DE102021107776A1

DE102021107776A1 - Fahrzeugwärmemanagement an verflüssigern des kältemittelkreislaufs

Info

Publication number: DE102021107776A1
Application number: DE102021107776.1A
Authority: DE
Inventors: Cameron P. Smith; Lawrence P. Ziehr; Nathan J. English
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2020-06-05
Filing date: 2021-03-27
Publication date: 2021-12-09
Also published as: US11845321B2; US20210379959A1; CN113752777A

Abstract

Beim Wärmemanagement in einem Fahrzeug wird ein Kältemittel aus einem Kompressor in Dampfform zur Zirkulation in einem Kältemittelkreislauf ausgegeben. Ein Wärmemanagementsystem umfasst ein Heizungs-, Belüftungs- und Klimatisierungs (HVAC)-System im Kältemittelkreislauf, das einen Verdampfer und einen HVAC-Verflüssiger enthält, sowie einen externen Verflüssiger im Kältemittelkreislauf, der so konfiguriert ist, dass er Wärme an die Außenseite des Fahrzeugs abgibt. Ein erstes variables Kältemittelströmungsventil (RFV) regelt eine Durchflussrate des vom Kompressor abgegebenen Kältemittels in den HVAC-Verflüssiger, und ein zweites RFV regelt eine Durchflussrate des vom Kompressor abgegebenen Kältemittels in den externen Verflüssiger. Ein Controller regelt das erste RFV und das zweite RFV basierend auf einer Soll-Ausgangstemperatur für den HVAC-Verflüssiger.

Description

EINLEITUNG
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein thermisches Management bzw. Wärmemanagement von Fahrzeugen an den Verflüssigern des Kältemittelkreislaufs.
Fahrzeuge (z.B. Autos, LKWs, Baumaschinen, landwirtschaftliche Geräte, automatisierte Fabrikanlagen) enthalten sowohl Komponenten, die Wärme erzeugen, als auch Komponenten, die Wärme benötigen. Die Wärme kann in Wärmeübertragungsvorrichtungen genutzt werden, die unterschiedlichen Funktionen dienen. In Fahrzeugen mit einem oder mehreren Insassen kann eine Wärmeübertragungsvorrichtung verwendet werden, um z.B. die Temperatur und Feuchtigkeit im Fahrgastraum zu steuern. Dementsprechend ist es wünschenswert, ein Fahrzeugwärmemanagement an den Verflüssigern des Kältemittelkreislaufs vorzusehen.
ZUSAMMENFASSUNG
In einer beispielhaften Ausführungsform umfasst ein Wärmemanagementsystem in einem Fahrzeug einen Kompressor zur Ausgabe eines Kältemittels in Dampfform zur Zirkulation in einem Kältemittelkreislauf. Das System umfasst außerdem ein Heizungs-, Lüftungs- und Klimatisierungs (HVAC)-System im Kältemittelkreislauf, das einen Verdampfer und einen HVAC-Verflüssiger enthält, sowie einen externen Verflüssiger im Kältemittelkreislauf, der so konfiguriert ist, dass er Wärme nach außen abgibt. Ein erstes variables Kältemittelströmungsventil (RFV) regelt eine Durchflussrate des vom Kompressor abgegebenen Kältemittels in den HVAC-Verflüssiger, und ein zweites RFV regelt eine Durchflussrate des vom Kompressor abgegebenen Kältemittels in den externen Verflüssiger. Ein Controller regelt das erste RFV und das zweite RFV basierend auf einer Soll-Ausgangstemperatur für den HVAC-Verflüssiger.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale basiert die Soll-Ausgangstemperatur für den HVAC-Verflüssiger auf einer vom Insassen gewählten Temperatur für eine Fahrgastzelle des Fahrzeugs.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale regelt der Controller das erste RFV, um einen Unterkühlungswert des HVAC-Verflüssigers in einem vordefinierten Bereich zu halten, wobei der Unterkühlungswert eine Temperaturabnahme des Kältemittels in einer flüssigen Phase ist.
