CN116061642A - 用于运行用于机动车的热泵的方法和热泵 - Google Patents

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Abstract

提出一种用于运行用于机动车的热泵的方法(100)，其中，热泵包括具有制冷剂的制冷剂回路、环境热交换器、压缩机、加热热交换器和节流阀。该方法(100)包括确定(101)机动车的电池的充电过程的预期开始时间点以及确定(103)最大露点下降和/或最大霜质量。该方法(100)还包括如此运行(107)热泵，使得在预期开始时间点之前的预先限定时间段内达到最大露点下降和/或最大霜质量。

Description

用于运行用于机动车的热泵的方法和热泵
技术领域
本发明涉及一种用于运行用于机动车的热泵的方法以及用于机动车的热泵。
背景技术
原则上从现有技术中已知使用热泵来加热机动车的内部空间，尤其在电动汽车中。对于加热所需的热通常取自机动车的环境空气，换言之取自外部空气，其中，为此必须将热泵的环境热交换器冷却到环境温度以下。在此然而，如果环境空气低于其露点，则在环境热交换器的表面上形成霜或冰，由此在穿流方面阻止空气，并且热泵将不再能够有效地运行。
因此，除霜循环是必要的，其目的是融化霜或冰，并且因此确保热交换器的穿流。为了热泵的特别有效的运行，除霜过程应尽可能有效地进行。
发明内容
本发明的目的是如此改善一种用于运行用于机动车的热泵的方法以及一种热泵，使得提高热泵的效率。
上述目的通过一种用于运行用于机动车、尤其电动车辆或混合动力车辆的热泵的方法来实现，其中，热泵包括具有制冷剂的制冷剂回路。热泵还包括环境热交换器、压缩机、加热热交换器和节流阀。它们整合到制冷剂回路中。该方法包括确定机动车的电池的充电过程的预期开始时间点，其中，该方法还包括确定最大露点下降(Taupunktunterschreitung)和/或最大霜质量。最大霜质量描述了环境热交换器可以吸收的霜或冰的最大质量。该最大霜质量可能在最大温度下降时出现。然后如此运行热泵，使得在所确定的开始时间点之前的预先限定时间段内达到最大露点下降和/或最大霜质量。
此外，该方法包括在达到最大露点下降时和/或在达到最大霜质量时和/或在启动电池的充电过程时启动除霜过程。当环境热交换器上形成最大霜质量时，达到最大霜质量。最大 温度下降是指环境热交换器中制冷剂的温度。
因为除霜过程不能总是在机动车的行驶运行期间进行，因此优选地将除霜转移到汽车因为它充电而静止的时间点。在此由于在充电过程中除霜产生如下优点：可以很好地估计充电过程的开始时间点，并且因此可以在加热运行或结冰运行下提前优化运行热泵。因此允许热泵的环境热交换器的有针对性的结霜，并且将除霜的启动安排在机动车未运行而在充电的可良好估计的已知时间点。
在环境温度小于0℃的情况下给车辆充电时有利的是，除霜超过环境热交换器没有霜和冰的时间点，优选至少10分钟。尤其应将除霜过程如此程度地延长，使得热交换器表面的温度大于0℃，以便确保在充电期间水排出。由此，可以通过在热交换器表面重新冻结来减少融水质量，并且可以延长热泵的后续加热过程。
借助于本方法，因此非常有效地执行热泵运行，因为环境热交换器在充电过程的开始时间点之前尽可能短地阻塞，或者环境热交换器从环境空气中的热吸收显著降低。由此，在加热运行期间可以从环境中吸收最大可能的热。
基于最大露点下降和/或最大霜质量可以确定制冷剂回路中制冷剂的最小抽吸压力，因为抽吸压力与环境热交换器中的温度直接相关。由于制冷剂也可能局部过热，因此确定抽吸压力特别有利。抽吸压力和露点下降或霜质量用作环境热交换器结冰的量度。如果抽吸压力低于先前确定的用作极限值的最小抽吸压力，则这是最大结冰的迹象，即达到最大露点下降和/或最大霜质量。该方法可以包括借助于压力传感器测量抽吸压力。此外，该方法可以包括监测抽吸压力。
如此运行热泵，使得通过控制、尤其压缩机和/或节流阀的调节来实现在预计开始时间点之前的预先限定的时间段内达到最大露点下降和/或最大霜质量。这在热泵的加热运行下来实现。优选地，可以进行应经由热泵产生的热功率的减少。热泵的缺失热功率可以经由附加的热源(例如电加热器)产生，从而由此不产生对车辆的乘员的不利影响。例如，可以确定应由热泵提供的热功率与应由其他热源提供的热功率之间的比。例如，热泵可以在预先限定的时间段内直到充电时间点覆盖所需热功率的2/3，而其余部分由附加的热源提供。此外，可以使用热泵的附加热源，该热源将抽吸压力提高到所需水平，直到热交换器在充电过程的预期开始时间点时达到计算出的最大霜质量。
例如，预先限定的时间段可以是半小时、优选地一刻钟。例如，借助于抽吸压力可以监测结冰程度。基于结冰程度随时间的变化，可以估计何时实现最大结冰程度和/或优选地最大露点下降。例如，如果该时间点是在下一次充电过程的预期开始时间点之后，则可以借助于控制或调节压缩机和/或节流阀来实现环境热交换器更快结冰并且因此最大露点下降的时间点时间上往前推。尤其地，节流阀调节结冰过程的效率。
一旦热传递效率大大降低时，那么尤其可以进行除霜过程的开始，因为那么从环境中的有效吸收热几乎是不可能的。例如，当环境热交换器的结冰程度已经超过某个阈值时，尤其当存在最大霜质量时，可以启动除霜过程，其中，这可以以计算的方式或借助于传感器来确定。
