DE102020103862A1 - Method for regulating a heat pump for a motor vehicle, in particular a hybrid electric motor vehicle or electric vehicle, and a heat pump for a motor vehicle - Google Patents
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Abstract
Um ein Verfahren zur Regelung einer Wärmepumpe für ein Kraftfahrzeug, insbesondere Hybridelektrokraftfahrzeug oder Elektrofahrzeug, bereitzustellen, welches einen effizienten Betrieb der Wärmepumpe ermöglicht und zudem keine übermäßige technische Komplexität seitens der Wärmepumpe erfordert, wird ein Verfahren (100) zur Regelung einer Wärmepumpe (13) für ein Kraftfahrzeug (10), insbesondere Hybridelektrokraftfahrzeug oder Elektrofahrzeug (12), vorgeschlagen, wobei die Wärmepumpe (13) einen als Wärmeübertrager (18) ausgebildeten Verdampfer (14), einen Verdichter (15), einen Kondensator (15) und eine Drossel (17) umfasst, umfassend die Schritte- Ermittlung des Werts eines Druckparameters der Wärmepumpe (13),- Vergleichen des ermittelten Werts des Druckparameters mit einem unteren Grenzwert und/oder einem oberen Grenzwert,und,wenn der ermittelte Wert des Druckparameters kleiner oder gleich dem unteren Grenzwert und/oder wenn der ermittelte Wert des Druckparameters größer oder gleich dem oberen Grenzwert ist:- Durchführen eines Enteisungsverfahrens für den Verdampfer (14),oder,wenn der ermittelte Wert des Druckparameters größer als der untere Grenzwert und/oder wenn der ermittelte Wert des Druckparameters kleiner als der oberen Grenzwert ist:- Wiederholen des Verfahrens beginnend mit dem ersten Verfahrensschritt.In order to provide a method for regulating a heat pump for a motor vehicle, in particular a hybrid electric vehicle or electric vehicle, which enables efficient operation of the heat pump and also does not require excessive technical complexity on the part of the heat pump, a method (100) for regulating a heat pump (13) for a motor vehicle (10), in particular a hybrid electric vehicle or electric vehicle (12), is proposed, the heat pump (13) having an evaporator (14) designed as a heat exchanger (18), a compressor (15), a condenser (15) and a throttle (17) ) comprises, comprising the steps of determining the value of a pressure parameter of the heat pump (13), comparing the determined value of the pressure parameter with a lower limit value and / or an upper limit value, and if the determined value of the pressure parameter is less than or equal to the lower limit value and / or if the determined value of the print parameter is greater than or equal to the o The upper limit value is: - Carrying out a defrosting process for the evaporator (14), or, if the determined value of the pressure parameter is greater than the lower limit value and / or if the determined value of the pressure parameter is less than the upper limit value: - Repeat the process starting with the first process step.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung einer Wärmepumpe für ein Kraftfahrzeug, insbesondere Hybridelektrokraftfahrzeug oder Elektrofahrzeug, wobei die Wärmepumpe einen als Wärmeübertrager ausgebildeten Verdampfer, einen Verdichter, einen Kondensator und eine Drossel umfasst. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Wärmepumpe für ein Kraftfahrzeug, insbesondere Hybridelektrokraftfahrzeug oder Elektrofahrzeug, sowie ein Kraftfahrzeug, insbesondere Hybridelektrokraftfahrzeug oder Elektrofahrzeug.The present invention relates to a method for regulating a heat pump for a motor vehicle, in particular a hybrid electric vehicle or electric vehicle, the heat pump comprising an evaporator designed as a heat exchanger, a compressor, a condenser and a throttle. The present invention also relates to a heat pump for a motor vehicle, in particular a hybrid electric vehicle or electric vehicle, and a motor vehicle, in particular a hybrid electric vehicle or electric vehicle.
Technologischer HintergrundTechnological background
Wärmepumpen werden unter anderem zur Beheizung von Fahrgasträumen in Kraftfahrzeugen eingesetzt. Bei den Kraftfahrzeugen kann es sich insbesondere um Hybridelektrokraftfahrzeuge oder Elektrofahrzeuge handeln. Die zum Heizen des Fahrzeuginnenraumes benötigte Wärme wird mittels eines als Verdampfer ausgeführten Wärmeübertragers der Außenluft entnommen. Hierzu muss der Wärmeübertrager unter die Umgebungstemperatur gekühlt werden. Unterschreitet die Umgebung- oder Außenluft dabei ihren Taupunkt, bildet sich Reif auf der Oberfläche des Wärmeübertragers, durch den die Luft am Durchströmen des Wärmeübertragers gehindert wird. Die Effizienz der Wärmepumpe nimmt ab.Heat pumps are used, among other things, to heat passenger compartments in motor vehicles. The motor vehicles can in particular be hybrid electric vehicles or electric vehicles. The heat required to heat the vehicle interior is taken from the outside air by means of a heat exchanger designed as an evaporator. To do this, the heat exchanger must be cooled below the ambient temperature. If the ambient or outside air falls below its dew point, frost forms on the surface of the heat exchanger, which prevents the air from flowing through the heat exchanger. The efficiency of the heat pump decreases.
