CN113263885B - 调节用于机动车的热泵的方法以及机动车的热泵和机动车 - Google Patents

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Abstract

为了提供一种用于调节机动车、尤其混合动力电动车或电动车辆的热泵的方法，该方法能够使热泵有效率地运行并且此外不需要热泵方面的过多的技术复杂性，在此建议一种调节用于机动车的热泵的方法，所述热泵包括设计为换热器的蒸发器、压缩机、冷凝器和节流阀，所述方法包括以下步骤：测得热泵的压力参数的值，将压力参数的测得的值与下限值和/或上限值进行比较，并且如果压力参数的测得的值小于或等于下限值和/或压力参数的测得的值大于或等于上限值：则实施针对蒸发器的除冰过程，或者如果压力参数的测得的值大于下限值和/或压力参数的测得的值小于上限值：则从第一方法步骤开始重复所述方法。本发明还涉及一种热泵和一种机动车。

Description

调节用于机动车的热泵的方法以及机动车的热泵和机动车
技术领域
本发明涉及一种调节用于机动车的热泵的方法，所述机动车尤其是混合动力电动车或电动车辆，其中，所述热泵包括设计为换热器的蒸发器、压缩机、冷凝器和节流阀。本发明还涉及一种用于机动车、尤其混合动力电动车或电动车辆的热泵，以及一种机动车、尤其混合动力电动车或电动车辆。
背景技术
热泵主要用于加热机动车中的乘客舱。机动车尤其可以是混合动力电动车或电动车辆。加热车辆内部所需的热量借助于设计为蒸发器的换热器从外部空气获得。为此需要将换热器冷却至低于环境温度。在此过程中，如果环境空气或外部空气低于其结露点，则在换热器的表面上形成霜，霜阻碍空气流过换热器。热泵的效率降低。
专利文献DE 37 06 152 A1公开了用于控制机动车空调系统的方法。机动车空调系统包括制冷循环，该制冷循环具有制冷剂压缩机、冷凝器、蒸发器和布置在蒸发器上游的节流装置。压缩机功率、冷凝器功率和蒸发器输出直接或间接地由传感器件检测，并且根据这些功率值中的至少两个和用于冷却功率要求、蒸发器结冰、压缩最终温度和液体冲击的参数产生用于影响压缩机功率、冷凝器功率和/或蒸发器功率的输出信号。可以借助于压力传感器测量吸入压力作为蒸发器结冰的量。
专利文献DE 101 55 457 A1公开了一种具有行程可变的压缩机的空调系统，其中，该压缩机的行程通过制冷剂从排出压力室向驱动室的入流和/或通过制冷剂从驱动室向吸入压力室的排流来调节，其中，两个可彼此独立地操纵的阀与调节装置连接，其中，一个阀布置在驱动室入流中并且一个阀布置在驱动室排流中。在空调系统中可以使用排出压力或吸入压力作为调节量，这取决于该系统是作为热泵运行还是作为制冷系统运行。此外，当系统不应提供制冷功率时，通过同时打开两个阀可以使流过车辆侧部件的制冷剂流最小化，以便避免蒸发器结冰。
为了抵抗换热器的结冰，在现有技术中已知时间控制的融霜周期，其中，换热器被周期性地加热。换热器上的冰由于加热而融化，并且环境空气可以重新流过换热器。时间控制的融霜周期效率非常低并且显著影响热泵的性能。
在申请人尚未公开的德国专利申请“用于运行车辆的空调系统的方法”中描述了一种用于运行车辆的空调系统的方法，其中规定，确定一组用于空调系统的运行策略的总能量效率，并且选择具有最大总效率并且满足测得的加热功率需求的运行策略。
发明内容：技术问题、解决方案、优点
