DE102012103099A1

DE102012103099A1 - Batterieheiz- und Kühlsystem

Info

Publication number: DE102012103099A1
Application number: DE201210103099
Authority: DE
Inventors: Bradley Brodie; Kwangtaek Hong; Bryan Styles
Original assignee: Denso International America Inc
Current assignee: Denso International America Inc
Priority date: 2012-04-11
Filing date: 2012-04-11
Publication date: 2013-10-17
Anticipated expiration: 2032-04-12
Also published as: DE102012103099B4

Abstract

Ein System kann einen ersten Wärmetauscher (46, 146, 246, 346, 446), eine Pumpvorrichtung (38, 138, 238, 338, 438), und ein Ventil (40, 140, 240, 340, 440) enthalten. Die Pumpvorrichtung (38, 138, 238, 338, 438) kann in Fluidverbindung mit dem ersten Wärmetauscher (46, 146, 246, 346, 446) stehen. Das Ventil (40, 140, 240, 340, 440) kann ein Fluid von der Pumpvorrichtung (38, 138, 238, 338, 438) aufnehmen und kann zwischen einer ersten Position, die es dem Fluid ermöglicht, durch einen ersten Strömungsweg zu fließen, und einer zweiten Position, die es dem Fluid ermöglicht, durch einen zweiten Strömungsweg zu fließen, beweglich sein. Der erste Wärmetauscher (46, 146, 246, 346, 446) kann in einer Wärmetransferrelation mit einer Energiespeichervorrichtung (14) stehen, sodass Wärme aus der ersten Energiespeichervorrichtung (14) extrahiert werden kann, wenn sich das Ventil (40, 140, 240, 340, 440) in der ersten Position befindet. Wärme kann von dem ersten Wärmetauscher (46, 146, 246, 346, 446) zu der Energiespeichervorrichtung 14 transferiert werden, wenn sich das Ventil (40, 140, 240, 340, 440) in der zweiten Position befindet.

Description

GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein System zum Heizen und Kühlen einer Batterie, und insbesondere einer Batterie für ein Fahrzeug.
HINTERGRUND
Diese Sektion sieht Hintergrundinformation vor, die die vorliegende Offenbarung betrifft und nicht notwendigerweise Stand der Technik ist.
Viele Fahrzeuge enthalten Batterien, die für eine Vielzahl von elektrischen Systemen und Zubehören in dem Fahrzeug elektrische Leistung vorsehen. Hybride und elektrische Plug-In Fahrzeuge, die durch elektrische Motoren angetrieben werden, die mit bordeigenen Batteriepacks mit Leistung versorgt werden, werden immer beliebter. Batterien funktionieren typischerweise am besten, wenn diese innerhalb eines spezifischen Temperaturbereichs arbeiten. Die vorliegende Offenbarung sieht ein System zum Heizen und/oder Kühlen von einer oder mehreren Batterien derart vor, dass dieses die Batterien innerhalb eines vorbestimmten Temperaturbereichs erhält, um die Performance und die Lebensdauer der Batterien zu optimieren.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Diese Sektion sieht eine allgemeine Zusammenfassung der Offenbarung vor und ist keine umfassende Offenbarung von dessen kompletten Umfang oder von allen dessen Merkmalen.
In einer Form sieht die vorliegende Offenbarung ein System vor, das einen ersten Wärmetauscher, eine Pumpvorrichtung und ein Ventil enthalten kann. Die Pumpvorrichtung kann in Fluidverbindung mit dem ersten Wärmetauscher stehen. Das Ventil kann ein Fluid von der Pumpvorrichtung aufnehmen und kann zwischen einer ersten Position, die es dem Fluid ermöglicht, durch einen ersten Strömungsweg zu fließen, und einer zweiten Position, die es dem Fluid ermöglicht, durch einen zweiten Strömungsweg zu fließen, beweglich sein. Der erste Wärmetauscher kann in einer Wärmeaustauschbeziehung bzw. Wärmetransferrelation mit einer Energiespeichervorrichtung derart stehen, dass die Wärme von der Energiespeichervorrichtung extrahiert werden kann, wenn sich das Ventil in der ersten Position befindet. Wärme kann von dem ersten Wärmetauscher zu der Energiespeichervorrichtung übertragen bzw. transferiert werden, wenn sich das Ventil in der zweiten Position befindet.
In einer anderen Form sieht die vorliegende Offenbarung ein System zum Steuern einer Temperatur einer Batterie vor. Das System kann einen ersten Fluidkreislauf mit einem ersten Wärmetauscher und einem ersten Kompressor enthalten. Der erste Kompressor kann ein erstes Fluid durch den ersten Fluidkreislauf zirkulieren bzw. umwälzen. Der erste Wärmetauscher kann in einer Wärmetransferrelation mit der Batterie stehen. Das erste Fluid in dem ersten Fluidkreislauf kann im Sinne einer Fluidverbindung bzw. fluidmäßig von einem Fahrzeugklimatisierungs-Steuersystem isoliert sein. Das erste Fluid tritt in den ersten Kompressor bei einem ersten Druck ein und wird von dem Kompressor bei einem zweiten Druck, der wesentlich höher ist, als der erste Druck, abgeführt.
In noch einer anderen Form sieht die vorliegende Offenbarung ein System für ein Fahrzeug vor. Das Fahrzeug kann eine Fahrgastzelle bzw. Kabine und eine Batterie enthalten. Das System kann einen ersten Strömungsweg und einen zweiten Strömungsweg enthalten. Der erste Strömungsweg kann einen ersten Wärmetauscher enthalten, der einen Kühleffekt für Luft innerhalb der Kabine vorsieht. Der zweite Strömungsweg kann einen zweiten Wärmetauscher und ein Ventil enthalten. Der zweite Wärmetauscher kann in einer Wärmetransferrelation mit der Batterie stehen. Das Ventil kann zwischen einer ersten Position, die es dem Fluid ermöglicht, bei einer ersten Temperatur durch den zweiten Wärmetauscher zu fließen, um von der Batterie Wärme zu extrahieren, und einer zweiten Position, die es dem Fluid ermöglicht, bei einer zweiten Temperatur durch den zweiten Wärmetauscher zu fließen, um die Wärme des Fluids auf die Batterie zu transferieren bzw. auszutauschen, beweglich sein. Die zweite Temperatur kann höher sein als die erste Temperatur.
Weitere Anwendungsbereiche werden von der hierin vorgesehenen Beschreibung deutlich werden. Die Beschreibung und spezifische Beispiele in dieser Kurzfassung sind nur zum Zwecke der Illustration vorgesehen und sind nicht vorgesehen, den Umfang der vorliegenden Offenbarung zu beschränken.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Die hierin beschriebene Zeichnung dient nur dem Zweck der Illustration von ausgewählten Ausführungsformen und nicht allen möglicher Ausführungen, und es ist nicht beabsichtigt, dass diese den Umfang der vorliegenden Offenbarung beschränken.
Es zeigt:
1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung;
2 eine schematische Darstellung eines Batterieheiz- und -Kühlsystems in einem Kühlmodus entsprechend der Prinzipien der vorliegenden Offenbarung;
3 eine schematische Darstellung des Batterieheiz- und -Kühlsystems von 2 in einem Heizmodus entsprechend der Prinzipien der vorliegenden Offenbarung;
4 eine schematische Darstellung eines anderen Batterieheiz- und -kühlsystems in einem Kühlmodus entsprechend den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung;
5 eine schematische Darstellung des Batterieheiz- und -kühlsystems von 4 in einem Heizmodus entsprechend den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung;
6 eine schematische Darstellung von noch einem anderen Batterieheiz- und -kühlsystems in einem Kühlmodus entsprechend den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung;
7 eine schematische Darstellung des Batterieheiz- und -kühlsystems von 6 in einem Heizmodus entsprechend den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung;
8 eine schematische Darstellung von noch einem anderen Batterieheiz- und -kühlsystem in einem Kühlmodus entsprechend den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung;
9 eine schematische Darstellung des Batterieheiz- und -kühlsystems von 8 in einem Heizmodus entsprechend den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung;
10 eine schematische Darstellung von noch einem anderen Batterieheiz- und -kühlsystem in einem Kühlmodus entsprechend den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung; und
11 eine schematische Darstellung des Batterieheiz- und -kühlsystems von 10 in einem Heizmodus entsprechend den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung.
Entsprechende Bezugszeichen geben in den verschiedenen Ansichten der Zeichnung durchwegs entsprechende Teile an.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Beispielhafte Ausführungsformen werden nun mit Bezug auf die beiliegende Zeichnung vollständiger beschrieben.
