DE102020135071A1

DE102020135071A1 - Verbundanlagenkältemittelsystem

Info

Publication number: DE102020135071A1
Application number: DE102020135071.6A
Authority: DE
Inventors: Jing He; Loren John Lohmeyer; Manfred Koberstein; Ranganathan Madhavan; Craig Martin Spinneweber
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2020-01-07
Filing date: 2020-12-29
Publication date: 2021-07-08
Also published as: US11207949B2; CN113147328A; US20210206235A1

Abstract

Die Offenbarung stellt ein Verbundanlagenkältemittelsystem bereit. Ein Verbundanlagenkältemittelsystem für ein Fahrzeug, das Folgendes beinhaltet: einen Hauptverdichter, einen Hilfsverdichter, der fluidisch mit dem Hauptverdichter gekoppelt ist, und eine Kälteeinrichtung, die fluidisch an den Hauptverdichter und den Hilfsverdichter gekoppelt ist, um Wärme mit einer elektronischen Vorrichtung auszutauschen. Mindestens einer von dem Hauptverdichter und dem Hilfsverdichter wird auf Grundlage der thermischen Belastung der Kälteeinrichtung betrieben.

Description

GEBIET DER OFFENBARUNG
Die vorliegende Offenbarung betrifft im Allgemeinen Kältemittelsysteme und insbesondere Kältemittelsysteme für ein Fahrzeug.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK DER OFFENBARUNG
Ein Fahrzeug beinhaltet typischerweise ein Heizungs-, Lüftungs- und Klimatisierungs-(HLK- )System zum Aufbereiten der Luft, die in eine Fahrgastzelle des Fahrzeugs gelangt. Das HLK-System beinhaltet typischerweise einen Verdichter zum Zirkulieren von Kältemittel durch das HLK-System.
Fahrzeuge können auch eine Kälteeinrichtung zum Austauschen von Wärme mit einer oder mehreren wärmeerzeugenden elektronischen Vorrichtungen (z. B. einer Fahrzeugbatterie) beinhalten.
KURZDARSTELLUNG DER OFFENBARUNG
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet ein Fahrzeug, das ein Verbundanlagenkältemittelsystem beinhaltet, einen Hauptverdichter, einen Hilfsverdichter, der fluidisch mit dem Hauptverdichter gekoppelt ist, und eine Kälteeinrichtung, die fluidisch an den Hauptverdichter und den Hilfsverdichter gekoppelt ist, wobei die Kälteeinrichtung Wärme mit einer wärmeerzeugenden elektronischen Vorrichtung austauscht und mindestens einer von dem Hauptverdichter und dem Hilfsverdichter auf Grundlage einer thermischen Belastung der Kälteeinrichtung betrieben wird.
Ausführungsformen des ersten Aspekts der vorliegenden Offenbarung können ein beliebiges oder eine Kombination der folgenden Merkmale beinhalten:

• der Hauptverdichter und der Hilfsverdichter sind fluidisch parallel gekoppelt;
• einen Verdampfer zum Austauschen von Wärme mit einer Fahrgastzelle, wobei der Verdampfer mit der Kälteeinrichtung fluidisch parallel gekoppelt ist;
• der Hauptverdichter und der Hilfsverdichter sind dazu konfiguriert, unabhängig gesteuert zu werden;
• der Hauptverdichter und der Hilfsverdichter sind dazu konfiguriert, gleichzeitig mit der gleichen Drehzahl betrieben zu werden;
• ein Rückschlagventil, das fluidisch mit einem Auslass der Kälteeinrichtung gekoppelt ist,
• einen wassergekühlten Kondensator, der fluidisch an die Kälteeinrichtung gekoppelt und dazu konfiguriert ist, Wärme zwischen dem Verbundanlagenkältemittelsystem und einem Kühlmittelkreislauf auszutauschen, wobei der Kühlmittelkreislauf einen Zusatzerhitzer umfasst; und
• einen internen Wärmetauscher, der einen ersten Kältemittelweg, der fluidisch mit einem Einlass des Verdampfers gekoppelt ist, und einen zweiten Kältemittelweg aufweist, der fluidisch mit einem Auslass des Verdampfers gekoppelt ist.

Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet ein Verfahren zum Betreiben eines Verbundanlagenkältemittelsystems das Bereitstellen eines Verbundanlagenkältemittelsystems, das einen Hauptverdichter und einen Hilfsverdichter aufweist, der fluidisch an den Hauptverdichter gekoppelt ist. Das Verbundanlagenkältemittelsystem empfängt Eingaben von einer oder mehreren Anzeigen für die thermische Belastung, bestimmt eine thermische Gesamtbelastung, die dem Verbundanlagenkältemittelsystem auferlegt wird, und betreibt mindestens einen von dem Hauptverdichter und dem Hilfsverdichter, um die thermische Gesamtbelastung zu erfüllen.
Ausführungsformen des zweiten Aspekts der vorliegenden Offenbarung können ein beliebiges oder eine Kombination der folgenden Merkmale beinhalten:

• die thermische Gesamtbelastung umfasst eine thermische Belastung des Klimas und eine thermische Belastung der Elektronik;
• mindestens einer von dem Hauptverdichter und dem Hilfsverdichter wird auf Grundlage der thermischen Belastung der Elektronik betrieben;
• der Hauptverdichter und der Hilfsverdichter werden mit der gleichen Drehzahl betrieben,
• der Hilfsverdichter bleibt ausgeschaltet, bis die thermische Gesamtbelastung eine erste Kühlkapazität des Verbundanlagenkältemittelsystems überschreitet; und
• die erste Kühlkapazität des Verbundanlagenkältemittelsystems basiert darauf, dass der Hauptverdichter mit einer Drehzahl betrieben wird, die sich auf einen maximalen Wirkungsgrad des Hauptverdichters bezieht, und der Hilfsverdichter ausgeschaltet ist.

Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet ein Fahrzeug, das ein Verbundanlagenkältemittelsystem beinhaltet, einen Kältemittelkreislauf, der einen Kälteeinrichtungskreislauf und einen Verdampferkreislauf beinhaltet, der fluidisch parallel mit dem Kälteeinrichtungskreislauf gekoppelt ist. Der Kälteeinrichtungskreislauf beinhaltet eine Kälteeinrichtung und der Verdampferkreislauf beinhaltet einen Verdampfer. Das Verbundanlagenkältemittelsystem beinhaltet außerdem einen Hauptverdichter, der fluidisch mit dem Kältemittelkreislauf gekoppelt ist, und einen Hilfsverdichter, der fluidisch mit dem Kältemittelkreislauf gekoppelt ist.
Ausführungsformen des dritten Aspekts der vorliegenden Offenbarung können ein beliebiges oder eine Kombination der folgenden Merkmale beinhalten:

• einen Heizkreislauf, der dazu konfiguriert ist, Wärme mit dem Kältemittelkreislauf über einen wassergekühlten Kondensator auszutauschen;
• der Hauptverdichter und der Hilfsverdichter sind jeweils unabhängig steuerbar;
• der Hilfsverdichter ist dazu konfiguriert, ausgeschaltet zu bleiben, bis eine thermische Gesamtbelastung eine erste Kühlkapazität des Verbundanlagenkältemittelsystems überschreitet;
• die erste Kühlkapazität des Verbundanlagenkältemittelsystems basiert darauf, dass der Hauptverdichter mit einer Drehzahl betrieben wird, die sich auf einen maximalen Wirkungsgrad des Hauptverdichters bezieht, und der Hilfsverdichter ausgeschaltet bleibt; und
• der Hauptverdichter und der Hilfsverdichter sind dazu konfiguriert, gleichzeitig mit der gleichen Drehzahl betrieben zu werden.

