DE102022112574B3 - Method for starting a thermal management system for electric vehicles and thermal management system therefor - Google Patents

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Abstract

Heutige Elektrofahrzeuge weisen bei niedrigen Außentemperaturen eine geringe Reichweite auf, da ein erheblicher Anteil der elektrischen Energie für die Fahrzeugkabinenheizung genutzt wird. Um den Einsatz elektrischer Energie für die Fahrzeugkabinenheizung zu reduzieren, werden inzwischen Wärmepumpen eingesetzt. Nachteilig hierbei ist, dass bekannte Wärmepumpenanordnungen (1) mit heute üblichen Kältemitteln, wie R134a oder R1234yf, bei sehr niedrigen Temperaturen, -20°C und niedriger, den Wärmebedarf für die Fahrzeugkabinenheizung nicht vollständig decken können. Es wird ein Thermomanagementsystem für Elektrofahrzeuge angegeben, das auch bei sehr tiefen Temperaturen die Fahrzeugkabine ohne elektrisches Kabinenheizgerät ausreichend heizen kann. Für die Kabinenheizung wird Wärme aus dem Kühlmittelheizgerät (220) und dem Verdichter (10) genutzt. Durch das Vorsehen nicht-optionale zweite Startprozedur - unterteilt in eine optionale erste und eine nicht-optionale zweite Anlaufphase erfolgt ein sicheres Hochfahren des Systems. In der optionalen ersten Anlaufphase wird im Außenwärmeübertrager (40) befindliches Verdichteröl wieder dem Kältemittelkreislauf zugeführt, so dass es wieder für die Schmierung des Verdichters (10) zur Verfügung steht. In der nicht-optionalen zweiten Anlaufphase wird im Außenwärmeübertrager (40) kondensiertes Kältemittel wieder in den aktiven Kältemittelkreislauf rückgeführt.Today's electric vehicles have a short range at low outside temperatures, since a significant proportion of the electrical energy is used for heating the vehicle cabin. Heat pumps are now being used to reduce the use of electrical energy for heating the vehicle cabin. The disadvantage here is that known heat pump arrangements (1) with today's common refrigerants such as R134a or R1234yf, at very low temperatures, -20 ° C and lower, can not fully cover the heat requirement for the vehicle cabin heating. A thermal management system for electric vehicles is specified which, even at very low temperatures, can heat the vehicle cabin sufficiently without an electric cabin heater. Heat from the coolant heater (220) and the compressor (10) is used for the cabin heating. By providing a non-optional second start-up procedure--divided into an optional first and a non-optional second start-up phase--the system is started up safely. In the optional first start-up phase, the compressor oil in the external heat exchanger (40) is fed back into the refrigerant circuit so that it is again available for lubricating the compressor (10). In the non-optional second start-up phase, refrigerant condensed in the external heat exchanger (40) is fed back into the active refrigerant circuit.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Starten eines Thermomanagementsystems nach Anspruch 1 sowie ein Thermomanagementsystem zur Durchführung dieses Verfahrens nach Anspruch 10.The invention relates to a method for starting a thermal management system according to claim 1 and a thermal management system for carrying out this method according to claim 10.

Heutige Elektrofahrzeuge weisen bei niedrigen Außentemperaturen eine geringe Reichweite auf, da ein erheblicher Anteil der elektrischen Energie für die Fahrzeugkabinenheizung genutzt wird. Um den Einsatz elektrischer Energie für die Fahrzeugkabinenheizung zu reduzieren, werden inzwischen Wärmepumpen eingesetzt.Today's electric vehicles have a short range at low outside temperatures, since a significant proportion of the electrical energy is used for heating the vehicle cabin. Heat pumps are now being used to reduce the use of electrical energy for heating the vehicle cabin.

