DE102019107192A1 - Steuerungssystem für ein Wärmesystem sowie Verfahren zum Betrieb eines Wärmesystems - Google Patents

Steuerungssystem für ein Wärmesystem sowie Verfahren zum Betrieb eines Wärmesystems Download PDF

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Abstract

Es wird ein Steuerungssystem (4) für ein Wärmesystem (2) eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs mit einem kühlmittelgekühlten Hochvoltspeicher (16) angegeben. Das Steuerungssystem (4) ist derart ausgebildet, dass bei einer Kühlanforderung für einen Innenraum (34) des Fahrzeugs ein Klima-Kühlbetrieb eingestellt wird, zur Innenraumkühlung mittels eines Klima-Verdampfers (56) eines Kältekreises (8) des Wärmesystems (2), dass bei einer Kühlanforderung für den Hochvoltspeicher (16) des Fahrzeugs ein HVS-Kühlbetrieb des Wärmesystems (2) eingestellt wird, zur Kühlung des Hochvoltspeichers (16) mittels eines Chillers (20), welchem im Kältekreis (8) ein Expansionsventil (60) vorgeschaltet ist, dass bei gleichzeitigem HVS-Kühlbetrieb und Klima-Kühlbetrieb ein Verdichter (62) des Kältekreises (8) mit einer Regelgröße geregelt wird, welche eine Soll-Lufttemperatur (T-KV-S) am Klima-Verdampfer (56) ist, und dass das Expansionsventil (60) bei gleichzeitigem HVS-Kühlbetrieb und Klima-Kühlbetrieb abhängig von der Regelgröße für den Verdichter (62) angesteuert wird oder dass beim HVS-Kühlbetrieb ohne zusätzlichen Klima-Kühlbetrieb für den Verdichter (62) eine andere Regelgröße verwendet wird, oder beides. Weiter wird ein Verfahren zum Betrieb eines Wärmesystems (2) eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs mittels eines solchen Steuerungssystems (4) angegeben.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Steuerungssystem für ein Wärmesystem eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs sowie ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Wärmesystems mittels eines solchen Steuerungssystems.
  • Ein Wärmesystem dient regelmäßig der Temperierung diverser Komponenten, welche hierzu an das Wärmesystem angeschlossen sind. Speziell in einem Elektro- oder Hybridfahrzeug sind solche Komponenten ein Innenraum des Fahrzeugs, ein Hochvoltspeicher des Fahrzeugs sowie ein oder mehrere Wärmequellen eines elektrischen Antriebsstrangs des Fahrzeugs, z.B. eine E-Maschine oder eine Leistungselektronik, oder dergleichen. Das Wärmesystem ist regelmäßig in diversen Betriebszuständen betreibbar, um die jeweiligen Temperierungsanforderungen der einzelnen Komponenten zu bedienen. Problematisch ist allgemein das Vorhandensein mehrerer Komponenten, welche gleichzeitig diverse Temperierungsanforderungen erzeugen.
  • In der DE 10 2015 218 825 A1 wird ein Steuerungssystem beschrieben, welches einen Heizbetrieb und einen Kühlbetrieb für einen Innenraum eines Fahrzeugs ermöglicht. Im Heizbetrieb kann Wärme mittels einer Wärmepumpe aus der Umgebung aufgenommen werden und über einen Heizungswärmetauscher zur Innenraumbeheizung genutzt werden. Im Kühlbetrieb wird die Wärmepumpe dagegen deaktiviert und ein Klima-Verdampfer aktiviert, zur Innenraumkühlung. Die Wärmepumpe umfasst einen Chiller, welcher gemeinsam mit dem Klima-Verdampfer in einem Kältekreis angeschlossen ist. Zusätzlich zum Chiller und zum Klima-Verdampfer ist an den Kältekreis noch ein weiterer Verdampfer angeschlossen, zur Kühlung eines Hochvoltspeichers des Fahrzeugs.
  • Vor diesem Hintergrund ist eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Steuerungssystem für ein Wärmesystem anzugeben. Weiter soll ein verbessertes Verfahren zum Betrieb eines Wärmesystems angegeben werden. Dabei soll insbesondere eine Kühlung eines Hochvoltspeichers eines Fahrzeugs mittels Kühlmittel möglichst effizient durchgeführt werden. Zugleich soll auch eine Innenraumklimatisierung insbesondere mittels einer Wärmepumpe möglichst effizient und bedarfsgerecht möglich sein.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch ein Steuerungssystem mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Anspruch 14. Vorteilhafte Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Varianten sind Gegenstand der Unteransprüche. Die Ausführungen im Zusammenhang mit dem Steuerungssystem gelten sinngemäß auch für das Verfahren und umgekehrt.
  • Das Steuerungssystem dient zur Steuerung eines Wärmesystems eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs, welches nachfolgend kurz lediglich als Fahrzeug bezeichnet wird. Das Fahrzeug weist einen kühlmittelgekühlten Hochvoltspeicher auf. Das Steuerungssystem ist zur Steuerung insbesondere mit dem Wärmesystem kombiniert, d.h. vorzugsweise verbunden. Darunter wird insbesondere verstanden, dass das Steuerungssystem mittels einer Anzahl von Stellgliedern das Wärmesystem manipuliert und einstellt. Das Wärmesystem weist insbesondere eine Anzahl von Komponenten zur Klimatisierung des Fahrzeugs auf. Diese Komponenten werden dann durch das Steuerungssystem gesteuert oder geregelt oder beides und sind somit Stellglieder des Steuerungssystems. In diesem Sinne wird mittels des Steuerungssystems das Fahrzeug klimatisiert, indem das Steuerungssystem das Wärmesystem steuert oder regelt oder beides.
  • Wesentlich ist hierbei insbesondere, dass der Verdichter geregelt wird und nicht lediglich gesteuert oder einfach auf eine konstante Verdichterdrehzahl eingestellt wird.
  • Das Steuerungssystem ist derart ausgebildet, dass bei einer Kühlanforderung für einen Innenraum des Fahrzeugs ein Klima-Kühlbetrieb des Wärmesystems eingestellt wird, zur Innenraumkühlung mittels eines Klima-Verdampfers eines Kältekreises des Wärmesystems, und dass bei einer Kühlanforderung für den Hochvoltspeicher des Fahrzeugs ein HVS-Kühlbetrieb des Wärmesystems eingestellt wird, zur Kühlung des Hochvoltspeichers mittels eines Chillers des Wärmesystems. Dem Chiller ist im Kältekreis ein Expansionsventil vorgeschaltet, mittels welchem die vom Chiller in den Kältekreis aufgenommene Wärme einstellbar ist. Der Klima-Kühlbetrieb und der HVS-Kühlbetrieb sind jeweils ein Betriebsmodus des Wärmesystems. Im Betrieb des Wärmesystems sind somit Kühlanforderungen für den Innenraum und den Hochvoltspeicher unabhängig voneinander und vor Allem auch gleichzeitig bedienbar, indem der jeweilige Betriebsmodus aktiviert, d.h. eingestellt wird. Zusätzlich sind in einer Variante ein oder mehrere weitere Betriebsmodi einstellbar.
  • Weiter ist das Steuerungssystem insbesondere derart ausgebildet, dass der Kältekreis des Wärmesystems abhängig davon angesteuert wird, ob der Klima-Kühlbetrieb oder der HVS-Kühlbetrieb oder beide zugleich eingestellt sind. Mit anderen Worten: es ist eine Steuerung oder Regelung einer oder mehrerer Komponenten des Kältekreises realisiert, bei welcher der Kältekreis mittels des Steuerungssystems angesteuert wird, um die jeweiligen Kühlanforderungen optimal zu bedienen, und die Steuerung wird abhängig davon angepasst, welche Betriebsmodi eingestellt sind und welche nicht eingestellt sind. Je nach Betriebsmodus wird werden die Komponenten dadurch betriebsmodusabhängig gesteuert oder geregelt oder eine Kombination hiervon. Der Kältekreis ist damit auf eine Gesamtsituation in einem gegebenen Zeitpunkt optimal eingestellt, wobei die Gesamtsituation durch die Summe aller aktivierten Betriebsmodi definiert ist. Dadurch werden etwaige Zielkonflikte bei der Verteilung von Leistung auf verschiedene Temperierungsaufgaben besonders effektiv und situationsangepasst aufgelöst. Es erfolgt sozusagen eine betriebsmodusabhängige Steuerung und/oder Regelung.
  • Konkret wird vorliegend bei gleichzeitigem HVS-Kühlbetrieb und Klima-Kühlbetrieb ein Verdichter des Kältekreises mit einer Regelgröße geregelt, welche eine Soll-Lufttemperatur am Klima-Verdampfer ist. Dadurch wird die Kälteleistung des Kältekreises abhängig von der Kühlanforderung für den Innenraum geregelt. Weiter wird nun das Expansionsventil bei gleichzeitigem HVS-Kühlbetrieb und Klima-Kühlbetrieb abhängig von der Regelgröße für den Verdichter angesteuert oder beim HVS-Kühlbetrieb ohne zusätzlichen Klima-Kühlbetrieb für den Verdichter wird eine andere Regelgröße verwendet wird, oder beides. Ausgehend von der Regelung des Verdichters auf die Soll-Lufttemperatur bei gleichzeitigem HVS-Kühlbetrieb und Klima-Kühlbetrieb wird somit die Verteilung der Kälteleistung optimiert. Eine erste Optimierung wird dadurch erzielt, dass bei gleichzeitigem HVS-Kühlbetrieb und Klima-Kühlbetrieb auch das Expansionsventil abhängig von der Soll-Lufttemperatur angesteuert wird. Eine zweite Optimierung wird dadurch erzielt, dass bei Wegfall des Klima-Kühlbetriebs, also beim HVS-Kühlbetrieb ohne zusätzlichen Klima-Kühlbetrieb, der Verdichter auf eine andere Regelgröße geregelt wird, welche nun nicht wie die Soll-Lufttemperatur auf den Klima-Kühlbetrieb ausgelegt ist, sondern vielmehr auf den HVS-Kühlbetrieb. Vorzugsweise werden beide Optimierungen kombiniert. Insgesamt ist somit die Verteilung der Kälteleistung bei einem kühlmittelgekühlten Hochvoltspeicher in Konkurrenz zur Innenraumkühlung verbessert.
  • Der Erfindung liegt insbesondere der Gedanke zugrunde, dass durch ein Umschalten der Ansteuerung des Kältekreises dessen Betrieb optimal an die Temperierungsanforderungen zu einem gegebenen Zeitpunkt anpassbar ist. Anstatt den Kältekreis unabhängig von den Betriebsmodi des Wärmesystems zu betreiben, wird nun vorteilhaft unterschieden, in welcher Kombination verschiedene Betriebsmodi aktiv sind. Als Reaktion hierauf wird ein entsprechender Regler oder eine entsprechende Steuerung aktiviert. Dadurch lassen sich vorteilhaft Zielkonflikte zwischen diversen Temperierungsanforderungen auflösen. Zudem lässt sich vorteilhaft je nach Gesamtsituation des Wärmesystems ein bestimmter Betriebsmodus gegenüber einem anderen Betriebsmodus priorisieren. Ein weiterer Vorteil ist insbesondere, dass für eine gegebene Gesamtsituation, speziell falls nur ein einzelner Betriebsmodus aktiviert ist, aber auch allgemein, eine jeweils optimale Regelung des Kältekreises erfolgt.
