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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren für eine Wärmepumpe mit thermischem Speicher zum Heizen eines Fahrgastraums eines Fahrzeugs, wie eines Hybrid-Elektrofahrzeugs (HEV) oder eines Plug-in-Hybridelektrofahrzeugs (PHEV).
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Ein Elektrofahrzeug weist allgemein einen Elektromotor auf, der das Fahrzeug allein in einem Elektrofahrzeug-(EV)- oder „ladungsabreichernden“ Fahrmodus antreiben kann. Das Fahrzeug kann auch eine Brennkraftmaschine (ICE) aufweisen, die als das primäre Antriebssystem des Fahrzeugs in einem reichweitenverlängernden Modus dient oder in Verbindung mit dem Elektromotor in einem hybrid- oder „ladungserhaltenden“ Modus arbeitet.
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Der Elektromotor empfängt allgemein elektrische Leistung von einer elektrischen Leistungsquelle, wie einem Energiespeichersystem (ESS). Das ESS kann eine Batteriepackung oder ein anderes wiederaufladbares Energiespeichermittel aufweisen, das in der Lage ist, große Mengen an thermischer Energie zu speichern. Das ESS kann die thermische Energie speichern, wenn das Fahrzeug mit einer externen Leistungsquelle, wie einem elektrischen Stromnetz, zum Laden verbunden ist. Bei kälteren Umgebungstemperaturen entlädt das ESS aufgrund verschiedener Faktoren schneller.
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Das ESS kann in Verbindung mit einer Wärmeverteilungsvorrichtung verwendet werden, wie einer Wärmepumpe, um die gespeicherte thermische Energie an ein anderes Medium für andere Zwecke zu übertragen, wie zum Erwärmen eines Fahrgastraums des Fahrzeugs.
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DE 697 12 760 T2 offenbart ein Klimaanlagensystem vom Wärmepumpentyp für eine Kraftfahrzeug, das eine erste und zweite Einheit jeweils mit Luftströmungskanälen aufweist. Die erste Einheit weist einen Heizkern und einen ersten Verdampfer auf, während die zweite Einheit einen zweiten Kühler und einen zweiten Verdampfer besitzt, die parallel mit dem ersten Verdampfer und in Reihe miteinander fluidverbunden sind. Hierdurch werden ein Kältebetriebs-Kältemittelkreislauf zum Ausführen eines Kältebetriebes, der den ersten Kühler enthält, und ein Heizbetrieb-Kältemittelkreislauf zum Ausführen eines Heizbetriebes des Klimaanlagensystems, der einen Bypass-Kanal enthält, gebildet. Ferner ist ein Kreislauf-Umschaltventil zum Umschalten zwischen dem Kältebetrieb-Kältemittelkreislauf und dem Heizbetriebs-Kältemittelkreislauf vorgesehen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betrieb einer Wärmepumpe mit thermischem Speicher eines Fahrzeugs bereitzustellen, mit dem es möglich ist, in Abhängigkeit von möglichst wenigen Variablen eine stets an Fahrzeug- und Umgebungsbedingungen angepasste Klimatisierung eines Fahrgastraums eines Fahrzeugs zu gewährleisten.
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Die Aufgabe wird durch den Gegenstand von Anspruch 1 gelöst.
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Eine zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Wärmepumpe mit thermischem Speicher, die in einem Fahrzeug, das einen Fahrgastraum aufweist, vorgesehen ist, weist einen ersten Kühlmittelkreislauf, einen zweiten Kühlmittelkreislauf und einen Kältemittelkreislauf in thermischer Kommunikation mit dem ersten Kühlmittelkreislauf und dem zweiten Kühlmittelkreislauf über einen ersten Wärmetauscher und einen zweiten Wärmetauscher auf. Der erste Kühlmittelkreislauf weist eine erste Kühlmittelpumpe auf, die derart konfiguriert ist, ein erstes Kühlmittel durch den ersten Kühlmittelkreislauf zu zirkulieren, so dass Wärme von dem ersten Kühlmittel auf das Kältemittel übertragen wird. Der zweite Kühlmittelkreislauf weist eine zweite Kühlmittelpumpe auf, die derart konfiguriert ist, ein zweites Kühlmittel durch den zweiten Kühlmittelkreislauf zu zirkulieren, so dass Wärme von dem Kältemittel auf das zweite Kühlmittel übertragen wird.