Diese und andere Aspekte, Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Offenbarung sind für den Fachmann nach der Lektüre der folgenden Beschreibung, der Patentansprüche und der beigefügten Zeichnungen verständlich und nachvollziehbar.
Figurenliste
In den Zeichnungen gilt:

1 ist eine schematische Ansicht eines Verbundanlagenkältemittelsystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
2 ist eine schematische Ansicht des Verbundanlagenkältemittelsystems aus 1, wobei das Verbundanlagenkältemittelsystem in einem Kühlmodus betrieben wird;
3 ist eine schematische Ansicht des Verbundanlagenkältemittelsystems aus 1, wobei das Verbundanlagenkältemittelsystem in einem Heizmodus mit Abwärmerückgewinnung von einer oder mehreren wärmeerzeugenden Vorrichtungen betrieben wird;
4 ist ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben eines Verbundanlagenkältemittelsystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
5 ist ein Graph einer veranschaulichenden Wirkungsgradkurve für einen Verdichter gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
6 ist eine schematische Ansicht eines Verbundanlagenkältemittelsystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
7 ist eine schematische Ansicht eines Verbundanlagenkältemittelsystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung; und
8 ist eine schematische Ansicht eines Verbundanlagenkältemittelsystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
In dieser Schrift werden Bezugsausdrücke, wie etwa erstes und zweites, oberes und unteres und dergleichen, lediglich dazu verwendet, eine Einheit oder Handlung von einer anderen Einheit oder Handlung zu unterscheiden, ohne notwendigerweise eine tatsächliche derartige Beziehung oder Reihenfolge zwischen derartigen Einheiten oder Handlungen zu erfordern oder zu implizieren. Es ist beabsichtigt, dass die Ausdrücke „umfasst“, „umfassend“ oder eine beliebige andere Variante davon derartig einen nicht ausschließlichen Einschluss abdecken, dass ein Prozess, ein Verfahren, ein Artikel oder eine Einrichtung, der/das/die eine Aufzählung von Elementen umfasst, nicht nur diese Elemente beinhaltet, sondern andere Elemente beinhalten kann, die nicht ausdrücklich aufgezählt oder einem derartigen Prozess, einem derartigen Verfahren, einem derartigen Artikel oder einer derartigen Einrichtung innewohnend sind. Ein Element, dem „umfasst... ein(e)“ vorangeht, schließt nicht, ohne weitere Einschränkungen, das Vorhandensein von zusätzlichen identischen Elementen in dem Prozess, Verfahren, Artikel oder der Einrichtung aus, der/das/die das Element umfasst.
Unter Bezugnahme auf die 1-8 wird ein Verbundanlagenkältemittelsystem 10 für ein Fahrzeug bereitgestellt. In unterschiedlichen Beispielen ist das Fahrzeug ein Radkraftfahrzeug, das eine Limousine, eine Geländelimousine, ein Truck, ein Van, ein Crossover und/oder andere Ausführungen des Fahrzeugs sein kann. Das Fahrzeug kann ein manuell betriebenes Fahrzeug (z. B. mit einem menschlichen Fahrer), ein vollständig autonomes Fahrzeug (z. B. kein menschlicher Fahrer) oder ein teilweise autonomes Fahrzeug (z. B. kann mit oder ohne einen menschlichen Fahrer betrieben werden) sein. Zusätzlich kann das Fahrzeug für persönliche und/oder kommerzielle Zwecke genutzt werden, wie etwa Dienstleistungen zum Bereitstellen von Fahrten (z. B. Chauffeurdienste) und/oder Mitfahrdienste.
Das Verbundanlagenkältemittelsystem 10 beinhaltet einen Kältemittelkreislauf 11 und einen Heizkreislauf 46. Der Kältemittelkreislauf 11 beinhaltet einen Hauptverdichter 12 und einen Hilfsverdichter 14 zum Zirkulieren von Kältemittel durch den Kältemittelkreislauf 11. Der Kältemittelkreislauf 11 beinhaltet ferner einen wassergekühlten Kondensator 16, der dazu konfiguriert ist, Wärme zwischen dem Kältemittel des Kältemittelkreislaufs 11 und einem Kühlmittel eines Heizkreislaufs 46 auszutauschen, der dazu konfiguriert ist, einer Fahrgastzelle des Fahrzeugs Wärme bereitzustellen. Der Kältemittelkreislauf 11 beinhaltet ferner eine Kälteeinrichtung 26 zum Austauschen von Wärme zwischen dem Kältemittel des Kältemittelkreislaufs 11 und mindestens einer wärmeerzeugenden elektronischen Vorrichtung (z. B. Hochvoltbatterien, LIDAR-Systeme, Infotainmentsysteme, elektronische Steuereinheiten, Leistungswechselrichter, und Kombinationen davon). Zusätzlich beinhaltet der Kältemittelkreislauf 11 einen Verdampfer 32, der dazu konfiguriert ist, Wärme mit in die Fahrgastzelle des Fahrzeugs eintretender Luft auszutauschen.
Unter Bezugnahme auf 1 beinhaltet das Verbundanlagenkältemittelsystem 10 den Kältemittelkreislauf 11 und den Heizkreislauf 46. Der Kältemittelkreislauf 11 beinhaltet ferner einen Kälteeinrichtungskreislauf und einen Verdampferkreislauf, die fluidisch parallel gekoppelt sind. Die Kälteeinrichtungskreislauf ist dazu konfiguriert, den Kältemittelstrom von dem Hauptverdichter 12 und/oder dem Hilfsverdichter 14 durch die Kälteeinrichtung 26 zum Kühlen der einen oder der mehreren wärmeerzeugenden elektronischen Vorrichtungen zu leiten. Der Verdampferkreislauf ist dazu konfiguriert, den Kältemittelstrom von dem Hauptverdichter 12 und/oder dem Hilfsverdichter 14 durch den Verdampfer 32 zum Kühlen der Fahrgastzelle des Fahrzeugs zu leiten.
Der Kältemittelkreislauf 11 beinhaltet einen Hauptverdichter 12 und einen Hilfsverdichter 14 zum Zirkulieren von Kältemittel durch den Kältemittelkreislauf 11. In einer bevorzugten Ausführungsform werden der Hauptverdichter 12 und/oder der Hilfsverdichter 14 durch einen Elektromotor angetrieben; in einigen Ausführungsformen können der Hauptverdichter 12 und/oder der Hilfsverdichter 14 jedoch mechanisch angetrieben werden (z. B. ein riemengetriebener Verdichter, der durch einen Verbrennungsmotor mit Leistung versorgt wird). In Ausführungsformen, bei denen der Hauptverdichter 12 und/oder der Hilfsverdichter 14 mechanisch angetrieben werden, können der Hauptverdichter 12 und/oder der Hilfsverdichter 14 derartig veränderliche Strömungsgeschwindigkeiten aufweisen (z. B. über Anpassungen des Arbeitszyklus und/oder der Verdichterverdrängung), dass der Kältemittelstrom durch die Verdichter erhöht/gesenkt werden kann, um die Kühlanforderungen des Systems zu erfüllen. In einigen Ausführungsformen beinhaltet der Hilfsverdichter 14 eine Vielzahl von Verdichtern. In einigen Ausführungsformen ist der Hilfsverdichter 14 dazu konfiguriert, gleichzeitig mit dem Hauptverdichter 12 zu arbeiten.
Das Kältemittel aus dem Hauptverdichter 12 und dem Hilfsverdichter 14 wird an dem Anschlussstück 40 kombiniert und zu dem wassergekühlten Kondensator 16 geleitet. Typischerweise ist der wassergekühlte Kondensator 16 ein Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher, der dazu konfiguriert ist, Wärme zwischen dem Kältemittel und dem Kühlmittel des Heizkreislaufs 46 auszutauschen. In unterschiedlichen Ausführungsformen kann der wassergekühlte Kondensator 16 eine beliebige geeignete Vorrichtung zum Austauschen von Wärme zwischen zwei enthaltenen Fluiden sein (z. B. ein Plattenwärmetauscher oder ein Mantel-Rohr-Wärmetauscher).
