DE102021212314A1 - Verfahren zum Betreiben einer Wärmepumpe für ein Kraftfahrzeug und Wärmepumpe - Google Patents

Verfahren zum Betreiben einer Wärmepumpe für ein Kraftfahrzeug und Wärmepumpe Download PDF

Info

Publication number
DE102021212314A1
DE102021212314A1 DE102021212314.7A DE102021212314A DE102021212314A1 DE 102021212314 A1 DE102021212314 A1 DE 102021212314A1 DE 102021212314 A DE102021212314 A DE 102021212314A DE 102021212314 A1 DE102021212314 A1 DE 102021212314A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
maximum
heat pump
heat exchanger
motor vehicle
dew point
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102021212314.7A
Other languages
English (en)
Inventor
Jochen Westhäuser
Sven Twenhövel
Peter Hellmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Volkswagen AG
Original Assignee
Volkswagen AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Volkswagen AG filed Critical Volkswagen AG
Priority to DE102021212314.7A priority Critical patent/DE102021212314A1/de
Priority to US17/978,773 priority patent/US20230138734A1/en
Priority to CN202211360441.3A priority patent/CN116061642A/zh
Publication of DE102021212314A1 publication Critical patent/DE102021212314A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B47/00Arrangements for preventing or removing deposits or corrosion, not provided for in another subclass
    • F25B47/02Defrosting cycles
    • F25B47/022Defrosting cycles hot gas defrosting
    • F25B47/025Defrosting cycles hot gas defrosting by reversing the cycle
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60HARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/00642Control systems or circuits; Control members or indication devices for heating, cooling or ventilating devices
    • B60H1/00814Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation
    • B60H1/00878Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation the components being temperature regulating devices
    • B60H1/00899Controlling the flow of liquid in a heat pump system
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60HARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/00357Air-conditioning arrangements specially adapted for particular vehicles
    • B60H1/00385Air-conditioning arrangements specially adapted for particular vehicles for vehicles having an electrical drive, e.g. hybrid or fuel cell
    • B60H1/00392Air-conditioning arrangements specially adapted for particular vehicles for vehicles having an electrical drive, e.g. hybrid or fuel cell for electric vehicles having only electric drive means
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60HARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/00357Air-conditioning arrangements specially adapted for particular vehicles
    • B60H1/00385Air-conditioning arrangements specially adapted for particular vehicles for vehicles having an electrical drive, e.g. hybrid or fuel cell
    • B60H1/004Air-conditioning arrangements specially adapted for particular vehicles for vehicles having an electrical drive, e.g. hybrid or fuel cell for vehicles having a combustion engine and electric drive means, e.g. hybrid electric vehicles
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60HARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/00642Control systems or circuits; Control members or indication devices for heating, cooling or ventilating devices
    • B60H1/00735Control systems or circuits characterised by their input, i.e. by the detection, measurement or calculation of particular conditions, e.g. signal treatment, dynamic models
    • B60H1/00764Control systems or circuits characterised by their input, i.e. by the detection, measurement or calculation of particular conditions, e.g. signal treatment, dynamic models the input being a vehicle driving condition, e.g. speed
    • B60H1/00778Control systems or circuits characterised by their input, i.e. by the detection, measurement or calculation of particular conditions, e.g. signal treatment, dynamic models the input being a vehicle driving condition, e.g. speed the input being a stationary vehicle position, e.g. parking or stopping
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60HARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/00642Control systems or circuits; Control members or indication devices for heating, cooling or ventilating devices
    • B60H1/00814Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation
    • B60H1/00878Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation the components being temperature regulating devices
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B13/00Compression machines, plants or systems, with reversible cycle
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B30/00Heat pumps
    • F25B30/02Heat pumps of the compression type
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B41/00Fluid-circulation arrangements
    • F25B41/30Expansion means; Dispositions thereof
    • F25B41/31Expansion valves
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B41/00Fluid-circulation arrangements
    • F25B41/40Fluid line arrangements
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B47/00Arrangements for preventing or removing deposits or corrosion, not provided for in another subclass
    • F25B47/02Defrosting cycles
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B49/00Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F25B49/02Arrangement or mounting of control or safety devices for compression type machines, plants or systems
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60HARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/00642Control systems or circuits; Control members or indication devices for heating, cooling or ventilating devices
    • B60H1/00814Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation
    • B60H1/00878Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation the components being temperature regulating devices
    • B60H2001/00949Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation the components being temperature regulating devices comprising additional heating/cooling sources, e.g. second evaporator
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60HARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/00642Control systems or circuits; Control members or indication devices for heating, cooling or ventilating devices
    • B60H1/00814Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation
    • B60H1/00878Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation the components being temperature regulating devices
    • B60H2001/00961Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation the components being temperature regulating devices comprising means for defrosting outside heat exchangers
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2700/00Sensing or detecting of parameters; Sensors therefor
    • F25B2700/19Pressures
    • F25B2700/193Pressures of the compressor
    • F25B2700/1933Suction pressures

