DE102020106700A1

DE102020106700A1 - Dampfeinspritzungs-wärmepumpensystem mit steuerbarem verdampferventil für fahrzeuge

Info

Publication number: DE102020106700A1
Application number: DE102020106700.3A
Authority: DE
Inventors: Timothy Noah Blatchley; Loren John Lohmeyer; Angelo Patti
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2019-03-14
Filing date: 2020-03-11
Publication date: 2020-09-17
Also published as: US11198346B2; US20200290429A1; CN111688433A

Abstract

Diese Offenbarung stellt ein Dampfeinspritzungs-Wärmepumpensystem mit steuerbarem Verdampferventil für Fahrzeuge bereit. Ein Fahrzeug beinhaltet eine Wärmepumpe mit Dampfeinspritzung, die einen Kältemittelkreislauf mit einem zum Kühlen der Kabinenluft konfigurierten Verdampfer, wobei der Verdampfer mit einem elektronisch steuerbaren Druckregelventil gekoppelt ist, das eine vollständig geöffnete Position mit einem Druckabfall nahe null aufweist, und einen Kreislauf zur Klimatisierung der Kabine aufweist, der einen zum selektiven Erwärmen der Kabinenluft konfigurierten Heizkern aufweist. Eine Steuerung ist dazu konfiguriert, das Ventil so zu steuern, dass Temperatur und Druck des Kältemittelkreislaufs über einem Gefrierschwellenwert gehalten werden, um eine Vereisung des Verdampfers zu hemmen oder zu verhindern. Das Ventil kann so gesteuert werden, dass während eines parallelen Entfeuchtungsmodus der Strom gedrosselt wird und es während anderer Betriebsmodi, wie etwa eines Kühlmodus, eines Heizmodus, eines Enteisungsmodus und eines seriellen Entfeuchtungsmodus, vollständig geöffnet ist, um den Druckabfall zu minimieren.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Wärmepumpensystem mit Dampfeinspritzung, das ein steuerbares Ventil am Auslass eines Verdampfers aufweist, der Kabinenkühlung bereitstellt.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Derzeitige Wärmepumpengestaltungen können einen Verdampferdruckregler (evaporator pressure regulator - EPR) verwenden, um bestimmte Betriebsmodi, wie etwa parallele Entfeuchtung, zu ermöglichen, die verhindern, dass der/die Fahrzeugkabinenverdampfer vereist/vereisen. Die zusätzlichen Betriebsmodi, die durch die Verwendung eines EPR ermöglicht werden, können eine größere Systembetriebseffizienz über einen größeren Bereich von Betriebsbedingungen bereitstellen. Der EPR kann jedoch in anderen Betriebsmodi, wie beispielsweise einem Kühlmodus oder einem seriellen Entfeuchtungsmodus, die Effizienz und Kapazität der Wärmepumpe reduzieren.
KURZDARSTELLUNG
Eine oder mehrere Ausführungsformen beinhalten ein Fahrzeug, das ein Wärmepumpensystem mit Dampfeinspritzung aufweist, das einen Kältemittelkreislauf beinhaltet, der mindestens einen Verdampfer aufweist, der zum selektiven Kühlen der Kabinenluft positioniert ist. Der Verdampfer weist einen Auslass auf, der mit einem Ventil gekoppelt ist, das mit einer Steuerung kommuniziert, die als Reaktion auf mindestens eines von einem Saugdruck relativ zu einem zugehörigen Druckschwellenwert und einer Verdampferrippentemperatur relativ zu einem zugehörigen Temperaturschwellenwert eine Ventilöffnung reguliert, um zumindest während eines ersten Betriebsmodus, wie etwa einem parallelen Entfeuchtungsmodus, eine Vereisung des Verdampfers zu hemmen, und während eines zweiten Betriebsmodus, wie etwa einem Heiz- oder Kühlmodus, das Ventil vollständig zu öffnen, um Strömung durch dieses mit einem Druckabfall nahe null zu ermöglichen. In mindestens einer Ausführungsform umfasst das steuerbare Ventil ein elektrisches oder elektronisches Verdampferdruckreglerventil. Ausführungsformen können zudem ein steuerbares Ventil beinhalten, das ein elektronisches oder elektrisches Expansionsventil oder ein beliebiges Multipositions-Kältemittelventil umfasst, das in der Lage ist, als Reaktion auf ein entsprechendes Steuersignal, das die Öffnung als Reaktion auf Signale von einem oder mehreren Sensoren steuert, den Kältemittelstrom zu drosseln und im vollständig geöffneten Zustand Strömung durch dieses mit einem Druckabfall nahe null zu ermöglichen.
In einer Ausführungsform weist ein Fahrzeug eine Wärmepumpe mit Dampfeinspritzung auf, die einen Kältemittelkreislauf, der einen zum Kühlen der Kabinenluft konfigurierten Verdampfer aufweist, wobei der Verdampfer mit einem elektronisch steuerbaren Druckregelventil gekoppelt ist, das eine vollständig geöffnete Position mit einem Druckabfall nahe null aufweist, und einen Kühlmittelkreislauf zur Klimatisierung der Kabine, der einen zum selektiven Erwärmen der Kabinenluft konfigurierten Heizkern aufweist, beinhaltet. Eine Steuerung ist dazu konfiguriert, das Ventil so zu steuern, dass Temperatur und Druck des Kältemittelkreislaufs über einem Gefrierschwellenwert gehalten werden, um eine Vereisung des Verdampfers zu hemmen oder zu verhindern.
Ausführungsformen beinhalten ein Fahrzeug, das einen Kältemittelkreislauf aufweist, der einen elektrisch betreibbaren Verdichter, der mit einem Wärmetauscher zur Klimatisierung der Kabine gekoppelt ist, ein elektronisch gesteuertes Expansionsventil, einen Wärmetauscher für externe Luft und einen Verdampfer, der zum Kühlen der Kabinenluft konfiguriert ist, beinhaltet, wobei der Verdampfer mit einem elektronisch gesteuerten Verdampferdruckregler gekoppelt ist, der zwischen dem Verdampfer und dem Verdichter positioniert ist. Ein Kreislauf zur Klimatisierung der Kabine beinhaltet den Wärmetauscher zur Klimatisierung der Kabine, eine elektrisch betriebene Kühlmittel-Heizvorrichtung und einen zum Erwärmen der Kabinenluft konfigurierten Heizkern. Ein Kreislauf zur Klimatisierung einer Batterie ist über ein Fluidsteuerventil selektiv mit dem Kreislauf zur Klimatisierung der Kabine fluidgekoppelt und über einen Wärmetauscher für die Batterie mit dem Kältemittelkreislauf gekoppelt. Eine Steuerung ist dazu konfiguriert, gleichzeitig die elektrisch betriebene Heizvorrichtung zum Erwärmen der Kabinenluft und den Verdichter zum Kühlen der Kabinenluft zu betreiben, um einen parallelen Entfeuchtungsmodus bereitzustellen, und nur während des parallelen Entfeuchtungsmodus den elektronisch gesteuerten Verdampferdruckregler so zu steuern, dass der Kältemittelstrom gedrosselt wird.