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Die Wärmepumpe mit thermischem Speicher weist auch eine Vorrichtung für thermische Speicherung, einen Heizerkern, einen Kompressor, einen dritten Wärmetauscher sowie eine Mehrzahl von Strömungssteuerventilen auf. Die Vorrichtung für thermische Speicherung ist in dem ersten Kühlmittelkreislauf angeordnet und derart konfiguriert, thermische Energie zu speichern. Der Heizerkern ist in dem zweiten Kühlmittelkreislauf angeordnet und derart konfiguriert, Wärme von dem zweiten Kühlmittel auf über den Heizerkern strömende Luft zu übertragen, um den Fahrgastraum des Fahrzeugs zu erwärmen. Der Kompressor ist in dem Kältekreislauf platziert und weist einen Einlass und einen Auslass auf. Der Kompressor ist derart konfiguriert, das Kältemittel von einem ansaugseitigen Druck an dem Einlass zu einem austragsseitigen Druck an dem Auslass zu komprimieren. Der dritte Wärmetauscher ist ebenfalls in dem Kältekreislauf platziert und derart konfiguriert, Wärme von Umgebungsluft auf das Kältemittel zu übertragen. Die Strömungssteuerventile sind in dem Kältekreislauf platziert und derart konfiguriert, die Strömung von Kältemittel in dem Kältekreislauf zu steuern.
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Die Wärmepumpe mit thermischem Speicher umfasst ferner eine Steuerung, die derart konfiguriert ist, den Betrieb der ersten Kühlmittelpumpe, der zweiten Kühlmittelpumpe, des Kompressors, des Heizers und der Mehrzahl von Strömungssteuerventilen auf Grundlage von Parametern zu steuern, die eine Temperatur der Vorrichtung für thermische Speicherung, eine Temperatur der Umgebungsluft und eine Feuchte der Umgebungsluft umfassen.
- 1 ist ein schematisches Diagramm einer Wärmepumpe mit thermischem Speicher eines Fahrzeugs;
- 2 ist ein schematisches Flussdiagramm eines Verfahrens zum Betrieb der Wärmepumpe mit thermischem Speicher von 1 während eines Starts des Fahrzeugs;
- 3 ist ein schematisches Flussdiagramm eines Verfahrens zum Betrieb der Wärmepumpe mit thermischem Speicher von 1, wenn sich das System in einem stabilen Zustand befindet; und
- 4 ist ein schematisches Flussdiagramm, das einen Schritt des Verfahrens von 3 zeigt.
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Bezug nehmend auf die Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen gleichen oder ähnlichen Komponenten, wo immer möglich, in den verschiedenen Figuren entsprechen, ist eine Wärmepumpe 100 mit thermischem Speicher zur Verwendung in einem Fahrzeug 101, das ein Hybridelektrofahrzeug (HEV), ein Plug-In-Hybridelektrofahrzeug (PHEV) oder dergleichen aufweist, in 1 gezeigt. Das Fahrzeug 101 weist im allgemeinen einen inaktiven Ladezustand, in dem eine Vorrichtung 108 für thermische Speicherung, wie nachfolgend beschrieben, geladen wird, und einen aktiven Fahrzustand auf. In dem aktiven Fahrzustand kann das Fahrzeug 101 selektiv in einem Reichweitenverlängerungsmodus, einem hybrid- oder „ladungserhaltenden“ Modus und einem Elektrofahrzeug-(EV)- oder „ladungsabreichernden“ Fahrmodus betrieben werden. In einem die Reichweite verlängernden Modus arbeitet eine Brennkraftmaschine 127, wie nachfolgend beschrieben ist, als das ausschließliche Antriebssystem für das Fahrzeug 101. In einem Hybridmodus arbeitet das Fahrzeug 101 unter Verwendung von sowohl elektrischer Leistung von einem Elektromotor (nicht gezeigt) als auch Leistung von der Brennkraftmaschine 127. In dem EV-Fahrmodus arbeitet das Fahrzeug 101 ausschließlich mit Elektrizität.
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Die Wärmepumpe 100 mit thermischem Speicher umfasst allgemein einen ersten Kühlmittelkreislauf 103, einen zweiten Kühlmittelkreislauf 104 und einen Kältekreislauf 105, die derart konfiguriert sind, ein erstes Kühlmittel, ein zweites Kühlmittel und ein Kältemittel zu zirkulieren. Der Kältekreislauf 105 steht in thermischer Kommunikation mit dem ersten Kühlmittelkreislauf 103 und dem zweiten Kühlmittelkreislauf 104 über einen ersten Wärmetauscher 106 und einen zweiten Wärmetauscher 107. Der erste Wärmetauscher 106 ist ein Kühlerwärmetauscher von Kältemittel auf Flüssigkeit, der als ein Wärmepumpenverdampfer funktioniert, um Wärme von dem ersten Kühlmittel in dem ersten Kühlmittelkreislauf 103 auf das Kältemittel in dem Kältekreislauf 105 zu übertragen. Der zweite Wärmetauscher 107 ist ebenfalls ein Wärmetauscher von Kältemittel auf Flüssigkeit, der als ein Wärmepumpenkondensator funktioniert, um Wärme von dem Kältemittel in dem Kältekreislauf 105 auf das zweite Kühlmittel in dem zweiten Kühlmittelkreislauf 104 zu übertragen.
