DE112012002441B4

DE112012002441B4 - Thermosteuervorrichtung für Fahrzeug

Info

Publication number: DE112012002441B4
Application number: DE112012002441.9T
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Kishita; Masayuki Takeuchi; Hideaki Okawa; Seiji Inoue; Nobuharu Kakehashi; Koji Miura
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2011-06-13
Filing date: 2012-06-06
Publication date: 2020-06-18
Anticipated expiration: 2032-06-07
Also published as: US9180750B2; WO2012172751A1; US20150128632A1; DE112012002441T5; CN103582580B; JP2013001160A; JP5589967B2; CN103582580A

Abstract

Thermosteuervorrichtung für ein Fahrzeug, aufweisend:
eine thermische Belastung (2, 602), welche auf einem Fahrzeug montiert ist;
ein primäres System (3), durch welches ein thermisches Transportmedium zirkuliert, wobei das primäre System (3) einen Belastungswärmetauscher (31) zum Ausführen eines Wärmeaustauschs zwischen der thermischen Belastung (2, 602) und dem thermischen Transportmedium und einen Umgebungswärmetauscher (32) zum Ausführen eines Wärmeaustauschs zwischen einer Umgebungsluft und dem thermischen Transportmedium aufweist;
eine thermische Kalt-heiß-Einrichtung (4, 504), welche einen Wärmetauscher (42) einer Hochtemperaturseite zum Ausführen eines Wärmeaustauschs zu dem thermischen Transportmedium und einen Wärmetauscher (44) einer Niedrigtemperaturseite zum Ausführen eines Wärmeaustauschs zu dem thermischen Transportmedium aufweist und welche eine Temperaturdifferenz zwischen dem Wärmetauscher (42) einer Hochtemperaturseite und dem Wärmetauscher (44) einer Niedrigtemperaturseite bereitstellt; und
eine Steuereinrichtung (5), wobei
das primäre System (3) eine Schalteinrichtung (33) umfasst, welche zwischen einem Betriebszustand, in welchem das thermische Transportmedium, welches durch den Wärmetauscher (42) einer Hochtemperaturseite aufgeheizt wurde, an den Belastungswärmetauscher (31) geliefert wird, und einem Betriebszustand, in welchem das thermische Transportmedium, welches durch den Wärmetauscher (44) einer Niedrigtemperaturseite gekühlt wurde, an den Belastungswärmetauscher (31) geliefert wird, schaltet,
der Wärmetauscher (42) einer Hochtemperaturseite auf einer Seite zu dem Belastungswärmetauscher (31) in dem primären System (3) liegt und
der Wärmetauscher (44) einer Niedrigtemperaturseite auf einer anderen Seite zu dem Belastungswärmetauscher (31) in dem primären System (3) liegt,
die Schalteinrichtung (33) eine Zirkulationsrichtung des thermischen Transportmediums in einer ersten Richtung und einer zweiten Richtung entgegengesetzt zu der ersten Richtung schaltet,
die thermische Kalt-heiß-Einrichtung (4, 504) ein Kältekreislauf ist, welcher einen Kompressor (41) vom Typ elektrisch angetrieben aufweist und den Wärmetauscher (42) einer Hochtemperaturseite als einen Kühler verwendet und den Wärmetauscher (44) einer Niedrigtemperaturseite als einen Verdampfer verwendet,
die Steuereinrichtung (5) den Kompressor (41) aktiviert oder deaktiviert und die Schalteinrichtung (33) steuert, um die Zirkulationsrichtung des thermischen Transportmediums zu schalten, und
die Steuereinrichtung (5) bereitstellt:
einen Kühlbetrieb zum Kühlen der thermischen Belastung (2, 602) durch ein Aktivieren des Kompressors (41) und ein Steuern der Schalteinrichtung (33), um die Zirkulationsrichtung des thermischen Transportmediums in die erste Richtung zu bringen, wobei die erste Richtung eine Strömungsrichtung des thermischen Transportmediums aus dem Wärmetauscher (44) einer Niedrigtemperaturseite zu dem Belastungswärmetauscher (31) ist; und
einen Heizbetrieb für ein Heizen der thermischen Belastung (2, 602) durch ein Aktiveren des Kompressors (41) und ein Steuern der Schalteinrichtung (33), um die Zirkulationsrichtung des thermischen Transportmediums in die zweite Richtung zu bringen, wobei die zweite Richtung eine Strömungsrichtung des thermischen Transportmediums aus dem Wärmetauscher (42) einer Hochtemperaturseite zu dem Belastungswärmetauscher (31) ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bzw. Offenbarung bezieht sich auf eine Thermosteuervorrichtung für ein Fahrzeug, welche eine Temperatur einer thermischen Belastung auf dem Fahrzeug einstellt unter Verwenden einer thermischen Kalt-heiß-Einrichtung, wie zum Beispiel eines Kältekreislaufs.
Stand der Technik
Die JP 3 149 493 B2 , die JP 2002-352867 A und die JP 2010-064651 A offenbaren Thermosteuervorrichtungen für Fahrzeuge, von denen jede eine Temperatur einer Batterie, welche auf dem Fahrzeug montiert ist, und eine Temperatur einer Fahrgastzelle des Fahrzeugs einstellt. Die JP 3 149 493 B2 offenbart eine Vorrichtung, welche eine Batterie unter Verwenden von Luft oder von Kühlwasser herunterkühlt. Des Weiteren offenbart die JP 3 149 493 B2 auch eine Vorrichtung, welche Luft oder das Kühlwasser zum Kühlen der Batterie kühlt unter Verwenden einer thermischen Vorrichtung, wie zum Beispiel eines Kältekreislaufs. Die JP 2002-352867 A und die JP 2010-064651 A offenbaren ebenfalls eine Thermosteuervorrichtung, welche einen Kühlwasserkreislauf zum Kühlen der Batterie und einen Kältekreislauf aufweist.
Die JP 2008-105645 A offenbart eine Thermosteuervorrichtung für ein Fahrzeug, die eine Temperatur einer Batterie durch einen Wärmeaustausch mit Umgebungsluft oder durch einen Wärmeaustausch mit einer Wärmequelle wie einem elektrischen Motor einstellt. Um zwischen Kühl- und Heizbetrieb umzuschalten, wird die Zirkulationsrichtung eines thermischen Transportmediums geändert.
Die US 2004 / 0068997 A1 offenbart schließlich eine Kühlvorrichtung für eine Elektrode einer Plasmaätzanlage, die zwei Kreislaufsysteme mit insgesamt drei Wärmetauschern nutzt, um die Kühlleistung zu steigern.
Zusammenfassung der Erfindung
Allerdings ist es im Fall der Vorrichtung der JP 3 149 493 B2 erforderlich, um den Wärmeaustausch zwischen der Batterie und einer Umgebungsluft von dem Fahrzeug bereitzustellen, einen Wärmetauscher für das Kühlwasser und einen Wärmetauscher für den Kältekreislauf, d. h. einen Kondensator, an dem Fahrzeug zu montieren, so dass ein Wärmeaustausch mit der Umgebungsluft des Fahrzeugs ausgeführt wird. Aus diesem Grund besteht ein Problem dahingehend, dass die Ausgestaltung der Thermosteuervorrichtung kompliziert sein kann. Des Weiteren besteht ein Problem dahingehend, dass es erforderlich ist, zwei Wärmetauscher für die Umgebungsluft auf dem Fahrzeug zu tragen. Im Fall der JP 2002-352867 A ist es ebenso erforderlich, einen Wärmetauscher für Kühlwasser und einen Kondensator für den Kältekreislauf zu montieren. Im Fall der JP 2010 - 064651 A ist die Ausgestaltung derart, dass das Kühlwasser zum Kühlen der Batterie einen Wärmeaustausch lediglich mit dem Kältekreislauf ausführt. Aus diesem Grund ist lediglich der Kondensator des Kältekreislaufs auf dem Fahrzeug vorgesehen. Mit dieser Konfiguration ist es jedoch erforderlich, um die Temperatur der Batterie einzustellen, den Kältekreislauf sicher zu betreiben.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Thermosteuervorrichtung für ein Fahrzeug bereitzustellen, welche fähig zum Heizen und Kühlen einer thermischen Belastung bzw. Last auf dem Fahrzeug mittels einer einfachen Ausgestaltung ist.
