DE102020103862B4 - Method for controlling a heat pump for a motor vehicle, in particular hybrid electric motor vehicle or electric vehicle, and heat pump for a motor vehicle - Google Patents
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Abstract
Verfahren (100) zur Regelung einer Wärmepumpe (13) für ein Kraftfahrzeug (10), insbesondere Hybridelektrokraftfahrzeug oder Elektrofahrzeug (12), wobei die Wärmepumpe (13) einen als Wärmeübertrager (18) ausgebildeten Verdampfer (14), einen Verdichter (15), einen Kondensator (16) und eine Drossel (17) umfasst, umfassend die Schritte- Ermittlung des Werts eines Druckparameters der Wärmepumpe (13),- Vergleichen des ermittelten Werts des Druckparameters mit einem oberen Grenzwert,und,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 kleiner als der oberen Grenzwert ist:- Wiederholen des Verfahrens beginnend mit dem ersten Verfahrensschritt, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckparameter eine Saugdruckänderungsrate ist und dass die Saugdruckänderungsrate mit dem oberen Grenzwert verglichen wird, wobei der obere Grenzwert ein Saugdruckänderungsratengrenzwert ist.Method (100) for controlling a heat pump (13) for a motor vehicle (10), in particular a hybrid electric vehicle or electric vehicle (12), the heat pump (13) having an evaporator (14) designed as a heat exchanger (18), a compressor (15), a capacitor (16) and a throttle (17), 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 an upper limit value, and if the determined value of the pressure parameter is greater or is equal to the upper limit value: - carrying out a de-icing process for the evaporator (14), or, if the determined value of the pressure parameter is smaller than the upper limit value: - repeating the process starting with the first process step, characterized in that the pressure parameter is a suction pressure change rate and that the suction pressure change rate is compared with the upper limit, the upper limit being a suction pressure change rate limit.
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 controlling a heat pump for a motor vehicle, in particular a hybrid electric vehicle or electric vehicle, wherein the heat pump comprises an evaporator designed as a heat exchanger, a compressor, a capacitor and a throttle. The present invention further relates to a heat pump for a motor vehicle, in particular a hybrid electric motor vehicle or electric vehicle, and a motor vehicle, in particular a hybrid electric motor 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 using 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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Aus der
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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 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 have a significant impact on 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.The applicant's not yet published German patent application "Method for operating an air conditioning system for a vehicle" describes a method for operating an air conditioning system for a vehicle, which provides that overall energy efficiencies are determined for a group of operating strategies for the air conditioning system and an operating strategy with the greatest overall efficiency that covers a determined heating power requirement is selected.
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 controlling 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 motor vehicle or electric vehicle, and a motor vehicle, in particular a hybrid electric motor 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 oberen Grenzwert,
und
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 kleiner als der obere Grenzwert ist:
- - Wiederholen des Verfahrens beginnend mit dem ersten Verfahrensschritt, wobei der Druckparameter eine Saugdruckänderungsrate ist und wobei die Saugdruckänderungsrate mit dem oberen Grenzwert verglichen wird, wobei der obere Grenzwert ein Saugdruckänderungsratengrenzwert ist.
- - Determination of the value of a pressure parameter of the heat pump,
- - Comparing the determined value of the pressure parameter with an upper limit value,
and
if the determined value of the pressure parameter is greater than or equal to the upper limit value:
- - carrying out a de-icing procedure for the evaporator,
or
if the determined value of the pressure parameter is smaller than the upper limit value:
- - Repeating the method starting with the first method step, wherein the pressure parameter is a suction pressure change rate and wherein the suction pressure change rate is compared with the upper limit, the upper limit being a suction pressure change rate limit.
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 interchangeably.
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 method 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 controlling a heat pump and in particular a de-icing control of a heat pump is provided, according to which, depending on the situation, de-icing is only carried out if the evaporator of the heat pump is actually icing. In particular, since no time-controlled defrost 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 sensors are required for a heat pump to carry out the method. The method can preferably be used with little effort even in known heat pump concepts by adapting an existing control device.
Das Verfahren zur Regelung einer Wärmepumpe für ein Kraftfahrzeug kann auch als eine Enteisungsregelung bezeichnet werden.The method for controlling a heat pump for a motor vehicle can also be referred to as a de-icing control.
Zusätzlich zu dem als Saugdruckänderungsrate ausgebildeten Druckparameter 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.In addition to the pressure parameter designed as a suction pressure change rate, it can be provided that the pressure parameter is a suction pressure and that the suction pressure is compared with the lower limit, the lower limit being a suction pressure limit.
Somit kann zusätzlich zu der Saugdruckänderungsrate 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, in addition to the suction pressure change rate, the suction pressure can be used as a pressure parameter and the prerequisite for the deicing 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.