  • Vorliegend wird unter dem Begriff Steuerungssystem auch ein Regelungssystem oder ein Steuerungs- und Regelungssystem verstanden. Ebenso wird der Begriff „steuern“ vorliegend allgemein verstanden und umfasst auch „regeln“, sofern nicht explizit anders angegeben. Unter „Temperierung“ wird vorliegend ein Kühlen, ein Beheizen oder beides verstanden. Entsprechend werden Kühlanforderungen und Heizanforderungen allgemein auch als Temperierungsanforderungen bezeichnet.
  • Insgesamt wird das Verhalten des Wärmesystems maßgeblich durch die Temperierungsanforderung bestimmt, welche beispielsweise aus einer konkreten Nutzereingabe über ein Bedienelement des Steuerungssystems resultiert oder welche Umgebungsbedingungen berücksichtigt, welche mittels geeigneter Sensoren des Steuerungssystems ermittelt werden, beispielsweise Temperatursensoren zur Messung der Außentemperatur oder der Temperatur im Innernaum des Fahrzeugs, der Temperatur eines Hochvoltspeichers des Fahrzeugs oder an bestimmten Stellen des Wärmesystems. Alternativ oder zusätzlich wird eine Temperierungsanforderung an das Steuerungssystem von einem übergeordneten Master-Steuerungssystem bestimmt, beispielsweise einer Klimatisierungsfunktionslogik. Das hier beschriebene Steuerungssystem ist dabei dann insbesondere ein Subsystem des übergeordneten Master-Steuerungssystems.
  • Von besonderer Bedeutung sind Temperierungsanforderungen bezüglich des Innenraums des Fahrzeugs, z.B. eine Heizanforderung des Nutzers, sowie speziell bei einem Elektro- oder Hybridfahrzeug eine Temperierungsanforderung bezüglich des Hochvoltspeichers. Eine Temperierungsanforderung ergibt sich insbesondere abhängig von der Außentemperatur als Ausdruck der Witterung und der Umgebungsverhältnisse. Mittels des Steuerungssystems erfolgt eine automatische, bedarfsgerecht und optimale Steuerung und Regelung der einzelnen Komponenten und des gesamten Wärmesystems an sich durch eine geeignete Verknüpfung der Temperierungsanforderung in Form von vorgegebenen oder ermittelten Parametern, welche die Temperierungsanforderung beschreiben, mit geeigneten Steuer- und Regelkonzepten zur Manipulation des Wärmesystems, vorliegend speziell des Kältekreises. Dabei kann grundsätzlich das gesamte Wärmesystem als Teil des Steuerungssystems angesehen werden, zumindest sind jedoch einzelne Komponenten des Wärmepumpensystems ein Teil des Steuerungssystems.
  • Im Kältekreis zirkuliert ein Kältemittel. Der Verdichter des Kältekreises ist insbesondere ein elektrischer Kältemittelverdichter, kurz EKMV. Der Verdichter ist stromab des Klima-Verdampfers und des Chillers angeordnet und insbesondere stromauf eines Kondensators. Der Chiller und der Klima-Verdampfer wirken jeweils als Verdampfer und Übertragen Wärme in den Kältekreis, wohingegen der Kondensator zur Abfuhr von Wärme aus dem Kältekreis dient. Die Verdampfer sind im Kältekreis zweckmäßigerweise parallel zueinander geschaltet und sind dadurch unabhängig voneinander mit Kältemittel durchströmbar. Stromauf eines jeweiligen Verdampfers ist ein Expansionsventil angeordnet, welches geöffnet wird, um den Verdampfer zu aktivieren und geschlossen wird, um den Verdampfer zu deaktivieren. Nachfolgend wird unter „Expansionsventil“ das Expansionsventil stromauf des Chillers verstanden, sofern nicht anders angegeben.
  • Der Hochvoltspeicher dient der Versorgung des elektrischen Antriebs des Fahrzeugs mit elektrischer Energie und ist hierfür entsprechend ausgebildet. Üblicherweise weist der Hochvoltspeicher eine Vielzahl von Zellen auf, welche miteinander elektrisch verschaltet sind. Zusätzlich ist es insbesondere auch möglich, dem Hochvoltspeicher elektrische Energie zur Versorgung anderer Fahrzeugkomponenten zu entnehmen. Der Hochvoltspeicher wird alternativ auch als Elektrospeicher oder als Batterie bezeichnet.
  • Vorliegend ist der Hochvoltspeicher kühlmittelgekühlt und hierzu insbesondere an einen Gesamtkühlkreis des Wärmesystems angeschlossen und wird im HVS-Kühlbetrieb mittels des Chillers gekühlt. Der Gesamtkühlkreis dient zur Zirkulation eines Kühlmittels, z.B. eines Wasser/Glykol-Gemischs, der Hochvoltspeicher ist somit kühlmittelgekühlt und je nach Temperaturführung des Kühlmittels ggf. auch insbesondere beheizt. Der Hochvoltspeicher ist in einem HVS-Kreis angeordnet, welcher ein Teil des Gesamtkühlkreises ist. Ebenso ist der Chiller im HVS-Kreis angeordnet, zweckmäßigerweise stromab des Hochvoltspeichers. Durch Aktivierung des Chillers, d.h. durch Öffnen des Expansionsventils, wird dann Wärme vom HVS-Kreis in den Kältekreis übertragen und der Hochvoltspeicher gekühlt. Vorzugsweise ist der HVS-Kreis gegenüber dem restlichen Gesamtkühlkreis absperrbar, sodass in einem abgesperrten Zustand das Kühlmittel in dem HVS-Kreis sich nicht mit dem Kühlmittel aus dem übrigen Gesamtkühlkreis mischt. Umgekehrt erfolgt in einem verbundenen Zustand ein Austausch von Kühlmittel. In einem Kühlkreis des Gesamtkühlkreises ist insbesondere ein Umgebungskühler angeordnet, zum Wärmetausch mit der Umgebung. In verbundenem Zustand wird dann der Hochvoltspeicher über den Umgebungskühler gekühlt. Auch eine kombinierte Kühlung sowohl mittels des Umgebungskühlers als auch des Chiller ist möglich, insbesondere indem das Wärmesystem derart eingestellt wird, dass der Hochvoltspeicher, der Chiller und der Umgebungskühler in Serie geschaltet sind.
  • Der Klima-Verdampfer ist insbesondere ein Teil eines Klimageräts des Fahrzeugs. Ein weiterer Teil des Klimageräts ist insbesondere ein Heizungswärmetauscher, welcher vorzugsweise in einem Heizkreis des Gesamtkühlkreises angeordnet ist. Der Heizkreis ist insbesondere unabhängig vom Kühlkreis und vom HVS-Kreis betreibbar, jedoch mit dem Kühlkreis hydraulisch verbunden und wie der HVS-Kreis absperrbar, um je nach Betriebsmodus Kühlmittel mit dem übrigen Gesamtkühlkreis auszutauschen oder nicht. Eine Temperierungsanforderung für den Innenraum des Fahrzeugs wird dadurch bedient, dass in Abhängigkeit der Temperierungsanforderung ein geeigneter Betriebsmodus eingestellt wird. Falls die Temperierungsanforderung eine Kühlanforderung umfasst, wird der Innenraum mittels des Klima-Verdampfers gekühlt. Falls die Temperierungsanforderung eine Heizanforderung umfasst wird der Innenraum mittels des Heizungswärmetauschers beheizt. Bei einer Entfeuchtungsanforderung zur Entfeuchtung des Innenraums liegen gleichzeitig sowohl eine Heizanforderung als auch eine Kühlanforderung vor. Geeignet ist auch eine Ausgestaltung, bei welcher unterschiedliche Zonen oder Bereiche des Innenraums, z.B. Fußraum und Belüftungsebene, unterschiedlich klimatisiert werden, in welchem Fall dann regelmäßig ebenfalls sowohl eine Heizanforderung als auch eine Kühlanforderung vorliegt. Der Klima-Verdampfer und der Heizungswärmetauscher sind insbesondere gemeinsam in einem Luftpfad angeordnet, durch welchen im Betrieb Innenraumluft strömt, d.h. Luft, welche dem Innenraum zugeführt wird. Diese Innenraumluft tauscht dann mit dem Klima-Verdampfer und dem Heizungswärmetauscher entsprechend je nach Betriebsmodus Wärme aus. Der Luftpfad ist vorzugsweise absperrbar, wobei dann in einem abgesperrten Zustand keine Innenraumtemperierung erfolgt.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Steuerungssystem derart ausgebildet, dass bei einer Heizanforderung für den Innenraum des Fahrzeugs ein Klima-Heizbetrieb des Wärmesystems eingestellt wird, in welchem zur Innenraumbeheizung mittels einer Wärmepumpe Wärme in den Heizkreis des Wärmesystems übertragen wird, wobei die Wärmepumpe durch den Chiller in Kombination mit einem Kondensator im Heizkreis gebildet ist. Insbesondere wird der oben genannte Heizungswärmetauscher im Heizkreis über die Wärmepumpe mit Wärme versorgt. Alternativ ist auch eine Beheizung von Innenraumluft direkt mittels des Kondensators geeignet. Der Chiller ist im HVS-Kreis und allgemein außerhalb des Heizkreises angeordnet und der Kondensator ist im Heizzweig angeordnet, vorzugsweise stromauf des Heizungswärmetauschers.
  • Zur Umwälzung des Kühlmittels im Gesamtkühlkreis sind insbesondere geeignete Pumpen angeschlossen, vorzugsweise ist in jedem der einzelnen Kreise des Gesamtkühlkreises eine eigene Pumpe angeschlossen, nämlich im Kühlkreis eine Kühlkreispumpe, im Heizkreis eine Heizkreispumpe und im HVS-Kreis eine HVS-Kreispumpe.
  • Vorzugsweise wird Im Falle einer Kühlanforderung für den Innenraum ohne eine zusätzliche Heizanforderung für den Innenraum der Heizkreis geöffnet, der Chiller der Wärmepumpe deaktiviert und auf diese Weise ein Klima-Kühlbetrieb eingestellt. Der Klima-Verdampfer nimmt Wärme aus der Innenraumluft auf, übergibt diese über den Kondensator in den Heizkreis und von dort an den Umgebungskühler im Kühlkreis und an die Umgebung. Im umgekehrten Falle einer Heizanforderung ohne eine zusätzliche Kühlanforderung wird der Heizkreis dagegen geschlossen, dem Heizungswärmetauscher über den Kondensator der Wärmepumpe Wärme zugeführt und auf diese Weise ein Klima-Heizbetrieb eingestellt. Die Wärme stammt dabei vorzugsweise aus der Umgebung und wird über den Umgebungskühler aufgenommen oder stammt von einer Komponente, welche an den Gesamtkühlkreis angeschlossen ist und als Wärmequelle dient. Alternativ oder zusätzlich hierzu ist es ggf. aber auch zweckmäßig, zur Innenraumbeheizung im Klima-Heizbetrieb Abwärme des Hochvoltspeichers mittels der Wärmepumpe in den Heizkreis zu übertragen, speziell dann, wenn der Hochvoltspeicher gekühlt werden soll.