Die obige Aufgabe wird durch eine Thermosteuervorrichtung gelöst, welche die Merkmale von Patentanspruch 1 aufweist.
Gemäß dieser Thermosteuervorrichtung kann Wärme an die Umgebungsluft unter Verwendung des primären Systems (3) abgeführt werden. Darüber hinaus kann die thermische Kalt-heiß-Einrichtung (4, 504), da die thermische Kalt-heiß-Einrichtung (4, 504) das thermische Transportmedium heizen oder kühlen kann, die Temperatur der thermischen Belastung (2, 602) durch das primäre System (3) einstellen. Die thermische Kalt-heiß-Einrichtung (4, 504) ist ausgestaltet, um thermisch mit dem primären System (3) über beide Wärmetauscher, den Wärmetauscher (42) einer Hochtemperaturseite und den Wärmetauscher (44) einer Niedrigtemperaturseite, gekoppelt zu sein. Aus diesem Grund wird alleine lediglich der Umgebungswärmetauscher (32) des primären Systems (3) als der Wärmetauscher für ein Bereitstellen eines Wärmeaustauschs mit der Umgebungsluft verwendet. Die Thermosteuervorrichtung für ein Fahrzeug, welche eine einfache Ausgestaltung aufweist, ist daher bereitgestellt.
Außerdem zeigen die Symbole in Klammern, welche in dem obigen Abschnitt und in den Ansprüchen gegeben sind, lediglich entsprechende Beziehungen zu konkreten Elementen, welche in den später als ein Beispiel erwähnten Ausführungsformen beschrieben sind, und sind nicht dazu gedacht, den technischen Umfang dieser Erfindung zu beschränken.
Figurenliste

1 ist ein Blockdiagramm, welches eine Thermosteuervorrichtung für ein Fahrzeug gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist ein Blockdiagramm, welches einen der Betriebszustände bei der ersten Ausführungsform zeigt;
3 ist ein Blockdiagramm, welches einen der Betriebszustände bei der ersten Ausführungsform zeigt;
4 ist ein Blockdiagramm, welches einen der Betriebszustände bei der ersten Ausführungsform zeigt;
5 ist ein Blockdiagramm, welches einen der Betriebszustände bei der ersten Ausführungsform zeigt;
6 ist ein Blockdiagramm, welches einen der Betriebszustände bei der ersten Ausführungsform zeigt;
7 ist ein Blockdiagramm, welches eine Thermosteuervorrichtung für ein Fahrzeug gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
8 ist ein Blockdiagramm, welches eine Thermosteuervorrichtung für ein Fahrzeug gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
9 ist ein Blockdiagramm, welches eine Thermosteuervorrichtung für ein Fahrzeug gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
10 ist ein Blockdiagramm, welches eine Thermosteuervorrichtung für ein Fahrzeug gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und
11 ist ein Blockdiagramm, welches eine Thermosteuervorrichtung für ein Fahrzeug gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

Beschreibung von Ausführungsformen
Unter einer Bezugnahme auf die Zeichnungen werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung hier im Folgenden beschrieben werden. Bei diesen Ausführungsformen sind die gleichen Teile und Komponenten wie diejenigen bei jeder Ausführungsform mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und die gleichen Beschreibungen werden nicht wiederholt werden. In einem Fall, dass lediglich ein Teil einer Komponente oder eines Teils beschrieben ist, können andere Beschreibungen für den verbleibenden Teil der Komponente oder des Teils in der anderen Beschreibung hinzugezogen werden. Die Komponenten und Teile, welche den Komponenten und Teilen entsprechen, welche in der vorangegangen Beschreibung beschrieben sind, können mit dem gleichen Bezugszeichen bezeichnet sein und werden nicht auf redundante Art und Weise beschrieben werden. Die Ausführungsformen können in einigen Formen teilweise kombiniert werden oder teilweise ausgetauscht worden, welche deutlich in der nachfolgenden Beschreibung spezifiziert sind. Zusätzlich sollte man verstehen, dass die Ausführungsformen in einigen Formen teilweise kombiniert oder teilweise miteinander ausgetauscht werden können, welche nicht klar spezifiziert sind, sofern es keine Probleme hierbei gibt.
Erste Ausführungsform
Die 1 ist ein Blockdiagramm, welches eine Thermosteuervorrichtung 1 für ein Fahrzeug gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Eine Thermosteuervorrichtung 1 für ein Fahrzeug stellt eine Temperatur einer Batterie (BATT) 2 ein, welche eine thermische Belastung bzw. thermische Last auf einem Fahrzeug ist, unter Verwenden einer thermischen Kalt-heiß-Einrichtung, wie zum Beispiel eines Kältekreislaufs. Die thermische Belastung ist die Batterie 2. Die Batterie 2 ist eine wiederaufladbare Batterie, welche elektrischen Strom an einen elektrischen Motor zum Antreiben des Fahrzeugs liefert. Die Batterie 2 kann mit einer Lithiumionenbatterie usw. vorgesehen sein. Die Batterie 2 liefert einen Ausgang von hunderten von Volt.
Die Thermosteuervorrichtung 1 für ein Fahrzeug weist ein primäres System 3 auf, durch welches ein thermisches Transportmedium zum Ausführen eines Wärmeaustauschs mit der Batterie 2 zirkulieren gelassen wird. Das thermische Transportmedium ist ein Kühlwasser, welches eine Frostschutzlösung enthält. Das primäre System 3 wird auch als ein Kühlwasserkreislauf bezeichnet. Das primäre System 3 ist mit einem Belastungswärmetauscher 31 für Wärmebelastungen, einem Umgebungsluftwärmetauscher 32 für die Umgebungsluft und einer Pumpe 33 vom elektrisch angetriebenen und für zwei Richtungen vorgesehen Typ ausgestattet. Das primäre System 3 bildet einen Schaltkreis 34 des Kühlwassers aus, in welchem der Wärmetauscher 31, der Wärmetauscher 32 und die Pumpe 33 in Reihe miteinander verbunden sind. Der Belastungswärmetauscher 31 ermöglicht es, einen Wärmeaustausch zwischen der Batterie 2 und dem Kühlwasser auszuführen. Der Umgebungsluftwärmetauscher 32 ermöglicht es, einen Wärmeaustausch zwischen der Umgebungsluft außen von dem Fahrzeug und dem Kühlwasser auszuführen. Der Umgebungsluftwärmetauscher 32 ist der einzige Umgebungsluftwärmetauscher in der Thermosteuervorrichtung 1 für ein Fahrzeug. Ein Lüfter 32a zum Strömenlassen der Umgebungsluft, um durch den Wärmetauscher 32 hindurchzugehen, kann nahe an dem Wärmetauscher 32 angeordnet sein. Der Wärmetauscher 32 wird auch als ein Kühler bezeichnet. Die Pumpe 33 lässt das Kühlwasser in dem primären System 3 zirkulieren. Die Pumpe 33 kann die Zirkulationsrichtung des Kühlwassers in eine erste Richtung und in eine zweite Richtung entgegengesetzt zu der ersten Richtung schalten. Die Pumpe 33 kann bereitgestellt sein durch eine Pumpe vom reversiblen Typ, welche eine Wasserversorgungsrichtung schaltet durch ein Schalten der Drehrichtung eines Motors. Die Pumpe 33 stellt eine Schalteinrichtung bereit, welche die Zirkulationsrichtung des thermischen Transportmediums schaltet.