Die
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Um einer Vereisung des Wärmeübertragers entgegenzuwirken, sind im Stand der Technik zeitgesteuerte Abtauzyklen bekannt, bei denen der Wärmeübertrager zyklisch aufgeheizt wird. Das Eis auf dem Wärmeübertrager schmilzt aufgrund der Aufheizung, und eine Durchströmung des Wärmeübertragers mit der Umgebungsluft kann wieder erfolgen. Zeitgesteuerte Abtauzyklen sind sehr ineffizient und beeinflussen signifikant die Leistungsfähigkeit der Wärmepumpe.In order to counteract icing of the heat exchanger, time-controlled defrosting cycles are known in the prior art, in which the heat exchanger is heated up cyclically. The ice on the heat exchanger melts due to the heating, and the ambient air can flow through the heat exchanger again. Time-controlled defrost cycles are very inefficient and significantly influence the performance of the heat pump.
In der noch nicht veröffentlichten deutschen Patentanmeldung „Verfahren zum Betrieb eines Klimatisierungssystems für ein Fahrzeug“ der Anmelderin wird ein Verfahren zum Betrieb eines Klimatisierungssystems für ein Fahrzeug beschrieben, wobei vorgesehen ist, dass Gesamtenergieeffizienzen für eine Gruppe von Betriebsstrategien für das Klimatisierungssystem ermittelt werden und eine Betriebsstrategie mit der größten Gesamteffizienz, die einen ermittelten Heizleistungsbedarf deckt, ausgewählt wird.In the as yet unpublished German patent application “Method for operating an air conditioning system for a vehicle” by the applicant, a method for operating an air conditioning system for a vehicle is described, it being provided that overall energy efficiencies are determined for a group of operating strategies for the air conditioning system and an operating strategy is selected with the greatest overall efficiency that covers a determined heating power requirement.
Darstellung der Erfindung: Aufgabe, Lösung, VorteilePresentation of the invention: task, solution, advantages
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Regelung einer Wärmepumpe für ein Kraftfahrzeug, insbesondere Hybridelektrokraftfahrzeug oder Elektrofahrzeug, bereitzustellen, welches einen effizienten Betrieb der Wärmepumpe ermöglicht und zudem keine übermäßige technische Komplexität seitens der Wärmepumpe erfordert. Ferner ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Wärmepumpe für ein Kraftfahrzeug, insbesondere Hybridelektrokraftfahrzeug oder Elektrofahrzeug, und ein Kraftfahrzeug, insbesondere Hybridelektrokraftfahrzeug oder Elektrofahrzeug, bereitzustellen, mit denen die vorgenannten Vorteile erzielt werden.The present invention is based on the object of providing a method for regulating a heat pump for a motor vehicle, in particular a hybrid electric vehicle or electric vehicle, which enables efficient operation of the heat pump and also does not require excessive technical complexity on the part of the heat pump. A further object of the present invention is to provide a heat pump for a motor vehicle, in particular a hybrid electric vehicle or electric vehicle, and a motor vehicle, in particular a hybrid electric vehicle or electric vehicle, with which the aforementioned advantages are achieved.
Zur Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe wird ein Verfahren zur Regelung einer Wärmepumpe für ein Kraftfahrzeug, insbesondere Hybridelektrokraftfahrzeug oder Elektrofahrzeug, vorgeschlagen, wobei die Wärmepumpe einen als Wärmeübertrager ausgebildeten Verdampfer, einen Verdichter, einen Kondensator und eine Drossel umfasst, umfassend die Schritte
- - Ermittlung des Wertes eines Druckparameters der Wärmepumpe,
- - Vergleichen des ermittelten Wertes des Druckparameters mit einem unteren Grenzwert und/oder einem oberen Grenzwert, und wenn der ermittelte Wert des Druckparameters kleiner oder gleich dem unteren Grenzwert und/oder wenn der ermittelte Wert des Druckparameters größer oder gleich dem oberen Grenzwert ist:
- - Durchführen eines Enteisungsverfahrens für den Verdampfer, oder wenn der ermittelte Wert des Druckparameters größer als der untere Grenzwert und/oder wenn der ermittelte Wert des Druckparameters kleiner als der obere Grenzwert ist:
- - Wiederholen des Verfahrens beginnend mit dem ersten Verfahrensschritt.
- - Determination of the value of a pressure parameter of the heat pump,
- - Comparing the determined value of the print parameter with a lower limit value and / or an upper limit value, and if the determined value of the print parameter is less than or equal to the lower limit value and / or if the determined value of the print parameter is greater than or equal to the upper limit value:
- - Carrying out a defrosting procedure for the evaporator, or if the determined value of the pressure parameter is greater than the lower limit value and / or if the determined value of the pressure parameter is less than the upper limit value:
- - Repeat the process starting with the first process step.
Der Verdampfer ist ein Wärmeübertrager. Im Folgenden können diese Begriffe synonym verwendet werden.The evaporator is a heat exchanger. In the following, these terms can be used synonymously.