  • Eine besondere Herausforderung stellt insbesondere die gleichzeitige Kühlung des Hochvoltspeichers und des Innenraums dar, da in diesem Fall sowohl der HVS-Kühlbetrieb als auch der Klima-Kühlbetrieb aktiviert sind und somit im Kältekreis zwei Verdampfer gleichzeitig betrieben werden. In dieser Situation konkurrieren der Klima-Verdampfer und der Chiller um die Kälteleistung, welche vom Kältekreis, speziell vom Verdichter, aufgebracht wird. Der Verdichter wird mit einer bestimmten Verdichterdrehzahl betrieben. Diese ist einstellbar, um die insgesamt zur Verfügung stehende Kälteleistung einzustellen. Die Aufteilung der Kälteleistung auf den Klima-Verdampfer und den Chiller ergibt sich durch das Verhältnis der Öffnungen der beiden Expansionsventile vor dem Klima-Verdampfer und dem Chiller. Vorliegend ist dem Chiller vorzugsweise ein elektrisch absperrbares und steuerbares Expansionsventil vorgeschaltet, kurz EXV. Dem Klima-Verdampfer ist dagegen vorzugsweise ein im Vergleich dazu einfaches und kostengünstiges thermisches Expansionsventil vorgeschaltet, kurz TXV. Die Verwendung anderer Expansionsventile oder Kombinationen ist grundsätzlich möglich.
  • Vorliegend werden zweckmäßigerweise zwei Fälle unterschieden, nämlich der kombinierte Betrieb der beiden Verdampfer bei gleichzeitigem HVS-Kühlbetrieb und Klima-Kühlbetrieb und der Betrieb lediglich des Chillers, d.h. insbesondere der Wärmepumpe, beim HVS-Kühlbetrieb ohne Klima-Kühlbetrieb.
    In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Steuerungssystem derart ausgebildet, dass das Expansionsventil mit einer Überhitzung des Kältemittels im Kältekreis als Regelgröße geregelt wird, falls der HVS-Kühlbetrieb eingestellt ist, der Klima-Kühlbetrieb jedoch nicht. Hierzu weist das Steuerungssystem einen entsprechenden Regler auf. Im reinen HVS-Kühlbetrieb, also ohne Klima-Kühlbetrieb, wird insbesondere sämtliche Kälteleistung zur Kühlung des Hochvoltspeichers verwendet. Die Kälteleistung selbst wird insbesondere mittels der Verdichterdrehzahl eingestellt, vorzugsweise wie weiter oben bereits angedeutet ebenfalls im Rahmen einer Regelung. Das Expansionsventil wird dann mit der Überhitzung als Regelgröße auf eine Soll-Überhitzung als Führungsgröße geregelt. Als Stellgröße dient eine Öffnung des Expansionsventils. Durch die Regelung des Expansionsventils wird demnach eine bestimmte Überhitzung des Kältemittels vor dem Verdichter eingestellt und somit der Kältemittelmassenstrom und letztendlich die Leistung der Wärmepumpe, d.h. die von der Wärmepumpe vom Kältekreis in den Heizzweig übertragene Wärmemenge. Der Klima-Verdampfer ist dabei deaktiviert, insbesondere indem das zugehörige Expansionsventil abgesperrt, d.h. geschlossen ist. Dasselbe Vorgehen wird vorzugsweise allgemein gewählt, wenn der Chiller aktiv ist und der Klima-Verdampfer nicht, also insbesondere auch dann, wenn die Wärmepumpe z.B. zur Innenraumbeheizung im Klima-Heizbetrieb aktiviert ist.
  • Im reinen Klima-Kühlbetrieb, also ohne HVS-Kühlbetrieb, wird zunächst die Verdichterdrehzahl und somit auch die Kälteleistung vorzugsweise abhängig von der Lufttemperatur geregelt, welche auch als Ist-Lufttemperatur bezeichnet wird. Hierzu weist das Steuerungssystem einen entsprechenden Regler auf, welchem die Lufttemperatur als Regelgröße zugeführt wird und eine Soll-Lufttemperatur als Führungsgröße. Stellgröße ist die Verdichterdrehzahl. Die Kälteleistung wird also effektiv abhängig von der Kühlanforderung für den Innenraum eingestellt. Das Expansionsventil des Klima-Verdampfers wird insbesondere nicht mittels des hier beschriebenen Steuersystems geregelt, ist dabei aber zweckmäßigerweise nicht ungeregelt, sondern vorzugsweise selbstregelnd und weist hierzu beispielsweise einen eigenen, internen und z.B. thermostatischen Regler auf. Das Expansionsventil des Chillers ist geschlossen. Im reinen Klima-Heizbetrieb, also ohne zusätzlichen HVS-Kühlbetrieb und ohne zusätzlichen Klima-Kühlbetrieb wird der Verdichter vorzugsweise abhängig von einer Heizkreistemperatur geregelt, d.h. der Temperatur des Kühlmittels im Heizkreis stromauf des Heizungswärmetauschers und insbesondere stromab des Kondensators. Hierzu weist das Steuerungssystem geeigneterweise einen entsprechenden Regler auf, welchem die Heizkreistemperatur als Regelgröße und eine Soll-Heizkreistemperatur, auch als Heizkreis-Solltemperatur bezeichnet, als Führungsgröße zugeführt wird. Stellgröße ist hierbei die Verdichterdrehzahl.
  • Falls jedoch sowohl der Klima-Kühlbetrieb als auch der HVS-Kühlbetrieb aktiv sind, wird das Expansionsventil des Chillers vorteilhafterweise abhängig von der Lufttemperatur geregelt. Hierzu ist das Steuerungssystem zweckmäßigerweise derart ausgebildet, dass das Expansionsventil bei gleichzeitigem HVS-Kühlbetrieb und Klima-Kühlbetrieb abhängig von der Regelgröße für den Verdichter angesteuert wird, indem eine Differenz zwischen einer Lufttemperatur am Verdampfer und der Soll-Lufttemperatur als eine Steuergröße für das Expansionsventil verwendet wird. Die Differenz wird auch als Regelabweichung der Lufttemperatur bezeichnet. Dem liegt insbesondere die Überlegung zugrunde, dass bei einer zusätzlichen Aktivierung des Chillers ein Teil der Kälteleistung zur Kühlung des Hochvoltspeichers verwendet wird und insofern der Innenraumkühlung entzogen wird. Aufgrund der Regelung des Verdichters im Zusammenhang mit dem Klima-Kühlbetrieb erfolgt ggf. eine entsprechende Kompensation durch eine Erhöhung der Verdichterdrehzahl. Durch diese Regelung des Verdichters abhängig von der Lufttemperatur ist zunächst sichergestellt, dass die Kühlanforderung für den Innenraum optimal bedient wird. Die Kühlung des Hochvoltspeichers erfolgt zusätzlich hierzu abhängig von der Lufttemperatur derart, dass eine optimale Innenraumkühlung gewährleistet bleibt. Aufgrund der Abzweigung von Kälteleistung für den Hochvoltspeicher kommt es möglicherweise zu unerwünschten Defiziten bei der Innenraumkühlung, was durch die Steuerung des Expansionsventils des Chillers abhängig von der Lufttemperatur vermieden wird. Auf diese Weise wird vorteilhaft ein bestimmter Komfort im Innenraum sichergestellt. Die Steuerung des Expansionsventils ist dabei insbesondere derart, dass dieses solange immer weiter geöffnet wird, wie die Lufttemperatur innerhalb einer Maximalabweichung von einer Soll-Lufttemperatur liegt. Mit anderen Worten: die Differenz aus Lufttemperatur und Soll-Lufttemperatur bestimmt die Öffnung des Expansionsventils und damit den Anteil an Kälteleistung, welcher zur Kühlung des Hochvoltspeichers verwendet wird. Dabei ist für die Öffnung insbesondere eine Dynamik derart realisiert, dass unterhalb einer vorgegebenen Obergrenze für die Differenz die Öffnung nicht konstant bleibt, sondern immer weiter geöffnet wird. Der HVS-Kühlbetrieb ist somit zunächst nachrangig gegenüber dem Klima-Kühlbetrieb.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Steuerungssystem derart ausgebildet, dass in dem Fall, dass der HVS-Kühlbetrieb in Kombination mit dem Klima-Kühlbetrieb eingestellt ist, eine Mindestöffnung des Expansionsventils eingestellt wird, und dass das Expansionsventil ausgehend von der Mindestöffnung immer weiter geöffnet wird und zwar abhängig von einer Differenz der Lufttemperatur und der Soll-Lufttemperatur oder von einer Zelltemperatur des Hochvoltspeichers oder von beidem. Falls die Differenz verwendet wird, entspricht diese der oben bereits beschriebenen Differenz, d.h. der Regelabweichung bezüglich der Lufttemperatur. Wie beschrieben, ist bei der Kombination der Kühlbetriebe aufgrund der Regelung in Abhängigkeit der Lufttemperatur die Kühlung des Hochvoltspeichers zunächst nachrangig. Durch das Einstellen der Mindestöffnung wird nun vorteilhaft eine Mindestkühlung für den Hochvoltspeicher gewährleistet. Das Expansionsventil ist also wenigstens mit der Mindestöffnung geöffnet, d.h. beim Schließen wird die Öffnung maximal auf die Mindestöffnung reduziert. Ausgehend von der Mindestöffnung wird das Expansionsventil erst dann weiter geöffnet, wenn die Lufttemperatur der Soll-Lufttemperatur innerhalb einer zulässigen Abweichung entspricht und wenn eine weitere Kühlung aufgrund der Zelltemperatur notwendig ist. Dadurch wird zunächst sichergestellt, dass der Klima-Kühlbetrieb optimal ausgeführt wird, bevor dann weitere Kälteleistung für den HVS-Kühlbetrieb verwendet wird.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird der Klima-Kühlbetrieb gegenüber dem HVS-Kühlbetrieb priorisiert, indem das Expansionsventil lediglich dann weiter geöffnet wird, wenn eine Regelabweichung der Lufttemperatur innerhalb einer Maximalabweichung liegt. Die Regelabweichung entspricht der Differenz zwischen der Lufttemperatur, welche eine Ist-Lufttemperatur ist, und der Soll-Lufttemperatur. Die Maximalabweichung gibt an, welches Maß an Abweichung bezüglich der Lufttemperatur noch akzeptabel ist und welche Komforteinbußen im Innenraum noch hinnehmbar sind. Ausgehend von einer Mindestkühlung für den Hochvoltspeicher wird also zunächst der Klima-Kühlbetrieb gegenüber dem HVS-Kühlbetrieb priorisiert. Erst bei Erfüllung der Kühlanforderung für den Innenraum wird dann durch weiteres Öffnen des Expansionsventils des Chillers diesem mehr Kälteleistung zugeteilt, um den Hochvoltspeicher stärker zu kühlen, sofern hierzu Bedarf besteht. Sofern die Kühlung des Hochvoltspeichers zu einer zu geringen Kühlung des Innenraums führt und dadurch die Regelabweichung größer wird, wird bei Überschreiten der Maximalabweichung die Öffnung des Expansionsventils reduziert und die Kühlung des Hochvoltspeichers zugunsten der Innenraumkühlung zurückgenommen.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Steuerungssystem derart ausgebildet, dass, falls eine Zelltemperatur des Hochvoltspeichers eine Maximaltemperatur überschreitet, der HVS-Kühlbetrieb gegenüber dem Klima-Kühlbetrieb priorisiert wird, indem die Maximalabweichung vergrößert wird. Dies dient insbesondere dem Schutz des Hochvoltspeichers vor einer zu hohen Zelltemperatur und vor entsprechenden Beschädigungen oder Alterungseffekten. Dies ist beispielsweise vorteilhaft um eine Degradation des Hochvoltspeichers zu vermeiden oder auch beim Schnellladen des Hochvoltspeichers, da hier von diesem regelmäßig besonders viel Abwärme erzeugt wird. Entsprechend wird in solchen Situationen der HVS-Kühlbetrieb zweckmäßigerweise priorisiert. Bei Überschreiten der Maximaltemperatur wird die Steuerung des Expansionsventils durch Anhebung der erlaubten Regelabweichung für die Lufttemperatur begünstigt. Beispielsweise wird die Regelabweichung in Abhängigkeit der Zelltemperatur einem Kennfeld entnommen. Durch die veränderte Steuerung werden bewusst Komforteinbußen in Kauf genommen, um den Hochvoltspeicher zu schützen. Die Priorisierung des Klima-Kühlbetriebs gegenüber dem HVS-Kühlbetrieb wird demnach aufgegeben und umgekehrt der HVS-Kühlbetrieb gegenüber dem Klima-Kühlbetrieb priorisiert.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird das Expansionsventil nicht weiter geöffnet oder sogar geschlossen, wenn die Überhitzung eine Mindestüberhitzung unterschreitet. Dadurch ist auf vorteilhafte Weise ein Schutz für den Verdichter derart realisiert, dass ein Eindringen von aufgrund einer zu geringen Überhitzung flüssigem Kältemittel verhindert wird. Diese Überwachung der Überhitzung erfolgt insbesondere für den Fall, dass sowohl der HVS-Kühlbetrieb als auch der Klima-Kühlbetrieb aktiv sind und das Expansionsventil abhängig von der Lufttemperatur gesteuert wird.
