DE102014113632B4

DE102014113632B4 - Verfahren zur Regelung eines elektromotorischen Verdichters in einem Wärmepumpensystem für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102014113632B4
Application number: DE102014113632.2A
Authority: DE
Inventors: Hak Kyu Kim; Sung Ho Kang; Sang Ki Lee; Young Ho Choi; Jae Min Lee; Jung Jae Lee
Original assignee: Halla Visteon Climate Control Corp
Current assignee: Hanon Systems Corp
Priority date: 2013-09-23
Filing date: 2014-09-22
Publication date: 2016-09-01
Anticipated expiration: 2034-09-23
Also published as: KR101983697B1; CN104457071B; US9903628B2; DE102014113632A1; US20150082814A1; KR20150032980A; CN104457071A

Abstract

Verfahren zur Regelung eines elektromotorischen Verdichters in einem Wärmepumpensystem für ein Kraftfahrzeug, umfassend: – einen Temperatur-Erfassungsschritt S100 zur Erfassung einer Soll-Temperatur T_target und einer Raumtemperatur T; – einen Drehzahl-Berechnungsschritt S200 zur Berechnung der Anzahl der Umdrehungen eines Verdichters 300 basierend auf der Solltemperatur T_target und der Raumtemperatur T, welche in dem Temperatur-Erfassungsschritt S100 erfasst wurden; – einen Ablassdruck-Erfassungsschritt S400 zur Erfassung eines Ablassdrucks Pd des Verdichters 300; und – einen Drehzahl-Regelungsschritt S500 zur Herabsetzung der Anzahl der Umdrehungen des Verdichters 300, wenn der erfasste Ablassdruck Pd einem vorgegebenen maximalen Erwärmungs-Ablassgrenzdruck Pd_h_max entspricht oder höher ist, und zur Erhöhung der Anzahl der Umdrehungen des Verdichters 300, wenn der erfasste Ablassdruck Pd im Heizbetrieb einem vorgegebenen maximalen Erwärmungs-Ablassmindestdruck Pd_h_min entspricht oder niedriger ist, wobei der Ablassdruck-Erfassungsschritt S400 nach dem Drehzahl-Regelungsschritt S500 erneut durchgeführt wird, wobei die Anzahl der Umdrehungen des Verdichters 300 mit einer Anstiegsrate erhöht wird, welche größer ist als eine vorherige Anstiegsrate in dem Drehzahl-Regelungsschritt S500, wenn der Ablassdruck Pd dem maximalen Erwärmungs-Ablassmindestdruck P d_h_min entspricht oder niedriger ist, und die Raumtemperatur T niedriger ist als die Solltemperatur T_target, selbst nach Ablauf einer bestimmten Zeit, seit welcher die Anzahl der Umdrehungen geregelt wird.

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf ein Verfahren zur Regelung eines elektromotorischen Verdichters, insbesondere auf ein Verfahren zur Regelung eines elektromotorischen Verdichters in einem Wärmepumpensystem für ein Kraftfahrzeug, welches ein unerwartetes Abschalten des Verdichters in einem Wärmepumpensystem für ein Kraftfahrzeug verhindern kann, indem die Anzahl der Umdrehungen des Verdichters basierend auf dem Ablassdruck des Verdichters geregelt wird.
Beschreibung des verwandten Stands der Technik
Ein Wärmepumpensystem bezieht sich im Allgemeinen auf ein Klimatisierungssystem, welches ausgelegt ist, eine Kühlung und Erwärmung gleichzeitig unter Verwendung eines einzigen Kältemittelsystems durchzuführen. Das Wärmepumpensystem umfasst einen Verdichter, einen inneren Wärmeübertrager, einen äußeren Wärmeübertrager, ein Expansionsventil und ein Wegeventil.
Bei Durchführung der Kühlung zirkuliert in dem Wärmepumpensystem ein Kältemittel entlang der Pfade des Verdichters, des äußeren Wärmeübertragers, des Expansionsventils, des inneren Wärmeübertragers und des Verdichters. Bei Durchführung der Erwärmung zirkuliert ein Kältemittel entlang der Pfade des Verdichters, des inneren Wärmeübertragers, des Expansionsventils und des äußeren Wärmeübertragers sowie des Verdichters.
Das heißt, dass der innere Wärmeübertrager bei Durchführung der Kühlung als Verdampfer und der äußere Wärmeübertrager als Kondensator betrieben wird. Bei Durchführung der Erwärmung wird der innere Wärmeübertrager als Kondensator und der äußere Wärmeübertrager als Verdampfer betrieben.
Aus der US 5 537 831 A ist eine Klimaanlage für Elektromobile bekannt, die einen Kältemittelkreislauf, der einen Kältemittelverdichter aufweist, der durch einen Elektromotor angetrieben wird, einen Kältemitteldrucksensor für die Erfassung des Drucks auf der Hochdruckseite des Kältemittelkreislaufs sowie einen Klimaanlagenregler umfasst. Die Drehgeschwindigkeit des Elektromotors wird auf der Basis einer variabel geregelten Frequenz bestimmt. Der Kältemitteldrucksensor bestimmt den Druck des Kältemittels, das durch den Kältemittelverdichter verdichtet zum Heiz-Wärmeübertrager strömt, und gibt ihn an einen Klimaanlagenregler weiter. Der Klimaanlagenregler regelt einen Wechselrichter auf der Basis des Wertes, der durch den Kältemitteldrucksensor bestimmt wurde. Die Klimaanlage ist sowohl als Kühler als auch als Wärmepumpe betreibbar. Im Wärmepumpenbetrieb wird zur Regelung des elektromotorisch angetriebenen Kältemittelverdichters eine Solltemperatur, eine Innenraumtemperatur des Fahrzeugs und ein Ablassdruck des Verdichters erfasst sowie eine Verdichterdrehzahl berechnet.