Das Kältemittel wird von dem wassergekühlten Kondensator 16 zu einem Kondensator 18 geleitet, um Wärme von dem Kältemittel mit einer Außenumgebung auszutauschen. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Kondensator 18 ein Kältemittel-Luft-Wärmetauscher zum direkten Austausch von Wärme mit der Umgebung. In einigen Ausführungsformen, bei denen der Kondensator 18 ein Kältemittel-Luft-Wärmetauscher ist, kann der Kondensator 18 an dem Fahrzeug in einer Position (z. B. in einem vorderen Abschnitt des Fahrzeugs) positioniert sein, bei der es wahrscheinlich ist, dass Außenluft über eine Außenfläche des Kondensators 18 geleitet wird. Das Fahrzeug kann zusätzlich eine oder mehrere Luftführungen zum Leiten von Luft über die Außenfläche des Kondensators 18 beinhalten. Zum Beispiel ist der Kondensator 18 in einigen Ausführungsformen ein Rohr-LamellenWärmetauscher sein, der hinter einem Kühlergrill des Fahrzeugs positioniert ist, und das Fahrzeug beinhaltet die Luftführung, die um die Kanten des Kühlergrills und zwischen dem Kühlergrill und dem Kondensator 18 zum Leiten von Außenluft über eine Außenfläche des Kondensators 18 angeordnet ist, während sich das Fahrzeug bewegt. In einigen Ausführungsformen beinhaltet die Luftführung Klappen, die geschlossen werden können, wenn ein Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittel und der Umgebung nicht gewünscht ist. In einigen Ausführungsformen beinhaltet das Fahrzeug ferner einen Kühllüfter, der nahe dem Kondensator 18 positioniert ist, um Luft über die Außenfläche des Kondensators 18 zu leiten.
In einigen Ausführungsformen kann der Kondensator 18 ein Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher (z. B. ein wassergekühlter Kondensator) sein, um Wärme mit der Außenluft durch ein oder mehrere Wärmeaustauschmedien (z. B. eine Ethylenglykollösung) und einen oder mehrere zusätzliche Wärmetauscher auszutauschen. In derartigen Beispielen kann der Kondensator 18 eine beliebige geeignete Struktur zum Austauschen von Wärme zwischen zwei enthaltenen Fluiden sein (z. B. ein Plattenwärmetauscher oder ein Mantel-Rohr-Wärmetauscher). In einigen Beispielen kann der Kondensator 18 Teil eines zusätzlichen Wärmeaustauschzyklus oder -kreislaufs zum Austauschen von Wärme mit einer oder mehreren Komponenten des Fahrzeugs sein.
In einigen Ausführungsformen ist ein Aufnahmetrockner 20 in dem Kältemittelkreislauf 11 bereitgestellt. Der Aufnahmetrockner 20 ist dazu konfiguriert, überschüssiges Kältemittel zu speichern und dampfförmiges Kältemittel von flüssigem Kältemittel zu trennen. Typischerweise beinhaltet der Aufnahmetrockner 20 ein Trockenmittel zum Entfernen von Feuchtigkeit aus dem Kältemittelkreislauf 11 und einen Filter zum Auffangen von Schmutz aus dem Kältemittelkreislauf 11. In einigen Ausführungsformen ist der Aufnahmetrockner 20 in den Kondensator 18 integriert (7). In einigen Ausführungsformen kann der Aufnahmetrockner durch einen Akkumulator 62 ersetzt werden (8).
Ein Anschlussstück 22 ist in dem Kältemittelkreislauf 11 zum Leiten des Kältemittels zu der Kälteeinrichtung und/oder dem Verdampfer beinhaltet. In einigen Ausführungsformen ist das Anschlussstück 22 ein T-Stück. In anderen Ausführungsformen kann das Anschlussstück 22 ein Dreiwegeventil zum selektiven Leiten des Kältemittelstroms durch den Kälteeinrichtungskreislauf und/oder Verdampferkreislauf sein.
Von dem Anschlussstück 22 kann das Kältemittel in einen ersten Kältemittelteil und einen zweiten Kältemittelteil aufgeteilt werden. Der erste Kältemittelteil kann zu einer Kälteeinrichtungsausdehnungsvorrichtung 24 geleitet werden. Die Kälteeinrichtungsausdehnungsvorrichtung 24 kann zum Verringern des Drucks/der Temperatur des ersten Kältemittelteils vor dem Eintreten in die Kälteeinrichtung 26 verwendet werden. Geeignete Ausdehnungsvorrichtungen können thermische Druckminderungsventile, manuelle Druckminderungsventile, Kapillarrohre, automatische Ventile, elektronische Druckminderungsventile, Schwimmerventile beinhalten, ohne darauf beschränkt zu sein. In einigen Ausführungsformen ist die Kälteeinrichtungsausdehnungsvorrichtung 24 ein elektronisches Druckminderungsventil. In einigen Ausführungsformen kann die Kälteeinrichtungsausdehnungsvorrichtung 24 ein thermisches Druckminderungsventil mit einem Thermostatfühler sein, welcher der Kälteeinrichtung 26 nachgelagert angeordnet ist, um eine gewünschte Überhitzung aufrechtzuerhalten. Zusätzlich kann in einigen Ausführungsformen die Kälteeinrichtungsausdehnungsvorrichtung 24 in der Lage sein, vollständig geschlossen zu werden, um den Strom des ersten Kältemittelteils durch die Kälteeinrichtung 26 zu verhindern, wenn das Kühlen der wärmeerzeugenden elektronischen Vorrichtung nicht benötigt und/oder gewünscht ist.
Der erste Kältemittelteil wird von der Kälteeinrichtungsausdehnungsvorrichtung 24 zu der Kälteeinrichtung 26 geleitet. Typischerweise ist die Kälteeinrichtung 26 ein Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher zum Kühlen eines Kühlmittels aus einer Kühlmittelkreislauf. Typischerweise ist die Kälteeinrichtung 26 ein Plattenwärmetauscher, es werden aber andere geeignete Wärmetauscher (z. B. Mantel-Rohr-Wärmetauscher) in Betracht gezogen. In unterschiedlichen Ausführungsformen kann der erste Kältemittelteil auf Grundlage einer Reihe von Faktoren, die Folgendes beinhalten, ohne darauf beschränkt zu sein, selektiv zu der Kälteeinrichtung 26 geleitet werden: eine Anforderungskühlung für die Fahrgastkabine, Temperaturen für die eine oder die mehreren wärmeerzeugenden elektronischen Vorrichtungen, die gewünschte Grenzen überschreiten, einen Abschleppstatus des Fahrzeugs, einen Batterieladestatus und Kombinationen davon.
Der zweite Kältemittelteil kann von dem Anschlussstück 22 zu einer Hochtemperaturseite eines internen Wärmetauschers 28 geleitet werden. Der interne Wärmetauscher 28 ist dazu konfiguriert, Wärme zwischen einem flüssigen Hochtemperaturkältemittel aus dem Kondensator 18 und einem dampfförmigen Niedertemperaturkältemittel auszutauschen, das den Verdampfer 32 verlässt. Der interne Wärmetauscher 28 kühlt ferner das flüssige Hochtemperaturkältemittel, wodurch die Kühlkapazität des Kältemittelkreislaufs 11 erhöht wird. Gleichzeitig erwärmt der interne Wärmetauscher 28 das dampfförmige Niedertemperaturkältemittel weiter, wodurch dazu beigetragen wird, die Wahrscheinlichkeit zu verringern, dass Feststoffteilchen des flüssigen Kältemittels in den Hauptverdichter 12 und/oder den Hilfsverdichter 14 gelangen. Dementsprechend trägt der interne Wärmetauscher 28 dazu bei, Schäden am Hauptverdichter 12 und/oder dem Hilfsverdichter 14 zu verhindern, und trägt dazu bei, den Wirkungsgrad des Kältemittelkreislaufs 11 zu erhöhen.
Der zweite Kältemittelteil wird zu einer Verdampferausdehnungsvorrichtung 30 geleitet. Die Verdampferausdehnungsvorrichtung 30 wird zum Senken des Drucks des zweiten Kältemittelteils vor dem Eintreten in den Verdampfer 32 verwendet. Geeignete Ausdehnungsvorrichtungen können thermische Druckminderungsventile, manuelle Druckminderungsventile, Kapillarrohre, automatische Ventile, elektronische Druckminderungsventile, Schwimmerventile beinhalten, ohne darauf beschränkt zu sein. In einigen Ausführungsformen ist die Verdampferausdehnungsvorrichtung 30 ein elektronisches Druckminderungsventil. In einigen Ausführungsformen kann die Verdampferausdehnungsvorrichtung 30 ein thermisches Druckminderungsventil mit einem Thermostatfühler sein, welcher dem Verdampfer 32 nachgelagert angeordnet ist, um eine gewünschte Überhitzung aufrechtzuerhalten. Zusätzlich kann in einigen Ausführungsformen die Verdampferausdehnungsvorrichtung 30 in der Lage sein, vollständig geschlossen zu werden, um den Strom des ersten Kältemittelteils durch den Verdampfer 32 zu verhindern, wenn das Kühlen der wärmeerzeugenden der Fahrgastzelle nicht benötigt und/oder gewünscht ist.