  • Alternativ oder zusätzlich zur betriebsmodusabhängigen Steuerung des Expansionsventils wird vorzugsweise der Verdichter betriebsmodusabhängig geregelt. Die nachfolgend beschriebene Regelung des Verdichters ist vorzugsweise mit der zuvor beschriebenen Regelung des Expansionsventils kombiniert, ist aber grundsätzlich auch alleine bereits vorteilhaft.
  • In einer geeigneten Ausgestaltung wird zur Regelung des Verdichters als Regelgröße ein Saugdruck im Kältekreis stromauf des Verdichters verwendet, falls der HVS-Kühlbetrieb eingestellt ist, der Klima-Kühlbetrieb jedoch nicht und insbesondere auch kein Klima-Heizbetrieb. Diese Regelung auf den Saugdruck erfolgt demnach insbesondere lediglich im reinen HVS-Kühlbetrieb. Falls der Klima-Kühlbetrieb eingestellt ist, insbesondere unabhängig davon, ob der HVS-Kühlbetrieb aktiv ist oder nicht, ist dagegen die Regelgröße zur Regelung des Verdichters bevorzugterweise nicht der Saugdruck, sondern wie oben beschrieben eine Lufttemperatur am Klima-Verdampfer. Zur Regelung auf den Saugdruck weist das Steuerungssystem einen weiteren Regler auf. Die Regelung wird also betriebsmodusabhängig umgeschaltet. Falls im HVS-Kühlbetrieb keine Innenraumtemperierung erforderlich ist, wird der Verdichter demnach abhängig vom Saugdruck angesteuert, d.h. abhängig vom Druck des Kältemittels stromauf des Verdichters. Alternativ ist für eine solche Situation auch eine einfache Steuerung durch Einstellen einer konstanten Verdichterdrehzahl oder einer Verdichterdrehzahl in Abhängigkeit der Außentemperatur oder der Zelltemperatur des Hochvoltspeichers geeignet. Die Regelung auf einen bestimmten Saugdruck ist jedoch demgegenüber effizienter und ermöglicht eine höhere Kälteleistung. In einer geeigneten Ausgestaltung wird im reinen HVS-Kühlbetrieb der Verdichter über den Saugdruck angesteuert, in allen anderen Fällen dagegen über die Lufttemperatur am Klima-Verdampfer. In jedem Fall ist aber die Verdichterdrehzahl die Stellgröße. Der Saugdruck wird insbesondere mittels eines Drucksensors im Kältekreis stromauf des Verdichters gemessen.
  • Alternativ zur Saugdruckregelung wird in einer vorteilhaften Ausgestaltung zur Regelung des Verdichters als Regelgröße eine Kühlmitteltemperatur stromauf des Hochvoltspeichers verwendet, falls der HVS-Kühlbetrieb eingestellt ist, der Klima-Kühlbetrieb jedoch nicht. Wie auch bei der bereits beschriebenen Saugdruckregelung ist die Regelgrößer für den Fall, dass der Klima-Kühlbetrieb eingestellt ist, die Soll-Lufttemperatur am Klima-Verdampfer. Die Ausführungen zum Saugdruck als Regelgröße gelten allgemein analog auch für die Kühlmitteltemperatur als Regelgröße. Der Regler hierzu ist entsprechend modifiziert. Auch in diesem Fall ergeben sich gegenüber einer einfachen Regelung auf die Verdichterdrehzahl eine höhere Effizienz und bedarfsgerechte Kälteleistung. Die Kühlmitteltemperatur im HVS-Kreis stromauf des Hochvoltspeichers wird insbesondere mittels eines Temperatursensors im HVS-Kreis stromauf des Hochvoltspeichers gemessen.
  • Zweckmäßigerweise wird der Verdichter beim reinen HVS-Kühlbetrieb mittels eines Reglers geregelt, welchem ein Saugdruck oder die Kühlmitteltemperatur, d.h. allgemein ein Istwert, als eine Regelgröße und ein Soll-Saugdruck bzw. eine Soll-Kühlmitteltemperatur, d.h. allgemein ein Sollwert, als eine Führungsgröße zugeführt werden. Der Istwert wird wie oben beschrieben mittels eines geeigneten Sensors gemessen. Der Sollwert ist in einer besonders einfachen Ausgestaltung fest vorgegeben. In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Steuerungssystem derart ausgebildet, dass wenigstens in dem Fall, dass der HVS-Kühlbetrieb eingestellt ist und der Klima-Kühlbetrieb jedoch nicht, der Sollwert zur Regelung des Verdichters aber aus einem Kennfeld entnommen wird. Das Kennfeld enthält den Sollwert als eine Funktion der Außentemperatur oder einer Zelltemperatur des Hochvoltspeichers oder als eine Funktion von beiden. Die Zelltemperatur wird insbesondere mittels eines Temperatursensors im Hochvoltspeicher gemessen.
  • Insgesamt ergibt sich eine besonders bevorzugte Ausgestaltung durch Kombination der beschriebenen Ansteuerungen für den Kältekreis, speziell des Expansionsventils und des Verdichters derart, dass im HVS-Kühlbetrieb ohne Klima-Kühlbetrieb das Expansionsventil auf die Überhitzung des Kältemittels geregelt wird und der Verdichter insbesondere unabhängig davon auf den Saugdruck oder auf die Kühlmitteltemperatur stromauf des Hochvoltspeichers. Bei gleichzeitigem HVS-Kühlbetrieb und Klima-Kühlbetrieb werden dagegen beide Komponenten abhängig von der Lufttemperatur gesteuert, konkret wird hierbei der Verdichter auf die Soll-Lufttemperatur am Verdampfer geregelt und das Expansionsventil abhängig davon angesteuert, ob und insbesondere auch wie viel die der Regelabweichung der Lufttemperatur unterhalb einer Obergrenze liegt.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Steuerungssystem derart ausgebildet, dass eine Hochdruckbegrenzung eingestellt wird, falls der Klima-Heizbetrieb eingestellt ist, wohingegen der Klima-Kühlbetrieb jedoch nicht eingestellt ist. Die Hochdruckbegrenzung wird zweckmäßigerweise ebenfalls eingestellt, falls der HVS-Kühlbetrieb aktiv ist. Durch die Hochdruckbegrenzung wird der Verdichter des Kältekreises auf einen maximalen Hochdruck des Kältemittels stromab des Verdichters begrenzt.
  • Mit anderen Worten: der Verdichter ist hochdruckbegrenzt. Dadurch wird der Verdichter vorteilhaft vor einem unzulässigen Betriebszustand geschützt.
  • Vorzugsweise ist für die Hochdruckbegrenzung der Verdichter mittels eines Kennfelds, speziell insbesondere einer Kennlinie hochdruckbegrenzt. Dabei enthält das Kennfeld eine Verdichterdrehzahl für den Verdichter als Funktion eines maximalen Hochdrucks. Dadurch wird der Hochdruck für eine bestimmte Verdichterdrehzahl auf den entsprechenden maximalen Hochdruck begrenzt. Insbesondere enthält das Kennfeld konkret die Verdichterdrehzahl und nicht lediglich einen Begrenzungsfaktor. Das Kennfeld zeichnet sich dadurch aus, dass die Verdichterdrehzahl mit steigendem Hochdruck sinkt, sodass mittels des Kennfelds bei steigendem Hochdruck eine geringere Verdichterdrehzahl eingestellt wird. Durch das Kennfeld wird somit abhängig vom Hochdruck sichergestellt, dass eine maximal zulässige Verdichterdrehzahl nicht überschritten wird, so dass der Hochdruck nicht weiter steigt, sondern auf einen maximalen Hochdruck begrenzt ist.
