DE102014200227B4 - Method for controlling a heating and air conditioning system in a motor vehicle - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Steuerung einer Heiz-Klimaanlage in einem Kraftfahrzeug mit einem Wärmepumpensystem mit einem Kältemittelkreislauf, der zumindest einen Außenwärmetauscher, einen Kältemittelverdichter zum Fördern von einem Kältemittel, ein Expansionsorgan (EXO) vor dem Außenwärmetauscher als Drossel bzw. zur Dosierung einer den Außenwärmetauscher durchströmenden Kältemittelmenge, einen Wärmepumpen-Kondensator oder Gaskühler, der direkt oder indirekt über einen weiteren Medienkreislauf die Luft zur Beheizung eines Innenraums erwärmt, und Kältemittelleitungen, über die die vorgenannten Komponenten miteinander verbunden sind, umfasst, wobei in einem Heizbetrieb des Wärmepumpensystems das Expansionsorgan (EXO) in Abhängigkeit einer aktuellen Betriebssituation auf unterschiedliche Bezugsgrößen-Sollwerte (pSaug_soll, pHD_soll) geregelt wird und wobei das Expansionsorgan (EXO) in Abhängigkeit davon, ob eine Anfahrsituation vorliegt oder nicht, auf unterschiedliche Bezugsgrößen-Sollwerte (pSaug_soll, pHD_soll) geregelt wird, wobei eine Anfahrsituation in Abhängigkeit von der Differenz zwischen dem aktuell herrschenden Hochdruck (pHD_ist) und einem vorgegebenen Soll-Hochdruck (pHD_soll), oder bei Unterschreitung eines vorgegebenen Mindest-Hochdrucks (pHDGW) erkannt wird.Method for controlling a heating and air conditioning system in a motor vehicle with a heat pump system with a refrigerant circuit, which has at least one external heat exchanger, a refrigerant compressor for conveying a refrigerant, an expansion element (EXO) in front of the external heat exchanger as a throttle or for metering a quantity of refrigerant flowing through the external heat exchanger, a heat pump condenser or gas cooler, which heats the air for heating an interior directly or indirectly via a further media circuit, and refrigerant lines, via which the aforementioned components are connected to one another, with the expansion element (EXO) being dependent on heating operation of the heat pump system a current operating situation is regulated to different reference variable setpoints (pSaug_soll, pHD_soll) and the expansion element (EXO) depending on whether a start-up situation is present or not, to different reference variable setpoints (pSaug_s oll, pHD_soll) is regulated, with a starting situation depending on the difference between the currently prevailing high pressure (pHD_ist) and a specified target high pressure (pHD_soll), or when falling below a specified minimum high pressure (pHDGW) is detected.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung einer Heiz-Klimaanlage in einem Kraftfahrzeug mit einem Wärmepumpensystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a method for controlling and/or regulating a heating and air conditioning system in a motor vehicle with a heat pump system according to the preamble of claim 1.

Heiz-Klimaanlagen mit einem Kältemittelkreislauf in Kraftfahrzeugen sind bereits seit langem bekannt. Aus der DE 101 26 257 A1 ist eine als Wärmepumpensystem ausgebildete Heiz-Klimaanlage mit einem dem Verdampfer zugeordneten Expansionsventil zur Dosierung der Kältemittelmenge durch den Verdampfer und einem dem Außenwärmetauscher zugeordneten Expansionsorgan zur Dosierung der Kältemittelmenge durch den Außenwärmetauscher bekannt, wobei beide Expansionsorgane regelbar sind.Heating and air conditioning systems with a refrigerant circuit in motor vehicles have been known for a long time. From the DE 101 26 257 A1 is a heating and air conditioning system designed as a heat pump system with an expansion valve assigned to the evaporator for metering the amount of refrigerant through the evaporator and an expansion element assigned to the external heat exchanger for metering the amount of refrigerant through the external heat exchanger, with both expansion elements being controllable.

Zum weiteren technischen Hintergrund wird auf die DE 10 2006 057 132 A1 , DE 10 2004 005 175 A1 , DE 10 2011 051 285 A1 , US 2004 / 0 079 096 A1 und US 5 878 589 A hingewiesen.For further technical background reference is made to the DE 10 2006 057 132 A1 , DE 10 2004 005 175 A1 , DE 10 2011 051 285 A1 , US 2004 / 0 079 096 A1 and U.S. 5,878,589 A pointed out.

