DE-102020112775-B4 - WÄRMEPUMPENSYSTEM FÜR EIN FAHRZEUG

Abstract

Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug, das System aufweisend: eine erste Kühlvorrichtung (10), die einen ersten Radiator (12) und eine erste Pumpe (14) aufweist, die über eine erste Kühlflüssigkeitleitung (11) miteinander verbunden sind, und dazu ausgebildet ist, eine Kühlflüssigkeit durch die erste Kühlflüssigkeitleitung (11) zu zirkulieren, um mindestens eine elektrische Komponente (15) und mindestens einen Motor (16) zu kühlen, der an der ersten Kühlflüssigkeitleitung (11) angeordnet ist; eine zweite Kühlvorrichtung (20), die einen zweiten Radiator (22) und eine zweite Pumpe (26) aufweist, die über eine zweite Kühlflüssigkeitleitung (21) miteinander verbunden sind, und dazu ausgebildet ist, die Kühlflüssigkeit durch die zweite Kühlflüssigkeitleitung (21) zu zirkulieren; ein Batteriemodul (30), das an einer Batteriekühlflüssigkeitleitung (31) angeordnet ist, die über ein erstes Ventil (V1) selektiv mit der zweiten Kühlflüssigkeitleitung (21) fluidtechnisch verbindbar ist; und einen Kühlapparat (60), der in der Batteriekühlflüssigkeitleitung (31) angeordnet ist, um der Kühlflüssigkeit zu ermöglichen, durch einen Innenraum des Kühlapparats (60) zu strömen, der mit einer Kühlmittelleitung (51) einer Klimaanlage (50) über eine Kühlmittelverbindungsleitung (62) verbunden ist, und dazu ausgebildet ist, eine Kühlflüssigkeittemperatur anzupassen mittels Wärmeaustauschs einer selektiv empfangenen Kühlflüssigkeit mit einem Kühlmittel, das von der Klimaanlage (50) zugeführt wird, wobei ein Wärmetauscher, der in der Klimaanlage (50) angeordnet ist, mit der ersten und der zweiten Kühlflüssigkeitleitung (11, 21) verbunden ist, um die Kühlflüssigkeit zu empfangen, die die erste und die zweite Kühlvorrichtung (10, 20) zirkulieren, und wobei der Wärmetauscher mit einer ersten und einer zweiten Verbindungsleitung (71, 72) verbunden ist, die mit der Kühlmittelleitung (51) über einen Kühlmittelventil (70) verbunden sind, um das Kühlmittel über einen Wärmeaustausch mit der Kühlflüssigkeit, die durch die erste und die zweite Kühlflüssigkeitleitung (11, 21) zugeführt wird, zu kondensieren oder zu verdampfen, sodass eine Strömungsrichtung des Kühlmittels verändert wird abhängig von zumindest einem einer Mehrzahl von Moden des Fahrzeugs.

Inventors

• Seong-Bin Jeong
• Tae Hee Kim
• Wan Je Cho

Assignees

• HYUNDAI MOTOR COMPANY
• KIA MOTORS CORPORATION

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20200512

Priority Date

20200217

Claims (19)

1. Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug, das System aufweisend: eine erste Kühlvorrichtung (10), die einen ersten Radiator (12) und eine erste Pumpe (14) aufweist, die über eine erste Kühlflüssigkeitleitung (11) miteinander verbunden sind, und dazu ausgebildet ist, eine Kühlflüssigkeit durch die erste Kühlflüssigkeitleitung (11) zu zirkulieren, um mindestens eine elektrische Komponente (15) und mindestens einen Motor (16) zu kühlen, der an der ersten Kühlflüssigkeitleitung (11) angeordnet ist; eine zweite Kühlvorrichtung (20), die einen zweiten Radiator (22) und eine zweite Pumpe (26) aufweist, die über eine zweite Kühlflüssigkeitleitung (21) miteinander verbunden sind, und dazu ausgebildet ist, die Kühlflüssigkeit durch die zweite Kühlflüssigkeitleitung (21) zu zirkulieren; ein Batteriemodul (30), das an einer Batteriekühlflüssigkeitleitung (31) angeordnet ist, die über ein erstes Ventil (V1) selektiv mit der zweiten Kühlflüssigkeitleitung (21) fluidtechnisch verbindbar ist; und einen Kühlapparat (60), der in der Batteriekühlflüssigkeitleitung (31) angeordnet ist, um der Kühlflüssigkeit zu ermöglichen, durch einen Innenraum des Kühlapparats (60) zu strömen, der mit einer Kühlmittelleitung (51) einer Klimaanlage (50) über eine Kühlmittelverbindungsleitung (62) verbunden ist, und dazu ausgebildet ist, eine Kühlflüssigkeittemperatur anzupassen mittels Wärmeaustauschs einer selektiv empfangenen Kühlflüssigkeit mit einem Kühlmittel, das von der Klimaanlage (50) zugeführt wird, wobei ein Wärmetauscher, der in der Klimaanlage (50) angeordnet ist, mit der ersten und der zweiten Kühlflüssigkeitleitung (11, 21) verbunden ist, um die Kühlflüssigkeit zu empfangen, die die erste und die zweite Kühlvorrichtung (10, 20) zirkulieren, und wobei der Wärmetauscher mit einer ersten und einer zweiten Verbindungsleitung (71, 72) verbunden ist, die mit der Kühlmittelleitung (51) über einen Kühlmittelventil (70) verbunden sind, um das Kühlmittel über einen Wärmeaustausch mit der Kühlflüssigkeit, die durch die erste und die zweite Kühlflüssigkeitleitung (11, 21) zugeführt wird, zu kondensieren oder zu verdampfen, sodass eine Strömungsrichtung des Kühlmittels verändert wird abhängig von zumindest einem einer Mehrzahl von Moden des Fahrzeugs.
2. Wärmepumpensystem nach Anspruch 1 , wobei die Klimaanlage (50) aufweist: ein Heiz-, Belüftungs- und Klimaanlagen(HVAC)-Modul (52), das eine Tür (52c) aufweist, wobei das HVAC-Modul (52) mit der Kühlmittelleitung (51) verbunden ist und dazu ausgebildet ist, eine Umgebungsluft anzupassen, die durch einen Verdampfer (57) geströmt ist, um selektiv in einen internen Kondensator (52a) zu strömen, der an der Kühlmittelleitung (51) angeordnet ist, abhängig von einem Kühl-, einem Heiz- und Entfeuchtermodus der Mehrzahl von Moden des Fahrzeugs; einen Kompressor (59), der mit der Kühlmittelleitung (51) zwischen dem Verdampfer (57) und dem internen Kondensator (52a) verbunden ist; ein erstes Expansionsventil (56), das an der Kühlmittelleitung (51) angeordnet ist, die den Wärmetauscher und den Verdampfer (57) verbindet; ein zweites Expansionsventil (64), das in der Kühlmittelverbindungsleitung (62) angeordnet ist; eine erste Umgehungsleitung (73), die den Wärmetauscher und den Kompressor (59) über das Kühlmittelventil (70) verbindet, sodass das Kühlmittel, das durch den Wärmetauscher geströmt ist, selektiv in den Kompressor (59) strömt; ein drittes Expansionsventil (74), das in der Kühlmittelleitung (51) angeordnet ist, zwischen dem internen Kondensator (52a) und dem Kühlmittelventil (70); und eine zweite Umgehungsleitung (75), die aufweist einen ersten Endabschnitt, der mit dem Kühlmittelventil (70) verbunden ist, und einen zweiten Endabschnitt, der mit der Kühlmittelleitung (51) verbunden ist, zwischen dem ersten Expansionsventil (56) und dem Verdampfer (57), sodass das Kühlmittel, das durch den Wärmetauscher geströmt ist, selektiv in den Verdampfer (57) strömt.
