenn im Heizmodus des Fahrzeugs eine Entfeuchtung erforderlich ist, kann die in der Innenkühlvorrichtung vorgesehene vierte Pumpe betrieben werden und kann das Kältemittel dem in der zentralen Energievorrichtung vorgesehenen Verdampfer zugeführt werden.
Die Innenheizvorrichtung kann ferner eine Kühlmittel-Heizeinrichtung aufweisen, welche in der ersten Verbindungsleitung zwischen dem Ventil und der dritten Wasserpumpe vorgesehen ist.
Die Kühlmittel-Heizeinrichtung kann betrieben werden, wenn die Temperatur des Kühlmittels, welches der Heizeinrichtung im Heizmodus des Fahrzeugs zugeführt wird, niedriger als die Zieltemperatur ist oder wenn die Temperatur des Batteriemoduls erhöht wird.
Wie oben beschrieben, kann gemäß dem Wärmepumpensystem für das Fahrzeug gemäß zahlreichen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung das System vereinfacht werden, indem die Temperatur des Batteriemoduls gemäß dem Fahrzeugmodus durch Verwendung einer Wärmeaustauschvorrichtung eingestellt wird, wobei das Kühlmittel und das Kältemittel im Elektrofahrzeug einen Wärmeaustausch durchführen.
Ferner kann die vorliegende Offenbarung die Heizeffizienz verbessern, indem die Abwärme, welche von einer externen Wärmequelle, der elektrischen Komponente oder dem Batteriemodul im Heizmodus des Fahrzeugs erzeugt wird, selektiv zurückgewonnen wird, um diese für die Innenraumheizung zu verwenden.
Zudem realisiert die vorliegende Offenbarung verschiedene Modi durch Verwendung eines (insbesondere einzelnen) Ventils, welches dazu eingerichtet ist, den Durchfluss des Kühlmittels zu steuern, wodurch die Herstellungskosten und das Gewicht reduzieret werden und die Raumausnutzung durch die Vereinfachung des Gesamtsystems verbessert wird.
Weiter ermöglicht die vorliegende Offenbarung eine optimale Leistungsfähigkeit des Batteriemoduls durch effiziente Steuerung der Temperatur des Batteriemoduls, und kann die Gesamtreichweite des Fahrzeugs durch effizientes Management des Batteriemoduls erhöht werden.
Die Verfahren und Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung weisen weitere Eigenschaften und Vorteile, welche aus den beiliegenden Zeichnungen, die hierin aufgenommen sind, und der folgenden detaillierten Beschreibung, die zusammen dazu dienen, bestimmte Grundsätze der vorliegenden Erfindung zu erklären, deutlich werden oder darin detaillierter ausgeführt werden.
Figurenliste

1 ist ein Blockdiagramm eines Wärmepumpensystems für ein Fahrzeug gemäß zahlreichen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
2 ist ein Betriebszustandsdiagramm während der Batteriemodulkühlung gemäß einem Kühlmodus in einem Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug gemäß zahlreichen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
3 ist ein Betriebszustandsdiagramm für die Rückgewinnung von einer externen Wärmequelle und eine Erhöhung der Temperatur des Batteriemoduls gemäß einem Heizmodus in einem Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug gemäß zahlreichen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
4 ist ein Betriebszustandsdiagramm für die Rückgewinnung von Abwärme einer elektrischen Komponente und eine Erhöhung der Temperatur des Batteriemoduls gemäß einem Heizmodus in einem Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug gemäß zahlreichen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.

Es ist zu verstehen, dass die angehängten Zeichnungen nicht notwendigerweise maßstabsgetreu sind und eine etwas vereinfachte Darstellungsweise von verschiedenen Eigenschaften darstellen, um die Grundprinzipien der Erfindung aufzuzeigen. Die spezifischen Konstruktionsmerkmale der vorliegenden Erfindung, einschließlich z.B. konkrete Abmessungen, Ausrichtungen, Positionen und Formen, wie sie hierin offenbart sind, werden (zumindest) teilweise von der jeweiligen geplanten Anwendung und Nutzungsumgebung vorgegeben.
In den Figuren beziehen sich durchgehend durch mehrere Figuren der Zeichnungen die gleichen Bezugszeichen auf gleiche oder gleichwertige Teile der vorliegenden Erfindung.
Detaillierte Beschreibung
Es wird nun im Detail Bezug auf verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung genommen, von denen Beispiele in den beigefügten Zeichnungen dargestellt und im Folgenden beschrieben werden. Obwohl die Erfindung in Verbindung mit den beispielhaften Ausführungsformen beschrieben wird, ist es klar, dass die vorliegende Beschreibung nicht dazu gedacht ist, die Erfindung auf diese beispielhaften Ausführungsformen zu beschränken. Die Erfindung ist im Gegenteil dazu gedacht, nicht nur die beispielhaften Ausführungsformen abzudecken, sondern auch diverse Alternativen, Änderungen, Abwandlungen und andere Ausführungsformen, die im Umfang der Erfindung, wie durch die angehängten Ansprüche definiert, enthalten sein können.
Zahlreiche beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen im Detail beschrieben.
Die in den Zeichnungen gezeigten beispielhaften Ausführungsformen und Strukturen sind nur die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung und schränken Sinn und Umfang der vorliegenden Offenbarung nicht ein. Es ist daher zu verstehen, dass es diverse Äquivalente und Modifikationen geben kann, die dazu imstande sind, die Ausführungsformen und Strukturen der vorliegenden Anmeldung zum Zeitpunkt der Einreichung der vorliegenden Anmeldung zu ersetzen.
Um die vorliegende Offenbarung zu verdeutlichen, werden Teile, welche nicht mit der Beschreibung in Verbindung stehen, weggelassen, und dieselben Elemente oder Äquivalente werden in der gesamten Beschreibung mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.
Die Größe und Dicke der einzelnen Elemente sind in den Zeichnungen willkürlich dargestellt, aber die vorliegende Offenbarung ist nicht notwendigerweise darauf beschränkt, und in den Zeichnungen sind die Dicken von Schichten, Filmen, Platten, Bereichen usw. zur Verdeutlichung übertrieben dargestellt.
In der vorliegenden Beschreibung und den nachfolgenden Ansprüchen sind, sofern nicht ausdrücklich etwas anderes beschrieben ist, das Wort „aufweisen“ oder Variationen wie „aufweist“ oder „aufweisend“ (sowie Alternativen dazu wie „umfassen“, „haben“ oder „enthalten“) so zu verstehen, dass damit die Einbeziehung der angegebenen Elemente, nicht aber der Ausschluss weiterer Elemente gemeint ist.
Ferner meinen die hier verwendeten Begriffe „...(-)Einheit", „...(-)Mechanismus", "...(-)Teil", „...(-)Glied" usw. eine Einheit aus umfassenden Komponenten, welche mindestens eine oder mehrere Funktionen oder Vorgänge ausführen.
1 ist ein Blockdiagramm eines Wärmepumpensystems für ein Fahrzeug gemäß zahlreichen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
Ein Wärmepumpensystem 100 für ein Fahrzeug gemäß verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung verwendet selektiv eine Wärmeaustauschvorrichtung (z.B. auch Chiller-Vorrichtung / Kühler-Vorrichtung / Kühl-Wärmeaustauschvorrichtung - Englisch „Chiller“) 160, in welcher ein Kältemittel und ein Kühlmittel Wärme austauschen, um eine Temperatur eines Batteriemoduls 122 zu steuern, und verwendet selektiv ein Kühlmittel hoher Temperatur und ein Kühlmittel niedriger Temperatur, um einen Innenraum eines Fahrzeugs zu kühlen oder zu heizen.
Unter Bezugnahme auf 1 weist das Wärmepumpensystem 100 gemäß zahlreichen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung auf: ein Ventil 102, eine Elektrische-Komponente-Kühlvorrichtung (z.B. Kühlvorrichtung für eine elektrische Komponente) 110, eine Batteriekühlvorrichtung 120, eine Innenheizvorrichtung (z.B. Innenraumheizvorrichtung) 140, eine Innenkühlvorrichtung (z.B. Innenraumkühlvorrichtung) 170, eine zentrale Energievorrichtung (z.B. auch zentralisierte Energievorrichtung, nachfolgend kurz als CE-Vorrichtung bezeichnet - Englisch „centralized energy (CE) device“) 150 und eine Wärmeaustauschvorrichtung 160.
Zunächst kann das Ventil 102 den Durchfluss des ins Innere einströmenden Kühlmittels steuern. Das Ventil kann in Abhängigkeit von einem Steuersignal einer nicht dargestellten Steuereinrichtung betätigt werden.
In einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung weist die Elektrische-Komponente-Kühlvorrichtung 110 eine Kühlmittelleitung 111, welche mit dem Ventil 102 verbunden ist, sowie einen Radiator 112 und eine erste Wasserpumpe 114, welche in der Kühlmittelleitung 111 vorgesehen sind, auf.
Der Radiator (z.B. auch (Front-)Kühlereinheit oder (Front-)Kühlermodul) genannt) 112 ist an der Front des Fahrzeugs vorgesehen, und ein Kühllüfter ist an der Rückseite vorgesehen, um das Kühlmittel durch den Betrieb des Kühllüfters und den Wärmeaustausch mit der Außenluft zu kühlen.
Diese Elektrische-Komponente-Kühlvorrichtung 110 kann das Kühlmittel in der Kühlmittelleitung 111 durch den Betrieb der ersten Wasserpumpe 114 zirkulieren, um mindestens eine elektrische Komponente 116 zu kühlen.