1 ist ein Schaltbild, in welchem ein herkömmliches Wärmepumpensystem für ein Kraftfahrzeug dargestellt ist, welches in der KR 10 2008 0 026 983 A offenbart ist. Das herkömmliche Wärmepumpensystem für ein Kraftfahrzeug umfasst einen Verdichter 10 und einen inneren Wärmeübertrager 20. Der Verdichter 10 verdichtet ein dampfförmiges Kältemittel zu Gas mit hoher Temperatur und hohem Druck. In dem inneren Wärmeübertrager 20 erfolgt die Übertragung des verdichteten Kältemittels mit hoher Temperatur und hohem Druck an die Umgebungsluft.
Das herkömmliche Wärmepumpensystem für ein Kraftfahrzeug umfasst ein Expansionsventil 30, einen äußeren Wärmeübertrager 40 und einen inneren Wärmeübertrager 50. Das Expansionsventil 30 entspannt ein Kältemittel, welches durch den inneren Wärmeübertrager 20 einer Wärmeübertragung mit niedriger Temperatur und niedrigem Druck unterzogen wurde. Der äußere Wärmeübertrager 40 sammelt das entspannte Kältemittel mit niedriger Temperatur und niedrigem Druck und verdampft das gesammelte Kältemittel unter Durchführung einer Wärmeübertragung des gesammelten Kältemittels an die Umgebungsluft. Insbesondere ist der äußere Wärmeübertrager 40 an der Außenseite eines Kraftfahrzeuges angebracht und ausgelegt, das Kältemittel mit niedriger Temperatur und niedrigem Druck zu verdampfen, während Umgebungswärme absorbiert wird.
Der innere Wärmeübertrager 50 führt eine Wärmeübertragung zwischen einem Kältemittel an der Auslassseite des inneren Wärmeübertragers 20 mit einem Kältemittel an der Auslassseite des äußeren Wärmeübertragers 40 durch und senkt zwangsläufig die Temperatur des Kältemittels an der Auslassseite des inneren Wärmeübertragers 20.
Der innere Wärmeübertrager 50 ist mit einem ersten Kanal 52 und einem zweiten Kanal 54 ausgestattet, welche miteinander korrespondieren. Ein Kältemittel mit hoher Temperatur, welches von dem inneren Wärmeübertrager 20 zu dem Expansionsventil 30 strömt, kann durch den ersten Kanal 52 strömen. Ein Kältemittel mit niedriger Temperatur, welches von dem äußeren Wärmeübertrager 40 zu dem Verdichter 10 strömt, kann durch den zweiten Kanal 54 strömen. Das Kältemittel mit hoher Temperatur, welches durch den ersten Kanal 52 strömt, und das Kältemittel mit niedriger Temperatur, welches durch den zweiten Kanal 54 strömt, werden einer gegenseitigen Wärmeübertragung unterzogen.
In diesem Fall umfasst das herkömmliche Wärmepumpensystem Heizmittel 60 zur Erwärmung eines Kältemittels, welches von dem zweiten Kanal 54 des inneren Wärmeübertragers 50 zu dem Verdichter 10 strömt. Die Heizmittel 60 können aus einem Hitzdraht-Heizer oder PTC(Positive Temperature Coefficient)-Heizer ausgebildet sein.
Ein derartiges herkömmliches Wärmepumpensystem für ein Kraftfahrzeug umfasst eine Steuerelektronik zur Zwangsabschaltung eines elektromotorischen Verdichters, um bei Durchführung der Kühlung oder Erwärmung eine Überlastung des Systems zu verhindern.
Bei Durchführung der Kühlung (d.h. im Klimatisierungsmodus), wenn der Ablassdruck, d.h. der Druck an der Hochdruckseite, einen bestimmten Pegel überschreitet, während der elektromotorische Verdichter in Betrieb ist, wird der elektromotorische Verdichter zur Gewährleistung einer langen Lebensdauer und Sicherheit des Wärmepumpensystems zwangsabgeschaltet.
Zudem kann bei Durchführung der Erwärmung (d.h. im Wärmepumpenmodus) der elektromotorische Verdichter aufgrund von Überstrom abgeschaltet werden, welcher infolge einer erhöhten Belastung selbst bei gleicher Anzahl von Umdrehungen (rpm) des Verdichters auftritt, da das Verdichtungsverhältnis des Kältemittels gegenüber dem Fall erhöht ist, bei welchem die Kühlung aufgrund einer niedrigen Außentemperatur vorgenommen wird.
Wenn der elektromotorische Verdichter unerwartet abgeschaltet wird, wenn die Kühlung oder die Erwärmung wie vorangehend erläutert vorgenommen werden, kann sich ein Fahrzeuginsasse unbehaglich fühlen, da der elektromotorische Verdichter in dem Fahrzeug keine Kühlung und Erwärmung vornimmt. Ferner besteht das Problem, dass aufgrund des wiederholten Neustartens Geräusche und Schwingungen erzeugt werden.
Vorteile der Erfindung
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf die Bereitstellung eines Verfahrens zur Regelung eines elektromotorischen Verdichters in einem Wärmepumpensystem für ein Kraftfahrzeug, welches ein unerwartetes Abschalten eines Verdichters durch Regelung der Anzahl der Umdrehungen des Verdichters basierend auf dem Ablassdruck des Verdichters verhindern kann.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zur Regelung eines elektromotorischen Verdichters in einem Wärmepumpensystem für ein Kraftfahrzeug einen Temperatur-Erfassungsschritt zur Erfassung einer Solltemperatur T_{_target} und einer Raumtemperatur T; einen Drehzahl-Berechnungsschritt zur Berechnung der Anzahl an Umdrehungen des Verdichters basierend auf der Solltemperatur T_{_target} und der Raumtemperatur T, welche in dem Temperatur-Erfassungsschritt erfasst wurden; einen Ablassdruck-Erfassungsschritt zur Erfassung eines Ablassdrucks P_d des Verdichters; und einen Drehzahl-Regelungsschritt zur Herabsetzung der Anzahl an Umdrehungen des Verdichters, wenn der erfasste Ablassdruck P_d einem vorgegebenen maximalen Erwärmungs-Ablassgrenzdruck P_{d_h_max} entspricht oder höher ist, und zur Erhöhung der Anzahl an Umdrehungen des Verdichters, wenn der erfasste Ablassdruck P_d im Heizbetrieb einem vorgegebenen maximalen Erwärmungs-Ablassmindestdruck P_{d_h_min} entspricht oder niedriger ist. Der Ablassdruck-Erfassungsschritt wird nach dem Drehzahl-Regelungsschritt wiederholt durchgeführt, wobei die Anzahl an Umdrehungen des Verdichters mit einer Anstiegsrate erhöht wird, welche größer ist als eine vorherige Anstiegsrate in dem Drehzahl-Regelungsschritt, wenn der Ablassdruck P_d einem maximalen Erwärmungs-Ablassmindestdruck P_{d_h_min} entspricht oder niedriger ist, und die Raumtemperatur T niedriger ist als die Solltemperatur T_{_target}, selbst nach Ablauf einer bestimmten Zeit, seit welcher die Anzahl an Umdrehungen geregelt wird.
