DE102018102653A1

DE102018102653A1 - Verfahren zum heizen des fahrgastraums während des kühlens der batterie bei schneller aufladung

Info

Publication number: DE102018102653A1
Application number: DE102018102653.6A
Authority: DE
Inventors: Timothy Noah Blatchley; James George Gebbie; Angel Fernando Porras
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2017-02-09
Filing date: 2018-02-06
Publication date: 2018-08-09
Also published as: US20180222286A1; CN108417928B; CN108417928A

Abstract

Offenbart wird ein Wärmeregelungssystem eines Fahrzeugs. Das Fahrzeug beinhaltet ein Batteriekühlsystem mit einem Kühlaggregat, das eine Wärmekapazität definiert, und einem elektronischen Expansionsventil, das dazu angeordnet ist, Fluid selektiv zum Kühler zu leiten. Das System beinhaltet ein Heizkernsystem mit einem äußeren Wärmetauscher und einem Heizexpansionsventil, das dazu angeordnet ist, Fluid selektiv zum äußeren Wärmetauscher zu leiten. Das Fahrzeug beinhaltet auch eine Steuerung, die dazu konfiguriert ist, in Reaktion darauf, dass eine Batterieaufladungsrate einen Schwellenwert überschreitet, das Batterieexpansionsventil zu öffnen, und in Reaktion darauf, dass das Batteriekühlaggregat eine unzureichende Kapazität zum Erreichen eines Temperaturschwellenwerts wie durch ein Heizkernthermometer definiert aufweist, das Heizexpansionsventil zu öffnen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Steuerstrategie und ein Verfahren zum Betreiben eines Automobilheizsystems, während die Fahrzeugbatterie aufgeladen wird.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Die Notwendigkeit, den Kraftstoffverbrauch und Emissionen bei Kraftfahrzeugen und anderen Fahrzeugen zu reduzieren, ist allgemein bekannt. Es werden Fahrzeuge entwickelt, welche die Abhängigkeit von Verbrennungsmotoren verringern oder vollständig beseitigen. Elektro- und Hybridfahrzeuge stellen eine Fahrzeugart dar, die gegenwärtig zu diesem Zweck entwickelt wird. Elektro- und Hybridfahrzeuge beinhalten einen Triebmotor, der von einer Traktionsbatterie mit Strom versorgt wird. Traktionsbatterien benötigen ein Wärmeregelungssystem für die Wärmeregulierung der Temperatur der Batteriezellen.
KURZDARSTELLUNG
Gemäß einem Aspekt dieser Offenbarung wird ein Wärmeregelungssystem eines Fahrzeugs offenbart. Das Fahrzeug beinhaltet ein Batteriekühlsystem mit einem Kühlaggregat, das eine Wärmekapazität definiert, und einem elektronischen Expansionsventil, das dazu angeordnet ist, Fluid selektiv zum Kühler zu leiten. Das System beinhaltet ein Heizkemsystem mit einem äußeren Wärmetauscher und einem Heizexpansionsventil, das dazu angeordnet ist, Fluid selektiv zum äußeren Wärmetauscher zu leiten. Das Fahrzeug beinhaltet eine Steuerung, die dazu konfiguriert ist, in Reaktion darauf, dass eine Batterieaufladungsrate einen Schwellenwert überschreitet, das Batterieexpansionsventil zu öffnen, und darauf, dass das Batteriekühlaggregat eine unzureichende Kapazität zum Erreichen eines Temperaturschwellenwerts wie durch ein Heizkernthermometer definiert aufweist, das HEVX zu öffnen.
Gemäß einem weiteren Aspekt dieser Offenbarung wird ein Fahrzeugsystem offenbart. Das System beinhaltet ein Umgebungsventil, das dazu angeordnet ist, Fluid zu einem Umgebungswärmetauscher zu leiten, ein Batterieventil, das dazu angeordnet ist, Fluid zu einer Batterie zu leiten, und eine Steuerung, die dazu konfiguriert ist, in Reaktion darauf, dass eine Batteriewärmerate einen Schwellenwert übersteigt, das Batterieventil zu öffnen, und darauf, dass ein Kühlaggregat in Fluidverbindung mit dem Wärmetauscher und der Batterie eine Temperaturdifferenz aufweist, die eine unzureichende Kapazität zum Heizen eines Fahrgastraums anzeigt, um das Umgebungsventil zu öffnen.