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Der erste Kühlmittelkreislauf 103 weist eine Vorrichtung 108 für thermische Speicherung, eine erste Kühlmittelpumpe 110 und einen Heizer 111 auf. Die Vorrichtung 108 für thermische Speicherung kann ein beliebiges Medium, eine beliebige Vorrichtung, eine beliebige Maschine oder dergleichen sein, die in der Lage ist, thermische Energie zu erzeugen und zu speichern. Beispielsweise kann die Vorrichtung 108 für thermische Speicherung ein Energiespeichersystem (ESS) sein, das zumindest eine Batterie oder eine Batteriepackung aufweist. Die Vorrichtung 108 für thermische Speicherung weist einen ersten Temperatursensor 109 auf, der derart konfiguriert ist, die Temperatur der Vorrichtung 108 für thermische Speicherung zu messen, um eine Messung der Temperatur der Vorrichtung 108 für thermische Speicherung zu erhalten. Der erste Temperatursensor 109 kann ferner konfiguriert sein, um die Messung der Temperatur der Vorrichtung für thermische Speicherung an eine Steuerung 130, wie nachfolgend beschrieben, zu übertragen.
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Der Heizer 111 ist derart konfiguriert, das erste Kühlmittel in dem ersten Kühlmittelkreislauf 103 zu erhitzen, das an die Vorrichtung 108 für thermische Speicherung strömt, wo die Wärme gespeichert werden kann. Der Heizer 111 kann eine Widerstandsheizeinrichtung sein.
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Die erste Kühlmittelpumpe 110 ist derart konfiguriert, das erste Kühlmittel durch den Heizer 111 und die Vorrichtung 108 für thermische Speicherung zu zirkulieren, so dass das erste Kühlmittel Wärme, die von der Vorrichtung 108 für thermische Speicherung erzeugt wird, aufnehmen oder Wärme in der Vorrichtung 108 für thermische Speicherung abgeben kann. Die erste Kühlmittelpumpe 110 ist ferner derart konfiguriert, das erste Kühlmittel durch den ersten Wärmetauscher 106 zu zirkulieren, so dass Wärme von dem ersten Kühlmittel auf das Kältemittel übertragen werden kann, wie oben erläutert ist. Die erste Kühlmittelpumpe 110 kann eine variable Drehzahl aufweisen. Während die erste Kühlmittelpumpe 110 stromabwärts der Vorrichtung 108 für thermische Speicherung gezeigt ist, sei angemerkt, dass sie stromaufwärts der Vorrichtung 108 für thermische Speicherung angeordnet sein kann.
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Der Kältekreislauf 105 weist einen Kompressor 112 auf, der einen Einlass 113 und einen Auslass 114 besitzt. Der Kompressor 112 ist stromabwärts des ersten Wärmetauschers 106 und stromaufwärts des zweiten Wärmetauschers 107 angeordnet. Der Kompressor 112 ist derart konfiguriert, das Kältemittel von einem ansaugseitigen Druck an dem Einlass 113 zu einem austragsseitigen Druck an dem Auslass 114 des Kompressors 112 zu komprimieren.
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Der Kältekreislauf 105 weist auch einen Sensor 115 für ansaugseitigen Druck und einen Sensor 116 für austragsseitigen Druck auf, die an dem Einlass 113 bzw. dem Auslass 114 des Kompressors 112 angeordnet sind. Der Sensor 115 für ansaugseitigen Druck ist derart konfiguriert, den Druck des Kältemittels vor einem Eintritt in den Kompressor 112 zu messen, und der Sensor 116 für austragsseitigen Druck ist derart konfiguriert, den Druck des Kältemittels nach Verlassen des Kompressors 112 zu messen. Der Sensor 115 für ansaugseitigen Druck und der Sensor 116 für austragsseitigen Druck sind ferner derart konfiguriert, die Druckmessungen an die Steuerung 130 zu übertragen.