因此，本发明所要解决的技术问题是，提供一种调节用于机动车、尤其混合动力电动车或电动车辆的热泵的方法，该方法使得热泵能够有效率地运行并且此外不需要热泵方面的过多的技术复杂性。本发明还要解决的技术问题是提供一种用于机动车、尤其混合动力电动车或电动车辆的热泵，以及一种机动车、尤其混合动力电动车或电动车辆，通过该热泵或该机动车实现上述优点。
所述技术问题按照本发明通过一种调节用于机动车的热泵的方法解决，所述机动车尤其是混合动力电动车或电动车辆，其中，所述热泵包括设计为换热器的蒸发器、压缩机、冷凝器和节流阀，所述方法包括以下步骤：
-测得所述热泵的压力参数的值，
-将压力参数的测得的值与下限值和/或上限值进行比较，
并且，
如果压力参数的测得的值小于或等于下限值和/或压力参数的测得的值大于或等于上限值：
-则实施针对所述蒸发器的除冰过程，
或者，
如果压力参数的测得的值大于下限值和/或压力参数的测得的值小于上限值：
-则从第一方法步骤开始重复所述方法。
所述蒸发器是换热器。在下文中，这些术语可以同义地使用。
按照本发明根据热泵的压力参数的测得的值是否小于或等于下限值和/或是否大于或等于上限值来实施除冰过程，由此提供用于调节热泵的方法、尤其热泵的除冰控制，据此，根据情况仅当热泵的蒸发器的结冰实际存在时才实施除冰。由于尤其不实施时间控制的融霜周期，因此改善了热泵的效率。由于在现有技术中还已知出于保护热泵、尤其压缩机的原因而检测压力参数，因此用于实施所述方法的热泵不需要额外的传感装置。即使对于已知的热泵设计，也可以优选通过调整现有的调节装置不费事地使用该方法。
所述的用于调节用于机动车的热泵的方法也可以称为除冰控制。
优选可以规定，所述压力参数是吸入压力，并且将吸入压力与下限值进行比较，其中，下限值是吸入压力极值，和/或所述压力参数是吸入压力变化率，并且将吸入压力变化率与上限值进行比较，其中，上限值是吸入压力变化率极值。
如果压力参数是吸入压力变化率，则优选使用吸入压力变化率的数值作为压力参数的值。特别优选地，压力参数是吸入压力变化率的数值，并且将吸入压力变化率的数值与上限值进行比较，其中，该上限值是吸入压力变化率极值。
因此，一方面可以将吸入压力用作压力参数，并且实施除冰过程的前提条件是吸入压力的测得的值达到或低于尤其预定的吸入压力极值。
备选地或同时地，也可以将吸入压力变化率、尤其吸入压力变化率的数值用作压力参数，并且实施除冰过程的前提条件是吸入压力变化率、尤其吸入压力变化率的测得的数值达到或超出吸入尤其预定的压力变化率极值。
为了确定吸入压力，可以在热泵中、尤其在冷却剂循环系统中在压缩机的吸入侧设置用于检测吸入压力的传感器、尤其吸入压力传感器。
吸入压力传感器优选周期性地检测冷却剂循环系统中的吸入压力并且可以将吸入压力的测得的值或相应的电信号传输至调节装置。
优选可以规定，调节装置将吸入压力的测得的值与预定的吸入压力极值进行比较，和/或调节装置将吸入压力变化率的测得的值与预定的吸入压力变化率极值进行比较。
如果压力参数是吸入压力变化率，则调节装置还可以设计为由吸入压力的至少两个在时间上间隔地确定的值来确定吸入压力变化率。吸入压力变化率也可以称为吸入压力的梯度、在时间上的梯度或时间导数。
所述方法的使用吸入压力或吸入压力变化率作为压力参数的设计基于以下认识：在热泵的运行条件、例如环境温度、空气湿度、压缩机的风扇的转速和/或流过设计为换热器的压缩机的空气量已知的情况下，吸入压力的改变提供了针对热泵效率的推断。
因此，凝结在设计为换热器的蒸发器上的霜在结冰情况下的隔热效果和因此由于阻塞也减少的通过设计为换热器的蒸发器的空气流动导致需要热泵的制冷剂的更低的温度和因此更低的吸入压力来实现需要的加热功率。
