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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Speicherbehälter für integriertes Wärmemanagement und ein Modul für integriertes Wärmemanagement, das diesen enthält, und insbesondere einen Speicherbehälter, der dafür konfiguriert ist, Kühlwasser, das zu einer Batterieleitung strömen soll, und Kühlwasser, das zu einer Leitung für eine elektronische Gerätekomponente strömen soll, integral zu speichern.
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Hintergrundtechnik
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Elektroautos sind in jüngster Zeit zu einem gesellschaftlichen Thema geworden, um umweltfreundliche Technologien zu implementieren und mit der Energieverknappung und anderen Problemen umzugehen. Elektroautos werden durch Motoren angetrieben, die durch Batterien mit Strom versorgt werden und Leistung ausgeben. Elektroautos sind also umweltfreundlich, weil sie kein Kohlendioxid ausstoßen, kaum Lärm erzeugen und ihre Motoren eine höhere Energieeffizienz als Verbrennungsmotoren haben.
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Mit Batteriemodulen in Beziehung stehende Technologien sind für die Realisierung solcher Elektroautos von entscheidender Bedeutung, und in letzter Zeit wurden umfangreiche Forschungsarbeiten dahingehend durchgeführt, Batterien leichtgewichtiger und kompakt zu machen und die Ladezeit zu verkürzen. Batteriemodule müssen in einer optimalen Temperaturumgebung verwendet werden, damit die optische Leistung und die lange Lebensdauer erhalten bleiben können. Die während der Fahrt entstehende Wärme und Außentemperaturschwankungen erschweren jedoch ihre Verwendung in optimalen Temperaturumgebungen.
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Kürzlich ist ein integriertes Wärmemanagementsystem entwickelt worden, bei dem ein solches Batteriekühl-/Heizsystem in einer Klimaanlage für die Innenraumklimatisierung von Fahrzeugen integriert ist und zusammen damit betrieben wird. Im Stand der Technik tritt jedoch ein Problem dahingehend auf, dass sich das Wärmemanagement einer Batterie und dasjenige einer elektronischen Gerätekomponente, die in unterschiedlichen Temperaturbereichen geregelt werden müssen, gegenseitig beeinflussen, was eine unabhängige Regelung dieser Elemente erschwert.
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Relevante Dokumente des Stands der Technik sind u.a. das eingetragene koreanische Patent Nr. 10-1448656 B 1.
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Die vorstehenden Beschreibungen bezüglich der Hintergrundtechniken dienen lediglich dem Verständnis des Hintergrunds der vorliegenden Erfindung und sollen durch Fachleute nicht als dem bereits bekannten Stand der Technik entsprechend betrachtet werden.
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Kurzbeschreibung der Erfindung
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Technisches Problem
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Die vorliegende Erfindung ist vorgeschlagen worden, um die vorstehend erwähnten Probleme zu lösen, und kann einen Speicherbehälter für integriertes Wärmemanagement und ein Modul für integriertes Wärmemanagement bereitstellen, das dieses enthält, wobei ein einziger integrierter Speicherbehälter und darin integrierte Vorrichtungen verwendet werden und für ein Wärmemanagement unabhängig gesteuert werden können.
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Lösung des Problems
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Um die vorstehend erwähnten Probleme zu lösen, weist ein Speicherbehälter für integriertes Wärmemanagement erfindungsgemäß auf: einen ersten Speicherteil, der mit einer Leitung für eine elektronische Gerätekomponente verbunden ist, die mit einem elektronischen Gerätekomponentenkern verbunden ist, so dass Kühlwasser, das in die/aus der Leitung für eine elektronische Gerätekomponente strömt, im ersten Speicherteil gespeichert ist; und einen zweiten Speicherteil, der mit einer Batterieleitung verbunden ist, die mit einem Hochspannungsbatteriekern verbunden ist, so dass Kühlwasser, das in die/aus der Batterieleitung strömt, im zweiten Speicherteil getrennt von dem im ersten Speicherteil gespeicherten Kühlwasser gespeichert wird.
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Der Speicherbehälter für integriertes Wärmemanagement kann ferner eine Trennbarriere aufweisen, die sich von der unteren Fläche des Speicherbehälters zwischen dem ersten Speicherteil und dem zweiten Speicherteil nach oben erstreckt, um den ersten Speicherteil und den zweiten Speicherteil voneinander abzugrenzen.
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Der Speicherbehälter für integriertes Wärmemanagement kann ferner eine Einspritzbarriere aufweisen, die im ersten Speicherteil oder im zweiten Speicherteil derart ausgebildet ist, dass sie sich entlang einer Ebene parallel zum Boden erstreckt.
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Der erste Speicherteil und der zweite Speicherteil können im oberen Abschnitt der Einspritzbarriere miteinander kommunizieren, und ein Durchgangsloch kann durch die Einspritzbarriere ausgebildet sein, so dass der obere und der untere Abschnitt der Einspritzbarriere miteinander kommunizieren.
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Der Speicherbehälter für integriertes Wärmemanagement kann ferner eine Einspritzöffnung aufweisen, die durch eine Wand des Speicherbehälters hindurch ausgebildet ist, so dass der erste Speicherteil und der zweite Speicherteil im oberen Abschnitt davon miteinander kommunizieren, und so, dass das Innere des ersten Speicherteils und des zweiten Speicherteils mit der Außenseite kommunizieren.