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Air-Conditioning For Vehicles (AREA)

Abstract

Es wird ein Verfahren (100) zum Betreiben einer Wärmepumpe für ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, wobei die Wärmepumpe einen Kältemittelkreislauf mit einem Kältemittel, einen Umgebungswärmeübertrager, einen Verdichter, einen Heiz-Wärmeübertrager und eine Drossel umfasst. Das Verfahren (100) umfasst ein Ermitteln (101) eines voraussichtlichen Startzeitpunktes eines Ladevorgangs einer Batterie des Kraftfahrzeuges und ein Ermitteln (103) einer maximalen Taupunktunterschreitung und/oder einer maximalen Reifmasse. Das Verfahren (100) umfasst ferner ein Betreiben (107) der Wärmepumpe derart, dass innerhalb einer vordefinierten Zeitspanne vor dem voraussichtlichen Startzeitpunkt die maximale Taupunktunterschreitung und/oder die maximale Reifmasse erreicht wird.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Wärmepumpe für ein Kraftfahrzeug sowie eine Wärmepumpe für ein Kraftfahrzeug nach den unabhängigen Ansprüchen.
  • Der Einsatz von Wärmepumpen zur Beheizung des Innenraumes eines Kraftfahrzeuges, insbesondere in der Elektromobilität, ist aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt. Die zum Heizen benötigte Wärme wird typischerweise aus der Umgebungsluft des Kraftfahrzeuges, in anderen Worten aus der Außenluft, entnommen, wobei ein Umgebungswärmeübertrager der Wärmepumpe dazu unter die Umgebungstemperatur gekühlt werden muss. Unterschreitet die Umgebungsluft dabei allerdings ihren Taupunkt, bildet sich Reif beziehungsweise Eis auf der Oberfläche des Umgebungswärmeübertragers, wodurch Luft am Durchströmen gehindert wird und die Wärmepumpe nicht mehr effizient betrieben werden kann.
  • Somit sind Abtauzyklen notwendig, deren Ziel es ist, den Reif bzw. das Eis zu schmelzen und somit eine Durchströmung des Wärmeübertragers zu sichern. Für ein besonders effizientes Betreiben der Wärmepumpe sollten die Abtauprozesse möglichst effizient erfolgen.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betreiben einer Wärmepumpe für ein Kraftfahrzeug sowie eine Wärmepumpe derart zu verbessern, dass die Effizienz der Wärmepumpe erhöht wird.
  • Gelöst wird die vorgenannte Aufgabe durch ein Verfahren zum Betreiben einer Wärmepumpe für ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Elektrofahrzeug oder ein Hybridelektrokraftfahrzeug, wobei die Wärmepumpe einen Kältemittelkreislauf mit einem Kältemittel umfasst. Die Wärmepumpe umfasst ferner einen Umgebungswärmeübertrager, einen Verdichter, einen Heizwärmeübertrager und eine Drossel. Diese sind in den Kältemittelkreislauf eingebunden. Das Verfahren umfasst ein Ermitteln eines voraussichtlichen Startzeitpunktes eines Ladevorganges einer Batterie des Kraftfahrzeuges, wobei das Verfahren ferner ein Ermitteln einer maximalen Taupunktunterschreitung und/oder einer maximalen Reifmasse umfasst. Die maximale Reifmasse beschreibt eine maximale Masse an Reif bzw. Eis, die der Umgebungswärmeübertrager aufnehmen kann. Diese kann bei der maximalen Temperaturunterschreitung auftreten. Es wird dann die Wärmepumpe derart betrieben, dass innerhalb einer vordefinierten Zeitspanne vor dem ermittelten Startzeitpunkt die maximale Taupunktunterschreitung und/oder die maximale Reifmasse erreicht wird.
  • Ferner bevorzugt umfasst das Verfahren ein Einleiten eines Abtauprozesses bei Erreichen der maximalen Taupunktunterschreitung und/oder beim Erreichen der maximalen Reifmasse und/oder beim Einleiten eines Ladevorganges der Batterie. Die maximale Reifmasse wird erreicht, wenn sich die maximale Reifmasse auf dem Umgebungswärmeübertrager gebildet hat. Die maximale Temperaturunterschreitung bezieht sich auf die Temperatur des Kältemittels im Umgebungswärmeübertrager.