Aufgabe der Erfindung ist, ein einfaches und effizientes Verfahren zum Betreiben einer Heiz-Klimaanlage in einem Kraftfahrzeug mit einem Wärmepumpensystem anzugeben, bei dem zumindest ein Expansionsorgan, welches als Drossel fungiert bzw. das die den Außenwärmetauscher durchströmende Kältemittelmenge dosiert, regelbar ist.The object of the invention is to provide a simple and efficient method for operating a heating and air conditioning system in a motor vehicle with a heat pump system, in which at least one expansion element, which acts as a throttle or which meters the amount of refrigerant flowing through the external heat exchanger, can be regulated.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen. Das erfindungsgemäße Verfahren, sowie dessen vorteilhafte Ausgestaltungen können mittels eines implementierten Algorithmus oder einer entsprechenden Baugruppenanordnung in zumindest einer dafür vorgesehenen Steuer-/ Regelvorrichtung, insbesondere in einer Klimasteuer-/ Regelvorrichtung umgesetzt werden.This object is achieved by a method according to patent claim 1. Advantageous developments result from the dependent claims. The method according to the invention and its advantageous refinements can be implemented by means of an implemented algorithm or a corresponding assembly arrangement in at least one control/regulation device provided for this purpose, in particular in a climate control/regulation device.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist grundsätzlich für ein Wärmepumpensystem mit einem Kältemittelkreislauf vorgesehen, wobei der Kältemittelkreislauf zumindest einen Außenwärmetauscher, einen Kältemittelverdichter zum Fördern von Kältemittel, ein Expansionsorgan als Drossel bzw. zur Dosierung der den Außenwärmetauscher durchströmenden Kältemittelmenge, einen Wärmepumpen-Kondensator oder Gaskühler, der direkt oder indirekt über einen weiteren Medienkreislauf die Luft zur Beheizung des Innenraums erwärmt, und Kältemittelleitungen, über die die vorgenannten Komponenten miteinander verbunden sind, umfasst. Der Kältemittelkreislauf kann noch weitere Komponenten wie z. B. einen Verdampfer zur Abkühlung von einem Innenraum zuzuführender Luft, ein Expansionsorgan, das die den Verdampfer durchströmende Kältemittelmenge dosiert, oder einen saugseitigen Sammler umfassen.The method according to the invention is basically provided for a heat pump system with a refrigerant circuit, the refrigerant circuit having at least one external heat exchanger, a refrigerant compressor for conveying refrigerant, an expansion element as a throttle or for metering the amount of refrigerant flowing through the external heat exchanger, a heat pump condenser or gas cooler that directly or indirectly via a further media circuit, which heats the air for heating the interior, and includes refrigerant lines via which the aforementioned components are connected to one another. The refrigerant circuit can have other components such. B. an evaporator for cooling air to be supplied to an interior, an expansion element that meters the amount of refrigerant flowing through the evaporator, or a suction-side collector.

Bei derartigen Kältemittelkreislaufsystemen wird im Kühlbetrieb ausgehend vom Kältemittelverdichter das als Heißgas vorliegende Kältemittel dem Außenwärmetauscher zugeführt und dort durch die Wärmeabgabe an ein geeignetes Kühlmedium - wie z.B. die Außenluft - kondensiert bzw. abgekühlt. Anschließend wird das kondensierte/ abgekühlte Kältemittel mittels einer entsprechenden Steuerung oder Regelung entspannt. Im nachgeschalteten Verdampfer wird der zu kühlenden Luft Wärme entzogen, wodurch das Kältemittel Wärme aufnimmt. Anschließend erhitzt sich das Kältemittel durch die Kompression im Kältemittelverdichter, so dass es in der Regel als Heißgas vorliegt.In such refrigerant circuit systems, in cooling mode, the refrigerant, which is present as hot gas, is fed from the refrigerant compressor to the external heat exchanger and is condensed or cooled there by the heat transfer to a suitable cooling medium - such as the external air. The condensed/cooled refrigerant is then expanded by means of a corresponding control or regulation. In the downstream evaporator, heat is extracted from the air to be cooled, causing the refrigerant to absorb heat. The refrigerant then heats up as a result of the compression in the refrigerant compressor, so that it is usually in the form of hot gas.