Gemäß noch einem weiteren Aspekt dieser Offenbarung wird ein Verfahren zum Steuern einer Fahrzeugklimaanlage offenbart. Das Verfahren beinhaltet Öffnen eines elektronischen Expansionsventils, das einem Batteriekühlaggregat zugeordnet ist, in Reaktion auf das Empfangen von Anforderungen zur schnellen Batterieaufladung und zum Heizen des Fahrgastraums. Das Verfahren beinhaltet auch Öffnen eines Expansionsventils, das einem äußeren Wärmetauscher zugeordnet ist, um einen Fahrgastraum zu heizen, in Reaktion darauf, dass eine Kühlaggregatskapazität unzureichend ist, um einen Temperaturschwellenwert zu erreichen, wie durch einen Heizkerntemperatursensor definiert.
Figurenliste

1 ist eine schematische Darstellung eines beispielhaften Hybridfahrzeugs.
2 ist eine schematische Darstellung eines beispielhaften Klimasteuerungssystems.
3 ist ein Ablaufdiagramm eines Algorithmus gemäß einer Ausführungsform dieser Offenbarung.
4 ist ein Ablaufdiagramm eines Algorithmus gemäß einer weiteren Ausführungsform dieser Offenbarung.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Wie erforderlich, werden detaillierte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung offenbart; allerdings versteht es sich, dass die offenbarten Ausführungsformen nur beispielhaft für die Erfindung sind und in verschiedenen und alternativen Formen ausgeführt werden können. Die Figuren sind nicht zwingend maßstabsgetreu; einige Merkmale können übertrieben oder verkleinert dargestellt sein, um Details bestimmter Komponenten zu zeigen. Daher sind spezifische strukturelle und funktionelle Details, die hier offenbart werden, nicht als einschränkend auszulegen, sondern nur als repräsentative Grundlage, die Fachleute hinsichtlich der unterschiedlichen Anwendungsweisen der vorliegenden Erfindung lehren soll.
Elektro- und Hybridfahrzeuge beinhalten einen Triebmotor, der von einer Traktionsbatterie mit Strom versorgt wird. Während die Batterien dieser Fahrzeuge aufgeladen werden, können sie eine beachtliche Menge an Wärme erzeugen. Dies gilt insbesondere bei einer „Schnellaufladung“ des Fahrzeugs. Traktionsbatterien benötigen ein Wärmeregelungssystem für die Wärmeregulierung der Temperatur der Batteriezellen. Einige Elektro- und Hybridfahrzeuge verwenden eine Hochspannungsheizung, um den Fahrzeugfahrgastraum mit Wärme zu versorgen. Es ist vorteilhaft, die Menge an Elektrizität zu begrenzen, die für die Stromversorgung einer Hochspannungsheizung im Fahrzeug erforderlich ist. Eine Möglichkeit, die Menge an benötigter Elektrizität zu senken, besteht darin, Wärme aus der Luft, die das Fahrzeug umgibt, sowie Wärme aufzufangen, die von der Batterie während des Aufladens erzeugt wird.
Bezug nehmend auf 1 zeigt diese eine Darstellung eines beispielhaften Plug-in-Hybridfahrzeugs. Das Fahrzeug 12 beinhaltet eine elektrische Maschine 14, die mechanisch mit einem Getriebe 16 verbunden ist. Die Elektromaschinen 14 können als Motor oder Generator betrieben werden. Wenn das Fahrzeug ein Hybridelektrofahrzeug ist, ist das Getriebe 16 mechanisch mit einem Motor (nicht dargestellt) verbunden. Das Getriebe 16 ist über eine Antriebswelle 20 mechanisch mit den Rädern 22 verbunden. Die elektrische Maschine 14 kann Vorschub- und Abbremskapazitäten bereitstellen. Die Elektromaschinen 14 wirken außerdem als Generatoren und können eine vorteilhafte Kraftstoffeinsparung bereitstellen, indem Energie durch regeneratives Bremsen zurückgewonnen wird.
Eine Traktionsbatterie oder Batterie 24 speichert Energie, die von den Elektromaschinen 14 genutzt werden kann. Die Traktionsbatterie 24 stellt in der Regel einen Hochspannungsgleichstrom(DC)-Ausgang von einem oder mehreren Batteriezellenarrays, die mitunter auch als Batteriezellestapel bezeichnet werden, in der Traktionsbatterie 24 bereit. Die Batteriezellenarrays beinhalten eine oder mehrere Batteriezellen.
Die Batteriezellen (wie etwa eine prismatische, Pouch-, zylindrische oder beliebige andere Art von Zelle) wandeln gespeicherte chemische Energie in elektrische Energie um. Die Zellen können ein Gehäuse, eine positive Elektrode (Kathode) und eine negative Elektrode (Anode) beinhalten. Ein Elektrolyt kann die Bewegung von Ionen zwischen der Anode und der Kathode während der Entladung und dann ihrer Rückkehr bei der Wiederaufladung ermöglichen. Anschlüsse können ermöglichen, dass Strom zur Verwendung durch das Fahrzeug aus der Zelle fließt.