Zusätzlich zu einer oder mehreren der hier beschriebenen Funktionen stellt der Controller fest, ob der Verdampfer, der HVAC-Verflüssiger und der externe Verflüssiger alle in Betrieb sind.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale stellt der Controller fest, ob ein Temperaturausgang des HVAC-Verflüssigers größer als die Soll-Ausgangstemperatur ist.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale schließt der Controller, basierend auf der Feststellung, dass der Temperaturausgang des HVAC-Verflüssigers nicht größer als die Soll-Ausgangstemperatur ist, das zweite RFV, um eine Durchflussrate des Kältemittels in den externen Verflüssiger zu verringern.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale öffnet der Controller, basierend auf der Feststellung, dass der Temperaturausgang des HVAC-Verflüssigers größer als die Soll-Ausgangstemperatur ist, das zweite RFV, um eine Durchflussrate des Kältemittels in den externen Verflüssiger zu erhöhen.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale regelt der Controller die Geschwindigkeit, mit der das zweite RFV geöffnet wird, basierend auf einer Temperatur außerhalb des Fahrzeugs.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale umfasst das System auch einen Ventilator, um die Wärmeübertragung vom externen Verflüssiger nach außen zu erhöhen.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale steuert der Controller eine Geschwindigkeit des Ventilators basierend auf einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs.
In einer anderen beispielhaften Ausführungsform umfasst ein Verfahren zur Durchführung des Wärmemanagements in einem Fahrzeug die Ermittlung einer Fahrgastraum-Temperatureinstellung. Das Verfahren umfasst auch die Bestimmung einer Soll-Ausgangstemperatur für einen Heizungs-, Lüftungs- und Klimatisierungs (HVAC)-Verflüssiger, der Teil eines HVAC-Systems in einem Kältemittelkreislauf ist, basierend auf der Temperatureinstellung. Ein erstes variables Kältemittelströmungsventil (RFV), das eine Durchflussrate des Kältemittels in den HVAC-Verflüssiger steuert, und ein zweites RFV, das eine Durchflussrate des Kältemittels in einen externen Verflüssiger im Kältemittelkreislauf steuert, um Wärme an einen Außenbereich des Fahrzeugs abzugeben, werden geregelt.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale basiert das Ermitteln der Temperatureinstellung auf einer Auswahl des Insassen einer Temperatur für den Fahrgastraum des Fahrzeugs über eine Insassenschnittstelle.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale umfasst das Verfahren auch das große Regeln des ersten RFV, um einen Unterkühlungswert des HVAC-Verflüssigers in einem vordefinierten Bereich zu halten, wobei der Unterkühlungswert eine Temperaturabnahme des Kältemittels in einer flüssigen Phase ist.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale umfasst das Verfahren auch das Feststellen, ob ein Verdampfer des HVAC-Systems, der HVAC-Verflüssiger und der externe Verflüssiger alle in Betrieb sind.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale umfasst das Verfahren auch das Feststellen, ob eine Temperaturausgabe des HVAC-Verflüssigers größer als die Soll-Ausgangstemperatur ist.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale umfasst das Verfahren auch, basierend auf der Feststellung, dass die Ausgangstemperatur des HVAC-Verflüssigers nicht größer als die Soll-Ausgangstemperatur ist, das Schlie-ßen des zweiten RFV, um die Durchflussrate des Kältemittels in den externen Verflüssiger zu verringern.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale umfasst das Verfahren auch, basierend auf der Feststellung, dass die Temperaturausgabe des HVAC-Verflüssigers größer ist als die Soll-Ausgangstemperatur, das Öffnen des zweiten RFV, um die Durchflussrate des Kältemittels in den externen Verflüssiger zu erhöhen.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale umfasst das Verfahren auch das Regeln einer Geschwindigkeit, mit der das zweite RFV geöffnet wird, basierend auf einer Temperatur außerhalb des Fahrzeugs.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale umfasst das Verfahren auch das Regeln eines Ventilators, der so konfiguriert ist, dass er den Wärmeübergang vom externen Verflüssiger nach außerhalb des Fahrzeugs erhöht.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale basiert das Regeln des Ventilators auf einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs.
Die obigen Merkmale und Vorteile sowie weitere Merkmale und Vorteile der Offenbarung sind aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen ohne weiteres ersichtlich.