Beispielhafte Ausführungsformen sind derart vorgesehen, dass diese Offenbarung vollständig sein wird, und dem Fachmann den Umfang vollständig vermitteln wird. Zahlreiche spezifische Details werden dargelegt, wie z. B. Beispiele von spezifischen Komponenten, Vorrichtungen und Verfahren, um ein vollständiges Verständnis der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung vorzusehen. Es wird dem Fachmann klar sein, dass spezifische Details nicht verwendet werden müssen, dass die beispielhaften Ausführungsformen in vielen verschiedenen Formen verkörpert werden können, und dass nichts derart ausgelegt werden sollte, dass dies den Umfang der Offenbarung beschränkt. Bei einigen beispielhaften Ausführungsformen, sind wohlbekannte Verfahren, wohlbekannte Strukturen von Vorrichtungen und wohlbekannte Technologien nicht im Detail beschrieben.
Die hierin verwendetet Terminologie dient nur dem Zweck des Beschreibens spezieller beispielhafter Ausführungsformen und es ist nicht beabsichtigt, dass diese beschränkend ist. Wie hierin verwendet, können die Singular-Formen ”ein, eine, einer” und ”der, die, das” derart beabsichtigt sein, dass diese die Plural-Formen ebenso enthalten, soweit der Zusammenhang nicht etwas anderes klar angibt. Die Begriffe ”aufweisen”, ”aufweisend”, ”enthalten” und ”mit” sind einschließlich und deshalb spezifizieren diese die Präsenz bzw. Anwesenheit von angegebenen Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritte, Vorgänge, Elemente, und/oder Komponenten, jedoch schließen diese nicht die Präsenz oder das Hinzufügen von einem oder mehreren anderen Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Vorgängen, Elementen, Komponenten, und/oder Gruppen davon aus. Die Verfahrensschritte, Verfahren und Vorgänge, die hierin beschrieben sind, sollen nicht derart ausgelegt werden, dass diese deren Ausführung in der speziellen Reihenfolge, die beschrieben oder dargestellt ist, notwendigerweise erfordern, soweit dies nicht speziell als eine Reihenfolge der Ausführung gekennzeichnet ist. Es sollte auch verstanden werden, dass zusätzliche oder alternative Schritte eingesetzt werden können.
Wenn auf ein Element oder auf eine Schicht bzw. auf einen Layer derart verwiesen wird, dass dieses oder diese oder dieser ”auf, ”in Eingriff mit”, ”verbunden mit” oder ”gekoppelt mit” einem anderen Element oder Layer ist, kann dieses oder diese oder dieser direkt auf, in Eingriff mit, verbunden mit oder gekoppelt an das andere Element oder den anderen Layer sein, oder es können dazwischen liegende Elemente oder Layer vorhanden sein. Im Gegensatz dazu, wenn auf ein Element derart verwiesen wird, dass dieses ”direkt auf, ”direkt in Eingriff mit”, ”direkt verbunden mit”, oder ”direkt gekoppelt an” ein anderes Element oder einen anderen Layer ist, können keine dazwischen liegende Elemente oder Layer vorhanden sein. Andere Worte, die verwendet werden, um die Beziehung zwischen Elementen zu beschreiben, sollten in einer ähnlichen Weise interpretiert werden (z. B., ”dazwischen” contra ”direkt dazwischen”, ”benachbart” contra ”direkt benachbart”, etc.). So wie dieser hierin verwendet wird, enthält der Begriff ”und/oder” jegliche und alle Kombinationen von einem oder mehreren der dazugehörig aufgelisteten Gegenstände.
Obwohl die Begriffe erster, zweiter, dritter, etc. hierin verwendet werden können, um verschiedene Elemente, Komponenten, Bereiche, Layer und/oder Sektionen zu beschreiben, sollten diese Elemente, Komponenten, Regionen, Layer und/oder Sektionen nicht durch diese Begriffe beschränkt werden. Diese Begriffe können nur derart verwendet werden, dass damit ein Element, eine Komponente, ein Bereich, ein Layer oder eine Sektion von einem anderen Bereich, Layer oder Sektion unterschieden werden kann. Begriffe, wie z. B. ”erster”, ”zweiter”, und andere numerische Begriffe, wenn diese hierin verwendet werden, implizieren nicht eine Sequenz oder Reihenfolge, soweit dies nicht klar durch den Zusammenhang angegeben ist. Also könnte ein erstes Element, eine erste Komponente, ein erster Bereich, ein erster Layer oder eine erste Sektion, wie nachstehend diskutiert, als ein zweites Element, eine zweite Komponente, ein zweiter Bereich, ein zweiter Layer oder eine zweite Sektion bezeichnet werden, ohne von der Lehre der beispielhaften Ausführungsformen abzuweichen.
Relativ räumliche Begriffe, wie z. B. ”innerer”, ”äußerer”, ”dazwischen”, ”unterhalb”, ”unter”, ”über”, ”ober” und dergleichen können hierin zur Vereinfachung der Beschreibung derart verwendet werden, dass eine Beziehung eines Elements oder Merkmals mit einem anderen Element oder Merkmal wie in den Figuren dargestellt beschrieben wird. Relativ räumliche Begriffe können derart beabsichtigt sein, dass diese verschiedenen Orientierungen der Vorrichtung in Verwendung oder im Betrieb zusätzlich zu der Orientierung, die in den Figuren angegeben ist, umfasst werden. Falls beispielsweise die Vorrichtung in den Figuren umgedreht wird, würden die Elemente, die als ”unter” oder ”unterhalb” anderen Elementen oder Merkmalen beschrieben sind, dann ”über” den anderen Elementen oder Merkmalen orientiert sein. Also kann der beispielhafte Begriff ”unter” sowohl eine Orientierung über oder unter umfassen. Die Vorrichtung kann anders orientiert sein (um 90° gedreht oder in andere Orientierungen) und die räumlich relativen Deskriptoren, die hierin verwendet werden, werden entsprechend interpretiert.
In Bezug auf die 1 bis 3 ist ein Fahrzeug 10 vorgesehen und dieses kann ein Heiz-, Ventilations- und Klimatisierungs-(HVAC)-System 12, ein Batteriepack 14, und ein Batterieheiz- und -kühlsystem 16 enthalten. Das Fahrzeug 10 kann eine interne Verbrennungsmaschine und/oder einen elektrischen Motor 18 enthalten, die derart angepasst sind, dass diese das Fahrzeug antreiben. Das heißt, das Fahrzeug 10 kann einen herkömmlichen Antriebsstrang, einen hybriden Antriebsstrang oder einen elektrischen Antriebsstrang enthalten. Das HVAC-System 12 kann derart funktionsfähig sein, dass dieses eine Kabine 20 des Fahrzeugs 10 heizt und kühlt. Das Batteriepack 14 kann eine oder mehrere Batterien enthalten, die elektrische Leistung für eines oder mehrere elektrische Systeme des Fahrzeugs 10 vorsehen. Bei einigen Ausführungsformen kann das Batteriepack 14 elektrische Leistung für den Motor 18 vorsehen. Wie nachstehend beschrieben werden wird, kann das Batterieheiz- und -kühlsystem 16 in einem Heizmodus und einem Kühlmodus derart funktionsfähig sein, dass dieses das Batteriepack 14 entsprechend heizt und kühlt, um die eine oder mehreren Batterien innerhalb eines Temperaturbereichs, der die Lebensdauer der Batterien maximiert und deren Leistungscharakteristik optimiert, zu erhalten. Bei einigen Ausführungsformen kann das Batterieheiz- und -kühlsystem 16 ein Stand-Alone-System sein, dadurch, dass dieses getrennt von und verschieden von dem HVAC-System 12 ist und unabhängig davon arbeitet.
Das HVAC-System 12 kann einen Arbeitsfluidkreislauf mit einem Kompressor 22, einem Kondensor 24, einer Expansionsvorrichtung 26 und einem Verdampfer 28 enthalten. Der Kompressor 22 kann ein Arbeitsfluid (z. B. R-12, R-134A, HFO-1234YF, Kohlenstoffdioxid, etc.) bei einem Ansaugdruck und einer Ansaugtemperatur aufnehmen und das Arbeitsfluid bei einem Abführdruck und einer Abführtemperatur abführen, die höher sind, als der Ansaugdruck und die Ansaugtemperatur. Das Arbeitsfluid kann von dem Kompressor in den Kondensor 24 fließen, in dem die Wärme von dem Arbeitsfluid in die Umgebungsluft ausgestoßen wird. Ein erster Ventilator 30 kann durch den Kondensor 24 Luft derart zwingen bzw. treiben, dass dieses einen Wärmetransfer zwischen der Umgebungsluft und dem Arbeitsfluid erzwingt.