  • Da ein Abtauprozess während des Fahrbetriebes des Kraftfahrzeuges nicht immer stattfinden kann, wird somit bevorzugterweise das Abtauen an einen Zeitpunkt verlagert, an dem das Auto steht, da es geladen wird. Dabei entsteht aufgrund des Abtauens beim Ladevorgang der Vorteil, dass der Startzeitpunkt des Ladevorganges sehr gut abgeschätzt werden kann und somit die Wärmepumpe zuvor im Heiz- bzw. Vereisungsbetrieb optimal betrieben werden kann. Es wird somit eine gezielte Bereifung des Umgebungswärmeübertragers der Wärmepumpe zugelassen und das Einleiten des Abtauens an einem gut abschätzbaren, bekannten Zeitpunkt, an dem das Kraftfahrzeug nicht betrieben, sondern geladen wird, platziert.
  • Beim Laden des Fahrzeugs bei Umgebungstemperaturen kleiner als 0°C ist es vorteilhaft, wenn das Abtauen über den Zeitpunkt, an dem der Umgebungswärmeübertrager von Reif und Eis befreit ist, vorzugsweise mindestens 10 Minuten, hinausgeht. Insbesondere sollte der Abtauprozess soweit verlängert werden, dass die Oberflächentemperatur des Wärmeübertragers größer als 0°C beträgt, um ein Ablaufen des Wassers während der Ladezeit zu gewährleisten. Dadurch kann die Schmelzwassermasse durch Wiedereinfrieren auf der Wärmeübertrageroberfläche reduziert werden und der fortfolgende Heizprozess der Wärmepumpe verlängert werden.
  • Mittels des vorliegenden Verfahrens wird somit der Wärmepumpenbetrieb äußerst effizient durchgeführt, da der Umgebungswärmeübertrager möglichst kurz vor dem Startzeitpunkt des Ladevorganges verblockt bzw. die Wärmeaufnahme des Umgebungswärmeübertragers aus der Umgebungsluft signifikant nachlässt. Dadurch kann die maximal mögliche Wärme aus der Umgebung während des Heizbetriebes aufgenommen werden.
  • Auf Basis der maximalen Taupunktunterschreitung und/oder der maximalen Reifmasse kann ein minimaler Saugdruck des Kältemittels im Kältemittelkreislauf bestimmt werden, da der Saugdruck direkt mit der Temperatur im Umgebungswärmeübertrager korreliert Da das Kältemittel auch lokal überhitzt sein kann, ist eine Bestimmung des Saugdrucks besonders vorteilhaft. Der Saugdruck sowie die Taupunktunterschreitung bzw. die Reifmasse dienen als Maß für die Vereisung des Umgebungswärmeübertragers. Unterschreitet der Saugdruck den zuvor ermittelten minimalen Saugdruck, der als Grenzwert dient, ist dies ein Indiz für eine maximale Vereisung, sprich für ein Erreichen der maximalen Taupunktunterschreitung und/oder der maximalen Reifmasse. Das Verfahren kann ein Messen des Saugdrucks mittels eines Druckfühlers umfassen. Ferner kann das Verfahren eine Überwachung des Saugdrucks umfassen.
  • Die Wärmepumpe wird derart betrieben, dass durch eine Steuerung, vor allem Regelung des Verdichters und/oder der Drossel erreicht wird, dass innerhalb einer vordefinierten Zeitspanne vor dem voraussichtlichen Startzeitpunkt die maximale Taupunktunterschreitung und/oder die maximale Reifmasse erreicht wird. Dies wird im Heizbetrieb der Wärmepumpe erreicht. Vorzugsweise kann eine Reduzierung der über die Wärmepumpe zu erzeugenden Heizleistung erfolgen. Fehlende Heizleistung der Wärmepumpe kann über eine zusätzliche Wärmequelle, bspw. einen elektrischen Heizer, erzeugt werden, sodass daraus kein Nachteil für Insassen des Fahrzeuges entsteht. Beispielsweise kann ein Verhältnis zwischen von der Wärmepumpe zu erbringender Heizleistung und von einer anderen Wärmequelle zu erbringender Heizleistung ermittelt werden. Es könnte die Wärmepumpe bspw. 2/3 der geforderten Heizleistung in der vordefinierten Zeitspanne bis zum Ladezeitpunkt abdecken, während der Rest von einer zusätzlichen Wärmequelle bereitgestellt wird. Ferner kann eine zusätzliche Wärmequelle der Wärmepumpe eingesetzt werden, die den Saugdruck auf das geforderte Niveau hebt, bis der Wärmeübertrager die berechnete maximale Reifmasse zum voraussichtlichen Startzeitpunkt des Ladevorgangs erreicht.