  • Alternativ zu dem beschriebenen Kennfeld ist die Hochdruckbegrenzung mittels eines Reglers realisiert, welcher insbesondere ein sechster Regler ist und welcher auch als Begrenzungsregler bezeichnet wird und die Verdichterdrehzahl des Verdichters derart regelt, dass der maximale Hochdruck nicht überschritten wird. Der Regler ist ein Teil des Steuerungssystems. Dem Regler wird ein Ist-Hochdruck des Kältemittels stromab des Verdichters als Führungsgröße zugeführt. Der Ist-Hochdruck wird zweckmäßigerweise mittels eines Drucksensors stromab des Verdichters im Kältekreis gemessen. Als Stellgröße des Begrenzungsreglers dient die Verdichterdrehzahl. Als Regelgröße dient der maximale Hochdruck, welcher beispielsweise fest vorgegeben ist oder einem Kennfeld entnommen wird. Allgemein wird durch die Hochdruckbegrenzung eine unzulässige Belastung des Verdichters vermieden. Speziell im Klima-Heizbetrieb mit einer hohen Heizkreis-Solltemperatur, beispielsweise im Winter, ist dies vorteilhaft. Allgemein steigt der Hochdruck beim Betrieb des Kältekreises mit steigender Heizkreis-Solltemperatur und wird zunehmend ineffizient. Das Ausmaß dieses Effekts ist insbesondere abhängig vom verwendeten Kältemittel. Üblicherweise ist es jedoch zweckmäßig, eine Steigerung des Hochdrucks über 20 bis 24 bar hinaus zu vermeiden. Je nach Anwendungsfall und konkreter Ausgestaltung des Wärmesystems können auch andere Werte geeignet sein.
  • Bei dem Verfahren zum Betrieb eines Wärmesystems eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs, wird mittels eines Steuerungssystems wie vorstehend beschrieben bei einer Kühlanforderung für einen Innenraum des Fahrzeugs ein Klima-Kühlbetrieb des Wärmesystems eingestellt, zur Innenraumkühlung mittels eines Klima-Verdampfers des Wärmesystems, bei einer Kühlanforderung für einen Hochvoltspeicher des Fahrzeugs wird ein HVS-Kühlbetrieb des Wärmesystems eingestellt, zur Kühlung des Hochvoltspeichers mittels eines Chillers des Wärmesystems, und eine Komponente eines Kältekreises des Wärmesystems wird abhängig von einer Regelgröße geregelt, welche aus unterschiedlichen Regelgrößen abhängig davon ausgewählt wird, ob der Klima-Kühlbetrieb oder der HVS-Kühlbetrieb oder beide zugleich eingestellt sind.
  • Die Aufgabe wird insbesondere auch gelöst durch ein Elektro- oder Hybridfahrzeug mit einem Steuerungssystem wie vorstehend beschrieben. Die Aufgabe wird weiter insbesondere auch gelöst durch die Verwendung eines Steuerungssystems wie beschrieben in einem Elektro- oder Hybridfahrzeug. Weiter wird die Aufgabe insbesondere auch gelöst durch ein Wärmesystem in Kombination mit einem Steuerungssystem wie beschrieben, wobei dann die von dem Steuerungssystem angesteuerten Komponenten jeweils Teile des Wärmesystems sind.
  • Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen jeweils schematisch:
    • 1 ein Wärmesystem und ein Steuerungssystem,
    • 2 einen Kältekreis des Wärmesystems,
    • 3 eine Variante des Kältekreises,
    • 4 ein Regelkonzept für ein Expansionsventil des Wärmesystems,
    • 5 ein Regelkonzept für einen Verdichter des Wärmesystems.
  • In 1 sind ein Wärmesystem 2 sowie ein Steuerungssystem 4 zur Steuerung diverser Komponenten des Wärmesystems 2 gezeigt. Das Wärmesystem 2 ist ausgebildet zur Verwendung in einem nicht näher gezeigten Elektro- oder Hybridfahrzeug, welches auch lediglich als Fahrzeug bezeichnet wird. Das Wärmesystem 2 weist einen Gesamtkühlkreis 6 auf sowie einen Kältekreis 8, welcher in 1 nicht dargestellt ist. Zwei Varianten des Kältekreises 8 sind in den 2 und 3 gezeigt. Das Wärmesystems 2 in 1 stellt eine bevorzugte Ausführungsform dar.
  • Der Gesamtkühlkreis 6 weist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel mehrere Kreise 10, 12, 14 auf, nämlich einen Kühlkreis 10, einen HVS-Kreis 12 und einen Heizkreis 14. An den HVS-Kreis 12 ist ein Hochvoltspeicher 16 angeschlossen, zur Versorgung eines elektrischen Antriebsstrangs des Elektro- oder Hybridfahrzeugs. Weiter ist an den HVS-Kreis 12 ein HVS-Zuheizer 18 angeschlossen, auf welchen in einer nicht gezeigten Variante jedoch verzichtet wird. Weiter ist an den HVS-Kreis 12 ein Chiller 20 angeschlossen, welcher auch an den Kältekreis 8 angeschlossen ist. Im HVS-Kreis 12 ist weiter eine HVS-Kreispumpe 22 angeordnet, zur Umwälzung von Kühlmittel. Der Hochvoltspeicher 16 ist durch ein nicht bezeichnetes HVS-Absperrventil in Kombination mit einem ebenfalls nicht bezeichneten HVS-Rückschlagventil fluidisch einkapselt.
  • An den Kühlkreis 10 ist eine Wärmequelle 24 des Fahrzeugs angeschlossen. Die Wärmequelle 24 ist beispielsweise ein E-Maschine des Fahrzeugs oder eine Leistungselektronik oder eine Ladeelektronik. Stromab der Wärmequelle 24 ist ein erster Umgebungskühler 26 an den Kühlkreis 8 angeschlossen, zum Wärmetausch mit der Umgebung. Der erste Umgebungskühler 26 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel mit einem zweiten Umgebungskühler 28 zu einem Kühlerpaket kombiniert. Grundsätzlich ist aber auch eine Ausgestaltung ohne den zweiten Umgebungskühler 28 möglich. Im Kühlkreis 10 ist weiter eine Kühlkreispumpe 30 angeordnet, hier stromab des ersten Umgebungskühlers 26 und stromauf der Wärmequelle 24.
  • Der Heizkreis 14 dient zur Innenraumtemperierung. An den Heizkreis 14 ist ein Heizungswärmetauscher 32 angeschlossen, zur Beheizung von Innenraumluft für einen Innenraum 34 des Fahrzeugs. An den Heizkreis 14 ist weiter ein Kondensator 36 angeschlossen, welcher auch an den Kältekreis 8 angeschlossen ist und zusammen mit dem Chiller 20 eine Wärmepumpe bildet, welche ausgebildet ist, Wärme vom Chiller 20 in den Heizkreis 14 zu übertragen. Im Heizkreis 14 sind weiter eine Heizkreispumpe 38 sowie ein Zuheizer 40 angeordnet. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind der Kondensator 36, die Heizkreispumpe 38, der Zuheizer 40 und der Heizungswärmetauscher 32 in der genannten Reihenfolge stromab voneinander auf einem Hauptstrang des Heizkreises 14 angeordnet. Über einen Rückführungsstrang des Heizkreises 14 wird dann der Kreis geschlossen und eine Zirkulation von Kühlmittel ermöglicht. Im Rückführungsstrang ist lediglich ein nicht näher bezeichnetes Rückschlagventil angeordnet. Der Heizkreis 14 ist über einen Heizkreis-Vorlauf 42 und einen Heizkreis-Rücklauf 44 an den Kühlkreis 10 derart angeschlossen, dass der Hauptstrang und die daran angeschlossenen Komponenten in Serie mit dem ersten Umgebungskühler 26 angeordnet sind.
  • Der HVS-Kreis 12 ist ebenfalls an den Kühlkreis 8 angebunden, nicht jedoch an den Heizkreis 14. Der HVS-Kreis 12 ist stromauf und stromab der Wärmequelle 24 sowie stromab des Chiller 20 angeschlossen. Dadurch ist wahlweise eine Serienschaltung oder eine Parallelschaltung des Hochvoltspeichers 16 und der Wärmequelle 24 möglich.
  • Stromab des ersten Umgebungskühlers 26 ist eine Kühlerverzweigung 46 ausgebildet, von welcher ausgehend sich ein NT-Zweig 48 und ein HT-Zweig 50 erstrecken, wobei der HT-Zweig 50 einen Vorlauf für die Wärmequelle 24 bildet und wobei der NT-Zweig 48 stromab des Chillers 20 an den HVS-Kreis 12 angeschlossen ist. An den NT-Zweig 48 ist stromauf dem HVS-Kreis 12 auch der zweite Umgebungskühler 28 angeschlossen. Vorliegend ist zudem der Heizkreis 14 über den Heizkreis-Vorlauf 42 an den NT-Zweig 48 angeschlossen.
  • Das Wärmesystem 2 weist weiter ein Ausgleichsvolumen 52 für das Kühlmittel auf. Weiterhin sind im Gesamtkühlkreis 2 an diversen Stellen Temperatursensoren 54 angeschlossen, zur Messung der Temperatur des Kühlmittels.
  • Zur Innenraumtemperierung weist das Wärmesystem 2 zusätzlich einen Klima-Verdampfer 56 auf, welcher an den Kältekreis 8 angeschlossen ist.
  • Wie in den 2 und 3 gezeigt ist, ist der Klima-Verdampfer 56 im Kältekreis 8 parallel zum Chiller 20 geschaltet. Zum Einstellen der Kühlleistung des Klima-Verdampfers 56 ist diesem ein Expansionsventil 58 vorgeschaltet. Dem Chiller 20 ist ebenfalls ein Expansionsventil 60 vorgeschaltet. Der Heizungswärmetauscher 32 und der Klima-Verdampfer 56 bilden zusammen ein Klimagerät, mittels welchem der Innenraum 34 sowohl beheizt als auch gekühlt als auch entfeuchtet werden kann.
  • In den Varianten der 2 und 3 weist der Kältekreis 8 einen Verdichter 62 auf, mehrere Verdampfer, nämlich den Klima-Verdampfer 56 und den Chiller 20, sowie weiter den Kondensator 36. Der Kältekreis 8 in 2 weist zusätzlich zwei innere Wärmetauscher 64 auf, je einen für den Klima-Verdampfer 56 und den Chiller 20. In der Variante der 3 ist lediglich ein innerer Wärmetauscher 64 für beide Verdampfer angeordnet. Stromab des Klima-Verdampfers 56 ist ein nicht näher bezeichnetes Rückschlagventil angeordnet, welches in der Variante der 2 auch stromauf des inneren Wärmetauschers 64 angeordnet sein kann. In einer nicht gezeigten Variante ist kein innerer Wärmetauscher 64 vorhanden.