Hier kann die elektrische Komponente 116 einen Antriebselektromotor, eine Leistungssteuerungsvorrichtung, einen Wechselrichter, eine Ladevorrichtung (sog. „On Board Charger“, kurz OBC), eine Steuereinrichtung oder eine Autonomes-Fahren-Steuereinrichtung umfassen.
Der Antriebselektromotor, die Leistungssteuerungsvorrichtung, der Wechselrichter, die Steuereinrichtung und die Autonomes-Fahren-Steuereinrichtung können so eingerichtet sein, dass sie während des Fahrens Wärme erzeugen, und die Ladevorrichtung kann beim Laden des Batteriemoduls 122 Wärme erzeugen.
Die derart eingerichtete Elektrische-Komponente-Kühlvorrichtung 110 zirkuliert das durch den Radiator 112 gekühlte Kühlmittel durch den Betrieb der ersten Wasserpumpe 114 entlang der Kühlmittelleitung 111, so dass die elektrische Komponente 116 nicht überhitzt wird.
In einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann die Batteriekühlvorrichtung 120 eine Batteriekühlmittelleitung 121, welche mit dem Ventil 102 verbunden ist, sowie das Batteriemodul 122 und eine zweite Wasserpumpe 124, die in der Batteriekühlmittelleitung 121 vorgesehen sind, aufweisen.
Die derart eingerichtete Batteriekühlvorrichtung 120 kann die Temperatur des Batteriemoduls 122 durch Zirkulieren des Kühlmittels im Batteriemodul 122 anhand des Betriebs der zweiten Wasserpumpe 124 steuern.
In einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann die Innenheizvorrichtung 140 eine erste Verbindungsleitung 141, welche mit dem Ventil 102 verbunden ist, um den Fahrzeuginnenraum unter Verwendung eines Kühlmittels von hoher Temperatur zu heizen, und eine dritte Wasserpumpe 142 sowie eine Heizeinrichtung 144, welche in der ersten Verbindungsleitung 141 vorgesehen sind, aufweisen.
Die derart eingerichtete Innenheizvorrichtung 140 kann die erste Verbindungsleitung 141 durch Betätigung des Ventils 102 selektiv (d.h. z.B. wahlweise - hierin kurz selektiv) öffnen, so dass das Kühlmittel hoher Temperatur der Heizeinrichtung 144 zugeführt wird, wenn der Fahrzeuginnenraum beheizt wird.
Dementsprechend kann das Kühlmittel hoher Temperatur der Heizeinrichtung 144 entlang der ersten Verbindungsleitung 141 zugeführt werden.
Das heißt, dass die Innenheizvorrichtung 140 im Fahrzeugheizmodus den Fahrzeuginnenraum durch Zuführen des Kühlmittels hoher Temperatur an die Heizeinrichtung 144 mittels des Betriebs der dritten Wasserpumpe 142 heizen kann.
Ferner kann die Heizeinrichtung 144 innerhalb des HVAC-Moduls 180 (wobei HVAC-Modul für Englisch „Heating, Ventilation, and Air Conditioning Module“ steht, zu Deutsch „Heizung-, Belüftungs- und Klimatisierungs-Modul“) vorgesehen sein.
Hier kann die erste Verbindungsleitung 141 zwischen dem Ventil 102 und der dritten Wasserpumpe 142 mit einer Kühlmittel-Heizeinrichtung 146 versehen sein, um das in der ersten Verbindungsleitung 141 zirkulierende Kühlmittel selektiv (d.h. z.B. wahlweise) zu erwärmen.
Die Kühlmittel-Heizeinrichtung 146 wird so betrieben, dass sie eingeschaltet wird, wenn die Temperatur des der Heizeinrichtung 144 im Heizmodus des Fahrzeugs zugeführten Kühlmittels niedriger als eine Zieltemperatur ist, um das in der ersten Verbindungsleitung 141 zirkulierende Kühlmittel zu erwärmen, wobei das Kühlmittel, dessen Temperatur gestiegen ist, in die Heizeinrichtung 144 einströmt.
Auch kann die Kühlmittel-Heizeinrichtung 146 selektiv betrieben werden, wenn die Temperatur des Batteriemoduls 122 erhöht wird.
Die Kühlmittel-Heizeinrichtung 146 kann ein elektrisches Heizgerät sein, welches in Abhängigkeit von einer Stromversorgung arbeitet.
Ferner wird in einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung beschrieben, dass die Kühlmittel-Heizeinrichtung 146 in der ersten Verbindungsleitung 141 vorgesehen ist, ist jedoch nicht darauf beschränkt, und anstelle der Kühlmittel-Heizeinrichtung 146 kann eine Luftheizeinrichtung zur Erhöhung der Temperatur der in den Innenraum des Fahrzeugs einströmenden Außenluft eingesetzt werden.
Die Luftheizeinrichtung kann an der Rückseite der Heizeinrichtung 144 von der Innenseite des HVAC-Moduls 180 aus hin zum Innenraum des Fahrzeugs vorgesehen sein, um die durch die Heizeinrichtung 144 strömende Außenluft selektiv zu erwärmen.
Die derart eingerichtete Innenheizvorrichtung 140 kann den Fahrzeuginnenraum erwärmen, indem sie im Heizmodus des Fahrzeugs durch den Betrieb der dritten Wasserpumpe 142 Kühlmittel einer hohen Temperatur an die Heizeinrichtung 144 zuführt.
Auf der anderen Seite kann die Batteriekühlmittelleitung 121 durch die erste Verbindungsleitung 141 und die Batteriekühlmittelverbindungsleitung 126 selektiv verbindbar sein.
Dementsprechend kann bei Betrieb der Kühlmittel-Heizeinrichtung 146 ein Teil des Kühlmittels, dessen Temperatur in der Kühlmittel-Heizeinrichtung 146 angestiegen ist, über die Batteriekühlmittelverbindungsleitung 126 an die Batteriekühlmittelleitung 121 geliefert werden.
In einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann die Innenkühlvorrichtung 170 eine vierte Wasserpumpe 172 und einen Kühler (z.B. Außenluftkühler - Englisch „cooler“) 174, die durch eine zweite Verbindungsleitung 171 miteinander verbunden sind, aufweisen, um den Fahrzeuginnenraum durch Verwendung des Kühlmittels niedriger Temperatur zu kühlen.
Die zweite Verbindungsleitung 171 kann mit einem Verdampfer 156, welcher in der zentralen Energievorrichtung 150 vorgesehen ist, verbunden sein.
Die derart eingerichtete Innenkühlvorrichtung 170 führt das Kühlmittel, dessen Temperatur während der Zirkulation in der zweiten Verbindungsleitung 171 im Kühlmodus des Fahrzeugs gesunken ist, durch den Betrieb der vierten Wasserpumpe 172 dem Kühler 174 zu, welcher den Fahrzeuginnenraum kühlt.
Hier kann der Kühler 174 innerhalb des HVAC-Moduls 180 vorgesehen sein.
Auf der anderen Seite kann das HVAC-Modul 180 eine Öffnen-/Schließen-Klappe (z.B. öffenbare / schließbare Klappe) 182 aufweisen, welche zwischen der Heizeinrichtung 144 und dem Kühler 174 vorgesehen ist und dazu eingerichtet ist, die durch den Verdampfer strömende Außenluft zu steuern, welche je nach Kühl-, Heiz- und Entfeuchtungsmodus des Fahrzeugs selektiv in das Heizgerät einzuleiten ist.
Das heißt, dass die Öffnen-/Schließen-Klappe 182 geöffnet wird, so dass die Außenluft, welche im Heizmodus des Fahrzeugs durch den Kühler 174 strömt, der Heizeinrichtung 144 zugeführt wird. Umgekehrt verschließt die Öffnen-/Schließen-Klappe 182 im Kühlbetrieb des Fahrzeugs die Seite der Heizeinrichtung 144, so dass die beim Durchströmen des Kühlers 174 abgekühlte Außenluft direkt in das Fahrzeug einströmt.
In einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann die zentrale Energievorrichtung 150 (im Folgenden als CE-Vorrichtung bezeichnet) über das Ventil jeweils mit der Innenheizvorrichtung 140 und der zweiten Verbindungsleitung 171 verbunden sein, so dass das Kühlmittel hoher Temperatur der Innenheizvorrichtung 140 zugeführt wird und das Kühlmittel niedriger Temperatur der Innenkühlvorrichtung 170 zugeführt wird.
Diese CE-Vorrichtung 150 kann die thermische Energie, welche bei der Kondensation und Verdampfung des in der Kältemittelleitung 151 zirkulierenden Kältemittels erzeugt wird, mit jedem zugeführten Kältemittel austauschen.
Das Kältemittel kann ein R152-a-, R744- oder R290-Hochleistungskältemittel sein.
Das heißt, dass das Kühlmittel hoher Temperatur der Heizeinrichtung 144 über die erste Verbindungsleitung 141 zugeführt wird und dass das Kühlmittel niedriger Temperatur dem Kühler 174 über die zweite Verbindungsleitung 171 zugeführt wird.
Die CE-Vorrichtung 150 weist hier einen Kondensator 153, ein erstes Expansionsventil 155, einen Verdampfer 156, einen Akkumulator 157 und einen Verdichter 159 auf, welche über die Kältemittelleitung 151 verbunden sind.
Zunächst zirkuliert das Kältemittel im Inneren des Kondensators 153 und ist der Kondensator 153 über die Kondensatorverbindungsleitung 133 mit dem Ventil 102 verbunden.