  • Bei der vordefinierten Zeitspanne kann es sich beispielsweise um eine halbe Stunde, vorzugsweise eine Viertelstunde, handeln. Bspw. kann mittels des Saugdrucks ein Vereisungsgrad überwacht werden. Es kann auf Basis einer Veränderung des Vereisungsgrads mit der Zeit abgeschätzt werden, wann der maximale Vereisungsgrad und/oder vorzugsweise die maximale Taupunktunterschreitung erfolgt. Ist dieser Zeitpunkt bspw. nach dem voraussichtlichen Startzeitpunkt des nächsten Ladevorgangs, kann mittels einer Steuerung oder Regelung des Verdichters und/oder der Drossel erreicht werden, dass der Umgebungswärmeübertrager schneller vereist und somit der Zeitpunkt der maximalen Taupunktunterschreitung zeitlich nach vorne geschoben werden. Insbesondere regelt die Drossel die Effizienz des Vereisungsprozesses.
  • Der Beginn des Abtauprozesses kann insbesondere dann erfolgen, sobald sich die Wärmeübertragungseffizienz stark reduziert, da dann kaum eine effiziente Wärmeaufnahme aus der Umgebung möglich ist. Beispielhaft kann der Abtauprozess eingeleitet werden, wenn ein Vereisungsgrad des Umgebungswärmeübertragers eine gewisse Schwelle überschritten hat, insbesondere wenn die maximale Reifmasse vorliegt, wobei diese rechnerisch oder mittels eines Sensors ermittelt werden kann.
  • Es wird im Umgebungswärmeübertrager Wärme zwischen dem Kältemittel und der Umgebung, sprich der Umgebungsluft, übertragen, während beim Heiz-Wärmeübertrager Wärme zwischen dem Kältemittel und der Luft eines Innenraumes des Kraftfahrzeuges übertragen wird. Während eines Heizbetriebs dient der Umgebungswärmeübertrager als Verdampfer und der Heiz-Wärmeübertrager als Kondensator. Während des Abtauprozesses, in anderen Worten während des Abtaubetriebs, wird der „Weg“ des Kältemittels im Vergleich zum Heizprozess insbesondere umgedreht. Während im Heizbetrieb der Umgebungswärmeübertrager als Verdampfer dient, dient er im Abtaubetrieb als Kondensator. Gleiches gilt für den Heiz-Wärmeübertrager, der im Abtaubetrieb als Verdampfer fungiert und im Heizbetrieb als Kondensator.
  • Der Abtauprozess umfasst somit insbesondere ein Verdichten des Kältemittels auf einen Hochdruck mittels des Verdichters, ein Übertragen von Wärme von dem Kältemittel auf den insbesondere bereiften beziehungsweise vereisten Umgebungswärmeübertrager, ein Entspannen des Kältemittels auf einen Niederdruck mittels der Drossel und ein erneutes Aufnehmen von Wärme. Im Detail erwärmt sich das Kältemittel beim Verdichten weiter, wobei es anschließend in den Umgebungswärmeübertrager geleitet wird, an den es Wärme abgibt. Somit wird dieser enteist beziehungsweise abgetaut. In diesem Sinne wird Wärme mittels des Kältemittels an den Umgebungswärmeübertrager übertragen. Der Abtauprozess erfolgt somit über eine Prozessumkehr. Insbesondere wechseln sich beim Betreiben der Wärmepumpe Heizprozesse und Abtauprozesse zyklisch ab.
  • Das Ermitteln des voraussichtlichen Startzeitpunktes des Ladevorganges berücksichtigt insbesondere einen Ladezustand der Batterie des Kraftfahrzeuges und/oder eine Reichweite des Kraftfahrzeuges und/oder eine voraussichtliche Fahrzeugbetriebsdauer. Die voraussichtliche Fahrzeugbetriebsdauer kann beispielsweise aus Nutzerdaten, wie beispielsweise Daten eines Navigationssystems, wie einer Zieleingabe, ermittelt werden.