Es sind unterschiedliche Batteriepackkonfigurationen verfügbar, um individuellen Fahrzeugvariablen zu genügen, darunter Packungsbeschränkungen und Leistungsanforderungen. Die Batteriezellen können mit einem Wärmeregelungssystem wärmereguliert werden. Zu Beispielen von Wärmeregelungssystemen gehören Luftkühlungssysteme, Flüssigkeitskühlungssysteme und eine Kombination von Luft- und Flüssigkeitskühlungssystemen.
Die Traktionsbatterie 24 ist elektrisch durch einen oder mehrere Kontaktschalter (nicht dargestellt) mit einem oder mehreren Leistungselektronikmodulen 26 verbunden. Der eine oder die mehreren Kontaktschalter können im geöffneten Zustand die Traktionsbatterie 24 von anderen Komponenten isolieren und im geschlossenen Zustand die Traktionsbatterie 24 mit anderen Komponenten verbinden. Das Leistungselektronikmodul 26 kann ebenfalls elektrisch mit den Elektromaschinen 14 verbunden sein und kann die Fähigkeit zur bidirektionalen Übertragung von elektrischer Energie zwischen der Traktionsbatterie 24 und den Elektromaschinen 14 bereitstellen.
Zusätzlich zur Bereitstellung von Energie für den Antrieb kann die Traktionsbatterie 24 Energie für andere elektrische Systeme des Fahrzeugs bereitstellen. Ein typisches System kann einen DC/DC-Wandler 28 beinhalten, der den Hochspannungsgleichstromausgang der Traktionsbatterie 24 in eine Niederspannungsgleichstromversorgung umwandelt, die mit anderen Fahrzeugkomponenten kompatibel ist. Andere Hochspannungslasten, wie etwa Klimatisierungsverdichter und elektrische Heizvorrichtungen, können ohne Verwendung eines DC/DC-Wandlermoduls 28 direkt mit der Hochspannungsversorgung verbunden sein. In einem typischen Fahrzeug sind die Niederspannungssysteme elektrisch mit dem DC/DC-Wandler und einer Hilfsbatterie 30 (z. B. einer 12-Volt-Batterie) verbunden.
Ein Batterieenergiesteuermodul (battery energy control module - BECM) 33 ist mit der Traktionsbatterie 24 in Verbindung stehend gezeigt. Das BECM 33 kann als eine Steuerung für die Traktionsbatterie 24 wirken und kann auch ein elektronisches Überwachungssystem beinhalten, das Temperatur und Ladezustand für die einzelnen Batteriezellen regelt. Die Traktionsbatterie 24 kann einen Temperatursensor 31 wie etwa einen Thermistor oder andere Temperaturmesseinrichtung aufweisen. Der Temperatursensor 31 kann mit dem BECM 33 in Verbindung stehen, um Temperaturdaten bezüglich der Traktionsbatterie 24 bereitzustellen. Das BECM 33 kann Teil eines größeren Fahrzeugsteuersystems sein, das weitere Steuerungen beinhaltet.
Das Fahrzeug 12 kann durch eine externe Leistungsquelle 36 wiederaufgeladen werden. Die externe Leistungsquelle 36 kann eine Verbindung zu einer elektrischen Steckdose sein, die mit einem Stromnetz verbunden ist, oder eine lokale Stromquelle (z. B. Solarstrom) sein. Die externe Leistungsquelle 36 ist elektrisch mit einer Fahrzeugladevorrichtung 38 verbunden. Die Ladevorrichtung 38 kann eine Schaltung und Steuerungen bereitstellen, um die Übertragung von elektrischer Energie zwischen der Stromquelle 36 und dem Fahrzeug 12 zu regeln und zu verwalten. Die externe Stromquelle 36 kann einen Gleichstrom oder Wechselstrom für die Ladevorrichtung 38 bereitstellen. Die Ladevorrichtung 38 kann einen Ladesteckverbinder 40 aufweisen, der in einen Ladeanschluss 34 des Fahrzeugs 12 eingesteckt werden kann. Der Ladeanschluss 34 kann jede Art von Anschluss sein, der konfiguriert ist, um Leistung von der Ladevorrichtung 38 zum Fahrzeug 12 zu übertragen. Der Ladeanschluss 34 kann elektrisch mit einer Ladevorrichtung oder einem bordeigenen Leistungsumwandlungsmodul 32 verbunden sein. Das Leistungsumwandlungsmodul 32 kann die von der Ladevorrichtung 38 zugeführte Leistung anpassen, um die geeigneten Spannungs- und Strompegel an die Traktionsbatterie 24 bereitzustellen. Das Leistungsumwandlungsmodul 32 kann mit der Ladevorrichtung 38 über eine Schnittstelle verbunden sein, um die Abgabe von Leistung an das Fahrzeug 12 zu koordinieren. Ein Steckverbinder 40 der Ladevorrichtung kann Stifte aufweisen, die mit entsprechenden Vertiefungen des Ladeanschlusses 34 zusammenpassen. In anderen Ausführungsformen kann die Ladestation eine Induktionsladestation sein.