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Der Kältekreislauf 105 weist auch eine erste Vorrichtung 117 für thermische Expansion, eine zweite Vorrichtung 118 für thermische Expansion sowie einen dritten Wärmetauscher 119 auf. Der dritte Wärmetauscher 119 ist ein Wärmetauscher von Umgebung auf Kältemittel, der als ein Kabinenverdampfer funktioniert. Er ist derart konfiguriert, um Wärme von der über ihn strömenden Luft aufzunehmen, um den Fahrgastraum 102 zu kühlen und zu entfeuchten und um die Wärme zu dem hindurch strömenden Kältemittel zu übertragen. Das Kältemittel wird dann zu dem Kompressor 112 und anschließend zu dem zweiten Wärmetauscher 107 geleitet, wo die Wärme in dem Kältemittel durch das zweite Kühlmittel absorbiert werden kann, wie oben erläutert ist.
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Die erste Vorrichtung 117 für thermische Expansion und die zweite Vorrichtung 118 für thermische Expansion sind stromabwärts des zweiten Wärmetauschers 107 angeordnet und derart konfiguriert, dass Kältemittel zur Verteilung an den ersten Wärmetauscher 106 und den dritten Wärmetauscher 119 zu kühlen und zu expandieren. Die erste Vorrichtung 117 für thermische Expansion und die zweite Vorrichtung 118 für thermische Expansion können thermostatische Ventile oder Ventile für thermische Expansion sein und können entweder elektronisch oder mechanisch betätigt sein.
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Der Kältekreislauf 105 weist auch einen vierten Wärmetauscher 120 auf. Der vierte Wärmetauscher 120 ist ein Wärmetauscher von Kältemittel auf Umgebung und funktioniert als ein Kondensator für ein Klimaanlagen-System (nicht gezeigt) des Fahrzeugs 101.
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Der Kältekreislauf 105 weist ferner eine Mehrzahl von Strömungssteuerventilen 121, 122, 123 und 124 auf. Die Strömungssteuerventile 121, 122, 123 und 124 sind derart konfiguriert, die Strömung an die verschiedenen Komponenten in dem Kältekreislauf 105 zu steuern. Es sei anzumerken, dass die Strömungssteuerventile 121, 122, 123 und 124 beliebige Ventile sein können, die ein der Lage sind, die Strömung von Kältemittel in einer bestimmten Leitung zu beschränken, und können offene / geschlossene Ventile mit zwei Positionen oder alternativ modulierende Ventile sein.
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Der zweite Kühlmittelkreislauf 104 umfasst einen Heizerkern 125 und eine zweite Kühlmittelpumpe 126. Die zweite Kühlmittelpumpe 126, die eine variable Drehzahl aufweisen kann, ist derart konfiguriert, das zweite Kühlmittel durch den Heizerkern 125 zu zirkulieren. Der Heizerkern 125 ist seinerseits so konfiguriert, das zweite Kühlmittel aufzunehmen, um Luft, die über diesen und in den Fahrgastraum 102 strömt, zu heizen. Wie oben erläutert ist, kann das zweite Kühlmittel Wärme aus der Vorrichtung 108 für thermische Speicherung über den ersten Wärmetauscher 106 und/oder von der Umgebungsluft über den dritten Wärmetauscher 119 aufnehmen. Während die zweite Kühlmittelpumpe 126 stromabwärts des Heizerkerns 125 gezeigt ist, sollte klar sein, dass sie stromaufwärts des Heizerkerns 125 angeordnet werden kann.
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Der zweite Kühlmittelkreislauf 104 weist auch die Brennkraftmaschine 127 auf, wie oben erwähnt ist. Die Brennkraftmaschine 127 kann Wärme in sich aus einem Betrieb aufweisen. Die Wärme kann im zweiten Kühlmittel vorliegen, wenn es durch die Brennkraftmaschine 127 strömt, wodurch die Brennkraftmaschine 127 gekühlt wird.
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Der zweite Kühlmittelkreislauf 104 weist ferner ein Bypassventil 128 und eine Bypassleitung 129 auf. Das Bypassventil 128 ist derart konfiguriert, das zweite Kühlmittel selektiv an die Brennkraftmaschine 127 zu lenken, um diese zu kühlen, wenn sich das Fahrzeug 101 in einem die Reichweite verlängernden Modus oder Hybridmodus befindet, oder an die Bypassleitung 129 zu lenken, wenn sich das Fahrzeug 101 in dem EV-Fahrmodus befindet. Während das Bypassventil 128 in 1 als ein Dreiwegeventil mit zwei Positionen gezeigt ist, sei angemerkt, dass das Bypassventil 128 ein beliebiges Dreiwegeventil sein kann, das derart konfiguriert ist, die Strömung selektiv an die Brennkraftmaschine 127 und/oder die Bypassleitung 129 zu lenken. Bei einer alternativen Ausführungsform, die nicht gezeigt ist, können anstatt eines Dreiwegeventils zwei separate Strömungssteuerventile, eines jeweils an der Bypassleitung 129 und dem zweiten Kühlmittelkreislauf 104 stromabwärts der Entnahme für die Bypassleitung 129 vorgesehen sein.