Das primäre System 3 führt einen Wärmeaustausch zwischen der Batterie 2 und der Umgebungsluft aus. Das primäre System 3 stellt hauptsächlich eine Wärmeabführung an die Umgebungsluft von der Batterie 2 bereit. Das primäre System 3 kann einen Wärmetransport von der Umgebungsluft zu der Batterie 2 ausführen, d. h. ein Heizen der Batterie 2, wenn die thermischen Bedingungen erfüllt sind.
Das primäre System 3 ist mit einem Bypasskanal 35 ausgestattet, welcher es dem Kühlwasser ermöglicht, unter Umgehen des Wärmetauschers 32 zu strömen. Der Bypasskanal 35 ist parallel zu dem Wärmetauscher 32 angeordnet. Der Bypasskanal 35 und der Kreislauf 34 sind über Abzweigungsabschnitte verbunden. Ein Drei-Wege-Ventil 36 ist an einem von den Abzweigungsabschnitten angeordnet. Das Drei-Wege-Ventil 36 kann mindestens den Strömungskanal von dem Kühlwasser zu einem Kanal schalten, welcher lediglich durch den Wärmetauscher 32 hindurchgeht, und einem Kanal, welcher lediglich durch den Bypasskanal 35 hindurchgeht. Des Weiteren kann das Drei-Wege-Ventil 36 ein Verhältnis zwischen einer Strömungsmenge, welche durch den Wärmetauscher 32 hindurchgeht, und einer Strömungsmenge, welche durch den Bypasskanal 35 hindurchgeht, einstellen. Das Drei-Wege-Ventil 36 stellt die Strömungsmengensteuereinrichtung bereit, welche die Strömungsmenge des Kühlwassers, welches durch den Umgebungsluftwärmetauscher 32 hindurchgeht, einstellt. Ein Ausmaß eines Wärmeaustauschs zwischen der Umgebungsluft und dem Kühlwasser kann durch das Drei-Wege-Ventil 36 eingestellt werden. Eine Hilfswärmequelleneinrichtung 37 ist in dem Bypasskanal 35 angeordnet. Die Wärmequelleneinrichtung 37 ist ein PTC-Heizgerät (engl.: positive temperature coefficient, zu deutsch: positiver Temperaturkoeffizient). Die Wärmequelleneinrichtung 37 kann das Kühlwasser aufheizen, welches durch den Bypasskanal 35 strömt, wenn ein Strom geliefert wird.
Die Thermosteuervorrichtung 1 für ein Fahrzeug weist ein sekundäres System 4 auf, welches thermisch lediglich mit dem primären System 3 gekoppelt ist. Das sekundäre System 4 weist einen Wärmetauscher 42 einer Hochtemperaturseite auf einer Hochtemperaturseite und einen Wärmetauscher 44 einer Niedrigtemperaturseite auf einer Niedrigtemperaturseite auf und weist eine Einrichtung auf, welche eine Temperaturdifferenz unter den Wärmetauschern 42 und 44 erzeugt. Das sekundäre System 4 ist mit einer thermischen Kalt-heiß-Einrichtung 4 versehen. Das sekundäre System 4 kann als ein Kältekreislauf bezeichnet werden. Der Wärmetauscher 42 einer Hochtemperaturseite führt einen Wärmeaustausch lediglich zu dem Kühlwasser des primären Systems 3 aus. Der Wärmetauscher 44 einer Niedrigtemperaturseite führt einen Wärmeaustausch lediglich zu dem Kühlwasser des primären Systems 3 aus. Sowohl der Wärmetauscher 42 einer Hochtemperaturseite als auch der Wärmetauscher 44 einer Niedrigtemperaturseite ist thermisch mit dem primären System 3 gekoppelt.
Die thermische Kalt-heiß-Einrichtung 4 ist ein Kältekreislauf vom Typ Dampf und Kompression. Die thermische Kalt-heiß-Einrichtung 4 ist mit einem Kompressor 41, einem Kühler 42, einer Dekomprimierungseinrichtung 43 und einem Verdampfer 44 ausgestattet. Der Kompressor 41 ist ein Kompressor vom elektrisch angetriebenen Typ. Der Kompressor 41 komprimiert ein Kältemittel von niedrigem Druck, welches aus dem Verdampfer 44 herauskam, und liefert ein Kältemittel von hohem Druck an den Kühler 42. Der Kühler 42 wärmt das Kühlwasser auf unter Verwenden der Wärme von dem Kältemittel von hohem Druck. Der Kühler 42 ist der erste Wärmetauscher, welcher einen Wärmeaustausch zwischen dem primären System 3 und dem sekundären System 4 ausführt. Der Kühler 42 wird auch als der Wärmetauscher 42 einer Hochtemperaturseite bezeichnet. Da der Kühler 42 den Wärmeaustausch zwischen dem Kühlwasser und dem Kältemittel bereitstellt, kann er auch als ein Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher bezeichnet werden. In einem Fall, dass ein kondensierbares Kältemittel verwendet wird, kann der Kühler 42 als ein Kondensator bezeichnet werden. Die Dekomprimierungseinrichtung 43 dekomprimiert das Kältemittel von hohem Druck, welches aus dem Kühler 42 herauskam. Der Verdampfer 44 verdampft das durch die Dekomprimierungseinrichtung 43 dekomprimierte Kältemittel. Der Verdampfer 44 kühlt das Kühlwasser durch eine Verdampfung des Kältemittels. Der Verdampfer 44 ist der zweite Wärmetauscher, welcher einen Wärmeaustausch zwischen dem primären System 3 und dem sekundären System 4 ausführt. Der Verdampfer 44 wird auch als der Wärmetauscher 44 einer Niedrigtemperaturseite bezeichnet. Da der Verdampfer 44 einen Wärmeaustausch zwischen dem Kühlwasser und dem Kältemittel ausführt, kann er auch als ein Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher bezeichnet werden.
Der Wärmetauscher 42 ist auf einer Seite zu dem Wärmetauscher 31 in dem primären System 3 vorgesehen. In anderen Worten ist der Wärmetauscher 42 an dem einen von zwei Durchlässen zwischen dem Wärmetauscher 31 und dem Wärmetauscher 32 angeordnet. Der Wärmetauscher 44 ist auf einer anderen Seite zu dem Wärmetauscher 31 in dem primären System 3 vorgesehen. In anderen Worten ist der Wärmetauscher 44 an einem anderen von den zwei Durchlässen zwischen dem Wärmetauscher 31 und dem Wärmetauscher 32 angeordnet. Mit dieser Ausgestaltung werden, wenn die Pumpe 33 das Kühlwasser in der ersten Richtung strömen lässt, die Positionen von dem Wärmetauscher 44 und dem Wärmetauscher 31 in dem primären System derart eingestellt, dass das Kühlwasser von dem Wärmetauscher 44 in den Wärmetauscher 31 strömt. Wenn darüber hinaus die Pumpe 33 das Kühlwasser in der zweiten Richtung strömen lässt, werden die Positionen von dem Wärmetauscher 42 und dem Wärmetauscher 31 in dem primären System 3 derart eingestellt, dass das Kühlwasser von dem Wärmetauscher 42 in den Wärmetauscher 31 strömt. Entsprechend zu dieser Ausgestaltung kann ein Kühlen der thermischen Belastung und ein Heizen der thermischen Belastung durch ein Schalten der Strömungsrichtung des thermischen Transportmediums geschaltet werden, welches durch das primäre System zirkuliert. Die Pumpe 33, welche als eine Schalteinrichtung bereitgestellt ist, schaltet zwischen dem Betriebszustand, welcher das thermische Transportmedium, welches durch den Wärmetauscher 42 einer Hochtemperaturseite aufgeheizt wurde, zu dem Belastungswärmetauscher 31 liefert, und dem Betriebszustand, welcher das thermische Transportmedium, welches durch den Wärmetauscher 44 einer Niedrigtemperaturseite gekühlt wurde, zu dem Belastungswärmetauscher 31 liefert.