在环境热交换器中，热在制冷剂和环境(即环境空气)之间进行传递，而在加热热交换器中，热在制冷剂和机动车内部空间的空气之间进行传递。在加热运行期间，环境热交换器用作蒸发器，并且加热热交换器用作冷凝器。在除霜过程期间，换言之在除霜运行期间，制冷剂的“路径”与加热过程相比尤其相反。环境热交换器在加热运行下用作蒸发器，而它在除霜运行下用作冷凝器。这同样适用于加热热交换器，加热热交换器在除霜运行下用作蒸发器且在加热模式下用作冷凝器。
因此，除霜过程尤其包括借助于压缩机将制冷剂压缩至高压，将热从制冷剂传递到尤其结霜或结冰的环境热交换器，借助于节流阀将制冷剂卸压至低压并且重新吸收热。详细地说，制冷剂在压缩时进一步升温，其中，制冷剂随后被导引到环境热交换器中，制冷剂在该环境热交换器处发出热。因此，使该环境热交换器除冰或除霜。在这个意义上，热借助于制冷剂传递到环境热交换器处。因此，除霜过程经由过程反转而进行。尤其在热泵运行时，加热过程和除霜过程循环交替。
确定充电过程的预期开始时间点尤其考虑机动车的电池的充电状态和/或机动车的行程范围和/或预期车辆运行持续时间。预期车辆运行持续时间可以例如由用户数据(例如导航系统的数据，例如目的地输入)来确定。
为了确定最大露点下降，首先确定通过环境热交换器的空气质量流量。为此，可以考虑机动车的冷却器风扇的冷却器风扇转速和/或机动车的行驶速度和/或风速。它们可以通过相应的传感器测量。此外，为了确定最大露点下降，可以确定空气(换言之环境空气)与环境热交换器的表面之间的分压力差。通过这种方式也可以确定最大霜质量。例如，水质量流量可以如下那样来计算：
。
在此，是密度，并且是到环境热交换器中的入口处的湿空气流的水蒸气的质量份额。在环境热交换器的壁附近在饱和状态下的水蒸气的质量份额为。流动经过的热传递面由A给出并且由于对流的物质转移的物质转移系数由给出。
如果该水蒸气凝华，则在环境热交换器上形成霜。霜质量是从结霜或结冰周期开始的时间积分。
该方法可以包括动态适配最大露点下降和/或最大霜质量。例如，如果外部空气不用作用于加热运行的热源，因为例如使用了其他热源，例如机动车的牵引部件，则可以动态适配露点下降的值和/或最大霜质量的值。这同样适用于如下情况，即使用外部空气和其他热源，例如机动车的牵引部件。换言之，可以允许更高的露点下降和/或更大的霜质量，亦即由于不同热源的不同使用。因此先前确定的最大露点下降和/或最大霜质量因此可以针对当前条件进行适配或校正。
在充电过程期间，机动车的冷却器风扇可以在外部温度大于0℃的情况下持续运行。冷却器风扇也可以在充电过程结束之后持续运行，尤其在外部温度小于0℃的情况下。这有助于在行驶开始时确保热泵的尽可能长的运行持续时间，因为在冰或霜升华之后，通过冷却器风扇的持续运行使水从环境热交换器中蒸发。否则，水或冰的残留物会导致更小的板片横截面，从而使环境热交换器更早阻塞。根据充电持续时间，可以适配冷却器风扇转速。例如，充电持续时间可以从电池的充电状态中得出。
在另一方面中，本发明涉及一种热泵，该热泵包括环境热交换器、压缩机、加热热交换器和节流阀，并且热泵构造用于执行如上所述的方法。为此，热泵尤其可以包括执行方法的上述步骤的评估单元以及传输相应的控制信号以运行热泵的控制单元。
附图说明
图1以纯示意性的图示示出了根据本发明的方法图。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的方法100的方法图，其包括确定101机动车的电池的充电过程的预期开始时间点。此外，确定103最大露点下降和/或最大霜质量。该方法还包括如此运行107热泵，使得在预期开始时间点之前的预先限定时间段内达到最大露点下降和/或最大霜质量。
为了确定充电过程的预期开始时间点，可以考虑102充电状态和/或行程范围和/或预期车辆运行持续时间。为了确定最大露点下降和/或最大霜质量，可以确定104空气与环境热交换器的表面之间的分压力差以及通过环境热交换器的空气质量流量。为此，可以考虑105冷却器风扇转速和/或机动车的行驶速度和/或风速。
基于所确定的最大露点下降和/或最大霜质量，可以确定106制冷剂回路中制冷剂的最小抽吸压力。
为了运行热泵，可以相应地控制108压缩机和/或节流阀。根据具体条件，例如在加热模式下运行时使用除外部空气之外的热源，可以动态适配109最大露点下降和/或最大霜质量。
方法100包括在达到最大露点下降和/或最大霜质量时和/或在启动电池的充电过程时启动110除霜过程。在充电过程期间持续运行111冷却器风扇。
附图标记列表
100 方法
101 确定机动车的电池的充电过程的预期开始时间点
102 考虑充电状态和/或行程范围和/或预期车辆运行持续时间
103 确定最大露点下降和/或最大霜质量
104 确定空气与环境热交换器的表面之间的分压力差以及通过环境热交换器的空气质量流量
105 考虑冷却器风扇转速和/或机动车的行驶速度和/或风速
106 基于最大露点下降和/或最大霜质量来确定制冷剂回路中制冷剂的最小抽吸压力
107 包括如此运行热泵，使得在预期开始时间点之前的预先限定时间段内达到最大露点下降和/或最大霜质量
108 控制压缩机和/或节流阀
109 动态适配最大露点下降和/或最大霜质量
110 在达到最大露点下降时和/或在达到最大霜质量时和/或在启动电池的充电过程时启动除霜过程
111 持续运行冷却器风扇。