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Die Wärmepumpe 100 mit thermischem Speicher weist auch eine Steuerung 130 auf, um den Betrieb der Wärmepumpe 100 mit thermischem Speicher zu steuern. Insbesondere kann die Steuerung 130 den Betrieb der verschiedenen Vorrichtungen der Wärmepumpe 100 mit thermischem Speicher basierend auf bestimmten Parametern steuern, einschließlich Feuchtigkeit, Umgebungslufttemperatur, Temperatur der Vorrichtung 108 für thermische Speicherung, ansaugseitigen und austragsseitigen Druck des Kältemittels, Soll-Temperatur des Fahrgastraumes 102 und dergleichen, wie in den 2-4 dargestellt und in den Verfahren 200 und 300 nachfolgend beschrieben ist.
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Die Steuerung 130 ist elektrisch mit der Wärmepumpe 100 mit thermischem Speicher über zumindest eine elektrische Verbindung verbunden. Die Steuerung 130 ist derart konfiguriert, mit verschiedenen Vorrichtungen zu kommunizieren, einschließlich dem Heizer 111, der ersten Kühlmittelpumpe 110, der zweiten Kühlmittelpumpe 126, dem Kompressor 112, der ersten und zweiten Vorrichtung 117 und 118 für thermische Expansion sowie den Strömungssteuerventilen 121, 122, 123 und 124. Die Steuerung 130 ist auch derart konfiguriert, mit anderen Zusatzvorrichtungen zu kommunizieren und Information von diesen aufzunehmen, einschließlich den Sensoren 115 und 116 für ansaugseitigen Druck und austragsseitigen Druck, wie oben beschrieben ist, den ersten Temperatursensor 109, der ebenfalls oben beschrieben ist, einen zweiten Temperatursensor 131, einen Feuchtesensor 132 und ein Eingabemodul 133, wie nachfolgend beschrieben ist. Die Steuerung 130 kann die von diesen Zusatzvorrichtungen empfangene Information verarbeiten, um zu ermitteln, welche der Vorrichtungen der Wärmepumpe 100 mit thermischem Speicher arbeiten sollte und bei welcher Drehzahl oder Position bei einer gegebenen bestimmten Bedingung, und diese Vorrichtungen entsprechend steuern. Die Steuerung 130 kann ferner derart konfiguriert sein, irgendwelche anderen Vorrichtungen in der Wärmepumpe 100 mit thermischem Speicher wie auch beliebige andere Subsysteme in dem Fahrzeug 101 zu steuern.
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Der zweite Temperatursensor 131 ist allgemein eine beliebige Vorrichtung, die derart konfiguriert ist, die Temperatur der Umgebungsluft zu messen. Gleichermaßen ist der Feuchtesensor 132 eine beliebige Vorrichtung, die derart konfiguriert ist, die Feuchte der Umgebungsluft zu messen. Der zweite Temperatursensor 131 und der Feuchtesensor 132 sind ferner derart konfiguriert, Daten, wie die Umgebungslufttemperaturmessung und die Feuchtemessung, an die Steuerung 130 zur Speicherung und/oder Verarbeitung zu übertragen. Der zweite Temperatursensor 131 und der Feuchtesensor 132 können sich außerhalb der Steuerung 130 befinden, wie in 1 gezeigt ist, und können die Daten durch eine verdrahtete oder drahtlose Verbindung übertragen. Bei einer anderen Ausführungsform, die nicht gezeigt ist, können der zweite Temperatursensor 131 und der Feuchtesensor 132 innerhalb der Steuerung 130 vorgesehen sein. Bei einer noch weiteren Ausführungsform, die nicht gezeigt ist, kann die Steuerung 130 derart konfiguriert sein, derartige Daten, wie die Temperatur und Feuchte der Umgebungsluft, von einer entfernten Quelle (nicht gezeigt) über das Internet oder ein anderes Kommunikationsnetzwerk zu erhalten.