  • Zur Ermittlung der maximalen Taupunktunterschreitung wird vor allem ein Luftmassenstrom durch den Umgebungswärmeübertrager ermittelt. Hierzu kann eine Kühlerlüfterdrehzahl eines Kühlerlüfters des Kraftfahrzeuges und/oder eine Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeuges und/oder eine Windgeschwindigkeit berücksichtigt werden. Diese können durch entsprechende Sensoren gemessen werden. Ferner kann zur Ermittlung der maximalen Taupunktunterschreitung eine Partialdruckdifferenz zwischen der Luft, mit anderen Worten der Umgebungsluft, und einer Oberfläche des Umgebungswärmeübertragers ermittelt werden. Auch kann auf diese Weise die maximale Reifmasse ermittelt werden. Beispielsweise kann der Wassermassenstrom wie folgt berechnet werden. m ˙ W = β ^ A ϱ e i n ( ξ H 2 O , e i n ξ H 2 O , ω )
    Figure DE102021212314A1_0001
  • Dabei ist ϱ e i n
    Figure DE102021212314A1_0002
    die Dichte und ξ H 2 O , e i n
    Figure DE102021212314A1_0003
    der Massenanteil des Wasserdampfs der feuchten Luftströmung am Eintritt in den Umgebungswärmeübertrager. Der Massenanteil des Wasserdampfes im gesättigten Zustand in unmittelbarer Nähe der Wand des Umgebungswärmeübertragers ist ξ H 2 O , ω .
    Figure DE102021212314A1_0004
    Die überströmte Wärmeübertragungsfläche ist durch A und der Stoffübergangskoeffizient infolge des konvektiven Stoffübergangs durch β gegeben.
  • Desublimiert dieser bildet sich Reif auf dem Umgebungswärmeübertrager. Die Reifmasse ist das zeitliche Integral vom Beginn der Bereifung bzw. des Vereisungszyklus.
  • Das Verfahren kann eine dynamische Anpassung der maximalen Taupunktunterschreitung und/oder der maximale Reifmasse umfassen. Wird beispielsweise als Wärmequelle für den Heizbetrieb die Außenluft nicht genutzt, da beispielsweise eine andere Wärmequelle, beispielsweise die Traktionskomponenten des Kraftfahrzeuges, verwendet werden, kann der Wert der Taupunktunterschreitung und/oder der maximalen Reifmasse dynamisch angepasst werden. Das Gleiche kann für den Fall gelten, dass die Außenluft und eine andere Wärmequelle, wie beispielsweise die Traktionskomponenten des Kraftfahrzeuges, genutzt werden. In anderen Worten kann eine höhere Taupunktunterschreitung und/oder eine größere Reifmasse zugelassen werden, und zwar aufgrund der anderen Nutzung der anderen Wärmequelle. Die somit zuvor bestimmte maximale Taupunktunterschreitung und/oder maximale Reifmasse kann somit den aktuellen Bedingungen angepasst bzw. korrigiert werden.
  • Während des Ladevorganges kann ein Kühlerlüfter des Kraftfahrzeuges bei Außentemperaturen größer als 0 °C durchgängig betrieben werden. Auch kann, insbesondere bei Außentemperaturen kleiner als 0 °C, nach Beendigung des Ladevorgangs der Kühlerlüfter durchgängig betrieben werden. Dies dient dazu, eine möglichst lange Betriebsdauer der Wärmepumpe bei Fahrtantritt zu gewährleisten, da durch das durchgängige Betreiben des Kühlerlüfters Wasser aus dem Umgebungswärmeübertrager verdunstet werden kann, nachdem Eis bzw. Reif sublimiert ist. Rückstände von Wasser bzw. Eis führen sonst zu einem geringeren Lamellenquerschnitt, sodass der Umgebungswärmeübertrager früher verblockt. Je nach Ladedauer kann die Kühlerlüfterdrehzahl angepasst werden. Die Ladedauer kann beispielsweise aus dem Ladezustand der Batterie abgeleitet werden.
  • In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Wärmepumpe, die einen Umgebungswärmeübertrager, einen Verdichter, einen Heizwärmeübertrager und eine Drossel umfasst, und die zur Durchführung eines oben beschriebenen Verfahrens ausgebildet ist. Dafür kann die Wärmepumpe insbesondere eine Auswerteeinheit umfassen, die die oben beschriebenen Schritte des Verfahrens durchführt, sowie eine Steuereinheit, die entsprechende Steuersignale zum Betreiben der Wärmepumpe übermittelt.