Der Verdampfer 32 tauscht Wärme mit der Fahrgastzelle des Fahrzeugs aus. Typischerweise ist der Verdampfer 32 ein Kältemittel-Luft-Wärmetauscher, der in einer Mischkammer eines HLK-Gehäuses 56 positioniert ist, um Wärme direkt mit der Ansaugluft 58 auszutauschen, die in die Fahrgastzelle des Fahrzeugs gelangt. Es wird jedoch in Betracht gezogen, dass der Verdampfer 32 in einigen Ausführungsformen über einen Kühlmittelkreislauf und zusätzliche Wärmetauscher Wärme mit der Ansaugluft 58 austauschen könnte.
Ein Verdampferdruckregler 34 kann auf einer Auslassseite des Verdampfers 32 positioniert sein, um einen gewünschten Druck (z. B. einen Druck, der einer Temperatur über einem Gefrierpunkt des Verdampfers 32 entspricht) des Kältemittels in dem Verdampfer 32 aufrechtzuerhalten. Typischerweise ist der Verdampferdruckregler 34 eine mechanische Vorrichtung mit einem Ventil, das eine vorbestimmte Kraft (z. B. über eine Feder) aufweist, die das Ventil in Richtung einer geschlossenen Stellung drückt. Vorausgesetzt, dass der Druck des Kältemittels aus dem Verdampfer 32 den gewünschten Druck übersteigt, wird das Ventil geöffnet und das Kältemittel strömt durch den Verdampferdruckregler 34. Indem der Druck des Kältemittels innerhalb des Verdampfers 32 über dem gewünschten Druck gehalten wird, hält der Verdampferdruckregler 34 den Verdampfer 32 über einer gewünschten Temperatur und trägt dazu bei, die Ansammlung von Eis auf der Außenfläche des Verdampfers 32 zu verhindern. Dementsprechend kann der erste Kältemittelteil, der durch die Kälteeinrichtung 26 strömt, auf einem niedrigeren Druck/einer niedrigeren Temperatur gehalten werden, wodurch die Kühlkapazität der Kälteeinrichtung 26 erhöht wird.
Von dem Verdampferdruckregler 34 strömt der zweite Kältemittelteil durch die Niedertemperaturseite des internen Wärmetauschers 28 und tauscht Wärme mit dem Kältemittel aus, das durch die Hochtemperaturseite des internen Wärmetauschers 28 strömt, wie vorstehend erörtert. Der zweite Kältemittelteil wird dann zum Anschlussstück 36 geleitet, wo der zweite Kältemittelteil mit dem ersten Kältemittelteil kombiniert wird. Das Kältemittel wird dann zu dem Anschlussstück 38 geleitet, wo das Kältemittel aufgeteilt und zurück zu dem Hauptverdichter 12 und/oder dem Hilfsverdichter 14 geleitet werden kann.
Typischerweise beinhaltet das Verbundanlagenkältemittelsystem 10 einen oder mehrere Sensoren zum Erfassen unterschiedlicher Eigenschaften des Kältemittels, das durch den Kältemittelkreislauf 11 strömt. Ein Kältemitteldrucksensor 42 kann zum Messen des Drucks des Kältemittels beinhaltet sein. In der gezeigten Ausführungsform ist der Kältemitteldrucksensor 42 stromabwärts des Hauptverdichters 12 und des Hilfsverdichters 14 positioniert, um einen Sättigungsdruckmesswert für den Kältemittelkreislauf 11 bereitzustellen. In einer nichteinschränkenden Ausführungsform werden der Hauptverdichter 12 und/oder der Hilfsverdichter 14 auf Grundlage des von dem Kältemitteldrucksensor 42 empfangenen Druckmesswerts betrieben. In einigen Ausführungsformen beinhaltet der Kältemittelkreislauf 11 einen Rippenthermistor 44, der dazu konfiguriert ist, einen Temperaturmesswert bereitzustellen, der einer Temperatur der Außenfläche des Verdampfers 32 entspricht. In einer nichteinschränkenden Ausführungsform werden die Drehzahl des Hauptverdichters 12 und/oder des Hilfsverdichters 14 auf Grundlage des von dem Rippenthermistor 44 empfangenen Temperaturmesswerts modifiziert.
Der Heizkreislauf 46 ist dazu konfiguriert, Wärme mit der Kältemittelkreislauf 11 auszutauschen und ferner Wärme mit der Ansaugluft 58 auszutauschen, die über einen Heizkern 54 in die Fahrgastzelle des Fahrzeugs gelangt. Die Heizkreislauf 46 beinhaltet eine Pumpe 48 zum Zirkulieren von Kühlmittel durch den Heizkreislauf 46. Typischerweise wird die Pumpe 48 durch einen Elektromotor angetrieben, es wird jedoch in Betracht gezogen, dass die Pumpe 48 mechanisch angetrieben werden könnte (z. B. durch eine Brennkraftmaschine eines Plugin-Hybridelektrofahrzeugs). Typischerweise beinhaltet die Pumpe 48 eine veränderliche Strömungsgeschwindigkeit und kann abgeschaltet werden, wenn das Erwärmen der Fahrgastzelle des Fahrzeugs nicht benötigt und/oder gewünscht ist.
Wie in Bezug auf den Kältemittelkreislauf 11 erörtert, kann das Kühlmittel des Heizkreislaufs 46 durch das Kältemittel des Kältemittelkreislaufs 11 über den wassergekühlten Kondensator 16 erwärmt werden. In einigen Ausführungsformen beinhaltet die Heizkreislauf 46 einen Zusatzerhitzer 50 zum Bereitstellen zusätzlicher Wärme für das Kühlmittel des Heizkreislaufs 46. Typischerweise ist die Zusatzerhitzer 50 ein Flüssigkeitserhitzer mit positivem Temperaturkoeffizienten (positive temperature coefficient - „PTC“), es wird jedoch jede geeignete Vorrichtung zum Bereitstellen zusätzlicher Wärme für den Kühlmittelkreislauf in Betracht gezogen.
Der Heizkreislauf 46 kann einen Kühlmitteltemperatursensor 52 beinhalten. Typischerweise stellt der Kühlmitteltemperatursensor 52 einer elektronischen Steuereinheit (electronic control unit - ECU) 64 einen Temperaturmesswert bereit, der einer Temperatur des Kühlmittels in dem Heizkreislauf 46 entspricht. In einigen Ausführungsformen werden die Pumpe 48 und/oder der Zusatzerhitzer 50 auf Grundlage des Temperaturmesswerts eingeschaltet, der von dem Kühlmitteltemperatursensor 52 empfangen wird, um eine gewünschte Temperatur des Kühlmittels in dem Heizkreislauf 46 aufrechtzuerhalten.
Die Heizkreislauf 46 beinhaltet ferner einen Heizkern 54. In einigen Ausführungsformen ist der Heizkern 54 ein Kühlmittel-Luft-Wärmetauscher (z. B. ein Rohr-Rippen-Wärmetauscher), der in einer Mischkammer des HLK-Gehäuses 56 zum Austauschen von Wärme zwischen dem Kühlmittel und der Ansaugluft 58 positioniert ist, die in die Fahrgastzelle des Fahrzeugs gelangt.
Die ECU 64 zum Empfangen von Eingaben und Steuern der unterschiedlichen Komponenten des Verbundanlagenkältemittelsystems 10. In der gezeigten Ausführungsform ist die ECU 64 dazu konfiguriert, Eingaben von den unterschiedlichen Sensoren 42, 44 und 52 zu empfangen sowie die unterschiedlichen Komponenten 12, 14, 24 und 30 des Verbundanlagenkältemittelsystems 10 zu steuern. In einigen Ausführungsformen ist die ECU 64 dazu konfiguriert, Eingaben von zusätzlichen Vorrichtungen zu empfangen, die Folgende beinhalten, ohne darauf beschränkt zu sein: Klimasteuerungen zum Empfangen von Benutzereingaben, Solarsensoren, Entlüftungstemperatursensoren, Fahrgastzellentemperatursensoren, Umgebungslufttemperatursensoren, Temperatursensoren für unterschiedliche wärmeerzeugende elektronische Vorrichtungen, Fahrzeuggeschwindigkeitssensoren und Kombinationen davon. Zusätzlich ist die ECU 64 in verschiedenen Ausführungsformen dazu konfiguriert, unterschiedliche Fahrzeugkomponenten zu steuern, die Folgende beinhalten, ohne darauf beschränkt zu sein: Ausdehnungsvorrichtungen, Verdichter, Pumpen, Luftführungsklappen, Luftverteilungsklappen zum Leiten von Luft durch das HLK-Gehäuse 56, Ventile, Gebläsemotoren zum Antreiben der Ansaugluft 58 durch das HLK-Gehäuse 56 und Kombinationen davon. In einigen Ausführungsformen ist die ECU 64 eine Vielzahl von elektronischen Steuereinheiten.