Figurenliste
Weitere Merkmale, Vorteile und Details sind nur beispielhaft in der folgenden ausführlichen Beschreibung aufgeführt, wobei sich die ausführliche Beschreibung auf die Zeichnungen bezieht, in denen gilt:

1 ist ein Blockschaltbild eines beispielhaften Fahrzeugs, in dem das Wärmemanagement von Verflüssigern des Kältemittelkreislaufs gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen implementiert ist;
2 ist ein Blockschaltbild von Aspekten des Wärmemanagementsystems, das gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen geregelt wird; und
3 ist ein Prozessablauf eines Verfahrens zum Steuern des Wärmemanagementsystems, das den HVAC-Verflüssiger und den externen Verflüssiger gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen regelt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die vorstehende Beschreibung ist lediglich illustrativer Natur und soll die Offenbarung, ihre Anwendung oder Verwendung nicht einschränken. Es sollte verstanden werden, dass in den Zeichnungen entsprechende Bezugszahlen gleiche oder entsprechende Teile und Merkmale bezeichnen.
Wie bereits erwähnt, enthalten Fahrzeuge sowohl wärmeerzeugende Komponenten als auch solche, die die Wärme in einer Wärmeübertragungsvorrichtung nutzen. Das Temperaturmanagement der Fahrgastzelle verwendet beispielsweise eine Wärmeübertragungsvorrichtung, die Wärme benötigt, um die erforderliche Phasenänderung zu erzeugen. Ein erheblicher Prozentsatz der Leistung einer herkömmlichen Brennkraftmaschine liegt in Form von Wärme vor. Diese Abwärme ist jedoch in einem Hybrid- oder Elektrofahrzeug (EV) aufgrund von deren höherem Wirkungsgrad weniger gut verfügbar. Weitere beispielhafte Quellen für Abwärme in einem EV sind Widerstandsverluste der Leistungselektronik. Ausführungsformen der hierin beschriebenen Systeme und Verfahren beziehen sich auf das Fahrzeugwärmemanagement von Verflüssigern des Kältemittelkreislaufs.
Es wurde eine thermische Systemarchitektur entwickelt, um thermische Energie zu sammeln, zu speichern und an Fahrzeugsysteme zu verteilen, die diese Energie benötigen. Die Architektur umfasst drei Thermofluidkreisläufe: einen Kühlmittelkreislauf, der Kühlmittel zirkuliert bzw. umwälzt, einen Antriebseinheit-Ölkreislauf, der Getriebeöl zirkuliert bzw. umwälzt, und einen Kältemittelkreislauf, der ein Kältemittel zirkuliert bzw. umwälzt. Der Kühlmittelkreislauf interagiert sowohl mit dem Antriebseinheit-Ölkreislauf als auch mit dem Kältemittelkreislauf. Die hier beschriebenen Ausführungsformen beziehen sich auf die Regelung von Verflüssigern im Kältemittelkreislauf auf der Grundlage der Regelung der Durchflussrate eines Kompressorausgangs zu jedem Verflüssiger.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform ist 1 ein Blockschaltbild eines Fahrzeugs 100, bei dem das Wärmemanagement an den Verflüssigern 275, 285 (2) des Kältemittelkreislaufs 220 realisiert ist. Das in 1 dargestellte Beispielfahrzeug 100 ist ein Automobil 101. Das Wärmemanagementsystem 110, das die drei zuvor erwähnten Thermofluidkreisläufe bzw. Wärmeträgerkreisläufe umfasst, ist angegeben. Im Einzelnen interagiert ein Kühlmittelkreislauf 210 sowohl mit einem Kältemittelkreislauf 220 als auch mit einem Antriebseinheit-Ölkreislauf 105. Ein Getriebeölkühler 107 befindet sich an einem Schnittpunkt des Kühlmittelkreislaufs 210 und des Antriebseinheit-Ölkreislaufs 105, und ein Kühler bzw. Chiller 215 befindet sich an einem Schnittpunkt des Kühlmittelkreislaufs 210 und des Kältemittelkreislaufs 220. Eine Insassenschnittstelle 120 (z.B. Infotainment-System) ermöglicht die Auswahl durch einen Insassen des Fahrzeugs 100 im Fahrgastraum 115. Die Eingabe kann z.B. eine gewünschte Temperatur für den Fahrgastraum 115 sein. Die Eingaben an die Insassenschnittstelle 120 können über einen Controller 130 (z.B. eine elektronische Steuereinheit (ECU)) des Fahrzeugs 100 implementiert werden.