如果优选功率调节的热泵的吸入压力低于预定的吸入压力极值，则这可以评价为结冰或霜凝结在蒸发器上的标志。由于吸入压力在开始结冰时首先仅缓慢地改变，并且在结冰过程中下降得越来越快，因此吸入压力变化率是检测蒸发器结冰的良好指标器。
如果热泵包括例如R-744作为制冷剂，则可以规定，如果吸入压力低于例如15bar，则实施针对热泵的设计为换热器的蒸发器的除冰过程。
优选可以规定，所述除冰过程包括对设计为换热器的蒸发器进行加热。
为了加热蒸发器，可以反向运行热泵，从而经由蒸发器释放热量。此外可以规定，设计为换热器的蒸发器包括电加热装置，该电加热装置被激活用于实施除冰过程。还可以将发动机废热导引经过蒸发器，以便对蒸发器进行除冰。
优选可以规定，所述吸入压力极值和/或吸入压力变化率极值根据环境参数和/或所述热泵的运行参数来确定。
由于在运行时并且在换热器未结冰的情况下吸入压力与环境参数和/或运行参数相关，因此不变地确定的吸入压力极值或不变地确定的吸入压力变化率极值可能导致在时间上过早或过晚的融霜。
因此特别有利的是，根据环境参数和/或热泵的运行参数确定吸入压力极值或吸入压力变化率极值。对吸入压力极值和/或吸入压力变化率极值的确定在此优选以规律的时间间隔进行，使得吸入压力极值和/或吸入压力变化率极值尽可能最佳地与当前存在的环境参数或运行参数相关。
特别优选地，对吸入压力极值或吸入压力变化率极值的确定作为所述方法的第一步骤进行，特别优选地在即将检测热泵的压力参数的值之前进行。
优选可以规定，所述环境参数和/或运行参数包括参数组中的至少一个参数，该参数组包括环境温度、流过设计为换热器的蒸发器的空气量和从蒸发器和/或冷凝器获得的热量、空气湿度和压缩机转速。
此外，环境参数和/或运行参数还可以包括其它不同的参数。
从蒸发器获得的热量优选相当于由蒸发器从环境吸收的热量。
在环境温度非常低、流过设计为换热器的蒸发器的空气量较小和/或从蒸发器获得的热量较大的情况下，如果采用固定的吸入压力极值或固定的吸入压力变化率极值，则可能导致除冰过程在时间上过早地实施。相应地，在环境温度较高、流过设计为换热器的蒸发器的空气量较大和/或从蒸发器获得的热量较小的情况下，如果采用固定的吸入压力极值或固定的吸入压力变化率极值，则可能导致除冰过程在时间上过晚地实施。
因此特别有利的是，根据环境温度、流过设计为换热器的蒸发器的空气量和从蒸发器和/或冷凝器获得的热量来确定或得出吸入压力极值和/或吸入压力变化率极值。吸入压力极值和/或吸入压力变化率极值可以根据这些参数中的一个或多个以任意组合确定或得出。
因此可以优选规定，当环境温度升高时，提高所述吸入压力极值。
因此，吸入压力极值根据环境温度来调整，更确切地说，使得在低的环境温度下降低吸入压力极值，并且在高的环境温度下提高吸入压力极值。例如可以规定，在0℃的环境温度下吸入压力极值为25bar，并且在-10℃的环境温度下吸入压力极值为15bar。
优选可以规定，使用一些参数，即风扇的转速、散热器卷帘或散热器百叶窗的打开程度或者机动车的行驶速度中的至少一个参数来估计流过设计为换热器的蒸发器的空气量，和/或，测量设计为换热器的蒸发器的空气量。
优选可以规定，当流过设计为换热器的蒸发器的空气量变大时，提高所述吸入压力极值。因此，流过设计为换热器的蒸发器的大的空气量导致吸入压力极值增大，并且流过设计为换热器的蒸发器的小的空气量导致吸入压力极值减小。