Das Arbeitsfluid kann von dem Kondensor 24 durch die Expansionsvorrichtung 26 fließen. Die Expansionsvorrichtung 26 kann ein Solenoidventil, ein thermisches Expansionsventil, eine Kapillarröhre oder ein Drosselventil, z. B., oder irgendeine andere geeignete Vorrichtung sein. Das aus der Expansionsvorrichtung 26 austretende Arbeitsfluid kann eine relativ niedrige Temperatur und einen relativ niedrigen Druck aufweisen. Das Arbeitsfluid kann von der Expansionsvorrichtung 26 durch den Verdampfer 28 fließen, in dem die Wärme der Umgebungsluft durch das Arbeitsfluid mit der niedrigen Temperatur darin absorbiert wird. Ein zweiter Ventilator 23 kann Luft durch den Verdampfer 28 und in die Kabine 20 des Fahrzeugs 10 derart treiben, dass damit die Kabine 20 auf eine gewünschte Temperatur gekühlt wird.
Das Batterieheiz- und -kühlsystem 16 kann von dem HVAC-System 12 unterschiedlich sein und unabhängig arbeiten. Das Batterieheiz- und -kühlsystem 16 kann einen ersten Fluidkreislauf 34 (in den 2 und 3 in durchgezogenen Linien dargestellt (gezeigt)) und einen zweiten Fluidkreislauf 36 (in den 2 und 3 in gestrichelten Linien gezeigt) enthalten. Der erste Fluidkreislauf 34 kann einen hermetisch versiegelten Fluidströmungsweg mit einem Kompressor 38, einem Vierwegeventil 40, einem ersten Wärmetauscher 42, einer Expansionsvorrichtung 44, einem zweiten Wärmetauscher 46, und einem Akkumulator 48 definieren. Ein Steuermodul 49 (schematisch in 1 gezeigt) kann den Betrieb des Kompressors 38 steuern, der ein Arbeitsfluid, wie z. B. R-152A, R-145, R-12, R-134A, HFO-1234-YF, oder z. B. Kohlenstoffdioxid, durch den ersten Fluidkreislauf 34 zirkuliert. Bei einigen Ausführungsformen kann der erste Fluidkreislauf 34 vollständig außerhalb der Kabine 20 des Fahrzeugs 10 angeordnet sein und kann von dem HVAC-System 12 fluidmäßig isoliert sein. Bei solchen Ausführungsformen kann der erste Fluidkreislauf 34 ein Arbeitsfluid, wie z. B. R-152A, z. B., zirkulieren, welches gegenwärtig nicht zur Verwendung innerhalb von Fahrzeugkabinen bei einigen staatlichen Regelungen zugelassen ist, jedoch effizienter ist, als einige andere Arbeitsfluide, wie z. B. HFO-1234YF.
Das Vierwegeventil 40 kann erste, zweite, dritte und vierte Fluidanschlüsse 50, 52, 54, 56 enthalten. Das Vierwegeventil 40 kann in Verbindung mit dem Steuermodul 49 stehen, welches derart funktionsfähig sein kann, dass dieses das Vierwegeventil 40 zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position bewegt. In der ersten Position (2) stehen die ersten und zweiten Fluidanschlüsse 50, 52 in Fluidverbindung miteinander und die dritten und vierten Fluidanschlüsse 54, 56 können in Verbindung miteinander stehen. In der zweiten Position (3) kann der erste Fluidanschluss 50 in Fluidverbindung mit dem dritten Fluidanschluss 54, und der zweite Fluidanschluss 52 kann in Fluidverbindung mit dem vierten Fluidanschluss 56 stehen. Das Vierwegeventil 40 kann irgendeinen Typ eines Ventils enthalten und kann irgendeine geeignete Konfiguration enthalten, die die hierin beschriebene Funktionalität ermöglicht. Beispielsweise könnte das Vierwegeventil 40 von dem Typ sein, der in der US-Patentnummer 6,574,976 des Anmelders beschrieben wird, wobei deren Offenbarung hiermit durch Referenz mit aufgenommen wird.
Ein Abführanschluss 58 bzw. Auslauf 58, des Kompressors kann in Fluidverbindung mit dem ersten Fluidanschluss 50 des Vierwegeventils 40 stehen. Der erste Wärmetauscher 42 kann z. B. ein flüssigkeitsgekühlter Kondensor sein und kann in Fluidverbindung mit dem zweiten Fluidanschluss 52 des Vierwegeventils 40 stehen. Es wird geschätzt werden, dass in einigen Ausführungsformen der erste Wärmetauscher 42 luftgekühlt sein kann. Die Expansionsvorrichtung 44 kann in Fluidverbindung mit dem ersten Wärmetauscher 42 und dem vierten Fluidanschluss 56 des Vierwegeventils 40 stehen. Die Expansionsvorrichtung 44 kann z. B. ein Solenoidventil, ein thermisches Expansionsventil, eine Kapillarröhre oder ein Drosselventil, oder irgendeine andere geeignete Vorrichtung enthalten. Der zweite Wärmetauscher 46 kann z. B. ein Kühler sein, und dieser kann in Fluidverbindung mit dem dritten Fluidanschluss 54 des Vierwegeventils 40 und dem Akkumulator 48 stehen. Der Akkumulator 48 kann auch in Fluidverbindung mit einem Ansaug-Anschluss 60 bzw. Einlauf 60 des Kompressors 38 stehen.
Der zweite Fluidkreislauf 36 kann einen Fluidströmungsweg mit einer Pumpe 62, einer ersten Wärmetauscherleitung 64, einem ersten Ventil 66, einer zweiten Wärmetauscherleitung 68, einem dritten Wärmetauscher 70, einem zweiten Ventil 72, einem Flüssigkeitsreservoir 74, und einer Bypassleitung 76 definieren. Das Steuermodul 49 kann den Betrieb der Pumpe 62 steuern, die ein Kühlmittel, wie z. B. eine Mischung aus Ethylenglykol und Wasser oder irgendeinem anderen geeigneten Fluid, durch den zweiten Fluidkreislauf 36 umwälzt bzw. zirkuliert. Das durch den zweiten Fluidkreislauf 36 zirkulierende Kühlmittel kann fluidmäßig von den Arbeitsfluiden in dem ersten Fluidkreislauf 34 und dem HVAC-System 12 isoliert sein. Die erste Wärmetauschleitung 64 kann fluidmäßig mit der Pumpe 62 und dem ersten Ventil 66 gekoppelt sein, und kann in einer Wärmetransferrelation mit dem zweiten Wärmetauscher 46 des ersten Fluidkreislaufs 34 und dem Batteriepack 14 stehen. Obwohl dies nicht speziell in den schematischen Darstellungen der 2 und 3 gezeigt ist, kann die erste Wärmetauschleitung 46 um und/oder durch den zweiten Wärmetauscher 46 des ersten Fluidkreislaufs 34 und den Batteriepack 14 gewunden sein, um einen Wärmetausch dazwischen zu ermöglichen.
Das erste Ventil 66 kann ein Dreiwegeventil sein, das in Fluidverbindung mit den ersten und zweiten Wärmetauschleitungen 64, 68 und der Bypassleitung 66 steht. Das erste Ventil 66 kann in Verbindung mit dem Steuermodul 49 stehen, das derart funktionsfähig ist, dass dieses das erste Ventil 66 zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position bewegt. In der ersten Position (2) kann es einem Kühlmittel in der ersten Wärmetauschleitung 64 ermöglicht sein, durch das erste Ventil 66 und in die zweite Wärmetauschleitung 68 zu fließen, und es kann verhindert werden, dass das Kühlmittel in der Bypassleitung 76 in die beiden ersten und zweiten Wärmetauschleitungen 64, 68 fließt. In der zweiten Position (3) kann es das erste Ventil 66 dem Kühlmittel in der ersten Wärmetauschleitung 64 erlauben, durch das erste Ventil 66 und in die Bypassleitung 76 zu fließen, und verhindern, dass das Kühlmittel in die zweite Wärmeaustauschleitung 68 fließt.
Die zweite Wärmetauschleitung 68 kann in einer Wärmetransferrelation mit dem ersten Wärmetauscher 42 des ersten Fluidkreislaufs 34 stehen und kann fluidmäßig mit dem dritten Wärmetauscher 70 gekoppelt sein. Obwohl dies nicht speziell in den schematischen Darstellungen der 2 und 3 gezeigt ist, kann die zweite Wärmetauschleitung 68 um und/oder durch den ersten Wärmetauscher 42 des ersten Fluidkreislaufs 34 gewunden sein, um einen Wärmeaustausch dazwischen zu ermöglichen.