Im Heizbetrieb wird ausgehend vom Kältemittelverdichter das als Heißgas vorliegende Kältemittel dem Wärmepumpen-Kondensator oder Gaskühler zugeführt. Dort wird Luft oder ein weiteres Medium (z.B. ein Wasser-Glykol-Gemisch) erwärmt. Beim Durchströmen des nachgeschalteten Außenwärmetauschers entzieht das Kältemittel der Luft Wärme, welche vom Kältemittel aufgenommen wird. Anschließend erhitzt sich das Kältemittel durch die Kompression im Kältemittelverdichter, so dass es in der Regel als Heißgas vorliegt.In heating mode, the refrigerant, which is present as hot gas, is fed from the refrigerant compressor to the heat pump condenser or gas cooler. There, air or another medium (e.g. a water-glycol mixture) is heated. When flowing through the downstream external heat exchanger, the refrigerant extracts heat from the air, which is then absorbed by the refrigerant. The refrigerant then heats up as a result of the compression in the refrigerant compressor, so that it is usually in the form of hot gas.

Der Erfindung liegt nun die Erkenntnis zugrunde, dass es aus Effizienzgründen und zum Zwecke des Erreichens einer ausreichenden Heizleistung sinnvoll ist, das Expansionsorgan, das zur Drosselung bzw. Dosierung der durch den Außenwärmetauscher strömenden Kältemittelmenge dient, je nach aktuellen Betriebssituation unterschiedlich zu regeln. Darauf basierend zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung eines Wärmepumpensystems in einem Fahrzeug dadurch aus, dass im Heizbetrieb des Wärmepumpensystems das Expansionsorgan in Abhängigkeit einer aktuellen Betriebssituation des Kraftfahrzeugs bzw. einer aktuellen Betriebssituation des Wärmepumpensystems auf unterschiedliche Bezugsgrößen-Sollwerte geregelt wird. Insbesondere soll dabei in Abhängigkeit von der Betriebssituation des Kraftfahrzeugs bzw. des Wärmepumpensystems ein mit dem erforderlichen Kältemitteldruck im Wärmepumpen-Kondensator oder Gaskühler korrelierender betriebssituations-abhängiger Druck-Sollwert ermittelt werden, und das Expansionsorgan zum Erreichen des Druck-Sollwertes entsprechend geregelt werden.The invention is based on the finding that for reasons of efficiency and for the purpose of achieving sufficient heat output, it makes sense to regulate the expansion element, which is used to throttle or meter the amount of refrigerant flowing through the external heat exchanger, differently depending on the current operating situation. Based on this, the method according to the invention for controlling and/or regulating a heat pump system in a vehicle is characterized in that in the heating mode of the heat pump system, the expansion element is regulated to different reference variable setpoints depending on a current operating situation of the motor vehicle or a current operating situation of the heat pump system. In particular, depending on the operating situation of the motor vehicle or the heat pump system, an operating situation-dependent pressure setpoint correlating with the required refrigerant pressure in the heat pump condenser or gas cooler should be determined, and the expansion element should be regulated accordingly to achieve the pressure setpoint.

Vorteilhafterweise wird im Sinne unterschiedlicher Betriebssituationen des Kraftfahrzeugs bzw. des Wärmepumpensystems eine Unterscheidung hinsichtlich dem Vorliegen einer Anfahrsituation vorgenommen, d. h. das Expansionsorgan wird in Anhängigkeit davon, ob eine Anfahrsituation vorliegt und erkannt wird, oder ob keine Anfahrsituation vorliegt und erkannt wird, auf unterschiedliche Bezugsgrößen-Sollwerte geregelt.A distinction is advantageously made in the sense of different operating situations of the motor vehicle or the heat pump system made with regard to the presence of a starting situation, ie the expansion element is regulated to different reference variable setpoints depending on whether a starting situation is present and recognized, or whether no starting situation exists and is recognized.

Eine Anfahrsituation kann durch Auswertung verschiedener Parameter und Messwerte festgestellt werden. Vorteilhafterweise kann eine Anfahrsituation in Abhängigkeit von der Differenz zwischen dem aktuell herrschenden Hochdruck im Wärmepumpen-Kondensator oder Gaskühler, und einem vorgegebenen Soll-Hochdruck (wobei dann auf eine Anfahrsituation geschlossen wird, solange die Differenz nicht größer als ein vorgegebener Grenzwert ist), oder bei Unterschreitung eines vorgegebenen Mindest-Hochdrucks erkannt werden.A starting situation can be determined by evaluating various parameters and measured values. Advantageously, a starting situation can be determined as a function of the difference between the currently prevailing high pressure in the heat pump condenser or gas cooler and a specified target high pressure (whereby a starting situation is then concluded as long as the difference is not greater than a specified limit value), or at Falling below a predetermined minimum high pressure can be detected.