Die Anmelderin bietet solche Thermomanagementsysteme für Elektrofahrzeuge mit einer Wärmepumpenanordnung 1 an, die den in 7 gezeigten Aufbau aufweisen. Die Wärmepumpenanordnung 1 verbindet über einen Kältemittelkreislauf einen Verdichter 10 mit einem Verdichtereinlass 11 und einem Verdichterauslass 12, einen Kabinenkondensator 20 zum Heizen der Luft in einer Fahrzeugkabine mit einem Kondensatoreinlass 21 und einem Kondensatorauslass 22, einen Außenwärmeübertrager 40 zur Wärmeaufnahme aus oder zur Wärmeabgabe an die Umgebung mit einem Außenwärmeübertragereinlass 41 und einem Außenwärmeübertragerauslass 42, einem Chiller 80 oder externen Verdampfer mit einem Chillereinlass 81 und einem Chillerauslass 82, wobei der Chillereinlass 81 mit einem Chiller-Expansionsventil 70 verbunden ist, einem Kabinenverdampfer 60 mit einem Kabinenverdampfereinlass 61 und einem Kabinenverdampferauslass 62, wobei dem Kabinenverdampfereinlass 61 ein Kabinenverdampfer-Expansionsventil 50 vorgeschaltet ist. Luftseitig ist bei dem Kabinenkondensator 20 eine Luftmischklappe 2 zur Temperaturregelung vorgesehen. Optional kann ein innerer Wärmeübertrager zum Wärmeübertrag zwischen dem Kältemittel vor dem Eintritt in das Kabinenverdampfer-Expansionsventil 50 und dem Kältemittel nach dem Kabinenverdampferauslass 62 angeordnet werden. Zwischen dem Außenwärmeübertragerauslass 42 und dem Verdichtereinlass 11 ist eine Bypassleitung 100 vorgesehen, die über ein Bypass-Absperrventil 90 absperrbar ist. Diese Bypassleitung 100 für Kältemittel wird im Heizungs- oder Wärmepumpenmodus benötigt.The applicant offers such thermal management systems for electric vehicles with a heat pump arrangement 1 that 7 have the structure shown. The heat pump arrangement 1 connects a compressor 10 with a compressor inlet 11 and a compressor outlet 12 via a refrigerant circuit, a cabin condenser 20 for heating the air in a vehicle cabin with a condenser inlet 21 and a condenser outlet 22, an external heat exchanger 40 for absorbing heat from or dissipating heat to the environment with an outdoor heat exchanger inlet 41 and an outdoor heat exchanger outlet 42, a chiller 80 or external evaporator with a chiller inlet 81 and a chiller outlet 82, the chiller inlet 81 being connected to a chiller expansion valve 70, a cabin evaporator 60 having a cabin evaporator inlet 61 and a cabin evaporator outlet 62, wherein a cabin evaporator expansion valve 50 is connected upstream of the cabin evaporator inlet 61 . On the air side, the cabin condenser 20 is provided with an air mixing flap 2 for temperature regulation. Optionally, an internal heat exchanger may be placed to transfer heat between the refrigerant before entering the cabin evaporator expansion valve 50 and the refrigerant after the cabin evaporator outlet 62 . A bypass line 100 is provided between the outdoor heat exchanger outlet 42 and the compressor inlet 11 and can be shut off via a bypass shut-off valve 90 . This refrigerant bypass line 100 is needed in heating or heat pump mode.

Um die Fahrzeugkabine auch bei sehr niedrigen Temperaturen ausreichend heizen zu können ist ein elektrisches Kabinenheizgerät 300 für die Fahrzeugkabine vorgesehen. Das Thermomanagementsystem umfasst weiter eine Batterie 210 und ein elektrisches Kühlmittelheizgerät 220. Das elektrische Kühlmittelheizgerät 220 ist in einen Kühlmittelkreislauf 200 zwischen dem Chiller 80 und der Batterie 210 eingebunden. Über den Kühlmittelkreislauf 200 wird Verdampfungswärme dem Chiller 80 zugeführt.In order to be able to heat the vehicle cabin sufficiently even at very low temperatures, an electric cabin heater 300 is provided for the vehicle cabin. The thermal management system also includes a battery 210 and an electric coolant heater 220. The electric coolant heater 220 is integrated into a coolant circuit 200 between the chiller 80 and the battery 210. Evaporation heat is supplied to the chiller 80 via the coolant circuit 200 .