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Der erste Speicherteil kann eine erste Einlassöffnung aufweisen, die derart ausgebildet ist, dass Kühlwasser von der Leitung für eine elektronische Gerätekomponente zuströmt, und kann eine erste Auslassöffnung aufweisen, die derart ausgebildet ist, dass Kühlwasser darin zur Leitung für eine elektronische Gerätekomponente abgeleitet wird, wobei die erste Einlassöffnung im unteren Abschnitt der Einspritzbarriere angeordnet sein kann und die erste Auslassöffnung relativ niedriger als die erste Einlassöffnung angeordnet sein kann.
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Der zweite Speicherteil kann eine zweite Einlassöffnung aufweisen, die derart ausgebildet ist, dass Kühlwasser von der Batterieleitung zuströmt, und kann eine zweite Auslassöffnung aufweisen, die derart ausgebildet ist, dass Kühlwasser darin zur Batterieleitung abgeleitet wird, wobei die zweite Einlassöffnung im unteren Abschnitt der Einspritzbarriere angeordnet sein kann und die zweite Auslassöffnung relativ niedriger als die zweite Einlassöffnung angeordnet sein kann.
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Um die vorstehend erwähnten Probleme zu lösen, kann ein Modul für integriertes Wärmemanagement, das den Speicherbehälter für integriertes Wärmemanagement enthält, ferner aufweisen: eine Kältemaschine, die direkt oder indirekt derart verbunden ist, dass sie integral mit dem Speicherbehälter verbunden ist, so dass Kältemittel und Kühlwasser, die zu- bzw. abströmen, Wärme miteinander austauschen; eine erste Pumpe, die mit einer ersten Auslassöffnung verbunden ist, über die Kühlwasser aus dem ersten Speicherteil abgegeben wird, um Kühlwasser durch die Leitung für eine elektronische Gerätekomponente zirkulieren zu lassen; ein erstes Ventil, das dafür konfiguriert ist, Kühlwasser im ersten Speicherteil und Kühlwasser, das die Kältemaschine durchlaufen hat, so einzustellen, dass es selektiv in die erste Pumpe strömt; eine zweite Pumpe, die mit einer zweiten Auslassöffnung verbunden ist, über die Kühlwasser aus dem zweiten Speicherteil abgegeben wird, um Kühlwasser durch die Batterieleitung zirkulieren zu lassen; und ein zweites Ventil, das dafür konfiguriert ist, Kühlwasser im zweiten Speicherteil und Kühlwasser, das die Kältemaschine durchlaufen hat, derart einzustellen, dass es selektiv in die zweite Pumpe strömt.
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Die Kältemaschine kann derart ausgebildet sein, dass Kühlwasser von der Leitung für eine elektronische Gerätekomponente und Kühlwasser von der Batterieleitung darin getrennt voneinander strömen.
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Das Modul für integriertes Wärmemanagement kann ferner aufweisen: ein erstes Zweigrohr, das zwischen einem ersten Kühlkörper und der Kältemaschine abzweigt, so dass Kühlwasser von der Leitung für eine elektronische Gerätekomponente zuströmt, nachdem es den elektronischen Gerätekern durchlaufen hat; und ein zweites Zweigrohr, das zwischen einem zweiten Kühlkörper und der Kältemaschine abzweigt, so dass Kühlwasser von der Batterieleitung zuströmt, nachdem es den Hochspannungsbatteriekern durchlaufen hat, wobei das erste Zweigrohr und das zweite Zweigrohr integral mit der Kältemaschine oder mit dem Speicherbehälter verbunden sein können.
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Das Modul für integriertes Wärmemanagement kann ferner aufweisen: eine erste Auslassleitung, die sich zwischen der Kältemaschine und dem ersten Ventil erstreckt, so dass Kühlwasser in der Leitung für eine elektronische Gerätekomponente, das von der Kältemaschine ausgegeben wird, in das erste Ventil strömt; und eine zweite Auslassleitung, die sich zwischen der Kältemaschine und dem zweiten Ventil erstreckt, so dass Kühlwasser in der Batterieleitung, das von der Kältemaschine ausgegeben wird, in das zweite Ventil strömt, wobei die erste Auslassleitung und die zweite Auslassleitung integral mit der Kältemaschine oder mit dem Speicherbehälter verbunden sein können.
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Die erste Pumpe und die zweite Pumpe können integral mit der Kältemaschine oder mit dem Speicherbehälter verbunden sein, wobei die Richtung, in der sich die erste Pumpe während des Betriebs dreht, der Richtung entgegengesetzt ist, in der sich die zweite Pumpe während des Betriebs dreht.
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Das Modul für integriertes Wärmemanagement kann ferner eine Steuereinheit aufweisen, die mit der ersten Pumpe und mit der zweiten Pumpe integral verbunden ist, um den Betrieb der ersten Pumpe und den Betrieb der zweiten Pumpe gemeinsam zu steuern.
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Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
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Ein erfindungsgemäßer Speicherbehälter für integriertes Wärmemanagement und ein erfindungsgemäßes Modul für integriertes Wärmemanagement, das diesen enthält, sind dahingehend vorteilhaft, dass ein einziger Speicherbehälter einen ersten Speicherteil und einen zweiten Speicherteil aufweist, die voneinander getrennte Räume aufweisen, so dass die Herstellungskosten gesenkt werden können und gleichzeitig eine effiziente Packung bereitgestellt wird.