Das heißt, dass der Kondensator 153 einen Wärmeaustausch zwischen dem Kühlmittel und dem vom Ventil 102 durch die Kondensatorverbindungsleitung 133 eingeleiteten Kältemittel bewirken kann, wobei das Kältemittel kondensiert.
Das erste Expansionsventil 155 kann durch die Kältemittelleitung 151 mit dem Kondensator 153 verbunden sein. Das erste Expansionsventil 155 erhält das durch den Kondensator 153 strömende Kältemittel, um es zu expandieren.
Der Verdampfer 156 ist durch die Kältemittelleitung 151 mit dem ersten Expansionsventil 155 verbunden. Der vorliegende Verdampfer 156 kann mit der zweiten Verbindungsleitung 171 verbunden sein, um das in der zweiten Verbindungsleitung 171 zirkulierende Kühlmittel in der Innenkühlvorrichtung 170 zu kühlen.
Der derart eingerichtete Verdampfer 156 kann das Kältemittel durch Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittel und dem Kühlmittel verdampfen und gleichzeitig die Temperatur des Kühlmittels absenken.
Dabei kann das in der Innenkühlvorrichtung 170 zirkulierende Kühlmittel dem Verdampfer 156 entlang der zweiten Verbindungsleitung 171 zugeführt werden, so dass der Verdampfer 156 das Kältemittel durch Wärmeaustausch mit dem Kühlmittel verdam pft.
Der Verdampfer 156 kann dementsprechend das in der zweiten Verbindungsleitung 171 zirkulierende Kühlmittel mit dem darin verdampften Kältemittel niedriger Temperatur durch Wärmeaustausch im Kühlbetrieb des Fahrzeugs kühlen und kann das Kältemittel niedriger Temperatur dem Kühler 174 durch die zweite Verbindungsleitung 171 zuführen.
Zudem ist der Verdichter 159 in der Kältemittelleitung 151 zwischen dem Verdampfer 156 und dem Kondensator 153 vorgesehen. Der vorliegende Verdichter 159 kann das aus dem Verdampfer 156 ausgelassene Kältemittel im gasförmigen Zustand verdichten und das verdichtete Kältemittel dem Kondensator 153 zuführen.
Auf der anderen Seite ist der Akkumulator 157 in der Kältemittelleitung 151 zwischen dem Verdampfer 156 und dem Verdichter 159 vorgesehen.
Dieser Akkumulator 157 verbessert den Wirkungsgrad und die Lebensdauer des Verdichters 159, indem er dem Verdichter 159 nur das gasförmige Kältemittel zuführt.
Außerdem ist die Wärmeaustauschvorrichtung 160 über die Kältemittelverbindungsleitung 163 mit der zentralen Energievorrichtung 150 verbunden, so dass das Kältemittel selektiv zirkuliert wird.
Die Wärmeaustauschvorrichtung 160 ist über die Wärmeaustauschvorrichtung-Verbindungsleitung 161 mit dem Ventil 102 verbunden und führt einen selektiven Wärmeaustausch des eingeleiteten Kühlmittels mit dem Kältemittel durch, um die Temperatur des Kühlmittels zu steuern.
Ein Endabschnitt der Kältemittelverbindungsleitung 163 kann mit der Kältemittelleitung 151 (z.B. demjenigen Abschnitt der Kältemittelleitung 151), die den Kondensator 153 und das erste Expansionsventil 155 verbindet, verbunden sein.
Der andere Endabschnitt der Kältemittelverbindungsleitung 163 kann auch mit der Kältemittelleitung 151 (z.B. demjenigen Abschnitt der Kältemittelleitung 151) zwischen dem Verdampfer 156 und dem Akkumulator 157 verbunden sein.
Hier kann die Kältemittelverbindungsleitung 163 vor der Wärmeaustauschvorrichtung 160 mit einem zweiten Expansionsventil 165 versehen sein, um den Durchfluss des in die Wärmeaustauschvorrichtung 160 einströmenden Kältemittels zu steuern und das Kältemittel selektiv zu expandieren.
Das zweite Expansionsventil 165 kann das in die Kältemittelverbindungsleitung 163 eingeleitete Kältemittel expandieren, um in die Wärmeaustauschvorrichtung 160 einzuströmen, wenn das Batteriemodul 122 mittels des Kühlmittels, welches einem Wärmeaustausch mit dem Kältemittel unterzogen wird, gekühlt wird oder um selektiv Abwärme von der elektrischen Komponente 116 und dem Batteriemodul 122 zurückzugewinnen.
Dieses zweite Expansionsventil 165 expandiert das kondensierte Kältemittel, welches vom Kondensator 153 ausgelassen wird, um die Temperatur des Kältemittels zu senken, und leitet das Kältemittel niedriger Temperatur in die Wärmeaustauschvorrichtung 160 ein, so dass die Temperatur des Kühlmittels, welches durch das Innere der Wärmeaustauschvorrichtung 160 strömt, weiter gesenkt werden kann.
Das heißt, dass die Wärmeaustauschvorrichtung 160 die Temperatur des Kühlmittels, welches durch das Innere der Wärmeaustauschvorrichtung 160 strömt, durch Verwendung des zugeführten Kältemittels niedriger Temperatur senken kann, wenn das Batteriemodul 122 durch Verwendung des Kühlmittels, welches mit dem Kältemittel Wärme ausgetauscht hat, gekühlt wird.
Dementsprechend wird das Kühlmittel, dessen Temperatur beim Durchströmen der Wärmeaustauschvorrichtung 160 gesenkt wird, in das Batteriemodul 122 eingeleitet, so dass das Batteriemodul 122 effizienter gekühlt werden kann.
Auf der anderen Seite kann, wenn die Entfeuchtung im Heizmodus des Fahrzeugs erforderlich ist, die vierte Wasserpumpe 172, welche in der Innenkühlvorrichtung 170 vorgesehen ist, betrieben werden und kann der Verdampfer 156 mit dem Kältemittel, das durch den Betrieb (z.B. die Expansionstätigkeit) des ersten Expansionsventils 155 expandiert wird, versorgt werden.
Auf diese Weise wird der Kühler 174 mit dem Kühlmittel niedriger Temperatur, welches mit dem Kältemittel vom Verdampfer 156 Wärme ausgetauscht hat, versorgt, so dass die interne Entfeuchtung durchgeführt werden kann.
In der derart eingerichteten CE-Vorrichtung 150 können der Kondensator 153, der Verdampfer 156 und die Wärmeaustauschvorrichtung 160 jeweilig ein wassergekühlter Wärmetauscher, in welchen das Kühlmittel eingeleitet wird, sein.
Auch können das erste Expansionsventil 155 und das zweite Expansionsventil 165 elektronische Expansionsventile sein, welche das Kältemittel selektiv expandieren und gleichzeitig den Durchfluss des Kältemittels steuern.
Auf der anderen Seite kann das Ventil 102 in einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung einen ersten, einen zweiten, einen dritten, einen vierten, einen fünften, einen sechsten, einen siebten, einen achten, einen neunten, einen zehnten, einen elften und einen zwölften Anschluss P1, P2, P3, P4, P5, P6, P7, P8, P9, P10, P11 und P12 aufweisen.
Zunächst kann der erste Anschluss P1 mit der Kühlmittelleitung 111, welche mit der elektrischen Komponente 116 verbunden ist, verbunden sein.
Der zweite Anschluss P2 kann mit einem Endabschnitt der Kondensatorverbindungsleitung 133 verbunden sein, um das Kühlmittel dem Kondensator 153 zuzuführen.
Ein Endabschnitt der ersten Verbindungsleitung 141 kann mit dem dritten Anschluss P3 verbunden sein.
Ein Endabschnitt der Batteriekühlmittelleitung 121 kann mit dem vierten Anschluss P4 verbunden sein.
Ein Endabschnitt der Wärmeaustauschvorrichtung-Verbindungsleitung 161 kann mit dem fünften Anschluss P5 verbunden sein, um das Kühlmittel der Wärmeaustauschvorrichtung 160 zuzuführen.
Der sechste Anschluss P6 kann mit einem Endabschnitt der Wärmeaustauschvorrichtung-Verbindungsleitung 161 verbunden sein, um das aus der Wärmeaustauschvorrichtung 160 ausgelassene Kühlmittel einzuleiten.
Der siebte Anschluss P7 kann mit dem anderen Endabschnitt der Batteriekühlmittelleitung 121 verbunden sein.
Der achte Anschluss P8 kann mit dem anderen Endabschnitt der Batteriekühlmittelleitung 121 verbunden sein.
Die mit dem Radiator 112 verbundene Bypassleitung 117 kann mit dem neunten Anschluss P9 verbunden sein.
Hier kann die Bypassleitung 117 durch Betätigung des Ventils 102 selektiv geöffnet werden, wenn die Temperatur des Kühlmittels durch Aufnahme der von der elektrischen Komponente 116 erzeugten Abwärme erhöht wird.
Der zehnte Anschluss P10 kann mit dem anderen Endabschnitt der Kondensatorverbindungsleitung 133 verbunden sein, so dass das Kühlmittel, das durch den Kondensator 153 geströmt ist, in das Ventil 102 einströmt.
Der elfte Anschluss P11 kann mit der Radiatorverbindungsleitung 118, welche das Ventil 102 und den Radiator 112 separat von der Kühlmittelleitung 111 und der Bypassleitung 117 verbindet, verbunden sein.
Der zwölfte Anschluss P12 kann zudem mit der ersten Verbindungsleitung 141, die mit der dritten Wasserpumpe 142 verbunden ist, verbunden sein.