Das Fahrzeug 12 kann Ausrüstung aufweisen, die für einen Schnelllademodus konfiguriert ist. Beispielsweise kann das Fahrzeug 12 einen Schnellladeanschluss (nicht dargestellt) aufweisen, der mit einem Schnellladesteckverbinder (nicht dargestellt) verbunden werden kann.
In einer Ausführungsform stellt die Ladestation 36, auch als eine externe Leistungsquelle 36 bezeichnet, während des Schnellladevorgangs einen relativ starken Strom an die Traktionsbatterie 24 bereit. Zum Beispiel handelt es sich bei der Ladestation 36 um eine „DC-Schnellladestation“, die Hochspannung (z. B. 400-500 V) und Starkstrom (z. B. 100-300 A) zum Aufladen der Batterie 24 bereitstellt. Die Batterie 24 kann mithilfe der DC-Schnellladestation relativ schnell aufgeladen werden. In anderen Ausführungsformen kann die Ladestation 36 starken Strom oder relativ schwachen Strom bereitstellen.
Aufgrund des stärkeren Stroms wird in den Lademodi mit höherer Spannung mehr Wärme erzeugt. In einigen Modi wie etwa der Schnellaufladung kann die Batterie 24 aktiv gekühlt werden, um eine Überhitzung zu verhindern. Die Temperatur der Batterie 24 sollte innerhalb eines bestimmten Bereichs gehalten werden, während die Batterie in Betrieb ist, wie etwa während der Entladung und Aufladung. Der Temperaturbereich hängt von Art und Eigenschaften der Batterie 24 ab. Insbesondere sollte die Temperatur der Batterie 24 eine maximale Betriebstemperatur nicht übersteigen.
Die Temperatur der Batterie 24 hängt von der Umgebungstemperatur und der Aufladungs- und Entladungsrate in Verbindung mit der oben beschriebenen Kühlarchitektur ab. Während alles andere gleich ist, können die folgenden Beobachtungen angestellt werden. Die Temperatur der Batterie 24 ist bei einer höheren Umgebungstemperatur (z. B. an einem heißen Sommertag) höher als bei einer niedrigen Umgebungstemperatur (d. h. in einer kalten Winternacht) sein. Die Temperatur der Batterie 24 ist höher, wenn die Batterie bei intensiven Fahrbedingungen schneller entladen wird und dadurch mehr Wärme erzeugt als unter weniger intensiven Fahrbedingungen. Die Erwärmungsrate der Batterie 24 ist höher, wenn die Batterie durch starken Strom aufgeladen wird, der die Batterie rasch erwärmt, als wenn die Batterie durch schwächeren Strom aufgeladen wird.
Die verschiedenen erörterten Komponenten können eine oder mehrere Steuerungen aufweisen, um den Betrieb der Komponenten zu steuern und zu überwachen. Die Steuerungen können über einen seriellen Bus (z. B. CAN (Controller Area Network)) oder über dedizierte elektrische Leitwege kommunizieren. Die Steuerung beinhaltet allgemein eine beliebige Anzahl von Mikroprozessoren, ASICs, integrierten Schaltungen, Speicher (z. B. FLASH, ROM, RAM, EPROM und/oder EEPROM) und Softwarecode, die miteinander zusammenwirken, um eine Reihe von Vorgängen auszuführen. Die Steuerung beinhaltet auch vorgegebene Daten oder „Lookup-Tabellen“, die auf Berechnungen und Testdaten basieren und im Speicher gespeichert sind. Die Steuerung kann über eine oder mehrere drahtgebundene oder drahtlose Fahrzeugverbindungen unter Verwendung gemeinsamer Busprotokolle (z. B. CAN und LIN) mit anderen Fahrzeugsystemen und Steuerungen kommunizieren. Im hier verwendeten Sinne bezieht sich ein Verweis auf „eine Steuerung“ auf eine oder mehrere Steuerungen.