Der Controller 130 kann sowohl Aspekte des Wärmemanagementsystems 110 als auch andere Funktionen des Fahrzeugs 100 steuern bzw. regeln. Zum Beispiel kann der Controller 130 einen autonomen oder teilautonomen Betrieb (z.B. automatisches Bremsen, adaptiver Tempomat) basierend auf der Interaktion mit anderen Systemen des Fahrzeugs 100 implementieren. Basierend auf einer Eingabe an der Benutzerschnittstelle 120 (z.B. einer Temperaturauswahl) kann der Controller 130 Aspekte des Wärmemanagementsystems 110 steuern bzw. regeln, wie in den 2 und 3 näher erläutert. Der Controller 130 kann Verarbeitungsschaltungen enthalten, die eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (gemeinsam, dediziert oder als Gruppe) und einen Speicher, der ein oder mehrere Software- oder Firmware-Programme ausführt, eine kombinatorische Logikschaltung und/oder andere geeignete Komponenten umfassen können, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen.
2 ist ein Blockschaltbild von Aspekten des Wärmemanagementsystems 110, das den HVAC-Verflüssiger 285 und den externen Verflüssiger 275 des Kältemittelkreislaufs 220 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen steuert bzw. regelt. Die Regelung kann durch den Controller 130 oder einen anderen Controller erfolgen, der für das Wärmemanagementsystem 110 spezifisch ist und eine ähnliche Verarbeitungsschaltung enthält, wie sie unter Bezugnahme auf den Controller 130 diskutiert wurde. Es werden relevante Aspekte des Kühlmittelkreislaufs 210 und des Kältemittelkreislaufs 220 dargestellt. Details des Antriebseinheit-Ölkreislaufs 105 und die damit zusammenwirkenden Aspekte des Kühlmittelkreislaufs 210 sind nicht dargestellt. Der Kühlmittelkreislauf 210 kann z.B. ein integriertes Leistungselektronikmodul mit Zubehör (z.B. Hochspannungsversorgung, Navigationssystem, Sitzheizung) oder ein Onboard-Lademodul enthalten, das Energie in eine Sekundärzelle oder eine wiederaufladbare Batterie 250 bewegt. Wie dargestellt, enthält der Kühlmittelkreislauf 210 eine Batterie 250 für den Antriebsstrang und weitere Antriebskomponenten 245, die Abwärme erzeugen können. Ein Radiator 240 kann Wärmeenergie an die Außenseite des Fahrzeugs 100 abgeben, wenn zu viel Abwärme erzeugt wird, um sie zu speichern. Eine Kühlmittelpumpe 235 kann so geregelt werden, dass sie selektiv Kühlmittel 225 fördert, das durch die Abwärme erwärmt wird, wenn es zur Kühlmittelpumpe 235 im Kühlmittelkreislauf 210 fließt.
Wie bereits erwähnt, befindet sich ein Kühler 215 an einem Schnittpunkt des Kühlmittelkreislaufs 210 und des Kältemittelkreislaufs 220 und dient als Wärmeaustauschvorrichtung zwischen den beiden. Das von der Kühlmittelpumpe 235 geförderte Kühlmittel 225 wird auf einer Seite dem Kühler 215 zugeführt. Das Kältemittel 205 wird auf einer anderen Seite dem Kühler 215 zugeführt. Beispielhafte, nicht einschränkende Kältemittel 205 sind Fluorkohlenwasserstoff (HFC-134a) oder Hydrofluorolefin (HFO-1234yf). Das Kühlmittel 225 und das Kältemittel 205 vermischen sich nicht in dem Kühler 215, aber der Fluss der beiden durch die getrennten Seiten ermöglicht es dem Kältemittelkreislauf 220, thermische Energie über den Kühler 215 zum oder vom Kühlmittelkreislauf 210 zu transportieren. Wie bereits erwähnt, wird die Durchflussrate des Kühlmittels 225 in den Kühler 215 über die Kühlmittelpumpe 235 gesteuert. Die Durchflussrate des Kältemittels 205 in den Kühler 215 wird über ein elektronisches Expansionsventil (EXV) 295 gesteuert.