Die Thermosteuervorrichtung 1 für ein Fahrzeug weist eine Steuereinrichtung (CNTL) 5 auf. Die Steuereinrichtung 5 ist mit einem Mikrocomputer versehen, welcher ein durch einen Computer lesbares Speichermedium aufweist. Das Speichermedium speichert ein Programm, welches durch den Computer auslesbar ist. Das Speichermedium kann durch eine Speichereinrichtung bereitgestellt sein. Das Programm bringt, wenn es durch die Steuereinrichtung 5 ausgeführt wird, die Steuereinrichtung 5 dazu, wie Einrichtungen zu funktionieren, welche in dieser Beschreibung beschrieben sind, und bringt die Steuereinrichtung 5 dazu, ein in dieser Beschreibung beschriebenes Steuerverfahren auszuführen. Die Mittel, welche durch die Steuereinrichtung 5 bereitgestellt werden, können als ein funktionaler Block oder ein Modul bezeichnet werden, welche eine vorherbestimmte Funktion ausführen.
Die Steuereinrichtung 5 steuert elektrisch steuerbare Einrichtungen, wie zum Beispiel die Pumpe 33, den Kompressor 41 und das Drei-Wege-Ventil 36. Die Steuereinrichtung 5 steuert Einrichtungen, um eine Temperatur der Batterie 2 auf eine Zieltemperatur entsprechend zu den Temperaturinformationen über die Thermosteuervorrichtung 1 für ein Fahrzeug einzustellen, wie zum Beispiel eine Temperatur der Batterie 2 und eine Umgebungslufttemperatur. Die Zieltemperatur kann als eine gewünschte Temperaturzone eingestellt werden, in welcher die Batterie 2 eine vorherbestimmte Leistung ausführen kann. Die Steuereinrichtung 5 steuert Einrichtungen zum Ausführen eines Kühlbetriebs, wenn die Temperatur der Batterie 2 höher ist als die Zieltemperatur. Die Batterie 2 wird in dem Kühlbetrieb gekühlt. Wenn ein Ausmaß der thermischen Belastung für das Kühlen der Batterie 2 zunimmt, wird als erstes der erste Kühlbetrieb ausgeführt, und dann wird der zweite Kühlbetrieb ausgeführt. Die Steuereinrichtung 5 stellt den Kühlbetrieb für ein Kühlen der thermischen Belastung bereit unter Verwenden des Kältekreislaufs durch ein Aktivieren des Kompressors 41 und ein Steuern der Schalteinrichtung, um die Zirkulationsrichtung des thermischen Transportmediums in die erste Richtung zu bringen.
Die Steuereinrichtung 5 steuert Einrichtungen zum Ausführen eines Heizbetriebs, wenn die Temperatur der Batterie 2 niedriger ist als die Zieltemperatur. Die Batterie 2 wird in dem Heizbetrieb aufgeheizt. Wenn ein Ausmaß der thermischen Belastung für das Heizen der Batterie 2 zunimmt, wird als erstes der erste Heizbetrieb ausgeführt, und dann werden der zweite Heizbetrieb oder der dritte Heizbetrieb ausgeführt. Der Heizbetrieb kann auch als eine Aufwärmbetriebsart bezeichnet werden. Die Steuereinrichtung 5 stellt den Heizbetrieb für ein Aufheizen der thermischen Belastung bereit unter Verwenden des Kältekreislaufs durch ein Aktivieren des Kompressors 41 und ein Steuern der Schalteinrichtung, um die Zirkulationsrichtung des thermischen Transportmediums in die zweite Richtung zu bringen. Entsprechend zu dieser Ausgestaltung kann ein Kühlen der thermischen Belastung und ein Heizen der thermischen Belastung durch ein Schalten der Zirkulationsrichtung des thermischen Transportmediums in dem primären System ausgeführt werden.
Die Thermosteuervorrichtung 1 für ein Fahrzeug ist mit einer Haupteinheit 6 ausgestattet, welche die Batterie 2 umfasst, welche die thermische Belastung ist, und der Wärmetauschereinheit 7, welche auf dem Fahrzeug in einer getrennten Art und Weise von der Haupteinheit 6 montiert ist. Die Haupteinheit 6 ist die Einrichtung, in welcher zumindest die Batterie 2 und die thermische Kalt-heiß-Einrichtung 4 derart kombiniert sind, dass sie auf dem Fahrzeug als eine einzige Einheit montiert werden können und dass sie als eine einheitliche Vorrichtung gehandhabt werden können. Entsprechend zu dieser Ausgestaltung ist die thermische Kalt-heiß-Einrichtung zum Einstellen der Temperatur der thermischen Belastung ausgestaltet als eine Einheit mit der thermischen Belastung. Aus diesem Grund ist es möglich, die thermische Belastung und die thermische Kalt-heiß-Einrichtung als eine Einheit zu montieren. Die Haupteinheit 6 wird auch als eine Belastungseinheit 6 oder die Batterieeinheit 6 bezeichnet. Zumindest die Batterie 2 und die thermische Kalt-heiß-Einrichtung 4 sind auf einem gemeinsamen Chassis montiert oder sind in einem gemeinsamen Behälter aufgenommen, um die Haupteinheit 6 auszubilden. Die Haupteinheit 6 weist des Weiteren die Pumpe 33, den Bypasskanal 35, das Drei-Wege-Ventil 36, die Wärmequelleneinrichtung 37 und die Steuereinrichtung 5 auf. Die Haupteinheit 6 kann eine Mehrzahl von Anschlüssen für die Batterie 2, Steuersignalanschlüsse für die Batterie 2 und die Steuereinrichtung 5 und Stromversorgungsanschlüsse für Niedrigspannungseinrichtungen, wie zum Beispiel die Steuereinrichtung und die elektrische Pumpe 33, aufweisen. Die Haupteinheit 6 kann mit einer elektrischen Stromversorgungseinheit vom Abwärtstyp (engl.: step down type) versehen sein, um elektrischen Strom an die Steuereinrichtung 5, die Pumpe 33 und den Kompressor 41 usw. von der Batterie 2 zu liefern.
Die Haupteinheit 6 ist an geeigneten Positionen installiert, wie zum Beispiel einem rückwärtigen Teil an dem Fahrzeug. Die Wärmetauschereinheit 7 ist in einer Position installiert, wo es vorteilhaft ist, die Umgebungsluft an den Wärmetauscher 32 zu liefern, wie zum Beispiel einem vorderen Teil des Fahrzeugs. Lediglich der Wärmetauscher 32 stellt den Wärmeaustausch mit der Umgebungsluft bei der Thermosteuervorrichtung 1 für ein Fahrzeug bereit.
Die Haupteinheit 6 macht es leicht, die Thermosteuervorrichtung 1 für ein Fahrzeug zu handhaben. Gemäß dieser Ausgestaltung wird des Weiteren eine Montagearbeit an dem Fahrzeug leicht. Viele der hauptsächlichen Komponenten zum Einstellen der Temperatur der Batterie 2 sind in der Haupteinheit 6 umfasst. Aus diesem Grund kann die Batterie 2 mit einer Temperatureinstellfunktion bereitgestellt werden. Des Weiteren können Benutzer eine Batterie mit einer Temperatureinstellungsfunktion erhalten und verwenden, ohne der inneren Struktur der Haupteinheit 6 oder einer Leistungsfähigkeit von Teilen eine übermäßige Beachtung zu schenken.