Der PTC-Heizer wird betrieben, wenn der Ablassdruck P_d dem maximalen Erwärmungs-Ablassgrenzdruck P_{d_h_max} entspricht oder höher ist, und die Raumtemperatur T niedriger ist als die Solltemperatur T_{_target}, nachdem die Anzahl an Umdrehungen des Verdichters in dem Drehzahl-Regelungsschritt herabgesetzt wurde.
Der Betrieb des Verdichters wird abgeschaltet, wenn die Anzahl der Umdrehungen des Verdichters einer vorgegebenen Mindestanzahl an Umdrehungen rpm_{_min} oder weniger entspricht, nachdem der Drehzahl-Regelungsschritt durchgeführt wurde.
Der Betrieb des Verdichters wird abgeschaltet, wenn der Ablassdruck P_d in dem Drehzahl-Regelungsschritt einem vorgegebenen Erwärmungs-Ablassgrenzdruck P_{d_L} entspricht oder höher ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zur Regelung eines elektromotorischen Verdichters in einem Wärmepumpensystem für ein Kraftfahrzeug einen Temperatur-Erfassungsschritt zur Erfassung einer Solltemperatur T_{_target} und einer Raumtemperatur T; einen Drehzahl-Berechnungsschritt zur Berechnung der Anzahl an Umdrehungen eines Verdichters basierend auf der Solltemperatur T_{_target} und der Raumtemperatur T, welche in dem Temperatur-Erfassungsschritt erfasst wurden, und einen Ablassdruck-Erfassungsschritt zur Erfassung eines Ablassdrucks P_d des Verdichters; und einen Drehzahl-Regelungsschritt zur Herabsetzung der Anzahl an Umdrehungen des Verdichters, wenn der erfasste Ablassdruck P_d einem vorgegebenen maximalen Kühlungs-Ablassgrenzdruck P_{d_c_max} entspricht oder höher ist, und zur Erhöhung der Anzahl an Umdrehungen des Verdichters, wenn der erfasste Ablassdruck P_d im Kühlbetrieb einem vorgegebenen maximalen Kühlungs-Ablassmindestdruck P_{d_c_min} entspricht oder niedriger ist. Der Ablassdruck-Erfassungsschritt wird nach dem Drehzahl-Regelungsschritt wiederholt durchgeführt. Die Anzahl an Umdrehungen des Verdichters 300 wird mit einer Anstiegsrate erhöht, welche größer ist als eine vorherige Anstiegsrate in dem Drehzahl-Regelungsschritt, wenn der Ablassdruck P_d einem maximalen Kühlungs-Ablassmindestdruck P_{d_c_min} entspricht oder höher ist, und die Raumtemperatur T höher ist als die Solltemperatur T_{_target}, selbst nach Ablauf einer bestimmten Zeit, seit welcher die Anzahl der Umdrehungen geregelt wird.
Die Anzahl an Umdrehungen des Verdichters wird mit einer vorgegebenen Anstiegsrate in dem Drehzahl-Regelungsschritt herabgesetzt.
Der Betrieb des Verdichters wird abgeschaltet, wenn die Anzahl der Umdrehungen des Verdichters einer vorgegebenen Mindestanzahl an Umdrehungen rpm_{_min} oder weniger entspricht, nachdem der Drehzahl-Regelungsschritt durchgeführt wurde.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die vorangehenden und weiteren Aufgaben, Merkmale sowie weiteren Vorteile der vorliegenden Erfindung sollen anhand der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen besser erkannt werden, wobei:
1 ein Schaltbild ist, in welchem ein herkömmliches Wärmepumpensystem nach dem Stand der Technik für ein Kraftfahrzeug dargestellt ist;
2 ein Ablaufdiagramm ist, in welchem ein System zur Regelung eines Verdichters gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt ist;
3 ein Flussdiagramm ist, in welchem ein Verfahren zur Regelung eines Verdichters dargestellt ist, wenn die Kühlung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird; und
4 ein Flussdiagramm ist, in welchem ein Verfahren zur Regelung eines Verdichters dargestellt ist, wenn die Erwärmung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird.
Beschreibung bestimmter Ausführungsformen
Bei dem nachfolgend beschriebenen „Verdichter“ handelt es sich um einen elektromotorischen Verdichter, welcher ein Wärmepumpensystem für ein Kraftfahrzeug bildet. Der Verdichter kann unabhängig von der Betriebsdrehzahl eines Kraftfahrzeugs betrieben werden, da der Verdichter die Antriebskraft unter Nutzung von elektrischem Strom erzeugt.
Ausführungsformen
2 ist ein Ablaufdiagramm, in welchem ein Verfahren zur Regelung eines Verdichters gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt ist. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden der Wert einer Raumtemperatur T in einem Kraftfahrzeug, welcher durch einen Temperatursensor 100 erfasst wird, und der Wert des Ablassdrucks P_d von einem Verdichter 300, welcher durch einen Drucksensor 200 erfasst wird, an eine Regeleinheit 400 übertragen.