Der Kältemittelkreislauf 220 umfasst ein HVAC-System 280, das den Fahrgastraum 115 mit erwärmter oder gekühlter Luft versorgt. Das HVAC-System 280, bei dem es sich um ein Klimagerät handelt, in dem sowohl Heiz- als auch Kühlfunktionen möglich sind, umfasst einen HVAC-Verflüssiger 285 und einen Verdampfer 290. Ein EXV 287 steuert die Durchflussrate des Kältemittels in den Verdampfer 290. Zum Kältemittelkreislauf 220 gehört auch ein externer Verflüssiger 275 mit einem Ventilator 270. Der Ventilator 270 kann gemeinsam für den Radiator 240 verwendet werden. Kältemittel 205 aus dem Verdampfer 290 und dem Kühler 215 gelangt in einen Kompressor 255, wie in 2 dargestellt. Der Kompressor 255 erhöht den Druck und die Temperatur des Kältemittels 205. Dieses Kältemittel 205 mit höherer Temperatur und höherem Druck kann in den HVAC-Verflüssiger 285 des HVAC-Systems 280, in den externen Verflüssiger 275 oder in beide gelangen. Die Durchflussrate von Kältemittel 205 aus dem Kompressor 255 wird durch die Regelung der variablen Kältemittelströmungsventile (RFVs) gesteuert. Konkret steuert RFV1 260 die Durchflussrate des Kältemittels 205 in den HVAC-Verflüssiger 285 und RFV2 265 die Durchflussrate des Kältemittels 205 in den externen Verflüssiger 275. Der externe Verflüssiger 275 dient zur Wärmeabgabe an die Außenseite des Fahrzeugs 100.
Wenn die Umgebungstemperatur außerhalb des Fahrzeugs 100 sehr kalt ist und im Fahrgastraum 115 Wärme angefordert wird, wird der Verdampfer 290 des HVAC-Systems 280 ggf. nicht betrieben. Wenn die Umgebungstemperatur sehr heiß und trocken ist, wird der HVAC-Verflüssiger 285 der HVAC-Anlage 280 ggf. nicht betrieben. Bei milderen Umgebungstemperaturen und zum Ausgleich der Luftfeuchtigkeit im Fahrgastraum 115 können jedoch sowohl der HVAC-Verflüssiger 285 als auch der Verdampfer 290 betrieben werden. In diesem Fall ist die Steuerung bzw. Regelung des HVAC-Verflüssigers 285 anspruchsvoller und erfordert die Steuerung bzw. Regelung von RFV1 260 und RFV2 265, wie mit Bezug auf 3 weiter erläutert.
3 ist ein Prozessablauf eines Verfahrens 300 zur Durchführung des Wärmemanagements des HVAC-Verflüssigers 285 und des externen Verflüssigers 275 des Kältemittelkreislaufs 220 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen. Das hier beschriebene Wärmemanagement wird vom Controller 130 oder anderen Verarbeitungsschaltungen durch die Steuerung bzw. Regelung von RFV1 260 und RFV2 265 implementiert. Konkret steuern die Prozesse in 3 den Fluss des Kältemittels 205, das vom Kompressor 255 in Dampfform ausgegeben wird, in den HVAC-Verflüssiger 285 und den externen Verflüssiger 275. Die Regelung basiert auf der Steuerung von RFV1 260 und RFV2 265. Wie bereits erwähnt, ist eine Schwellenbedingung für die Durchführung des Verfahrens 300 die Feststellung, dass die aktuellen Bedingungen den gleichzeitigen Betrieb des Verdampfers 290 und sowohl des HVAC-Verflüssigers 285 als auch des externen Verflüssigers 275 erfordern.