Wenn die Batterie 2 verwendet wird, nimmt die Temperatur der Batterie 2 zu. Die Temperatur der Batterie 2 steigt zum Beispiel an durch ein Laden der Batterie 2 oder ein Entladen von der Batterie 2. Daher ist es, wenn eine Temperatur der Batterie 2 höher wird als eine wünschenswerte Temperaturzone, dann notwendig, um die Temperatur der Batterie 2 zu verringern, die Batterie 2 zu kühlen. Auf der anderen Seite ist in einem Fall, dass ein Betrieb des Fahrzeugs startet, wenn die Umgebungslufttemperatur niedrig ist, die Temperatur der Batterie 2 ebenso in etwa gleich zu der Umgebungslufttemperatur. In solch einem Fall kann die Temperatur der Batterie 2 niedriger sein als die wünschenswerte Temperaturzone. Aus diesem Grund ist es innerhalb einer Zeitdauer, bevor die Batterie 2 die wünschenswerte Temperaturzone durch eine Selbsterzeugung von Wärme erreicht, erforderlich, die Batterie 2 aufzuwärmen. Eine Steuereinrichtung 5 steuert Einrichtungen der Thermosteuervorrichtung 1 für ein Fahrzeug, um den Kühlbetrieb und den Heizbetrieb auszuführen.
Die 2 ist ein Blockdiagramm, welches einen Betrieb bei der ersten Ausführungsform zeigt. In der Zeichnung sind beispielhafte Beispiele von Temperaturen an verschiedenen Abschnitten dargestellt. Die Temperaturen in der Zeichnung sind Beispiele, welche von den Erfindern angenommen wurden. Die Steuereinrichtung 5 führt einen ersten Kühlbetrieb aus, wenn die Umgebungslufttemperatur in der ersten Temperaturzone liegt, welche die Batterie 2 vollständig kühlen kann. Der erste Kühlbetrieb unterstützt lediglich eine Wärmeableitung von der Batterie 2. Dieser Betriebszustand kann daher auch als ein Wärmeabführungsbetrieb bezeichnet werden. Des Weiteren hält die Steuereinrichtung 5 den Kompressor 41 an und steuert eine Schalteinrichtung, die Zirkulationsrichtung des thermischen Transportmediums in die erste Richtung oder die zweite Richtung zu bringen. Die Einrichtung stellt den Wärmeabführungsbetrieb bereit, welcher die Wärme an die Umgebungsluft durch das primäre System abführt. Entsprechend zu dieser Ausgestaltung können drei Betriebsweisen bereitgestellt werden durch ein Ändern der Zirkulationsrichtung des thermischen Transportmediums in dem primären System und ein Ändern einer Aktivierung/Deaktivierung des Kältekreislaufs. Die Steuereinrichtung 5 lässt die Pumpe 33 in die eine oder in die andere Richtung rotieren, während die thermische Kalt-heiß-Einrichtung 4 angehalten wird, durch eine Deaktivierung des Kompressors 41. Bei dieser Ausführungsform dreht sich die Pumpe 33 in der ersten Richtung. Das Kühlwasser wird zu dem Wärmetauscher 32 geleitet und durch die Umgebungsluft gekühlt. Das Kühlwasser, welches durch die Umgebungsluft gekühlt wurde, wird an den Wärmetauscher 31 geliefert. Als ein Ergebnis wird die Wärme von der Batterie 2 an die Umgebungsluft lediglich durch das primäre System 3 abgeführt, und eine übermäßige Zunahme der Temperatur der Batterie 2 wird verhindert.
Die 3 ist ein Blockdiagramm, welches einen Betrieb bei der erste Ausführungsform zeigt. In der Darstellung sind Beispiele von Temperaturen an verschiedenen Abschnitten dargestellt. Die Steuereinrichtung 5 führt einen zweiten Kühlbetrieb aus, wenn die Umgebungslufttemperatur in der zweiten Temperaturzone liegt, welche die Batterie 2 nicht vollständig kühlen kann. Wenn zum Beispiel die Umgebungslufttemperatur 30 Grad Celsius beträgt, ist es unmöglich, einen Temperaturanstieg an der Batterie 2 zu verhindern unter Verwendung des Wärmeabführungsbetriebs. Die Steuereinrichtung 5 aktiviert die thermische Kalt-heiß-Einrichtung 4 durch ein Aktivieren des Kompressors 41 und lässt die Pumpe 33 in der ersten Richtung rotieren. Eine Zirkulationsrichtung des Kühlwassers ist die erste Richtung, in welcher das Kühlwasser in einer Reihenfolge von dem Wärmetauscher 31, dem Kühler 42, dem Wärmetauscher 32 und dem Verdampfer 44 strömt. Zu diesem Zeitpunkt wird das Kühlwasser, welches aus dem Wärmetauscher 31 herauskam, durch den Kühler 42 weiter aufgeheizt und wird dann an den Wärmetauscher 32 geliefert. Da die Umgebungsluft, deren Temperatur niedriger ist als diejenige des Kühlwassers, durch den Wärmetauscher 32 strömt, wird das Kühlwasser durch die Umgebungsluft in dem Wärmetauscher 32 gekühlt. Die thermische Kalt-heiß-Einrichtung 4 ermöglicht daher eine Wärmeabführung an die Umgebungsluft selbst bei einer hohen Umgebungslufttemperatur durch ein Aufheizen des Kühlwassers. Das Kühlwasser, welches durch die Umgebungsluft gekühlt wurde, wird an den Wärmetauscher 31 geliefert, nachdem es weiter durch den Verdampfer 44 gekühlt wurde. Als ein Ergebnis wird die Wärme der Batterie 2 an die Umgebungsluft abgeführt, und eine übermäßige Zunahme hinsichtlich der Temperatur der Batterie 2 wird verhindert. Mit dieser Ausgestaltung wird kalte thermische Energie, welche durch die thermische Kalt-heiß-Einrichtung 4 geliefert wird, verwendet, um die Temperatur der Batterie 2 einzustellen.
Die 4 ist ein Blockdiagramm, welches einen Betrieb bei der ersten Ausführungsform darstellt. In der Darstellung sind Beispiele von Temperaturen an verschiedenen Abschnitten dargestellt. Die Steuereinrichtung 5 führt den ersten Heizbetrieb aus, wenn die thermische Kalt-heiß-Einrichtung 4 Wärme zum Aufwärmen der Batterie 2 von der Umgebungsluft hochpumpen kann, d. h. wenn eine Umgebungslufttemperatur in der dritten Temperaturzone liegt. Die Steuereinrichtung 5 aktiviert die thermische Kalt-heiß-Einrichtung 4 durch ein Aktivieren des Kompressors 41, und lässt die Pumpe 33 in der zweiten Richtung rotieren. Die Zirkulationsrichtung des Kühlwassers ist die zweite Richtung, in welcher das Kühlwasser in einer Reihenfolge von dem Wärmetauscher 31, dem Verdampfer 44, dem Wärmetauscher 32 und dem Kühler 42 strömt. Zu diesem Zeitpunkt wird das Kühlwasser, welches aus dem Wärmetauscher 31 herauskam, weiter durch den Verdampfer 44 gekühlt und wird dann an den Wärmetauscher 32 geliefert. Da die Umgebungsluft, deren Temperatur höher ist als diejenige des Kühlwassers, durch den Wärmetauscher 32 strömt, wird das Kühlwasser durch die Umgebungsluft in dem Wärmetauscher 32 aufgewärmt. Die thermische Kalt-heiß-Einrichtung 4 ermöglicht daher ein Heraufpumpen von Wärme von der Umgebungsluft selbst bei einer niedrigen Umgebungslufttemperatur durch ein Kühlen des Kühlwassers. Das durch die Umgebungsluft aufgewärmte Kühlwasser wird an den Wärmetauscher 31 geliefert, nachdem es weiter durch den Kühler 42 aufgeheizt wurde. Die Steuereinrichtung 5 kann des Weiteren das Drei-Wege-Ventil 36 bzw. Ventil mit drei Anschlüssen derart steuern, dass ein Teil des Kühlwassers durch den Bypasskanal 35 hindurchgeht. Hierdurch kann die Temperatur des Kühlwassers an einer Seite einer geringeren Strömung zu dem Drei-Wege-Ventil 36 eingestellt werden. Mit dieser Ausgestaltung werden heiße thermische Energien, welche von der Umgebungsluft durch die thermische Kalt-heiß-Einrichtung 4 heraufgepumpt wurde, und heiße thermische Energien, welche durch die thermische Kalt-heiß-Einrichtung 4 geliefert wurde, verwendet, um die Temperatur der Batterie 2 einzustellen.