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, the amount of the rate of change in suction pressure is preferably used as the value of the pressure parameter. Particularly preferably, the pressure parameter is the amount of the suction pressure change rate, and the amount of the suction pressure change rate is compared with the upper limit, the upper limit being a suction pressure change rate limit.
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.The prerequisite for the de-icing process to be carried out is that the determined value of the suction pressure change rate, in particular that the amount of the suction pressure change rate, reaches or exceeds a, in particular predetermined, suction pressure change rate limit value.
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 limit 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 control device can also 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 time gradient or a time derivative of the suction pressure.
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 rate of change in suction pressure as a pressure parameter is based on the knowledge that the change in the suction pressure occurs under known operating conditions of the heat pump, for example the ambient temperature, the air 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 provides an indication of 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 frost depositing 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 blocking result in a lower temperature of the refrigerant of the heat pump and thus also a lower suction pressure Achieving the required heating output 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 output-controlled, heat pump falls below a predetermined suction pressure limit, this can be seen as an indication of icing or the precipitation of frost on the evaporator. Since the suction pressure initially changes only slowly at the start of icing and drops more and more quickly as the icing progresses, the suction pressure change rate offers 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 a refrigerant, it can be provided that if the suction pressure falls below 15 bar, for example, a de-icing process is carried out for the evaporator of the heat pump, 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 de-icing process includes heating the evaporator 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 released via the evaporator. Furthermore, it can be provided that the evaporator designed as a heat exchanger includes an electric heater, which is activated to carry out the deicing process. It is also possible for waste engine heat to be passed through the evaporator to de-ice 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 icy depends on the environmental parameters and/or operating parameters, an invariably set suction pressure limit value or an invariably set suction pressure change rate limit value can lead to defrosts that are too early or too late in time.
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 particularly advantageous if the suction pressure limit or the suction pressure change rate limit is determined as a function of the environmental 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 existing 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.Particularly preferably, the determination of the suction pressure limit value or the suction pressure change rate limit value is carried out as the first step of the method, particularly preferably immediately before determining 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 air taken from the evaporator and/or the condenser a quantity of heat, a 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 taken from the evaporator preferably corresponds to the amount of heat absorbed by the evaporator from the environment.
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 designed as a heat exchanger and/or large amounts of heat taken from the evaporator, de-icing processes can occur that are carried out too early if a fixed suction pressure limit or a fixed suction pressure change rate limit 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 taken from the evaporator, deicing processes that are carried out too late can occur if a fixed suction pressure limit or a fixed suction pressure change rate limit 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 and/or the suction pressure change rate limit can be determined or set in any combinations depending on one or more of these parameters.
So kann bevorzugt vorgesehen sein, dass der Saugdruckgrenzwert erhöht wird, wenn die Umgebungstemperatur größer wird.Provision can preferably be made for the suction pressure limit to be 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 is thus adjusted depending on the ambient temperature, in such a way that the suction pressure limit is reduced at low ambient temperatures and that the suction pressure limit is increased at higher ambient temperatures. For example, it can be provided that the suction pressure limit is 25 bar at an ambient temperature of 0 ° C and that the suction pressure limit 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, a degree of opening 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 quantity 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 designed as a heat exchanger increases. 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 amount of air flowing through the evaporator designed as a heat exchanger of 0.2 kg/s, the suction pressure limit is set to 15 bar, while with an amount of air flowing through the evaporator designed as a heat exchanger of 0.8 kg/s, the suction pressure limit is set 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 taken 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 taken 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 taken from the evaporator and/or the condenser based on 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 removed from the evaporator is complex 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 is increased when the amount of heat removed 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.With high amounts of heat removed from the evaporator, the suction pressure limit is increased, and with small amounts of heat taken from the evaporator, the suction pressure limit is reduced.
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 depend on a combination of the parameters ter the ambient temperature, the amount of air flowing through the evaporator designed as a heat exchanger and the amount of heat removed 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 depending on the ambient temperature, the amount of air flowing through the evaporator designed as a heat exchanger or the amount of heat removed 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 adjustments to the suction pressure change rate limit can be made in accordance with the adjustments to the suction pressure limit, that is, if the ambient temperature increases, and/or an increase in the amount of air flowing through the heat exchanger and/or if the amount of heat removed from the heat exchanger increases, the suction pressure change rate limit is also increased.
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 adjusted in the opposite direction, so that, for example, when the ambient temperature is reduced, and/or when the amount of air flowing through the evaporator designed as a heat exchanger is reduced, and/or when the amount of air flowing through the evaporator designed as a heat exchanger is reduced The amount of heat removed increases the suction pressure change rate limit.
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 amount of air 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.A further 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 capacitor and a throttle, the heat pump further 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 previously described method.