In Block 310 werden Faktoren, die eine Solltemperatur für den HVAC-Verflüssiger 285 beeinflussen, von dem Controller 130 oder einer anderen Verarbeitungsschaltung ermittelt, die die Steuerung von RFV1 260 und RFV2 265 bestimmt. Beispielhafte Faktoren sind die Fahrgastraumlufttemperatur, die über die Insassenschnittstelle 120 eingestellt oder geändert wird, die Temperatur außerhalb des Fahrzeugs 100 und die Geschwindigkeit des Fahrzeugs 100. In Block 320 bezieht sich die Bestimmung einer Solltemperatur für den HVAC-Verflüssiger 285 auf die Ermittlung der aktuellen Temperatureinstellung für den Fahrgastraum 115. Das heißt, die Solltemperatur ist der Temperaturausgang, der vom HVAC-Verflüssiger 285 erforderlich ist, um die an der Benutzerschnittstelle 120 eingegebene Einstellung für die Temperatur des Fahrgastraums 115 zu erreichen. Da die Luftfeuchtigkeit im Fahrgastraum 115 zusätzlich zur Erreichung der gewünschten Temperatur geregelt werden muss, können die in Block 310 ermittelten Faktoren zur Berechnung der Solltemperatur verwendet werden. Die Berechnung dieser Solltemperatur ist bekannt und wird hier nicht weiter ausgeführt. Bei jeder Wiederholung des Prozesses zur Bestimmung der Solltemperatur in Block 320 werden die aktuellsten Informationen über Faktoren aus Block 310 abgerufen.
In Block 330 umfassen die Prozesse die Regelung von RFV1 260, um die Unterkühlung innerhalb eines vordefinierten Bereichs zu halten. Der Begriff Unterkühlung bezieht sich darauf, wie weit die Temperatur des Kältemittels 205, das den HVAC-Verflüssiger 285 verlässt, unter der Temperatur liegt, die erforderlich ist, um die Phasenänderung von Dampf zu Flüssigkeit im HVAC-Verflüssiger 285 zu erreichen. Wenn die Unterkühlung 0 Grad beträgt, bedeutet dies, dass nur die minimale Kühlung verwendet wurde, die erforderlich ist, um die Phasenänderung des Kältemittels 205 im HVAC-Verflüssiger 285 zu bewirken. Das heißt, ein positiver Unterkühlungswert ist die Temperaturabnahme des Kältemittels 205 in der flüssigen Phase. Das Halten der Unterkühlung in einem bestimmten Bereich durch Regelung der Strömung des Kältemittels 205 in den HVAC-Verflüssiger 285 unter Verwendung von RFV1 260 verhindert einen ineffizienten Betrieb des Kältemittelsystems. In Block 340 wird geprüft, ob die Temperatur des HVAC-Verflüssigers 285 über der in Block 320 ermittelten Solltemperatur liegt.
Wenn der Temperaturausgang durch den HVAC-Verflüssiger 285 nicht über der in Block 320 ermittelten Solltemperatur liegt, wird in Block 350 das Schließen des RFV2 265 gesteuert. Dies liegt daran, dass die Überprüfung in Block 340 anzeigt, dass eine erhöhte Temperatur des vom Kompressor 255 ausgegebenen Kältemittels 205 im HVAC-Verflüssiger 285 erforderlich ist. Das heißt, indem der Durchfluss des Kältemittels 205 zum externen Verflüssiger 275 durch RFV2 265 verringert wird, während RFV1 260 unverändert bleibt, erhöht sich der Druck des aus dem Kompressor 255 austretenden Kältemittels 205, wodurch sich dessen Temperatur erhöht. Nach der Einstellung von RFV2 265 wird in Block 320 wieder die Solltemperatur ermittelt und in der nächsten Iteration in Block 330 die Unterkühlung geregelt.
Wenn stattdessen die Prüfung in Block 340 anzeigt, dass die vom HVAC-Verflüssiger 285 ausgegebene Temperatur über der in Block 320 ermittelten Solltemperatur liegt, werden die Prozesse in Block 360 ausgeführt. Wenn der Temperaturausgang des HVAC-Verflüssigers 285 oberhalb der in Block 340 ermittelten Solltemperatur liegt, kann die Temperatur des Kältemitteldampfes 205 vom Kompressor 255 in den HVAC-Verflüssiger 285 reduziert werden. In Block 360 wird diese Temperatursenkung im Kältemittel 205 erreicht, indem RFV2 265 geöffnet wird, um den Druck und damit die Temperatur des vom Kompressor 255 abgegebenen Kältemitteldampfes 205 zu senken. Die Geschwindigkeit, mit der das RFV2 265 geöffnet wird, basiert auf der Außentemperatur, die in Block 310 ermittelt wird. Das heißt, je heißer die Temperatur außerhalb des Fahrzeugs 100 ist, desto weniger Wärme wird vom Kältemittel 205 in dem externen Verflüssiger 275 abgegeben. Daher wird der RFV2 265 bei einer bestimmten Iteration der Prozesse schneller geöffnet, wenn die Außentemperatur höher ist.