例如可以规定，在流过设计为换热器的蒸发器的空气量为0.2kg/s的情况下，将吸入压力极值确定为15bar，而在流过设计为换热器的蒸发器中的空气量为0.8kg/s的情况下，将吸入压力极值确定为30bar。
此外可以优选规定，在考虑所述热泵的运行参数的情况下估计从所述蒸发器和/或冷凝器获得的热量，和/或，测量从所述蒸发器和/或冷凝器获得的热量。
基于热泵的运行参数来估计从蒸发器和/或冷凝器获得的热量的方法和过程对本领域技术人员而言是已知的。优选进行估计，因为用于测量从蒸发器获得的热量需要的相应的测量技术是昂贵和复杂的。但原则上也可以直接测量从蒸发器获得的热量。
此外可以规定，当从所述蒸发器和/或冷凝器获得的热量变大时，提高所述吸入压力极值。
因此，在从蒸发器获得的热量较高的情况下，提高吸入压力极限，并且在从蒸发器获得的热量较小的情况下，降低吸入压力极限。
特别优选地，吸入压力极值可以由环境温度、流过设计为换热器的蒸发器的空气量以及从蒸发器和/或冷凝器获得的热量的参数组合来确定。
在另外的实施方式中还可以规定，还根据环境温度、流过设计为换热器的蒸发器的空气量或从蒸发器获得的热量来确定吸入压力变化率极值。
在此，对吸入压力变化率极值的调整可以与对吸入压力极值的调整相匹配地进行，也就是说，当环境温度升高时和/或当流过换热器的空气量增大时和/或当从换热器获得的热量增大时，同样提高吸入压力变化率极值。
吸入压力变化率极值也可以朝相反的方向调节，从而例如当环境温度降低时和/或当流过设计为换热器的蒸发器的空气量减小时和/或当从设计为换热器的蒸发器获得的热量减小时，提高吸入压力变化率极值。
但优选地，吸入压力变化率极值至少不视流过设计为换热器的蒸发器的空气量而定，因为吸入压力变化率优选是流过设计为换热器的蒸发器的空气量的指示器。
所述技术问题按照本发明还通过一种用于机动车的热泵解决，所述机动车尤其是混合动力电动车或电动车辆，所述热泵包括设计为换热器的蒸发器、压缩机、冷凝器和节流阀，所述热泵还包括用于测量吸入压力的传感器和调节装置，其中，所述调节装置设计用于从所述传感器接收信号，其特征在于，所述调节装置设计用于实施前述的方法。
实施用于设计为换热器的蒸发器的除冰过程的方法步骤可以通过调节装置向除冰装置发送控制或调节信号来实现。
用于确定吸入压力的传感器优选布置在冷却剂循环系统中的压缩机的吸入压力侧。
此外还可以设置另外的传感器。
所述技术问题按照本发明还通过一种机动车、尤其混合动力电动车或电动车辆解决，所述机动车包括前述的热泵。
本发明所要解决的技术问题的又一解决方案是提供一种包括前述热泵的空调系统和提供一种包括这种空调系统的机动车、尤其混合动力电动车或电动车辆。
附图说明
以下借助附图详细阐述本发明。在附图中：
图1示出具有热泵的机动车，
图2示出用于调节热泵的方法的流程图，
图3示出另外的用于调节热泵的方法的流程图，和
图4示出吸入压力和流过换热器的空气量随时间变化的曲线图。
具体实施方式
图1示出具有包括热泵13的空调系统11的机动车10。热泵13设计用于实施借助流程图在图2中示出的用于调节机动车10的热泵13的方法100。图1所示的机动车10可以设计为混合动力电动车或电动车辆12。热泵13包括蒸发器14、压缩机15、冷凝器16和节流阀17。蒸发器14设计为换热器18，用于吸收环境热量。在热泵13的冷却剂循环系统19中布置有用于测量吸入压力的传感器20。热泵13还包括调节装置21，该调节装置设计为从传感器20接收信号并且实施以下描述的方法100。