Ein oder mehrere Wärmeregelungssysteme führen eine Wärmeregulierung der Traktionsbatterie 24, des Fahrgastraums und anderer Fahrzeugkomponente durch. Vor dem Motor 18 ist ein äußerer Wärmetauscher 56 gezeigt. Der äußere Wärmetauscher kann ähnliche Eigenschaften wie ein üblicher Kraftfahrzeugkühler aufweisen. Der äußere Wärmetauscher 56 kann mitunter auch als Umgebungswärmetauscher 56 bezeichnet werden, der die Wärmeübertragung von Umgebungsluft an Fluid ermöglicht, das durch den Tauscher strömt. Eine aktive Grillverschlussklappe 44 ist vor dem äußeren Wärmetauscher 56 angeordnet. Die aktive Grillverschlussklappe beinhaltet eine Anzahl von Schaufeln, die aus einer offenen in eine geschlossene Stellung und umgekehrt betätigt werden können. Wenn die Schaufeln geöffnet sind, lassen sie einen Luftstrom von außerhalb des Fahrzeugs zum äußeren Wärmetauscher 56 zu. Wenn die Schaufeln geschlossen sind, unterbrechen sie diesen Luftstrom und hindern den Großteil der Luft daran, den äußeren Wärmetauscher 56 zu erreichen.
Bezug nehmend auf 2 zeigt diese eine Darstellung des Klimasteuerungssubsystems des Fahrzeugs. Die Beschreibung dessen, wie Fluid für den Reihenverdampfungsmodus und den Parallelverdampfungsmodus durch die Subsysteme strömt, wird an späterer Stelle ausführlich beschrieben. Abschnitte verschiedener Wärmeregelungssysteme können in verschiedenen Bereichen des Fahrzeugs angeordnet sein, etwa dem Motorraum, dem Fahrgastraum usw.
Das Fahrzeug 12 beinhaltet einen Heizkernkreislauf 80, einen Kältemittelkreislauf 49 und einen Batteriekreislauf 126. Der Kältemittelkreislauf 49 beinhaltet einen Verdichter 50, der mit einem Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher 52 verbunden ist. Kältemittel wird vom Verdichter 50 verdichtet und dann vom Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher kondensiert. Bei dem Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher 52 kann es sich um einen Kondensator handeln, eine Vorrichtung, die zum Kondensieren von Fluid aus seinem gasförmigen Zustand in seinen flüssigen Zustand mittels Kühlen dient. Der Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher 52 ist eine Komponente im Heizkernkreislauf 80 sowie im Kältemittelkreislauf 49. Eine Leitung 90 stellt eine Fluidverbindung des Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauschers 52 mit einer Heizkernpumpe 82, einem Heizkern 88, einem Heizkerntemperatursensor 86 und einer Hochspannungsheizvorrichtung 84 her.
Ein elektronisches Heizexpansionsventil (heating electronic expansion valve, HEXV) 54 nimmt Fluid vom Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher 52 auf. Das Ventil 54 ist betriebsfähig, um geöffnet oder geschlossen zu werden oder kontinuierlich zwischen der offenen und der geschlossenen Stellung variabel zu sein. Das Ventil 54 befindet sich in einer teilweise offenen Stellung, wenn das System sich im Parallel- oder Reihenverdampfungsmodus befindet. Geöffnet ermöglicht das Ventil 54 das Strömen von Fluid durch den äußeren Wärmetauscher 56. Bei dem äußeren Wärmetauscher kann es sich um einen üblichen Kühler handeln (der bei heißeren Temperaturen mitunter als Kondensator bezeichnet wird), wie er in der Regel in Kraftfahrzeugen zu finden ist. Wenn das Fluid durch den äußeren Wärmetauscher 56 strömt, nimmt das Fluid stärkere Wärme auf. Ein Rückschlagventil 58 ist nahe dem äußeren Wärmetauscher angeordnet und öffnet sich in Reaktion auf ein ausreichendes Maß an Druck. Geöffnet lässt das Rückschlagventil zu, dass das Fluid durch einen inneren Wärmetauscher 62 strömt. Von dem inneren Wärmetauscher 62, strömt das Fluid zu einem elektronischen Batterieexpansionsventil (battery electronic expansion valve - BEXV) 64. Sowohl das HEXV als auch das BEXV sind mit der Batterie 24 und der Steuerung 100 verbunden. Das BEXV ist betriebsfähig, um in Reaktion auf ein Signal von der Steuerung 100 geöffnet oder geschlossen zu werden oder kontinuierlich zwischen der offenen und der geschlossenen Stellung variabel zu sein. Die Steuerung 100 beinhaltet ein Programm oder einen Algorithmus, um vorzugeben, ob die oben erwähnten Ventile geöffnet oder geschlossen werden sollen (3-4).