Unter Bezugnahme auf 2 wird nun ein beispielhafter Kühlmodus des Verbundanlagenkältemittelsystems 10 bereitgestellt. Während des Betriebs im Kühlmodus wird das Kältemittel in dem Kältemittelkreislauf 11 durch den Verdampferkreislauf zum Kühlen der Ansaugluft 58 geleitet, die in die Fahrgastzelle des Fahrzeugs gelangt. Wenn eine Kühlung der mindestens einen wärmeerzeugenden elektronischen Vorrichtung gewünscht ist, wird das Kältemittel auch durch den Kälteeinrichtungskreislauf geleitet, um der mindestens einen wärmeerzeugenden elektronischen Vorrichtung Kühlung bereitzustellen. Während des Betriebs mit Kältemittel, das sowohl durch den Verdampferkreislauf als auch den Kälteeinrichtungskreislauf strömt, kann der Verdampfer 32 im Vergleich zu der Kälteeinrichtung 26, die bei einer niedrigeren Temperatur (z. B. 0 Grad Celsius; daher niedrigerer Druck) aufgrund des zusätzlichen Druckverlusts an dem Verdampferdruckregler 34 betrieben wird, bei einer höheren Temperatur (z. B. 6,5 Grad Celsius; daher höherer Druck) betrieben werden.
Typischerweise ist der Heizkreislauf 46 während des Betriebs im Kühlmodus abgeschaltet. In einigen Ausführungsformen wird der Heizkreislauf 46 durch das Abschalten der Pumpe 48 abgeschaltet. In einigen Ausführungsformen können Temperaturmischklappen in dem HLK-Gehäuse 56 derartig positioniert sein, dass die Ansaugluft 58 derartig nicht über eine Außenfläche des Heizkerns 54 strömt, dass das Kühlmittel noch immer durch den Heizkern 54 strömen kann, ohne die Fahrgastzelle das Fahrzeugs zu erwärmen.
Unter Bezugnahme auf 3 wird ein beispielhafter Heizmodus des Verbundanlagenkältemittelsystems 10 mit Abwärmerückgewinnung von einer oder mehreren wärmeerzeugenden Vorrichtungen über die Kälteeinrichtung bereitgestellt. Während des Betriebs in diesem Heizmodus wird derartig verhindert, dass das Kältemittel in dem Kältemittelkreislauf 11 durch den Verdampferkreislauf strömt, dass das Kältemittel nur durch den Kälteeinrichtungskreislauf strömt. Zusätzlich ist die Pumpe 48 des Heizkreislaufs 46 derartig eingeschaltet, dass Wärme von dem Kältemittel des Kältemittelkreislaufs 11 über den wassergekühlten Kondensator 16 zu dem Kühlmittel des Heizkreislaufs 46 ausgetauscht wird. In einigen Ausführungsformen sind die Klappen der Luftführung geschlossen und das Kühlgebläse ist deaktiviert, während das Verbundanlagenkältemittelsystem 10 im Heizmodus betrieben wird, um den Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittel und der Umgebung über den Kondensator 18 zu verringern. Gemäß unterschiedlichen Aspekten kann der Zusatzerhitzer 50 angeschaltet werden, um eine Sollkühlmitteltemperatur zu erreichen, die in den Heizkern 54 strömt.
Unter Bezugnahme auf 4 ist nun ein Verfahren 400 zum Betreiben des Hauptverdichters 12 und/oder des Hilfsverdichters 14 bereitgestellt. In einigen Ausführungsformen wird das Verfahren 400 durch ein Klimasteuersystem eingeleitet (Vorgang 402). Typischerweise beinhaltet das Klimasteuersystem mindestens eine ECU 64 (z. B. ein Klimasteuermodul) zum Empfangen von Eingaben und Steuern der unterschiedlichen Komponenten des Verbundanlagenkältemittelsystems 10. Das Klimasteuersystem empfängt Eingaben (Vorgang 404) von einem oder mehreren Anzeigen in Bezug auf eine thermische Belastung des Klimas und/oder eine thermische Belastung der Elektronik. Beispielhafte Anzeigen, die sich auf die thermische Belastung des Klimas beziehen, beinhalten Folgendes, ohne darauf beschränkt zu sein: einen gewünschten Temperatursollwert der Fahrgastzelle, einen Umgebungstemperaturmesswert, einen Fahrgastzellentemperaturmesswert und einen Messwert von einem Sonnenbelastungssensor in Bezug auf die Intensität und/oder Richtung von Strahlungswärme, die von der Sonne auf das Fahrzeug auftrifft, und Kombinationen davon. Beispielhafte Anzeigen, die sich auf die thermische Belastung der Elektronik beziehen, beinhalten Folgendes, ohne darauf beschränkt zu sein: Temperaturmesswerte in Bezug auf unterschiedliche elektronische Vorrichtungen (z. B. eine Hochvoltbatterie), einen Ladungszustand der Batterie, einen Ladezustand der Batterie, Fahrzeugabschleppanzeigen, Bergauffahranzeigen und Kombinationen davon.
Unter Verwendung der empfangenen Eingaben bestimmt das Klimasteuersystem eine thermische Belastung des Klimas (Vorgang 406) und eine thermische Belastung der Elektronik (Vorgang 408). Die thermische Belastung des Klimas und die thermische Belastung der Elektronik können verwendet werden, um eine thermische Gesamtbelastung (Vorgang 410) zu berechnen. Der Hauptverdichter 12 und der Hilfsverdichter 14 werden dann gleichmäßig bei einer Drehzahl betrieben, die ausreichend ist, um die thermische Gesamtbelastung zu erfüllen, die auf das Verbundanlagenkältemittelsystem 10 (1) aufgebracht wird. In einigen Ausführungsformen ist das Verfahren 400 derartig wiederholend (Vorgang 414), dass die thermischen Belastungen, die auf das Verbundanlagenkältemittelsystem 10 aufgebracht werden, wiederkehrend überwacht werden und die Drehzahl des Hauptverdichters 12 und/oder des Hilfsverdichters 14 angepasst werden, um sich der Veränderung der thermischen Belastungen anzupassen, die auf das Verbundanlagenkältemittelsystem 10 aufgebracht werden.
Unter Bezugnahme auf 5 ist eine veranschaulichende Wirkungsgradkurve bereitgestellt, die dem Hauptverdichter 12 und/oder dem Hilfsverdichter 14 entspricht. Typischerweise variiert der Wirkungsgrad des Hauptverdichters 12 und/oder des Hilfsverdichters 14 in Bezug auf die Drehzahl, mit welcher der Hauptverdichter 12 und/oder der Hilfsverdichter 14 betrieben werden. Typischerweise steigt der Wirkungsgrad, wenn die Drehzahl des Hauptverdichters 12 und/oder des Hilfsverdichters 14 ab einer Untergrenze 502 zunimmt, bis die Drehzahl eine Drehzahl mit maximalem Wirkungsgrad 504 erreicht. Wenn die Drehzahl des Hauptverdichters 12 und/oder des Hilfsverdichters 14 weiter steigt, sinkt der Wirkungsgrad, bis die Drehzahl eine Obergrenze 506 des Betriebsbereichs der Drehzahlen des Hauptverdichters 12 und/oder des Hilfsverdichters 14 erreicht.
Unter Bezugnahme auf die 5 und 6 ist ein Verfahren 600 zum Betreiben des Verbundanlagenkältemittelsystems 10 als Reaktion auf den Wirkungsgrad des Hauptverdichters 12 und/oder des Hilfsverdichters 14 bereitgestellt. Wie in 5 gezeigt, ist der Wirkungsgrad des Hauptverdichters 12 und/oder des Hilfsverdichters 14 in Bezug auf die Drehzahl des Hauptverdichters 12 und/oder des Hilfsverdichters 14 bekannt. Dementsprechend können in einigen Ausführungsformen der Hauptverdichter 12 und/oder der Hilfsverdichter 14 derartig betrieben werden, dass der kombinierte Wirkungsgrad des Hauptverdichters 12 und/oder des Hilfsverdichters 14 steigt.
In einigen Ausführungsformen wird das Verfahren 600 durch ein Klimasteuersystem eingeleitet (Vorgang 602). Typischerweise beinhaltet das Klimasteuersystem mindestens eine ECU 64 (z. B. ein Klimasteuermodul) zum Empfangen von Eingaben und Steuern der unterschiedlichen Komponenten des Verbundanlagenkältemittelsystems 10. Das Klimasteuersystem empfängt Eingaben (Vorgang 604) von einem oder mehreren Anzeigen in Bezug auf eine thermische Belastung des Klimas und/oder eine thermische Belastung der Elektronik. Beispielhafte Anzeigen, die sich auf die thermische Belastung des Klimas beziehen, beinhalten Folgendes, ohne darauf beschränkt zu sein: einen gewünschten Temperatursollwert der Fahrgastzelle, einen Umgebungstemperaturmesswert, einen Fahrgastzellentemperaturmesswert und einen Messwert von einem Sonnenbelastungssensor in Bezug auf die Intensität und/oder Richtung von Strahlungswärme, die von der Sonne auf das Fahrzeug auftrifft, und Kombinationen davon. Beispielhafte Anzeigen, die sich auf die thermische Belastung der Elektronik beziehen, beinhalten Folgendes, ohne darauf beschränkt zu sein: Temperaturmesswerte in Bezug auf unterschiedliche elektronische Vorrichtungen (z. B. eine Hochvoltbatterie), einen Ladungszustand der Batterie, einen Ladezustand der Batterie, Fahrzeugabschleppanzeigen, Bergauffahranzeigen und Kombinationen davon.