3. Wärmepumpensystem nach Anspruch 2 , wobei ein erster Endabschnitt der ersten Verbindungsleitung (71) mit dem Kühlmittelventil (70) verbunden ist und ein zweiter Endabschnitt der ersten Verbindungsleitung (71) mit dem Wärmetauscher verbunden ist, an einer Seite des Kühlmittelventils (70).
4. Wärmepumpensystem nach einem der Ansprüche 2 oder 3 , wobei ein erster Endabschnitt der zweiten Verbindungsleitung (72) mit dem Kühlmittelventil (70) verbunden ist und ein zweiter Endabschnitt der zweiten Verbindungsleitung (72) mit der Kühlmittelleitung (51) verbunden ist, die den Verdampfer (57) und den Wärmetauscher verbindet, an entgegengesetzten Seiten des Kühlmittelventils (70).
5. Wärmepumpensystem nach einem der Ansprüche 2 bis 4 , wobei ein Unterkondensator (55) in der Kühlmittelleitung (51) zwischen dem Wärmetauscher und dem Verdampfer (57) angeordnet ist.
6. Wärmepumpensystem nach Anspruch 5 , wobei, wenn der Wärmetauscher das Kühlmittel kondensiert, der Unterkondensator (55) das Kühlmittel, das in dem Wärmetauscher kondensiert ist, über einen Wärmetausch mit der Umgebungsluft zusätzlich kondensiert.
7. Wärmepumpensystem nach einem der Ansprüche 2 bis 6 , wobei das zweite Expansionsventil (64) betrieben wird, wenn das Batteriemodul (30) unter Verwendung der Kühlflüssigkeit gekühlt werden soll, die Wärme mit den Kühlmittel ausgetauscht hat, so dass das zweite Expansionsventil (64) dazu ausgebildet ist, das Kühlmittel zu expandieren, das durch die Kühlmittelverbindungsleitung (62) strömt, und das expandierte Kühlmittel dem Kühlapparat (60) zuführt.
8. Wärmepumpensystem nach einem der Ansprüche 2 bis 7 , wobei, in dem Heizmodus und dem Heiz- und Entfeuchtermodus des Fahrzeugs, das dritte Expansionsventil (74) das Kühlmittel selektiv expandiert, das von dem internen Kondensator (52a) zugeführt wird.
9. Wärmepumpensystem nach einem der Ansprüche 2 bis 8 , wobei das erste Ventil (V1) dazu ausgebildet ist, die zweite Kühlflüssigkeitleitung (21) und die Batteriekühlflüssigkeitleitung (31) zwischen dem zweiten Radiator (22) und dem Kühlapparat (60) selektiv zu verbinden; wobei die erste Kühlvorrichtung (10) ferner aufweist eine erste Abzweigleitung (18), die zwischen dem ersten Radiator (12) und der ersten Pumpe (14) über ein zweites Ventil (V2) mit der ersten Kühlflüssigkeitleitung (11) verbunden ist, das in der ersten Kühlflüssigkeitleitung (11) zwischen dem ersten Radiator (12) und der ersten Pumpe (14) angeordnet ist; wobei die Batteriekühlflüssigkeitleitung (31) eine zweite Abzweigleitung (80) aufweist, die mit den Kühlapparat (60) und dem Batteriemodul (30) über das erste Ventil (V1) verbunden ist; und wobei die zweite Kühlflüssigkeitleitung (21) eine dritte Abzweigleitung (90) aufweist, die die Batteriekühlflüssigkeitleitung (31) und die zweite Kühlflüssigkeitleitung (21) separiert.