Ein Verfahren zum Steuern eines Fahrzeugs, das eine Wärmepumpe aufweist, die einen Kältemittelkreislauf, der einen Verdichter aufweist, der über einen Verdampferdruckregler mit einem Verdampfer gekoppelt ist, der zum selektiven Bereitstellen von Kabinenkühlung konfiguriert ist, und einen Kühlmittelkreislauf zur Klimatisierung der Kabine beinhaltet, der einen Wärmetauscher, der zum Wärmeaustausch mit dem Kältemittelkreislauf konfiguriert ist, eine elektrische Heizvorrichtung, die zum Erwärmen von Kühlmittel in einem Kreislauf zur Klimatisierung der Kabine konfiguriert ist, das einem Heizkern zugeführt wird, der zum selektiven Bereitstellen von Kabinenheizung konfiguriert ist, beinhaltet ein Steuern des Verdampferdruckreglers durch eine Steuerung derart, dass eine Öffnung gedrosselt wird, wenn in einem Entfeuchtungsmodus der Verdichter gleichzeitig mit der elektrischen Heizvorrichtung betrieben wird. Das Verfahren beinhaltet zudem ein Steuern des Verdampferdruckreglers in eine vollständig geöffnete Position, wenn kein Betrieb im Entfeuchtungsmodus stattfindet, wobei die vollständig geöffnete Position einen Druckabfall nahe null über den Verdampferdruckregler bereitstellt.
Ausführungsformen eines Wärmepumpensystems für Fahrzeuge, wie es in dieser Schrift beschrieben ist, können einen oder mehrere Vorteile bereitstellen. Beispielsweise ermöglicht die Einbeziehung eines elektronisch steuerbaren oder intelligenten Verdampfungsdruckreglers, der im vollständig geöffneten Zustand einen Druckabfall nahe Null aufweist, einen Betrieb des Klimatisierungssystems in einem parallelen Entfeuchtungsmodus, während in allen anderen Betriebsmodi eine größere Effizienz und eine höhere Wärmekapazität ermöglicht werden, da der Saugdruck des Kältemittelsystems nicht eingeschränkt wird. Die Steuerung des EPR gemäß Ausführungsformen der Offenbarung erleichtert das Drosseln des Kältemittelstroms bei einigen Bedingungen oder Modi, während bei anderen Betriebsbedingungen oder Modi ein Strom mit einem Druckabfall nahe null ermöglicht wird, um den Druck und die Temperatur des Kältemittels über dem Gefrierschwellenwert zu halten, um ein Vereisen des Kabinenverdampfers zu hemmen oder zu verhindern.
Figurenliste

1 ist eine schematische Darstellung eines repräsentativen Fahrzeugs, das ein Dampfeinspritzungs-Wärmepumpensystem mit einem steuerbaren Verdampferventil aufweist.
2 ist eine schematische Darstellung eines Wärmeverwaltungssystems für eine Batterie und eines Klimatisierungssystems eines Fahrzeugs.
3 ist ein Ablaufdiagramm, das den Betrieb eines Fahrzeugsystems oder ein Verfahren zum Steuern eines Verdampferventils in einem Wärmepumpensystem mit Dampfeinspritzung veranschaulicht.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
In dieser Schrift sind Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich Beispiele darstellen und andere Ausführungsformen verschiedene und alternative Formen annehmen können. Die Figuren sind nicht zwingend maßstabsgetreu; einige Merkmale können vergrößert oder verkleinert dargestellt sein, um Details bestimmter Komponenten zu zeigen. Demnach sind die in der vorliegenden Schrift offenbarten konkreten strukturellen und funktionellen Details nicht als einschränkend auszulegen, sondern lediglich als repräsentative Grundlage, um den Fachmann die vielfältige Verwendung der vorliegenden Erfindung zu lehren. Für einen Durchschnittsfachmann versteht es sich, dass verschiedene Merkmale, die in Bezug auf eine beliebige der Figuren veranschaulicht und beschrieben sind, mit Merkmalen kombiniert werden können, die in einer oder mehreren anderen Figuren veranschaulicht sind, um Ausführungsformen zu erzeugen, die nicht ausdrücklich veranschaulicht oder beschrieben sind. Die veranschaulichten Kombinationen von Merkmalen stellen repräsentative Ausführungsformen für typische Anwendungen bereit. Verschiedene Kombinationen und Modifikationen der Merkmale, die mit den Lehren dieser Offenbarung vereinbar sind, können jedoch für bestimmte Anwendungen oder Umsetzungen wünschenswert sein.
1 bildet eine schematische Darstellung eines typischen Plug-in-Hybridelektrofahrzeugs (plug-in hybrid-electric vehicle - PHEV) ab, das ein Dampfeinspritzungs-Wärmepumpensystem mit einem elektronisch steuerbaren Verdampferventil gemäß der vorliegenden Offenbarung beinhaltet. Bestimmte Ausführungsformen können jedoch auch im Kontext von Nicht-Plug-in-Hybridfahrzeugen und vollelektrischen Fahrzeugen umgesetzt werden. Das Fahrzeug 12 beinhaltet eine oder mehrere elektrische Maschinen 14, die mechanisch mit einem Hybridgetriebe 16 verbunden sind. Die elektrischen Maschinen 14 können zum Betrieb als Elektromotor oder Generator in der Lage sein. Des Weiteren kann das Hybridgetriebe 16 mechanisch mit einem Motor 18 verbunden sein. Das Hybridgetriebe 16 kann zudem mechanisch mit einer Antriebswelle 20 verbunden sein, die mechanisch mit den Rädern 22 verbunden ist. Die elektrischen Maschinen 14 können Antriebs- und Abbremsfunktionen bereitstellen, wenn der Motor 18 ein- oder ausgeschaltet ist. Die elektrischen Maschinen 14 fungieren zudem als Generatoren und können Vorteile hinsichtlich der Kraftstoffeffizienz bereitstellen, indem sie durch Nutzbremsung Energie zurückgewinnen. Die elektrischen Maschinen 14 reduzieren Schadstoffemissionen und erhöhen die Kraftstoffeffizienz, indem sie die Arbeitslast des Motors 18 reduzieren.
Eine Traktionsbatterie oder ein Batteriepack 24 speichert Energie, die von den elektrischen Maschinen 14 verwendet werden kann. Die Traktionsbatterie 24 stellt in der Regel eine Hochspannungs-Gleichstrom(direct current - DC)-Ausgabe von einem oder mehreren Batteriezellenarrays, mitunter als Batteriezellenstapel bezeichnet, innerhalb der Traktionsbatterie 24 bereit. Die Batteriezellenarrays können eine oder mehrere Batteriezellen beinhalten.
Die Batteriezellen, wie etwa prismatische Zellen, Pouch-Zellen, zylindrische Zellen oder eine beliebige andere Zellenart, wandeln gespeicherte chemische Energie in elektrische Energie um. Die Zellen können ein Gehäuse, eine positive Elektrode (Kathode) und eine negative Elektrode (Anode) beinhalten. Ein Elektrolyt kann ermöglichen, dass sich Ionen während einer Entladung zwischen der Anode und Kathode bewegen und dann während einer Wiederaufladung zurückströmen. Anschlüsse können ermöglichen, dass Strom zur Verwendung durch das Fahrzeug aus der Zelle fließt.
Es stehen unterschiedliche Konfigurationen und chemische Zusammensetzungen für das Batteriepack zur Verfügung, um individuellen Fahrzeugvariablen, einschließlich Einbaubeschränkungen und Leistungsanforderungen, nachzukommen. Die Batteriezellen können mithilfe eines Wärmeverwaltungssystem wärmereguliert werden. Beispiele für Wärmeverwaltungssysteme beinhalten Luftkühlsysteme, Flüssigkeitskühlsysteme und eine Kombination aus Luft- und Flüssigkeitssystem. Ein repräsentatives Wärmeverwaltungssystem ist in der schematischen Darstellung in 2 veranschaulicht.