Claims (10)

1.一种用于运行用于机动车的热泵的方法(100)，
其中，热泵包括具有制冷剂的制冷剂回路，
其中，热泵包括环境热交换器、压缩机、加热热交换器和节流阀，
其特征在于，
所述方法(100)包括确定(101)所述机动车的电池的充电过程的预期开始时间点以及确定(103)最大露点下降和/或最大霜质量，
其中，所述方法(100)还包括如此运行(107)所述热泵，使得在所述预期开始时间点之前的预先限定时间段内达到所述最大露点下降和/或所述最大霜质量。
2.根据权利要求1所述的方法(100)，
其特征在于，
所述方法(100)包括在达到所述最大露点下降时和/或在达到所述最大霜质量时和/或在启动所述电池的充电过程时启动(110)除霜过程。
3.根据权利要求1或2中任一项所述的方法(100)，
其特征在于，
所述方法(100)包括基于所述最大露点下降和/或所述最大霜质量来确定(106)所述制冷剂回路中所述制冷剂的最小抽吸压力。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法(100)，
其特征在于，
运行(107)所述热泵包括控制(108)所述压缩机和/或所述节流阀。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法(100)，
其特征在于，
确定(101)所述充电过程的预期开始时间点包括考虑(102)所述电池的充电状态和/或所述机动车的行程范围和/或所述预期车辆运行持续时间。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法(100)，
其特征在于，
为了确定(103)所述最大露点下降和/或最大霜质量，确定(104)通过所述环境热交换器的空气质量流量以及所述空气与所述环境热交换器的表面之间的分压力差。
7.根据权利要求6所述的方法(100)，
其特征在于，
为了确定所述空气质量流量，考虑(105)冷却器风扇转速和/或所述机动车的行驶速度和/或风速。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法(100)，
其特征在于，
动态适配(109)所述最大露点下降和/或最大霜质量。
9.根据权利要求2至8中任一项所述的方法(100)，
其特征在于，
在外部温度大于0℃的情况下的充电过程期间或在所述充电过程结束之后，持续运行(111)所述机动车的冷却器风扇。
10.一种用于机动车的热泵，
其中，所述热泵包括环境热交换器、压缩机、加热热交换器和节流阀，并且其中，所述热泵构造用于执行根据权利要求1至9中任一项所述的方法(100)。
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