    • 1 zeigt in rein schematischer Darstellung ein Verfahrensschema eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • 1 zeigt ein Verfahrensschema eines erfindungsgemäßen Verfahrens 100, das ein Ermitteln 101 eines voraussichtlichen Startzeitpunktes eines Ladevorganges einer Batterie des Kraftfahrzeuges umfasst. Ferner wird eine maximale Taupunktunterschreitung und/oder maximale Reifmasse ermittelt 103. Ferner umfasst das Verfahren das Betreiben 107 der Wärmepumpe derart, dass innerhalb einer vordefinierten Zeitspanne vor dem voraussichtlichen Startzeitpunkt die maximale Taupunktunterschreitung und/oder maximale Reifmasse erreicht wird.
  • Zum Ermitteln des voraussichtlichen Startzeitpunktes des Ladevorganges kann ein Ladezustand und/oder eine Reichweite und/oder eine voraussichtliche Fahrzeugbetriebsdauer berücksichtigt werden 102. Zum Ermitteln der maximalen Taupunktunterschreitung und/oder der maximalen Reifmasse kann eine Partialdruckdifferenz zwischen der Luft und einer Oberfläche des Umgebungswärmeübertragers und ein Luftmassenstrom durch den Umgebungswärmeübertrager ermittelt werden 104. Hierfür kann eine Kühlerlüfterdrehzahl und/oder eine Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeuges und/oder eine Windgeschwindigkeit berücksichtigt werden 105.
  • Auf Basis der ermittelten maximalen Taupunktunterschreitung und/oder der maximalen Reifmasse kann ein minimaler Saugdruck des Kältemittels im Kältemittelkreislauf ermittelt werden 106.
  • Zum Betreiben der Wärmepumpe kann der Verdichter und/oder die Drossel entsprechend gesteuert werden 108. Abhängig von den konkreten Bedingungen, beispielsweise der Nutzung einer anderen Wärmequelle als der Außenluft beim Betreiben im Heizmodus, kann die maximale Taupunktunterschreitung und/oder maximale Reifmasse dynamisch angepasst werden 109.
  • Das Verfahren 100 umfasst das Einleiten 110 eines Abtauprozesses bei Erreichen der maximalen Taupunktunterschreitung und/oder der maximalen Reifmasse und/oder beim Einleiten eines Ladevorganges der Batterie. Während des Ladevorganges wird der Kühlerlüfter durchgängig betrieben 111.
  • Bezugszeichenliste
  • 100
    Verfahren
    101
    Ermitteln eines voraussichtlichen Startzeitpunktes eines Ladevorgangs einer Batterie des Kraftfahrzeuges
    102
    Berücksichtigung eines Ladezustands und/oder einer Reichweite und/oder einer voraussichtlichen Fahrzeugbetriebsdauer
    103
    Ermitteln einer maximalen Taupunktunterschreitung und/oder einer maximalen Reifmasse
    104
    Ermittlung einer Partialdruckdifferenz zwischen der Luft und einer Oberfläche des Umgebungswärmeübertragers und eines Luftmassenstroms durch den Umgebungswärmeübertrager
    105
    Berücksichtigung einer Kühlerlüfterdrehzahl und/oder einer Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeuges und/oder einer Windgeschwindigkeit
    106
    Ermitteln einer minimalen Saugdrucks des Kältemittels im Kältemittelkreislauf auf Basis der maximalen Taupunktunterschreitung und/oder der maximalen Reifmasse
    107
    Betreiben der Wärmepumpe derart umfasst, dass innerhalb einer vordefinierten Zeitspanne vor dem voraussichtlichen Startzeitpunkt die maximale Taupunktunterschreitung und/oder maximale Reifmasse erreicht wird
    108
    Steuerung des Verdichters und/oder der Drossel
    109
    dynamische Anpassung der maximale Taupunktunterschreitung und/oder maximalen Reifmasse
    110
    Einleiten eines Abtauprozesses bei Erreichen der maximalen Taupunktunterschreitung und/oder bei Erreichen der maximalen Reifmasse und/oder beim Einleiten eines Ladevorgangs der Batterie
    111
    durchgängiges Betreiben eines Kühlerlüfters