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Das Eingangsmodul 133 ist eine beliebige Vorrichtung, die derart konfiguriert ist, einen Eingang, wie eine Solltemperatur oder Wärmelieferung für den Fahrgastraum 102, oder andere Daten von einem Nutzer der Wärmepumpe 100 mit thermischem Speicher aufzunehmen. Das Eingangsmodul 133 ist ferner derart konfiguriert, solche Daten an die Steuerung 130 zu übertragen. Das Eingangsmodul 133 kann ein Mobiltelefon, ein an Bord befindlicher Computer in dem Fahrzeug 101 und dergleichen sein.
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Bezug nehmend auf 2 ist ein Verfahren 200 zum Steuern der Wärmepumpe 100 mit thermischem Speicher gezeigt. Insbesondere ist das Verfahren 200 ein Verfahren zum Betrieb der verschiedenen Vorrichtungen der Wärmepumpe 100 mit thermischem Speicher während des Starts des Fahrzeugs 101 und der Wärmepumpe 100 mit thermischem Speicher. Derartige Vorrichtungen können die erste Kühlmittelpumpe 110, die zweite Kühlmittelpumpe 126 und den Kompressor 112 aufweisen.
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Das Verfahren 200 beginnt bei Schritt 201, bei dem die Steuerung 130 eine Messung des ansaugseitigen Drucks aufnimmt. Wie oben erläutert ist, kann die Messung des ansaugseitigen Drucks genommen und an die Steuerung 130 durch den Sensor 115 für ansaugseitigen Druck übertragen werden.
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Nach Schritt 201 fährt das Verfahren 200 mit Schritt 202 fort. Bei Schritt 202 empfängt die Steuerung 130 eine Messung des austragsseitigen Drucks. Wie oben erläutert ist, kann die Messung des austragsseitigen Drucks durch den Sensor 116 für austragsseitigen Druck genommen und an die Steuerung 130 übertragen werden.
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Nach Schritt 202 fährt das Verfahren 200 mit Schritt 203 fort. Bei Schritt 203 vergleicht die Steuerung 130 die Messung des ansaugseitigen Drucks mit einem minimalen Wert des ansaugseitigen Drucks und die Messung des austragsseitigen Drucks mit einem maximalen Wert des austragsseitigen Drucks, um eine Bedingung zu ermitteln, z.B. die Messung des ansaugseitigen Drucks ist kleiner als der Minimalwert des ansaugseitigen Drucks. Bei einer Ausführungsform kann der Minimalwert des ansaugseitigen Drucks 100 kPa betragen, und der Maximalwert des austragsseitigen Drucks kann 1800 kPa betragen. Der Minimalwert des ansaugseitigen Drucks und der Maximalwert des austragsseitigen Drucks können in der Steuerung 130 gespeichert sein und können auch einstellbar sein.
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Nach Schritt 203 fährt das Verfahren 200 mit Schritt 204 fort. Bei Schritt 204 betreibt die Steuerung 130 eine aus den Vorrichtungen: erste Kühlmittelpumpe 110, zweite Kühlmittelpumpe 126 und Kompressor 112 auf Grundlage der bei Schritt 203 ermittelten Bedingung. Die Beziehung der verschiedenen Bedingungen und des zugeordneten Betriebs der ersten Kühlmittelpumpe 110, der zweiten Kühlmittelpumpe 125 und des Kompressors 112, wie nachfolgend beschrieben ist, können in der Steuerung 130 gespeichert werden, so dass, wenn sie die Bedingung empfängt, sie die Vorrichtungen entsprechend betreiben kann.
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Wenn die Messung des ansaugseitigen Drucks geringer als der Minimalwert des ansaugseitigen Drucks ist, setzt die Steuerung 130 die erste Kühlmittelpumpe 110 auf einen Betrieb bei einer maximalen Drehzahl und den Kompressor 112 auf den Betrieb bei einer minimalen Drehzahl. Dies kann ermöglichen, dass so viel thermische Energie wie möglich von dem ersten Kühlmittel über die Vorrichtung 108 für thermische Speicherung an das Kältemittel übertragen wird. Dies kann allgemein stattfinden, wenn das Fahrzeug 101 und die Wärmepumpe 100 mit thermischem Speicher gerade starten.
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Wenn die Messung des ansaugseitigen Drucks höher als der Minimalwert des ansaugseitigen Drucks ist und die Messung des austragsseitigen Drucks geringer als der Maximalwert des austragsseitigen Drucks ist, erhöht die Steuerung 130 die Drehzahl des Kompressors rampenartig auf eine maximale Drehzahl. Die Steuerung 130 setzt ferner die zweite Kühlmittelpumpe 126 auf einen Betrieb bei einer minimalen Drehzahl. Die Steuerung 130 behält die erste Kühlmittelpumpe 110 bei der maximalen Drehzahl bei.