根据图2，在该方法的第一步骤S1中确定热泵13的压力参数的值。该压力参数可以是吸入压力或吸入压力变化率。在第二方法步骤S2中，将该压力参数的测得的值与下限值和/或上限值进行比较。在吸入压力作为压力参数的情况下，将该吸入压力与下限值进行比较，其中，该下限值是吸入压力极值。反之，如果压力参数是吸入压力变化率，则将吸入压力变化率、优选吸入压力变化率的数值与上限值进行比较，上限值是吸入压力变化率极值。
如果吸入压力的测得的值低于吸入压力极值和/或吸入压力变化率的测得的值、尤其测得的吸入压力变化率的数值超出吸入压力变化率极值，则在下一个方法步骤S3中，实施针对设计为换热器18的蒸发器14的除冰过程。在实施除冰过程之后，从第一方法步骤S1开始重新实施用于调节热泵13的方法100。
反之，如果吸入压力的测得的值大于吸入压力极值，或者如果吸入压力变化率的测得的值、尤其测得的吸入压力变化率的数值小于吸入压力变化率极值，则根据步骤S4，从第一方法步骤S1开始重新经历方法100。
图3示出按照本发明的方法100的扩展的实施方式。
方法100在第一步骤S0中开始，根据环境参数和/或热泵13的运行参数来计算吸入压力极值和/或吸入压力变化率极值。在此，环境参数或运行参数可以尤其包括环境温度、流过设计为换热器18的蒸发器14的空气量或从蒸发器14获得的热量。在方法100的下一方法步骤S1中，确定吸入压力或吸入压力变化率的值。
在随后的方法步骤S2中，将吸入压力的测得的值与吸入压力极值进行比较，和/或将吸入压力变化率、优选吸入压力变化率的数值与吸入压力变化率极值进行比较。如果吸入压力的测得的值低于吸入压力极值和/或吸入压力变化率的测得的值、尤其测得的吸入压力变化率的数值超出吸入压力变化率极值，则在下一个方法步骤S3中，实施针对换热器18的除冰过程。在实施除冰过程之后，从第一方法步骤S0开始重新实施用于调节热泵13的过程100。反之，如果吸入压力的测得的值大于吸入压力极值或者吸入压力变化率的测得的值、尤其测得的吸入压力变化率的数值小于吸入压力变化率极值，则在步骤S2之后根据步骤S4从第一方法步骤S0开始重新经历方法100。
图4示出在热泵13的换热器18在时间上越来越多地结冰的过程中吸入压力的变化。时间t绘制在坐标系的x轴上。第一曲线22示出在换热器18在时间上越来越多地结冰的过程中吸入压力随时间的变化。第二曲线23示出换热器18处的空气侧的压力损失随时间的变化。在换热器18开始结冰时，吸入压力较高并且空气侧的压力损失较低。随着结冰的增加，吸入压力减小，而同时在换热器18处的空气侧的压力损失增大。尤其关于吸入压力的第一曲线22表明，吸入压力的减小是换热器18的结冰的指示器。由于吸入压力的变化率的数值、即吸入压力变化率的数值随着换热器18的结冰的增加而增大，因此吸入压力变化率也是换热器18的结冰的指示器。
附图标记列表
100 方法
S0 方法步骤
S1 方法步骤
S2 方法步骤
S3 方法步骤
S4 方法步骤
10 机动车
11 空调系统
12 电动车辆
13 热泵
14 蒸发器
15 压缩机
16 冷凝器
17 节流阀
18 换热器
19 冷却剂循环系统
20 传感器
21 调节装置
22 第一曲线
23 第二曲线

Claims (13)

1.一种调节用于机动车(10)的热泵(13)的方法(100)，其中，所述热泵(13)包括设计为换热器(18)的蒸发器(14)、压缩机(15)、冷凝器(16)和节流阀(17)，所述方法包括以下步骤：
-测得所述热泵(13)的压力参数的值，
-将压力参数的测得的值与下限值和/或上限值进行比较，