Der dritte Wärmetauscher 70 könnte ein Radiator sein, der z. B. in der Nähe eines Kühlergrills an dem vorderen Ende des Fahrzeugs 10 platziert ist. Ein Kühlmittel, das durch den dritten Wärmetauscher 70 fließt, kann Wärme an die Umgebungsluft ausstoßen. Der Lüfter 30 kann Luft durch den dritten Wärmetauscher 70 treiben, um das Kühlen des Kühlmittels in dem dritten Wärmetauscher 70 zu ermöglichen. Ein Auslass des dritten Wärmetauschers 70 kann fluidmäßig mit einer ersten Leitung 78 gekoppelt sein.
Ein zweites Ventil 70 kann ein Dreiwegeventil sein, das in Fluidverbindung mit einer ersten Leitung 78, einer zweiten Leitung 80 und einer Bypassleitung 76 steht. Das zweite Ventil 72 kann in Verbindung mit dem Steuermodul 49 stehen, das verursachen kann, dass sich das zweite Ventil 72 zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position bewegt. In der ersten Position (2) kann es das zweite Ventil 72 dem Kühlmittel erlauben, von der ersten Leitung 78 und in die zweite Leitung 80 zu fließen, und verhindern, dass Kühlmittel in oder aus der Bypassleitung 76 fließt. In der zweiten Position (3) kann es das zweite Ventil 72 dem Kühlmittel in der Bypassleitung 76 erlauben, in die zweite Leitung 80 zu fließen, und verhindern, dass Kühlmittel in die zweite Leitung 78 fließt.
Die zweite Leitung 80 kann in Fluidverbindung mit dem Flüssigkeitsreservoir 74 und einem Einlass der Pumpe 62 stehen. Das Flüssigkeitsreservoir 74 kann ein Volumen des überschüssigen Kühlmittels speichern, aus dem die Pumpe 62 schöpfen kann, um sicherzustellen, dass ein ausreichender Betrag von Kühlmittel in die Pumpe 62 fließt.
Mit fortgesetzter Bezugnahme auf die 1 bis 3, wird der Betrieb des Batterieheiz- und -kühlsystems 16 im Detail beschrieben werden. Das Batterieheiz- und -kühlsystem 16 kann in einem Kühlmodus (2) und einem Heizmodus (3) derart funktionsfähig sein, dass eine Temperatur der einen oder mehreren Batterien in dem Batteriepack 14 gesteuert wird. Ein oder mehrere Temperatursensoren können an oder in der Nähe der einen oder mehreren Batterien befestigt oder angeordnet sein, um deren Temperaturen zu überwachen und die Temperaturen zu dem Steuermodul 49 zu übertragen. Wenn das Steuermodul 49 bestimmt, dass sich das Batteriepack 14 über einer vorbestimmten Temperatur befindet, kann das Steuermodul 49 verursachen, dass das Batterieheiz- und -kühlsystem 16 in dem Kühlmodus arbeitet. Umgekehrt kann das Steuermodul 49 verursachen, dass das Batterieheiz- und -kühlsystem 16 in dem Heizmodus arbeitet, wenn das Steuermodul 49 bestimmt, dass sich das Batteriepack 14 unter einer vorbestimmten Temperatur befindet.
Bei dem Kühlmodus kann das Steuermodul 49 das Vierwegeventil 40 und die ersten und zweiten Ventile 66, 72 derart bewegen, dass sich diese in die ersten Positionen bewegen oder in diesen verbleiben. Das Steuermodul 49 kann auch verursachen, dass der Kompressor 38 das Arbeitsfluid durch den ersten Fluidkreislauf 34 zirkuliert, und kann verursachen, dass die Pumpe 62 das Kühlmittel durch den zweiten Fluidkreislauf 36 zirkuliert.
Bei dem Kühlmodus kann der Kompressor 38 das Arbeitsfluid bei einem Ansaugdruck und einer Ansaugtemperatur aufnehmen und das Arbeitsfluid bei einem Abführdruck und einer Abführtemperatur abführen, die wesentlich höher sein können, als der Ansaugdruck und die Ansaugtemperatur. Das Arbeitsfluid kann von dem Kompressor 38 in den ersten Fluidanschluss 50 des Vierwegeventils 40 fließen. Da sich bei dem Kühlmodus das Vier-Wege-Ventil 40 in der ersten Position befindet, kann dann das Fluid aus dem Vierwegeventil 40 durch den zweiten Fluidanschluss 52 austreten und in den ersten Wärmetauscher 42 fließen. Das Arbeitsfluid kann in dem ersten Wärmetauscher 42 Wärme auf das Kühlmittel, das durch die zweite Wärmeaustauschleitung 68 in dem zweiten Fluidkreislauf 36 fließt, transferieren. Das Arbeitsfluid kann von dem ersten Wärmetauscher 42 durch die Expansionsvorrichtung 44 fließen, um die Temperatur und den Druck des Arbeitsfluids weiter zu reduzieren. Das Arbeitsfluid kann von der Expansionsvorrichtung 44 in den vierten Fluidanschluss 56 des Vierwegeventils 40 fließen und aus dem Vierwegeventil 40 durch den dritten Fluidanschluss 54 austreten. Das Arbeitsfluid kann von dem dritten Fluidanschluss 54 durch den zweiten Wärmetauscher 46 fließen und die Wärme von dem Kühlmittel in der ersten Wärmetauschleitung 64 des zweiten Fluidkreislaufs 35 absorbieren. Das Arbeitsfluid kann von dem zweiten Wärmetauscher 46 in den Akkumulator 48 fließen, bevor dieses zu dem Einlauf 60 des Kompressors 38 zurückkehrt, wo der Zyklus wiederholt werden kann.
Die Pumpe 62 kann während des Betriebs des vorstehend beschriebenen ersten Fluidkreislaufs 34 das Kühlmittel durch den zweiten Fluidkreislauf 36 zirkulieren. Das Kühlmittel kann von der Pumpe 62 zu der ersten Wärmetauschleitung 64 fließen, wo die Wärme von dem Kühlmittel in dem zweiten Fluidkreislauf 36 zu dem Arbeitsfluid in dem zweiten Wärmetauscher 46 des ersten Fluidkreislaufs 34 transferiert wird. Das Kühlmittel mit der reduzierten Temperatur in der ersten Wärmetauschleitung 64, die dem zweiten Wärmetauscher 46 strömungstechnisch nachgelagert ist, kann dann die Wärme von dem Batteriepack 14 absorbieren, sowie dieses dort hindurchfließt. Das Kühlmittel kann dann durch das erste Ventil 66 (das sich in der ersten Position befindet) zu der zweiten Wärmetauschleitung 68 fließen und Wärme von dem Arbeitsfluid in dem ersten Wärmetauscher 42 absorbieren, bevor dieses zu dem dritten Wärmetauscher 70 fließt.
In dem dritten Wärmetauscher 70 kann Wärme von dem Kühlmittel in die Umgebungsluft ausgestoßen werden, die durch den Lüfter 30 über bzw. durch den dritten Wärmetauscher 70 getrieben wird. Das Kühlmittel kann von dem dritten Wärmetauscher 70 durch die erste Leitung 78 durch das zweite Ventil 72 (das sich in der ersten Position befindet) durch die zweite Leitung 80 und zurück zu der Pumpe 62 fließen, wo der Zyklus wiederholt werden kann. Die Zyklen der ersten und zweiten Fluidkreisläufe 34, 36 können auf diese Weise wiederholt werden, bis das Batteriepack 14 unter den vorbestimmten Grenzwert gekühlt ist.
Bei einigen Ausführungsformen kann der zweite Fluidkreislauf 36 in dem Kühlmodus ohne das Fließen lassen des ersten Fluidkreislaufs 34 betrieben werden, falls die Umgebungsluft außerhalb des Fahrzeugs 10 ausreichend kühl ist. Das heißt, dass das Kühlmittel nur durch den Wärmetransfer mit der Umgebungsluft, die durch den dritten Wärmetauscher 70 fließt, ausreichend gekühlt werden kann, wenn die Umgebungsluft ausreichend kühl ist, und es nicht notwendig ist, dieses durch das Arbeitsfluid in dem zweiten Wärmetauscher 46 zu kühlen, um es dem Kühlmittel zu ermöglichen, die Wärme von dem Batteriepack 14 effektiv zu absorbieren. Bei einigen Ausführungsformen kann eine Umgebungsluft unterhalb etwa 35°C (95°F) für den zweiten Fluidkreislauf 36 ausreichend kühl sein, um das Batteriepack 14 ohne das Fließen lassen des ersten Fluidkreislaufs 34 adäquat zu kühlen.