Zwischen dem Außenwärmeübertragerauslass 42 und dem Chiller-Expansionsventil 70 einerseits und dem Außenwärmeübertragereinlass 41 und dem Kondensatorauslass 22 andererseits ist eine Ventileinheit 110 angeordnet. Die Ventileinheit 110 umfasst einen ersten und einen zweiten Kältemitteleinlass 111, 113, sowie einen ersten und einen zweiten Kältemittelauslass 112, 114. Optional kann ein hochdruckseitiger Kältemittelspeicher in der Ventileinheit 110 vorgesehen sein. Je nach Betriebsmodus sperrt, leitet oder drosselt die Ventileinheit 110 die Kältemittelströme zwischen den Kältemitteleinlässen 111, 113 und den Kältemittelauslässen 112, 114. Mittels einer Steuerung 400 lässt sich die Wärmepumpenanordnung 1 bzw. das Thermomanagementsystem in verschiedenen Betriebsmodi, wie Start- oder Heizmodus betreiben.A valve unit 110 is arranged between the outdoor heat exchanger outlet 42 and the chiller expansion valve 70 on the one hand and the outdoor heat exchanger inlet 41 and the condenser outlet 22 on the other hand. The valve unit 110 comprises a first and a second refrigerant inlet 111, 113, and a first and a second refrigerant outlet 112, 114. Optionally, a high-pressure-side refrigerant reservoir can be provided in the valve unit 110. Depending on the operating mode, the valve unit 110 blocks, directs or throttles the refrigerant flows between the refrigerant inlets 111, 113 and the refrigerant outlets 112, 114. Using a controller 400, the heat pump arrangement 1 or the thermal management system can be operated in various operating modes, such as start or heating mode.

In einem Wärmepumpen- oder Heizmodus wird vom Kabinenkondensator 20 kondensiertes Kältemittel über den ersten Kältemitteleinlass 111 der Ventileinheit 110 zugeführt. Flüssiges Kältemittel wird dann über den zweiten Kältemittelauslass 114 dem Chiller-Expansionsventil 70 zugeführt und das Chiller-Expansionsventil 70 erzeugt eine kontrollierte Expansion. Das expandierte Kältemittel wird im Chiller 80 durch Wärmeeintrag über den Kühlmittelkreislauf 200 verdampft und im Verdichter 10 verdichtet. Das verdichtete Kältemittelgas aus dem Verdichter 10 wird im Kabinenkondensator unter Wärmeabgabe an die Luft, welche der Fahrzeugkabine zugeführt wird kondensiert.In a heat pump or heating mode, refrigerant condensed by the cabin condenser 20 is supplied to the valve unit 110 via the first refrigerant inlet 111 . Liquid refrigerant is then supplied to the chiller expansion valve 70 via the second refrigerant outlet 114 and the chiller expansion valve 70 creates a controlled expansion. The expanded coolant is vaporized in the chiller 80 by heat input via the coolant circuit 200 and compressed in the compressor 10 . The compressed refrigerant gas from the compressor 10 is condensed in the cabin condenser, giving off heat to the air which is supplied to the vehicle cabin.