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Das Verfahren 200 kann ferner ein Empfangen einer Solltemperator oder -wärmemenge für den Fahrgastraum 102 von einem Eingangsmodul 133 aufweisen. Die Steuerung 130 erhöht dann rampenartig die Drehzahl der zweiten Kühlmittelpumpe 126, so dass die richtige Wärmemenge an das zweite Kühlmittel über den zweiten Wärmetauscher 107 übertragen werden kann, um die gewünschte Wärmemenge an den Fahrgastraum 102 über den Heizerkern 125 zu liefern.
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Die Wärmequelle, d.h. von der Vorrichtung 108 für thermische Speicherung und/oder aus der Umgebungsluft über den dritten Wärmetauscher 119, wird von der Steuerung 130 gemäß dem Verfahren 300, wie in 3 gezeigt und nachfolgend beschrieben ist, ermittelt.
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Bezug nehmend auf 3 ist das Verfahren 300 zum Steuern der Wärmepumpe 100 mit thermischem Speicher gezeigt. Insbesondere ist das Verfahren 300 ein Verfahren zum Ermitteln der Wärmequelle zum Erwärmen des Fahrgastraums 102, wenn sich das Fahrzeug in einem aktiven Fahrzustand befindet und sich die Wärmepumpe 100 mit thermischem Speicher in einem stabilen Zustand befindet, und zum entsprechenden Betreiben der verschiedenen Vorrichtungen der Wärmepumpe 100 mit thermischem Speicher. Die Vorrichtungen weisen den Heizer 111, die erste Kühlmittelpumpe 110, die zweite Kühlmittelpumpe 126, den Kompressor 112 und die Strömungssteuerventile 121, 122, 123 und 124 auf.
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Das Verfahren 300 beginnt bei Schritt 301, bei dem die Steuerung 130 eine Messung von Parametern aufnimmt. Wie oben erläutert ist, umfassen die Parameter die Temperatur der Vorrichtung 108 für thermische Speicherung, die Temperatur der Umgebungsluft und die Feuchte der Umgebungsluft. Der Schritt 301 weist die Unterschritte 301a - c auf, wie in 4 gezeigt ist.
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Bezug nehmend auf 4 empfängt bei Schritt 301a die Steuerung 130 eine Temperaturmessung von der Vorrichtung 108 für thermische Speicherung. Wie oben erläutert ist, wird die Temperatur der Vorrichtung 108 für thermische Speicherung von dem ersten Temperatursensor 109 gemessen, der dann die resultierende Messung der Temperatur der Vorrichtung für thermische Speicherung an die Steuerung 130 übertragen wird.
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Bei Schritt 301b empfängt die Steuerung 130 eine Messung der Umgebungslufttemperatur. Wie oben erläutert ist, wird die Temperatur der Umgebungsluft von dem zweiten Temperatursensor 131 gemessen, der dann die resultierende Messung der Temperatur der Umgebungsluft an die Steuerung 130 überträgt.
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Bei Schritt 301c empfängt die Steuerung 130 eine Feuchtemessung der Umgebungsluft. Wie oben erläutert ist, wird die Feuchte der Umgebungsluft von dem Feuchtesensor 132 gemessen, der dann die resultierende Feuchtemessung an die Steuerung 130 überträgt.
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Es sei angemerkt, dass die Schritte 301a - c in beliebiger Reihenfolge ausgeführt werden können.
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Zurück Bezug nehmend auf 3 fährt das Verfahren 300 nach Schritt 301 mit Schritt 302 fort. Bei Schritt 302 betreibt die Steuerung 130 die Wärmepumpe 100 mit thermischem Speicher auf Grundlage von Beziehungen zwischen der Temperatur der Vorrichtung 108 für thermische Speicherung, der Temperatur der Umgebungsluft und der Umgebungsfeuchte mit dem Betrieb der Vorrichtungen. Die Beziehungen, die nachfolgend beschrieben sind, sind in der Steuerung 130 gespeichert, so dass, wenn er die Messungen der Parameter aufnimmt, sie die Vorrichtungen entsprechend betreibt.