Bei dem Heizmodus (3) kann das Steuermodul 49 den Betrieb des Kompressors 38 und der Pumpe 62, wie vorstehend beschrieben, verursachen. Allerdings kann das Steuermodul 49 bei dem Heizmodus verursachen, dass sich das Vierwegeventil 40 und die ersten und zweiten Ventile 66, 72 in die zweite Position bewegen. Mit dem Vierwegeventil 40 in der zweiten Position fließt das von dem Kompressor 38 abgegebene Arbeitsfluid mit der hohen Temperatur und dem hohen Druck in den ersten Fluidanschluss 50 des Vierwegeventils 40 und tritt aus dem Vierwegeventil 40 durch den dritten Fluidanschluss 54 aus, wobei dadurch der erste Wärmetauscher 42 und die Expansionsvorrichtung 44 umgangen werden. Daher kann das Arbeitsfluid immer noch eine relativ hohe Temperatur aufweisen, wenn das Arbeitsfluid in den zweiten Wärmetauscher 46 eintritt.
Nachdem das Arbeitsfluid in dem zweiten Wärmetauscher 46 bei dem Heizmodus eine hohe Temperatur aufweist, absorbiert das Kühlmittel in der ersten Wärmetauschleitung 46, die in eine Wärmetransferrelation mit dem zweiten Wärmetauscher 46 kommt, Wärme von dem Arbeitsfluid. Dies verursacht, dass die Temperatur des Kühlmittels vor dem Erreichen des Batteriepacks 14 steigt. Dann kommt dieses Kühlmittel mit einer relativ hohen Temperatur in eine Wärmetransferrelation mit dem Batteriepack 14, wodurch die Temperatur des Batteriepacks 14 erhöht wird. Das Kühlmittel kann dann zu dem ersten Ventil 66 (welches sich in der zweiten Position befindet) fließen und kann in die Bypassleitung 76 geleitet werden. Das Kühlmittel kann durch die Bypassleitung 76 zu dem zweiten Ventil 72 fließen, wo es zu der zweiten Leitung 80, durch die das Kühlmittel zu der Pumpe 62 zurückgeführt wird, geleitet wird. Die Zyklen der ersten und zweiten Fluidkreisläufe 34, 36 können auf diese Weise wiederholt werden, bis sich das Batteriepack 14 auf eine Temperatur über einem vorbestimmten Grenzwert aufwärmt.
In Bezug auf die 4 und 5 ist ein weiteres Batterieheiz- und -kühlsystem 116 vorgesehen und dieses kann einen erste Fluidkreislauf 134 und einen zweiten Fluidkreislauf 136 enthalten. Die Struktur und Funktion des ersten Fluidkreislaufs 134 kann im Allgemeinen ähnlich der des vorstehend beschriebenen ersten Fluidkreislaufs 34 sein, abgesehen von jeglichen Ausnahmen, die nachstehend angemerkt sind. Der erste Fluidkreislauf 134 kann einen Kompressor 138, ein Vierwegeventil 140, einen ersten Wärmetauscher 142, eine Expansionsvorrichtung 144, einen zweiten Wärmetauscher 146 und einen Akkumulator 148 enthalten. Das Arbeitsfluid innerhalb des zweiten Wärmetauschers 146 kann sich in einer Wärmetransferrelation mit einem Luftfluss von der Kabine 20 des Fahrzeugs 10 oder von Luft von außerhalb des Fahrzeugs 10 befinden. Ein Ventilator 147 kann Luft durch den zweiten Wärmetauscher 146 derart treiben, dass ein Wärmetransfer dazwischen ermöglicht wird, und kann die Luft durch ein Rohr 149 treiben, das in Verbindung mit dem Batteriepack 14 steht. Die Luft, die durch das Rohr 149 fließt, kann in eine Wärmetransferrelation mit dem Batteriepack 14 derart kommen, dass die Wärme von dem Batteriepack 14 absorbiert wird, wenn sich das Batterieheiz- und -kühlsystem 116 in dem Kühlmodus befindet und kann Wärme auf das Batteriepack 14 transferieren, wenn das Batterieheiz- und -kühlsystem 116 sich in dem Heizmodus befindet.
Ähnlich dem vorstehend beschriebenen ersten Fluidkreislauf 134 fließt das Arbeitsfluid von dem Kompressor 138 zu dem Vierwegeventil 140 (welches sich in der in 4 gezeigten ersten Position befinden kann), zu dem ersten Wärmetauscher 142, zu der Expansionsvorrichtung 144, zu dem Vierwegeventil 140 zu dem zweiten Wärmetauscher 146, wenn sich der erste Fluidkreislauf 134 in dem Kühlmodus befindet. Daher weist das Arbeitsfluid, das durch den zweiten Wärmetauscher 146 fließt, bei dem Kühlmodus eine relativ niedrige Temperatur auf und kühlt die Luft, die durch den Lüfter 147 durch diesen getrieben wird. Diese Luft kühlt dann das Batteriepack 14 und kann anschließend aus dem Fahrzeug 10 ausgestoßen werden. Falls die Luft innerhalb der Kabine 20 ausreichend kühl ist, kann die Kühlkapazität des Lüfters 147 selbst ausreichend sein, das Batteriepack 14 ohne das Fließen lassen des ersten Fluidkreislaufs 134 adäquat zu kühlen.
Während des Betriebs des ersten Fluidkreislaufs 134 bei dem Kühlmodus kann der zweite Fluidkreislauf 136 derart betrieben werden, dass das Arbeitsfluid, das durch den ersten Wärmetauscher 142 fließt, gekühlt wird. Der zweite Fluidkreislauf 136 kann eine Pumpe 162, eine Wärmetauschleitung 168, einen dritten Wärmetauscher 170, und ein Flüssigkeitsreservoir 174 enthalten. Die Pumpe 162 kann Kühlmittel durch die Wärmetauschleitung 168 treiben, die sich in einer Wärmetransferrelation mit dem ersten Wärmetauscher 142 des ersten Fluidkreislaufs 134 befindet. Das Kühlmittel in der Wärmetauschleitung 168 absorbiert Wärme von dem Arbeitsfluid mit der hohen Temperatur in dem ersten Wärmetauscher 142 und fließt anschließend zu dem dritten Wärmetauscher 170. In dem dritten Wärmetauscher 170 kann die Wärme des Kühlmittels in die Umgebungsluft ausgestoßen werden. Der Lüfter 30 kann die Luft durch den dritten Wärmetauscher 170 derart treiben, dass ein Wärmeaustausch bzw. Wärmetransfer ermöglicht wird. Das Kühlmittel kann von dem dritten Wärmetauscher 170 zu der Pumpe 162 zurückkehren, wo der Zyklus wiederholt werden kann.
Bei dem Heizmodus kann sich das Vierwegeventil 140 in der zweiten Position (5) befinden. Ähnlich dem ersten Fluidkreislauf 34 fließt das Arbeitsfluid von dem Kompressor 138 zu dem Vierwegeventil 140 und kann direkt zu dem zweiten Wärmetauscher 146 fließen, wobei der erste Wärmetauscher 142 und die Expansionsvorrichtung 144 umgangen werden, wenn sich der erste Fluidkreislauf 134 in dem Heizmodus befindet. Daher weist das Arbeitsfluid immer noch eine relativ hohe Temperatur auf und überträgt Wärme auf die Luft von der Kabine 20, die durch den Lüfter 147 durch diesen getrieben wird, wenn das Arbeitsfluid den zweiten Wärmetauscher 146 bei dem Heizmodus erreicht. Die aufgewärmte Luft wird dann durch bzw. über den Batteriepack 14 getrieben, um Wärme zu dem Batteriepack 14 zu transferieren, um dessen Temperatur über einen vorbestimmten Grenzwert zu heben. Weil das Arbeitsfluid bei dem Heizmodus nicht durch den ersten Wärmetauscher 142 fließt, ist es nicht notwendig, dass der zweite Fluidkreislauf 136 arbeitet, wenn sich das Batterieheiz- und -kühlsystem 116 in dem Heizmodus befindet.