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Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass Kältemittel durch Nutzung der Abwärme von Kühlwasser erwärmt wird, das durch eine Hochspannungsbatterie oder eine elektronische Gerätekomponente erwärmt wird, wodurch die Gesamtenergieeffizienz des integrierten Kühlkreislaufs verbessert wird.
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Figurenliste
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- 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Moduls für integriertes Wärmemanagement mit einem Speicherbehälter für integriertes Wärmemanagement gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- 2 zeigt eine Querschnittansicht des Speicherbehälters für integriertes Wärmemanagement entlang der Linie A-A in 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- 3 zeigt einen Wärmemanagementkreislauf des Moduls für integriertes Wärmemanagement mit einem Speicherbehälter für integriertes Wärmemanagement gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- 4 zeigt eine Querschnittansicht des Moduls für integriertes Wärmemanagement entlang der Linie B-B in 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
- 5 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht der ersten und der zweiten Pumpe des Moduls für integriertes Wärmemanagement gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Beste Technik zum Implementieren der Erfindung
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Eine spezifische strukturelle oder funktionelle Beschreibung von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, die in der Patentschrift oder -anmeldung dargelegt sind, dient lediglich zum Beschreiben von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Daher können die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in verschiedenen Formen implementiert werden, und die vorliegende Erfindung sollte nicht so ausgelegt werden, dass sie auf die in der Patentschrift oder -anmeldung beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist.
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An den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können verschiedene Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden, so dass in den Zeichnungen und in der Patentschrift oder -anmeldung spezifische Ausführungsformen dargestellt und beschrieben sind. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass Ausführungsformen gemäß dem Konzept der vorliegenden Erfindung nicht auf die spezifischen dargestellten Ausführungsformen beschränkt sind, sondern innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung alle Modifikationen, Äquivalente und Alternativen eingeschlossen sind.
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Begriffe wie „ein erstes“ und/oder „ein zweites“ können zum Beschreiben verschiedener Elemente verwendet werden, aber die Elemente sollten nicht durch diese Begriffe eingeschränkt werden. Diese Begriffe sollen lediglich dazu dienen, ein Element von anderen Elementen zu unterscheiden. So kann beispielsweise ein erstes Element als ein zweites Element bezeichnet werden, und ähnlicherweise kann ein zweites Element als ein erstes Element bezeichnet werden, ohne dass dadurch der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung verlassen wird.
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Wenn ein Element als mit anderen Elementen „verbunden“ oder „gekoppelt“ bezeichnet wird, ist dies so zu verstehen, dass nicht nur das Element direkt mit den anderen Elementen verbunden oder gekoppelt ist, sondern dass auch ein anderes Element dazwischen vorhanden sein kann. Wird dagegen ein Element als „direkt verbunden“ oder „direkt gekoppelt“ mit einem anderen Element bezeichnet, ist dies so zu verstehen, dass sich kein Element dazwischen befindet. Die anderen Ausdrücke zum Beschreiben einer Beziehung zwischen Strukturelementen, d.h. „zwischen“ und „nur zwischen“ oder „benachbart“ und „direkt benachbart“, sollten ähnlich wie vorstehend dargestellt interpretiert werden.
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Die in der vorliegenden Erfindung verwendeten Begriffe werden lediglich zum Beschreiben spezifischer Ausführungsformen verwendet und sollen die vorliegende Erfindung nicht einschränken. Ein Ausdruck im Singular kann einen Ausdruck im Plural einschließen, es sei denn, sie sind in einem Kontext eindeutig verschieden. Die hierin verwendeten Ausdrücke wie „enthalten“ oder „haben“ sollen das Vorhandensein der erwähnten Merkmale, Zahlen, Schritte, Operationen, Elemente, Komponenten oder Kombinationen davon spezifizieren und sollen so verstanden werden, dass sie das mögliche Vorhandensein oder Hinzufügen eines oder mehrerer anderer Merkmale, Zahlen, Schritte, Operationen, Elemente, Komponenten oder Kombinationen davon nicht ausschließen.
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Sofern nicht anders definiert, haben alle hierin verwendeten Begriffe, einschließlich technischer und wissenschaftlicher Begriffe, die gleiche Bedeutung, wie sie von einer Person, die auf dem Gebiet, auf das sich die vorliegende Erfindung bezieht, fachkundig ist, allgemein verstanden wird. Solche Begriffe, wie sie in einem allgemein gebräuchlichen Wörterbuch definiert sind, können derart interpretiert werden, dass sie die Bedeutung haben, die den kontextuellen Bedeutungen auf dem betreffenden Fachgebiet entspricht, und sollen nicht so ausgelegt werden, dass sie eine ideale oder übermäßig formale Bedeutung haben, sofern dies in der vorliegenden Erfindung nicht eindeutig definiert ist.
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Nachstehend werden beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen ausführlich beschrieben. Ähnliche oder gleiche Bezugszeichen in den jeweiligen Zeichnungen bezeichnen ähnliche oder gleiche Elemente.
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1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Moduls 1000 für integriertes Wärmemanagement mit einem Speicherbehälter 200 für integriertes Wärmemanagement gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und 2 zeigt eine Querschnittansicht des Speicherbehälters 200 für integriertes Wärmemanagement entlang der Linie A-A in 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Gemäß 1 und 2 weist der Speicherbehälter 200 für integriertes Wärmemanagement gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auf: einen ersten Speicherteil 210, der mit einer Leitung 300 für eine elektronische Gerätekomponente verbunden ist, die mit einem elektronischen Gerätekomponentenkern 310 verbunden ist, zum Speichern von Kühlwasser, das in die/aus der Leitung 300 für eine elektronische Gerätekomponente strömt; und einen zweiten Speicherteil 220, der mit einer Batterieleitung 400 verbunden ist, die mit einem Hochspannungsbatteriekern 410 verbunden ist, um Kühlwasser zu speichern, das getrennt von dem im ersten Speicherteil 210 gespeicherten Kühlwasser in die/aus der Batterieleitung 400 strömt.