In Block 370 umfassen die Prozesse die Regelung des Ventilators 270 des externen Verflüssigers 275, der, wie bereits erwähnt, gemeinsam für den Radiator 240 verwendet werden kann. Die Steuerung des Ventilators 270 in Block 370 kann auf der Geschwindigkeit des Fahrzeugs 100 basieren, die in Block 310 ermittelt wird. Dies liegt daran, dass bei höheren Geschwindigkeiten des Fahrzeugs 100 mehr Wärme abgeführt wird. So kann die Drehzahl des Ventilators 270 mit zunehmender Geschwindigkeit des Fahrzeugs 100 verringert werden, um die gleiche Wärmeabfuhr aus dem externen Verflüssiger 275 beizubehalten. Nach der Regelung zur Erhöhung des Durchflusses an Kältemittel 205 in den externen Verflüssiger 275 in Block 360 und der Regelung des Ventilators 270 in Block 370 beginnt die nächste Iteration in Block 320 mit einer Aktualisierung der Solltemperatur, falls sich einer der in Block 310 ermittelten Faktoren geändert hat.
Während die obige Offenbarung unter Bezugnahme auf beispielhafte Ausführungsformen beschrieben wurde, verstehen Fachleute, dass verschiedene Änderungen vorgenommen und deren Elemente durch Äquivalente ersetzt werden können, ohne vom Anwendungsbereich abzuweichen. Darüber hinaus können viele Modifikationen vorgenommen werden, um eine bestimmte Situation oder ein bestimmtes Material an die Lehren der Offenbarung anzupassen, ohne vom wesentlichen Umfang der Offenbarung abzuweichen. Daher soll die vorliegende Offenbarung nicht auf die besonderen offenbarten Ausführungsformen beschränkt sein, sondern alle Ausführungsformen umfassen, die in ihren Anwendungsbereich fallen.

Claims

Wärmemanagementsystem in einem Fahrzeug, umfassend: einen Kompressor, der so konfiguriert ist, dass er ein Kältemittel in Dampfform zur Zirkulation in einem Kältemittelkreislauf ausgibt; ein Heizungs-, Lüftungs- und Klimatisierungs (HVAC)-System im Kältemittelkreislauf, das einen Verdampfer und einen HVAC-Verflüssiger aufweist; einen externen Verflüssiger im Kältemittelkreislauf, der so konfiguriert ist, dass er Wärme nach außen abgibt; ein erstes variables Kältemittelströmungsventil (RFV), das so konfiguriert ist, dass es eine Durchflussrate des vom Kompressor ausgegebenen Kältemittels in den HVAC-Verflüssiger steuert; ein zweites RFV, das so konfiguriert ist, dass es eine Durchflussrate des vom Kompressor ausgegebenen Kältemittels in den externen Verflüssiger steuert; und einen Controller, der so konfiguriert ist, dass er das erste RFV und das zweite RFV basierend auf einer Soll-Ausgangstemperatur für den HVAC-Verflüssiger steuert, wobei die Soll-Ausgangstemperatur für den HVAC-Verflüssiger auf einer Insassenauswahl einer Temperatur für eine Fahrgastzelle des Fahrzeugs basiert.
System nach Anspruch 1, wobei der Controller so konfiguriert ist, dass er das erste RFV regelt, um einen Unterkühlungswert des HVAC-Verflüssigers in einem vordefinierten Bereich zu halten, wobei der Unterkühlungswert eine Temperaturabnahme des Kältemittels in einer flüssigen Phase ist.
System nach Anspruch 1, wobei der Controller so konfiguriert ist, dass er feststellt, ob der Verdampfer, der HVAC-Verflüssiger und der externe Verflüssiger alle in Betrieb sind, und der Controller so konfiguriert ist, dass er feststellt, ob ein Temperaturausgang des HVAC-Verflüssigers größer als die Soll-Ausgangstemperatur ist.