Das heißt, dass das derart eingerichtete Ventil 102 ein 12-Wege-Ventil sein kann.
Nachfolgend werden der Betrieb und die Tätigkeit des Wärmepumpensystems für das Fahrzeug gemäß zahlreichen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung, welches wie oben eingerichtet ist, unter Bezugnahme auf 2, 3 und 4 im Detail beschrieben.
Zunächst wird in dem Wärmepumpensystem für das Fahrzeug gemäß verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung der Betrieb während des Kühlens des Batteriemoduls gemäß dem Kühlmodus des Fahrzeugs unter Bezugnahme auf 2 beschrieben.
2 ist ein Betriebszustandsdiagramm während der Batteriemodulkühlung gemäß einem Kühlmodus in einem Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug gemäß zahlreichen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
Unter Bezugnahme auf 2 wird im Kühlmodus des Fahrzeugs beim Kühlen des Batteriemoduls 122 das Kühlmittel in der Kühlmittelleitung 111 durch den Betrieb der ersten Wasserpumpe 114 in der Elektrische-Komponente-Kühlvorrichtung 110 zirkuliert.
Dementsprechend strömt das Kühlmittel, welches entlang der Kühlmittelleitung 111 strömt, in den ersten Anschluss P1 ein und wird dann durch den zweiten Anschluss P2 in die Kondensatorverbindungsleitung 133 ausgelassen, um dem Kondensator 153 zugeführt zu werden.
Das durch den Kondensator 153 geströmte Kühlmittel strömt durch den zehnten Anschluss P10 in das Ventil 102 ein und strömt dann durch die mit dem elften Anschluss P11 verbundene Radiatorverbindungsleitung 118 zum Radiator 112.
Dementsprechend kann das vom Radiator 112 gekühlte Kühlmittel die elektrische Komponente 116 kühlen und einen Wärmeaustausch mit dem Kältemittel, welches dem Kondensator 153 zugeführt wird, durchführen.
In der Batteriekühlvorrichtung 120 wird außerdem das Kühlmittel in der Batteriekühlmittelleitung 121 durch den Betrieb der zweiten Wasserpumpe 124 zirkuliert.
Das Kühlmittel, welches vom Ventil 102 in die mit dem siebten Anschluss P7 verbundene Batteriekühlmittelleitung 121 einströmt, durchströmt das Batteriemodul 122 und strömt dann durch den vierten Anschluss P4 in das Ventil 102.
Das Kühlmittel, welches von dem Ventil 102 in die mit dem neunten Anschluss P9 verbundene Wärmeaustauschvorrichtung-Verbindungsleitung 161 einströmt, durchströmt die Wärmeaustauschvorrichtung 160 und strömt dann entlang der mit dem sechsten Anschluss P6 verbundenen Wärmeaustauschvorrichtung-Verbindungsleitung 161 in das Ventil 102.
Folglich wird das in das Ventil 102 eingeleitete Kühlmittel erneut an den siebten Anschluss P7 ausgelassen und zirkuliert entlang der Batteriekühlmittelleitung 121 und der Wärmeaustauschvorrichtung-Verbindungsleitung 161.
Dabei kann in der CE-Vorrichtung 150 jeder Bestandteil (z.B. jede Komponente /jedes Element) so betrieben werden, dass das Kältemittel entlang der Kältemittelleitung 151 dazu zirkuliert, den Fahrzeuginnenraum zu beheizen.
Zu diesem Zeitpunkt können das erste und das zweite Expansionsventil 155 und 165 das Kältemittel, welches den Kondensator 153 durchströmt hat, expandieren, um es jeweilig zugeordnet dem Verdampfer 156 und der Wärmeaustauschvorrichtung 160 zuzuführen.
Folglich wird das durch die Wärmeaustauschvorrichtung-Verbindungsleitung 161 zugeführte Kühlmittel abgekühlt durch Wärmeaustausch mit dem der Wärmeaustauschvorrichtung 160 zugeführten Kältemittel niedriger Temperatur. Das gekühlte Kühlmittel kann das Batteriemodul 122 effizient kühlen, während es entlang der Batteriekühlmittelleitung 121, die durch das das Ventil 102 mit der Wärmeaustauschvorrichtung-Verbindungsleitung 161 verbunden ist, zirkuliert.
Zum Liefern des Kühlmittels, welches durch den Verdampfer 156 geströmt ist, an den Kühler 174, kann auf der anderen Seite in der Innenkühlvorrichtung 170 die vierte Wasserpumpe 172 betrieben werden, so dass das Kühlmittel entlang der zweiten Verbindungsleitung 171, welche den Verdampfer 156 und den Kühler 174 verbindet, zirkuliert werden kann.
Dabei wird die in das HVAC-Modul 180 eingeleitete Außenluft beim Durchströmen des Kühlers 174 durch das dem Kühler 174 zugeführte Kühlmittel niedriger Temperatur gekühlt.
In diesem Fall verschließt die Öffnen-/Schließen-Klappe 182 den Abschnitt, welcher durch die Heizeinrichtung 144 verläuft, so dass die gekühlte Außenluft nicht durch die Heizeinrichtung 144 strömt. Daher kann die gekühlte Außenluft direkt in den Innenraum des Fahrzeugs eingeleitet werden.
Dementsprechend kann die Innenkühlvorrichtung 170 im Kühlmodus des Fahrzeugs den Fahrzeuginnenraum kühlen, indem das Kühlmittel, dessen Temperatur während des Zirkulierens in der ersten Verbindungsleitung 171 abnimmt, durch den Betrieb der vierten Wasserpumpe 72 an den Kühler 174 zugeführt wird.
In einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird der Fall der Rückgewinnung von Wärme von der externen Wärmequelle und der Erhöhung der Temperatur des Batteriemoduls 122 während des Heizmodus des Fahrzeugs unter Bezugnahme auf 3 beschrieben.
3 ist ein Betriebszustandsdiagramm für die Rückgewinnung von einer externen Wärmequelle und die Erhöhung der Temperatur des Batteriemoduls gemäß einem Heizmodus in einem Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug gemäß verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
Unter Bezugnahme auf 4 gewinnt das Wärmepumpensystem 100 im Heizmodus des Fahrzeugs Wärme von einer externen Wärmequelle zurück, um sie für die Innenraumheizung zu verwenden und die Temperatur des Batteriemoduls 122 zu erhöhen.
In einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung werden in der Elektrische-Komponente-Kühlvorrichtung 110 und der Batteriekühlvorrichtung 120 die erste und zweite Wasserpumpe 114 und 124 jeweilig betrieben.
Außerdem wird in der Innenheizvorrichtung 140 die dritte Wasserpumpe 142 betrieben.
Das entlang der Kühlmittelleitung 111 strömende Kühlmittel strömt zunächst in den ersten Anschluss P1 ein und wird dann vom Ventil 102 über den neunten Anschluss P9 an die Wärmeaustauschvorrichtung-Verbindungsleitung 161 ausgelassen.
Das an die Wärmeaustauschvorrichtung-Verbindungsleitung 161 ausgelassene Kühlmittel durchströmt die Wärmeaustauschvorrichtung 160 entlang der Wärmeaustauschvorrichtung-Verbindungsleitung 161 und strömt dann durch den sechsten Anschluss P6 in das Ventil 102.
Das in das Ventil 102 eingeströmte Kühlmittel wird über den achten Anschluss P8 an die mit dem Radiator 112 verbundene Kühlmittelleitung 111 ausgelassen. Das dem Radiator 112 zugeleitete Kühlmittel kann beim Durchströmen des Radiators 112 Wärme von der externen Wärmequelle durch Wärmeaustausch mit der Außenluft zurückgewinnen.
Währenddessen wird das aus dem Ventil 102 durch den zweiten Anschluss P2 ausgelassene Kühlmittel dem Kondensator 153 entlang der Kondensatorverbindungsleitung 133 zugeführt.
Das durch den Kondensator 153 geströmte Kühlmittel strömt durch den zehnten Anschluss P10 in das Ventil 102 ein. In der Folge wird das in das Ventil 102 eingeleitete Kühlmittel entlang der ersten Verbindungsleitung 141, welche mit dem zwölften Anschluss P12 verbunden ist, der Heizeinrichtung 144 zugeführt.
Hier kann die Kühlmittel-Heizeinrichtung 146 betrieben werden, um das in der ersten Verbindungsleitung 141 zirkulierende Kühlmittel zu erwärmen, wenn die Temperatur des entlang der ersten Verbindungsleitung 141 zirkulierenden Kühlmittels unter der Zieltemperatur liegt.
Andererseits wird die Öffnen-/Schließen-Klappe 182 geöffnet, so dass Außenluft, welche in das HVAC-Modul 180 einströmt und durch den Kühler 174 strömt, durch die Heizeinrichtung 144 strömt.
Wenn die von außen zuströmende Außenluft durch den Kühler 174 strömt, dem kein Kühlmittel niedriger Temperatur zugeführt wird, wird sie dementsprechend im ungekühlten Raumtemperatur-Zustand eingeleitet. Die eingeleitete Außenluft wird beim Durchströmen der Heizeinrichtung 144 in einen Hochtemperaturzustand versetzt und in den Fahrzeuginnenraum eingeleitet, so dass die Beheizung des Fahrzeuginnenraums realisiert werden kann.
Das heißt, dass das Wärmepumpensystem 100 gemäß der beispielhaften Ausführungsform Wärme von der externen Wärmequelle vom Radiator 112 aufnimmt, um diese für die Fahrzeuginnenraumheizung zu verwenden, wodurch der Stromverbrauch des Verdichters 59 reduziert und die Heizeffizienz verbessert wird.