  • Zum Umschalten des Wärmesystems 2 zwischen diversen Schaltzuständen und zum Einstellen verschiedener Betriebsmodi sind verschiedene Ventile 66, 68, 70, 72 im Gesamtkühlkreis 4 angeordnet. Ein Absperrventil 66 im Heizkreis-Vorlauf 42 dient zum absperren des Heizkreises 14, also zum Öffnen oder zum Schließen desselben. Alternativ ist das Absperrventil 66 im Heizkreis-Rücklauf 44 angeordnet. Weiter sind drei 3/2-Wegeventile 68, 70, 72 angeordnet, welche je nach Schaltstellung diverse Serien- und Parallelschaltungen von erstem Umgebungskühler 26, Chiller 20, Wärmequelle 24 und Hochvoltspeicher 16 ermöglichen. So ist beispielsweise ein HVS-Heizbetrieb möglich, bei welchem der Chiller 20, die Wärmequelle 24 und der Hochvoltspeicher 16 in Serie geschaltet sind. Möglich ist auch eine Serienschaltung aus Chiller 20 und Hochvoltspeicher 16 und parallel und unabhängig dazu eine Serienschaltung aus Wärmequelle 24 und erstem Umgebungskühler 26, für einen HVS-Kühlbetrieb bzw. einen Wärmequellen-Kühlbetrieb. Möglich ist weiterhin eine Serienschaltung aus Wärmequelle 24, Chiller 20 und erstem Umgebungskühler 26, wobei dann der Hochvoltspeicher 16 zum ersten Umgebungskühler 26 und zur Wärmequelle 24 parallel geschaltet ist. Zusätzlich ist auch ein Schaltzustand möglich, bei welchem die Wärmequelle 24 parallel zu einer Serienschaltung aus zweitem Umgebungskühler 28, Chiller 20 und Hochvoltspeicher 16 geschaltet ist. Der Heizkreis 14 ist hiervon jeweils unabhängig absperrbar.
  • Das Steuerungssystem 4 ist derart ausgebildet, dass bei einer Kühlanforderung für den Innenraum 34 ein Klima-Kühlbetrieb des Wärmesystems 2 eingestellt wird, zur Innenraumkühlung mittels des Klima-Verdampfers 56, und dass bei einer Kühlanforderung für den Hochvoltspeicher 16 ein HVS-Kühlbetrieb eingestellt wird, zur Kühlung des Hochvoltspeichers 16 mittels eines Chillers 20. Die hierzu nötigen Komponenten des Wärmesystems 2 werden mittels des Steuerungssystems 4 entsprechend angesteuert. Der Klima-Kühlbetrieb und der HVS-Kühlbetrieb sind jeweils ein Betriebsmodus des Wärmesystems 2. Weiter wird der Kältekreis 8 abhängig davon angesteuert, ob der Klima-Kühlbetrieb oder der HVS-Kühlbetrieb oder beide zugleich eingestellt sind. Im gezeigten Ausführungsbeispiel werden je nachdem, welche Betriebsmodi aktiviert sind, der Verdichter 62 und das Expansionsventil 60 des Chillers 20 bedarfsgerecht angesteuert.
  • Zusätzlich zu dem HVS-Kühlbetrieb und dem Klima-Kühlbetrieb ist vorliegend mittels des Heizkreises 14 auch ein Klima-Heizbetrieb für das Wärmesystem 2 einstellbar. Im Klima-Heizbetrieb wird zur Innenraumbeheizung mittels der Wärmepumpe Wärme in einen Heizkreis 14 übertragen. In einer nicht gezeigten Variante wird die Innenraumluft direkt mittels des Kondensators 36 beheizt. Bei einer Kühlanforderung für den Innenraum 34, wird dieser mittels des Klima-Verdampfers 56 gekühlt. Bei einer Heizanforderung wird der Innenraum 34 mittels des Heizungswärmetauschers 32 beheizt. Bei einer Entfeuchtungsanforderung zur Entfeuchtung des Innenraums 34 liegen gleichzeitig sowohl eine Heizanforderung als auch eine Kühlanforderung vor. Der Klima-Verdampfer 56 und der Heizungswärmetauscher 32 sind gemeinsam in einem nicht näher gezeigten Luftpfad angeordnet, durch welchen im Betrieb Innenraumluft strömt, d.h. Luft, welche dem Innenraum zugeführt wird. Diese Innenraumluft tauscht dann mit dem Klima-Verdampfer 56 und dem Heizungswärmetauscher 32 entsprechend je nach Betriebsmodus Wärme aus.
  • Im Falle einer Kühlanforderung für den Innenraum 34 ohne eine zusätzliche Heizanforderung für den Innenraum 34 wird der Heizkreis 14 geöffnet, der Chiller 20 der Wärmepumpe deaktiviert und auf diese Weise ein Klima-Kühlbetrieb eingestellt. Der Klima-Verdampfer 56 nimmt Wärme aus der Innenraumluft auf, übergibt diese über den Kondensator 36 in den Heizkreis 14 und von dort an die Umgebungskühler 26, 28 im Kühlkreis 8 und an die Umgebung. Im umgekehrten Falle einer Heizanforderung ohne eine zusätzliche Kühlanforderung wird der Heizkreis 14 dagegen geschlossen, dem Heizungswärmetauscher 32 über den Kondensator 36 der Wärmepumpe Wärme zugeführt und auf diese Weise ein Klima-Heizbetrieb eingestellt. Die Wärme stammt dabei z.B. aus der Umgebung und wird über die Umgebungskühler 26, 28 aufgenommen oder stammt von einer Komponente, welche an den Gesamtkühlkreis 6 angeschlossen ist, z.B. von dem Hochvoltspeicher 16, dem HVS-Zuheizer 18 oder der Wärmequelle 24.
  • Die gleichzeitige Kühlung des Hochvoltspeichers 16 und des Innenraums 34 stellt eine besondere Herausforderung dar, da in diesem Fall sowohl der HVS-Kühlbetrieb als auch der Klima-Kühlbetrieb aktiviert sind und somit im Kältekreis 8 zwei Verdampfer gleichzeitig betrieben werden. In dieser Situation konkurrieren der Klima-Verdampfer 56 und der Chiller 20 um die Kälteleistung, welche vom Verdichter 62 aufgebracht wird. Der Verdichter 62 wird mit einer bestimmten Verdichterdrehzahl VD betrieben, welche mittels des Steuerungssystems 4 einstellbar ist, um die insgesamt zur Verfügung stehende Kälteleistung einzustellen. Die Aufteilung der Kälteleistung auf den Klima-Verdampfer 56 und den Chiller 20 ergibt sich durch das Verhältnis der Öffnungen der beiden Expansionsventile 58, 60. Vorliegend ist dem Chiller 20 ein elektrisch absperrbares und steuerbares Expansionsventil 60 vorgeschaltet, kurz EXV. Dem Klima-Verdichter 56 ist dagegen ein im Vergleich dazu einfaches und kostengünstiges thermisches Expansionsventil 58 vorgeschaltet, kurz TXV.
  • Die Steuerung des Expansionsventils 60 durch das Steuerungssystem 4 abhängig von den aktivierten Betriebsmodi ist in 4 dargestellt. Falls der HVS-Kühlbetrieb in Kombination mit dem Klima-Kühlbetrieb eingestellt ist, dient die Differenz der Lufttemperatur T-KV-I und der Soll-Lufttemperatur T-KV-S am Klima-Verdampfer 56 als Steuergröße für eine Steuerung R1. Falls der HVS-Kühlbetrieb eingestellt ist, der Klima-Kühlbetrieb jedoch nicht, dient die Überhitzung Ü-I des Kältemittels im Kältekreis 8 als Regelgröße für einen Regler R2. Die zugehörige Führungsgröße ist entsprechend einer Soll-Überhitzung Ü-S, welche beispielsweise abhängig von einem oder mehreren anderen Parametern einem nicht näher gezeigten Kennfeld entnommen wird.
  • Im reinen HVS-Kühlbetrieb, also ohne Klima-Kühlbetrieb, wird sämtliche Kälteleistung zur Kühlung des Hochvoltspeichers 16 verwendet. Die Kälteleistung selbst wird mittels der Verdichterdrehzahl VD eingestellt, vorliegend ebenfalls im Rahmen einer Regelung wie in 5 gezeigt und weiter unten näher erläutert. Das Expansionsventil 60 wird dann mit der Überhitzung Ü-I als Regelgröße auf die Soll-Überhitzung Ü-S als Führungsgröße geregelt. Als Stellgröße dient eine Öffnung des Expansionsventils 60. Der Klima-Verdampfer 56 ist dabei deaktiviert, indem das zugehörige Expansionsventil 58 abgesperrt ist.
  • Im reinen Klima-Kühlbetrieb, also ohne HVS-Kühlbetrieb, wird zunächst die Verdichterdrehzahl VD und somit auch die Kälteleistung vorzugsweise auf die Lufttemperatur T-KV-I geregelt. Die Kälteleistung wird also effektiv abhängig von der Kühlanforderung für den Innenraum 34 eingestellt. Das Expansionsventil 58 des Klima-Verdampfers 56 wird hier nicht geregelt. Das Expansionsventil 60 des Chillers 20 ist geschlossen.
  • Falls jedoch sowohl der Klima-Kühlbetrieb als auch der HVS-Kühlbetrieb aktiv sind, wird das Expansionsventil 60 abhängig von der Lufttemperatur T-KV-I geregelt. Aufgrund der Regelung des Verdichters 62 im Zusammenhang mit dem Klima-Kühlbetrieb erfolgt ggf. eine entsprechende Kompensation durch eine Erhöhung der Verdichterdrehzahl VD. Durch diese Regelung des Verdichters 62 abhängig von der Lufttemperatur T-KV-I ist zunächst sichergestellt, dass die Kühlanforderung für den Innenraum 34 optimal bedient wird. Die Kühlung des Hochvoltspeichers 16 erfolgt zusätzlich hierzu abhängig von der Lufttemperatur T-KV-I derart, dass eine optimale Innenraumkühlung gewährleistet bleibt. Durch die Steuerung des Expansionsventils 60 abhängig von der Lufttemperatur T-KV-I wird vermieden, dass es aufgrund der Abzweigung von Kälteleistung für den Hochvoltspeicher 16 zu unerwünschten Defiziten bei der Innenraumkühlung kommt. Der HVS-Kühlbetrieb ist somit zunächst nachrangig gegenüber dem Klima-Kühlbetrieb.
  • Für den Fall, dass der HVS-Kühlbetrieb in Kombination mit dem Klima-Kühlbetrieb eingestellt ist, d.h. wenn die Steuerung R1 aktiv ist, wird im gezeigten Ausführungsbeispiel der 4 eine Mindestöffnung MÖ des Expansionsventils 60 eingestellt, welche durch die Steuerung R1 dann auch nicht unterschritten wird. Durch das Einstellen der Mindestöffnung MÖ ist eine Mindestkühlung für den Hochvoltspeicher 16 gewährleistet. Ausgehend von der Mindestöffnung MÖ wird das Expansionsventil 60 erst dann weiter geöffnet, wenn die Lufttemperatur T-KV-I der Soll-Lufttemperatur T-KV-S innerhalb einer Toleranz entspricht und wenn eine weitere Kühlung aufgrund der Zelltemperatur notwendig ist. Dadurch ist sichergestellt, dass der Klima-Kühlbetrieb optimal ausgeführt wird, bevor dann weitere Kälteleistung für den HVS-Kühlbetrieb verwendet wird.