System nach Anspruch 3, wobei, basierend auf der Feststellung, dass der Temperaturausgang des HVAC-Verflüssigers nicht größer ist als die Soll-Ausgangstemperatur, der Controller so konfiguriert ist, dass er das zweite RFV schließt, um eine Durchflussrate des Kältemittels in den externen Verflüssiger zu verringern.
System nach Anspruch 3, wobei, basierend auf der Feststellung, dass der Temperaturausgang des HVAC-Verflüssigers größer als die Soll-Ausgangstemperatur ist, der Controller so konfiguriert ist, dass er das zweite RFV öffnet, um eine Durchflussrate des Kältemittels in den externen Verflüssiger zu erhöhen, der Controller ferner so konfiguriert ist, dass er eine Geschwindigkeit, mit der das zweite RFV geöffnet wird, basierend auf einer Temperatur außerhalb des Fahrzeugs steuert, und das System einen Ventilator enthält, der so konfiguriert ist, dass er die Wärmeübertragung vom externen Verflüssiger nach außerhalb des Fahrzeugs erhöht, wobei der Controller ferner so konfiguriert ist, dass er eine Geschwindigkeit des Ventilators basierend auf einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs steuert.
Verfahren zur Durchführung des Wärmemanagements in einem Fahrzeug, wobei das Verfahren umfasst: Ermitteln einer Einstellung der Fahrgastraumtemperatur mit Hilfe eines Prozessors; Bestimmen, unter Verwendung des Prozessors, einer Soll-Ausgangstemperatur für einen Heizungs-, Lüftungs- und Klimatisierungs (HVAC)-Verflüssiger, der Teil eines HVAC-Systems in einem Kältemittelkreislauf ist, basierend auf der Temperatureinstellung; und Regeln, unter Verwendung des Prozessors, eines ersten variablen Kältemittelströmungsventils (RFV), das eine Durchflussrate des Kältemittels in den HVAC-Verflüssiger steuert, und eines zweiten RFV, das eine Durchflussrate des Kältemittels in einen externen Verflüssiger im Kältemittelkreislauf steuert, der so konfiguriert ist, dass er Wärme an eine Außenseite des Fahrzeugs abgibt, wobei das Ermitteln der Temperatureinstellung auf einer Insassenauswahl einer Temperatur für die Fahrgastzelle des Fahrzeugs über eine Insassenschnittstelle basiert.
Verfahren nach Anspruch 6, ferner umfassend das Regeln des ersten RFV, um einen Unterkühlungswert des HVAC-Verflüssigers in einem vordefinierten Bereich zu halten, wobei der Unterkühlungswert eine Temperaturabnahme des Kältemittels in einer flüssigen Phase ist.
Verfahren nach Anspruch 6, ferner umfassend das Feststellen, ob ein Verdampfer des HVAC-Systems, der HVAC-Verflüssiger und der externe Verflüssiger alle in Betrieb sind, und das Feststellen, ob ein Temperaturausgang des HVAC-Verflüssigers größer als die Soll-Ausgangstemperatur ist.
Verfahren nach Anspruch 8, ferner umfassend, basierend auf der Feststellung, dass der Temperaturausgang des HVAC-Verflüssigers nicht größer als die Soll-Ausgangstemperatur ist, das Schließen des zweiten RFV, um die Durchflussrate des Kältemittels in den externen Verflüssiger zu verringern.
Verfahren nach Anspruch 8, ferner umfassend, basierend auf der Feststellung, dass der Temperaturausgang des HVAC-Verflüssigers größer als die Soll-Ausgangstemperatur ist, das Öffnen des zweiten RFV, um die Durchflussrate des Kältemittels in den externen Verflüssiger zu erhöhen, das Regeln einer Geschwindigkeit, mit der das zweite RFV geöffnet wird, basierend auf einer Temperatur außerhalb des Fahrzeugs, und das Regeln eines Ventilators, der so konfiguriert ist, dass er die Wärmeübertragung von dem externen Verflüssiger nach außerhalb des Fahrzeugs erhöht, wobei das Regeln des Lüfters auf einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs basiert.