Die 5 ist ein Blockdiagramm, welches einen Betrieb bei der ersten Ausführungsform zeigt. In der Zeichnung sind Beispiele von Temperaturen an verschiedenen Abschnitten dargestellt. Die Steuereinrichtung 5 führt den zweiten Heizbetrieb aus, wenn die thermische Kalt-heiß-Einrichtung 4 die Wärme zum Aufwärmen der Batterie 2 nicht von der Umgebungsluft heraufpumpen kann, d. h. wenn eine Umgebungslufttemperatur in der vierten Temperaturzone liegt. Die Steuereinrichtung 5 aktiviert die thermische Kalt-heiß-Einrichtung 4 und lässt die Pumpe 33 in der zweiten Richtung rotieren. Die Richtung der Wasserzufuhr der Pumpe 33 ist die zweite Richtung. Des Weiteren steuert die Steuereinrichtung 5 das Drei-Wege-Ventil 36, den Wärmetauscher 32 zu umgehen. Zu diesem Zeitpunkt wird das Kühlwasser, welches von dem Wärmetauscher 31 herauskam, durch den Verdampfer 44 weiter gekühlt und wird dann an den Kühler 42 geliefert während eines Umgehens des Wärmetauschers 32. Die Umgebungsluft, deren Temperatur gleich ist zu oder niedriger ist als das Kühlwasser, strömt durch den Wärmetauscher 32. Um daher den Temperaturabfall des Kühlwassers zu vermeiden, wird der Wärmetauscher 32 umgangen. Das Kühlwasser wird durch den Kühler 42 aufgeheizt und wird sodann an den Wärmetauscher 31 geliefert. Mit dieser Ausgestaltung wird heiße thermische Energie, welche durch die thermische Kalt-heiß-Einrichtung 4 geliefert wurde, verwendet, um die Temperatur der Batterie 2 einzustellen.
Die 6 ist ein Blockdiagramm, welches einen Betrieb bei der ersten Ausführungsform zeigt. In der Zeichnung sind Beispiele für Temperaturen an verschiedenen Abschnitten dargestellt. Die Steuereinrichtung 5 führt den dritten Heizbetrieb aus, wenn die thermische Kalt-heiß-Einrichtung 4 nicht alleine die Wärme zum Aufwärmen der Batterie 2 liefern kann, d. h. wenn eine Umgebungslufttemperatur in der fünften Temperaturzone liegt. Die Steuereinrichtung 5 aktiviert die thermische Kalt-heiß-Einrichtung 4 und lässt die Pumpe 33 in der zweiten Richtung rotieren. Die Steuereinrichtung 5 steuert das Drei-Wege-Ventil 36, um den Wärmetauscher 32 zu umgehen. Des Weiteren heizt die Steuereinrichtung 5 das Kühlwasser mit der Wärmequelleneinrichtung 37 auf unter einem Anschalten der Elektrizität an der Wärmequelleneinrichtung 37 und ihrem Aktivieren. Zu diesem Zeitpunkt wird das Kühlwasser, welches aus dem Wärmetauscher 31 herauskam, weiter durch den Verdampfer 44 gekühlt und wird dann an die Wärmequelleneinrichtung 37 geliefert unter einem Umgehen des Wärmetauschers 32. Das Kühlwasser wird durch die Wärmequelleneinrichtung 37 aufgeheizt und wird dann weiter durch den Kühler 42 aufgeheizt und wird dann an den Wärmetauscher 31 geliefert. Mit dieser Ausgestaltung werden heiße thermische Energie, welche durch die thermische Kalt-heiß-Einrichtung 4 geliefert wird, und heiße thermische Energie, welche durch die Wärmequelleneinrichtung 37 geliefert wird, verwendet, um die Temperatur der Batterie 2 einzustellen. Somit kann die Batterie mit der Wärmequelleneinrichtung 37 aufgeheizt werden.
Gemäß dieser Ausführungsform wird die Thermosteuervorrichtung 1 für ein Fahrzeug bereitgestellt, welche leicht auf einem Fahrzeug zu montieren ist und welche von einer einfachen Ausgestaltung ist. Gemäß dieser Ausführungsform ist es möglich, drei Betriebszustände bereitzustellen, einschließlich einer Wärmeabführung von der Batterie (thermische Belastung) 2 durch das primäre System 3, eines Kühlens der Batterie 2 durch die thermische Kalt-heiß-Einrichtung 4 und eines Heizens der Batterie 2 durch die thermische Kalt-heiß-Einrichtung 4. Gemäß dieser Ausführungsform sind sowohl der Wärmetauscher 42 einer Hochtemperaturseite als auch der Wärmetauscher 44 einer Niedrigtemperaturseite von der thermischen Kalt-heiß-Einrichtung 4 angeordnet, um einen Wärmeaustausch mit dem Kühlwasser (thermisches Transportmedium) in dem primären System 3 auszuführen. Die Thermosteuervorrichtung 1 für ein Fahrzeug weist den einzigen Wärmetauscher für die Umgebungsluft auf. Aus diesem Grund ist eine Ausgestaltung einfach. Des Weiteren kann eine Montagearbeit an dem Fahrzeug leicht gemacht werden.
Darüber hinaus sind der Wärmetauscher 42 der Hochtemperaturseite und der Wärmetauscher 44 der Niedrigtemperaturseite an den beiden Seiten des Wärmetauschers 31 für die Batterie 2 in dem primären System angeordnet. Des Weiteren ist es ausgestaltet fähig zu sein, die Strömungsrichtung des Kühlwassers in dem primären System 3 zu ändern. Aus diesem Grund ist es möglich, ein Kühlen der Batterie 2 und ein Heizen der Batterie 2 mit einer einfachen Ausgestaltung zu schalten.
Zweite Ausführungsform
Die 7 ist ein Blockdiagramm, welches eine Thermosteuervorrichtung 201 für ein Fahrzeug gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Bei der vorherigen Ausführungsform ist der dritte Heizbetrieb durch ein Anordnen der Wärmequelleneinrichtung 37 bereitgestellt. Alternativ ist es möglich, die Wärmequelleneinrichtung 37 nicht bereitzustellen und eine Thermosteuervorrichtung 201 für ein Fahrzeug einzusetzen, welche den dritten Heizbetrieb nicht ausführt.