Wie in 1 gezeigt, kann die Traktionsbatterie 24 über ein oder mehrere Schütze (nicht gezeigt) elektrisch mit einem oder mehreren Leistungselektronikmodulen 26 verbunden sein. Das eine oder die mehreren Schütze isolieren im geöffneten Zustand die Traktionsbatterie 24 von anderen Komponenten und verbinden im geschlossenen Zustand die Traktionsbatterie 24 mit anderen Komponenten. Das Leistungselektronikmodul 26 kann elektrisch mit den elektrischen Maschinen 14 verbunden sein und kann die Möglichkeit bereitstellen, elektrische Energie bidirektional zwischen der Traktionsbatterie 24 und den elektrischen Maschinen 14 zu übertragen. Beispielsweise kann eine typische Traktionsbatterie 24 eine DC-Spannung bereitstellen, während die elektrischen Maschinen 14 unter Umständen für ihren Betrieb eine Dreiphasenwechselstrom(altemating current - AC)-Spannung benötigen. Das Leistungselektronikmodul 26 kann die DC-Spannung in eine Dreiphasen-AC-Spannung umwandeln, wie sie von den elektrischen Maschinen 14 benötigt wird. In einem Regenerationsmodus kann das Leistungselektronikmodul 26 die Dreiphasen-AC-Spannung von den elektrischen Maschinen 14, die als Generatoren fungieren, in die DC-Spannung umwandeln, wie sie von der Traktionsbatterie 24 benötigt wird. Die Beschreibung in dieser Schrift ist ebenso auf ein vollelektrisches Fahrzeug anwendbar. In einem vollelektrischen Fahrzeug kann das Hybridgetriebe 16 ein Schaltgetriebe sein, das mit einer elektrischen Maschine 14 verbunden ist, und ist der Motor 18 nicht vorhanden.
Zusätzlich zum Bereitstellen von Antriebsenergie kann die Traktionsbatterie 24 Energie für andere elektrische Systeme des Fahrzeugs bereitstellen. Ein typisches System kann ein DC/DC-Wandlermodul 28 beinhalten, das die Hochspannungs-DC-Ausgabe der Traktionsbatterie 24 in eine Niederspannungs-DC-Zufuhr umwandelt, die mit anderen Fahrzeugkomponenten kompatibel ist. Andere Hochspannungsverbraucher, wie etwa Verdichter und elektrische Heizvorrichtungen, können ohne die Verwendung eines DC/DC-Wandlermoduls 28 direkt mit der Hochspannungszufuhr verbunden sein. In einem typischen Fahrzeug sind die Niederspannungssysteme elektrisch mit einer Hilfsbatterie 30 (z. B. einer 12 V-, 24 V- oder 48 V-Batterie) verbunden.
Ein Batterieenergiesteuermodul (battery energy control module - BECM) 33 kann mit der Traktionsbatterie 24 in Kommunikation stehen. Das BECM 33 kann als Steuerung für die Traktionsbatterie 24 fungieren und kann zudem ein elektronisches Überwachungssystem beinhalten, das die Temperatur und den Ladezustand für jede der Batteriezellen verwaltet. Die Traktionsbatterie 24 kann einen Temperatursensor 31, wie etwa einen Thermistor oder einen anderen Temperatursensor, aufweisen. Der Temperatursensor 31 kann mit dem BECM 33 in Kommunikation stehen, um Temperaturdaten bezüglich der Traktionsbatterie 24 bereitzustellen.
Das Fahrzeug 12 kann über eine mit einer externen Leistungsquelle 36 verbundene Ladestation wiederaufgeladen werden. Die externe Leistungsquelle 36 kann elektrisch mit einer Elektrofahrzeugversorgungsanlage (electric vehicle supply equipment - EVSE) 38 verbunden sein. Die externe Leistungsquelle 36 kann der EVSE 38 elektrische DC- oder AC-Leistung bereitstellen. Die EVSE 38 kann einen Ladestecker 40 zum Einstecken in einen Ladeanschluss 34 des Fahrzeugs 12 aufweisen. Bei dem Ladeanschluss 34 kann es sich um eine beliebige Art von Anschluss handeln, die zum Übertragen von Leistung von der EVSE 38 zum Fahrzeug 12 konfiguriert ist. Der Ladeanschluss 34 kann elektrisch mit einer Ladevorrichtung oder einem bordeigenen Leistungswandlermodul 32 verbunden sein. Das Leistungswandlermodul 32 kann die Leistung konditionieren, die von der EVSE 38 zugeführt wird, um der Traktionsbatterie 24 den richtigen Spannungs- und Strompegel bereitzustellen. Das Leistungswandlermodul 32 kann eine Schnittstelle mit der EVSE 38 bilden, um die Abgabe von Leistung an das Fahrzeug 12 zu koordinieren. Der EVSE-Stecker 40 kann Stifte aufweisen, die mit entsprechenden Aussparungen des Ladeanschlusses 34 zusammenpassen.
Die verschiedenen erörterten Komponenten können eine oder mehrere Steuerungen zum Steuern und Überwachten des Betriebs der Komponenten aufweisen. Die Steuerungen können über einen seriellen Bus (z. B. Controller Area Network (CAN)) oder über dedizierte elektrische Leitungen kommunizieren. Die Steuerung beinhaltet im Allgemeinen eine beliebige Anzahl von Mikroprozessoren, ASICs, ICs, Speicher (z. B. FLASH, ROM, RAM, EPROM und/oder EEPROM) und Softwarecode, die miteinander zusammenzuwirken, um eine Reihe von Vorgängen durchzuführen. Die Steuerung beinhaltet zudem vorher festgelegte Daten oder Lookup-Tabellen, die auf Berechnungen und Testdaten beruhen und im Speicher gespeichert sind. Die Steuerung kann über eine oder mehrere drahtgebundene oder drahtlose Fahrzeugverbindungen unter Verwendung gängiger Busprotokolle (z. B. CAN und LIN) mit anderen Fahrzeugsystemen und Steuerungen kommunizieren. Im hier verwendeten Sinne bezieht sich ein Verweis auf „eine Steuerung“ auf eine oder mehrere Steuerungen, die jeweils einen oder mehrere Prozessoren und zugehörigen dauerhaften, nichttransitorischen Speicher, der seinen Inhalt ohne Leistung beibehält, sowie flüchtigen nichttransitorischen Speicher, der ohne Leistung seinen Inhalt verliert, beinhalten können.
Die Traktionsbatterie 24 und andere Fahrzeugkomponenten werden mithilfe eines oder mehrerer Wärmeverwaltungssysteme wärmereguliert. Ein repräsentatives Beispiel für ein Wärmeverwaltungssystem, das ein Wärmepumpensystem mit Dampfeinspritzung beinhaltet, ist unter Bezugnahme auf 2 gezeigt und beschrieben.
Unter Bezugnahme auf 2 beinhaltet ein Fahrzeug 12 ein Wärmeverwaltungssystem 200, das ein Wärmepumpensystem mit Dampfeinspritzung beinhaltet. Das Wärmeverwaltungssystem 200 kann eingesetzt werden, um Wärmelasten zu verwalten, die von verschiedenen Fahrzeugkomponenten generiert werden, wie etwa der Batteriebaugruppe 24, die eine zugehörige Kühlplatte 202 für die Batterie beinhaltet, Antriebsstrangkomponenten und Leistungselektronikkomponenten. Beispielsweise kann das Wärmeverwaltungssystem 200 selektiv Kühlmittel durch einen Glykol- oder Fluidkreislauf 204 zur Klimatisierung der Batterie zu der Batteriebaugruppe 24 leiten, um die Batteriebaugruppe je nach Betriebsbedingungen entweder zu kühlen oder zu erwärmen.