10. Wärmepumpensystem nach einem der Ansprüche 2 bis 9 , wobei in dem Kühlmodus des Fahrzeugs in der Klimaanlage (50): das Kühlmittel durch die Kühlmittelleitung (51) zirkuliert, während die erste Verbindungsleitung (71) durch den Betrieb des Kühlmittelventils (70) geöffnet ist und die zweite Verbindungsleitung (72) und die erste und die zweite Umgehungsleitung (75) geschlossen sind; und das dritte Expansionsventil (74) ist dazu ausgebildet, das Kühlmittel, das in das Kühlmittelventil (70) durch die Kühlmittelleitung (51) strömt, ohne Expansion durchzulassen.
11. Wärmepumpensystem nach Anspruch 10 , wobei in der ersten und zweiten Kühlvorrichtung (10, 20) die Kühlflüssigkeit, die in dem ersten und dem zweiten Radiator (12, 22) gekühlt wird, dem Wärmetauscher mittels Betriebs der ersten und der zweiten Pumpe (14, 26) zugeführt wird; und der Wärmetauscher das Kühlmittel über einen Wärmeaustausch mit der Kühlflüssigkeit kondensiert.
12. Wärmepumpensystem nach einem der Ansprüche 2 bis 11 , wobei in dem Heizmodus des Fahrzeugs in der Klimaanlage (50): die zweite Umgehungsleitung (75) geschlossen ist, während die zweite Verbindungsleitung (72) und die erste Umgehungsleitung (73) durch den Betrieb des Kühlmittelventils (70) offen sind; die Kühlmittelleitung (51), die den Wärmetauscher und den Verdampfer (57) verbindet, durch den Betrieb des ersten Expansionsventils (56) geschlossen ist; das Kühlmittel, das von dem internen Kondensator (52a) in das Kühlmittelventil (70) geströmt ist, dazu ausgebildet ist, durch den Wärmetauscher durch die zweite Verbindungsleitung (72) zu strömen, und strömt dann in den Kompressor (59) durch die erste Verbindungsleitung (71) und die erste Umgehungsleitung (73), die durch den Betrieb des Kühlmittelventils (70) miteinander verbunden sind; und das dritte Expansionsventil (74) dazu ausgebildet ist, das Kühlmittel zu expandieren, das von dem Kühlmittelventil (70) in den Wärmetauscher über die zweite Verbindungsleitung (72) strömt.
13. Wärmepumpensystem nach Anspruch 12 , wobei die erste und die zweite Kühlvorrichtung (10, 20) dazu ausgebildet sind, die Kühlflüssigkeit dem Wärmetauscher mittels Betriebs der ersten und zweiten Pumpe (14, 26) entsprechend zuzuführen; und wobei der Wärmetauscher das Kühlmittel über einen Wärmeaustausch mit der Kühlflüssigkeit verdampft.
14. Wärmepumpensystem nach einem der Ansprüche 2 bis 13 , wobei in dem Heiz- und Entfeuchtermodus des Fahrzeugs in der Klimaanlage (50): die zweite Verbindungsleitung (72), die erste Umgehungsleitung (73) und die zweite Umgehungsleitung (75) dazu ausgebildet sind, durch den Betrieb des Kühlmittelventils (70) offen zu sein; die Kühlmittelleitung (51), die den Wärmetauscher und den Verdampfer (57) verbindet, dazu ausgebildet ist, mittels Betriebs des ersten Expansionsventils (56) geschlossen zu sein; das Kühlmittel, das von dem internen Kondensator (52a) in den das Kühlmittelventil (70) geströmt ist, durch die zweite Verbindungsleitung (72) in den Wärmetauscher strömt; ein Teil des Kühlmittels, das durch den Wärmetauscher geströmt ist, durch die erste Verbindungsleitung (71) und die erste Umgehungsleitung (73) in den Kompressor (59) strömt, die durch den Betrieb des Kühlmittelventils (70) geöffnet sind; ein verbleibendes Kühlmittel, das durch den Wärmetauscher geströmt ist, durch die erste Verbindungsleitung (71) und die zweite Umgehungsleitung (75) in den ersten Verdampfer (57) strömt, die durch den Betrieb des Kühlmittelventils (70) geöffnet sind; und das dritte Expansionsventil (74) dazu ausgebildet ist, das Kühlmittel zu expandieren, das von dem Kühlmittelventil (70) durch die zweite Verbindungsleitung (72) in den Wärmetauscher strömt.