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Der erfindungsgemäße Speicherbehälter 200 kann ein von Wänden umgebenes Gehäuse sein, so dass darin ein Raum gebildet wird. Der Speicherbehälter 200 kann den ersten Speicherteil 210 und den zweiten Speicherteil 220 aufweisen.
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Der erste Speicherteil 210 kann derart verbunden sein, dass Kühlwasser in die/aus der Leitung 300 für eine elektronische Gerätekomponente strömt, und der zweite Speicherteil 220 kann derart verbunden sein, dass Kühlwasser in die/aus der Batterieleitung 400 strömt. Insbesondere müssen die Leitung 300 für eine elektronische Gerätekomponente zum Kühlen einer elektronischen Gerätekomponente und die Batterieleitung 400 zum Kühlen einer Hochspannungsbatterie unterschiedliche Temperaturen aufrechterhalten, so dass die Temperatur des Kühlwassers daher unterschiedlich gesteuert werden muss.
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Der erste Speicherteil 210 und der zweite Speicherteil 220 können voneinander getrennte Innenräume haben, so dass verhindert wird, dass das in jedem Innenraum gespeicherte Kühlwasser sich vermischt oder Wärme miteinander austauscht.
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Daher weist ein einzelner Speicherbehälter 200 einen ersten Speicherteil 210 und einen zweiten Speicherteil 220 mit voneinander getrennten Räumen auf. Dies ist dahingehend vorteilhaft, dass die Herstellungskosten gesenkt werden können, während eine effiziente Packung ermöglicht wird.
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Insbesondere kann der Speicherbehälter 200 ferner eine Trennbarriere 240 aufweisen, die sich von seiner unteren Fläche zwischen dem ersten Speicherteil 210 und dem zweiten Speicherteil 220 nach oben erstreckt, um den ersten Speicherteil 210 und den zweiten Speicherteil 220 abzugrenzen.
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Die Trennbarriere 240 kann derart ausgebildet sein, dass sie sich von der unteren Fläche des Speicherbehälters 200 nach oben erstreckt, um den ersten Speicherteil 210 und den zweiten Speicherteil 220 abzugrenzen und den Innenraum dazwischen zu trennen.
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Dadurch kann verhindert werden, dass sich das im ersten Speicherteil 210 gespeicherte Kühlwasser und das im zweiten Speicherteil 220 gespeicherte Kühlwasser miteinander vermischen.
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In einer anderen Ausführungsform können der erste Speicherteil 210 und der zweite Speicherteil 220 derart getrennt sein, dass zwischen dem ersten Speicherteil 210 und dem zweiten Speicherteil 220 ein sich in der Aufwärts-/Abwärtsrichtung erstreckender Leerraum gebildet wird. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass auch ein Wärmeaustausch zwischen dem ersten Speicherteil 210 und dem zweiten Speicherteil 220 verhindert wird.
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Der Speicherbehälter 200 kann ferner eine Einspritzbarriere 250 aufweisen, die im ersten Speicherteil 210 oder im zweiten Speicherteil 220 derart ausgebildet ist, dass sie sich entlang einer Ebene parallel zum Boden erstreckt.
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Insbesondere kann die Einspritzbarriere 250 im oberen Abschnitt der Innenseite des Speicherbehälters 200 ausgebildet sein und sich durch den gesamten ersten Speicherteil 210 und den zweiten Speicherteil 220 erstrecken. In einer Ausführungsform kann sich die Einspritzbarriere 250 seitlich vom oberen Ende der vorstehend beschriebenen Trennbarriere 240 erstrecken, so dass sie sich vom ersten Speicherteil 210 und vom zweiten Speicherteil 220 bis zur Innenfläche des Speicherbehälters 200 erstreckt.
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Dies ist dahingehend vorteilhaft, dass die Einspritzbarriere 250 den Durchfluss von im ersten Speicherteil 210 und im zweiten Speicherteil 220 gespeichertem Kühlwasser vermindern und insbesondere den Durchfluss des durch eine Einlassöffnung zuströmenden Kühlwassers blockieren kann.
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Darüber hinaus können der erste Speicherteil 210 und der zweite Speicherteil 220 im oberen Abschnitt der Einspritzbarriere 250 miteinander kommunizieren, und es kann ein Durchgangsloch 251 durch die Einspritzbarriere 250 ausgebildet sein, so dass der obere und der untere Abschnitt der Einspritzbarriere 250 miteinander kommunizieren.
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Die Einspritzbarriere 250 kann in den oberen Abschnitten des ersten Speicherteils 210 und des zweiten Speicherteils 220 angeordnet sein, und der erste Speicherteil 210 und der zweite Speicherteil 220 können im oberen Abschnitt der Einspritzbarriere 250 miteinander kommunizieren. Im oberen Abschnitt der Einspritzbarriere 250 kann ein mit Luft gefüllter Leerraum ausgebildet sein, und das Kühlwasser im ersten Speicherteil 210 und im zweiten Speicherteil 220 kann teilweise bis zum oberen Abschnitt der Einspritzbarriere 250 aufgefüllt sein.