Das Wärmeverwaltungssystem 200 kann eine oder mehrere Fahrzeugsteuerungen 210 beinhalten. Wenngleich sie in der veranschaulichten Ausführungsform schematisch als einzelnes Modul gezeigt ist, kann die Steuerung 210 Teil eines größeren Steuersystems sein und mit verschiedenen anderen Steuerungen im gesamten Fahrzeug kommunizieren, wie etwa einer Fahrzeugsystemsteuerung (vehicle system controller - VSC), die eine Antriebsstrangsteuereinheit, eine Getriebesteuereinheit, eine Motorsteuereinheit, ein elektronisches Batteriesteuermodul (BECM) oder eine Batteriesystemsteuerung (BSC) usw. beinhaltet. Es versteht sich, dass die Steuerung 210 und eine oder mehrere andere Steuerungen gemeinsam als „eine Steuerung“ oder ein Prozessor bezeichnet werden können, die/der, beispielsweise über eine Vielzahl von Algorithmen, verschiedene Aktoren als Reaktion auf Signale von verschiedenen Sensoren steuert, um dem Fahrzeug und in diesem Fall dem Wärmepumpensystem mit Dampfeinspritzung des Wärmeverwaltungssystems 200 zugehörige Funktionen zu steuern. Die verschiedenen Steuerungen, welche die VSC bilden, können unter Verwendung eines einer Reihe von standardmäßigen oder proprietären Protokollen, wie beispielsweise des Controller-Area-Network(CAN)-Protokolls, miteinander kommunizieren.
In einer Ausführungsform beinhaltet das Wärmeverwaltungssystem 200 für die Batterie einen Kältemittel- oder Fluidkreislauf 212 und einen Glykol- oder Fluidkreislauf 214 zur Klimatisierung der Kabine. Der Kreislauf 204 zur Klimatisierung der Batterie, der Kältemittelkreislauf 212 und der Kreislauf 214 zur Klimatisierung der Kabine können je nach Anforderungen hinsichtlich der Kabinenklimatisierung, der Batterieklimatisierung und der Motorkühlung (wenn bereitgestellt), der Umgebungslufttemperatur und anderen Faktoren in koordinierter Weise oder unabhängig voneinander betrieben werden. Bei dem Kältemittelkreislauf-Teilsystem 212 kann es sich um ein Wärmpumpensystem mit Dampfeinspritzung handeln, das ein Kältemittel zirkuliert, das Wärmeenergie an verschiedene Komponenten des Fahrzeugkabinen-Klimatisierungssystems überträgt. Das Kältemittelteilsystem 212 kann eine Klimaanlage (air-conditioning - AC) für die Fahrzeugkabine bereitstellen, die im Allgemeinen durch Bezugszeichen 216 angegeben ist. Die Nutzung der Kabinen-AC kann kostengünstiger sein als ein dediziertes Kältemittelsystem für die Traktionsbatterie 24. Der Kreislauf 204 zur Klimatisierung der Batterie leitet Kühlmittel zur Batteriebaugruppe 24. Der Kreislauf 214 zur Klimatisierung der Kabine leitet Kühlmittel durch einen Heizkern 218 zum Erwärmen der Kabine. Bei dem Kühlmittel kann es sich um eine herkömmliche Art einer Kühlmittelmischung handeln, wie etwa um mit Ethylenglykol vermischtes Wasser. Je nach konkreter Anwendung und Umsetzung könnten auch andere Kühlmittel verwendet werden. Der Kältemittelkreislauf 212 zirkuliert ein komprimierbares Kältemittel, wie beispielsweise R-134a, Kohlendioxid oder HFO-1234yf.
Der Kreislauf 214 zur Klimatisierung der Kabine, der als Teil des Klimatisierungssystem des Fahrzeugs zum Bereitstellen von Heizung für die Kabine 216 über den Heizkern 218 fungiert, beinhaltet einen Elektromotor 220 und eine Pumpe 222, die durch die Steuerung 210 gesteuert werden, um selektiv Kühlmittel durch die verschiedenen Komponenten des Kreislaufs 214 zur Klimatisierung der Kabine zu leiten. In der repräsentativen Ausführungsform, die in 2 veranschaulicht ist, beinhaltet der Kreislauf zur Klimatisierung der Kabine einen Kühlmittel-Kältemittel-Wärmetauscher (WT) 224, der Wärme oder Wärmeenergie aus dem Kreislauf 214 zur Klimatisierung der Kabine mit dem Kältemittelkreislauf 212 austauscht. Eine elektrische Heizvorrichtung 226 kann durch die Hochspannungsbatterie 24 mit Leistung versorgt und durch die Steuerung 210 gesteuert werden. In einer Ausführungsform handelt es sich bei der Heizvorrichtung 226 um eine Heizvorrichtung mit positivem Temperaturkoeffizienten (positive temperature coefficient - PTC), die durch die Steuerung 210 so gesteuert wird, dass selektiv das Kühlmittel im Kreislauf 214 zur Klimatisierung der Kabine erwärmt wird. Ein Batterieerwärmungssteuerventil 228 kann durch die Steuerung 210 selektiv betrieben werden, um den Kreislauf 214 zur Klimatisierung der Kabine und den Kreislauf 204 zur Klimatisierung der Batterie fluidzukoppeln, um die Batterie 24 zu erwärmen. In der Position, die in 2 veranschaulicht ist, trennt oder isoliert das Ventil 228 das Kühlmittel im Kreislauf 214 zur Klimatisierung der Kabine von dem Kühlmittel im Kreislauf 204 zur Klimatisierung der Batterie.
Wie in der schematischen Darstellung in 2 ebenfalls gezeigt, beinhaltet der Kreislauf 204 zur Klimatisierung der Batterie einen Elektromotor 230 und eine zugehörige Pumpe 232, die durch die Steuerung 210 so gesteuert werden, dass selektiv Kühlmittel durch den Kreislauf 204 zur Klimatisierung der Batterie geleitet wird. Ein Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher 234 stellt eine Übertragung von Wärmeenergie oder Wärme zwischen dem Kreislauf 204 zur Klimatisierung der Batterie und dem Kältemittelkreislauf 212 bereit, um die Batterie 24 über die Batteriekühlplatte 202 selektiv zu kühlen.
Der Kältemittelkreislauf 212 beinhaltet einen Verdichter 240, der durch die Steuerung 210 gesteuert wird und Kältemittel mit niedrigem Druck und niedriger Temperatur von einem Doppelfunktions-Akkumulator/Abscheider 242 empfängt. Der Verdichter 240 beinhaltet einen Auslass 246 für mittlere Temperatur und mittleren Druck und einen Auslass 248 für hohe Temperatur und hohen Druck. Der Auslass 246 ist mit einem ersten Zyklonabscheider 250 und einem zweiten Zyklonabscheider 252 gekoppelt. Der Auslass 248 ist mit dem Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher 224 und dann über ein durch die Steuerung 210 gesteuertes elektronisches Expansionsventil (EXV) 254 mit dem ersten Zyklonabscheider 250 gekoppelt. Der erste Zyklonabscheider 250 ist mit einem Außenluft-Wärmetauscher 260 gekoppelt, der über ein durch die Steuerung 210 gesteuertes Absperrventil (shutoff valve - SOV) 262 mit dem Akkumulator/Abscheider 242, über ein durch die Steuerung gesteuertes elektronisch steuerbares Expansionsventil 264 mit dem zweiten Zyklonabscheider 252 und über ein thermostatisches thermisches Expansionsventil (thermal expansion valve - TXV) (mit Absperrfunktion) 266 mit dem Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher 234 gekoppelt ist.