Die Regeleinheit 400 bestimmt die Anzahl der Umdrehungen des Verdichters 300 basierend auf einer Solltemperatur T_{_target} und einer momentanen Raumtemperatur T, welche von einem Fahrer voreingestellt sind. Die Regeleinheit 400 regelt den Ablassdruck P_d von einem Kältemittel, welcher von dem Verdichter 300 nach außen abgeleitet wird, so dass der Ablassdruck P_d eine bestimmte Größe beibehält, indem die Anzahl der Umdrehungen des Verdichters 300 basierend auf dem Ablassdruck P_d des Verdichters 300 geregelt wird, welcher durch den Drucksensor 200 erfasst wurde, wodurch ein unerwartetes Abschalten des Verdichters 300 verhindert wird.
Ein Verfahren zur Regelung der Anzahl der Umdrehungen des Verdichters 300, wenn das Wärmepumpensystem einen Heizbetrieb (im Wärmepumpenmodus) und einen Kühlbetrieb (im Klimatisierungsmodus) durchführt, soll nachfolgend Schritt für Schritt unter Bezugnahme auf die 3 und 4 erläutert werden.
4 ist ein Flussdiagramm, in welchem ein Verfahren zur Regelung eines Verdichters dargestellt ist, wenn die Erwärmung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird.
Unter Bezugnahme auf 4 werden beim Starten des Heizbetriebes eines Wärmepumpensystems zunächst eine Solltemperatur T_{_target} und eine momentane Raumtemperatur T, welche von einem Fahrer voreingestellt sind, durch den Temperatursensor 100 in Schritt S100 erfasst, und an die Regeleinheit 400 an einer Seite des Verdichters 300 übertragen.
Die Regeleinheit 400 berechnet die Anzahl der Umdrehungen (rpm) des Verdichters 300 basierend auf der in Schritt S200 erfassten Solltemperatur T_{_target} und der erfassten Raumtemperatur T, bestimmt die Anzahl der Umdrehungen des Verdichters 300 basierend auf dem in Schritt S300 berechneten Wert, und regelt anschließend den Betrieb des Verdichters 300.
Ferner wird der Ablassdruck P_d eines durch den Verdichter 300 verdichteten und abgelassenen Kältemittels in Schritt S400 durch den Drucksensor 200 erfasst und anschließend an die Regeleinheit 400 übertragen.
Die Regeleinheit 400 regelt in Schritt S500 die Anzahl der Umdrehungen des Verdichters 300 basierend auf dem erfassten Ablassdruck P_d des Verdichters 300. Wenn der erfasste Ablassdruck P_d einem Erwärmungs-Ablassgrenzdruck P_{d_L} oder einem höheren Druck entspricht, schaltet die Regeleinheit 400 den Betrieb des Verdichters 300 ab. Ferner, wenn der erfasste Ablassdruck P_d einem maximalen Erwärmungs-Ablassgrenzdruck P_{d_h_max} entspricht oder höher ist, regelt die Regeleinheit 400 die Anzahl der Umdrehungen, sodass die Anzahl herabgesetzt wird. Wenn der erfasste Ablassdruck P_d einem maximalen Erwärmungs-Ablassmindestdruck P_{d_h_min} entspricht oder niedriger ist, regelt die Regeleinheit 400 die Anzahl der Umdrehungen, so dass die Anzahl erhöht wird. Das heißt, dass die Regeleinheit 400 die Anzahl der Umdrehungen des Verdichters 300 regelt, so dass der Ablassdruck P_d des Verdichters 300 zwischen dem maximalen Erwärmungs-Ablassmindestdruck P_{d_h_min} und dem maximalen Erwärmungs-Ablassgrenzdruck P_{d_h_max} verbleibt.
In diesem Fall erfolgt eine Erhöhung der Anzahl der Umdrehungen des Verdichters 300, wenn der Ablassdruck P_d noch immer dem maximalen Erwärmungs-Ablassgrenzdruck P_{d_h_min} entspricht oder niedriger ist, und die Raumtemperatur T niedriger ist als die Solltemperatur T_{_target}, selbst nach Ablauf einer bestimmten Zeit.
In diesem Fall können die Werte des Erwärmungs-Ablassgrenzdrucks P_{d_L}, des maximalen Erwärmungs-Ablassgrenzdrucks P_{d_h_max} und des maximalen Erwärmungs-Ablassmindestdrucks P_{d_h_min} voreingestellt sein. Der Erwärmungs-Ablassgrenzdruck P_{d_L} von 205,94 N/cm², der maximale Erwärmungs-Ablassgrenzdruck P_{d_h_max} von 176,52 N/cm², und der maximale Erwärmungs-Ablassmindestdruck von 166,71 N/cm² können beispielsweise in Form von Daten in dem Speicher 500 vorgespeichert sein. Die Regeleinheit 400 vergleicht den Ablassdruck P_d mit den in dem Speicher 500 gespeicherten Daten.
Wenn die Anzahl der Umdrehungen des Verdichters 300 herabgesetzt werden soll, regelt die Regeleinheit 400 die Anzahl der Umdrehungen des Verdichters 300, so dass die Anzahl mit einer Anstiegsrate von „sr₀“ herabgesetzt wird, welche in dem Speicher 500 voreingestellt ist. Wenn die Anzahl der Umdrehungen des Verdichters 300 erhöht werden soll, erhöht die Regeleinheit 400 eine vorhandene Anstiegsrate „sr“ mit einem bestimmten Verhältnis „f“ und regelt die Anzahl der Umdrehungen des Verdichters 300, so dass diese erhöht wird.
Unter erneuter Bezugnahme auf 4 vergleicht die Regeleinheit 400 den Ablassdruck P_d mit dem Erwärmungs-Ablassgrenzdruck P_{d_L} in Schritt S510. Wenn im Ergebnis des Vergleichs festgestellt wird, dass der erfasste Ablassdruck P_d dem Erwärmungs-Ablassgrenzdruck P_{d_L} entspricht oder höher ist, schaltet die Regeleinheit 400 den Betrieb des Verdichters 300 in Schritt S511 ab.