Geöffnet ermöglicht das BEXV das Strömen von Fluid durch das Batteriekühlaggregat 66. Das Batteriekühlaggregat 66 ist ein Teil des Batteriekreislaufs 126. Der Batteriekreislauf 126 beinhaltet eine Batterie 24, die mit einer Leitung 132 verbunden ist. Die Leitung 132 ist mit einem Einlass und Auslass des Batteriekühlaggregats 66 verbunden. Wenn sich das Fluid aus dem Batteriekühlaggregat 66 bewegt, strömt das Fluid durch ein Dreiwegeventil 134. Das Dreiwegeventil ist mit einem Batteriekühler 128 sowie einer Batteriepumpe 130 verbunden. Die Batteriepumpe 130 ermöglicht das Strömen von Fluid im Batterie-Batteriekreislauf 126. Wenn das Fluid durch das Batteriekühlaggregat 66 tritt, nimmt das Fluid von der Batterie 24 erzeugte Wärme auf. Nach dem Batteriekühlaggregat 66 strömt das Fluid zu einer Speichervorrichtung 70. Die Speichervorrichtung dient als eine Dampf-Flüssigkeit-Abscheidungs- und Flüssigkeitsspeichervorrichtung, um zu verhindern, dass Flüssigkeit in den Verdichter 50 gelangt.
3 ist ein Ablaufdiagramm 300 eines Algorithmus zum Steuern des Fahrzeugklimasteuersystems (2) im Reihenverdampfungsmodus. Bei Vorgang 34 bestimmt die Steuerung, ob eine schnelle Aufladung angefordert wurde. Eine schnelle Aufladung kann als eine Aufladung mit einer relativ hohen Spannung (z. B. 400-500 V) und Starkstrom (z. B. 100-300 A) zum Aufladen der Batterie 24 definiert sein.
Bei Schritt 306 bestimmt die Steuerung, ob eine Fahrgastraumerwärmung angefordert wurde. Es kann ein Thermostat 87 (2) im Fahrgastraum des Fahrzeugs angeordnet und elektrisch mit der Steuerung 100 verbunden sein. Das Thermostat ermöglicht eine relativ konstante Temperatur im Fahrgastraum des Fahrzeugs. Wenn das Thermostat und die Steuerung bestimmen, dass Heizung erforderlich ist, bestimmt die Steuerung 100 sodann bei Schritt 308, ob die Umgebungstemperatur unter T₁ liegt. Wenn die Temperatur nicht unter T₁ liegt, wird bei Schritt 310 der Verdichter 50 angetrieben. Durch Antreiben des Verdichters zirkuliert Fluid durch den Kältemittelkreislauf 49.
Bei Schritt 312 bestimmt die Steuerung, ob das Batteriekühlaggregat 66 ausreichend Kapazität zum Heizen des Fahrgastraums des Fahrzeugs aufweist. Die Kapazität des Kühlaggregats ist die Menge an Wärmeenergie, die zwischen dem Kältemittelkreislauf 49 und dem Batteriekreislauf 126 übertragen wird. Wenn die Kapazität des Batteriekühlaggregats nicht zum Heizen des Fahrgastraums ausreicht, versetzt die Steuerung das Fahrzeug in einen Reihenverdampfungsmodus 414.
Die Kapazität des Kühlaggregats kann auf mehrere unterschiedliche Arten berechnet werden. Eine solche Art ist durch Berechnung mittels Gleichung 1: Q = ṁ·C_p(|T_in - T_out|), wobei m die Durchflussrate des Kühlmittels ist, C_p die spezifische Wärme ist, T_out die Temperatur des aus dem Kühlaggregat austretenden Kühlmittels und T_in die Temperatur des in das Kühlaggregat eintretenden Kühlmittels ist. T_out wird durch Messen der Temperatur des Fluids mit dem Temperatursensor 67 gemessen. T_in wird durch Messen der Temperatur des Fluids mit dem Temperatursensor 65 gemessen.
Eine andere Art zum Bestimmen der Kapazität des Kühlaggregats ist das Messen der Temperatur des Fluids im Heizkernkreislauf. Die Fluidtemperatur wird durch einen Heizkern Temperatursensor 86 bestimmt. Der bestimmte Wert kann von der Steuerung 100 mit einem Schwellenwert verglichen werden. Die oben erwähnten zwei Verfahren sind nur Beispiele. Andere Verfahren können geeignet sein, wie etwa das Verwenden einer Lookup-Tabelle für eine gegebene Veränderungsrate, Umgebungstemperatur oder angeforderte Fahrgastraumwärme.
Bei Schritt 314 versetzt die Steuerung das System in den Reihenverdampfungsmodus. Im Reihenverdampfungsmodus sind die Absperrventile 53 und 102 geschlossen. Außerdem werden in Schritt 316und 318 jeweils das HEXV 54 und das BEXV 64 geöffnet. Das Öffnen dieser Ventile ermöglicht das Strömen von Fluid durch den äußeren Wärmetauscher 56 und das Batteriekühlaggregat 66. Erneut Bezug nehmend auf 2 strömt im Reihenverdampfungsmodus Fluid durch das HEXV 54 und nimmt Wärme vom äußeren Wärmetauscher 56 auf. Da die Absperrventile 53 und 102 geschlossen sind, öffnet ausreichender Druck das Rückschlagventil 58. Sobald das Rückschlagventil 58 offen ist, strömt das Fluid vom äußeren Wärmetauscher 56 zum Batteriekühlaggregat 66.