Ein Wärmetauscher oder Verdampfer 270 stellt der Fahrzeugkabine 216 selektiv Kühlung bereit und weist einen Einlass, der mit dem zweiten Zyklonabscheider 252 verbunden ist, und einen Auslass, der über ein durch die Steuerung gesteuertes elektronisch steuerbares Verdampferdruckregler(EPR)-Ventil 280 mit dem Akkumulator/Abscheider 242 gekoppelt ist, auf. Das elektronisch steuerbare EPR-Ventil 280 kann zusätzlich zu den steuerbaren Positionen zum Bereitstellen einer variablen Drosselung des Stroms durch dieses eine vollständig geöffnete Position mit einem Druckabfall nahe null beinhalten. Das elektronisch steuerbare EPR-Ventil 280 kann während eines parallelen Entfeuchtungsmodus so gesteuert werden, dass ein Vereisen der Rippen des Verdampfers 270 gehemmt oder verhindert wird, wie unter Bezugnahme auf 3 genauer beschrieben. Der Verdampfer 270 kann einen zugehörigen Temperatursensor 282 zum Bereitstellen einer Temperatur der zugehörigen Rippen und einen zugehörigen Drucksensor 284 zum Messen des Drucks am Auslass aufweisen. Der Temperatursensor 282 und der Drucksensor 284 können mit der Steuerung 210 verbunden sein, um zugehörige Daten zur Verwendung durch die Steuerung 210 beim Steuern des Wärmeverwaltungssystems 200 bereitzustellen, das in einer Vielfalt von Modi oder Funktionen, wie etwa einem Heizmodus, einem Kühlmodus, einem parallelen Entfeuchtungsmodus und einem seriellen Entfeuchtungsmodus, betrieben werden kann.
Im Heizmodus wandelt der Verdichter 240 das Kältemittel durch Druckbeaufschlagung in einen heißen Dampf um, der zum Wärmetauscher 224 geleitet wird. Die Wärmeenergie aus dem Kältemittel wird in das Kühlmittel übertragen, das durch die Kühlmittelseite des Wärmetauschers 224 geleitet wird, um das Kühlmittel in dem Kühlmittelkreislauf 214 zu erwärmen. Zusätzliche Wärme kann durch die elektrische PTC-Heizvorrichtung 226 bereitgestellt werden. Die durch den Motor 220 betriebene Pumpe 222 leitet das erwärmte Kühlmittel zum Heizkern 218 zum Erwärmen der Kabine 216. Je nach der Position des Ventils 228 kann das erwärmte Kühlmittel zudem durch den Kreislauf 204 zur Klimatisierung der Batterie geleitet werden, um die Batterie 24 zu erwärmen. Der Wärmetauscher 224 fungiert als Kondensator, der bewirkt, dass das Kältemittel zu einer Flüssigkeit kondensiert. Als Nächstes passiert das Kältemittel eine Expansionsvorrichtung 254, die sich im Heizmodus in einer gedrosselten Position befindet. Die Expansionsvorrichtung 254 reduziert den Druck des Kältemittels und senkt die Temperatur des Kältemittels, bevor es in den Wärmetauscher 260 für externe oder Außenluft einströmt und nachdem es den Zyklonabscheider 250 passiert hat. Die Steuerung 210 kann die Expansionsvorrichtung 254 drosseln, um sicherzustellen, dass die Temperatur des Kältemittels unter der Außenlufttemperatur liegt, um das Verdampfen des Kältemittels im Wärmetauscher 260 zu erleichtern. Der Rücklaufweg des den Wärmetauscher 260 verlassenden Kältemittels zum Verdichter 240 kann durch das Absperrventil 262, das Absperrventil 290 und das Expansionsventil 264 gesteuert werden.
Bei Betrieb in einem Kühlmodus können der Kreislauf 204 zur Klimatisierung der Batterie und der Kreislauf 214 zur Klimatisierung der Kabine je nach den Betriebsbedingungen der Traktionsbatterie 24 ein- oder ausgeschaltet sein. Der Verdichter 240 wandelt das Kältemittel durch Druckbeaufschlagung in einen heißen Dampf um, der durch den Wärmetauscher 224 zur Expansionsvorrichtung 254 geleitet wird, die sich in diesem Betriebsmodus in einer vollständig geöffneten Position befinden kann. Der Wärmetauscher 260 fungiert als Kondensator und Wärme wird aus dem Kältemittel auf die Außenluft übertragen, um zu bewirken, dass das Kältemittel in einen im Wesentlichen flüssigen Zustand kondensiert. Das Absperrventil 262 ist geschlossen und das Expansionsventil 264 ist geöffnet oder gedrosselt, sodass das den Wärmetauscher 260 verlassende Kältemittel durch den Zyklonabscheider 252 zum Verdampfer 270 wandert. Der intelligente EPR 280 ist vollständig geöffnet, sodass das den Verdampfer 270 verlassende Kältemittel einen Druckabfall nahe null erfährt und durch den Akkumulator/Abscheider 242 zum Verdichter 240 zurückkehrt. Der Kabinenwärmetauscher oder -verdampfer 270 entzieht der innerhalb des Gehäuses zirkulierten Luft Wärme, um die Kabine 216 zu kühlen. Das Kältemittel verlässt den Verdampfer 270 als Dampf und wird durch den Akkumulator 242 und zurück zum Verdichter 240 geleitet. Der intelligente EPR kann auch in Abhängigkeit von der Temperatur der Kühlrippen, wie durch den Temperatursensor 282 detektiert, oder zum Regulieren des Kältemitteldrucks, wie durch den Drucksensor 284 detektiert, gedrosselt werden, um ein Vereisen des Verdichters zu hemmen oder zu verhindern. Ein Doppelfunktionsventil 266 kann betätigt werden, um zu ermöglichen, dass etwas Kältemittel durch den Wärmetauscher 234 strömt, um dem Kreislauf 204 zur Klimatisierung der Batterie Kühlung bereitzustellen.
Das System 200 kann in mindestens einem Entfeuchtungsmodus betrieben werden, bei dem der Heizkern 218 und der innere Wärmetauscher oder Verdampfer 270 gleichzeitig betrieben werden. Der Kreislauf 214 zur Klimatisierung der Kabine ist während des Entfeuchtungsmodus aktiviert, um dem Heizkern 218 erwärmtes Kühlmittel bereitzustellen, wie zuvor in Bezug auf den Heizmodus beschrieben. Im Entfeuchtungsmodus wird die Luft innerhalb des Belüftungssystems zunächst über den Verdampfer 270 geblasen, wodurch die Luft abgekühlt und entfeuchtet wird, und wird dann über den Heizkern 218 geblasen, um die Luft wieder zu erwärmen, bevor sie in den Fahrgastsitzraum geleitet wird. Das System 200 kann mehr als einen Entfeuchtungsmodus aufweisen, wie beispielsweise einen parallelen Entfeuchtungsmodus und einen seriellen Entfeuchtungsmodus. Ein Enteisungsmodus kann ebenfalls bereitgestellt sein.