Wenn der erfasste Ablassdruck P_d beispielsweise niedriger ist als der Erwärmungs-Ablassgrenzdruck P_{d_L}, vergleicht die Regeleinheit 400 den erfassten Ablassdruck P_d mit dem maximalen Erwärmungs-Ablassgrenzdruck P_{d_h_max} in Schritt S520. Wenn im Ergebnis des Vergleichs festgestellt wird, dass der erfasste Ablassdruck P_d niedriger ist als der Erwärmungs-Ablassgrenzdruck P_{d_L} und dem maximalen oder höheren Erwärmungs-Ablassgrenzdruck P_{d_h_max} entspricht, reduziert die Regeleinheit 400 die Anzahl der Umdrehungen des Verdichters 300 mit der vorgegebenen Anstiegsrate „sr₀“ (z.B. 50 rpm/s) in Schritt S521.
In diesem Fall, wenn die reduzierte Anzahl der Umdrehungen (rpm) des Verdichters 300 einer vorgegebenen Mindestanzahl an Umdrehungen rpm_{_min} (z.B. 2000 rpm) entspricht oder niedriger ist, schaltet die Regeleinheit 400 den Betrieb des Verdichters 300 ab, um in Schritt S511 eine Fehlfunktion zu verhindern. Ferner, wenn die Anzahl der Umdrehungen des Verdichters 300, welche durch den Schritt der Regelung der Anzahl der Umdrehungen herabgesetzt wurde, höher ist als die vorgegebene Mindestanzahl an Umdrehungen rpm_{_min}, erfasst die Regeleinheit 400 in Schritt S522 über die Temperatursensoren 100 eine aktuelle Raumtemperatur T.
Wenn die erfasste Raumtemperatur T der Solltemperatur T_{_target} entspricht oder höher ist, kehrt die Regeleinheit 400 zurück zu Schritt S300 zur Einstellung der Anzahl der Umdrehungen des Verdichters 300, und treibt den Verdichter 300 basierend auf der reduzierten Anzahl an Umdrehungen an.
Dahingegen, wenn die erfasste Raumtemperatur T niedriger ist als die Soll-Temperatur T_{_target}, erhöht die Regeleinheit 400 in Schritt S523 die Wärmekapazität eines PTC-Heizers 600. In diesem Fall, wenn sich der PTC-Heizer 600 in einem ausgeschalteten (OFF) Zustand befindet, schaltet die Regeleinheit 400 den PTC-Heizer 600 von dem ausgeschalteten (OFF) Zustand in einen angeschalteten (ON) Zustand. Die Wärmekapazität des PTC-Heizers 600 kann durch die Menge der zugeführten elektrischen Energie, beispielsweise eine bereitgestellte Stromquelle, geregelt werden. Ein Anstieg in der Wärmekapazität des PTC-Heizers 600 kann gegebenenfalls genau eingestellt werden.
Wenn im Ergebnis des Vergleichs in Schritt S520 festgestellt wird, dass der erfasste Ablassdruck P_d niedriger ist als der maximale Erwärmungs-Ablassgrenzdruck P_{d_h_max}, vergleicht die Regeleinheit 400 in Schritt S530 den Ablassdruck P_d mit dem maximalen Erwärmungs-Ablassmindestdruck P_{d_h_min}. Wenn im Ergebnis des Vergleichs festgestellt wird, dass der erfasste Ablassdruck P_d niedriger ist als der maximale Erwärmungs-Ablassgrenzdruck P_{d_h_max} und höher ist als der maximale Erwärmungs-Ablassmindestdruck P_{d_h_min}, kehrt die Regeleinheit 400 zurück zu Schritt S100 zur Erfassung der Temperatur, und treibt und regelt den Verdichter 300 basierend auf der Anzahl an Umdrehungen an, welche basierend auf der Raumtemperatur T und der Solltemperatur T_{_target} berechnet wurde.
Wenn im Ergebnis des Vergleichs in Schritt S530 festgestellt wird, dass der erfasste Ablassdruck P_d dem maximalen Erwärmungs-Ablassmindestdruck P_{d_h_min} entspricht oder niedriger ist, prüft die Regeleinheit 400 in Schritt S531 die Zeit. Wenn die geprüfte Zeit, für welche der maximale oder geringere Erwärmungs-Ablassmindestdruck P_{d_h_min} aufrechterhalten wird, eine bestimmte Zeit nicht überschreitet, kehrt die Regeleinheit 400 zurück zu Schritt S100 zur Erfassung der Temperatur. In diesem Fall kann das Kriterium für die Zeit, für welche der maximale oder geringere Kühlungs-Ablassmindestdruck P_{d_h_min} aufrechterhalten wird, gegebenenfalls genau ausgewählt werden.
Wenn die geprüfte Zeit, für welche der maximale oder geringere Erwärmungs-Ablassmindestdruck P_{d_h_min} aufrechterhalten wird, eine bestimmte Zeit überschreitet, erfasst die Regeleinheit 400 in Schritt S532 eine aktuelle Raumtemperatur T. In diesem Fall, wenn festgestellt wird, dass die erfasste Raumtemperatur T der Solltemperatur T_{_target} entspricht oder höher ist, erfasst die Regeleinheit 400 in Schritt S100 erneut die Raumtemperatur. Wenn die erfasste Raumtemperatur T niedriger ist als die Solltemperatur T_{_target}, erhöht die Regeleinheit 400 in Schritt S533 die Anzahl der Umdrehungen des Verdichters 300 mit der Anstiegsrate „sr“.
In diesem Fall wird die erhöhte Anzahl der Umdrehungen des Verdichters 300 dadurch erzielt, indem die vorhandene Anzahl der Umdrehungen mit einem Wert addiert wird, welcher durch Multiplikation der vorhandenen Anzahl der Umdrehungen durch die Anstiegsrate „sr“ erzielt wird. Wenn die Anzahl der Umdrehungen des Verdichters 300 zunächst erhöht wird, wird die vorbestimmte Anstiegsrate „sr₀“ für die Anzahl der Umdrehungen des Verdichters 300 übertragen. Anschließend, wenn die Anzahl der Umdrehungen des Verdichters 300 kontinuierlich erhöht werden soll, wird die vorangehende Anstiegsrate „sr“ mit dem bestimmten Verhältnis „f“ erhöht und in Schritt S534 auf die Anzahl der Umdrehungen übertragen. Wenn beispielsweise die Anstiegsrate „sr“ um 50% erhöht werden soll, wenn die in einem ersten Schritt angewandte Anstiegsrate 50 rpm/s beträgt, beträgt die Anstiegsrate in einem zweiten Schritt 75 rpm/s und die Anstiegsrate in einem dritten Schritt 87,5 rpm/s.