  • Insgesamt wird vorliegend der Klima-Kühlbetrieb gegenüber dem HVS-Kühlbetrieb priorisiert, indem das Expansionsventil 60 lediglich dann weiter geöffnet wird, wenn eine Regelabweichung der Lufttemperatur T-KV-I innerhalb einer Maximalabweichung dKV-max liegt. Die Regelabweichung entspricht der Differenz zwischen der Lufttemperatur T-KV-I und der Soll-Lufttemperatur T-KV-S. Die Maximalabweichung dKV-max gibt an, welches Maß an Abweichung noch akzeptabel ist und welche Komforteinbußen im Innenraum 34 noch hinnehmbar sind. Ausgehend von einer Mindestkühlung für den Hochvoltspeicher 16 mittels der Mindestöffnung MÖ wird also zunächst der Klima-Kühlbetrieb gegenüber dem HVS-Kühlbetrieb priorisiert. Erst bei Erfüllung der Kühlanforderung für den Innenraum 34 wird dann durch weiteres Öffnen des Expansionsventils 60 dem Chiller 20 mehr Kälteleistung zugeteilt, um den Hochvoltspeicher 16 stärker zu kühlen, sofern hierzu Bedarf besteht.
  • Falls eine Zelltemperatur T-Z des Hochvoltspeichers 16 eine Maximaltemperatur T-Zmax überschreitet, wird umgekehrt der HVS-Kühlbetrieb gegenüber dem Klima-Kühlbetrieb priorisiert, indem die Maximalabweichung dKV-max vergrößert wird. Dies dient dem Schutz des Hochvoltspeichers 16 vor einer zu hohen Zelltemperatur und vor entsprechenden Beschädigungen oder Alterungseffekten. Bei Überschreiten der Maximaltemperatur T-Zmax wird die Steuerung des Expansionsventils 60 durch Anhebung der erlaubten Regelabweichung für die Lufttemperatur T-KV-I begünstigt. Mit anderen Worten: die Maximalabweichung dKV-max wird erhöht und z.B. in Abhängigkeit der Zelltemperatur T-Z einem nicht näher gezeigten Kennfeld entnommen.
  • Wie 4 verdeutlicht, wird vorliegend das Expansionsventil 60 nicht weiter geöffnet oder sogar geschlossen, wenn die Überhitzung Ü-I eine Mindestüberhitzung Ümin unterschreitet.
    Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird auch der Verdichter 62 betriebsmodusabhängig geregelt. Die gezeigte Regelung basiert auf der in der eingangs genannten DE 10 2015 218 825 A1 in 2 gezeigten Regelung, wobei jedoch einige Details der Übersichtlichkeit halber ausgelassen wurden. Die Steuergröße ist in jedem Fall die Verdichterdrehzahl VD, welche maßgeblich die vom Verdichter 62 aufgebrachte Leistung bestimmt. Grundsätzlich erfolgt die Regelung zunächst über zwei Regler R3, R4, von welchen lediglich einer ausgewählt wird. Beim Klima-Kühlbetrieb oder einer Kombination dessen mit dem Klima-Heizbetrieb wird der Regler R3 verwendet, welcher den Verdichter 62 abhängig von der Lufttemperatur T-KV-I am Klima-Verdampfer 56 regelt. Beim reinen Klima-Heizbetrieb wird dagegen der Regler R4 verwendet, welcher den Verdichter 62 abhängig von einer Heizkreistemperatur T-HK-I regelt, welche die Temperatur des Kühlmittels im Heizkreis 14 zwischen dem Kondensator 36 und dem Heizungswärmetauscher 32 angibt. Entsprechend wird als Führungsgröße die Soll-Lufttemperatur T-KV-S bzw. eine Heizkreis-Solltemperatur T-HK-S verwendet. Zusätzlich ist in einer nicht gezeigten Variante wie in DE 10 2015 218 825 A1 in 2 ein weiterer Regler vorhanden, zur Regelung des Verdichters 62 in Abhängigkeit einer Temperatur des Kühlmittels außerhalb des Heizkreises 14, z.B. einer Temperatur des Kühlmittels stromab des Chiller 20 und stromauf der Umgebungskühler 26, 28. Durch diese zusätzliche Regelstrecke wird ein Vereisen der Umgebungskühler 26, 28 durch ein zu stark im Chiller 20 abgekühltes Kühlmittel effizient vermieden, indem rechtzeitig die Verdichterdrehzahl VD heruntergefahren wird. Dieser zusätzliche Regler ist dann ein Begrenzungsregler für den Regler R4, wirkt also nur im reinen Klima-Heizbetrieb.
  • Zusätzlich ist in 5 ein weiterer Regler R5 gezeigt, welcher verwendet wird, falls der HVS-Kühlbetrieb eingestellt ist, der Klima-Kühlbetrieb jedoch nicht und auch kein Klima-Heizbetrieb. Die Regelgröße ist in einer ersten Variante ein Saugdruck P-I im Kältekreis 8 stromauf des Verdichters 62. In einer zweiten Variante ist die Regelgröße eine Kühlmitteltemperatur T-HVS-I stromauf des Hochvoltspeichers 16. Falls im HVS-Kühlbetrieb keine Innenraumtemperierung erforderlich ist, wird der Verdichter 62 demnach abhängig vom Saugdruck P-I oder von der Kühlmitteltemperatur T-HVS-I angesteuert. Der Saugdruck P-I wird mittels eines Drucksensors 74 im Kältekreis 8 stromauf des Verdichters 62 gemessen. Der Drucksensor 74 ist hier sogar ein Druck- und Temperatursensor. Die Kühlmitteltemperatur T-HVS-I wird. ggf. mittels des Temperatursensors 54 stromauf des Hochvoltspeichers 16 gemessen. Als Führungsgröße wird dem Regler R5 entsprechend ein Soll-Saugdruck P-S bzw. eine Soll-Kühlmitteltemperatur T-HVS-S zugeführt. Wie in 5 gezeigt, wird der jeweilige Sollwert P-S, T-HVS-S vorliegend einem Kennfeld K1 entnommen, welches den Sollwert P-S, T-HVS-S als eine Funktion einer Außentemperatur T-a und der Zelltemperatur T-Z enthält.
  • Zudem ist vorliegend auch eine Hochdruckbegrenzung realisiert, welche eingestellt wird, falls der Klima-Heizbetrieb eingestellt ist, der Klima-Kühlbetrieb und der HVS-Kühlbetrieb jedoch nicht. Durch die Hochdruckbegrenzung wird eine Regelung des Verdichters 62 auf einen maximalen Hochdruck HP-max des Kältemittels stromab des Verdichters 62 begrenzt. Dadurch wird der Verdichter 62 vor einem unzulässigen Betriebszustand geschützt. Vorliegend ist der Verdichter 62 mittels eines Kennfelds K2 hochdruckbegrenzt, welches die Verdichterdrehzahl VD als Funktion des Hochdrucks HP enthält. Der auf diese einer bestimmten Verdichterdrehzahl VD zugeordnete Hochdruck HP ist dann der maximale Hochdruck HP-max. Konkret enthält das Kennfeld K2 die Verdichterdrehzahl VD, welche mit steigendem Hochdruck HP sinkt, sodass mittels des Kennfelds K2 bei steigendem Hochdruck HP eine geringere Verdichterdrehzahl VD eingestellt wird. Der Hochdruck HP wird mittels eines Drucksensors 76 stromab des Verdichters 62 im Kältekreis 8 gemessen. Der Drucksensor 76 ist hier als kombinierter Druck- und Temperatursensor ausgebildet. In einer nicht gezeigten Variante wird anstelle des Kennfelds K2 ein Regler zur Hochdruckbegrenzung verwendet.
  • Bezugszeichenliste
    • 2
    Wärmesystem
    4
    Steuerungssystem
    6
    Gesamtkühlkreis
    8
    Kältekreis
    10
    Kühlkreis
    12
    HVS-Kreis
    14
    Heizkreis
    16
    Hochvoltspeicher
    18
    HVS-Zuheizer
    20
    Chiller
    22
    HVS-Kreispumpe
    24
    Wärmequelle
    26
    erster Umgebungskühler
    28
    zweiter Umgebungskühler
    30
    Kühlkreispumpe
    32
    Heizungswärmetauscher
    34
    Innenraum
    36
    Kondensator
    38
    Heizkreispumpe
    40
    Zuheizer
    42
    Heizkreis-Vorlauf
    44
    Heizkreis-Rücklauf
    46
    Kühlerverzweigung
    48
    NT-Zweig
    50
    HT-Zweig
    52
    Ausgleichsvolumen
    54
    Temperatursensor
    56
    Klima-Verdampfer
    58
    Expansionsventil (des Klima-Verdampfers)
    60
    Expansionsventil (des Chillers)
    62
    Verdichter
    64
    innerer Wärmetauscher
    66
    Absperrventil
    68
    3/2-Wegeventil
    70
    3/2-Wegeventil
    72
    3/2-Wegeventil
    74
    Drucksensor
    76
    Drucksensor
    dKV-max
    Maximalabweichung
    HP
    Hochdruck
    HP-max
    maximaler Hochdruck
    K1, K2
    Kennfeld
    MÖ
    Mindestöffnung
    P-I
    Saugdruck
    P-S
    Soll-Saugdruck
    R1
    Steuerung
    R2, R3, R4, R5
    Regler
    T-a
    Außentemperatur
    T-HK-I
    Heizkreistemperatur
    T-HK-S
    Heizkreis-Solltemperatur
    T-HVS-I
    Kühlmitteltemperatur
    T-HVS-S
    Soll-Kühlmitteltemperatur
    T-KV-I
    Lufttemperatur
    T-KV-S
    Soll-Lufttemperatur
    T-Z
    Zelltemperatur
    T-Zmax
    Maximaltemperatur
    Ü-I
    Überhitzung
    Ümin
    Mindestüberhitzung
    Ü-S
    Soll-Überhitzung
    VD
    Verdichterdrehzahl
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102015218825 A1 [0003, 0064]

Claims (14)

  1. Steuerungssystem (4) für ein Wärmesystem (2) eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs mit einem kühlmittelgekühlten Hochvoltspeicher (16), welches derart ausgebildet ist, - dass bei einer Kühlanforderung für einen Innenraum (34) des Fahrzeugs ein Klima-Kühlbetrieb eingestellt wird, zur Innenraumkühlung mittels eines Klima-Verdampfers (56) eines Kältekreises (8) des Wärmesystems (2), - dass bei einer Kühlanforderung für den Hochvoltspeicher (16) des Fahrzeugs ein HVS-Kühlbetrieb eingestellt wird, zur Kühlung des Hochvoltspeichers (16) mittels eines Chillers (20), welchem im Kältekreis (8) ein Expansionsventil (60) vorgeschaltet ist, - dass bei gleichzeitigem HVS-Kühlbetrieb und Klima-Kühlbetrieb ein Verdichter (62) des Kältekreises (8) mit einer Regelgröße geregelt wird, welche eine Soll-Lufttemperatur (T-KV-S) am Klima-Verdampfer (56) ist, und - dass das Expansionsventil (60) bei gleichzeitigem HVS-Kühlbetrieb und Klima-Kühlbetrieb abhängig von der Regelgröße für den Verdichter (62) angesteuert wird oder dass beim HVS-Kühlbetrieb ohne zusätzlichen Klima-Kühlbetrieb für den Verdichter (62) eine andere Regelgröße verwendet wird, oder beides.