Claims (10)

  1. Verfahren (100) zum Betreiben einer Wärmepumpe für ein Kraftfahrzeug, wobei die Wärmepumpe einen Kältemittelkreislauf mit einem Kältemittel umfasst, wobei die Wärmepumpe einen Umgebungswärmeübertrager, einen Verdichter, einen Heiz-Wärmeübertrager und eine Drossel umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren (100) ein Ermitteln (101) eines voraussichtlichen Startzeitpunktes eines Ladevorgangs einer Batterie des Kraftfahrzeuges und ein Ermitteln (103) einer maximalen Taupunktunterschreitung und/oder eine maximalen Reifmasse umfasst, wobei das Verfahren (100) ferner ein Betreiben (107) der Wärmepumpe derart umfasst, dass innerhalb einer vordefinierten Zeitspanne vor dem voraussichtlichen Startzeitpunkt die maximale Taupunktunterschreitung und/oder die maximale Reifmasse erreicht wird.
  2. Verfahren (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren (100) ein Einleiten (110) eines Abtauprozesses bei Erreichen der maximalen Taupunktunterschreitung und/oder bei Erreichen der maximalen Reifmasse und/oder beim Einleiten eines Ladevorgangs der Batterie umfasst.
  3. Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren (100) ein Ermitteln (106) eines minimalen Saugdrucks des Kältemittels im Kältemittelkreislauf auf Basis der maximalen Taupunktunterschreitung und/oder der maximalen Reifmasse umfasst.
  4. Verfahren (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Betreiben (107) der Wärmepumpe eine Steuerung (108) des Verdichters und/oder der Drossel umfasst.
  5. Verfahren (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ermitteln (101) des voraussichtlichen Startzeitpunktes des Ladevorgangs einen Ladezustand der Batterie und/oder eine Reichweite des Kraftfahrzeuges und/oder die voraussichtliche Fahrzeugbetriebsdauer berücksichtigt (102).
  6. Verfahren (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung (103) der maximalen Taupunktunterschreitung und/oder der maximalen Reifmasse ein Luftmassenstrom durch den Umgebungswärmeübertrager und eine Partialdruckdifferenz zwischen der Luft und einer Oberfläche des Umgebungswärmeübertragers ermittelt wird (104).
  7. Verfahren (100) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung des Luftmassenstrom eine Kühlerlüfterdrehzahl und/oder eine Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeuges und/oder Windgeschwindigkeit berücksichtigt wird (105).
  8. Verfahren (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die maximale Taupunktunterschreitung und/oder die maximale Reifmasse dynamisch angepasst wird (109).
  9. Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass während des Ladevorgangs bei Außentemperaturen größer als 0 °C oder nach Beendigung des Ladevorgangs ein Kühlerlüfter des Kraftfahrzeuges durchgängig betrieben wird (111).
  10. Wärmepumpe für ein Kraftfahrzeug, wobei die Wärmepumpe einen Umgebungswärmeübertrager, einen Verdichter, einen Heiz-Wärmeübertrager und eine Drossel umfasst, und wobei die Wärmepumpe zur Durchführung eines Verfahrens (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgebildet ist.
DE102021212314.7A 2021-11-02 2021-11-02 Verfahren zum Betreiben einer Wärmepumpe für ein Kraftfahrzeug und Wärmepumpe Pending DE102021212314A1 (de)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021212314.7A DE102021212314A1 (de) 2021-11-02 2021-11-02 Verfahren zum Betreiben einer Wärmepumpe für ein Kraftfahrzeug und Wärmepumpe
US17/978,773 US20230138734A1 (en) 2021-11-02 2022-11-01 Method for operating a heat pump for a motor vehicle and heat pump
CN202211360441.3A CN116061642A (zh) 2021-11-02 2022-11-02 用于运行用于机动车的热泵的方法和热泵