Wird eine Anfahrsituation erkannt, so wird in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung als betriebssituations-abhängiger Druck-Sollwert ein Soll-Saugdruck am Außenwärmetauscher ermittelt und zur Regelung des Expansionsorgans herangezogen, d. h. es erfolgt eine sog. Saugdruckregelung. Der Soll-Saugdruck wird dabei aus einem ermittelten Sättigungsdampfdruck des Kältemittels bei aktueller Außentemperatur abzüglich eines vorgegebenen ersten Offset-Drucks ermittelt.If a start-up situation is detected, in an advantageous embodiment of the invention, a target suction pressure is determined at the external heat exchanger as a pressure target value dependent on the operating situation and is used to regulate the expansion element, i. H. a so-called suction pressure control takes place. The target suction pressure is determined from a determined saturation vapor pressure of the refrigerant at the current outside temperature minus a predetermined first offset pressure.

Die Regelung des Expansionsorgans kann dabei vorteilhafterweise mittels eines PI-Reglers erfolgen, wobei als Regelgröße ein aus einem ermittelten Sättigungsdampfdruck des Kältemittels bei aktueller Außentemperatur abzüglich eines vorgegebenen ersten Offset-Druck ermittelter Soll-Saugdruck am Außenwärmetauscher, und als Stellgröße ein Ansteuersignal für das Expansionsorgan (z. B. zum Einstellen eines notwendigen Öffnungsquerschnitts eines Expansionsventils) ausgegeben wird.The expansion element can advantageously be controlled by means of a PI controller, with a target suction pressure on the external heat exchanger determined from a determined saturation vapor pressure of the refrigerant at the current outside temperature minus a predetermined first offset pressure being used as the controlled variable, and a control signal for the expansion element ( z. B. for setting a necessary opening cross section of an expansion valve) is issued.

Wird keine Anfahrsituation erkannt, wird erfindungsgemäß keine Saugdruckregelung, sondern eine Hochdruckregelung des Expansionsorgans vorgenommen. In diesem Fall wird demnach als betriebssituations-abhängiger Druck-Sollwert ein Soll-Hochdruck im Wärmepumpen-Kondensator oder Gaskühler ermittelt und zur Regelung des Expansionsorgans herangezogen. Der Soll-Hochdruck wird vorteilhafterweise dabei aus einem ermittelten Sättigungsdampfdruck des Kältemittels zur Erzeugung einer ermittelten erforderlichen Lufttemperatur oder der Temperatur eines Medienkreislaufs zur Beheizung des Innenraums, zuzüglich eines vorgegebenen zweiten Offset-Drucks ermittelt. Dieser Offset-Druck ist notwendig, um eine bestimmte Lufttemperatur bzw. Wassertemperatur erreichen zu können. Damit diese Temperatur erreicht werden kann, muss die entsprechende Kondensationstemperatur des Kältemittels und somit der Soll-Hochdruck etwas höher als der entsprechende Sättigungsdampfdruck gelegt werden.If no start-up situation is detected, according to the invention, no suction pressure control is carried out, but high pressure control of the expansion element. In this case, a target high pressure in the heat pump condenser or gas cooler is determined as the operating situation-dependent pressure target value and used to control the expansion element. The target high pressure is advantageously determined from a determined saturation vapor pressure of the refrigerant to generate a determined required air temperature or the temperature of a media circuit for heating the interior, plus a predetermined second offset pressure. This offset printing is necessary in order to be able to reach a certain air temperature or water temperature. In order for this temperature to be reached, the corresponding condensation temperature of the refrigerant and thus the target high pressure must be set slightly higher than the corresponding saturation vapor pressure.

Analog zur Saugdruckregelung während der Anfahrsituation kann auch die Hochdruck-Regelung des Expansionsorgans mittels eines PI-Reglers erfolgen, wobei als Regelgröße ein aus einem ermittelten Sättigungsdampfdruck des Kältemittels zuzüglich eines vorgegebenen zweiten Offset-Drucks ermittelter Soll-Hochdruck im Wärmepumpen-Kondensator oder Gaskühler, und als Stellgröße ein Ansteuersignal für das Expansionsorgan ausgegeben wird.Analogously to the suction pressure control during the start-up situation, the high-pressure control of the expansion device can also be carried out by means of a PI controller, with a target high pressure in the heat pump condenser or gas cooler determined from a determined saturation vapor pressure of the refrigerant plus a predetermined second offset pressure being used as the controlled variable a control signal for the expansion element is output as a manipulated variable.