Ein Nachteil der Wärmepumpenanordnung nach 7 mit heute üblichen Kältemitteln, wie R134a oder R1234yf, besteht darin, dass sie bei sehr niedrigen Temperaturen, -20°C und niedriger, den Wärmebedarf für die Fahrzeugkabinenheizung nicht vollständig decken können. Dies ist auf den niedrigen Saugdruck des Verdichters 10 bei sehr niedrigen Temperaturen zurückzuführen. Sinkt der Saugdruck reduziert sich die Dichte des Kältemittels und damit der Kältemittelmassenstrom bei einer gegebenen maximalen volumetrischen Durchflussrate des Verdichters 10. Damit verringert sich der Kältemittelmassenstrom und folglich der Wärmestrom, welcher der Fahrzeugkabine über den Kabinenkondensator 20 zugeführt wird.A disadvantage of the heat pump arrangement after 7 with today's common refrigerants, such as R134a or R1234yf, is that at very low temperatures, -20°C and lower, they cannot fully cover the heat requirement for the vehicle cabin heating. This is due to the low suction pressure of the compressor 10 at very low temperatures. If the suction pressure falls, the density of the refrigerant and thus the refrigerant mass flow decrease for a given maximum volumetric flow rate of the compressor 10. The refrigerant mass flow and consequently the heat flow, which is supplied to the vehicle cabin via the cabin condenser 20, decrease as a result.

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, um die Heizwärme zu erhöhen, wie z. B. Gaseinspritzsysteme, Heißgas-Bypass-Heizsysteme oder elektrische Kabinenheizgeräte 300 - siehe 7. Die zuvor genannten Maßnahmen bedingen zusätzliche Kosten und zusätzlichen Bauraum, der nicht immer zur Verfügung steht. Durch die elektrischen Heizgeräte 300 und 220 sinkt die Reichweite eines Elektrofahrzeugs. Verschiedenen Lösungen sind aus dem Stand der Technik bekannt, z.B. aus der WO 2021 171 802 A1 , der WO 2021 015 483 A1 und der WO 2021 024 755 A1 .There are a number of ways to increase heating, such as: B. gas injection systems, hot gas bypass heating systems or electric cabin heaters 300 - see 7 . The aforementioned measures entail additional costs and additional installation space, which is not always available. The electric heaters 300 and 220 reduce the range of an electric vehicle. Various solutions are known from the prior art, for example from WO 2021 171 802 A1 , the WO 2021 015 483 A1 and the WO 2021 024 755 A1 .

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung auch bei sehr tiefen Temperaturen im Bereich um -20°C die Fahrzeugkabine ohne elektrisches Kabinenheizgerät ausreichend zu heizen.It is therefore the object of the present invention to heat the vehicle cabin sufficiently without an electric cabin heater, even at very low temperatures in the range of around -20°C.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch ein Verfahren nach Anspruch 1 bzw. durch eine Vorrichtung nach Anspruch 10.This object is achieved by a method according to claim 1 or by a device according to claim 10.

Für die Kabinenheizung wird Wärme aus dem Kühlmittelheizgerät und dem Verdichter genutzt. Durch das Vorsehen einer Startprozedur - unterteilt in eine optionale erste und eine zweite Anlaufphase nach Anspruch 1 erfolgt ein sicheres Hochfahren des Systems. Zusätzlich wird eine Beschädigung des Verdichters durch flüssiges Kältemittel aus dem Außenwärmeübertrager und/oder dem Chiller verhindert.Heat from the coolant heater and the compressor is used for the cabin heating. By providing a start-up procedure--divided into an optional first and a second start-up phase according to claim 1--the system is started up safely. In addition, damage to the compressor by liquid refrigerant from the outdoor heat exchanger and/or the chiller is prevented.