Und das Kühlmittel, welches die das Heizeinrichtung 144 durchströmt hat, strömt durch den dritten Anschluss P3, welcher mit der ersten Verbindungsleitung 141 verbunden ist, in das Ventil 102 ein.
Auf der anderen Seite kann von dem Kühlmittel, welches in die erste Verbindungsleitung 141, die mit dem zwölften Anschluss P12 verbunden ist, eingeleitet wird, ein Teil des Kühlmittels entlang der Batteriekühlmittelverbindungsleitung 126 in die Batteriekühlmittelleitung 121 einströmen und durch das Batteriemodul 122 zirkulieren und dann durch den vierten Anschluss P4 in das Ventil 102 eingeleitet werden.
Beim Wiederholung des vorliegenden Betriebsablaufs wird das Kühlmittel, dessen Temperatur beim Durchströmen der Heizeinrichtung 144 und des Kondensators 153 gestiegen ist, in das Batteriemodul 122 eingeleitet, so dass die Temperatur des Batteriemoduls 122 erhöht werden kann.
Hier kann in der CE-Vorrichtung 150 jeder Bestandteil (z.B. jede Komponente / jedes Element) so betrieben werden, dass das Kältemittel entlang der Kältemittelleitung 151 zirkuliert, um den Fahrzeuginnenraum zu erwärmen.
Dabei wird das erste Expansionsventil 155 nicht betrieben (z.B. bleibt unbetätigt, beispielsweise geschlossen) und expandiert das zweite Expansionsventil 165 das den Kondensator 153 durchströmte Kältemittel, um es der Wärmeaustauschvorrichtung 160 zuzuführen. Dementsprechend wird die Zufuhr des Kältemittels an den Verdampfer 156 unterbrochen.
Falls hier während des Heizbetriebs des Fahrzeugs eine Entfeuchtung des Fahrzeuginnenraums erforderlich ist, wird das erste Expansionsventil 155 betätigt, um das expandierte Kältemittel dem Verdampfer 156 zuzuführen.
Gleichzeitig wird die vierte Wasserpumpe 172 in der Innenkühlvorrichtung 170 betrieben und das Kühlmittel entlang der zweiten Verbindungsleitung 171 zirkuliert.
Das entlang der zweiten Verbindungsleitung 171 zirkulierende Kühlmittel kann in einem Zustand, in welchem es durch Wärmeaustausch mit dem Kältemittel im Verdampfer 156 abgekühlt ist, in den Kühler 174 eingeleitet werden.
Das heißt, dass die in das HVAC-Modul 180 eingeleitete Außenluft beim Durchströmen des Kühlers 174 durch das in den Kühler 174 eingeleitete Kühlmittel niedriger Temperatur entfeuchtet wird. Daher wird sie beim Durchströmen der Heizeinrichtung 144 in einen Zustand hoher Temperatur versetzt und strömt in den Fahrzeuginnenraum, so dass der Fahrzeuginnenraum beheizt und entfeuchtet werden kann.
In einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird während des Heizmodus des Fahrzeugs der Betrieb für den Fall der Rückgewinnung der Abwärme der elektrischen Komponente 116 und der Erhöhung der Temperatur des Batteriemoduls 122 unter Bezugnahme auf 4 beschrieben.
4 ist ein Betriebszustandsdiagramm für die Rückgewinnung von Abwärme einer elektrischen Komponente und eine Erhöhung der Temperatur des Batteriemoduls gemäß einem Heizmodus in einem Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug gemäß zahlreichen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
Unter Bezugnahme auf 4 kann das Wärmepumpensystem 100 die Abwärme der elektrischen Komponente 116 zurückgewinnen, um sie für die Innenraumheizung zu verwenden und die Temperatur des Batteriemoduls 122 im Heizmodus des Fahrzeugs zu erhöhen.
In einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung werden in der Elektrische-Komponente-Kühlvorrichtung 110 und in der Batteriekühlvorrichtung 120 die erste und die zweite Wasserpumpe 114 und 124 jeweilig betrieben.
Ferner wird in der Innenheizvorrichtung 140 die dritte Wasserpumpe 142 betrieben.
Das entlang der Kühlmittelleitung 111 strömende Kühlmittel strömt zunächst in den ersten Anschluss P1 ein und wird dann vom Ventil 102 über den fünften Anschluss P5 an die Wärmeaustauschvorrichtung-Verbindungsleitung 161 ausgelassen.
Das an die Wärmeaustauschvorrichtung-Verbindungsleitung 161 ausgelassene Kühlmittel durchströmt die Wärmeaustauschvorrichtung 160 entlang der Wärmeaustauschvorrichtung-Verbindungsleitung 161 und strömt dann durch den sechsten Anschluss P6 in das Ventil 102.
Das in das Ventil 102 eingeströmte Kühlmittel wird über den neunten Anschluss P9 an die Bypassleitung 117 ausgelassen. Während das in die Bypassleitung 117 eingeleitete Kühlmittel die elektrische Komponente 116 entlang der Kühlmittelleitung 111 durchströmt, kann dessen Temperatur durch die Abwärme der elektrischen Komponente 116 erhöht werden.
Das heißt, dass das Kühlmittel in der Elektrische-Komponente-Kühlvorrichtung 110 die von der elektrischen Komponente 116 erzeugte Abwärme zurückgewinnt und seine Temperatur erhöht wird, während es durch die Kühlmittelleitung 111, die Wärmeaustauschvorrichtung-Verbindungsleitung 161 und die Bypassleitung 117 zirkuliert.
Das Kühlmittel mit der erhöhten Temperatur kann der Wärmeaustauschvorrichtung 160 zugeführt werden, welche mit der Wärmeaustauschvorrichtung-Verbindungsleitung 161 verbunden ist. Daher erhöht die von der elektrischen Komponente 116 erzeugte Abwärme die Temperatur des der Wärmeaustauschvorrichtung 160 zugeführten Kältemittels.
Das heißt: während der wiederholten Durchführung des vorliegenden Betriebsablaufs nimmt das Kühlmittel die Abwärme der elektrischen Komponente 116 auf und kann seine Temperatur erhöht werden.
Außerdem durchströmt das Kühlmittel, dessen Temperatur durch die Aufnahme der Abwärme der elektrischen Komponente 116 erhöht ist, die Wärmeaustauschvorrichtung 160 durch den Betrieb der ersten Wasserpumpe 114 und wird (z.B. dessen Wärme bzw. die darin gespeicherte Abwärme der elektrischen Komponente 116) zurückgewonnen, während die Temperatur des der Wärmeaustauschvorrichtung 160 zugeführten Kältemittels erhöht wird.
Dementsprechend kann die Wärmeaustauschvorrichtung 160 das Kühlmittel und das Kältemittel einem gegenseitigen Wärmeaustausch unterziehen, um die Abwärme aus dem Kühlmittel, dessen Temperatur sich beim Durchströmen der elektrischen Komponente 116 gestiegen ist, zurückzugewinnen, wodurch sich die Temperatur des Kältemittels erhöht.
Das heißt, dass die Wärmeaustauschvorrichtung 160 das Kältemittel, das durch den Betrieb des zweiten Expansionsventils 165 expandiert wird, durch die Kältemittelverbindungsleitung 163 erhält und das zugeführte Kältemittel durch Wärmeaustausch mit dem Kühlmittel, dessen Temperatur beim Durchströmen der elektrischen Komponente 116 gestiegen ist, verdampft wird, wobei die Abwärme der elektrischen Komponente 116 zurückgewonnen werden kann.
Währenddessen wird das Kühlmittel, welches aus dem Ventil 102 durch den zweiten Anschluss P2 ausgelassen wird, dem Kondensator 153 entlang der Kondensatorverbindungsleitung 133 zugeführt.
Das Kühlmittel, das den Kondensator 153 durchströmt hat, strömt durch den zehnten Anschluss P10 in das Ventil 102. In der Folge wird das dem Ventil 102 zugeführte Kühlmittel entlang der ersten Verbindungsleitung 141, welche mit dem zwölften Anschluss P12 verbunden ist, der Heizeinrichtung 144 zugeführt.
Hier kann die Kühlmittel-Heizeinrichtung 146 betrieben werden, wenn die Temperatur des Kühlmittels, das entlang der ersten Verbindungsleitung 141 zirkuliert, niedriger ist als die Zieltemperatur, um das in der ersten Verbindungsleitung 141 zirkulierende Kühlmittel zu erwärmen.
Auf der anderen Seite wird die Klappe 182 geöffnet, so dass die Außenluft, welche in das HVAC-Modul 180 einströmt und durch den Kühler 174 strömt, die Heizeinrichtung 144 durchströmt.
Wenn dementsprechend die von außen eingeströmte Außenluft den Kühler 174 durchströmt, welchem kein Kühlmittel niedriger Temperatur zugeführt wird, wird diese im ungekühlten Raumtemperatur-Zustand eingeleitet. Die eingeleitete Außenluft wird beim Durchströmen der Heizeinrichtung 144 in einen Zustand hoher Temperatur versetzt und strömt in den Fahrzeuginnenraum ein, so dass die Beheizung des Fahrzeuginnenraums realisiert werden kann.
Das heißt, dass das Wärmepumpensystem 100 gemäß der beispielhaften Ausführungsform Wärme von der externen Wärmequelle von dem Radiator 112 aufnimmt, um diese für die Fahrzeuginnenraumheizung zu verwenden, wodurch der Energieverbrauch des Verdichters 59 reduziert wird und die Heizeffizienz verbessert wird.