Um einen ausreichenden Kältemittelfluss sicherstellen zu können, sieht das erfindungsgemäße Verfahren in einer Weiterbildung vor, dass der Öffnungsquerschnitt des Expansionsorgans bzw. die Durchflussmenge durch das Expansionsorgan zusätzlich in Abhängigkeit vom aktuellen Saugdruck am Außenwärmetauscher beeinflusst wird, insbesondere derart, dass ein vom aktuellen Saugdruck abhängiger minimaler Öffnungsquerschnitt bzw. eine minimale Durchflussmenge durch das Expansionsorgan nicht unterschritten wird. Mit anderen Worten ausgedrückt ist eine zusätzliche Minimalbegrenzung des Öffnungsquerschnitts des Expansionsorgans bzw. der Durchflussmenge durch das Expansionsorgan in Abhängigkeit vom aktuellen Saugdruck vorgesehen, wobei bei niedrigem Saugdruck der minimal erlaubte Öffnungsquerschnitt bzw. die minimal erlaubte Durchflussmenge größer sein muss als bei größerem aktuellen Saugdruck. Der Zusammenhang zwischen aktuellem Saugdruck und minimal erlaubter Öffnungsquerschnitt des Expansionsorgans bzw. erlaubte minimale Durchflussmenge durch das Expansionsorgan kann mittels einer Kennlinie abgelegt sein.In order to be able to ensure a sufficient refrigerant flow, the method according to the invention provides in a further development that the opening cross section of the expansion element or the flow rate through the expansion element is additionally influenced as a function of the current suction pressure at the external heat exchanger, in particular in such a way that a minimum Opening cross-section or a minimum flow rate is not undercut by the expansion device. In other words, an additional minimum limitation of the opening cross section of the expansion element or the flow rate through the expansion element as a function of the current suction pressure is provided, with the minimum permitted opening cross section or the minimum permitted flow rate having to be greater when the suction pressure is low than when the current suction pressure is higher. The relationship between the current suction pressure and the minimum permitted opening cross section of the expansion element or the minimum permitted flow rate through the expansion element can be stored using a characteristic curve.

Die Erfindung wird nun anhand nachfolgenden Ausführungsbeispiels nochmals näher erläutert. Dabei zeigt die einzige 1 ein stark vereinfachtes Ablaufschema zur Regelung eines Expansionsorgans EXO zur Dosierung der den Außenwärmetauscher durchströmenden Kältemittelmenge im Heizbetrieb eines Wärmepumpensystems einer Fahrzeug-Heiz-Klimaanlage.The invention will now be explained in more detail using the following exemplary embodiment. It shows the only 1 a greatly simplified flowchart for controlling an expansion device EXO for dosing the amount of refrigerant flowing through the external heat exchanger in the heating mode of a heat pump system of a vehicle heating and air conditioning system.

Auf eine detaillierte Darstellung eines Wärmepumpen-Systems, das zum Heizen eines Fahrzeuginnenraums verwendet wird, wird hier verzichtet, da solche Systeme bereits aus dem Stand der Technik bekannt sind.A detailed representation of a heat pump system that is used for heating a vehicle interior is omitted here, since such systems are already known from the prior art.