In der ersten Anlaufphase wird für eine erste Zeitdauer Δt1 im Außenwärmeübertrager abgeschiedenes Verdichter-Öl wieder in den aktiven Teil des Kältemittelkreislaufs rückgeführt, so dass der Verdichter ausreichend geschmiert wird. Die Ventileinheit wird in einen ersten Betriebsmodus geschaltet und verbindet den Kondensatorauslass des Kabinenkondensators mit dem ersten Kältemittelauslass der Ventileinheit und den Außenwärmeübertragerauslass mit dem zweiten Kältemittelauslass der Ventileinheit. Bei sehr niedrigen Außentemperaturen kondensiert das gasförmige Kältemittel aus dem Verdichter in dem Kabinenkondensator und dem Außenwärmeübertrager wird verflüssigtes Kältemittel zugeführt. Mit dem flüssigen Kältemittel wird das Verdichter-Öl aus dem Au-ßenwärmeübertrager gespült und dem Verdichter zugeführt.In the first start-up phase, compressor oil separated in the external heat exchanger is fed back into the active part of the refrigerant circuit for a first period of time Δt1, so that the compressor is adequately lubricated. The valve unit is switched to a first operating mode and connects the condenser outlet of the cabin condenser to the first refrigerant outlet of the valve unit and the outdoor heat exchanger outlet to the second refrigerant outlet of the valve unit. At very low outside temperatures, the gaseous refrigerant from the compressor condenses in the cabin condenser and liquefied refrigerant is fed to the outside heat exchanger. The compressor oil is flushed out of the external heat exchanger with the liquid refrigerant and fed to the compressor.

Bei Umgebungstemperaturen ≤ -20°C sollte die erste Anlaufphase durchgeführt werden. In der ersten Anlaufphase wird der Verdichter in einem unteren Drehzahlbereich - ca. 1/4 bis 1/3 der maximalen Drehzahl - betrieben. Bei Umgebungstemperaturen > - 20°C kann auf die erste Anlaufphase verzichtet werden, d. h. Δt1=0, und die Startprozedur beginnt mit der zweiten Anlaufphase - Anspruch 2.The first start-up phase should be carried out at ambient temperatures ≤ -20°C. In the first start-up phase, the compressor is operated in a lower speed range - approx. 1/4 to 1/3 of the maximum speed. At ambient temperatures > - 20°C, the first start-up phase can be omitted, ie Δt 1 =0, and the start-up procedure begins with the second start-up phase - claim 2.

In der zweiten Anlaufphase wird für eine zweite Zeitdauer Δt2 flüssiges Kältemittel in dem Außenwärmeübertrager verdampft und zurück in den durchströmten Kältemittelkreislauf geholt. Dies erfolgt dadurch, dass das Bypass-Absperrventil in der Bypassleitung geöffnet und die Ventileinheit den ersten Kältemittelauslass sperrt und den kältemittelseitigen Kondensatorauslass des Kabinenkondensators zugleich mit dem zweiten Kältemittelauslass verbindet. Gleichzeitig schließt die Ventileinheit die Verbindung zwischen dem Außenwärmeübertragerauslass und dem zweiten Kältemittelauslass 114. Durch den gesperrten ersten Kältemittelauslass der Ventileinheit sinkt der Druck im Au-ßenwärmeübertrager und flüssiges Kältemittel im Außenwärmeübertrager verdampft.In the second start-up phase, liquid refrigerant is vaporized in the external heat exchanger for a second period of time Δt 2 and brought back into the refrigerant circuit through which it flows. This takes place in that the bypass shut-off valve in the bypass line is opened and the valve unit blocks the first refrigerant outlet and at the same time connects the refrigerant-side condenser outlet of the cabin condenser to the second refrigerant outlet. At the same time, the valve unit closes the connection between the outdoor heat exchanger outlet and the second refrigerant outlet 114. The blocked first refrigerant outlet of the valve unit reduces the pressure in the outdoor heat exchanger and liquid refrigerant in the outdoor heat exchanger evaporates.

Gemäß der vorteilhaften Ausgestaltung nach Anspruch 3 wird der Verdichter in der zweiten Anlaufphase während einer ersten Teilzeitdauer Δt21 aus Sicherheitsgründen weiter im unteren Drehzahlbereich betrieben.According to the advantageous embodiment according to claim 3, in the second start-up phase, the compressor continues to be operated in the lower speed range during a first partial time period Δt 21 for safety reasons.