Durch die erfindungsgemäße Durchführung eines Enteisungsverfahrens in Abhängigkeit davon, ob ein ermittelter Wert eines Druckparameters der Wärmepumpe kleiner oder gleich einem unteren Grenzwert und/oder größer oder gleich einem oberen Grenzwert ist, wird ein Verfahren zur Regelung einer Wärmepumpe und insbesondere eine Enteisungsregelung einer Wärmepumpe bereitgestellt, nach welcher situationsabhängig nur dann eine Enteisung durchgeführt wird, wenn tatsächlich eine Vereisung des Verdampfers der Wärmepumpe vorliegt. Da insbesondere keine zeitgesteuerten Abtauzyklen durchgeführt werden, wird die Effizienz der Wärmepumpe verbessert. Da es zudem im Stand der Technik bekannt ist, aus Gründen des Schutzes der Wärmepumpe, insbesondere des Verdichters, Druckparameter zu erfassen, wird keine zusätzliche Sensorik für eine Wärmepumpe zur Durchführung des Verfahrens benötigt. Das Verfahren kann bevorzugt durch Anpassung einer vorhandenen Regelungsvorrichtung auch bei bekannten Wärmepumpenkonzepten mit geringem Aufwand eingesetzt werden.By carrying out a de-icing process according to the invention depending on whether a determined value of a pressure parameter of the heat pump is less than or equal to a lower limit value and / or greater than or equal to an upper limit value, a method for regulating a heat pump and in particular a de-icing control of a heat pump is provided, according to which, depending on the situation, defrosting is only carried out if the evaporator of the heat pump is actually iced up. Since in particular no time-controlled defrosting cycles are carried out, the efficiency of the heat pump is improved. Since it is also known in the prior art to record pressure parameters for reasons of protecting the heat pump, in particular the compressor, no additional sensor system is required for a heat pump to carry out the method. The method can preferably be used with little effort by adapting an existing control device even with known heat pump concepts.
Das Verfahren zur Regelung einer Wärmepumpe für ein Kraftfahrzeug kann auch als eine Enteisungsregelung bezeichnet werden.The method for regulating a heat pump for a motor vehicle can also be referred to as defrosting regulation.
Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass der Druckparameter ein Saugdruck ist und dass der Saugdruck mit dem unteren Grenzwert verglichen wird, wobei der untere Grenzwert ein Saugdruckgrenzwert ist, und/oder dass der Druckparameter eine Saugdruckänderungsrate ist und dass die Saugdruckänderungsrate mit dem oberen Grenzwert verglichen wird, wobei der obere Grenzwert ein Saugdruckänderungsratengrenzwert ist.It can preferably be provided that the pressure parameter is a suction pressure and that the suction pressure is compared with the lower limit value, the lower limit value being a suction pressure limit value, and / or that the pressure parameter is a suction pressure change rate and that the suction pressure change rate is compared with the upper limit value, wherein the upper limit is a suction pressure change rate limit.
Ist der Druckparameter die Saugdruckänderungsrate, so wird bevorzugt der Betrag der Saugdruckänderungsrate als Wert des Druckparameters verwendet. Besonders bevorzugt ist der Druckparameter der Betrag der Saugdruckänderungsrate, und der Betrag der Saugdruckänderungsrate wird mit dem oberen Grenzwert verglichen, wobei der obere Grenzwert ein Saugdruckänderungsratengrenzwert ist.If the pressure parameter is the rate of change in suction pressure, then the amount of the rate of change in suction pressure is preferably used as the value of the pressure parameter. The pressure parameter is particularly preferably the amount of the suction pressure change rate, and the amount of the suction pressure change rate is compared with the upper limit value, the upper limit value being a suction pressure change rate limit value.
Somit kann zum Einen der Saugdruck als Druckparameter verwendet werden und die Voraussetzung, dass das Enteisungsverfahren durchgeführt wird, ist, dass der ermittelte Wert des Saugdrucks einen, insbesondere vorbestimmten, Saugdruckgrenzwert erreicht oder unterschreitet.Thus, on the one hand, the suction pressure can be used as a pressure parameter and the prerequisite for the de-icing process to be carried out is that the determined value of the suction pressure reaches or falls below a, in particular, predetermined, suction pressure limit value.
Alternativ oder gleichzeitig kann als Druckparameter auch die Saugdruckänderungsrate, insbesondere der Betrag der Saugdruckänderungsrate, verwendet werden und die Voraussetzung, dass das Enteisungsverfahren durchgeführt wird, ist, dass der ermittelte Wert der Saugdruckänderungsrate, insbesondere dass der Betrag der Saugdruckänderungsrate, einen, insbesondere vorbestimmten, Saugdruckänderungsratengrenzwert erreicht oder überschreitet.Alternatively or at the same time, the suction pressure change rate, in particular the amount of the suction pressure change rate, can also be used as the pressure parameter and the prerequisite that the de-icing process is carried out is that the determined value of the suction pressure change rate, in particular that the amount of the suction pressure change rate, is a, in particular, predetermined, suction pressure change rate limit value reached or exceeded.
Zur Ermittlung des Saugdruckes kann in der Wärmepumpe, insbesondere im Kältemittelkreislauf auf der Saugseite des Verdichters, ein Sensor zur Ermittlung des Saugdruckes, insbesondere ein Saugdrucksensor, vorgesehen sein.To determine the suction pressure, a sensor for determining the suction pressure, in particular a suction pressure sensor, can be provided in the heat pump, in particular in the refrigerant circuit on the suction side of the compressor.
Der Saugdrucksensor ermittelt, bevorzugt zyklisch, den Saugdruck im Kältemittelkreislauf und kann den ermittelten Wert des Saugdrucks, oder ein entsprechendes elektrisches Signal, an eine Regelungsvorrichtung übertragen.The suction pressure sensor determines, preferably cyclically, the suction pressure in the refrigerant circuit and can transmit the determined value of the suction pressure, or a corresponding electrical signal, to a control device.
Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die Regelungsvorrichtung den ermittelten Wert des Saugdrucks mit einem vorbestimmten Saugdruckgrenzwert vergleicht, und/oder dass die Regelungsvorrichtung den ermittelten Wert der Saugdruckänderungsrate mit einem vorbestimmten Saugdruckänderungsratengrenzwert vergleicht.It can preferably be provided that the control device compares the determined value of the suction pressure with a predetermined suction pressure limit value, and / or that the control device compares the determined value of the suction pressure change rate with a predetermined suction pressure change rate limit value.
Ist der Druckparameter die Saugdruckänderungsrate, so kann die Regelungsvorrichtung ferner dazu ausgebildet sein, aus mindestens zwei zeitlich beabstandet ermittelten Werten des Saugdrucks eine Saugdruckänderungsrate zu bestimmen. Die Saugdruckänderungsrate kann auch als Gradient, zeitlicher Gradient oder als zeitliche Ableitung des Saugdruckes bezeichnet werden.If the pressure parameter is the rate of change in suction pressure, the regulating device can furthermore be designed to determine a rate of change in suction pressure from at least two values of the suction pressure determined at a time interval. The rate of change in suction pressure can also be referred to as a gradient, a temporal gradient or a derivative of the suction pressure over time.
Der Ausgestaltung des Verfahrens unter Verwendung des Saugdrucks oder der Saugdruckänderungsrate als Druckparameter liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Veränderung des Saugdrucks bei bekannten Betriebsbedingungen der Wärmepumpe, beispielsweise der Umgebungstemperatur, der Luftfeuchtigkeit, der Drehzahl eines Gebläses des Verdichters und/oder der den als Wärmeübertrager ausgebildeten Verdichter durchströmenden Luftmenge, einen Rückschluss auf die Effizienz der Wärmepumpe gibt.The design of the method using the suction pressure or the suction pressure change rate as a pressure parameter is based on the knowledge that the change in the suction pressure under known operating conditions of the heat pump, for example the ambient temperature, the humidity, the speed of a fan of the compressor and / or the one designed as a heat exchanger The amount of air flowing through the compressor indicates the efficiency of the heat pump.
So führt die thermische Isolationswirkung von sich auf dem als Wärmeübertrager ausgebildeten Verdampfer niederschlagendem Reif bei einer Vereisung und die dadurch auch reduzierte Luftströmung durch den als Wärmeübertrager ausgebildeten Verdampfer aufgrund der Verblockung dazu, dass eine niedrigere Temperatur des Kältemittels der Wärmepumpe und somit auch ein niedrigerer Saugdruck zur Erreichung der benötigten Heizleistung notwendig ist.The thermal insulation effect of the frost deposited on the evaporator designed as a heat exchanger in the event of icing and the resulting reduced air flow through the evaporator designed as a heat exchanger due to the blockage lead to a lower temperature of the refrigerant of the heat pump and thus also a lower suction pressure Achieving the required heating power is necessary.
Unterschreitet der Saugdruck der, bevorzugt leistungsgeregelten, Wärmepumpe einen vorbestimmten Saugdruckgrenzwert, so kann dies als Indiz für eine Vereisung oder für das Niederschlagen von Reif auf dem Verdampfer gewertet werden. Da sich der Saugdruck bei Vereisungsbeginn zunächst nur langsam ändert und im Laufe der Vereisung immer schneller abfällt, bietet die Saugdruckveränderungsrate einen guten Indikator, eine Vereisung des Verdampfers zu detektieren.If the suction pressure of the, preferably power-regulated, heat pump falls below a predetermined suction pressure limit value, this can be interpreted as an indication of icing or the precipitation of frost on the evaporator. Since the suction pressure initially only changes slowly at the start of icing and drops faster and faster in the course of icing, the rate of change in suction pressure is a good indicator for detecting icing of the evaporator.
Umfasst die Wärmepumpe beispielsweise R-744 als Kältemittel, so kann vorgesehen sein, dass, wenn ein Saugdruck von zum Beispiel 15 bar unterschritten wird, ein Enteisungsverfahren für den als Wärmeübertrager ausgebildeten Verdampfer der Wärmepumpe durchgeführt wird.If the heat pump includes, for example, R-744 as the refrigerant, it can be provided that if the suction pressure falls below, for example, 15 bar, a de-icing process is carried out for the heat pump's evaporator, which is designed as a heat exchanger.
Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass das Enteisungsverfahren ein Aufheizen des als Wärmeübertrager ausgebildeten Verdampfers umfasst.It can preferably be provided that the defrosting process includes heating up the evaporator, which is designed as a heat exchanger.
Zum Aufheizen des Verdampfers kann die Wärmepumpe im Umkehrbetrieb betrieben werden, so dass über den Verdampfer Wärme abgegeben wird. Ferner kann vorgesehen sein, dass der als Wärmeübertrager ausgebildete Verdampfer eine Elektroheizung umfasst, welche zur Durchführung des Enteisungsverfahrens aktiviert wird. Auch ist es möglich, dass zur Enteisung des Verdampfers Motorabwärme über den Verdampfer geführt wird.To heat the evaporator, the heat pump can be operated in reverse mode, so that heat is given off via the evaporator. Furthermore, it can be provided that the evaporator designed as a heat exchanger comprises an electric heater which is activated to carry out the defrosting process. It is also possible that engine waste heat is passed through the evaporator in order to defrost the evaporator.
Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass der Saugdruckgrenzwert und/oder der Saugdruckänderungsratengrenzwert in Abhängigkeit von Umgebungsparametern und/oder Betriebsparametern der Wärmepumpe bestimmt werden.It can preferably be provided that the suction pressure limit value and / or the suction pressure change rate limit value are determined as a function of environmental parameters and / or operating parameters of the heat pump.
Da der Saugdruck im Betrieb und bei unvereistem Wärmeübertrager abhängig von den Umgebungsparametern und/oder Betriebsparametern ist, kann ein unveränderlich festgelegter Saugdruckgrenzwert oder ein unveränderlich festgelegter Saugdruckänderungsratengrenzwert zu zeitlich zu frühen oder zeitlich zu späten Abtauungen führen.Since the suction pressure during operation and when the heat exchanger is not iced up depends on the ambient parameters and / or operating parameters, a fixed suction pressure limit value or a fixed suction pressure change rate limit value can lead to defrosts that are too early or too late.
Daher ist es von besonderem Vorteil, wenn der Saugdruckgrenzwert oder der Saugdruckänderungsratengrenzwert in Abhängigkeit von den Umgebungsparametern und/oder den Betriebsparametern der Wärmepumpe bestimmt wird. Die Bestimmung des Saugdruckgrenzwertes und/oder des Saugdruckänderungsratengrenzwertes erfolgt dabei bevorzugt in regelmäßigen zeitlichen Abständen, sodass der Saugdruckgrenzwert und/oder der Saugdruckänderungsratengrenzwert möglichst optimal mit den aktuell vorliegenden Umgebungsparametern oder Betriebsparametern korreliert.It is therefore of particular advantage if the suction pressure limit value or the suction pressure change rate limit value is determined as a function of the ambient parameters and / or the operating parameters of the heat pump. The determination of the suction pressure limit value and / or the suction pressure change rate limit value is preferably carried out at regular time intervals so that the suction pressure limit value and / or the suction pressure change rate limit value correlates as optimally as possible with the currently available environmental parameters or operating parameters.
Besonders bevorzugt wird die Bestimmung des Saugdruckgrenzwertes oder des Saugdruckänderungsratengrenzwerts als erster Schritt des Verfahrens, besonders bevorzugt unmittelbar vor der Ermittlung des Wertes des Druckparameters der Wärmepumpe, durchgeführt.The determination of the suction pressure limit value or the suction pressure change rate limit value is particularly preferably carried out as the first step of the method, particularly preferably immediately before the determination of the value of the pressure parameter of the heat pump.
Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die Umgebungsparameter und/oder die Betriebsparameter mindestens einen der Parameter aus der Gruppe umfassend eine Umgebungstemperatur, eine den als Wärmeübertrager ausgebildeten Verdampfer durchströmende Luftmenge und eine dem Verdampfer und/oder dem Kondensator entnommene Wärmemenge, eine Luftfeuchtigkeit und eine Verdichterdrehzahl umfassen.It can preferably be provided that the environmental parameters and / or the operating parameters include at least one of the parameters from the group comprising an ambient temperature, an amount of air flowing through the evaporator designed as a heat exchanger and an amount of heat extracted from the evaporator and / or the condenser, an air humidity and a compressor speed .
Ferner ist es möglich, dass die Umgebungsparameter und/oder die Betriebsparameter auch andere Parameter umfassen.Furthermore, it is possible that the environmental parameters and / or the operating parameters also include other parameters.
Die dem Verdampfer entnommene Wärmemenge entspricht bevorzugt der vom Verdampfer aus der Umgebung aufgenommenen Wärmemenge.The amount of heat removed from the evaporator preferably corresponds to the amount of heat absorbed from the environment by the evaporator.
Bei sehr geringen Umgebungstemperaturen, geringen den als Wärmeübertrager ausgebildeten Verdampfer durchströmenden Luftmengen und/oder großen dem Verdampfer entnommenen Wärmemengen kann es zu zeitlich zu früh durchgeführten Enteisungsverfahren kommen, wenn ein fester Saugdruckgrenzwert oder ein fester Saugdruckänderungsratengrenzwert angenommen wird. Dementsprechend kann es bei hohen Umgebungstemperaturen, hohen durch den als Wärmeübertrager ausgebildeten Verdampfer strömenden Luftmengen und/oder geringen dem Verdampfer entnommenen Wärmemengen zu zeitlich zu spät durchgeführten Enteisungsverfahren kommen, wenn ein fester Saugdruckgrenzwert oder ein fester Saugdruckänderungsratengrenzwert angenommen wird.At very low ambient temperatures, small amounts of air flowing through the evaporator, which is designed as a heat exchanger, and / or large amounts of heat extracted from the evaporator, defrosting processes that are carried out too early can occur if a solid Suction pressure limit value or a fixed suction pressure change rate limit value is assumed. Accordingly, at high ambient temperatures, high amounts of air flowing through the evaporator designed as a heat exchanger and / or small amounts of heat withdrawn from the evaporator, defrosting processes that are carried out too late can occur if a fixed suction pressure limit value or a fixed suction pressure change rate limit value is assumed.