并且，
如果压力参数的测得的值小于或等于下限值和/或压力参数的测得的值大于或等于上限值：
-则实施针对所述蒸发器(14)的除冰过程，
或者，
如果压力参数的测得的值大于下限值和/或压力参数的测得的值小于上限值：
-则从第一方法步骤开始重复所述方法，
其中，所述压力参数是吸入压力，并且将吸入压力与下限值进行比较，其中，下限值是吸入压力极值，和/或所述压力参数是吸入压力变化率，并且将吸入压力变化率与上限值进行比较，其中，上限值是吸入压力变化率极值，并且其中，所述吸入压力极值和/或吸入压力变化率极值根据环境参数和所述热泵(13)的运行参数来确定，并且其中，所述环境参数和/或运行参数包括参数组中的至少一个参数，该参数组包括流过设计为换热器(18)的蒸发器(14)的空气量和从蒸发器(14)和/或冷凝器(16)获得的热量，其中，当流过设计为换热器(18)的蒸发器(14)的空气量变大时，提高所述吸入压力极值，并且其中，当从所述蒸发器(14)和/或冷凝器(16)获得的热量变大时，提高所述吸入压力极值。
2.根据权利要求1所述的方法(100)，其特征在于，所述除冰过程包括对设计为换热器(18)的蒸发器(14)进行加热。
3.根据权利要求1所述的方法(100)，其特征在于，所述参数组中的参数还包括环境温度。
4.根据权利要求3所述的方法(100)，其特征在于，当环境温度升高时，提高所述吸入压力极值。
5.根据权利要求1所述的方法(100)，其特征在于，使用一些参数，即风扇的转速、散热器卷帘或散热器百叶窗的打开程度或者机动车(10)的行驶速度中的至少一个参数来估计流过设计为换热器(18)的蒸发器(14)的空气量，和/或其中，测量设计为换热器(18)的蒸发器(14)的空气量。
6.根据权利要求1所述的方法(100)，其特征在于，当环境温度升高时和/或当流过换热器的空气量增大时和/或当从换热器获得的热量增大时，提高吸入压力变化率极值；或者当环境温度降低时和/或当流过设计为换热器的蒸发器的空气量减小时和/或当从设计为换热器的蒸发器获得的热量减小时，提高吸入压力变化率极值。
7.根据权利要求1所述的方法(100)，其特征在于，在考虑所述热泵(13)的运行参数的情况下估计从所述蒸发器(14)和/或冷凝器(16)获得的热量，和/或其中，测量从所述蒸发器(14)和/或冷凝器(16)获得的热量。
8.根据权利要求1所述的方法(100)，其特征在于，吸入压力变化率极值至少不视流过设计为换热器的蒸发器的空气量而定。
9.根据权利要求1所述的方法(100)，其特征在于，所述机动车是混合动力电动车或电动车辆(12)。
10.一种用于机动车(10)的热泵(13)，所述热泵包括设计为换热器(18)的蒸发器(14)、压缩机(15)、冷凝器(16)和节流阀(17)，所述热泵还包括用于测量吸入压力的传感器(20)和调节装置(21)，其中，所述调节装置(21)设计用于从所述传感器(20)接收信号，其特征在于，所述调节装置(21)设计用于实施根据权利要求1至9中任一项所述的方法(100)。
11.根据权利要求10所述的热泵(13)，其特征在于，所述机动车是混合动力电动车或电动车辆(12)。
12.一种机动车(10)，所述机动车包括根据权利要求10所述的热泵(13)。
13.根据权利要求12所述的机动车(10)，其特征在于，所述机动车是混合动力电动车或电动车辆(12)。
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