Das hier zu erläuternde Verfahren startet, sobald ein Heizbetrieb des Wärmepumpensystems angefordert wird. Wird ein Heizbetrieb angefordert, so wird zunächst im Schritt 10 ein Mindesthochdruck des Kältemittels pHDGW (beispielsweise abhängig von der geforderten Temperatur T_soll für die Beheizung) und ein Grenzwert ΔpHD für die Differenz zwischen dem aktuell herrschenden Hochdruck und einem vorgegebenen Soll-Hochdruck (hier beispielsweise als fester Wert von z.B. 1 bar) festgelegt. Gleichzeitig wird eine Sollwert pSaug_soll für einen einzuregelnden Saugdruck und ein Sollwert für einen einzuregelnden Hochdruck ermittelt und vorgegeben. Der Soll-Saugdruck pSaug_soll wird dabei als Funktion f in Abhängigkeit eines bei aktueller Außentemperatur TA ermittelten Sättigungsdampfdrucks pS abzüglich eines ersten vorgegebenen Offset-Drucks Δp1 definiert. Der Soll-Hochdruck wird als Funktion f in Abhängigkeit eines zur Erzeugung einer erforderlichen Lufttemperatur TL abhängigen Sättigungsdampfdrucks pS zuzüglich eines vorgegebenen zweiten Offset-Drucks Δp2 definiert.The procedure to be explained here starts as soon as heating operation of the heat pump system is requested. If a heating operation is requested, then in step 10 a minimum high pressure of the refrigerant pHDGW (for example depending on the required temperature T_soll for the heating tion) and a limit value ΔpHD for the difference between the currently prevailing high pressure and a specified target high pressure (here, for example, as a fixed value of, for example, 1 bar). At the same time, a target value pSaug_soll for a suction pressure to be regulated and a target value for a high pressure to be regulated are determined and specified. The target suction pressure pSaug_soll is defined as a function f as a function of a saturation vapor pressure pS determined at the current outside temperature TA minus a first specified offset pressure Δp1. The desired high pressure is defined as a function f as a function of a saturation vapor pressure pS, which is dependent on generating a required air temperature TL, plus a predetermined second offset pressure Δp2.

Anschließend erfolgt im nächsten Schritt 20 eine Regelung des Expansionsorgans EXO ausgehend vom aktuellen Saugdruck pSaug_ist auf den oben vorgegebenen Soll-Saugdruck pSaug_soll mittels eines PI-Reglers. Diese Saugdruck-Regelung auf den vorgegebenen Soll-Saugdruck pSaug_soll findet solange statt, bis erkannt wird (Schritt 30), dass die Differenz zwischen dem aktuellem Hochdruck pHD_ist und dem vorgegebenen Soll-Hochdruck pHD_soll größer als der in Schritt 10 vorgegebene Grenzwert für die Differenz zwischen dem aktuell herrschenden Hochdruck pHD_ist und dem vorgegebenen Soll-Hochdruck pHD_soll ist oder der aktuelle Hochdruck pHD_ist den oben definierten Mindesthochdruck des Kältemittels pHDGW überschreitet.Then, in the next step 20, the expansion element EXO is regulated based on the current suction pressure pSaug_actual to the setpoint suction pressure pSaug_soll specified above by means of a PI controller. This suction pressure control to the specified target suction pressure pSaug_soll takes place until it is recognized (step 30) that the difference between the current high pressure pHD_ist and the specified target high pressure pHD_soll is greater than the limit value specified in step 10 for the difference between the currently prevailing high pressure pHD_ist and the specified setpoint high pressure pHD_soll or the current high pressure pHD_ist exceeds the minimum high pressure of the refrigerant pHDGW defined above.

Wird in Schritt 30 festgestellt, dass die Differenz zwischen dem aktuellem Hochdruck pHD_ist und dem vorgegebenen Soll-Hochdruck pHD_soll größer als der in Schritt 10 vorgegebene Grenzwert für die Differenz zwischen dem aktuell herrschenden Hochdruck pHD_ist und dem vorgegebenen Soll-Hochdruck pHD_soll ist oder der aktuelle Hochdruck pHD_ist den oben definierten Mindesthochdruck des Kältemittels pHDGW überschreitet, wird zu Schritt 40 übergegangen und von der bisherigen Saugdruck-Regelung auf eine Hochdruck-Regelung auf einen vorgegebenen Soll-Hochdruck pHD_soll umgeschaltet. Die Hochdruck-Regelung erfolgt dabei wiederum mittels eines PI-Reglers solange, bis der aktuelle Saugdruck pSaug_ist deutlich größer als der vorgegebene Sollsaugdruck pSaug_soll ist (Schritt 50).If it is determined in step 30 that the difference between the current high pressure pHD_actual and the specified target high pressure pHD_soll is greater than the limit value specified in step 10 for the difference between the currently prevailing high pressure pHD_actual and the specified target high pressure pHD_soll or the current high pressure pHD_actual exceeds the minimum high pressure of the refrigerant pHDGW defined above, the system moves to step 40 and switches from the previous suction pressure control to a high-pressure control to a predetermined target high pressure pHD_soll. The high-pressure control is again carried out using a PI controller until the current suction pressure pSaug_actual is significantly greater than the specified target suction pressure pSaug_soll (step 50).