3 ist ein Flussdiagramm, in welchem ein Verfahren zur Regelung eines Verdichters dargestellt ist, wenn die Kühlung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird.
Wenn der Kühlbetrieb von einem Wärmepumpensystem gestartet wird, werden zunächst eine Solltemperatur T_{_target} und eine aktuelle Raumtemperatur T, welche von einem Fahrer eingestellt sind, durch den Temperatursensor 100 erfasst und in Schritt S10 an die Regeleinheit 400 an einer Seite des Verdichters 300 übertragen.
Die Regeleinheit 400 berechnet die Anzahl der Umdrehungen (rpm) des Verdichters 300 basierend auf der erfassten Solltemperatur T_{_target} und der erfassten Raumtemperatur T, stellt die Anzahl der Umdrehungen des Verdichters 300 basierend auf dem in Schritt S30 berechneten Wert ein, und regelt den Betrieb des Verdichters 300.
Ferner wird der Ablassdruck P_d eines Kältemittels, welches von dem Verdichter 300 abgegeben wurde, in Schritt S40 durch den Drucksensor 200 erfasst und an die Regeleinheit 400 übertragen.
Die Regeleinheit 400 regelt die Anzahl der Umdrehungen des Verdichters 300 basierend auf dem in Schritt S50 erfassten Ablassdruck P_d des Verdichters 300. Wenn der erfasste Ablassdruck P_d einem maximalen Kühlungs-Ablassgrenzdruck P_{d_c_max} entspricht oder höher ist, regelt die Regeleinheit 400 die Anzahl der Umdrehungen des Verdichters 300, so dass diese herabgesetzt wird. Wenn der erfasste Ablassdruck P_d einem maximalen Kühlungs-Ablassmindestdruck P_{d_c_min} entspricht oder niedriger ist, regelt die Regeleinheit 400 die Anzahl der Umdrehungen des Verdichters 300, so dass diese erhöht wird.
Das heißt, die Regeleinheit 400 regelt die Anzahl der Umdrehungen des Verdichters 300, so dass der Ablassdruck P_d des Verdichters 300 zwischen dem maximalen Kühlungs-Ablassmindestdruck P_{d_c_min} und dem maximalen Kühlungs-Ablassgrenzdruck P_{d_c_max} verbleibt.
In diesem Fall wird eine Erhöhung der Anzahl der Umdrehungen des Verdichters 300 durchgeführt, wenn der Ablassdruck P_d noch immer dem maximalen Kühlungs-Ablassmindestdruck P_{d_c_min} entspricht oder niedriger ist, und die Raumtemperatur T höher ist als die Solltemperatur T_{_target}, selbst nach Ablauf einer bestimmten Zeit.
In diesem Fall können die Werte des maximalen Kühlungs-Ablassgrenzdrucks P_{d_c_max} und des maximalen Kühlungs-Ablassmindestdrucks P_{d_c_min} voreingestellt sein. Beispielsweise können der maximale Kühlungs-Ablassgrenzdruck P_{d_c_max} von 304,01 N/cm² und der maximale Kühlungs-Ablassmindestdruck P_{d_c_min} von 372,65 N/cm² in dem Speicher 500 vorgespeichert sein. Die Regeleinheit 400 kann die gespeicherten Werte aus dem Speicher 500 auslesen und jeden dieser Werte mit dem Ablassdruck P_d vergleichen.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wenn die Anzahl der Umdrehungen des Verdichters 300 herabgesetzt werden soll, regelt die Regeleinheit 400 die Anzahl der Umdrehungen des Verdichters 300, so dass diese mit einer Anstiegsrate von „sr₀“, welche in dem Speicher 500 voreingestellt ist, herabgesetzt wird. Wenn die Anzahl der Umdrehungen des Verdichters 300 erhöht werden soll, erhöht die Regeleinheit 400 eine vorhandene Anstiegsrate „sr“ mit einem bestimmten Verhältnis „f“ und regelt die Anzahl der Umdrehungen des Verdichters 300, so dass diese erhöht wird.
Unter erneuter Bezugnahme auf 3 vergleicht die Regeleinheit 400 den erfassten Ablassdruck P_d mit dem maximalen Kühlungs-Ablassgrenzdruck P_{d_c_max} in Schritt S51. Wenn im Ergebnis des Vergleichs festgestellt wird, dass der erfasste Ablassdruck P_d dem maximalen Kühlungs-Ablassgrenzdruck P_{d_c_max} entspricht oder höher ist, senkt die Regeleinheit 400 in Schritt S52 die Anzahl der Umdrehungen des Verdichters 300 mit einer vorgegebenen Anstiegsrate (z.B. 50 rpm/s).
In diesem Fall, wenn die reduzierte Anzahl der Umdrehungen des Verdichters 300 einer Mindestanzahl an Umdrehungen rpm_{_min} (z.B. 2000 rpm) oder weniger entspricht, welche in dem Speicher 500 voreingestellt ist, schaltet die Regeleinheit 400 den Betrieb des Verdichters 300 ab, um in Schritt S53 eine Fehlfunktion zu vermeiden. Wenn die Anzahl der Umdrehungen des Verdichters 300, welche in Schritt S50 zur Regelung der Anzahl der Umdrehungen herabgesetzt wurde, höher ist als die vorgegebene Mindestanzahl an Umdrehungen rpm_{_min}, kehrt die Regeleinheit 400 zurück zu Schritt S30 zur Einstellung der Anzahl der Umdrehungen des Verdichters 300 und treibt den Verdichter 300 basierend auf der herabgesetzten Anzahl an Umdrehungen an.