Außerdem wird das Kühlmittel, das die Heizeinrichtung 144 durchströmt hat, durch den dritten Anschluss P3, welcher mit der ersten Verbindungsleitung 141 verbunden ist, in das Ventil 102 eingeleitet.
Auf der anderen Seite kann von dem Kühlmittel, das in die erste Verbindungsleitung 141, die mit dem zwölften Anschluss P12 verbunden ist, eingeströmt ist, ein Teil des Kühlmittels entlang der Batterie-Kühlmittel-Verbindungsleitung 126 in die Batteriekühlmittelleitung 121 einströmen und durch das Batteriemodul 122 zirkulieren und dann durch den vierten Anschluss P4 in das Ventil 102 eingeleitet werden.
Bei der Wiederholung des vorliegenden Betriebsablaufs wird das Kühlmittel, dessen Temperatur beim Durchströmen der Heizeinrichtung 144 und des Kondensators 153 gestiegen ist, in das Batteriemodul 122 eingeleitet, so dass die Temperatur des Batteriemoduls 122 erhöht werden kann.
Hier kann in der CE-Vorrichtung 150 jeder Bestandteil so betrieben werden, dass das Kältemittel entlang der Kältemittelleitung 151 zirkuliert, um den Fahrzeuginnenraum zu erwärmen.
Dabei wird das erste Expansionsventil 155 nicht betrieben (z.B. bleibt unbetätigt, beispielsweise geschlossen), und das zweite Expansionsventil 165 expandiert das Kältemittel, das den Kondensator 153 durchströmt hat, und führt es der Wärmeaustauschvorrichtung 160 zu. Dementsprechend wird die Zufuhr des Kältemittels an den Verdampfer 156 unterbrochen.
Wenn während des Heizbetriebs des Fahrzeugs eine Entfeuchtung des Fahrzeuginnenraums erforderlich ist, wird das erste Expansionsventil 155 betätigt, um das expandierte Kältemittel dem Verdampfer 156 zuzuführen.
Gleichzeitig wird die vierte Wasserpumpe 172 in der Innenkühlvorrichtung 170 betrieben und wird das Kühlmittel entlang der zweiten Verbindungsleitung 171 zirkuliert.
Das Kühlmittel, welches entlang der zweiten Verbindungsleitung 171 zirkuliert, kann in einem Zustand, in welchem es durch Wärmeaustausch mit dem Kältemittel im Verdampfer 156 abgekühlt ist, in den Kühler 174 eingeleitet werden.
Das heißt, dass die in das HVAC-Modul 180 eingeleitete Außenluft beim Durchströmen des Kühlers 174 durch das in den Kühler 174 eingeleitete Kühlmittel niedriger Temperatur entfeuchtet wird. In der Folge wird sie beim Durchströmen der Heizeinrichtung 144 in einen Zustand hoher Temperatur umgewandelt und strömt in den Fahrzeuginnenraum ein, so dass der Fahrzeuginnenraum beheizt und entfeuchtet werden kann.
Daher kann bei der Anwendung des Wärmepumpensystems für das Fahrzeug 100 gemäß zahlreichen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung, wie oben beschrieben, das System vereinfacht werden, indem die Temperatur des Batteriemoduls 122 gemäß dem Fahrzeugmodus durch Verwendung der Wärmeaustauschvorrichtung 160, worin das Kühlmittel und das Kältemittel im Elektrofahrzeug einem Wärmeaustausch durchführen, eingestellt wird.
Ferner kann die vorliegende Offenbarung die Heizeffizienz verbessern, indem die Abwärme, welche von einer externen Wärmequelle, der elektrischen Komponente 116 oder dem Batteriemodul 122 erzeugt wird, im Heizmodus des Fahrzeugs selektiv zurückgewonnen wird, um zur Innenraumheizung verwendet zu werden.
Zudem realisiert die vorliegende Offenbarung verschiedene Modi durch Verwendung eines Ventils 102, welches dazu eingerichtet ist, den Durchfluss des Kühlmittels zu steuern, wobei die Herstellungskosten und das Gewicht reduziert werden und die Raumnutzung durch die Vereinfachung des Gesamtsystems zu verbessern.
Außerdem ermöglicht die vorliegende Offenbarung eine optimale Leistung des Batteriemoduls 122 durch effiziente Steuerung der Temperatur des Batteriemoduls 122, und die Gesamtreichweite des Fahrzeugs kann durch effizientes Management des Batteriemoduls 122 erhöht werden.
Ferner bezieht sich der Begriff, welcher eine Steuerungsvorrichtung betrifft, wie zum Beispiel „Steuereinrichtung, „Steuervorrichtung“, „Steuereinheit“, „Steuerungsvorrichtung“, „Steuermodul“ oder „Server“ und so weiter, auf eine Hardwareeinrichtung mit einem Speicher und einem Prozessor, welcher dazu eingerichtet ist, einen oder mehrere Schritte auszuführen, die als eine Algorithmusstruktur interpretiert werden. Der Speicher speichert Algorithmusschritte, und der Prozessor führt die Algorithmusschritte aus, um einen oder mehrere Prozesse eines Verfahrens gemäß zahlreichen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung auszuführen. Die Steuerungsvorrichtung gemäß beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kann durch einen nichtflüchtigen Speicher, welcher dazu eingerichtet ist, Algorithmen zum Steuern des Betriebs zahlreicher Komponenten eines Fahrzeugs oder Daten über Softwarebefehle zum Ausführen der Algorithmen zu speichern, und durch einen Prozessor, welcher dazu eingerichtet ist, einen vorstehend beschriebenen Betriebsablauf unter Verwendung der im Speicher gespeicherten Daten auszuführen, umgesetzt sein. Der Speicher und der Prozessor können individuelle Chips sein. Alternativ können der Speicher und der Prozessor in einen einzigen Chip integriert sein. Der Prozessor kann als ein oder mehrere Prozessoren umgesetzt sein. Der Prozessor kann zahlreiche Logikschaltungen und Betriebsschaltungen aufweisen, kann Vorgänge gemäß einem aus dem Speicher bereitgestellten Programm verarbeiten und kann ein Steuersignal gemäß dem Verarbeitungsergebnis erzeugen.
Die Steuerungsvorrichtung kann mindestens ein Mikroprozessor sein, welcher anhand eines vorbestimmten Programms betrieben wird, das eine Reihe von Befehlen zum Ausführen des in den vorgenannten zahlreichen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung enthaltenen Verfahrens enthalten kann.
Die vorstehende Offenbarung und Erfindung kann auch als computerlesbare Codes auf einem computerlesbaren Aufzeichnungsmedium realisiert sein. Das computerlesbare Aufzeichnungsmedium ist beispielsweise jegliche Datenspeichervorrichtung, welche Daten, die anschließend mittels eines Computersystems gelesen werden können, speichern kann. Beispiele des computerlesbaren Aufzeichnungsmediums umfassen ein Festplattenlaufwerk (HDD), ein Halbleiterlaufwerk (sog. Solid-State-Laufwerk, kurz SSD), ein Siliziumlaufwerk (SDD), einen Nur-Lese-Speicher (ROM), einen Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM), CD-ROMs, Magnetbänder, Disketten, optische Datenspeichervorrichtungen und so weiter sowie die Implementierung als Trägerwellen (z. B. die Übertragung über das Internet). Beispiele für Programmbefehle umfassen sowohl Maschinensprache-Code, wie er zum Beispiel von einem Compiler erzeugt wird, als auch Höhere-Programmiersprache-Code, welcher von einem Computer mit Hilfe eines Interpreters oder ähnlichem ausgeführt werden kann.
In zahlreichen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kann jeder oben beschriebene Vorgang von einer Steuerungsvorrichtung ausgeführt werden, und die Steuerungsvorrichtung kann durch eine Mehrzahl von Steuerungsvorrichtungen oder eine integrierte einzelne Steuerungsvorrichtung ausgestaltet sein.
In zahlreichen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kann die Steuerungsvorrichtung in Form von Hardware oder Software oder in einer Kombination von Hardware und Software umgesetzt sein.
Ferner bezeichnen die in der Beschreibung enthaltenen Begriffe wie zum Beispiel „Einheit“, „Modul“ usw. Einheiten zur Verarbeitung mindestens einer Funktion oder eines Vorgangs, welche durch Hardware, Software oder eine Kombination daraus umgesetzt sein können.
Zur Erleichterung der Erklärung und genauen Definition in den beigefügten Ansprüchen werden die Begriffe „ober... ", „unter...“, „inner...“, „äußer... ", „hoch“, „runter“, „aufwärts“, „abwärts“, „vorder...“, „hinter...“, „vorne“, „hinten“ „nach innen / einwärts“, „nach außen / auswärts“, „innerhalb, „außerhalb“, „innen“, „außen“, „nach vorne / vorwärts“ und „nach hinten / rückwärts“ dazu verwendet, um Merkmale der beispielhaften Ausführungsformen mit Bezug auf deren Positionen, wie sie in den Zeichnungen gezeigt sind, zu beschreiben. Es ist ferner zu verstehen, dass der Begriff „verbinden“ oder seine Abwandlungen" sich sowohl auf eine direkte als auch eine indirekte Verbindung beziehen.