Im parallelen Entfeuchtungsmodus wandelt der Verdichter 240 das Kältemittel durch Druckbeaufschlagung in Dampf mit einer hohen Temperatur und einem hohen Druck um, der zum Wärmetauscher 224 geleitet wird. Die Wärmeenergie aus dem Kältemittel wird in das Kühlmittel übertragen, das durch den Kreislauf 214 zur Klimatisierung der Kabine zirkuliert, um das Kühlmittel zu erwärmen. Die elektrische PTC-Heizvorrichtung 226 kann ebenfalls betrieben werden, um dem Kühlmittel zusätzliche Wärme bereitzustellen. Die Pumpe 222 und der zugehörige Elektromotor 220 werden betrieben, um das erwärmte Kühlmittel zum Heizkern 218 zum Erwärmen der Kabine 216 zu leiten. Nachdem es den Wärmetauscher 224 passiert hat, wandert ein erster Teil des Kältemittels mit hoher Temperatur und hohem Druck durch das Expansionsventil 254 und den Zyklonabscheider 250, wodurch der Druck und die Temperatur reduziert werden, sodass Kältemittel mit niedrigem Druck und niedriger Temperatur den Wärmetauscher 260 passiert. Das Absperrventil 290 wird geöffnet, sodass ein zweiter Teil des Kältemittels mit hoher Temperatur und hohem Druck das Expansionsventil 264 passiert, das eine leichte Expansion bereitstellt, um die Temperatur und den Druck auf ein mittleres Zweiphasengemisch abzusenken. Der Zyklonabscheider 252 ermöglicht, dass ein Teil des Dampfes zum Verdichter 240 zurückkehrt, und beinhaltet ein zweites Expansionsventil, das die Temperatur und den Druck des Zweiphasengemisches weiter absenkt, das den Abscheider 254 verlässt und zum Verdampfer 270 wandert, der die Kabinenluft kühlt, um dieser Feuchtigkeit zu entziehen. Das intelligente Verdampferdruckreglerventil 280 wird durch die Steuerung auf Grundlage des Kältemitteldrucks, wie durch den Drucksensor 284 bestimmt, und/oder der Verdampferrippentemperatur, wie durch den Temperatursensor 282 bestimmt, so gesteuert, dass ein Vereisen des Verdampfers gehemmt oder verhindert wird. Das Kältemittel mit niedrigem Druck und niedriger Temperatur, welches das Ventil 280 verlässt, wird mit dem Zweiphasengemisch mit niedrigem Druck und niedriger Temperatur aus dem Wärmetauscher 260 kombiniert, bevor es den Abscheider/Akkumulator 242 passiert und zurück zum Verdichter 240 geleitet wird.
Das System 200 kann zudem in einem seriellen Entfeuchtungsmodus betrieben werden. Im seriellen Entfeuchtungsmodus wandelt der Verdichter 240 das Kältemittel durch Druckbeaufschlagung in heißen Dampf um, der zum Wärmetauscher 224 geleitet wird. Die Wärmeenergie aus dem Kältemittel wird in das Kühlmittel übertragen, das durch den Kreislauf 214 zur Klimatisierung der Kabine zirkuliert, um das Kühlmittel zu erwärmen. Der Elektromotor 220 und die Pumpe 222 leiten das erwärmte Kühlmittel zum Heizkern 218 zum Erwärmen der Kabine 216. Der Wärmetauscher 224 fungiert als Kondensator und bewirkt, dass das Kältemittel zu einer Flüssigkeit kondensiert. Als Nächstes passiert das Kältemittel die erste Expansionsvorrichtung 254, die sich in einer gedrosselten Position befindet, und strömt zum Außenluft-Wärmetauscher 260. Im seriellen Entfeuchtungsmodus ist das Ventil 290 geschlossen, sodass das gesamte Kältemittel durch den Wärmetauscher 260 geleitet wird. Das Kältemittel verlässt den Wärmetauscher 260 in einer Flüssigkeit/Dampf-Mischphase. Das Ventil 262 ist ebenfalls geschlossen und das gesamte Kältemittel wird zum Ventil 264, zum Zyklonabscheider 252 und in den Verdampfer 270 geleitet, um die Kabinenluft zu entfeuchten. Das intelligente EPR-Ventil 280 wird in einer vollständig geöffneten Position betrieben, wodurch ein Druckabfall nahe null bereitgestellt wird, und das den Verdampfer 270 verlassende Kältemittel wird zurück zum Verdichter 240 geleitet.
Unter Bezugnahme auf die 1-3 wird ein Verfahren zum Steuern eines Fahrzeugs bereitgestellt. Das Verfahren kann durch eine Steuerung oder einen Prozessor umgesetzt werden, die/der ein Fahrzeug steuert, das eine Wärmepumpe aufweist, die einen Kältemittelkreislauf beinhaltet, der einen Verdichter aufweist, der über einen Verdampferdruckregler mit einem Verdampfer gekoppelt ist, der zum selektiven Bereitstellen von Kabinenkühlung konfiguriert ist, und einen Kühlmittelkreislauf zur Klimatisierung der Kabine, der einen Wärmetauscher, der für einen Wärmeaustausch mit dem Kältemittelkreislauf konfiguriert ist und eine elektrische Heizvorrichtung, die zum Erwärmen des Kühlmittels in einem Kreislauf zur Klimatisierung der Kabine konfiguriert ist, das einem Heizkern zugeführt wird, der zum selektiven Bereitstellen von Kabinenheizung konfiguriert ist. Das Verfahren kann ein Steuern des Verdampferdruckreglers derart, dass eine Öffnung gedrosselt wird, wenn in einem Entfeuchtungsmodus der Verdichter gleichzeitig mit der elektrischen Heizvorrichtung betrieben wird, und ein Steuern des Verdampferdruckreglers in einen vollständig geöffneten Zustand, wenn kein Betrieb in dem Entfeuchtungsmodus stattfindet, beinhalten.
Wie in dem Ablaufdiagramm 300 in 3 veranschaulicht, kann ein repräsentatives Verfahren Fahrzeug- und/oder Umgebungsbetriebsbedingungen überwachen, wie durch Block 310 wiedergegeben. Diese können beispielsweise Temperatur und relative Feuchtigkeit 312, Fahrzeugklimatisierungseinstellungen 314, Verdampferrippentemperatur 316 und Verdampfersaugdruck 318 beinhalten. Die Steuerung bestimmt dann auf Grundlage der aktuellen Bedingungen einen Betriebsmodus für die Wärmepumpe, wie bei 320 wiedergegeben. Repräsentative Betriebsmodi können beispielsweise einen Heizmodus, einen Kühlmodus, einen Batterieklimatisierungsmodus, einen seriellen Entfeuchtungsmodus und einen parallelen Entfeuchtungsmodus beinhalten. Die Steuerung steuert dann die Betätigung verschiedener Systemkomponenten wie zuvor beschrieben.
Wenn die Steuerung bestimmt, dass das System in einem parallelen Entfeuchtungsmodus mit gleichzeitigem Betrieb einer Kabinenheizvorrichtung und eines Verdampfers betrieben werden soll, wie bei Block 322 wiedergegeben, steuert die Steuerung die Position eines Verdampferdruckreglers derart, dass der Kältemittelstrom gedrosselt wird, wie bei 324 wiedergegeben. Der EPR kann als Reaktion auf einen Druck und eine Temperatur des Kältemittels so gesteuert werden, dass ein Vereisen des Verdampfers gehemmt oder verhindert wird. In einer Ausführungsform wird der EPR als Reaktion auf einen Saugdruck und/oder eine Rippentermpatur des Verdampfers so gesteuert, dass die Verdampferrippen über Gefrierbedingungen gehalten werden. Wenn die Steuerung das System bei 322 in anderen Modi als dem parallelen Entfeuchtungsmodus betreibt, wird der EPR in eine vollständig geöffnete Position gesteuert, die einen Druckabfall nahe null aufweist, wie bei 326 angegeben.