Bezug nehmend auf 4 ist ein Ablaufdiagramm 400 für einen weiteren Algorithmus zum Steuern des Fahrzeugklimasteuerungssystems (2) im Parallelverdampfungsmodus gezeigt. Die Schritte 302 bis 312 sind mit den Schritten in 3 wie oben beschrieben identisch.
Bei Schritt 402 versetzt die Steuerung das System in den Parallelverdampfungsmodus. Im Parallelverdampfungsmodus werden die Absperrventile 53 und 102 bei Schritt 404 geöffnet, falls eins der Absperrventile vor dem Eintreten in den Parallelverdampfungsmodus geschlossen war. Das Öffnen der Absperrventile 53 und 102 ermöglicht zwei Fluidströme, so dass das Fluid Wärme vom äußeren Wärmetauscher 56 und vom Batteriekühlaggregat 66 absorbieren kann. So kann das Fluid gleichzeitig Wärme vom äußeren Wärmetauscher 56 und vom Batteriekühlaggregat 66 absorbieren. Aufgrund des parallelen Stroms durch die Wärmetauscher ermöglicht die Benutzung des Parallelverdampfungsmodus eine gesteigerte Systemeffizienz.
Obwohl vorstehend Ausführungsbeispiele beschrieben wurden, sollen diese Ausführungsformen nicht alle möglichen Formen der Erfindung beschreiben. Vielmehr sind die in der Beschreibung verwendeten Begriffe beschreibende, aber keine einschränkenden Begriffe, und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Umfang der Erfindung abzuweichen. Außerdem können die Funktionen von verschiedenen implementierenden Ausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden.

Claims

Wärmeregelungssystem für ein Fahrzeug, umfassend: einen Batteriekreislauf mit einem Kühlaggregat, das eine Wärmekapazität definiert, und einem elektronischen Expansionsventil (BEXV), das dazu angeordnet ist, Fluid selektiv zum Kühlaggregat zu leiten; einen Heizkernkreislauf mit einem äußeren Wärmetauscher und einem Heizexpansionsventil (HEVX), das dazu angeordnet ist, Fluid selektiv zum äußeren Wärmetauscher zu leiten; und eine Steuerung, die dazu konfiguriert ist, in Reaktion darauf, dass eine Batterieaufladungsrate einen Schwellenwert überschreitet, das BEXV zu öffnen, und in Reaktion darauf, dass das Kühlaggregat eine unzureichende Kapazität zum Erreichen eines Temperaturschwellenwerts wie durch ein Heizkernthermometer definiert aufweist, das HEVX zu öffnen.
System nach Anspruch 1, wobei die Steuerung in einem Reihenverdampfungsmodus ferner dazu konfiguriert ist, ein erstes Absperrventil, das zwischen einem Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher und einem inneren Wärmetauscher angeordnet ist, und ein zweites Absperrventil zu schließen, das zwischen dem äußeren Wärmetauscher und einer Speichervorrichtung angeordnet ist, so dass das Fluid Wärme aus der Luft in der Umgebung des äußeren Wärmetauschers aufnimmt, bevor das Fluid Wärme aus dem Kühlaggregat aufnimmt.
System nach Anspruch 2, wobei ein Rückschlagventil in Reaktion darauf geöffnet wird, dass in Reaktion auf das Schließen des ersten und zweiten Absperrventils ein ausreichender Druckaufbau vorliegt.
System nach Anspruch 1, wobei die Steuerung in einem Parallelverdampfungsmodus ferner dazu konfiguriert ist, ein erstes Absperrventil, das zwischen einem Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher und einem inneren Wärmetauscher angeordnet ist, und ein zweites Absperrventil zu öffnen, das zwischen dem äußeren Wärmetauscher und einer Speichervorrichtung angeordnet ist, so dass das Fluid gleichzeitig aus der Luft in der Umgebung des äußeren Wärmetauschers und aus dem Kühlaggregat Wärme aufnimmt, bevor das Fluid die Speichervorrichtung erreicht.
System nach Anspruch 1, wobei das Öffnen des HEVX ein Strömen des Fluids durch den Wärmetauscher ermöglicht, so dass das Fluid Wärme aus der Luft außerhalb des Fahrzeugs aufnimmt.
System nach Anspruch 1, wobei die Steuerung ferner dazu konfiguriert ist, in Reaktion darauf, dass eine Heizkerntemperatur empfangen wird, die von dem Heizkernthermometer gemessen wird, die Heizkerntemperatur mit einem Temperaturdifferenzial des Kühlaggregats zu vergleichen.