In Bezug auf die 6 und 7 ist ein anderes Batterieheiz- und -kühlsystem 216 vorgesehen und dieses kann einen Fluidkreislauf 234 enthalten. Die Struktur und Funktion des Fluidkreislaufs 234 kann im Wesentlichen ähnlich der des vorstehend beschriebenen ersten Fluidkreislaufs 134 sein, und deshalb wird dieser nicht nochmals im Detail beschrieben werden. Kurz gefasst, kann der Fluidkreislauf 234 einen Kompressor 238, ein Vierwegeventil 240, einen ersten Wärmetauscher 242, eine Expansionsvorrichtung 244, einen zweiten Wärmetauscher 246, einen Ventilator 247, und einen Akkumulator 248 enthalten. Ähnlich dem ersten Fluidkreislauf 134 kann der Fluidkreislauf 234 in einem Kühlmodus (6) und einem Heizmodus (7) funktionsfähig sein. Zusätzlich zu oder alternativ zu einem zweiten Fluidkreislauf (ähnlich dem zweiten Fluidkreislauf 136) kann der Fluidkreislauf 234 einen Ventilator 243 enthalten, der während des Kühlmodus derart arbeiten kann, dass dieser das Arbeitsfluids innerhalb des ersten Wärmetauschers 242 kühlt.
In Bezug auf die 8 und 9 ist noch ein anderes Batterieheiz- und -kühlsystem 316 vorgesehen, und dieses kann einen ersten Fluidkreislauf 334 enthalten. Der Fluidkreislauf 334 kann einen Kompressor 338, ein Vierwegeventil 340, einen ersten Wärmetauscher 342, einen ersten Ventilator 343, eine Expansionsvorrichtung 344, einen zweiten Wärmetauscher 346, einen zweiten Ventilator 347, und einen Akkumulator 348 enthalten. Ähnlich den Batterieheiz- und -kühlsystemen 16, 116, 216, kann das Batterieheiz- und -kühlsystem 316 in einem Kühlmodus (8) und einem Heizmodus (9) funktionsfähig sein. Die Struktur und Funktion des Vierwegeventils 340, des ersten Wärmetauschers 342, des ersten Ventilators 343, der Expansionsvorrichtung 344, des zweiten Wärmetauschers 346, des zweiten Ventilators 347, und des Akkumulators 348 kann im Wesentlichen ähnlich des Vierwegeventils 240, des ersten Wärmetauschers 242, des Ventilators 243, der Expansionsvorrichtung 244, des zweiten Wärmetauschers 246, des Ventilators 247 und des Akkumulators 248, die vorstehend beschrieben wurden, sein, und werden deshalb nicht nochmals im Detail beschrieben werden.
Das Batterieheiz- und -kühlsystem 316 kann in ein HVAC-System 312 integriert werden, in dem der Kompressor 338 ein Arbeitsfluid durch sowohl das Batterieheiz- und -kühlsystem 316 als auch das HVAC-System 312 zirkulieren kann. Ähnlich dem HVAC-System 12 kann das HVAC-System 312 einen Ventilator 332 und einen Arbeitsfluidkreislauf 313 mit einem Kondensor 324, einer Expansionsvorrichtung 326, einem Verdampfer 328 und dem Kompressor 338 enthalten. Der Kondensor 324 kann zu dem ersten Wärmetauscher 342 benachbart angebracht sein, so dass der erste Ventilator 343 Luft durch sowohl den Kondensor 324 als auch den ersten Wärmetauscher 342 treiben kann, um das Fluid darin zu kühlen. Bei einigen Ausführungsformen könnte der Kondensor 324 und der erste Wärmetauscher 342 eine einzelne Wärmetauscheinheit mit ersten und zweiten Fluidpfaden dadurch, jeweils entsprechend den Fluidkreisläufen 312, 334, sein.
Eine erste Dreiwegeverbindungsstelle 330 kann strömungstechnisch nachgelagert zu dem Kompressor 338 und strömungstechnisch vorgelagert zu dem Kondensor 324 und dem Vierwegeventil 340 angeordnet sein. Eine zweite Dreiwegeverbindungsstelle 331 kann strömungstechnisch vorgelagert zu dem Kompressor 338 und strömungstechnisch nachgelagert zu dem Verdampfer 328 und dem Akkumulator 348 angeordnet sein. Die Fluidkreisläufe 234, 213 können voneinander bei der ersten Dreiwegeverbindungsstelle 330 divergieren und bei der zweiten Dreiwegeverbindungsstelle 331 zurück zusammen-konvergieren.
Der Arbeitsfluidkreislauf 313 kann auch ein Ventil 325 enthalten, das zwischen ersten und zweiten Positionen derart beweglich ist, dass dieses jeweils ermöglicht oder vermeidet, dass das aus dem Kompressor 338 abgegebene Fluid durch den Rest des Arbeitsfluidkreislaufs 313 fließt. Das Vierwegeventil 314, die Expansionsvorrichtung 344 und/oder irgendeine andere Vorrichtung, die der ersten Dreiwegeverbindungsstelle 330 strömungstechnisch nachgelagert und der zweiten Dreiwegeverbindungsstelle 331 strömungstechnisch vorgelagert angeordnet ist, kann derart konfiguriert sein, dass dieses/diese selektiv ermöglicht oder vermiedet, dass das Fluid durch den Fluidkreislauf 334 fließt. Entsprechend kann das Batterieheiz- und -kühlsystem 316 und das HVAC-System 312 gleichzeitig oder unabhängig voneinander arbeiten.
In Bezug auf die 10 und 11 ist ein Batterieheiz- und -kühlsystem 416 vorgesehen, und dieses kann einen ersten Fluidkreislauf 434 und einen zweiten Fluidkreislauf 436 enthalten. Ähnlich dem Batterieheiz- und -kühlsystem 16 kann das Batterieheiz- und -kühlsystem 416 in einem Kühlmodus (10) und einem Heizmodus (11) funktionsfähig sein, um das Batteriepack 14 entsprechend zu kühlen und zu heizen.
Der erste Fluidkreislauf 434 kann einen Kompressor 438, ein erstes Vierwegeventil 440, einen ersten Wärmetauscher 442, ein zweites Vierwegeventil 434, einen Ejektor 444, einen zweiten Wärmetauscher 446, einen Akkumulator 448, und eine Restriktionsvorrichtung 450 enthalten. Die ersten und zweiten Wärmetauscher 442, 446 können im wesentlich ähnlich den ersten und zweiten Wärmetauschern 42, 46, wie vorstehend beschrieben, sein. Der erste Wärmetauscher 442 kann in einer Wärmetransferrelation mit dem zweiten Fluidkreislauf 436 stehen. Der zweite Wärmetauscher kann in einer Wärmetransferrelation mit dem Batteriepack 14 über den zweiten Fluidkreislauf 436 stehen. Das heißt, dass der zweite Wärmetauscher 446 in einer direkten Wärmetransferrelation mit dem zweiten Fluidkreislauf 436 stehen kann und der zweite Fluidkreislauf 436 kann in einer direkten Wärmetransferrelation mit dem Batteriepack 14 stehen, um Wärme zwischen dem zweiten Wärmetauscher 446 und dem Batteriepack 14 zu transferieren.
Die Struktur und Funktion des Ejektors 444 kann im Wesentlichen ähnlich der des in der US-Patentnummer 6,500,265 des Anmelders beschriebenen Ejektors sein, wobei deren Offenbarung hiermit durch Referenz mit aufgenommen wird. Kurz gesagt, kann der Ejektor 444 erste und zweite Einlässe 452, 454 und einen Auslass 456 enthalten. Obwohl dies nicht speziell in den 10 und 11 gezeigt ist, enthält der Ejektor auch eine Düse, einen Mischabschnitt und einen Diffuser. Der Ejektor 444 kann Energie nutzen, die typischerweise während der Expansion des kondensierten Arbeitsfluids bei einem herkömmlichen Dampfkompressionszyklus verloren geht.
Der Akkumulator 484 kann flüssige und gasförmige Teile des Arbeitsfluids trennen und kann ein Volumen des flüssigen Arbeitsfluids darin speichern. Die Restriktionsvorrichtung 450 kann z. B. eine Kapillarröhre enthalten. Die Restriktionsvorrichtung 450 reduziert den Druck des Arbeitsfluids, der dort durchfließt.
Mit fortgesetzter Bezugnahme auf die 10 und 11 wird der Betrieb des Batterieheiz- und -kühlsystems 416 im Detail beschrieben werden. Bei dem Kühlmodus (10) wird das Arbeitsfluid von dem Kompressor 438 abgegeben und fließt durch das erste Vierwegeventil 440 (welches sich in einer ersten Position befindet) zu dem ersten Wärmetauscher 442. Das flüssige Arbeitsfluid unter Hochdruck fließt von dem ersten Wärmetauscher 442 durch das zweite Vierwegeventil (welches sich in einer ersten Position befindet) und in den Ejektor 444, um durch die Düse innerhalb des Ejektors 440 dekomprimiert und expandiert zu werden.