Durch das hier dargestellte Verfahren kann auf einfache und kostengünstige Weise durch eine optimale Regelung des die Kältemittelmenge durch den Außenwärmetauscher beeinflussenden Expansionsorgans ein hinsichtlich Effizienz und gleichzeitig ausreichender Leistungsbereitstellung optimaler Heizbetrieb des Wärmepumpensystems sichergestellt werden.The method presented here can be used to ensure heating operation of the heat pump system that is optimal in terms of efficiency and at the same time provides sufficient power in a simple and cost-effective manner by optimally controlling the expansion element that influences the amount of refrigerant through the external heat exchanger.

Claims (7)

Verfahren zur Steuerung einer Heiz-Klimaanlage in einem Kraftfahrzeug mit einem Wärmepumpensystem mit einem Kältemittelkreislauf, der zumindest einen Außenwärmetauscher, einen Kältemittelverdichter zum Fördern von einem Kältemittel, ein Expansionsorgan (EXO) vor dem Außenwärmetauscher als Drossel bzw. zur Dosierung einer den Außenwärmetauscher durchströmenden Kältemittelmenge, einen Wärmepumpen-Kondensator oder Gaskühler, der direkt oder indirekt über einen weiteren Medienkreislauf die Luft zur Beheizung eines Innenraums erwärmt, und Kältemittelleitungen, über die die vorgenannten Komponenten miteinander verbunden sind, umfasst, wobei in einem Heizbetrieb des Wärmepumpensystems das Expansionsorgan (EXO) in Abhängigkeit einer aktuellen Betriebssituation auf unterschiedliche Bezugsgrößen-Sollwerte (pSaug_soll, pHD_soll) geregelt wird und wobei das Expansionsorgan (EXO) in Abhängigkeit davon, ob eine Anfahrsituation vorliegt oder nicht, auf unterschiedliche Bezugsgrößen-Sollwerte (pSaug_soll, pHD_soll) geregelt wird, wobei eine Anfahrsituation in Abhängigkeit von der Differenz zwischen dem aktuell herrschenden Hochdruck (pHD_ist) und einem vorgegebenen Soll-Hochdruck (pHD_soll), oder bei Unterschreitung eines vorgegebenen Mindest-Hochdrucks (pHDGW) erkannt wird.Method for controlling a heating and air conditioning system in a motor vehicle with a heat pump system with a refrigerant circuit, which has at least one external heat exchanger, a refrigerant compressor for conveying a refrigerant, an expansion element (EXO) in front of the external heat exchanger as a throttle or for metering a quantity of refrigerant flowing through the external heat exchanger, a heat pump condenser or gas cooler, which heats the air for heating an interior directly or indirectly via a further media circuit, and refrigerant lines, via which the aforementioned components are connected to one another, with the expansion element (EXO) being dependent on heating operation of the heat pump system a current operating situation is regulated to different reference variable setpoints (pSaug_soll, pHD_soll) and the expansion element (EXO) depending on whether a start-up situation is present or not, to different reference variable setpoints (pSaug_s oll, pHD_soll) is regulated, with a starting situation depending on the difference between the currently prevailing high pressure (pHD_ist) and a specified target high pressure (pHD_soll), or when falling below a specified minimum high pressure (pHDGW) is detected. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von der Betriebssituation ein mit dem erforderlichen Kältemitteldruck im Wärmepumpen-Kondensator oder Gaskühler korrelierender betriebssituations-abhängiger Druck-Sollwert (pSaug_soll, pHD_soll), der insbesondere abhängig von der Betriebssituation ein Soll-Saugdruck (pSaug_soll) oder ein Soll-Hochdruck (pHD_soll) ist, ermittelt wird, und das Expansionsorgan (EXO) zum Erreichen des Druck-Sollwertes (pSaug_soll, pHD_soll) entsprechend geregelt wird.procedure after claim 1 , characterized in that, depending on the operating situation, an operating situation-dependent pressure target value (pSaug_soll, pHD_soll), which correlates with the required refrigerant pressure in the heat pump condenser or gas cooler and which, in particular, depends on the operating situation, a target suction pressure (pSaug_soll) or a target -High pressure (pHD_soll) is determined, and the expansion element (EXO) is regulated accordingly to achieve the pressure setpoint (pSaug_soll, pHD_soll). Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Anfahrsituation als betriebssituations-abhängiger Druck-Sollwert ein Soll-Saugdruck (pSaug_soll) am Außenwärmetauscher ermittelt wird, wobei der Soll-Saugdruck insbesondere aus einem ermittelten Sättigungsdampfdruck (pS) des Kältemittels bei aktueller Außentemperatur (TA) abzüglich eines vorgegebenen ersten Offset-Drucks (Δp1) ermittelt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that in a start-up situation, a target suction pressure (pSaug_soll) is determined at the external heat exchanger as a pressure target value dependent on the operating situation, the target suction pressure being determined in particular from a determined saturation vapor pressure (pS) of the refrigerant at the current Outside temperature (TA) minus a predetermined first offset pressure (Δp1) is determined. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Anfahrsituation zum Erreichen des betriebssituations-abhängigen Druck-Sollwertes (pSaug_soll) ein PI-Regler eingesetzt wird, wobei als Regelgröße ein aus einem ermittelten Sättigungsdampfdruck (pS) des Kältemittels bei aktueller Außentemperatur (TA) abzüglich eines vorgegebenen ersten Offset-Druck (Δp1) ermittelter Sollsaudruck (pSaug_soll) am Außenwärmetauscher, und als Stellgröße ein Ansteuersignal für das Expansionsorgan (EXO) herangezogen wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a PI controller is used in a start-up situation to reach the operating situation-dependent pressure setpoint (pSaug_soll), with a determined saturation vapor pressure as the controlled variable (pS) of the refrigerant at the current outside temperature (TA) minus a predetermined first offset pressure (Δp1) determined Sollsaudruck (pSaug_soll) on the outside heat exchanger, and a control signal for the expansion element (EXO) is used as a manipulated variable. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass außerhalb einer Anfahrsituation als betriebssituations-abhängiger Druck-Sollwert ein Soll-Hochdruck (pHD_soll) im Wärmepumpen-Kondensator oder Gaskühler ermittelt wird, wobei der Soll-Hochdruck (pHD_soll) insbesondere aus einem ermittelten Sättigungsdampfdruck (pS) des Kältemittels zur Erzeugung einer ermittelten erforderlichen Lufttemperatur (TL) oder Temperatur eines Medienkreislaufs zur Beheizung des Innenraums zuzüglich eines vorgegebenen zweiten Offset-Drucks (Δp2) ermittelt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that outside of a start-up situation, a setpoint high pressure (pHD_soll) is determined in the heat pump condenser or gas cooler as an operating situation-dependent pressure setpoint, the setpoint high pressure (pHD_soll) being determined in particular from a determined saturation vapor pressure (pS) of the refrigerant to generate a determined required air temperature (TL) or temperature of a media circuit for heating the interior plus a predetermined second offset pressure (Δp2) is determined. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass außerhalb einer Anfahrsituation zum Erreichen des betriebssituations-abhängigen Druck-Sollwertes (pHD_soll) ein PI-Regler eingesetzt wird, wobei als Regelgröße ein aus einem ermittelten Sättigungsdampfdruck (pS) des Kältemittels zuzüglich eines vorgegebenen zweiten Offset-Drucks (Δp1) ermittelter Soll-Hochdruck (pHD_soll) im Wärmepumpen-Kondensator oder Gaskühler, und als Stellgröße ein Ansteuersignal für das Expansionsorgan herangezogen wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that outside of a start-up situation, a PI controller is used to achieve the operating situation-dependent pressure setpoint (pHD_soll), with a determined saturation vapor pressure (pS) of the refrigerant plus a predetermined second as the controlled variable Offset pressure (Δp1) determined target high pressure (pHD_soll) in the heat pump condenser or gas cooler, and a control signal for the expansion element is used as a manipulated variable. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Öffnungsquerschnitt des Expansionsorgan (EXO) oder die Kältemittel-Durchflussmenge durch das Expansionsorgan (EXO) zusätzlich in Abhängigkeit vom aktuellen Saugdruck (pSaug_ist) am Außenwärmetauscher beeinflusst wird, insbesondere derart, dass ein vom aktuellen Saugdruck (pSaug_ist) abhängiger minimal erlaubter Öffnungsquerschnitt oder eine minimale Kältemittel-Durchflussmenge nicht unterschritten wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the opening cross section of the expansion element (EXO) or the refrigerant flow rate through the expansion element (EXO) is additionally influenced as a function of the current suction pressure (pSaug_act) at the external heat exchanger, in particular in such a way that a Suction pressure (pSaug_ist) dependent minimum allowed opening cross-section or a minimum refrigerant flow rate is not undercut.
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