Unter Verwendung der empfangenen Eingaben bestimmt das Klimasteuersystem eine thermische Belastung des Klimas (Vorgang 606) und eine thermische Belastung der Elektronik (Vorgang 608). Die thermische Belastung des Klimas und die thermische Belastung der Elektronik werden verwendet, um eine thermische Gesamtbelastung (Vorgang 610) zu berechnen. Eine erste Kühlkapazität des Verbundanlagenkältemittelsystems 10 wird in Bezug darauf bestimmt, dass der Hauptverdichter mit der Drehzahl mit maximalem Wirkungsgrad 504 betrieben wird, und der Hilfsverdichter ausgeschaltet ist. Eine zweite Kühlkapazität des Verbundanlagenkältemittelsystems 10 wird in Bezug darauf bestimmt, dass der Hauptverdichter mit der Drehzahl mit maximalem Wirkungsgrad 504 betrieben wird, und der Hilfsverdichter mit der Drehzahl mit maximalem Wirkungsgrad 504 betrieben wird (Vorgang 614).
Die thermische Gesamtbelastung wird dann mit der ersten Kühlkapazität und der zweiten Kühlkapazität des Verbundanlagenkältemittelsystems 10 verglichen (Vorgang 616). Wenn die thermische Gesamtbelastung kleiner oder gleich der ersten Kühlkapazität ist, wird der Hauptverdichter 12 mit oder unter der Drehzahl des maximalen Wirkungsgrads 504 betrieben und der Hilfsverdichter 14 bleibt ausgeschaltet (Vorgang 618). Wenn die thermische Gesamtbelastung größer als die erste Kühlkapazität aber kleiner oder gleich der zweiten Kühlkapazität ist, werden der Hauptverdichter 12 und der Hilfsverdichter 14 jeweils mit oder unter der Drehzahl des maximalen Wirkungsgrads 504 betrieben (Vorgang 620). In einigen Ausführungsformen werden der Hauptverdichter 12 und der Hilfsverdichter 14 mit der gleichen Drehzahl betrieben, wenn die thermische Gesamtbelastung die erste Kühlkapazität des Verbundanlagenkältemittelsystems 10 übersteigt. Der Hauptverdichter 12 und der Hilfsverdichter 14 werden jeweils mit oder über der Drehzahl des maximalen Wirkungsgrads 504 betrieben, wenn die thermische Gesamtbelastung die zweite Kühlkapazität des Verbundanlagenkältemittelsystems 10 übersteigt. In einigen Ausführungsformen ist das Verfahren 600 derartig wiederholend (Vorgang 624), dass die thermischen Belastungen, die auf das Verbundanlagenkältemittelsystem 10 aufgebracht werden, wiederkehrend überwacht werden und die Drehzahl des Hauptverdichters 12 und/oder des Hilfsverdichters 14 angepasst werden, um sich der Veränderung der thermischen Belastungen anzupassen, die auf das Verbundanlagenkältemittelsystem 10 aufgebracht werden. In einigen Ausführungsformen wird mindestens einer des Hauptverdichters 12 und des Hilfsverdichters 14 auf Grundlage einer oder mehrerer der empfangenen Eingaben zum Berechnen der thermischen Belastung des Klimas und der thermischen Belastung der Elektronik betrieben.
Unter Bezugnahme auf 7 beinhaltet der Kondensator 18 in einigen Ausführungsformen einen integrierten Aufnahmetrockner 20 und beinhaltet der Kältemittelkreislauf 11 mindestens ein Rückschlagventil 60 zum Verhindern des Rückflusses von Kältemittel in dem Verbundanlagenkältemittelsystem 10. Wie gezeigt, ist das mindestens eine Rückschlagventil 60 proximal zu der Kälteeinrichtung 26 zum Verhindern des Rückflusses von Kältemittel aus dem Anschlussstück 36 in die Kälteeinrichtung 26 positioniert. In unterschiedlichen Ausführungsformen wird in Betracht gezogen, dass das mindestens eine Rückschlagventil 60 an einem beliebigen Punkt in dem Verbundanlagenkältemittelsystem 10 positioniert sein kann. In bevorzugten Ausführungsformen kann das mindestens eine Rückschlagventil 60 auf einem beliebigen einer Vielzahl von parallelen Strömungspfaden (z. B. dem Kälteeinrichtungskreislauf und dem Verdampferkreislauf) innerhalb des Verbundanlagenkältemittelsystems 10 positioniert sein, um den Rückstrom von Kältemittel zwischen parallelen Strömungspfaden zu verhindern, die ungleiche Drücke aufweisen.
Unter Bezugnahme auf 8 beinhaltet das Verbundanlagenkältemittelsystem 10 in einigen Ausführungsformen einen Akkumulator 62 anstelle des Aufnahmetrockners 20. In einigen Ausführungsformen ist der Akkumulator 62 bereitgestellt, um überschüssiges Kältemittel zu speichern und zu verhindern, dass überschüssiges flüssiges Kältemittel in den Hauptverdichter 12 und/oder den Hilfsverdichter 14 gelangt, um eine Beschädigung des Hauptverdichters 12 und/oder des Hilfsverdichters 14 zu verhindern. Typischerweise beinhaltet der Akkumulator 62 ein Trockenmittel zum Entfernen von Wasser aus dem Kältemittelkreislauf 11 und einen Filter zum Auffangen von Schmutz aus dem Kältemittelkreislauf 11. In der gezeigten Ausführungsform dient der Akkumulator 62 ebenfalls dazu, den ersten Kältemittelteil aus dem Kälteeinrichtungskreislauf und den zweiten Kältemittelteil aus dem Verdampferkreislauf zu kombinieren.
Die offenbarten Ausführungsformen beinhalten mehrere Vorteile. Die Einbeziehung mehrerer Verdichter stellt dem Verbundanlagenkältemittelsystem 10 im Vergleich zu herkömmlichen Systemen eine erhöhte Kühlkapazität bereit, während es dem System dennoch ermöglicht wird, kleinere Kühlanforderungen effizient zu erfüllen. Insbesondere ist das Verbundanlagenkältemittelsystem 10 durch das Einbeziehen mehrerer Verdichter in der Lage, die Anforderungen des HLK-Systems sowie die steigenden Anforderungen der unterschiedlichen elektrischen Komponenten zu erfüllen, wenn die Fähigkeiten, und die entsprechenden Kühlanforderungen, von Elektrofahrzeugen steigen. Die offenbarten Ausführungsformen stellen außerdem einen erhöhten Wirkungsgrad bereit, da der Hauptverdichter 12 und der Hilfsverdichter 14 im Allgemeinen mit effizienteren Drehzahlen arbeiten als der größere Verdichter eines Systems mit einem einzelnen Verdichter. Zusätzlich führt das Hinzufügen mehrerer Verdichter zu dem System zu einem Redundanzgrad, wodurch Abweichungen und/oder Schwankungen der Kühlleistung des Systems gesenkt werden.
Der Durchschnittsfachmann versteht, dass der Aufbau der beschriebenen Offenbarung und anderer Komponenten nicht auf ein beliebiges konkretes Material beschränkt ist. Andere in dieser Schrift offenbarte beispielhafte Ausführungsformen der Offenbarung können aus einer großen Bandbreite an Materialien gebildet sein, es sei denn, in dieser Schrift wird etwas anderes beschrieben.
Für die Zwecke dieser Offenbarung bedeutet der Ausdruck „gekoppelt“ (in allen seinen Formen, koppeln, koppelnd, gekoppelt usw.) im Allgemeinen, dass zwei (elektrische oder mechanische) Komponenten direkt oder indirekt miteinander verbunden sind. Ein derartiges Verbinden kann dem Wesen nach ortsfest oder dem Wesen nach beweglich sein. Ein derartiges Verbinden kann mit den zwei (elektrischen oder mechanischen) Komponenten und beliebigen zusätzlichen Zwischenelementen erreicht werden, die einstückig als ein einzelner einheitlicher Körper miteinander oder mit den zwei Komponenten gebildet sind. Ein derartiges Verbinden kann, sofern nicht anders vorgegeben, dem Wesen nach permanent sein oder dem Wesen nach entfernbar oder lösbar sein.