Daher ist von besonderem Vorteil, wenn der Saugdruckgrenzwert und/oder der Saugdruckänderungsratengrenzwert in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur, einer den als Wärmeübertrager ausgebildeten Verdampfer durchströmenden Luftmenge, und einer dem Verdampfer und/oder dem Kondensator entnommenen Wärmemenge ermittelt oder festgelegt wird. Der Saugdruckgrenzwert und/oder der Saugdruckänderungsratengrenzwert können in Abhängigkeit von einem oder von mehreren dieser Parameter in beliebigen Kombinationen ermittelt oder festgelegt werden.It is therefore particularly advantageous if the suction pressure limit value and / or the suction pressure change rate limit value is determined or determined as a function of the ambient temperature, an amount of air flowing through the evaporator designed as a heat exchanger, and an amount of heat taken from the evaporator and / or the condenser. The suction pressure limit value and / or the suction pressure change rate limit value can be determined or established in any combination as a function of one or more of these parameters.
So kann bevorzugt vorgesehen sein, dass der Saugdruckgrenzwert erhöht wird, wenn die Umgebungstemperatur größer wird.Thus, it can preferably be provided that the suction pressure limit value is increased when the ambient temperature increases.
Der Saugdruckgrenzwert wird somit abhängig von der Umgebungstemperatur angepasst, und zwar derart, dass bei geringen Umgebungstemperaturen der Saugdruckgrenzwert erniedrigt wird, und dass bei höheren Umgebungstemperaturen der Saugdruckgrenzwert erhöht wird. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass der Saugdruckgrenzwert bei einer Umgebungstemperatur von 0°C bei 25 bar liegt und dass der Saugdruckgrenzwert bei einer Umgebungstemperatur von -10°C bei 15 bar liegt.The suction pressure limit value is thus adapted as a function of the ambient temperature, specifically in such a way that the suction pressure limit value is lowered at low ambient temperatures and the suction pressure limit value is increased at higher ambient temperatures. For example, it can be provided that the suction pressure limit value is 25 bar at an ambient temperature of 0 ° C and that the suction pressure limit value is 15 bar at an ambient temperature of -10 ° C.
Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die den als Wärmeübertrager ausgebildeten Verdampfer durchströmende Luftmenge unter Verwendung mindestens eines der Parameter Drehzahl eines Gebläses, eines Öffnungsgrads eines Kühlerrollos oder einer Kühlerjalousie oder der Fahrgeschwindigkeit eines Kraftfahrzeuges geschätzt wird, und/oder dass die den als Wärmeübertrager ausgebildeten Verdampfer durchströmende Luftmenge gemessen wird.It can preferably be provided that the amount of air flowing through the evaporator designed as a heat exchanger is estimated using at least one of the parameters speed of a fan, an opening degree of a radiator blind or a radiator blind or the driving speed of a motor vehicle, and / or that the amount of air flowing through the evaporator designed as a heat exchanger Air volume is measured.
Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass der Saugdruckgrenzwert erhöht wird, wenn die den als Wärmeübertrager ausgebildeten Verdampfer durchströmende Luftmenge größer wird. Eine große den als Wärmeübertrager ausgebildeten Verdampfer durchströmende Luftmenge führt somit zu einer Erhöhung des Saugdruckgrenzwerts, und eine geringe den als Wärmeübertrager ausgebildeten Verdampfer durchströmende Luftmenge führt zu einer Verringerung des Saugdruckgrenzwerts.It can preferably be provided that the suction pressure limit value is increased when the amount of air flowing through the evaporator, which is designed as a heat exchanger, becomes greater. A large amount of air flowing through the evaporator designed as a heat exchanger thus leads to an increase in the suction pressure limit value, and a small amount of air flowing through the evaporator designed as a heat exchanger leads to a reduction in the suction pressure limit value.
Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass bei einer den als Wärmeübertrager ausgebildeten Verdampfer durchströmenden Luftmenge von 0,2 kg/s der Saugdruckgrenzwert auf 15 bar festgelegt wird, während bei einer den als Wärmeübertrager ausgebildeten Verdampfer durchströmenden Luftmenge von 0,8 kg/s der Saugdruckgrenzwert auf 30 bar festgelegt wird.For example, it can be provided that with an air quantity of 0.2 kg / s flowing through the evaporator designed as a heat exchanger, the suction pressure limit value is set at 15 bar, while with an air quantity flowing through the evaporator designed as a heat exchanger, the suction pressure limit value is set at 0.8 kg / s 30 bar is set.
Ferner kann bevorzugt vorgesehen sein, dass die dem Verdampfer und/oder dem Kondensator entnommene Wärmemenge unter Berücksichtigung der Betriebsparameter der Wärmepumpe geschätzt wird, und/oder dass die dem Verdampfer und/oder dem Kondensator entnommene Wärmemenge gemessen wird.Furthermore, it can preferably be provided that the amount of heat withdrawn from the evaporator and / or the condenser is estimated taking into account the operating parameters of the heat pump, and / or that the amount of heat withdrawn from the evaporator and / or the condenser is measured.