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Durch die Einspritzbarriere 250 kann ein Durchgangsloch 251 ausgebildet sein, das den ersten Speicherteil 210 und den zweiten Speicherteil 220 in der Aufwärts-/Abwärtsrichtung teilt. Das Durchgangsloch 251 kann es ermöglichen, dass der obere und der untere Abschnitt der Einspritzbarriere 250 miteinander kommunizieren, so dass Kühlwasser sich teilweise zwischen dem ersten Speicherteil 210 und dem zweiten Speicherteil 220 bewegen kann, um einen Mangel an Kühlwasser dazwischen auf natürliche Weise auszugleichen.
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Dies ist dahingehend vorteilhaft, dass die Bewegung von Kühlwasser zwischen dem ersten Speicherteil 210 und dem zweiten Speicherteil 220 innerhalb des Speicherbehälters 200 den Mangel an Kühlwasser auf natürliche Weise ausgleicht, selbst wenn kein Kühlwasser separat eingespritzt oder die Bewegung des Kühlwassers manipuliert wird.
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Der Speicherbehälter 200 kann ferner eine Einspritzöffnung 230 aufweisen, die durch seine Wand hindurch ausgebildet ist, so dass der erste Speicherteil 210 und der zweite Speicherteil 220 im oberen Abschnitt davon miteinander kommunizieren, und derart, dass das Innere des ersten Speicherteils 210 und des zweiten Speicherteils 220 mit der Außenseite kommunizieren.
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Die Einspritzöffnung 230 kann im oberen Abschnitt der Einspritzbarriere 250 angeordnet sein, so dass sie sowohl mit dem ersten Speicherteil 210 als auch mit dem zweiten Speicherteil 220 kommuniziert. Über die Einspritzöffnung 230 kann Kühlwasser von außen ergänzt werden, und das ergänzte Kühlwasser kann den ersten Speicherteil 210 und den zweiten Speicherteil 220 über das Durchgangsloch 251 im oberen Abschnitt der Einspritzbarriere 250 auffüllen.
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Dies ist insofern vorteilhaft, als dass, selbst wenn Kühlwasser über eine einzige Einspritzöffnung 230 ergänzt wird, sowohl der erste Speicherteil 210 als auch der zweite Speicherteil 220 mit Kühlwasser aufgefüllt werden und das Kühlwasser auf natürliche Weise zwischen dem ersten Speicherteil 210 und dem zweiten Speicherteil 220 verteilt oder ergänzt wird.
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Der erste Speicherteil 210 kann eine erste Einlassöffnung 211 aufweisen, die darin derart ausgebildet ist, dass Kühlwasser von der Leitung 300 für eine elektronische Gerätekomponente zuströmt, und kann eine erste Auslassöffnung 212 aufweisen, die darin derart ausgebildet ist, dass Kühlwasser darin zur Leitung 300 für eine elektronische Gerätekomponente ausgegeben wird. Die erste Einlassöffnung 211 kann im unteren Abschnitt der Einspritzbarriere 250 angeordnet sein. Die erste Auslassöffnung 212 kann relativ niedriger als die erste Einlassöffnung 211 angeordnet sein.
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Der zweite Speicherteil 220 kann eine zweite Einlassöffnung 221 aufweisen, die derart darin ausgebildet ist, dass Kühlwasser von der Batterieleitung 400 zuströmt, und kann eine zweite Auslassöffnung 222 aufweisen, die derart darin ausgebildet ist, dass Kühlwasser an die Batterieleitung 400 ausgegeben wird. Die zweite Einlassöffnung 221 kann im unteren Abschnitt der Einspritzbarriere 250 angeordnet sein. Die zweite Auslassöffnung 222 kann relativ niedriger als die zweite Einlassöffnung 221 angeordnet sein.
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Die erste Einlassöffnung 211 und die zweite Einlassöffnung 221 können im unteren Abschnitt der Einspritzbarriere 250 im ersten Speicherteil 210 bzw. im zweiten Speicherteil 220 ausgebildet sein, und Kühlwasser von der Leitung 300 für eine elektronische Gerätekomponente bzw. von der Batterieleitung 400 kann darin strömen. Kühlwasser, das über die erste Einlassöffnung 211 und die zweite Einlassöffnung 221 zugeströmt ist, kann durch den unteren Abschnitt der Einspritzbarriere 250 am Strömen gehindert werden.
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Darüber hinaus können die erste Auslassöffnung 212 und die zweite Auslassöffnung 222 tiefer angeordnet sein als die erste Einlassöffnung 211 und die zweite Einlassöffnung 221. Insbesondere können die erste Auslassöffnung 212 und die zweite Auslassöffnung 222 im unteren Abschnitt des ersten Speicherteils 210 bzw. des zweiten Speicherteils 220 ausgebildet sein.
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Dies ist dahingehend vorteilhaft, dass Kühlwasser vom ersten Speicherteil 210 und vom zweiten Speicherteil 220 ausgegeben wird, nachdem Blasen daraus entfernt wurden, und dass Kühlwasser in größtmöglicher Menge ausgegeben werden kann, selbst wenn im ersten Speicherteil 210 oder im zweiten Speicherteil 220 Kühlwasser fehlt.