In dem Mischabschnitt des Ejektors 444 wird das gasförmige Arbeitsfluid von dem zweiten Wärmetauscher 446 mit dem Arbeitsfluid gemischt, das von der Düse ausgeströmt wird. Der Druck des gemischten Kühlmittels wird durch den Mischabschnitt und den Diffusor erhöht, und das gemischte Arbeitsfluid fließt von dem Auslass 456 des Ejektors 454 in den Akkumulator 448. Zu diesem Zeitpunkt fließt flüssiges Kühlmittel von dem Akkumulator 448 durch die Restriktionsvorrichtung 450 und in den zweiten Wärmetauscher 446, da das Arbeitsfluid in dem zweiten Wärmetauscher 446 in den Ejektor 444 abgeschöpft bzw. abgezapft wird. Wie nachstehend beschrieben werden wird, absorbiert das Arbeitsfluid in dem zweiten Wärmetauscher 446 Wärme von dem Fluid in dem zweiten Fluidkreislauf 436.
Bei dem Heizmodus (11) werden die ersten und zweiten Vierwegeventile 440, 443 auf zweite Positionen geschaltet. Ein Hochdruck- und Hochtemperaturkühlmittel, das von dem Kompressor 438 abgegeben wird, fließt durch das erste Vierwegeventil 440 zu dem zweiten Wärmetauscher 446, wo die Wärme von dem Arbeitsfluid auf das Fluid in dem zweiten Fluidkreislauf 436 transferiert wird. Das flüssige Kühlmittel unter Hochdruck fließt dann von dem zweiten Wärmetauscher 446 durch das zweite Vierwegeventil 443 und in den Ejektor 444, wo das Arbeitsfluid in der Düse des Ejektors 444 derart dekomprimiert und expandiert wird, dass sich dieses in einem Gas-Flüssig-Zweiphasen-Zustand befindet.
In dem Mischabschnitt des Ejektors 444 wird gasförmiges Arbeitsfluid von dem ersten Wärmetauscher 442 geschöpft und wird mit dem Arbeitsfluid, das von der Düse ausgeströmt wird, gemischt. Der Druck des gemischten Arbeitsfluids wird in dem Mischabschnitt und dem Diffusor erhöht. Das gemischte Arbeitsfluid tritt dann aus dem Ejektor 444 aus und fließt in den Akkumulator 448. Bei diesem Zeitpunkt fließt flüssiges Arbeitsfluid von dem Akkumulator 448 durch die Restriktionsvorrichtung 450 und in den ersten Wärmetauscher 442, da das Arbeitsfluid in dem ersten Wärmetauscher 442 in den Ejektor 444 geschöpft bzw. abgezapft wird. Das Arbeitsfluid in dem ersten Wärmetauscher 442 absorbiert Wärme von dem zweiten Fluidkreislauf 436.
Der zweite Fluidkreislauf 436 kann eine Pumpe 462, eine Wärmetauschleitung 464, und einen dritten Wärmetauscher 470 enthalten. Die Pumpe 462 kann ein Kühlmittel durch den zweiten Fluidkreislauf 436 währen des Betriebs des Batterieheiz- und -kühlsystems 416 zirkulieren. Die Wärmetauschleitung 464 kann in einer Wärmetransferrelation mit den ersten und zweiten Wärmetauschern 442, 446 und dem Batteriepack 14 stehen.
Wie vorstehend beschrieben, kann ein Arbeitsfluid mit einer niedrigen Temperatur durch die zweiten Wärmetauscher 446 fließen und kann Wärme von dem Kühlmittel in einem Abschnitt der Wärmetauschleitung 464 absorbieren, das damit in einer Wärmetransferrelation steht, wenn das Batterieheiz- und -kühlsystem 416 in dem Kühlmodus arbeitet. Ein Kühlmittel mit einer reduzierten Temperatur kann dann zu dem Batteriepack 14 fließen und Wärme von dem Batteriepack 14 absorbieren. Das Kühlmittel kann von dem Batteriepack 14 durch den ersten Wärmetauscher 442 fließen und Wärme von dem Arbeitsfluid darin absorbieren. Das Kühlmittel kann von dem ersten Wärmetauscher 442 durch den dritten Wärmetauscher 470 fließen, wo Wärme von dem Kühlmittel zu der Umgebungsluft ausgestoßen werden kann, die durch den Ventilator 30 durch den dritten Wärmetauscher 470 getrieben wird. Das Kühlmittel kann von dem dritten Wärmetauscher 470 zu der Pumpe 462 zurückkehren, wo der Zyklus wiederholt werden kann, bis das Batteriepack 14 auf eine vorbestimmte Temperatur gekühlt ist. Bei einigen Ausführungsformen kann der zweite Fluidkreislauf 436 derart arbeiten, dass dieser das Batteriepack 14 ohne das Fließen lassen des ersten Fluidkreislaufs 434 kühlt, falls die Umgebungsluft außerhalb des Fahrzeugs 10 ausreichend kühl ist.
Wenn das Batterieheiz- und -kühlsystem 416 in dem Heizmodus arbeitet, kann ein Arbeitsfluid mit einer hohen Temperatur durch den zweiten Wärmetauscher 446 fließen. Das Kühlmittel in der Wärmetauschleitung 446 kann Wärme von dem Arbeitsfluid in dem zweiten Wärmetauscher 446 absorbieren. Kühlmittel mit einer relativ hohen Temperatur kann dann zu dem Batteriepack 14 fließen, das die Wärme von dem Kühlmittel absorbiert. Das Kühlmittel kann von dem Batteriepack 14 durch den ersten Wärmetauscher 442 fließen und Wärme zu dem Arbeitsfluid darin transferieren. Das Kühlmittel kann von dem ersten Wärmetauscher 442 durch den dritten Wärmetauscher 470 fließen, wo Wärme von dem Kühlmittel in die Umgebungsluft ausgestoßen werden kann. Das Kühlmittel kann von dem dritten Wärmetauscher 470 zu der Pumpe 462 zurückkehren, wo der Zyklus wiederholt werden kann, bis der Batteriepack 14 eine vorbestimmte Temperatur erreicht.
Die Pumpe 62, 162, 462 in dem entsprechenden Fluidkreislauf kann durch einen Kompressor ersetzt werden.
Die vorstehende Beschreibung der Ausführungsformen wurde zum Zwecke der Illustration und Beschreibung vorgesehen. Es ist nicht beabsichtigt, dass diese erschöpfend ist oder die Offenbarung beschränkt. Individuelle Elemente oder Merkmale einer besonderen Ausführungsform sind generell nicht auf diese spezielle Ausführungsform limitiert, sondern, wo anwendbar, sind diese untereinander austauschbar und können bei einer ausgewählten Ausführungsform verwendet werden, sogar falls diese nicht speziell gezeigt oder beschrieben sind. Das gleiche kann auch in vielerlei Weise variiert werden. Solche Variationen sollen nicht als Abweichung von der Offenbarung betrachtet werden und es ist beabsichtigt, dass alle solchen Modifikationen in dem Umfang der Offenbarung enthalten sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 6574976 [0033]
US 6500265 [0060]

Claims

System, aufweisend: einen ersten Wärmetauscher (46, 146, 246, 346, 446); einen zweiten Wärmetauscher (70, 170, 242, 342, 470), der in einer Wärmetransferrelation mit dem ersten Wärmetauscher (46, 146, 246, 346, 446) steht; eine Pumpvorrichtung (38, 138, 238, 338, 438), die in Fluidverbindung mit dem ersten Wärmetauscher (46, 146, 246, 346, 446) steht; und ein Ventil (40, 140, 240, 340, 440), das ein Fluid von der Pumpvorrichtung (38, 138, 238, 338, 438) aufnimmt und zwischen einer ersten Position, die es dem Fluid ermöglicht durch einen ersten Strömungsweg zu fließen, und einer zweiten Position, die es dem Fluid ermöglicht, durch einen zweiten Strömungsweg zu fließen, beweglich ist, wobei der erste Wärmetauscher (46, 146, 246, 346, 446) in einer Wärmetransferrelation mit einer Energiespeichervorrichtung (14) steht, so dass Wärme von der Energiespeichervorrichtung (14) extrahiert wird, wenn sich das Ventil (40, 140, 240, 340, 440) in der ersten Position befindet und Wärme von dem ersten Wärmetauscher (46, 146, 246, 346, 446) zu der Energiespeichervorrichtung 14 transferiert wird, wenn sich das Ventil (40, 140, 240, 340, 440) in der zweiten Position befindet.
System gemäß Anspruch 1, wobei die Pumpvorrichtung (38, 138, 238, 338, 438) einen Kompressor (38, 138, 238, 338, 438) enthält, der das Fluid bei einem ersten Druck aufnimmt und das Fluid auf einem zweiten Druck komprimiert, der höher ist, als der erste Druck.