Die vorhergehenden Beschreibungen von bestimmten beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dienten dem Zweck der Darstellung und Beschreibung. Sie sind nicht dazu gedacht, erschöpfend zu sein oder die Erfindung auf genau die offenbarten Formen zu beschränken, und offensichtlich sind viele Änderungen und Abwandlungen vor dem Hintergrund der obigen Lehre möglich. Die beispielhaften Ausführungsformen wurden ausgewählt und beschrieben, um bestimmte Grundsätze der Erfindung und ihre praktische Anwendbarkeit zu beschreiben, um es dadurch dem Fachmann zu erlauben, verschiedene beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, sowie verschiedene Alternativen und Abwandlungen davon, herzustellen und anzuwenden. Es ist beabsichtigt, dass der Umfang der Erfindung durch die beigefügten Ansprüche und deren Äquivalente definiert wird.

Claims

Wärmepumpensystem (100) für ein Fahrzeug, wobei das Wärmepumpensystem aufweist: ein Ventil (102), welches dazu eingerichtet ist, einen ins Innere einströmenden Kühlmittelstrom zu steuern, eine Elektrische-Komponente-Kühlvorrichtung (110), welche eine Kühlmittelleitung (111), die mit dem Ventil (102) verbunden ist, und einen Radiator (112) und eine erste Pumpe (114), die in der Kühlmittelleitung (111) vorgesehen sind, aufweist und dazu eingerichtet ist, ein Kühlmittel in der Kühlmittelleitung (111) zu zirkulieren, um mindestens eine elektrische Komponente (116), die in der Kühlmittelleitung (111) vorgesehen ist, zu kühlen, eine Batteriekühlvorrichtung (120), welche eine Batteriekühlmittelleitung (121), die mit dem Ventil (102) verbunden ist, und eine zweite Pumpe (124) und ein Batteriemodul (122), die in der Batteriekühlmittelleitung (121) vorgesehen sind, aufweist und dazu eingerichtet ist, ein Kühlmittel zu dem Batteriemodul (122) zu zirkulieren, eine Innenheizvorrichtung (140), welche eine erste Verbindungsleitung (141), die mit dem Ventil (102) verbunden ist, um einen Fahrzeuginnenraum unter Verwendung eines Hochtemperatur-Kühlmittels zu erwärmen, und eine dritte Pumpe (142) und eine Heizeinrichtung (144), die in der ersten Verbindungsleitung (141) vorgesehen sind, aufweist, eine Innenkühlvorrichtung (170), welche eine vierte Pumpe (172) und einen Kühler (174), welche durch eine zweite Verbindungsleitung (171) miteinander verbunden sind, um den Fahrzeuginnenraum unter Verwendung eines Niedrigtemperatur-Kühlmittels zu kühlen, eine zentrale Energievorrichtung, kurz CE-Vorrichtung, (150), welche mit der Innenheizvorrichtung (140) durch das Ventil (102) verbunden ist, um ein Kühlmittel hoher Temperatur an die Innenheizvorrichtung (140) zu liefern und ein Kühlmittel niedriger Temperatur ab die Innenkühlvorrichtung (170) zu liefern, mit der zweiten Verbindungsleitung (171) verbunden ist und dazu eingerichtet ist, eine Temperatur des Kühlmittels durch Wärmeaustausch von thermischer Energie, die während der Kondensation und Verdampfung von in einer Kältemittelleitung (151) zirkulierendem Kältemittel erzeugt wird, zu steuern, wobei das Kühlmittel durch Betätigung des Ventils (102) eingeleitet wird, und eine Wärmeaustauschvorrichtung (160), welche mit der zentralen Energievorrichtung (150) über eine Kältemittelverbindungsleitung (163) verbunden ist, so dass das Kältemittel selektiv zirkuliert wird, mit dem Ventil (102) über eine Wärmeaustauschvorrichtung-Verbindungsleitung (161) verbunden ist und einen Wärmeaustausch zwischen dem selektiv eingeleiteten Kühlmittel und dem Kältemittel durchführt, um die Temperatur des Kühlmittels zu steuern, wobei die Batteriekühlmittelleitung (121) selektiv mit der ersten Verbindungsleitung (141) über eine Batteriekühlmittelverbindungsleitung (126), welche die Batteriekühlmittelleitung (121) und die erste Verbindungsleitung (141) verbindet, verbindbar ist.
Wärmepumpensystem (100) nach Anspruch 1, wobei das Ventil (102) aufweist: einen ersten Anschluss (P1), welcher mit der Kühlmittelleitung (111), die mit der mindestens einen elektrischen Komponente (116) verbunden ist, verbunden ist, einen zweiten Anschluss (P2), welcher mit einem ersten Endabschnitt einer Kondensatorverbindungsleitung (133) verbunden ist, um ein Kühlmittel an den in der zentralen Energievorrichtung (150) vorgesehenen Kondensator (153) zuzuführen, einen dritten Anschluss (P3), mit welchem ein erster Endabschnitt der ersten Verbindungsleitung (141) verbunden ist, einen vierten Anschluss (P4), mit welchem ein erster Endabschnitt der Batteriekühlmittelleitung (121) verbunden ist, einen fünften Anschluss (P5), mit welchem ein erster Endabschnitt der Wärmeaustauschvorrichtung-Verbindungsleitung (161) verbunden ist, um ein Kühlmittel an die Wärmeaustauschvorrichtung (1600) zu liefern, und einen sechsten Anschluss (P6), mit welchem ein zweiter Endabschnitt der Wärmeaustauschvorrichtung-Verbindungsleitung (161) verbunden ist, so dass ein von der Wärmeaustauschvorrichtung (160) ausgelassenes Kühlmittel darin einströmt.
Wärmepumpensystem (100) nach Anspruch 2, wobei das Ventil (102) ferner aufweist: einen siebten Anschluss (P7), mit welchem ein zweiter Endabschnitt der Batteriekühlmittelleitung (121) verbunden ist, einen achten Anschluss (P8), mit welchem die mit dem Radiator (112) verbundene Kühlmittelleitung (111) verbunden ist, einen neunten Anschluss (P9), mit welchem Bypassleitung (117), welche durch Umgehen der mindestens einen elektrischen Komponente (116) mit dem Radiator (112) verbunden ist, verbunden ist, einen zehnten Anschluss (P10), mit welchem ein zweiter Endabschnitt der Kondensatorverbindungsleitung (133) verbunden ist, so dass das Kühlmittel, welches den Kondensator (153) durchströmt hat, in das Ventil (102) einströmt, einen elften Anschluss (P11), mit welchem eine Radiatorverbindungsleitung (118), welche das Ventil (102) und den Radiator (112) verbindet, separat von der Kühlmittelleitung (111) und der Bypassleitung (117) verbunden ist, und einen zwölften Anschluss (P12), mit welchem die erste Verbindungsleitung (141), welche mit der dritten Pumpe (142) verbunden ist, verbunden ist.
Wärmepumpensystem (100) nach Anspruch 3, wobei wenn das Batteriemodul (122) in einem Kühlmodus des Fahrzeugs gekühlt wird, das Kühlmittel in der Kühlmittelleitung (111) durch den Betrieb der ersten Pumpe (114) in der Elektrische-Komponente-Kühlvorrichtung (110) zirkuliert wird, das entlang der Kühlmittelleitung (111) strömende Kühlmittel in den ersten Anschluss (P1) einströmt und dann durch den zweiten Anschluss (P2) in die Kondensatorverbindungsleitung (133) ausgelassen wird, um dem Kondensator (153) zugeführt zu werden, das Kühlmittel, welches durch den Kondensator (153) geströmt ist, durch den zehnten Anschluss (P10) in das Ventil (102) einströmt und dann durch die mit dem elften Anschluss (P11) verbundene Radiatorverbindungsleitung (118) in den Radiator einströmt, das Kühlmittel durch den Betrieb der zweiten Pumpe (124) in der Batteriekühlvorrichtung (120) in der Batteriekühlmittelleitung (121) zirkuliert wird, das vom Ventil (102) in die Batteriekühlmittelleitung (121), welche mit dem siebten Anschluss (P7) verbunden ist, eingeströmte Kühlmittel durch das Batteriemodul (122) strömt und dann durch den vierten Anschluss (P4) ins Ventil (102) einströmt, das Kühlmittel, welches von dem Ventil (102) in die mit dem fünften Anschluss (P5) verbundene Wärmeaustauschvorrichtung-Verbindungsleitung (161) eingeströmt ist, durch die Wärmeaustauschvorrichtung (160) strömt, dann entlang der mit dem sechsten Anschluss (P7) verbundenen Wärmeaustauschvorrichtung-Verbindungsleitung (161) ins Ventil (102) einströmt und wieder entlang der Batteriekühlmittelleitung (121) und der Wärmeaustauschvorrichtung-Verbindungsleitung (161) zirkulieren kann, während es an den siebten Anschluss (P7) ausgelassen wird, wobei jeder Bestandteil so betrieben wird, dass Kältemittel entlang der Kältemittelleitung (151) in der zentralen Energievorrichtung (150) zirkuliert, und die vierte Pumpe (172) so betrieben wird, dass das Kühlmittel entlang der zweiten Verbindungsleitung (171), welche einen Verdampfer (156) und den Kühler (174) verbindet, zirkuliert wird, um das Kühlmittel, welches durch den Verdampfer (156) in der zentralen Energievorrichtung (150) strömt, an den Kühler (174) in der Innenkühlvorrichtung (170) zu liefern.