Wenn im Ergebnis des Vergleichs in Schritt S51 festgestellt wird, dass der erfasste Ablassdruck P_d niedriger ist als der maximale Kühlungs-Ablassgrenzdruck P_{d_c_max}, vergleicht die Regeleinheit 400 in Schritt S54 den erfassten Ablassdruck P_d mit dem maximalen Kühlungs-Ablassmindestdruck P_{d_c_min}.
Wenn der erfasste Ablassdruck P_d niedriger oder höher ist als der maximale Kühlungs-Ablassgrenzdruck P_{d_c_max} und höher ist als der maximale Kühlungs-Ablassmindestdruck P_{d_c_min,} empfängt die Regeleinheit 400 eine aktuelle Raumtemperatur T, welche durch den Temperatursensor 100 erneut in Schritt S10 erfasst wurde, und treibt den Verdichter 300 basierend auf der Anzahl der Umdrehungen an, welche basierend auf der Raumtemperatur T und der Solltemperatur T_{_target} berechnet wurde.
Dahingegen, wenn im Ergebnis des Vergleichs in Schritt S54 festgestellt wird, dass der erfasste Ablassdruck P_d dem maximalen Kühlungs-Ablassmindestdruck P_{d_c_min} entspricht oder niedriger ist, prüft die Regeleinheit in Schritt S55 die Zeit. Wenn die geprüfte Zeit, für welche der maximale oder geringere Kühlungs-Ablassmindestdruck P_{d_c_min} aufrechterhalten wird, eine bestimmte Zeit nicht überschreitet, kehrt die Regeleinheit 400 zurück zu Schritt S10 zur Erfassung der Temperatur. In diesem Fall kann das Kriterium für die Zeit, für welche der maximale oder geringere Kühlungs-Ablassmindestdruck P_{d_c_min} aufrechterhalten wird, gegebenenfalls genau ausgewählt werden.
Dahingegen, wenn die geprüfte Zeit, für welche der maximale oder geringere Kühlungs-Ablassmindestdruck P_{d_c_min} aufrechterhalten wird, eine bestimmte Zeit überschreitet, erfasst die Regeleinheit 400 eine aktuelle Raumtemperatur T in Schritt S56. In diesem Fall, wenn die erfasste Raumtemperatur T der Solltemperatur T_{_target} oder weniger entspricht, empfängt die Steuereinheit 400 eine aktuelle Raumtemperatur T, welche durch den Temperatursensor 100 erneut in Schritt S10 erfasst wurde. Wenn die erfasste Raumtemperatur T höher ist als die Solltemperatur T_{_target}, erhöht die Regeleinheit 400 die Anzahl der Umdrehungen des Verdichters 300 mit der Anstiegsrate „sr“ in Schritt S57.
Dementsprechend wird die erhöhte Anzahl der Umdrehungen des Verdichters 300 durch Addition der vorhandenen Anzahl an Umdrehungen mit einem Wert erzielt, welcher durch Multiplikation der vorhandenen Anzahl an Umdrehungen mit der Anstiegsrate „sr“ erzielt wurde. Wenn die Anzahl der Umdrehungen des Verdichters 300 zunächst erhöht wird, wird die vorbestimmte Anstiegsrate „sr₀“ auf die Anzahl der Umdrehungen des Verdichters 300 angewandt. Danach, wenn die Anzahl der Umdrehungen des Verdichters 300 kontinuierlich erhöht werden soll, wird die vorangehende Anstiegsrate „ sr“ mit dem bestimmten Verhältnis „f“ erhöht und auf die Anzahl der Umdrehungen in Schritt S58 angewandt. Wenn die Anstiegsrate „sr“ beispielsweise um 50% erhöht werden soll, wenn eine in einem ersten Schritt angewandte Anstiegsrate 50 rpm/s beträgt, beträgt eine Anstiegsrate in einem zweiten Schritt 75 rpm/s und eine Anstiegsrate in einem dritten Schritt 87,5 rpm/s.
Wie vorstehend erläutert, wird gemäß dem Verfahren zur Regelung eines elektromotorischen Verdichters in einem Wärmepumpensystem für ein Kraftfahrzeug gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wenn ein Wärmepumpensystem für ein Kraftfahrzeug einen Kühl- oder Heizbetrieb durchführt, die Drehzahl (rpm) des Verdichters 300 innerhalb eines bestimmten Bereichs basierend auf dem Ablassdruck P_d des Verdichters 300 geregelt. Dementsprechend können ein unerwartetes Abschalten des Verdichters 300 infolge einer Überlastung und die Entstehung von Geräuschen und Vibrationen durch häufiges Neustarten verhindert werden, wodurch es ermöglicht ist, die Sensititvitätseigenschaften zu verbessern. Ferner besteht ein Vorteil darin, dass die Lebensdauer und Stabilität des Wärmepumpensystems für ein Kraftfahrzeug, umfassend den Verdichter 300, erhöht werden können.
Ferner verbleibt der Ablassdruck des Verdichters in einem bestimmten Bereich, da die Anzahl der Umdrehungen des Verdichters basierend auf dem Ablassdruck des Verdichters geregelt wird, wenn die Kühlung oder Erwärmung durchgeführt werden.
Des Weiteren kann eine regelmäßige Raumtemperatur aufrechterhalten werden, da ein unerwartetes Abschalten des Verdichters infolge einer Überlastung verhindert wird, und können die Sensitivitätseigenschaften des Fahrzeugs verbessert werden, da Geräusche und Schwingungen aufgrund von Verdichter-Neustarts verhindert werden.