Somit können verschiedene Ausführungsformen eines Fahrzeugwärmepumpensystems, wie sie in dieser Schrift beschrieben sind, einen oder mehrere Vorteile bereitstellen. Beispielsweise ermöglicht die Einbeziehung eines elektronisch steuerbaren oder intelligenten Verdampfungsdruckreglers, der im vollständig geöffneten Zustand einen Druckabfall nahe Null aufweist, einen Betrieb des Klimatisierungssystems in einem parallelen Entfeuchtungsmodus, während in allen anderen Betriebsmodi eine größere Effizienz und eine höhere Wärmekapazität ermöglicht werden, da der Saugdruck des Kältemittelsystems nicht eingeschränkt wird. Die Steuerung des EPR gemäß Ausführungsformen der Offenbarung erleichtert das Drosseln des Kältemittelstroms bei einigen Bedingungen oder Modi, während bei anderen Betriebsbedingungen oder Modi ein Strom mit einem Druckabfall nahe null ermöglicht wird, um den Druck und die Temperatur des Kältemittels über dem Gefrierschwellenwert zu halten, um ein Vereisen des Kabinenverdampfers zu hemmen oder zu verhindern.
Wenngleich vorstehend beispielhafte Ausführungsformen beschrieben sind, sollen diese Ausführungsformen nicht alle möglichen Formen beschreiben, die durch die Patentansprüche eingeschlossen sind. Die in der Beschreibung verwendeten Ausdrücke sind vielmehr beschreibende Ausdrücke als einschränkende Ausdrücke, und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Wesen und Schutzumfang der Offenbarung abzuweichen. Wie vorstehend beschrieben, können die Merkmale verschiedener Ausführungsformen miteinander kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden, die unter Umständen nicht ausdrücklich beschrieben oder veranschaulicht sind. Wenngleich verschiedene Ausführungsformen der Beschreibung nach Vorteile bereitstellen oder gegenüber anderen Ausführungsformen oder Umsetzungen nach dem Stand der Technik in Bezug auf eine oder mehrere erwünschte Eigenschaften bevorzugt sind, wird ein Durchschnittsfachmann erkennen, dass an einem oder mehreren Merkmalen oder einer oder mehreren Eigenschaften Abstriche gemacht werden können, um die gewünschten Gesamtattribute des Systems zu erzielen, die von der konkreten Anwendung und Umsetzung abhängen. Diese Attribute können folgende beinhalten, sind aber nicht auf diese beschränkt: Kosten, Festigkeit, Lebensdauer, Lebenszykluskosten, Marktfähigkeit, Erscheinungsbild, Verpackung, Größe, Betriebsfähigkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, Einfachheit der Montage usw. Somit liegen Ausführungsformen, welche in Bezug auf eine oder mehrere Eigenschaften als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen oder Umsetzungen nach dem Stand der Technik beschrieben werden, nicht außerhalb des Schutzumfangs der Offenbarung und können für bestimmte Anwendungen wünschenswert sein.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Fahrzeug bereitgestellt, das Folgendes aufweist: eine Wärmepumpe mit Dampfeinspritzung, die einen Kältemittelkreislauf beinhaltet, der einen Verdampfer aufweist, der zum Kühlen der Kabinenluft konfiguriert ist, wobei der Verdampfer mit einem elektronisch steuerbaren Druckregelventil gekoppelt ist, das eine vollständig geöffnete Position mit einem Druckabfall nahe null aufweist, und einen Kreislauf zur Klimatisierung der Kabine, der einen Heizkern aufweist, der zum selektiven Erwärmen der Kabinenluft konfiguriert ist; und eine Steuerung, die dazu konfiguriert ist, das Ventil so zu steuern, dass die Temperatur und der Druck des Kältemittelkreislaufs über einem Gefrierschwellenwert gehalten werden.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Verdampfer Kühlrippen und wobei die Steuerung ferner dazu konfiguriert ist, das Ventil als Reaktion auf eine Temperatur der Kühlrippen zu betreiben.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuerung ferner dazu konfiguriert, das Ventil als Reaktion auf einen Saugdruck des Verdampfers zu betreiben.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Kältemittelkreislauf einen Verdichter und wobei das Ventil zwischen einem Auslass des Verdampfers und einem Einlass des Verdichters positioniert ist.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Kühlmittelkreislauf eine elektrische Heizvorrichtung und eine Kühlmittelpumpe, wobei der Kältemittelkreislauf einen Verdichter umfasst und wobei die Steuerung ferner dazu konfiguriert ist, die Wärmepumpe in einem parallelen Entfeuchtungsmodus zu betreiben, in dem die Kühlmittelpumpe und die elektrische Heizvorrichtung zum Erwärmen der Kabinenluft gesteuert werden und gleichzeitig der Verdichter zum Kühlen der Kabinenluft gesteuert wird, und als Reaktion auf mindestens eines von der Kühlrippentemperatur und dem Saugdruck des Verdampfers das Ventil zu drosseln.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner gekennzeichnet durch eine Traktionsbatterie, die mit einer elektrischen Maschine gekoppelt ist, um Fahrzeugrädern Antriebskraft bereitzustellen, einen zweiten Kühlmittelkreislauf, der für einen Wärmeaustausch mit der Traktionsbatterie konfiguriert ist und für eines des Folgenden konfiguriert ist: selektives Koppeln mit dem Kühlmittelkreislauf zum Erwärmen der Traktionsbatterie; und Wärmeaustausch mit dem Kältemittelkreislauf zum Kühlen der Traktionsbatterie.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Ventil ein Multipositions-Kältemittelventil, das zum Drosseln des Kältemittelstroms als Reaktion auf ein Signal von der Steuerung konfiguriert ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Fahrzeug bereitgestellt, das Folgendes aufweist: einen Kältemittelkreislauf, der einen elektrisch betreibbaren Verdichter, der mit einem Wärmetauscher zur Klimatisierung der Kabine gekoppelt ist, ein elektronisch gesteuertes Expansionsventil, einen Wärmetauscher für externe Luft und einem Verdampfer, der zum Kühlen von Kabinenluft konfiguriert ist, beinhaltet, wobei der Verdampfer mit einem elektronisch gesteuerten Verdampferdruckregler gekoppelt ist, der zwischen dem Verdampfer und dem Verdichter positioniert ist; einen Kühlmittelkreislauf zur Klimatisierung der Kabine, der den Wärmetauscher zur Klimatisierung der Kabine, eine elektrisch betriebene Kühlmittelheizvorrichtung und einen Heizkern, der zum Erwärmen der Kabinenluft konfiguriert ist, beinhaltet; einen Kreislauf zur Klimatisierung einer Batterie, der selektiv über ein Fluidsteuerventil mit dem Kreislauf zur Klimatisierung der Kabine fluidgekoppelt ist und über einen Batteriewärmetauscher mit dem Kältemittelkreislauf gekoppelt ist; und eine Steuerung, die dazu konfiguriert ist, die elektrisch betriebene Kühlmittelheizvorrichtung zum Erwärmen der Kabinenluft gleichzeitig mit dem Verdichter zum Kühlen der Kabinenluft zu betreiben, um einen parallelen Entfeuchtungsmodus bereitzustellen, und nur während des parallelen Entfeuchtungsmodus den elektronisch gesteuerten Verdampferdruckregler so zu steuern, dass der Kältemittelstrom gedrosselt wird.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner gekennzeichnet durch einen Temperatursensor, der dazu konfiguriert ist, der Steuerung ein Signal bereitzustellen, das eine Temperatur der Kühlrippen des Verdampfers angibt, wobei die Steuerung ferner dazu konfiguriert ist, den elektronisch gesteuerten Verdampferdruckregler als Reaktion auf die Temperatur der Kühlrippen zu steuern.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner gekennzeichnet durch einen Drucksensor, der dazu konfiguriert ist, der Steuerung ein Signal bereitzustellen, das einen Kältemitteldruck im Verdampfer angibt, wobei die Steuerung ferner dazu konfiguriert ist, den elektronisch gesteuerten Verdampferdruckregler als Reaktion auf den Kältemitteldruck im Verdampfer zu steuern.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuerung ferner dazu konfiguriert, den elektronisch gesteuerten Druckregler in eine vollständig geöffnete Position zu steuern, wenn kein Betrieb im parallelen Entfeuchtungsmodus stattfindet.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuerung ferner dazu konfiguriert, das Fluidsteuerventil zu betreiben, um ein Erwärmen oder Kühlen des Kühlmittels im Kreislauf zur Klimatisierung der Batterie bereitzustellen.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner gekennzeichnet durch eine Traktionsbatterie, die mit der elektrisch betriebenen Kühlmittelheizvorrichtung gekoppelt ist.