  2. Steuerungssystem (4) nach Anspruch 1, wobei dieses derart ausgebildet ist, dass das Expansionsventil (60) mit einer Überhitzung (Ü-I) des Kältemittels im Kältekreis (8) als Regelgröße geregelt wird, falls der HVS-Kühlbetrieb eingestellt ist, der Klima-Kühlbetrieb jedoch nicht.
  3. Steuerungssystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei dieses derart ausgebildet ist, dass das Expansionsventil (60) bei gleichzeitigem HVS-Kühlbetrieb und Klima-Kühlbetrieb abhängig von der Regelgröße für den Verdichter (62) angesteuert wird, indem eine Differenz zwischen einer Lufttemperatur (T-KV-I) am Verdampfer (56) und der Soll-Lufttemperatur (T-KV-S) als eine Steuergröße für das Expansionsventil (60) verwendet wird.
  4. Steuerungssystem (4) nach Anspruch 3, wobei dieses derart ausgebildet ist, dass der Klima-Kühlbetrieb gegenüber dem HVS-Kühlbetrieb priorisiert wird, indem das Expansionsventil (60) lediglich dann weiter geöffnet wird, wenn die Differenz innerhalb einer Maximalabweichung (dKV-max) liegt.
  5. Steuerungssystem (4) nach Anspruch 4, wobei dieses derart ausgebildet ist, dass, falls eine Zelltemperatur (T-Z) des Hochvoltspeichers (16) eine Maximaltemperatur (T-Zmax) überschreitet, der HVS-Kühlbetrieb gegenüber dem Klima-Kühlbetrieb priorisiert wird, indem die Maximalabweichung (dKV-max) vergrößert wird.
  6. Steuerungssystem (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei dieses derart ausgebildet ist, dass in dem Fall, dass der HVS-Kühlbetrieb in Kombination mit dem Klima-Kühlbetrieb eingestellt ist, eine Mindestöffnung (MÖ) des Expansionsventils (60) eingestellt wird, und dass das Expansionsventil (60) ausgehend von der Mindestöffnung (MÖ) immer weiter geöffnet wird und zwar abhängig von einer Differenz zwischen Lufttemperatur (T-KV-I) und Soll-Lufttemperatur (T-KV-S) oder von einer Zelltemperatur (T-Z) des Hochvoltspeichers (16) oder von beidem.
  7. Steuerungssystem (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei dieses derart ausgebildet ist, dass das Expansionsventil (60) nicht weiter geöffnet wird oder sogar geschlossen wird, wenn eine Überhitzung (Ü-I) des Kältemittels im Kältekreis (8) eine Mindestüberhitzung (Ümin) unterschreitet.
  8. Steuerungssystem (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei dieses derart ausgebildet ist, dass zur Regelung des Verdichters (62) als Regelgröße ein Saugdruck (P-I) im Kältekreis (8) stromauf des Verdichters (62) verwendet wird, falls der HVS-Kühlbetrieb eingestellt ist, der Klima-Kühlbetrieb jedoch nicht.
  9. Steuerungssystem (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei dieses derart ausgebildet ist, dass zur Regelung des Verdichters (62) als Regelgröße eine Kühlmitteltemperatur (T-HVS-I) stromauf des Hochvoltspeichers (16) verwendet wird, falls der HVS-Kühlbetrieb eingestellt ist, der Klima-Kühlbetrieb jedoch nicht.
  10. Steuerungssystem (4) nach einem der Ansprüche 8 oder 9, wobei diese derart ausgebildet ist, dass wenigstens in dem Fall, dass der HVS-Kühlbetrieb eingestellt ist und der Klima-Kühlbetrieb jedoch nicht, ein Sollwert (P-S, T-HVS-S) zur Regelung des Verdichters (62) aus einem Kennfeld (K1) entnommen wird, welches den Sollwert (P-S, T-HVS-S) als eine Funktion einer Außentemperatur (T-a) oder einer Zelltemperatur (T-Z) des Hochvoltspeichers (16) oder von beiden enthält.
  11. Steuerungssystem (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei dieses derart ausgebildet ist, dass bei einer Heizanforderung für den Innenraum (34) des Fahrzeugs ein Klima-Heizbetrieb des Wärmesystems (2) eingestellt wird, zur Innenraumbeheizung mittels eines Heizkreises (14) des Wärmesystems (2) und dass eine Hochdruckbegrenzung eingestellt wird, falls der Klima-Heizbetrieb eingestellt ist, der Klima-Kühlbetrieb jedoch nicht, wobei durch die Hochdruckbegrenzung der Verdichter (62) des Kältekreises (8) auf einen maximalen Hochdruck (HP-max) des Kältemittels stromab des Verdichters (62) begrenzt wird.
  12. Steuerungssystem (4) nach Anspruch 11, wobei dieses derart ausgebildet ist, dass für die Hochdruckbegrenzung der Verdichter (62) mittels eines Kennfelds (K2) hochdruckbegrenzt ist, wobei das Kennfeld (K2) eine Verdichterdrehzahl (VD) für den Verdichter (62) als Funktion des maximalen Hochdrucks (HP-max) enthält.
  13. Steuerungssystem (4) nach Anspruch 11, wobei dieses derart ausgebildet ist, dass die Hochdruckbegrenzung mittels eines Reglers realisiert ist, welcher eine Verdichterdrehzahl (VD) des Verdichters (62) derart regelt, dass ein maximale Hochdruck (HP-max) nicht überschritten wird.
  14. Verfahren zum Betrieb eines Wärmesystems (2) eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs mittels eines Steuerungssystems (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei das Steuerungssystem (4) - bei einer Kühlanforderung für einen Innenraum (34) des Fahrzeugs einen Klima-Kühlbetrieb einstellt, zur Innenraumkühlung mittels eines Klima-Verdampfers (56) eines Kältekreises (8) des Wärmesystems (2), - bei einer Kühlanforderung für einen Hochvoltspeicher (16) des Fahrzeugs einen HVS-Kühlbetrieb einstellt, zur Kühlung des Hochvoltspeichers (16) mittels eines Chillers (20) des Wärmesystems (2), wobei dem Chiller (20) im Kältekreis (8) ein Expansionsventil (60) vorgeschaltet ist, - bei gleichzeitigem HVS-Kühlbetrieb und Klima-Kühlbetrieb einen Verdichter (62) des Kältekreises (8) mit einer Regelgröße regelt, welche eine Soll-Lufttemperatur (T-KV-S) am Klima-Verdampfer (56) ist, und - das Expansionsventil (60) bei gleichzeitigem HVS-Kühlbetrieb und Klima-Kühlbetrieb abhängig von der Regelgröße für den Verdichter (62) ansteuert oder beim HVS-Kühlbetrieb ohne zusätzlichen Klima-Kühlbetrieb für den Verdichter (62) eine andere Regelgröße verwendet, oder beides.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20220234422A1 (en) * 2021-01-26 2022-07-28 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Vehicle cooling system
DE102022111661A1 (de) 2022-05-10 2023-11-16 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Klimasystem für ein Kraftfahrzeug mit effizienter Lenkung von Wärmetransportmittelströmen

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112644249B (zh) * 2021-01-22 2022-07-19 厦门金龙联合汽车工业有限公司 一种结合地图、vcu指令及空调的车辆冷却系统控制方法
DE102021112472A1 (de) * 2021-05-12 2022-11-17 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Verfahren zum Betreiben eines Kühlsystems eines Kraftfahrzeugs mit Kühlleistungsregelung
CN113280541B (zh) * 2021-06-29 2022-09-20 江苏拓米洛环境试验设备有限公司 制冷系统多间室电子膨胀阀的控制方法、装置及制冷系统
CN113335025B (zh) * 2021-07-15 2023-01-10 中国第一汽车股份有限公司 一种车用热泵空调系统及电动汽车
DE102021125741A1 (de) 2021-10-05 2023-04-20 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Kühlsystem eines Kraftfahrzeugs und Verfahren für ein Kühlsystem eines Kraftfahrzeugs
CN116101013B (zh) * 2021-11-09 2024-03-19 广州汽车集团股份有限公司 一种电动汽车低温行车热管理的控制方法、系统及汽车

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE112013003562T5 (de) * 2012-07-18 2015-04-02 Denso Corporation Kältekreislaufvorrichtung
DE102015218825A1 (de) * 2015-09-30 2017-03-30 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Steuerungssystem zur Klimatisierung eines Fahrzeugs
JP2018185104A (ja) * 2017-04-26 2018-11-22 株式会社デンソー 冷凍サイクル装置

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012111455A1 (de) * 2012-11-27 2014-05-28 Valeo Klimasysteme Gmbh Kältemittelkreislauf einer Fahrzeugklimaanlage sowie Verfahren zur Klimatisierung eines Fahrzeuginnenraums
JP6314821B2 (ja) * 2014-01-29 2018-04-25 株式会社デンソー 車両用空調装置
DE102014217960A1 (de) * 2014-09-09 2016-03-10 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Wärmepumpenanlage zur Klimatisierung eines Fahrzeuges und Verfahren zum Betrieb einer solchen Wärmepumpenanlage
US9780422B2 (en) * 2015-05-20 2017-10-03 Ford Global Technologies, Llc Cabin and battery cooling control for electrified vehicles
DE102015218824B4 (de) * 2015-09-30 2024-09-12 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Wärmepumpensystem und Verfahren zum Betrieb eines solchen
CN106183789B (zh) * 2016-07-06 2018-11-13 中国第一汽车股份有限公司 一种电动车整车热管理系统及其控制方法
US10644367B2 (en) * 2016-10-04 2020-05-05 Ford Global Technologies, Llc Electric vehicle battery cooling using excess cabin air conditioning capacity
CN108248334A (zh) * 2016-12-29 2018-07-06 长城汽车股份有限公司 车载制冷系统、车载制冷系统的控制方法和车辆
CN106904058B (zh) * 2017-03-10 2019-12-31 安徽江淮汽车集团股份有限公司 热泵空调系统中电子膨胀阀控制方法及装置
DE102017213973B4 (de) * 2017-08-10 2020-06-04 Audi Ag Verfahren zum Betreiben einer Kälteanlage eines Fahrzeugs mit einem eine Kühl- und Heizfunktion aufweisenden Kältemittelkreislauf
JP7151206B2 (ja) * 2018-06-21 2022-10-12 株式会社デンソー 冷凍サイクル装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE112013003562T5 (de) * 2012-07-18 2015-04-02 Denso Corporation Kältekreislaufvorrichtung
DE102015218825A1 (de) * 2015-09-30 2017-03-30 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Steuerungssystem zur Klimatisierung eines Fahrzeugs
JP2018185104A (ja) * 2017-04-26 2018-11-22 株式会社デンソー 冷凍サイクル装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20220234422A1 (en) * 2021-01-26 2022-07-28 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Vehicle cooling system
DE102022111661A1 (de) 2022-05-10 2023-11-16 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Klimasystem für ein Kraftfahrzeug mit effizienter Lenkung von Wärmetransportmittelströmen

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