Wärmepumpensystem (100) nach Anspruch 3 oder 4, wobei bei der Rückgewinnung von Wärme von einer externen Wärmequelle in einem Heizmodus des Fahrzeugs und der Erhöhung der Temperatur des Batteriemoduls (122) die erste und die zweite Wasserpumpe (114, 124) in der Elektrische-Komponente-Kühlvorrichtung (110) und in der Batteriekühlvorrichtung (120) jeweilig betrieben werden, die dritte Pumpe (142) in der Innenheizvorrichtung (140) betrieben wird, das entlang der Kühlmittelleitung (111) strömende Kühlmittel in den ersten Anschluss (P1) einströmt und dann aus dem Ventil (102) durch den fünften Anschluss (P5) an die Wärmeaustauschvorrichtung-Verbindungsleitung (161) ausgelassen wird, das an die Wärmeaustauschvorrichtung-Verbindungsleitung (161) ausgelassene Kühlmittel durch die Wärmeaustauschvorrichtung (160) entlang der Wärmeaustauschvorrichtung-Verbindungsleitung (161) strömt und dann durch den sechsten Anschluss (P6) in das Ventil (102) einströmt, das in das Ventil (102) eingeströmte Kühlmittel durch den achten Anschluss (P8) an die mit dem Radiator (112) verbundene Kühlmittelleitung (111) ausgelassen wird und beim Durchströmen des Radiators (112) Wärme von der externen Wärmequelle aus der Außenluft zurückgewinnt, das Kühlmittel, welches aus dem Ventil (102) durch den zweiten Anschluss (P2) ausgelassen wird, entlang der Kondensatorverbindungsleitung (133) dem Kondensator (153) zugeführt wird, das Kühlmittel, welches den Kondensator (153) durchströmt hat, in das Ventil (102) durch den zehnten Anschluss (P10) einströmt und dann entlang der ersten Verbindungsleitung (141), welche mit dem zwölften Anschluss (P12) verbunden ist, der Heizeinrichtung (144) zugeführt wird, das Kühlmittel, welches die Heizeinrichtung (144) durchströmt hat, in das Ventil (102) durch den dritten Anschluss (P3), welcher mit der ersten Verbindungsleitung (141) verbunden ist, einströmt, ein Teil des Kühlmittels, welches in die erste Verbindungsleitung (141), die mit dem zwölften Anschluss (P12) verbunden ist, eingeströmt ist, entlang der Batteriekühlmittelverbindungsleitung (126) zur Batteriekühlmittelleitung (121) strömt, durch das Batteriemodul (122) zirkuliert und dann durch den vierten Anschluss (P4) in das Ventil (102) einströmt, und jeder Bestandteil so betrieben wird, dass das Kältemittel entlang der Kältemittelleitung (151) in der zentralen Energievorrichtung (150) zirkuliert.
Wärmepumpensystem (100) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei bei der Rückgewinnung von Wärme von der mindestens einen elektrischen Komponente (116) in einem Heizmodus des Fahrzeugs und der Erhöhung der Temperatur des Batteriemoduls (122) die erste und die zweite Wasserpumpe (114, 124) in der Elektrische-Komponente-Kühlvorrichtung (110) und in der Batteriekühlvorrichtung (120) jeweilig betrieben werden, die dritte Pumpe (142) in der Innenheizvorrichtung (140) betrieben wird, das entlang der Kühlmittelleitung (111) strömende Kühlmittel in den ersten Anschluss (P1) einströmt und dann aus dem Ventil (102) durch den fünften Anschluss (P5) an die Wärmeaustauschvorrichtung-Verbindungsleitung (161) ausgelassen wird, das an die Wärmeaustauschvorrichtung-Verbindungsleitung (161) ausgelassene Kühlmittel durch die Wärmeaustauschvorrichtung (160) entlang der Wärmeaustauschvorrichtung-Verbindungsleitung (161) strömt und dann durch den sechsten Anschluss (P6) in das Ventil (102) einströmt, das in das Ventil (102) eingeströmte Kühlmittel durch den neunten Anschluss (P9) an die Bypassleitung (117) ausgelassen wird, das in die Bypassleitung (117) eingeströmte Kühlmittel entlang der Kühlmittelleitung (111) durch die mindestens eine elektrische Komponente (116) strömt und dessen Temperatur durch die Abwärme der mindestens einen elektrischen Komponente (116) ansteigt, das Kühlmittel, welches aus dem Ventil (102) durch den zweiten Anschluss (P2) ausgelassen wird, entlang der Kondensatorverbindungsleitung (133) dem Kondensator (153) zugeführt wird, das Kühlmittel, welches den Kondensator (153) durchströmt hat, in das Ventil (102) durch den zehnten Anschluss (P10) einströmt und dann entlang der ersten Verbindungsleitung (141), welche mit dem zwölften Anschluss (P12) verbunden ist, der Heizeinrichtung (144) zugeführt wird, das Kühlmittel, welches die Heizeinrichtung (144) durchströmt hat, in das Ventil (102) durch den dritten Anschluss (P3), welcher mit der ersten Verbindungsleitung (141) verbunden ist, einströmt, ein Teil des Kühlmittels, welches in die erste Verbindungsleitung (141), die mit dem zwölften Anschluss (P12) verbunden ist, eingeströmt ist, entlang der Batteriekühlmittelverbindungsleitung (126) zur Batteriekühlmittelleitung (121) strömt, durch das Batteriemodul (122) zirkuliert und dann durch den vierten Anschluss (P4) in das Ventil (102) einströmt, und jeder Bestandteil so betrieben wird, dass das Kältemittel entlang der Kältemittelleitung (151) in der zentralen Energievorrichtung (150) zirkuliert.
Wärmepumpensystem (100) nach Anspruch 6, wobei die Wärmeaustauschvorrichtung (160) eine Temperatur des Kältemittels durch Wärmeaustausch zwischen dem Kühlmittel und dem Kältemittel erhöht, um die Abwärme aus dem Kühlmittel, dessen Temperatur beim Durchströmen der mindestens einen elektrischen Komponente (116) gestiegen ist, zurückzugewinnen.
Wärmepumpensystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die zentrale Energievorrichtung (150) aufweist: einen Kondensator (153), welcher das Kältemittel durch Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittel und dem Kühlmittel kondensiert, ein erstes Expansionsventil (155), welches durch die Kältemittelleitung (151) mit dem Kondensator (153) verbunden ist, einen Verdampfer (156), welcher durch die Kältemittelleitung (151) mit dem ersten Expansionsventil (155) verbunden ist, mit der zweiten Verbindungsleitung (171) verbunden ist und das Kältemittel durch Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittel und dem Kühlmittel gleichzeitig verdampft und eine Temperatur des Kühlmittels absenkt, einen Verdichter (159), welcher an der Kältemittelleitung (151) zwischen dem Verdampfer (156) und dem Kondensator (153) vorgesehen ist, und einen Akkumulator (157), welcher an der Kältemittelleitung (151) zwischen dem Verdampfer (156) und dem Verdichter (159) vorgesehen ist, wobei ein erster Endabschnitt der Kältemittelverbindungsleitung (163) mit der Kältemittelleitung (151) zwischen dem Kondensator (153) und dem ersten Expansionsventil (155) verbunden ist, und wobei ein zweiter Endabschnitt der Kältemittelverbindungsleitung (163) mit der Kältemittelleitung (151) zwischen dem Verdampfer (156) und dem Akkumulator (157) verbunden ist.
Wärmepumpensystem (100) nach Anspruch 8, wobei ein zweites Expansionsventil (165) dazu vorgesehen ist, den Fluss des in die Wärmeaustauschvorrichtung (160) einströmenden Kältemittels zu steuern und selektiv das Kältemittel in der Kältemittelverbindungsleitung (163) vor der Wärmeaustauschvorrichtung (160) zu expandieren.
Wärmepumpensystem (100) nach Anspruch 9, wobei das zweite Expansionsventil (165) das in die Kältemittelverbindungsleitung (163) eingeströmte Kältemittel expandiert, so dass es in die Wärmeaustauschvorrichtung (160) einströmt, wenn das Batteriemodul (122) unter Verwendung des Kühlmittels, welches mit dem Kältemittel Wärme ausgetauscht hat, gekühlt wird oder selektiv die Abwärme von mindestens einer elektrischen Komponente (116) und dem Batteriemodul (122) zurückgewonnen wird.
Wärmepumpensystem (100) nach Anspruch 9 oder 10, wobei das erste Expansionsventil (155) und das zweite Expansionsventil (165) elektronische Expansionsventile sind, welche das Kältemittel selektiv expandieren und gleichzeitig den Kältemittelstrom steuern.
Wärmepumpensystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Wärmeaustauschvorrichtung (160) Abwärme, die von der mindestens einen elektrischen Komponente (116) oder dem Batteriemodul (112) erzeugt wird, zurückgewinnt oder die Temperatur des Batteriemoduls (122) einstellt, abhängig vom Kühlmodus des Fahrzeugs oder dem Heizmodus.
Wärmepumpensystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei wenn in einem Heizmodus des Fahrzeugs eine Entfeuchtung erforderlich ist, die in der Innenkühlvorrichtung (170) vorgesehene vierte Pumpe (172) betrieben wird, und das Kältemittel einem in der zentralen Energievorrichtung (150) vorgesehenen Verdampfer (156) zugeführt wird.
Wärmepumpensystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die Innenheizvorrichtung (140) ferner eine Kühlmittel-Heizeinrichtung (146) aufweist, welche in der ersten Verbindungsleitung (141) zwischen dem Ventil (102) und der dritten Wasserpumpe (142) vorgesehen ist.
Wärmepumpensystem (100) nach Anspruch 14, wobei die Kühlmittel-Heizeinrichtung (146) betrieben wird, wenn die Temperatur des Kühlmittels, welches im Heizmodus des Fahrzeugs der Heizeinrichtung (144) zugeführt wird, niedriger als eine Zieltemperatur ist oder wenn die Temperatur des Batteriemoduls (122) erhöht wird.