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3 zeigt einen Wärmemanagementkreislauf eines Moduls 1000 für integriertes Wärmemanagement mit einem Speicherbehälter 200 für integriertes Wärmemanagement gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Gemäß 3 kann das Modul 1000 für integriertes Wärmemanagement, das einen Speicherbehälter 200 für integriertes Wärmemanagement gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufweist, ferner aufweisen: eine Kältemaschine 100, die direkt oder indirekt derart verbunden ist, dass sie integral mit dem Speicherbehälter 200 verbunden ist, so dass Kältemittel und Kühlwasser, die in ihn hinein bzw. aus ihm heraus strömen, Wärme miteinander austauschen; eine erste Pumpe 340, die mit der ersten Auslassöffnung 212 verbunden ist, über die Kühlwasser vom ersten Speicherteil 210 ausgegeben wird, um Kühlwasser durch die Leitung 300 für eine elektronische Gerätekomponente zirkulieren zu lassen; ein erstes Ventil 330, das dafür konfiguriert ist, Kühlwasser im ersten Speicherteil 210 und Kühlwasser, das die Kältemaschine 100 durchlaufen hat, derart einzustellen, dass es selektiv in die erste Pumpe 340 strömt; eine zweite Pumpe 440, die mit der zweiten Auslassöffnung 222 verbunden ist, über die Kühlwasser vom zweiten Speicherteil 220 ausgegeben wird, um Kühlwasser durch die Batterieleitung 400 zirkulieren zu lassen; und ein zweites Ventil 430, das dafür konfiguriert ist, Kühlwasser im zweiten Speicherteil 220 und Kühlwasser, das die Kältemaschine 100 durchlaufen hat, derart einzustellen, dass es selektiv in die zweite Pumpe 440 strömt.
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Fahrzeuge sind mit verschiedenartigen Heizeinrichtungen ausgestattet, wie z.B. elektronischen Gerätekomponenten wie Motoren und Wechselrichter, Hochspannungsbatterien und Fahrzeuginnenraumklimageräte. Diese müssen in unterschiedlichen Temperaturbereichen gemanagt werden, was aufgrund unterschiedlicher Betriebszeitpunkte unabhängig voneinander implementiert werden kann.
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Die Leitung 300 für eine elektronische Gerätekomponente kann getrennt von der Batterieleitung 400 mit Kühlwasser durchströmt werden und kann mit einem elektronischen Gerätekomponentenkern 310 verbunden sein, um eine elektronische Gerätekomponente durch Wärmeaustausch mit der elektronischen Gerätekomponente zu kühlen. Die erste Kühlwasserleitung kann mit der Leitung für eine elektronische Gerätekomponente 300 verbunden sein, so dass Kühlwasser von der Leitung 300 für eine elektronische Gerätekomponente zuströmt und in diese ausgegeben wird.
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Die Batterieleitung 400 kann von Kühlwasser durchströmt werden und kann mit einem Hochspannungsbatteriekern 410 verbunden sein, um eine Hochspannungsbatterie durch Wärmeaustausch mit der Hochspannungsbatterie zu kühlen. Die zweite Kühlwasserleitung kann mit der Batterieleitung 400 verbunden sein, so dass Kühlwasser von der Batterieleitung 400 zuströmt und in diese ausgegeben wird.
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Die Kältemaschine 100 kann direkt oder indirekt derart verbunden sein, dass sie integral mit dem Speicherbehälter 200 verbunden ist. Die Kältemaschine 100 kann in der Nähe des Speicherbehälters 200 angeordnet und am Speicherbehälter 200 befestigt sein. Ventile und Pumpen (später beschrieben) können unterhalb des Speicherbehälters 200 und der Kältemaschine 100 angeordnet sein.
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Die erste Einlassöffnung 211 des ersten Speicherteils 210 kann mit dem Ausgang eines ersten Kühlkörpers 320 verbunden sein, über den ein Teil oder das gesamte Kühlwasser, das den elektronischen Gerätekomponentenkern 310 durchströmt hat, eingeleitet wird, und die zweite Einlassöffnung 221 des zweiten Speicherteils 220 kann mit dem Ausgang eines zweiten Kühlkörpers 420 verbunden sein, über den ein Teil oder das gesamte Kühlwasser, das den Hochspannungsbatteriekern 410 durchströmt hat, eingeleitet wird.
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Das heißt, das durch den ersten Kühlkörper 320 gekühlte Kühlwasser kann in den ersten Speicherteil 210 strömen, und das Kühlwasser kann vom ersten Speicherteil 210 an das erste Ventil 330 ausgegeben werden. Das durch den zweiten Kühlkörper 420 gekühlte Kühlwasser kann in den zweiten Speicherteil 220 strömen, und das Kühlwasser kann vom zweiten Speicherteil 220 an das zweite Ventil 430 ausgegeben werden.
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Das erste Ventil 330 kann Kühlwasser in der Kältemaschine 100 und Kühlwasser im ersten Speicherteil 210 derart einstellen, dass es selektiv dem elektronischen Gerätekomponentenkern 310 zugeführt wird. Insbesondere kann das erste Ventil 330 ein Dreiwegeventil sein und kann selektiv Kühlwasser, das von der Kältemaschine 100 ausgegeben wird, und Kühlwasser, das vom ersten Speicherteil 210 ausgegeben wird, dem elektronischen Gerätekomponentenkern 310 der Leitung 300 für eine elektronische Gerätekomponente zuführen.