15. Wärmepumpensystem nach Anspruch 14 , wobei die erste und die zweite Kühlvorrichtung (10, 20) dazu ausgebildet sind, die Kühlflüssigkeit dem Wärmetauscher mittels Betriebs der ersten und der zweiten Pumpe (14, 26) entsprechend selektiv zuzuführen; und wobei der Wärmetauscher das Kühlmittel über einen Wärmetausch mit der Kühlflüssigkeit verdampft.
16. Wärmepumpensystem nach einem der Ansprüche 2 bis 15 , wobei das zweite und dritte Expansionsventil (64, 74) jeweils ein elektronisches Expansionsventil ist, das die Strömungsbewegung des Kühlmittels steuert und das Kühlmittel selektiv expandiert.
17. Wärmepumpensystem nach einem der Ansprüche 2 bis 16 , wobei das Kühlmittelventil (70) mit der ersten und der zweiten Verbindungsleitung (71, 72), der Kühlmittelleitung (51) und der ersten und zweiten Umgehungsleitung (73, 75) verbunden ist, und als ein 5-Wege-Ventil ausgebildet ist, das die Strömungsbewegung des Kühlmittels steuert.
18. Wärmepumpensystem nach einem der Ansprüche 2 bis 17 , wobei ein Empfängertrockner (54) an dem Wärmetauscher an einer entgegengesetzten Seite des Kühlmittelventils (70) angeordnet ist; und wobei der Empfängertrockner (54) gasförmiges Kühlmittel separiert, das enthalten ist in dem Kühlmittel, das durch den Wärmetauscher geströmt ist, oder in dem Kühlmittel, das durch die zweite Verbindungsleitung (72) in den Wärmetauscher strömt.
19. Wärmepumpensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 18 , wobei mindestens eine elektrische Komponente (15) zumindest einen Inverter oder ein On-Board-Ladegerät (OBC) aufweist; und wobei mindestens ein Motor (16) zwei Motoren aufweist, die zu Vorder- und Hinterrädern des Fahrzeugs korrespondieren.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG Gebiet der Erfindung Die vorliegende Erfindung betrifft ein Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug. Beschreibung der bezogenen Technik Ein Klimaanlagensystem für ein Fahrzeug weist eine Klimaanlage zum Zirkulieren eines Kühlmittels auf, um einen Innenraum des Fahrzeugs zu heizen oder zu kühlen. Die Klimaanlage, die eine frische Innenraumbedingung aufrechterhalten kann mittels Aufrechterhaltens einer Innenraumtemperatur eines Fahrzeugs auf einer geeigneten Temperatur unabhängig von einer externen Temperaturänderung, ist dazu ausgebildet, einen Innenraum des Fahrzeugs zu heizen oder zu kühlen mittels Wärmeaustauschs mittels eines Verdampfers während eines Prozesses, bei dem ein Kühlmittel, das mittels Betreibens eines Kompressors abgegeben wird, erneut zu dem Kompressor zirkuliert wird mittels Durchlaufens eines Kondensators, eines Empfängertrockners, eines Expansionsventils und des Verdampfers. D.h., bei der Klimaanlage, wird ein gasförmiges Hochtemperatur- und HochdruckKühlmittel, das von dem Kompressor komprimiert wird, durch den Kondensator kondensiert, wird dann mittels des Verdampfers durch den Empfängertrockner und das Expansionsventil verdampft, um die Innenraumtemperatur und Feuchtigkeit in einem Sommerkühlmodus zu verringern. In letzter Zeit, da Bedenken über Energieeffizienz und Umweltverschmutzung nach und nach zugenommen haben, wurde die Entwicklung eines umweltfreundlichen Fahrzeugs, das in der Lage ist, ein Fahrzeug, das einen Verbrennungsmotor hat, im Wesentlichen zu ersetzen, benötigt und die umweltfreundlichen