Bezugszeichenliste

10: Verdichter
20: Innerer Wärmeübertrager
30: Expansionsventil
40: Äußerer Wärmeübertrager
50: Innerer Wärmeübertrager
52: Erster Kanal
54: Zweiter Kanal
60: Heizmittel
62: PTC-Heizer
100: Temperatursensor
200: Drucksensor
300: Verdichter
400: Regeleinheit
500: Speicher
600: PTC-Heizer
P_d: Ablassdruck
T: Raumtemperatur
T_{_target}: Solltemperatur
P_{d_h_min}: Maximaler Erwärmungs-Ablassmindestdruck
P_{d_h_max}: Maximaler Erwärmungs-Ablassgrenzdruck
P_{d_c_min}: Maximaler Kühlungs-Ablassmindestdruck
P_{d_c_max}: Maximaler Kühlungs-Ablassgrenzdruck
P_{d_L}: Erwärmungs-Ablassgrenzdruck
rpm_min: Mindestanzahl an Umdrehungen
sr: Anstiegsrate
f: Verhältnis

Claims

Verfahren zur Regelung eines elektromotorischen Verdichters in einem Wärmepumpensystem für ein Kraftfahrzeug, umfassend: – einen Temperatur-Erfassungsschritt S100 zur Erfassung einer Soll-Temperatur T_{_target} und einer Raumtemperatur T; – einen Drehzahl-Berechnungsschritt S200 zur Berechnung der Anzahl der Umdrehungen eines Verdichters 300 basierend auf der Solltemperatur T_{_target} und der Raumtemperatur T, welche in dem Temperatur-Erfassungsschritt S100 erfasst wurden; – einen Ablassdruck-Erfassungsschritt S400 zur Erfassung eines Ablassdrucks P_d des Verdichters 300; und – einen Drehzahl-Regelungsschritt S500 zur Herabsetzung der Anzahl der Umdrehungen des Verdichters 300, wenn der erfasste Ablassdruck P_d einem vorgegebenen maximalen Erwärmungs-Ablassgrenzdruck P_{d_h_max} entspricht oder höher ist, und zur Erhöhung der Anzahl der Umdrehungen des Verdichters 300, wenn der erfasste Ablassdruck P_d im Heizbetrieb einem vorgegebenen maximalen Erwärmungs-Ablassmindestdruck P_{d_h_min} entspricht oder niedriger ist, wobei der Ablassdruck-Erfassungsschritt S400 nach dem Drehzahl-Regelungsschritt S500 erneut durchgeführt wird, wobei die Anzahl der Umdrehungen des Verdichters 300 mit einer Anstiegsrate erhöht wird, welche größer ist als eine vorherige Anstiegsrate in dem Drehzahl-Regelungsschritt S500, wenn der Ablassdruck P_d dem maximalen Erwärmungs-Ablassmindestdruck P _{d_h_min} entspricht oder niedriger ist, und die Raumtemperatur T niedriger ist als die Solltemperatur T_{_target}, selbst nach Ablauf einer bestimmten Zeit, seit welcher die Anzahl der Umdrehungen geregelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein PTC-Heizer 600 betrieben wird, wenn der Ablassdruck P_d dem maximalen Erwärmungs-Ablassgrenzdruck P_{d_h_max} entspricht oder höher ist, und die Raumtemperatur T niedriger ist als die Solltemperatur T_{_target}, nachdem die Anzahl der Umdrehungen des Verdichters 300 in dem Drehzahl-Regelungsschritt S500 herabgesetzt wurde.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Betrieb des Verdichters 300 abgeschaltet wird, wenn die Anzahl der Umdrehungen des Verdichters 300 einer vorgegebenen Mindestanzahl an Umdrehungen rpm_{_min} oder weniger entspricht, nachdem der Drehzahl-Regelungsschritt S500 durchgeführt wurde.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Betrieb des Verdichters 300 abgeschaltet wird, wenn der Ablassdruck P_d in dem Drehzahl-Regelungsschritt S500 einem vorgegebenen Erwärmungs-Ablassgrenzdruck P_{d_L} entspricht oder höher ist.
Verfahren zur Regelung eines elektromotorischen Verdichters in einem Wärmepumpensystem für ein Kraftfahrzeug, umfassend: – einen Temperatur-Erfassungsschritt S10 zur Erfassung einer Solltemperatur T_{_target} und einer Raumtemperatur T; – einen Drehzahl-Berechnungsschritt S20 zur Berechnung der Anzahl der Umdrehungen eines Verdichters 300 basierend auf der Solltemperatur T_{_target} und der Raumtemperatur T, welche in dem Temperatur-Erfassungsschritt S10 erfasst wurden; – einen Ablassdruck-Erfassungsschritt S40 zur Erfassung eines Ablassdrucks P_d des Verdichters 300; und – einen Drehzahl-Regelungsschritt S50 zur Herabsetzung der Anzahl der Umdrehungen des Verdichters 300, wenn der erfasste Ablassdruck P_d einem vorgegebenen maximalen Kühlungs-Ablassgrenzdruck P_{d_c_max} entspricht oder höher ist, und zur Erhöhung der Anzahl der Umdrehungen des Verdichters 300, wenn der erfasste Ablassdruck P_d im Kühlbetrieb einem vorgegebenen maximalen Kühlungs-Ablassmindestdruck P_{d_c_min} entspricht oder niedriger ist, wobei der Ablassdruck-Erfassungsschritt S40 nach dem Drehzahl-Regelungsschritt S50 wiederholt durchgeführt wird, wobei die Anzahl der Umdrehungen des Verdichters 300 mit einer Anstiegsrate erhöht wird, welche größer ist als eine vorherige Anstiegsrate in dem Drehzahl-Regelungsschritt S50, wenn der Ablassdruck P_d dem maximalen Kühlungs-Ablassmindestdruck P_{d_c_min} entspricht oder niedriger ist, und die Raumtemperatur T höher ist als die Solltemperatur T_{_target}, selbst nach Ablauf einer bestimmten Zeit, seit welcher die Anzahl der Umdrehungen geregelt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Anzahl der Umdrehungen des Verdichters 300 in dem Drehzahl-Regelungsschritt S50 mit einer vorgegebenen Anstiegsrate herabgesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Betrieb des Verdichters 300 abgeschaltet wird, wenn die Anzahl der Umdrehungen des Verdichters 300 einer vorgegebenen Mindestanzahl an Umdrehungen rpm_{_min} oder weniger entspricht, nachdem der Drehzahl-Regelungsschritt S50 durchgeführt wurde.