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Das zweite Ventil 430 kann Kühlwasser in der Kältemaschine 100 und Kühlwasser im zweiten Speicherteil 220 derart einstellen, dass es selektiv dem Hochspannungsbatteriekern 410 zugeführt wird. Insbesondere kann das zweite Ventil 430 ein Dreiwegeventil sein und kann selektiv Kühlwasser, das von der Kältemaschine 100 ausgegeben wird, und Kühlwasser, das vom zweiten Speicherteil 220 ausgegeben wird, dem Hochspannungsbatteriekern 410 der Batterieleitung 400 zuführen.
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Das erste Ventil 330 und das zweite Ventil 430 können durch einen separat bereitgestellten Aktuator für einen Öffnungs-/Schließvorgang gesteuert werden. Der Aktuator kann das erste Ventil 330 oder das zweite Ventil 430 gemäß einem Befehl von einer Steuereinheit 800 steuern. Der Aktuator kann auch durch die erste Pumpe 340 und die zweite Pumpe 440 oder durch die Steuereinheit 800 gesteuert werden.
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Die erste Pumpe 340 kann Kühlwasser durch die Leitung 300 für eine elektronische Gerätekomponente zirkulieren lassen, so dass Kühlwasser, das selektiv von der Kältemaschine 100 oder vom ersten Speicherteil 210 über das hintere Ende des ersten Ventils 330 eingeleitet wird, in den elektronischen Gerätekomponentenkern 310 strömt.
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Die zweite Pumpe 440 kann Kühlwasser durch die Batterieleitung 400 zirkulieren lassen, so dass Kühlwasser, das selektiv von der zweiten Kühlwasserleitung oder vom zweiten Speicherteil 220 über das hintere Ende des zweiten Ventils 430 eingeleitet wird, in den Hochspannungsbatteriekern 410 strömt.
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In einer Ausführungsform kann die Kältemaschine 100 derart ausgebildet sein, dass Kühlwasser von der Leitung 300 für eine elektronische Gerätekomponente und von der Batterieleitung 400 in der Kältemaschine voneinander getrennt strömen. Das Kältemittel kann derart verbunden sein, dass es sowohl mit dem Kühlwasser in der Leitung 300 für eine elektronische Gerätekomponente als auch mit dem Kühlwasser in der Batterieleitung 400, die voneinander getrennt sind, Wärme austauschen kann.
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Insbesondere kann die Kältemaschine 100 eine erste Kühlwasserleitung, eine zweite Kühlwasserleitung und eine Kältemittelheizleitung aufweisen. Die Kältemittelheizleitung kann derart verbunden sein, dass sie mit der ersten Kühlwasserleitung und/oder der zweiten Kühlwasserleitung Wärme austauscht. Die erste Kühlwasserleitung kann mit der Leitung 300 für eine elektronische Gerätekomponente verbunden sein, und die zweite Kühlwasserleitung kann mit der Batterieleitung 400 verbunden sein.
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Dies ist dahingehend vorteilhaft, dass das Kältemittel durch Nutzung der Abwärme des durch die Hochspannungsbatterie oder die elektronische Gerätekomponente erwärmten Kühlwassers erwärmt wird, wodurch die Gesamtenergieeffizienz des integrierten Kühlkreislaufs verbessert wird.
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Die Kältemittelheizleitung kann mit einer Kältemittelströmungsleitung verbunden sein, in der Kältemittel strömt, und die Kältemittelströmungsleitung kann derart verbunden sein, dass sie Wärme mit einer Kühlleitung einer Klimaanlage austauscht. In der Kühlleitung der Klimaanlage kann Kühlwasser strömen, und sie kann mit einem Heizkern für Innenraumklimatisierung verbunden sein. Die beim Durchströmen des Heizkerns für die Innenraumklimatisierung erwärmte Luft kann über ein Lüftungsgebläse in den Fahrzeuginnenraum strömen.
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4 zeigt eine Querschnittansicht des Moduls für integriertes Wärmemanagement gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entlang der Linie B-B in 1.
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Gemäß 4 kann das Modul ferner ein erstes Zweigrohr 600 aufweisen, das zwischen dem ersten Kühlkörper 320 und der Kältemaschine 100 abzweigt, so dass Kühlwasser in der Leitung 300 für eine elektronische Gerätekomponente, das den elektronischen Gerätekomponentenkern 310 durchlaufen hat, darin strömt, und ein zweites Zweigrohr 700, das zwischen dem zweiten Kühlkörper 420 und der Kältemaschine 100 abzweigt, so dass Kühlwasser in der Batterieleitung 400, das den Hochspannungsbatteriekern 410 durchlaufen hat, darin strömt. Das erste Zweigrohr 600 und das zweite Zweigrohr 700 können integral mit der Kältemaschine 100 oder mit dem Speicherbehälter 200 verbunden sein.
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Das erste Zweigrohr 600 und das zweite Zweigrohr 700 können Zweigströme des Kühlwassers ableiten, die von der Leitung 300 für eine elektronische Gerätekomponente bzw. der Batterieleitung 400 zuströmen. Insbesondere können das erste Zweigrohr 600 und das zweite Zweigrohr 700 durch Einstellen des Öffnungsgrads des ersten Ventils 330 bzw. des zweiten Ventils 430 die Richtung verändern, in der das Kühlwasser darin strömt.