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Allgemein kann bei kälteren Umgebungslufttemperaturen die Wärmepumpe 100 mit thermischem Speicher Wärme, die in der Vorrichtung 108 für thermische Speicherung gespeichert ist, anstatt von Wärme verwenden, die von Umgebungsluft über den dritten Wärmetauscher 119 entnommen wird, um den Fahrgastraum 102 zu erwärmen, wie oben erläutert ist. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Umgebungsluft zu kalt sein kann, um ausreichend Wärme zum Erwärmen des Fahrgastraums 102 bereitzustellen. In einer solchen Situation dienen die erste Kühlmittelpumpe 110, der Kompressor 112 und die zweite Kühlmittelpumpe 126 dazu, um die in der Vorrichtung 108 für thermische Speicherung gespeicherte Wärme an den Fahrgastraum 102 über den Heizerkern 125 zu übertragen.
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Jedoch kann, wenn die Temperatur der Umgebungsluft zunimmt und es immer noch gewünscht ist, den Fahrgastraum 102 zu erwärmen, ausreichend Wärme in der Umgebungsluft vorhanden sein, um den Fahrgastraum 102 zu heizen, so dass der Gebrauch der in der Vorrichtung 108 für thermische Speicherung gespeicherten Wärme unnötig ist. Zusätzlich kann, wenn die Feuchte der Umgebungsluft ebenfalls zunimmt, ein größerer Bedarf nach einem Austausch von Wärme mit der Umgebungsluft über den dritten Wärmetauscher 119 vorhanden sein, um die Luft zu entfeuchten. In solchen Situationen dienen die Strömungssteuerventile 123 und 124 dazu, die Strömung durch den dritten Wärmetauscher 119 zu lenken, um die Wärme aus der Umgebungsluft zu absorbieren. Der Kompressor 112 und die zweite Kühlmittelpumpe 126 dienen dazu, die Wärme an das zweite Kühlmittel über den zweiten Wärmetauscher 107 und schließlich an den Fahrgastraum 102 über den Heizerkern 125 zu übertragen.
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Gleichermaßen ist, wenn die Temperatur der Vorrichtung 108 für thermische Speicherung zunimmt, mehr Wärme zur Verwendung zum Aufheizen des Fahrgastraums 102 verfügbar. Jedoch kann, wenn die Temperatur der Vorrichtung 108 für thermische Speicherung abnimmt, es notwendig sein, die Heizung 111 so zu betreiben, dass zusätzliche Wärme zur Speicherung in der Vorrichtung 108 für thermische Speicherung bereitgestellt und anschließend an den Fahrgastraum 102 übertragen wird. Beispielsweise kann dies entstehen, wenn die Temperatur der Vorrichtung für thermische Speicherung 10 Grad C und darunter beträgt. In einigen Situationen, bei denen die Umgebungsluft über einer gewissen Temperatur liegt, braucht trotz der kälteren Temperatur der Vorrichtung 108 für thermische Speicherung die Heizung nicht betrieben zu werden. Beispielsweise kann dies entstehen, wenn die Temperatur der Vorrichtung für thermische Speicherung 10 Grad C beträgt und die Temperatur der Umgebungsluft 10 Grad C oder darüber ist.
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Es können Situationen entstehen, bei denen Wärme von sowohl der Vorrichtung 108 für thermische Speicherung als auch der Umgebungsluft entnommen wird. Beispielsweise kann dies entstehen, wenn die Temperatur der Vorrichtung 108 für thermische Speicherung 10 Grad C beträgt, die Temperatur der Umgebungsluft 10 Grad C beträgt und die Feuchte der Umgebungsluft zwischen 50 % und 90 % liegt.
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Die Kombination der Parameter (d.h. Umgebungslufttemperatur, Feuchte der Umgebungsluft und Temperatur der Vorrichtung 108 für thermische Speicherung) bestimmt, ob die Wärmepumpe 100 mit thermischem Speicher Wärme von der Umgebungsluft, Wärme, die in der Vorrichtung 108 für thermische Speicherung gespeichert ist, oder Wärme von beiden Quellen verwenden kann, um den Fahrgastraum 102 zu heizen. In der Steuerung 130 ist gespeichert, von welcher Quelle die Wärmepumpe 100 mit thermischem Speicher Wärme ziehen soll, wenn die Parameter bei bestimmten Bedingungen liegen. Somit kann, wenn die Steuerung 130 die erste Temperaturmessung, die zweite Temperaturmessung und die Feuchtemessung empfängt, dieser ermitteln, aus welcher Quelle die Wärmepumpe 100 mit thermischem Speicher Wärme ziehen soll, und die Vorrichtungen in der Wärmepumpe 100 mit thermischem Speicher entsprechend betreiben.