Es ist ebenso wichtig festzuhalten, dass der Aufbau und Anordnung der Elemente der Offenbarung, wie sie in den beispielhaften Ausführungsformen gezeigt sind, lediglich veranschaulichend sind. Obwohl nur einige wenige Ausführungsformen der vorliegenden Neuerungen in dieser Offenbarung ausführlich beschrieben worden sind, ist es für den Fachmann, der diese Offenbarung liest, ohne Weiteres ersichtlich, dass viele Modifikationen möglich sind (z. B. Varianten hinsichtlich Größen, Abmessungen, Strukturen, Formen und Proportionen der unterschiedlichen Elemente, Werten von Parametern, Befestigungsanordnungen, Verwendung von Materialien, Farben, Ausrichtungen usw.), ohne wesentlich von den neuartigen Lehren und Vorteilen des beschriebenen Gegenstands abzuweichen. Zum Beispiel können Elemente, die als einstückig gebildet gezeigt sind, aus mehreren Teilen aufgebaut sein, oder Elemente, die als mehrere Teile gezeigt sind, können einstückig gebildet sein, der Betrieb der Schnittstellen kann umgekehrt oder anderweitig variiert werden, die Länge oder Breite der Strukturen und/oder Elemente oder Verbindungseinrichtungen oder anderer Elemente des Systems kann variiert werden, die Art oder Anzahl der Anpassungsstellungen, die zwischen den Elementen bereitgestellt sind, kann variiert werden. Es ist anzumerken, dass die Elemente und/oder Baugruppen des Systems aus einer breiten Vielfalt von Materialien konstruiert sein können, die ausreichende Festigkeit oder Haltbarkeit bereitstellen, in einer breiten Vielfalt von Farben, Texturen und Kombinationen. Dementsprechend ist beabsichtigt, dass alle derartigen Modifikationen im Schutzumfang der vorliegenden Neuerungen beinhaltet sind. Andere Substitutionen, Modifikationen, Veränderungen und Auslassungen können an der Gestaltung, an Betriebsbedingungen und an der Anordnung der gewünschten und anderen beispielhaften Ausführungsformen vorgenommen werden, ohne vom Geist der vorliegenden Neuerungen abzuweichen.
Es versteht sich, dass beliebige beschriebene Prozesse oder Schritte innerhalb beschriebener Prozesse mit anderen offenbarten Prozessen oder Schritten kombiniert werden können, um Strukturen innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Offenbarung zu bilden. Die in dieser Schrift offenbarten beispielhaften Strukturen und Prozesse dienen der Veranschaulichung und sind nicht als einschränkend auszulegen.
Es versteht sich ebenfalls, dass Varianten und Modifikationen an den vorstehend erwähnten Strukturen und Verfahren vorgenommen werden können, ohne von den Konzepten der vorliegenden Offenbarung abzuweichen, und es versteht sich ferner, dass derartige Konzepte von den folgenden Patentansprüchen abgedeckt sein sollen, es sei denn, diese Patentansprüche legen durch ihren Wortlaut ausdrücklich etwas anderes fest.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Verbundanlagenkältemittelsystem für ein Fahrzeug bereitgestellt, das Folgendes aufweist: einen Hauptverdichter, einen Hilfsverdichter, der fluidisch mit dem Hauptverdichter gekoppelt ist, und eine Kälteeinrichtung, die fluidisch an den Hauptverdichter und den Hilfsverdichter gekoppelt ist, wobei die Kälteeinrichtung Wärme mit einer wärmeerzeugenden elektronischen Vorrichtung austauscht und mindestens einer von dem Hauptverdichter und dem Hilfsverdichter auf Grundlage einer thermischen Belastung der Kälteeinrichtung betrieben wird.
Gemäß einer Ausführungsform sind der Hauptverdichter und der Hilfsverdichter fluidisch parallel gekoppelt.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner durch Folgendes gekennzeichnet: einen Verdampfer zum Austauschen von Wärme mit einer Fahrgastzelle, wobei der Verdampfer mit der Kälteeinrichtung fluidisch parallel gekoppelt.
Gemäß einer Ausführungsform sind der Hauptverdichter und der Hilfsverdichter dazu konfiguriert, unabhängig gesteuert zu werden.
Gemäß einer Ausführungsform sind der Hauptverdichter und der Hilfsverdichter dazu konfiguriert, gleichzeitig mit der gleichen Drehzahl betrieben zu werden.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner durch ein Rückschlagventil gekennzeichnet, die fluidisch mit einem Auslass der Kälteeinrichtung gekoppelt ist.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner durch eine wassergekühlten Kondensator gekennzeichnet, der fluidisch an die Kälteeinrichtung gekoppelt und dazu konfiguriert ist, Wärme zwischen dem Verbundanlagenkältemittelsystem und einem Kühlmittelkreislauf auszutauschen, wobei der Kühlmittelkreislauf eine Zusatzerhitzer umfasst.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner durch einen internen Wärmetauscher gekennzeichnet, der einen ersten Kältemittelweg, der fluidisch mit einem Einlass des Verdampfers gekoppelt ist, und einen zweiten Kältemittelweg aufweist, der fluidisch mit einem Auslass des Verdampfers gekoppelt ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verfahren zum Betreiben eines Verbundanlagenkältemittelsystems Folgendes: das Bereitstellen eines Verbundanlagenkältemittelsystems, das einen Hauptverdichter und einen Hilfsverdichter aufweist, der fluidisch an den Hauptverdichter gekoppelt ist; das Empfangen von Eingaben von einer oder mehreren Anzeigen für die thermische Belastung; das Bestimmen einer thermischen Gesamtbelastung, die dem Verbundanlagenkältemittelsystem auferlegt wird; und das Betreiben von mindestens einem von dem Hauptverdichter und dem Hilfsverdichter, um die thermische Gesamtbelastung zu erfüllen.
In einem Aspekt der Erfindung umfasst die thermische Gesamtbelastung eine thermische Belastung des Klimas und eine thermische Belastung der Elektronik.
In einem Aspekt der Erfindung wird mindestens einer von dem Hauptverdichter und dem Hilfsverdichter auf Grundlage der thermischen Belastung der Elektronik betrieben.
In einem Aspekt der Erfindung werden der Hauptverdichter und der Hilfsverdichter mit der gleichen Drehzahl betrieben.
In einem Aspekt der Erfindung bleibt der Hilfsverdichter ausgeschaltet, bis die thermische Gesamtbelastung eine erste Kühlkapazität des Verbundanlagenkältemittelsystems überschreitet.
In einem Aspekt der Erfindung basiert die erste Kühlkapazität des Verbundanlagenkältemittelsystems darauf, dass der Hauptverdichter mit einer Drehzahl betrieben wird, die sich auf einen maximalen Wirkungsgrad des Hauptverdichters bezieht, und der Hilfsverdichter ausgeschaltet ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Fahrzeug bereitgestellt, das ein Verbundanlagenkältemittelsystem beinhaltet, das Folgendes aufweist: einen Kältemittelkreislauf, der einen Kälteeinrichtungskreislauf und einen Verdampferkreislauf umfasst, der fluidisch parallel mit dem Kälteeinrichtungskreislauf gekoppelt ist, wobei der Kälteeinrichtungskreislauf eine Kälteeinrichtung umfasst und der Verdampferkreislauf einen Verdampfer umfasst; einen Hauptverdichter, der fluidisch mit dem Kältemittelkreislauf gekoppelt ist; und einen Hilfsverdichter, der fluidisch mit dem Kältemittelkreislauf gekoppelt ist.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner durch Folgendes gekennzeichnet: einen Heizkreislauf, der dazu konfiguriert ist, Wärme mit dem Kältemittelkreislauf über einen wassergekühlten Kondensator auszutauschen.
Gemäß einer Ausführungsform werden der Hauptverdichter und der Hilfsverdichter jeweils unabhängig steuerbar.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Hilfsverdichter dazu konfiguriert, ausgeschaltet zu bleiben, bis eine thermische Gesamtbelastung eine erste Kühlkapazität des Verbundanlagenkältemittelsystems überschreitet.
Gemäß einer Ausführungsform basiert die erste Kühlkapazität des Verbundanlagenkältemittelsystems darauf, dass der Hauptverdichter mit einer Drehzahl betrieben wird, die sich auf einen maximalen Wirkungsgrad des Hauptverdichters bezieht, und der Hilfsverdichter ausgeschaltet bleibt.
Gemäß einer Ausführungsform sind der Hauptverdichter und der Hilfsverdichter dazu konfiguriert, gleichzeitig mit der gleichen Drehzahl betrieben zu werden.