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Das erste Zweigrohr 600 kann bewirken, dass Kühlwasser, das durch den elektronischen Gerätekomponentenkern 310 erwärmt wird, zwischen dem ersten Kühlkörper 320 und der Kältemaschine 100 abgezweigt wird. Das zweite Zweigrohr 700 kann bewirken, dass das durch den Hochspannungsbatteriekern 410 erwärmte Kühlwasser zwischen dem zweiten Kühlkörper 420 und der Kältemaschine 100 abgezweigt wird.
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Insbesondere können sowohl das erste Zweigrohr 600 als auch das zweite Zweigrohr 700 integral mit dem Speicherbehälter 200 oder mit der Kältemaschine 100 verbunden sein. Dies ist insofern vorteilhaft, als dass die Herstellungskosten durch Vermindern der Anzahl von Komponenten gesenkt werden können und gleichzeitig eine effiziente Packung ermöglicht wird.
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Das Modul kann ferner eine erste Auslassleitung 110, die sich zwischen der Kältemaschine 100 und dem ersten Ventil 330 erstreckt, so dass Kühlwasser, das von der Kältemaschine 100 in die Leitung 300 für eine elektronische Gerätekomponente ausgegeben wird, in das erste Ventil 330 strömt, und eine zweite Auslassleitung 120 aufweisen, die sich zwischen der Kältemaschine 100 und dem zweiten Ventil 430 erstreckt, so dass Kühlwasser, das von der Kältemaschine 100 in die Batterieleitung 400 ausgegeben wird, in das zweite Ventil 430 strömt. Die erste Auslassleitung 110 und die zweite Auslassleitung 120 können integral mit der Kältemaschine 100 oder mit dem Speicherbehälter 200 verbunden sein.
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5 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht der ersten und der zweiten Pumpe des Moduls für integriertes Wärmemanagement gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Gemäß 5 können die erste Pumpe 340 und die zweite Pumpe 440 integral mit der Kältemaschine 100 oder mit dem Speicherbehälter 200 verbunden sein, und die Richtung, in der sich die erste Pumpe 340 während des Betriebs dreht, kann der Richtung, in der sich die zweite Pumpe 440 während des Betriebs dreht, entgegengesetzt sein.
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Die erste Pumpe 340 und die zweite Pumpe 440 können integral mit dem Speicherbehälter 200 oder mit der Kältemaschine 100 verbunden sein. Die erste Pumpe 340 und die zweite Pumpe 440 können auch integral mit dem ersten Ventil 330 und mit dem zweiten Ventil 430 verbunden sein.
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In einer Ausführungsform kann unter der Annahme, dass sich die erste Pumpe 340 während des Betriebs im Uhrzeigersinn dreht, sich die zweite Pumpe 440 in der entgegengesetzten Richtung (gegen den Uhrzeigersinn) drehen.
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In einer anderen Ausführungsform können die erste Pumpe 340 und die zweite Pumpe 440 derart angeordnet sein, dass die Drehachse der ersten Pumpe 340 und die Drehachse der zweiten Pumpe 440 voneinander abweichen oder senkrecht zueinanderstehen.
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Wenn die erste Pumpe 340 und die zweite Pumpe 440 gleichzeitig in Betrieb sind, gleichen sich die durch die Drehbewegungen in den vorstehend erwähnten Richtungen verursachten Schwingungen gegenseitig aus, wodurch das Schwingungsverhalten verbessert wird. Dies ist auch dahingehend vorteilhaft, dass diese integral mit dem Speicherbehälter 200 und der Kältemaschine 100 verbunden sind, wodurch die Masse erhöht wird, so dass das Schwingungsverhalten verbessert wird, wenn sie einzeln in Betrieb sind.
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Das Modul kann ferner eine Steuereinheit 800 aufweisen, die integral mit der ersten Pumpe 340 und mit der zweiten Pumpe 440 verbunden ist, um den Betrieb der ersten Pumpe 340 und den Betrieb der zweiten Pumpe 440 gemeinsam zu steuern. Zusätzlich kann die Steuereinheit 800 einen Aktuator für einen Antrieb des ersten Ventils 330 und des zweiten Ventils 430 steuern.
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Die Steuereinheit 800 kann integral mit der ersten Pumpe 340 und mit der zweiten Pumpe 440 verbunden sein, um die erste Pumpe 340 und die zweite Pumpe 440 zu steuern. Insbesondere kann die Steuereinheit 800 mit einer Motorsteuereinheit (MCU), einem Batteriemanagementsystem (BMS), einer Steuereinheit für eine elektronische Gerätekomponente oder einer elektronischen Steuereinheit (ECU) des Fahrzeugs kommunizieren und so den Betrieb der ersten Pumpe 340 und der zweiten Pumpe 440 steuern.
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Obwohl die vorliegende Erfindung in Verbindung mit bestimmten Ausführungsformen beschrieben und dargestellt worden ist, ist für Fachleute offensichtlich, dass im Rahmen der durch die beigefügten Ansprüche definierten technischen Idee der vorliegenden Erfindung verschiedene Verbesserungen und Modifikationen vorgenommen werden können.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Kältemaschine
- 200
- Speicherbehälter
- 210
- erster Speicherteil
- 220
- zweiter Speicherteil
- 230
- Einspritzöffnung
- 240
- Trennbarriere
- 250
- Einspritzbarriere
- 300
- Leitung für elektronische Gerätekomponente
- 400
- Batterieleitung
- 500
- Kältemittelströmungsleitung
- 600
- erstes Zweigrohr
- 700
- zweites Zweigrohr
- 800
- Steuereinheit