Gemäß einer Ausführungsform versorgt die Traktionsbatterie den Verdichter mit Leistung.
Gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verfahren zum Steuern eines Fahrzeugs, das eine Wärmepumpe aufweist, die einen Kältemittelkreislauf beinhaltet, der einen Verdichter aufweist, der über einen Verdampferdruckregler mit einem Verdampfer gekoppelt ist, der zum selektiven Bereitstellen von Kabinenkühlung konfiguriert ist, und einen Kühlmittelkreislauf zur Klimatisierung der Kabine, der einen Wärmetauscher, der für einen Wärmeaustausch mit dem Kältemittelkreislauf konfiguriert ist, und eine elektrische Heizvorrichtung aufweist, die zum Erwärmen des Kühlmittels in einem Kreislauf zur Klimatisierung der Kabine konfiguriert ist, das einem Heizkern zugeführt wird, der zum selektiven Bereitstellen von Kabinenheizung konfiguriert ist, dass eine Steuerung Folgendes durchführt: Steuern des Verdampferdruckreglers derart, dass eine Öffnung gedrosselt wird, wenn in einem Entfeuchtungsmodus der Verdichter gleichzeitig mit der elektrischen Heizvorrichtung betrieben wird; und Steuern des Verdampferdruckreglers in einen vollständig geöffneten Zustand, wenn kein Betrieb im Entfeuchtungsmodus stattfindet.
Gemäß einer Ausführungsform drosselt die Steuerung die Öffnung des Verdampferdruckreglers derart, dass der Druck und die Temperatur des Kältemittels im Verdampfer über Gefrierbedingungen gehalten werden.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Verdampferdruckregler ein Ventil, das im vollständig geöffneten Zustand einen Druckabfall nahe null über das Ventil aufweist.
Gemäß einer Ausführungsform drosselt die Steuerung den Verdampferdruckregler derart, dass eine Temperatur der Verdampferrippen über dem Gefrierpunkt gehalten wird.
Gemäß einer Ausführungsform drosselt die Steuerung den Verdampferdruckregler als Reaktion auf einen Saugdruck des Verdampfers.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Entfeuchtungsmodus einen parallelen Entfeuchtungsmodus.

Claims

Fahrzeug, umfassend: einen Kältemittelkreislauf, der einen elektrisch betreibbaren Verdichter, der mit einem Wärmetauscher zur Klimatisierung der Kabine gekoppelt ist, ein elektronisch gesteuertes Expansionsventil, einen Wärmetauscher für externe Luft und einen Verdampfer, der zum Kühlen der Kabinenluft konfiguriert ist, beinhaltet, wobei der Verdampfer mit einem elektronisch gesteuerten Verdampferdruckregler gekoppelt ist, der zwischen dem Verdampfer und dem Verdichter positioniert ist; einen Kreislauf zur Klimatisierung der Kabine, der den Wärmetauscher zur Klimatisierung der Kabine, eine elektrisch betriebene Kühlmittel-Heizvorrichtung und einen zum Erwärmen der Kabinenluft konfigurierten Heizkern beinhaltet; einen Kreislauf zur Klimatisierung einer Batterie, der selektiv über ein Fluidsteuerventil mit dem Kreislauf zur Klimatisierung der Kabine fluidgekoppelt ist und über einen Wärmetauscher für die Batterie mit dem Kältemittelkreislauf gekoppelt ist; und eine Steuerung, die dazu konfiguriert ist, gleichzeitig die elektrisch betriebene Heizvorrichtung zum Erwärmen der Kabinenluft und den Verdichter zum Kühlen der Kabinenluft zu betreiben, um einen parallelen Entfeuchtungsmodus bereitzustellen, und nur während des parallelen Entfeuchtungsmodus den elektronisch gesteuerten Verdampferdruckregler so zu steuern, dass der Kältemittelstrom gedrosselt wird.
Fahrzeug nach Anspruch 1, ferner umfassend einen Temperatursensor, der dazu konfiguriert ist, der Steuerung ein Signal bereitzustellen, das eine Temperatur der Kühlrippen des Verdampfers angibt, wobei die Steuerung ferner dazu konfiguriert ist, den elektronisch gesteuerten Verdampferdruckregler als Reaktion auf die Temperatur der Kühlrippen zu steuern.
Fahrzeug nach Anspruch 2, ferner umfassend einen Drucksensor, der dazu konfiguriert ist, der Steuerung ein Signal bereitzustellen, das einen Kältemitteldruck im Verdampfer angibt, wobei die Steuerung ferner dazu konfiguriert ist, den elektronisch gesteuerten Verdampferdruckregler als Reaktion auf den Kältemitteldruck im Verdampfer zu steuern.
Fahrzeug nach Anspruch 3, wobei die Steuerung ferner dazu konfiguriert ist, den elektronisch gesteuerten Druckregler in eine vollständig geöffnete Position zu steuern, wenn kein Betrieb im parallelen Entfeuchtungsmodus stattfindet.
Fahrzeug nach Anspruch 4, wobei die Steuerung ferner dazu konfiguriert ist, das Fluidsteuerventil zu betreiben, um eine Erwärmung oder Kühlung des Kühlmittels in dem Kreislauf zur Klimatisierung der Batterie bereitzustellen.
Fahrzeug nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Traktionsbatterie, die mit der elektrisch betriebenen Kühlmittel-Heizvorrichtung gekoppelt ist.
Verfahren zum Steuern eines Fahrzeugs, das eine Wärmepumpe aufweist, die einen Kältemittelkreislauf beinhaltet, der einen Verdichter aufweist, der über einen Verdampferdruckregler mit einem Verdampfer gekoppelt ist, der zum selektiven Bereitstellen von Kabinenkühlung konfiguriert ist, und einen Kühlmittelkreislauf zur Klimatisierung der Kabine, der einen Wärmetauscher aufweist, der zum Wärmeaustausch mit dem Kältemittelkreislauf konfiguriert ist, und eine elektrische Heizvorrichtung, die zum Erwärmen von Kühlmittel in einem Kreislauf zur Klimatisierung der Kabine konfiguriert ist, das einem Heizkern zugeführt wird, der zum selektiven Bereitstellen von Kabinenheizung konfiguriert ist, wobei das Verfahren umfasst, dass eine Steuerung Folgendes durchführt: Steuern des Verdampferdruckreglers derart, dass eine Öffnung gedrosselt wird, wenn in einem Entfeuchtungsmodus der Verdichter gleichzeitig mit der elektrischen Heizvorrichtung betrieben wird, und Steuern des Verdampferdruckreglers in eine vollständig geöffnete Position, wenn kein Betrieb im Entfeuchtungsmodus stattfindet.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Steuerung die Öffnung des Verdampferdruckreglers drosselt, um den Kältemitteldruck und die Temperatur des Verdampfers über Gefrierbedingungen zu halten.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Verdampferdruckregler ein Ventil umfasst, das im vollständig geöffneten Zustand einen Druckabfall nahe null über das Ventil aufweist.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Steuerung den Verdampferdruckregler drosselt, um die Verdampferrippentemperatur über dem Gefrierpunkt zu halten.