Claims

Verbundanlagenkältemittelsystem für ein Fahrzeug, umfassend: einen Hauptverdichter; einen Hilfsverdichter, der fluidisch an den Hauptverdichter gekoppelt ist; und eine Kälteeinrichtung, die fluidisch an den Hauptverdichter und den Hilfsverdichter gekoppelt ist, wobei die Kälteeinrichtung Wärme mit einer wärmeerzeugenden elektronischen Vorrichtung austauscht und mindestens einer von dem Hauptverdichter und dem Hilfsverdichter auf Grundlage einer thermischen Belastung der Kälteeinrichtung betrieben wird.
Verbundanlagenkältemittelsystem nach Anspruch 1, wobei der Hauptverdichter und der Hilfsverdichter fluidisch parallel gekoppelt sind.
Verbundanlagenkältemittelsystem nach Anspruch 1, ferner umfassend einen Verdampfer zum Austauschen von Wärme mit einer Fahrgastzelle, wobei der Verdampfer mit der Kälteeinrichtung fluidisch parallel gekoppelt ist.
Verbundanlagenkältemittelsystem nach Anspruch 1 und 2, wobei der Hauptverdichter und der Hilfsverdichter dazu konfiguriert sind, unabhängig gesteuert zu werden.
Verbundanlagenkältemittelsystem nach Anspruch 1 und 2, wobei der Hauptverdichter und der Hilfsverdichter dazu konfiguriert sind, gleichzeitig mit der gleichen Drehzahl betrieben zu werden.
Verbundanlagenkältemittelsystem nach den Ansprüchen 1 bis 3, ferner umfassend ein Rückschlagventil, das fluidisch mit einem Auslass der Kälteeinrichtung gekoppelt ist.
Verbundanlagenkältemittelsystem nach den Ansprüchen 1 bis 3, ferner umfassend einen wassergekühlten Kondensator, der fluidisch an die Kälteeinrichtung gekoppelt und dazu konfiguriert ist, Wärme zwischen dem Verbundanlagenkältemittelsystem und einem Kühlmittelkreislauf auszutauschen, wobei der Kühlmittelkreislauf eine Zusatzerhitzer umfasst.
Verbundanlagenkältemittelsystem nach Anspruch 3, ferner umfassend einen internen Wärmetauscher, der einen ersten Kältemittelweg, der fluidisch mit einem Einlass des Verdampfers gekoppelt ist, und einen zweiten Kältemittelweg aufweist, der fluidisch mit einem Auslass des Verdampfers gekoppelt ist.
Verfahren zum Betreiben eines Verbundanlagenkältemittelsystems, umfassend: das Bereitstellen eines Verbundanlagenkältemittelsystems, das einen Hauptverdichter und einen Hilfsverdichter aufweist, der fluidisch an den Hauptverdichter gekoppelt ist; das Empfangen von Eingaben von einem oder mehreren thermischen Belastungsanzeigen; das Bestimmen einer thermischen Gesamtbelastung, die auf das Verbundanlagenkältemittelsystem aufgebracht wird; und das Betreiben von mindestens einem von dem Hauptverdichter und dem Hilfsverdichter, um die thermische Gesamtbelastung zu erfüllen.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die thermische Gesamtbelastung eine thermische Belastung des Klimas und eine thermische Belastung der Elektronik umfasst.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei mindestens einer von dem Hauptverdichter und dem Hilfsverdichter auf Grundlage der thermischen Belastung der Elektronik betrieben wird.
Verfahren nach den Ansprüchen 9 und 10, wobei der Hauptverdichter und der Hilfsverdichter mit der gleichen Drehzahl betrieben werden.
Verfahren nach den Ansprüchen 9 und 10, wobei der Hilfsverdichter ausgeschaltet bleibt, bis die thermische Gesamtbelastung eine erste Kühlkapazität des Verbundanlagenkältemittelsystems überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die erste Kühlkapazität des Verbundanlagenkältemittelsystems darauf basiert, dass der Hauptverdichter mit einer Drehzahl betrieben wird, die sich auf einen maximalen Wirkungsgrad des Hauptverdichters bezieht, und der Hilfsverdichter ausgeschaltet ist.
Verfahren nach den Ansprüchen 9 bis 14, ferner umfassend das Bereitstellen eines Heizkreislauf, der dazu konfiguriert ist, Wärme mit dem Verbundanlagenkältemittelsystem über einen wassergekühlten Kondensator auszutauschen.