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021212314.7A DE102021212314A1 (de) 2021-11-02 2021-11-02 Verfahren zum Betreiben einer Wärmepumpe für ein Kraftfahrzeug und Wärmepumpe

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102021212314A1 true DE102021212314A1 (de) 2023-05-04

Family

ID=85983857

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102021212314.7A Pending DE102021212314A1 (de) 2021-11-02 2021-11-02 Verfahren zum Betreiben einer Wärmepumpe für ein Kraftfahrzeug und Wärmepumpe

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20230138734A1 (de)
CN (1) CN116061642A (de)
DE (1) DE102021212314A1 (de)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20210053550A1 (en) 2019-08-21 2021-02-25 Hyundai Motor Company Air Conditioning System Control Method for Vehicle

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0730989B2 (ja) * 1987-02-14 1995-04-10 株式会社東芝 冷蔵庫の除霜制御装置
US9541317B2 (en) * 2009-11-25 2017-01-10 Daikin Industries, Ltd Container refrigeration system
JP5851704B2 (ja) * 2011-02-25 2016-02-03 サンデンホールディングス株式会社 車両用空気調和装置
DE102012200003B4 (de) * 2012-01-02 2015-04-30 Ford Global Technologies, Llc Flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine und Verfahren zum Betreiben einer derartigen Brennkraftmaschine
US9306412B2 (en) * 2012-03-30 2016-04-05 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Optimum charging for electric-based vehicle
JP6047314B2 (ja) * 2012-06-29 2016-12-21 サンデンホールディングス株式会社 車両用空調装置
JP2014034371A (ja) * 2012-08-10 2014-02-24 Honda Motor Co Ltd 車両用空調装置
CA3022487A1 (en) * 2015-05-22 2016-12-01 Simon Fraser University Hybrid atmospheric water generator
CN110631319A (zh) * 2019-10-24 2019-12-31 江苏精英冷暖设备工程有限公司 一种综合智能冷库化霜装置

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20210053550A1 (en) 2019-08-21 2021-02-25 Hyundai Motor Company Air Conditioning System Control Method for Vehicle

Also Published As

Publication number Publication date
CN116061642A (zh) 2023-05-05
US20230138734A1 (en) 2023-05-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102012102041B4 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Vereisungsvermeidungsregelung für Wärmepumpenverdampfer
DE102011051285B4 (de) Verfahren und Einrichtung zur Vereisungsvermeidungsregelung für Verdampfer einer Wärmepumpe von Klimaanlagen in Fahrzeugen
US7131281B2 (en) Automotive HVAC system and method of operating same utilizing evaporator freezing
DE102014107219B4 (de) Steuerverfahren eines Klimatisierungssystems für ein Elektrofahrzeug
DE102009052409B4 (de) Wärmepumpenanlage
DE102018205169A1 (de) Verfahren zum Steuern einer Klimatisierungsvorrichtung eines Kraftfahrzeugs und Klimatisierungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einer Wärmepumpeneinheit
DE102006061413B4 (de) Verfahren und Steuereinheit zum Starten eines Kompressors
DE102004001344A1 (de) Gefrierschutzsystem für ein Kühlgerät und dieses verwendende Klimaanlage
DE102014205030A1 (de) Klimaanlage
DE102010038406A1 (de) System für ein Kraftfahrzeug zum Erwärmen und/oder Kühlen eines Kraftfahrzeuginnenraumes und zum Kühlen eines Verbrennungsmotors
DE102017207994A1 (de) Steuervorrichtung und verfahren für ein kühlgebläse eines fahrzeugs
EP2018985A2 (de) Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug sowie Verfahren zu deren Betrieb
DE102021212314A1 (de) Verfahren zum Betreiben einer Wärmepumpe für ein Kraftfahrzeug und Wärmepumpe
DE102021206457A1 (de) Verfahren zum Betreiben einer Wärmepumpe für ein Kraftfahrzeug und Wärmepumpe
EP2018283B1 (de) Verfahren zum betrieb einer kraftfahrzeug-klimaanlage
EP4212786A1 (de) Verfahren zum abtauen eines lufteintrittsgitters eines verdampfers einer luft-wärmepumpe, vorrichtung zur durchführung des verfahrens und computerprogrammprodukt
DE102022109750B4 (de) Verfahren zur Unterbindung von Frostbildung unter Verwendung einer Fahrzeugfrostunterbindungsvorrichtung
DE102020104742A1 (de) Regelung einer Wärmepumpe bei variablen Betriebszuständen
EP4043252B1 (de) Verfahren zum einleiten eines abtauprozesses eines wärmeübertragers einer wärmepumpe eines kraftfahrzeugs
DE102015010593B4 (de) Betriebsverfahren für eine Kälteanlage und zugehörige Kälteanlage
DE102018133447A1 (de) Verfahren zum Betrieb einer Wärmepumpe eines elektrischen Kraftfahrzeugs
DE10254109B4 (de) Kombinierte Kühl- und Heizvorrichtung mit einem gemeinsam genutzten Gaskühler, insbesondere für ein Kraftfahrzeug
DE102020103862B4 (de) Verfahren zur Regelung einer Wärmepumpe für ein Kraftfahrzeug, insbesondere Hybridelektrokraftfahrzeug oder Elektrofahrzeug, und Wärmepumpe für ein Kraftfahrzeug
EP2366968B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Abtauen eines Verdampfers einer Wärmepumpenvorrichtung
DE102021201378A1 (de) Verfahren zum Betreiben einer Wärmepumpe

Legal Events

Date Code Title Description
R079 Amendment of ipc main class

Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: F25B0030000000

Ipc: F25B0047000000

R163 Identified publications notified