Fahrzeuge sind typischerweise in Elektrofahrzeuge, die typischerweise betrieben werden unter Verwendung einer Brennstoffzelle oder Elektrizität als Energiequelle, und ein Hybridfahrzeug, das betrieben wird unter Verwendung eines Motors und einer elektrischen Batterie, klassifiziert. Bei dem Elektrofahrzeug und dem Hybridfahrzeug der umweltfreundlichen Fahrzeuge wird kein separater Heizer verwendet, ungleich einem allgemeinen Fahrzeug, das eine Klimaanlage verwendet, und eine Klimaanlage, die bei dem umweltfreundlichen Fahrzeug verwendet wird, wird typischerweise als ein Wärmepumpensystem bezeichnet. In einem Fall des Elektrofahrzeugs, das die Brennstoffzelle verwendet, wird eine chemische Reaktionsenergie von Sauerstoff und Wasserstoff in elektrische Energie umgewandelt, um eine Antriebskraft zu erzeugen, und während des vorliegenden Prozesses wird thermische Energie durch die chemische Reaktion in der Brennstoffzelle erzeugt und im Ergebnis wird ein effektives Entfernen der erzeugten Hitze benötigt, um die Leistungsfähigkeit der Brennstoffzelle sicherzustellen. Auch bei dem Hybridfahrzeug wird die Antriebskraft erzeugt mittels Betreibens des Motors durch die Verwendung von Elektrizität, die von der Brennstoffzelle oder der elektrischen Batterie zugeführt wird, zusammen mit dem Motor, der mit einem allgemeinen Kraftstoff angetrieben wird, und im Ergebnis kann die Leistungsfähigkeit des Motors nur sichergestellt werden durch effektives Abführen der Hitze, die von der Brennstoffzelle oder der Batterie und dem Motor erzeugt wird. Dementsprechend können bei einem Hybridfahrzeug oder Elektrofahrzeug der bezogenen Technik ein Batteriekühlsystem, ein Kühlabschnitt und ein Wärmepumpensystem so ausgebildet sein, dass sie entsprechende separate Kreise haben, um eine Wärmeerzeugung eines Motors, einer elektrischen Ausrüstung und einer Batterie, einschließlich einer Brennstoffzelle, zu verhindern. Daher sind die Größe und das Gewicht eines Kühlmoduls, das in dem Vorderraum des Fahrzeugs angeordnet ist, erhöht und ein Layout von Verbindungsleitungen zum Zuführen eines Kühlmittels oder einer Kühlflüssigkeit zu dem Wärmesystem, der Kühlvorrichtung und dem Batteriekühlsystem in einem Motorraum wird kompliziert. Ferner, da ein Batteriekühlsystem zum Heizen und Kühlen der Batterie abhängig von einem Fahrzeugzustand separat bereitgestellt ist, um der Batterie zu ermöglichen, eine optimale Leistung auszugeben, werden eine Vielzahl von Ventilen für Verbindungsleitungen verwendet, und dadurch kann der Fahrkomfort verschlechtert sein, da Lärm und Vibrationen aufgrund des regelmäßigen Öffnungs- und Schließbetriebs in einen Innenraum des Fahrzeugs übertragen werden können. Ferner können herkömmlicher Weise ein Verdampfer und ein Kondensator zum Kondensieren und Verdampfen des Kühlmittels separat ausgebildet sein und es gibt auch einen Nachteil, durch den die gesamten Bestandteile und das Gewicht erhöht sind. Die obigen Informationen dienen nur zum Verbessern des Verständnisses des allgemeinen Hintergrunds der Erfindung und können nicht als Zugeständnis oder jegliche Form von Vorschlag angenommen werden, dass diese Informationen den Stand der Technik bilden, der einem Fachmann auf diesem Gebiet bekannt ist. Ferner offenbart die US 2019 / 0 176 572 A1 ein Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug, welches aufweist: eine erste Kühlvorrichtung mit einem ersten Kühler, einem elektrischen Bauteil mit