Dritte Ausführungsform
Die 8 ist ein Blockdiagramm, welches eine Thermosteuervorrichtung 301 für ein Fahrzeug gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Bei der vorherigen Ausführungsform sind der zweite Heizbetrieb und der dritte Heizbetrieb vorgesehen durch ein Anordnen des Bypasskanals 35. Alternativ kann eine Thermosteuervorrichtung 301 für ein Fahrzeug angenommen werden, welche keinen Bypasskanal 35 aufweist und nicht den zweiten Heizbetrieb und den dritten Heizbetrieb ausführt. Bei dieser Ausgestaltung kann ein Betrieb, bei welchem der Lüfter 32a angehalten wird, anstatt des zweiten Heizbetriebs ausgeführt werden. Noch genauer aktiviert die Steuereinrichtung 5 den Lüfter 32a, wenn die thermische Kalt-heiß-Einrichtung 4 Wärme zum Aufwärmen der Batterie 2 von der Umgebungsluft heraufpumpen kann, d. h. wenn eine Umgebungslufttemperatur in der dritten Temperaturzone liegt. Die Steuereinrichtung 5 hält den Lüfter 32a, wenn die thermische Kalt-heiß-Einrichtung 4 Wärme zum Aufwärmen der Batterie 2 nicht von der Umgebungsluft heraufpumpen kann, d. h. wenn eine Umgebungslufttemperatur in der vierten Temperaturzone liegt.
Vierte Ausführungsform
Die 9 ist ein Blockdiagramm, welches eine Thermosteuervorrichtung 401 für ein Fahrzeug gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Bei der vorherigen Ausführungsform ist die Vorrichtung auf dem Fahrzeug montiert durch ein Ausgestalten der Haupteinheit 6 und der Wärmetauschereinheit 7. Alternativ ist bei dieser Ausführungsform eine Mehrzahl von Elementen nicht als eine Einheit ausgestaltet und ist auf dem Fahrzeug in einer verteilten Art und Weise montiert.
Fünfte Ausführungsform
Die 10 ist ein Blockdiagramm, welches eine Thermosteuervorrichtung 501 für ein Fahrzeug gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Bei der vorherigen Ausführungsform ist die thermische Kalt-heiß-Einrichtung 4 ein Kältekreislauf mit einer grundsätzlichen Ausgestaltung. Alternativ kann eine thermische Kalt-heiß-Einrichtung 504 eingesetzt werden, welche aus einem Kältekreislauf besteht, der eine Heißgas-Bypass-Funktion aufweist. Die thermische Kalt-heiß-Einrichtung 504 weist eine Heißgas-Bypass-Einrichtung 545 auf, welche das Kältemittel, welches aus dem Kühler 42 herauskam, direkt zu einer Saugseite des Kompressors 41 zurückbringt, ohne das Kältemittel durch den Verdampfer 44 gehen zu lassen. Die Heißgas-Bypass-Einrichtung 545 kann einen Heißgas-Bypass-Durchlass und ein Ventil aufweisen, welches den Durchlass öffnet und schließt. Bei dieser Ausgestaltung steuert die Steuereinrichtung 5 die Heißgas-Bypass-Einrichtung 545 derart, dass die thermische Kalt-heiß-Einrichtung 504 als ein Heißgaskreislauf in dem Heizbetrieb betrieben wird.
Sechste Ausführungsform
Die 11 ist ein Blockdiagramm, welches eine Thermosteuervorrichtung 601 für ein Fahrzeug gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Bei der vorherigen Ausführungsform ist ein Gegenstand der Thermosteuerung, d. h. eine thermische Belastung, die Batterie 2. Auf alternative Art und Weise können verschiedene Einrichtungen, welche eine Thermosteuerung benötigen, als eine Wärmebelastung eingesetzt werden. Zum Beispiel stellt bei der dargestellten Ausführungsform eine Thermosteuervorrichtung 601 für ein Fahrzeug eine Temperatur von Luft in einer Fahrgastzelle ein. Das heißt, die Wärmebelastung der Thermosteuervorrichtung 601 für ein Fahrzeug ist eine Klimaanlagenvorrichtung (HVAC) 602.
Andere Ausführungsformen
Die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind beschrieben worden. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die obigen Ausführungsformen beschränkt, und die obigen Ausführungsformen können auf verschiedene Weise modifiziert werden, ohne von der Idee und der Reichweite der Erfindung abzuweichen. Die Ausgestaltung der oben beschriebenen Ausführungsformen ist lediglich exemplarisch. Die Erfindung in ihren breiteren Begriffen ist daher nicht auf die spezifischen Details, repräsentativen Vorrichtungen und darstellenden Beispiele, wie sie gezeigt und beschrieben sind, beschränkt. Die Reichweite der vorliegenden Erfindung wird durch den Umfang der Ansprüche gezeigt und umfasst ebenso die Änderungen, welche gleichwertig sind und welche innerhalb der Reichweite des Umfangs des Anspruchs liegen.
Zum Beispiel werden in den vorherigen Ausführungsformen die Batterie 2 und/oder die Klimaanlagenvorrichtung als eine Wärmebelastung angenommen. Alternativ kann die Vorrichtung ausgestaltet sein, um eine Vielzahl von Einrichtungen hinsichtlich der Temperatur zu steuern, die auf einem Fahrzeug montiert sind. Zum Beispiel kann anstatt der Batterie 2 eine Brennstoffzelle angenommen werden.
Bei den vorherigen Ausführungsformen wird als die thermische Kalt-heiß-Einrichtung 4 ein Kältekreislauf vom Typ Dampf-Kompression angenommen. Alternativ ist es möglich, eine Kälteeinrichtung vom Typ thermoelektrische Wirkung zu verwenden, welche den Peltier-Effekt nutzt. Alternativ ist es möglich, eine Kälteeinrichtung vom Typ magneto-kalorische Wirkung zu verwenden, welche ein Element mit magneto-kalorischem Effekt nutzt.
Bei den vorherigen Ausführungsformen ist das Drei-Wege-Ventil 36 vorgesehen, welches die Strömungsmenge des Kühlwassers, welches durch den Wärmetauscher 32 hindurchgeht, einstellt. Alternativ können ein Durchlass, welcher den Wärmetauscher 31 umgeht, und eine Ventileinrichtung, welche die Strömungsmenge, welche durch den Wärmetauscher 31 hindurchgeht, einstellt, angeordnet und angenommen werden. In diesem Fall wird eine Größenordnung eines Wärmeaustauschs zwischen der Wärmebelastung und dem Kühlwasser eingestellt. Das primäre System kann daher eine Steuereinrichtung der Strömungsmenge aufweisen, welche eine Strömungsmenge des thermischen Transportmediums einstellt, welches durch den Wärmetauscher hindurchgeht, der zu dem primären System gehört, d. h. den Umgebungswärmetauscher 32 oder Belastungswärmetauscher 31. Als ein Ergebnis kann die Größenordnung eines Wärmeaustauschs zwischen der Umgebungsluft und dem thermischen Transportmedium oder die Größenordnung eines Wärmeaustauschs zwischen der Wärmebelastung und dem thermischen Transportmedium eingestellt werden.
Bei den vorherigen Ausführungsformen wird das elektrische Heizgerät als die Wärmequelleneinrichtung 37 angenommen. Alternativ kann eine Vielzahl von Wärmeerzeugungseinrichtungen, welche auf einem Fahrzeug montiert sind, verwendet werden. Die Wärmequelleneinrichtung 37 kann zum Beispiel durch einen Umwandlerschaltkreis bereitgestellt werden, welcher den elektrischen Strom an den elektrischen Motor steuert.
Die Wärmequelleneinrichtung 37 kann außerdem an dem Schaltkreis bzw. Kreislauf 34 anstatt an dem Bypasskanal 35 angeordnet werden.