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 de-icing process for the evaporator designed as a heat exchanger can be implemented by the control device sending a control or regulation signal to a de-icing 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 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.A further solution to the problem on which the invention is based is to provide a motor vehicle, in particular a hybrid electric motor 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.A yet further solution to the problem on which the invention is based consists in providing an air conditioning system comprising a heat pump as described above and in providing a motor vehicle, in particular a hybrid electric vehicle or electric vehicle, comprising such an air conditioning system.
Kurze Beschreibung der FigurenShort description of the characters
Die Erfindung wird nachstehend näher anhand der beigefügten Figuren erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to the attached 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 flowchart of a method for controlling a heat pump, -
3 a flowchart of a further method for controlling a heat pump, and -
4 a graph with the time course of a suction pressure and a quantity of air flowing through a heat exchanger.
Ausführliche Beschreibung der FigurenDetailed description of the characters
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 S3 ein Enteisungsverfahren für den als Wärmeübertrager 18 ausgebildeten Verdampfer 14 durchgeführt. Nach der Durchführung des Enteisungsverfahrens wird das Verfahren 100 zur Regelung einer Wärmepumpe 13 erneut beginnend mit dem ersten Verfahrensschritt S1 durchgeführt.If the determined value of the suction pressure falls below the suction pressure limit and/or if the determined value of the suction pressure change rate, in particular the determined value of the amount of the suction pressure change rate, exceeds the suction pressure change rate limit, then in a next method step S3 a de-icing process is carried out for the
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 100 gemäß Schritt S4 erneut beginnend mit dem ersten Verfahrensschritt S1 durchlaufen.However, if the determined value of the suction pressure is greater than the suction pressure limit value or if the determined value of the suction pressure change rate, in particular the determined value of the amount of the suction pressure change rate, is smaller than the suction pressure change rate limit, then the
Das Verfahren 100 beginnt in einem ersten Schritt S0 damit, dass in Abhängigkeit von Umgebungsparametern und/oder Betriebsparametern der Wärmepumpe 13 ein Saugdruckgrenzwert und/oder ein Saugdruckänderungsratengrenzwert berechnet wird. Die Umgebungsparameter bzw. die Betriebsparameter können dabei insbesondere eine Umgebungstemperatur, eine den als Wärmeübertrager 18 ausgebildeten Verdampfer 14 durchströmende Luftmenge oder eine dem Verdampfer 14 entnommene Wärmemenge umfassen. In einem nächsten Verfahrensschritt S1 des Verfahrens 100 wird ein Wert des Saugdrucks oder der Saugdruckänderungsrate ermittelt.The
In einem anschließenden Verfahrensschritt S2 wird der ermittelte Wert des Saugdrucks mit einem Saugdruckgrenzwert verglichen und/oder es wird die Saugdruckänderungsrate, bevorzugt der Betrag der Saugdruckänderungsrate, mit einem Saugdruckänderungsratengrenzwert verglichen. 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 S3 ein Enteisungsverfahren für den Wärmeübertrager 18 durchgeführt. Nach der Durchführung des Enteisungsverfahrens wird das Verfahren 100 zur Regelung einer Wärmepumpe 13 erneut beginnend mit dem ersten Verfahrensschritt S0 durchgeführt. 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 100 nach Schritt S2 gemäß Schritt S4 erneut beginnend mit dem ersten Verfahrensschritt S0 durchlaufen.In a subsequent method step S2, the determined value of the suction pressure is compared with a suction pressure limit and/or the suction pressure change rate, preferably the amount of the suction pressure change rate, is compared with a suction pressure change rate limit. If the determined value of the suction pressure falls below the suction pressure limit and/or if the determined value of the suction pressure change rate, in particular the determined value of the amount of the suction pressure change rate, exceeds the suction pressure change rate limit, then in a next method step S3, a de-icing process for the
Liste der BezugszeichenList of reference symbols
- 100100
- VerfahrenProceedings
- 5050
- VerfahrensschrittProcedural step
- S1S1
- VerfahrensschrittProcedural step
- S2S2
- VerfahrensschrittProcedural step
- S3S3
- VerfahrensschrittProcedural step
- S4S4
- Verfahrensschritt Procedural step
- 1010
- Kraftfahrzeugmotor vehicle
- 1111
- Klimaanlageair conditioner
- 1212
- ElektrofahrzeugElectric vehicle
- 1313
- WärmepumpeHeat pump
- 1414
- VerdampferEvaporator
- 1515
- Verdichtercompressor
- 1616
- Kondensatorcapacitor
- 1717
- Drosselthrottle
- 1818
- WärmeübertragerHeat exchanger
- 1919
- KältemittelkreislaufRefrigerant circulation
- 2020
- Sensorsensor
- 2121
- RegelungsvorrichtungControl device
- 2222
- Erster GraphFirst graph
- 2323
- Zweiter GraphSecond graph
Claims (8)
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- 2020-02-14 DE DE102020103862.3A patent/DE102020103862B4/en active Active
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DE102020103862A1 (en) | 2021-08-19 |
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