Das Verfahren und Vorgehen zur Schätzung der dem Verdampfer und/oder dem Kondensator entnommenen Wärmemenge auf Basis der Betriebsparameter der Wärmepumpe sind dem Fachmann bekannt. Eine Schätzung wird bevorzugt, da die entsprechende notwendige Messtechnik zur Messung der dem Verdampfer entnommenen Wärmemenge aufwendig und komplex ist. Grundsätzlich ist es jedoch auch möglich, die dem Verdampfer entnommene Wärmemenge direkt zu messen.The method and procedure for estimating the amount of heat withdrawn from the evaporator and / or the condenser on the basis of the operating parameters of the heat pump are known to those skilled in the art. An estimate is preferred because the corresponding measurement technology required to measure the amount of heat withdrawn from the evaporator is expensive and complex. In principle, however, it is also possible to measure the amount of heat taken from the evaporator directly.
Ferner kann vorgesehen sein, dass der Saugdruckgrenzwert erhöht wird, wenn die dem Verdampfer und/oder dem Kondensator entnommene Wärmemenge größer wird.Furthermore, it can be provided that the suction pressure limit value is increased when the amount of heat withdrawn from the evaporator and / or the condenser increases.
Bei hohen entnommenen Wärmemengen aus dem Verdampfer wird somit die Saugdruckgrenze erhöht, und bei geringen dem Verdampfer entnommenen Wärmemengen wird die Saugdruckgrenze erniedrigt.In the case of large amounts of heat withdrawn from the evaporator, the suction pressure limit is thus increased, and in the case of small amounts of heat withdrawn from the evaporator, the suction pressure limit is lowered.
Besonders bevorzugt können der Saugdruckgrenzwert von einer Kombination der Parameter der Umgebungstemperatur, der den als Wärmeübertrager ausgebildeten Verdampfer durchströmenden Luftmenge und der dem Verdampfer und/oder dem Kondensator entnommenen Wärmemenge bestimmt werden.Particularly preferably, the suction pressure limit value can be determined from a combination of the parameters of the ambient temperature, the amount of air flowing through the evaporator designed as a heat exchanger and the amount of heat withdrawn from the evaporator and / or the condenser.
In einer weiteren Ausführungsform kann zudem vorgesehen sein, dass auch der Saugdruckänderungsratengrenzwert in Abhängigkeit der Umgebungstemperatur, der den als Wärmeübertrager ausgebildeten Verdampfer durchströmenden Luftmenge oder der dem Wärmeübertrager entnommenen Wärmemenge bestimmt wird.In a further embodiment it can also be provided that the suction pressure change rate limit value is also determined as a function of the ambient temperature, the amount of air flowing through the evaporator designed as a heat exchanger or the amount of heat withdrawn from the heat exchanger.
Die Anpassungen des Saugdruckänderungsratengrenzwertes können dabei entsprechend den Anpassungen des Saugdruckgrenzwertes erfolgen, das heißt, dass bei einer Erhöhung der Umgebungstemperatur, und/oder einer Erhöhung der den Wärmeübertrager durchströmenden Luftmenge und/oder bei einer Erhöhung der dem Wärmeübertrager entnommenen Wärmemenge der Saugdruckänderungsratengrenzwert ebenfalls erhöht wird.The adaptations of the suction pressure change rate limit value can be made in accordance with the adaptations of the suction pressure limit value, which means that the suction pressure change rate limit value is also increased when the ambient temperature increases and / or the amount of air flowing through the heat exchanger increases and / or when the amount of heat withdrawn from the heat exchanger increases.
Auch ist es möglich, dass der Saugdruckänderungsratengrenzwert in der entgegengesetzten Richtung angepasst wird, sodass beispielsweise bei einer Verringerung der Umgebungstemperatur, und/oder bei einer Verringerung der durch den als Wärmeübertrager ausgebildeten Verdampfer strömenden Luftmenge und/oder bei einer Verringerung der dem als Wärmeübertrager ausgebildeten Verdampfer entnommenen Wärmemenge eine Erhöhung des Saugdruckänderungsratengrenzwertes vorgenommen wird.It is also possible for the suction pressure change rate limit value to be adapted in the opposite direction so that, for example, when the Ambient temperature, and / or when the amount of air flowing through the evaporator designed as a heat exchanger is reduced and / or when the amount of heat removed from the evaporator designed as a heat exchanger is reduced, the suction pressure change rate limit value is increased.
Bevorzugt ist der Saugdruckänderungsratengrenzwert jedoch zumindest nicht von der den als Wärmeübertrager ausgebildeten Verdampfer durchströmenden Luftmenge abhängig, da die Saugdruckänderungsrate bevorzugt ein Indikator für die den als Wärmeübertrager ausgebildeten Verdampfer durchströmende Luftmenge ist.Preferably, however, the suction pressure change rate limit value is at least not dependent on the amount of air flowing through the evaporator designed as a heat exchanger, since the suction pressure change rate is preferably an indicator of the air amount flowing through the evaporator designed as a heat exchanger.