Bei den vorherigen Ausführungsformen ist der Wärmetauscher 42 einer Hochtemperaturseite auf einer Seite von dem Wärmetauscher 31 angeordnet, und der Wärmetauscher 44 einer Niedrigtemperaturseite ist auf der anderen Seite angeordnet, und der Kühlbetrieb und der Heizbetrieb werden durch Verwenden der elektrisch angetriebenen Pumpe 33 vom Typ beide Richtungen geschaltet. Alternativ kann eine Vielzahl von Schalteinrichtungen verwendet werden. Zum Beispiel können alternativ zu der Pumpe 33 eine Pumpe lediglich für die erste Richtung und eine Pumpe lediglich für die zweite Richtung, welche parallel zueinander geschaltet sind, verwendet werden, und diese Pumpen können wahlweise aktiviert werden. Darüber hinaus kann ein Ventilsystem, welches einen Einlass und einen Auslass von dem Wärmetauscher 31 wechselt, verwendet werden. Bei jeder Ausgestaltung schaltet eine Schalteinrichtung zwischen dem Betriebszustand, welcher das thermische Transportmedium, das durch den Wärmetauscher 42 aufgeheizt wurde, an den Wärmetauscher 31 liefert, und dem Betriebszustand, welcher das thermische Transportmedium, das durch den Wärmetauscher 44 gekühlt wurde, an den Wärmetauscher 31 liefert.
Bei den vorherigen Ausführungsformen wird die Einrichtung erläutert, welche eine Temperatur einer Wärmebelastung, wie zum Beispiel der Batterie 2 oder der Klimaanlagenvorrichtung 602, steuert. Alternativ kann die Thermosteuervorrichtung für ein Fahrzeug derart ausgestaltet sein, dass Temperaturen von einer Mehrzahl von Wärmebelastungen eingestellt werden. Zum Beispiel können die Batterie 2 und die Klimaanlagenvorrichtung 602 parallel zueinander verbunden sein. Darüber hinaus kann ein Klimaanlagenwärmetauscher derart angeordnet sein, dass das Kühlwasser von niedriger Temperatur, welches in dem primären System 3 erhalten wird, zum Kühlen von Luft verwendet wird. Darüber hinaus kann ein Klimaanlagenwärmetauscher derart angeordnet sein, dass das Kühlwasser von hoher Temperatur, welches in dem primären System 3 erhalten wird, zum Heizen von Luft verwendet wird.
Die Mittel und Funktionen, welche durch die Steuervorrichtung bereitgestellt werden, können zum Beispiel lediglich durch Software, lediglich durch Hardware oder durch eine Kombination davon bereitgestellt werden. Die Steuervorrichtung kann zum Beispiel durch einen analogen Schaltkreis ausgestaltet sein.

Claims

Thermosteuervorrichtung für ein Fahrzeug, aufweisend: eine thermische Belastung (2, 602), welche auf einem Fahrzeug montiert ist; ein primäres System (3), durch welches ein thermisches Transportmedium zirkuliert, wobei das primäre System (3) einen Belastungswärmetauscher (31) zum Ausführen eines Wärmeaustauschs zwischen der thermischen Belastung (2, 602) und dem thermischen Transportmedium und einen Umgebungswärmetauscher (32) zum Ausführen eines Wärmeaustauschs zwischen einer Umgebungsluft und dem thermischen Transportmedium aufweist; eine thermische Kalt-heiß-Einrichtung (4, 504), welche einen Wärmetauscher (42) einer Hochtemperaturseite zum Ausführen eines Wärmeaustauschs zu dem thermischen Transportmedium und einen Wärmetauscher (44) einer Niedrigtemperaturseite zum Ausführen eines Wärmeaustauschs zu dem thermischen Transportmedium aufweist und welche eine Temperaturdifferenz zwischen dem Wärmetauscher (42) einer Hochtemperaturseite und dem Wärmetauscher (44) einer Niedrigtemperaturseite bereitstellt; und eine Steuereinrichtung (5), wobei das primäre System (3) eine Schalteinrichtung (33) umfasst, welche zwischen einem Betriebszustand, in welchem das thermische Transportmedium, welches durch den Wärmetauscher (42) einer Hochtemperaturseite aufgeheizt wurde, an den Belastungswärmetauscher (31) geliefert wird, und einem Betriebszustand, in welchem das thermische Transportmedium, welches durch den Wärmetauscher (44) einer Niedrigtemperaturseite gekühlt wurde, an den Belastungswärmetauscher (31) geliefert wird, schaltet, der Wärmetauscher (42) einer Hochtemperaturseite auf einer Seite zu dem Belastungswärmetauscher (31) in dem primären System (3) liegt und der Wärmetauscher (44) einer Niedrigtemperaturseite auf einer anderen Seite zu dem Belastungswärmetauscher (31) in dem primären System (3) liegt, die Schalteinrichtung (33) eine Zirkulationsrichtung des thermischen Transportmediums in einer ersten Richtung und einer zweiten Richtung entgegengesetzt zu der ersten Richtung schaltet, die thermische Kalt-heiß-Einrichtung (4, 504) ein Kältekreislauf ist, welcher einen Kompressor (41) vom Typ elektrisch angetrieben aufweist und den Wärmetauscher (42) einer Hochtemperaturseite als einen Kühler verwendet und den Wärmetauscher (44) einer Niedrigtemperaturseite als einen Verdampfer verwendet, die Steuereinrichtung (5) den Kompressor (41) aktiviert oder deaktiviert und die Schalteinrichtung (33) steuert, um die Zirkulationsrichtung des thermischen Transportmediums zu schalten, und die Steuereinrichtung (5) bereitstellt: einen Kühlbetrieb zum Kühlen der thermischen Belastung (2, 602) durch ein Aktivieren des Kompressors (41) und ein Steuern der Schalteinrichtung (33), um die Zirkulationsrichtung des thermischen Transportmediums in die erste Richtung zu bringen, wobei die erste Richtung eine Strömungsrichtung des thermischen Transportmediums aus dem Wärmetauscher (44) einer Niedrigtemperaturseite zu dem Belastungswärmetauscher (31) ist; und einen Heizbetrieb für ein Heizen der thermischen Belastung (2, 602) durch ein Aktiveren des Kompressors (41) und ein Steuern der Schalteinrichtung (33), um die Zirkulationsrichtung des thermischen Transportmediums in die zweite Richtung zu bringen, wobei die zweite Richtung eine Strömungsrichtung des thermischen Transportmediums aus dem Wärmetauscher (42) einer Hochtemperaturseite zu dem Belastungswärmetauscher (31) ist.
Thermosteuervorrichtung für ein Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Steuereinrichtung des Weiteren bereitstellt: einen Wärmeabführungsbetrieb, welcher Wärme an die Umgebungsluft durch das primäre System (3) abführt durch ein Deaktivieren des Kompressors (41) und ein Steuern der Schalteinrichtung (33), um die Zirkulationsrichtung des thermischen Transportmediums in die erste Richtung oder die zweite Richtung zu bringen.
Thermosteuervorrichtung für ein Fahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, wobei die thermische Belastung (2, 602) und die thermische Kalt-heiß-Einrichtung (4, 504) ausgestaltet sind, um fähig zu sein, auf einem Fahrzeug als eine einzige Einheit montiert zu sein.
Thermosteuervorrichtung für ein Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die thermische Belastung (2, 602) eine Batterie (2) ist, welche elektrischen Strom an einen elektrischen Motor zum Antreiben des Fahrzeugs liefert.
Thermosteuervorrichtung für ein Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die thermische Belastung (2, 602) eine Klimaanlageneinrichtung (602) ist.
Thermosteuervorrichtung für ein Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das primäre System (3) eine Strömungsmengensteuereinrichtung (36) aufweist, welche eine Strömungsmenge des thermischen Transportmediums einstellt, welches durch die Wärmetauscher (31, 32) in dem primären System (3) strömt.
Thermosteuervorrichtung für ein Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, weiterhin aufweisend eine Wärmequelleneinrichtung (37), welche das thermische Transportmedium aufheizt.