System nach Anspruch 1, wobei die Steuerung ferner dazu konfiguriert ist, in Reaktion darauf, dass ein Signal empfangen wird, das eine Umgebungstemperatur angibt, die Umgebungstemperatur mit einem Wert in einer Lookup-Tabelle zu vergleichen, der eine unzureichende Kapazität des Kühlaggregats angibt.
System nach Anspruch 1, ferner umfassend Klappen, die eine Vielzahl von Schaufeln definieren, die benachbart zu dem äußeren Wärmetauscher angeordnet sind, wobei die Schaufeln dazu konfiguriert sind, sich aus einer offenen Stellung zum Ermöglichen des Strömens von Luft zum äußeren Wärmetauscher in eine geschlossene Stellung zu bewegen.
Fahrzeugsystem, umfassend: ein Umgebungsventil, das dazu angeordnet ist, Fluid an einen Umgebungswärmetauscher zu leiten; ein Batterieventil, das dazu angeordnet ist, Fluid an eine Batterie zu leiten; und eine Steuerung, die dazu konfiguriert ist, in Reaktion darauf, dass eine Aufladungsrate einen Schwellenwert übersteigt, das Batterieventil zu öffnen, und in Reaktion darauf, dass ein Kühlaggregat in Fluidverbindung mit dem Wärmetauscher und der Batterie eine Heizrate aufweist, die eine unzureichende Kapazität zum Heizen eines Fahrgastraums des Fahrzeugs angibt, das Umgebungsventil zu öffnen.
System nach Anspruch 9, wobei die Steuerung in einem Reihenverdampfungsmodus ferner dazu konfiguriert ist, ein erstes Absperrventil, das zwischen einem Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher und einem inneren Wärmetauscher angeordnet ist, und ein zweites Absperrventil zu schließen, das zwischen dem äußeren Wärmetauscher und einer Speichervorrichtung angeordnet ist, so dass das Fluid Wärme aus der Luft in der Umgebung des äußeren Wärmetauschers aufnimmt, bevor das Fluid Wärme aus dem Kühlaggregat aufnimmt und bevor das Fluid die Speichervorrichtung erreicht.
System nach Anspruch 10, wobei ein Rückschlagventil in Reaktion darauf geöffnet wird, dass die zweiten Absperrventile geschlossen werden.
System nach Anspruch 11, wobei die Steuerung in einem Parallelverdampfungsmodus ferner dazu konfiguriert ist, das erste Absperrventil, das zwischen einem Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher und einem inneren Wärmetauscher angeordnet ist, und ein zweites Absperrventil zu öffnen, das zwischen dem äußeren Wärmetauscher und einer Speichervorrichtung angeordnet ist, so dass das Fluid aus der Luft in der Umgebung des äußeren Wärmetauschers und aus dem Kühlaggregat Wärme aufnimmt, bevor das Fluid die Speichervorrichtung erreicht.
Verfahren zum Steuern einer Fahrzeugklimaanlage, umfassend: Öffnen eines elektronischen Expansionsventils, das einem Batteriekühlaggregat zugeordnet ist, in Reaktion auf das Empfangen von Anforderungen zur schnellen Batterieaufladung und zum Heizen des Fahrgastraums; und Öffnen eines Expansionsventils, das einem äußeren Wärmetauscher zugeordnet ist, um einen Fahrgastraum zu heizen, in Reaktion darauf, dass eine Kapazität des Kühlaggregats unzureichend ist, um einen Temperaturschwellenwert zu erreichen, wie durch einen Heizkerntemperatursensor definiert.
Verfahren nach Anspruch 13, ferner umfassend Schließen eines ersten Absperrventils, das zwischen einem Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher und einem inneren Wärmetauscher angeordnet ist, und eines zweiten Absperrventils, das zwischen dem äußeren Wärmetauscher und einer Speichervorrichtung angeordnet ist, so dass Fluid Wärme aus der Luft in der Umgebung des äußeren Wärmetauscher aufnimmt, bevor das Fluid Wärme aus dem Batteriekühlaggregat aufnimmt und bevor das Fluid die Speichervorrichtung erreicht.
Verfahren nach Anspruch 13, ferner umfassend Öffnen eines ersten Absperrventils, das zwischen einem Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher und einem inneren Wärmetauscher angeordnet ist, und eines zweiten Absperrventils, das zwischen dem äußeren Wärmetauscher und einer Speichervorrichtung angeordnet ist, so dass Fluid aus der Luft in der Umgebung des äußeren Wärmetauscher und aus dem Batteriekühlaggregat Wärme aufnimmt, bevor das Fluid die Speichervorrichtung erreicht.