Eine weitere Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe besteht in der Bereitstellung einer Wärmepumpe für ein Kraftfahrzeug, insbesondere Hybridelektrokraftfahrzeug oder Elektrofahrzeug, umfassend einen als Wärmeübertrager ausgebildeten Verdampfer, einen Verdichter, einen Kondensator und eine Drossel, wobei die Wärmepumpe ferner einen Sensor zur Messung eines Saugdruckes aufweist, und wobei die Wärmepumpe eine Regelungsvorrichtung aufweist, wobei die Regelungsvorrichtung ausgebildet ist, Signale von dem Sensor zu empfangen, wobei die Regelungsvorrichtung ausgebildet ist, ein vorbeschriebenes Verfahren durchzuführen.Another solution to the problem on which the invention is based is to provide a heat pump for a motor vehicle, in particular a hybrid electric vehicle or electric vehicle, comprising an evaporator designed as a heat exchanger, a compressor, a condenser and a throttle, the heat pump also having a sensor for measuring a suction pressure , and wherein the heat pump has a control device, wherein the control device is designed to receive signals from the sensor, wherein the control device is designed to carry out a method described above.
Der Verfahrensschritt des Durchführens eines Enteisungsverfahrens für den als Wärmeübertrager ausgebildeten Verdampfer kann umgesetzt werden, indem die Regelungsvorrichtung ein Steuer- oder Regelsignal an eine Enteisungsvorrichtung sendet.The method step of carrying out a defrosting method for the evaporator designed as a heat exchanger can be implemented in that the regulating device sends a control or regulating signal to a defrosting device.
Der Sensor zur Bestimmung des Saugdrucks ist bevorzugt auf der Saugdruckseite des Verdichters im Kältemittelkreislauf angeordnet.The sensor for determining the suction pressure is preferably arranged on the suction pressure side of the compressor in the refrigerant circuit.
Darüber hinaus können noch weitere Sensoren vorgesehen sein.In addition, further sensors can also be provided.
Eine weitere Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe besteht in der Bereitstellung eines Kraftfahrzeuges, insbesondere eines Hybridelektrokraftfahrzeuges oder Elektrofahrzeuges, umfassend eine vorbeschriebene Wärmepumpe.Another solution to the problem on which the invention is based is to provide a motor vehicle, in particular a hybrid electric vehicle or electric vehicle, comprising a heat pump as described above.
Eine noch weitere Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe besteht in der Bereitstellung einer Klimaanlage umfassend eine vorbeschriebene Wärmepumpe und in der Bereitstellung eines Kraftfahrzeuges, insbesondere eines Hybridelektrokraftfahrzeuges oder Elektrofahrzeuges, umfassend eine solche Klimaanlage.Yet another solution to the problem on which the invention is based is to provide an air conditioning system comprising a previously described heat pump and to provide a motor vehicle, in particular a hybrid electric vehicle or electric vehicle, including such an air conditioning system.
FigurenlisteFigure list
Die Erfindung wird nachstehend näher anhand der beigefügten Figuren erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to the accompanying figures.
Es zeigen
-
1 ein Kraftfahrzeug mit einer Wärmepumpe, -
2 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Regelung einer Wärmepumpe, -
3 ein Ablaufdiagramm eines weiteren Verfahrens zur Regelung einer Wärmepumpe, und -
4 einen Graphen mit dem zeitlichen Verlauf eines Saugdrucks und einer einen Wärmeübertrager durchströmenden Luftmenge.
-
1 a motor vehicle with a heat pump, -
2 a flow chart of a method for regulating a heat pump, -
3 a flow chart of a further method for regulating a heat pump, and -
4th a graph with the temporal course of a suction pressure and an amount of air flowing through a heat exchanger.
Ausführliche Beschreibung der FigurenDetailed description of the figures
Gemäß
Unterschreitet der ermittelte Wert des Saugdrucks den Saugdruckgrenzwert und/oder überschreitet der ermittelte Wert der Saugdruckänderungsrate, insbesondere der ermittelte Wert des Betrags der Saugdruckänderungsrate, den Saugdruckänderungsratengrenzwert, so wird in einem nächsten Verfahrensschritt
Ist hingegen der ermittelte Wert des Saugdruckes größer als der Saugdruckgrenzwert beziehungsweise ist der ermittelte Wert der Saugdruckänderungsrate, insbesondere der ermittelte Wert des Betrags der Saugdruckänderungsrate, kleiner als der Saugdruckänderungsratengrenzwert, so wird das Verfahren
Das Verfahren
In einem anschließenden Verfahrensschritt
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 100100
- Verfahrenprocedure
- 5050
- VerfahrensschrittProcess step
- 5151
- VerfahrensschrittProcess step
- S2S2
- VerfahrensschrittProcess step
- S3S3
- VerfahrensschrittProcess step
- S4S4
- Verfahrensschritt Process step
- 1010
- KraftfahrzeugMotor vehicle
- 1111
- Klimaanlageair conditioning
- 1212th
- ElektrofahrzeugElectric vehicle
- 1313th
- WärmepumpeHeat pump
- 1414th
- VerdampferEvaporator
- 1515th
- Verdichtercompressor
- 1616
- Kondensatorcapacitor
- 1717th
- Drosselthrottle
- 1818th
- WärmeübertragerHeat exchanger
- 1919th
- KältemittelkreislaufRefrigerant circulation
- 2020th
- Sensorsensor
- 2121
- RegelungsvorrichtungControl device
- 2222nd
- Erster GraphFirst graph
- 2323
- Zweiter GraphSecond graph
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- DE 3706152 A1 [0003]DE 3706152 A1 [0003]
- DE 10155457 A1 [0004]DE 10155457 A1 [0004]
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