System gemäß Anspruch 2, ferner aufweisend einen Fluidkreislauf, der fluidmäßig von dem ersten Wärmetauscher (46, 146, 246, 346, 446), dem Kompressor (38, 138, 238, 338, 438) und dem Ventil (40, 140, 240, 340, 440) isoliert ist, wobei der Flüssigkeitskreislauf in einer Wärmetransferrelation mit dem ersten Wärmetauscher (46, 146, 246, 346, 446) und der Energiespeichervorrichtung (14) steht.
System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner aufweisend ein Fahrzeug-Luftklimatisierungssystem (12) mit einem Flüssigkeitskreislauf, der fluidmäßig (flüssig) von der Pumpvorrichtung (38, 138, 238, 338, 438), dem ersten Wärmetauscher (46, 146, 246, 346, 446) und dem Ventil (40, 140, 240, 340, 440) isoliert ist.
System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner aufweisend ein Fahrzeug-Luftklimatisierungssystem (12) mit einem dritten Wärmetauscher (24), der zu dem zweiten Wärmetauscher (70, 170, 242, 342, 470) benachbart angeordnet ist, wobei ein Lüfter (30) zu einem der ersten und zweiten Wärmetauscher (46, 146, 246, 346, 446, 24) benachbart angeordnet ist und Luft durch die ersten und zweiten Wärmetauscher (46, 146, 246, 346, 446, 24) treibt.
System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, ferner aufweisend einen vierten Wärmetauscher (42, 142, 242, 342, 442), der in Fluidverbindung mit dem ersten Wärmetauscher (46, 146, 246, 346, 446) und der Pumpvorrichtung (38, 138, 238, 338, 438) steht, wenn sich das Ventil (40, 140, 240, 340, 440) in der ersten Position befindet, und fluidmäßig von dem ersten Wärmetauscher (46, 146, 246, 346, 446) und der Pumpvorrichtung (38, 138, 238, 338, 438) isoliert ist, wenn sich das Ventil (40, 140, 240, 340, 440) in der zweiten Position befindet.
System gemäß Anspruch 6, wobei der erste Wärmetauscher (46, 446) einen flüssigkeitsgekühlten Kondensor enthält.
System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, ferner aufweisend einen Ejektor (444), der in Fluidverbindung mit der Pumpvorrichtung (38, 138, 238, 338, 438) steht.
System zum Steuern einer Temperatur einer Batterie (14), das System aufweisend: einen ersten Fluidkreislauf (34, 134, 234, 334, 434) mit einem ersten Wärmetauscher (46, 146, 246, 346, 446) und einem ersten Kompressor (38, 138, 238, 338, 438), der ein erstes Fluid dort hindurch zirkuliert; und einen zweiten Wärmetauscher (70, 170, 242, 342), wobei der erste Wärmetauscher (46, 146, 246, 346, 446), wobei der erste Wärmetauscher (46, 146, 246, 346, 446) in einer Wärmetransferrelation mit dem zweiten Wärmetauscher (70, 170, 242, 342) und der Batterie (14) steht, das erste Fluid in dem ersten Fluidkreislauf (34, 134, 334, 434) fluidmäßig von einem Fahrzeugklimatisierungssystem (12) isoliert ist, wobei das erste Fluid in den Kompressor (38, 138, 238, 338, 438) bei einem ersten Druck eintritt und von dem Kompressor (38, 138, 238, 338, 438) bei einem zweiten Druck abgegeben wird, der wesentlich höher ist, als der erste Druck.
System gemäß Anspruch 9, wobei der erste Fluidkreislauf (34, 134, 234, 334, 434) ein Ventil (40, 140, 240, 340, 440) und einen dritten Wärmetauscher (42, 142, 242, 342, 442) enthält, wobei das Ventil (40, 140, 240, 340, 440) zwischen der ersten Position, die es dem Fluid ermöglicht, durch die ersten und dritten Wärmetauscher (46, 146, 246, 346, 446, 42, 142, 242, 342, 442) zu fließen, und einer zweiten Position, die es dem Fluid ermöglicht, durch den ersten Wärmetauscher (46, 146, 246, 346, 446) zu fließen und beschränkt, dass das Fluid durch den dritten Wärmetauscher (42, 142, 242, 342, 442) fließt, beweglich ist.
System gemäß Anspruch 10, wobei der erste Wärmetauscher (46, 446) einen flüssigkeitsgekühlten Kondensor enthält.
System gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11, ferner aufweisend einen zweiten Fluidkreislauf (36, 136, 436) der fluidmäßig von dem ersten Fluidkreislauf (34, 134, 434) isoliert ist, wobei der zweite Fluidkreislauf (36, 136, 436) in einer Wärmetransferrelation mit der Batterie (14) und dem ersten Wärmetauscher (46, 146, 446) steht.
System gemäß Anspruch 12, wobei der zweite Fluidkreislauf (36, 136, 436) ein zweites Fluid enthält, das dort hindurch fließt, wobei das zweite Fluid fluidmäßig von dem Fahrzeugklimatisierungssteuersystem (12) isoliert ist.
Fahrzeug mit dem System von einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei das Fahrzeugklimatisierungssteuersystem (12) und die Batterie (14) daran befestigt sind und die Batterie (14) derart funktionsfähig ist, dass diese elektrische Energie vorsieht, um Leistung für das Fahrzeug zur Fortbewegung bereitzustellen.
System für ein Fahrzeug, wobei das Fahrzeug eine Kabine (20) und eine Batterie aufweist, das System aufweisend: einen ersten Strömungsweg (12, 313) mit einem ersten Wärmetauscher (28, 328), der einem Kühlungseffekt für Luft innerhalb der Kabine (20) vorsieht; und einen zweiten Strömungsweg (34, 134, 234, 334, 434) mit einem zweiten Wärmetauscher (46, 146, 246, 346, 446) und einem Ventil (40, 140, 240, 340, 440), wobei sich der zweite Wärmetauscher (46, 146, 246, 346, 446) in einer Wärmetransferrelation mit der Batterie (14) steht, das Ventil (40, 140, 240, 340, 440) zwischen einer ersten Position, die es einem Fluid bei einer ersten Temperatur ermöglicht, durch den zweiten Wärmetauscher (46, 146, 246, 346, 446) zu fließen, um Wärme von der Batterie (14) zu extrahieren, und einer zweiten Position, die es dem Fluid bei einer zweiten Temperatur ermöglicht, durch den zweiten Wärmetauscher (46, 146, 246, 346, 446) zu fließen, um Wärme von dem Fluid auf die Batterie 14 zu transferieren, beweglich ist.
System gemäß Anspruch 15, wobei der zweite Strömungsweg (34, 134, 234, 334, 434) einen Kompressor (38, 138, 238, 338, 438) enthält, der dem zweiten Wärmetauscher (46, 146, 246, 346, 446) strömungstechnisch vorgelagert angeordnet ist.
System gemäß Anspruch 15 oder 16, wobei der zweite Strömungsweg (34, 134, 234, 334, 434) einen dritten Wärmetauscher (42, 142, 242, 342, 442) enthält, der in Fluidverbindung mit dem zweiten Wärmetauscher (46, 146, 246, 346, 446) steht, wenn sich das Ventil (40, 140, 240, 340, 440) in der ersten Position befindet und dessen Fluidverbindung mit dem zweiten Wärmetauscher (46, 146, 246, 346, 446) beschränkt ist, wenn sich das Ventil (40, 140, 240, 340, 440) in der zweiten Position befindet.
System gemäß einem der Ansprüche 15 bis 17, wobei der erste Strömungsweg (12) einen ersten Kompressor (22) enthält und der zweite Strömungsweg (34, 134, 234, 434) einen zweiten Kompressor (38, 138, 438) enthält, wobei die ersten und zweiten Strömungswege (12, 34, 134, 234, 434) fluidmäßig voneinander isoliert sind.
System gemäß einem der Ansprüche 15 bis 17, ferner aufweisend einen Kompressor (62, 162, 462, 38, 138, 438), der ein Fluid durch die ersten und zweiten Strömungswege (12, 313, 34, 134, 234, 334, 434) zirkuliert.
System gemäß einem der Ansprüche 15 bis 19, ferner aufweisend einen dritten Strömungsweg (16, 78, 80, 168, 464), der fluidmäßig von den ersten und zweiten Strömungswegen (12, 313, 34, 134, 234, 334, 434) isoliert ist, wobei sich der dritte Strömungsweg (16, 78, 80, 168, 464) in einer Wärmetransferrelation mit der Batterie (14) und dem zweiten Wärmetauscher (46, 146, 246, 346, 446) befindet.