Nach Anspruch 4 wird die Drehzahl des Verdichters für eine zweite Teilzeitdauer Δt22 auf einen mittleren Drehzahlbereich (ca. 1/2 der maximalen Drehzahl) erhöht, da dann kaum mehr flüssiges Kältemittel aus dem Außenwärmeübertrager angesaugt wird.According to claim 4, the speed of the compressor is increased for a second partial time period Δt 22 to a medium speed range (about 1/2 of the maximum speed), since then hardly any more liquid refrigerant is sucked out of the external heat exchanger.

Vorzugsweise endet die zweite Anlaufphase, wenn der Druck im Außenwärmeübertrager auf den Saugdruck am Verdichtereinlass 11 abgefallen ist. Dies sollte nach 60 bis 180 sec der Fall sein - Anspruch 5.The second start-up phase preferably ends when the pressure in the external heat exchanger has dropped to the suction pressure at the compressor inlet 11 . This should be the case after 60 to 180 seconds - Claim 5.

In einer vorteilhaften Implementierung wird das Bypass-Absperrventil für eine dritte Teilzeitdauer Δt23 teilweise geöffnet und anschließend für eine vierte Teilzeitdauer Δt24 der Dauer der zweiten Anlaufphase vollständig geöffnet. Durch die teilweise Öffnung wird verhindert, dass der Verdichter mit einer zu großen Menge flüssigem Kältemittel beaufschlagt wird - Anspruch 6.In an advantageous implementation, the bypass shut-off valve is partially opened for a third partial time period Δt 23 and then fully opened for a fourth partial time period Δt 24 of the duration of the second start-up phase. The partial opening prevents the compressor from being charged with too large a quantity of liquid refrigerant - claim 6.

Es schließt sich die Heizphase an - Anspruch 7 - bei der zumindest Wärme aus dem elektrischen Kühlmittelheizgerät und Abwärme aus dem Verdichter zur Heizung der Fahrzeugkabine genutzt werden. Zum Umschalten auf die Heizphase wird das Bypass-Absperrventil in der Bypassleitung geschlossen. Die Ventileinheit wird hierbei weiter gemäß der zweiten Anlaufphase betrieben.The heating phase follows - claim 7 - in which at least heat from the electric coolant heater and waste heat from the compressor are used to heat the vehicle cabin. To switch to the heating phase, the bypass shut-off valve in the bypass line is closed. In this case, the valve unit continues to be operated according to the second start-up phase.

Vorzugsweise kann in der Heizphase auch noch Wärme aus dem Außenwärmeübertrager zur Kabinenheizung genutzt werden. Hierzu wird das Bypass-Absperrventil geöffnet und durch den variablen Öffnungsquerschnitt am ersten Kältemittelauslass der Ventileinheit wird der Kältemittelmassenstrom so eingestellt wird, dass sich eine gewünschte Überhitzung des Kältemittels nach dem Außenwärmeübertrager ergibt - Anspruch 8.In the heating phase, heat from the external heat exchanger can preferably also be used to heat the cabin. For this purpose, the bypass shut-off valve is opened and the refrigerant mass flow is adjusted through the variable opening cross-section at the first refrigerant outlet of the valve unit in such a way that a desired overheating of the refrigerant results after the external heat exchanger - claim 8.

Abhängig vom Heizleistungsbedarf der Kabine darf der Verdichter während der Heizphase auch auf einem oberen Drehzahlbereich betrieben werden - Anspruch 9.Depending on the heating capacity requirement of the cabin, the compressor may also be operated at an upper speed range during the heating phase - Claim 9.

Gemäß Anspruch 10 wird ein Thermomanagementsystem bereitgestellt, das den Betrieb mit der ersten und/oder zweiten Anlaufphase sowie in der Heizphase ermöglicht.According to claim 10, a thermal management system is provided which enables operation with the first and/or second start-up phase and in the heating phase.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung wird hochdruckseitig als Teil der Ventileinheit - Anspruch 11 - oder niederdruckseitig dem Verdichter vorgeschaltet - Anspruch 12 - ein Kältemittelsammler vorgesehen. Durch den Kältemittelsammler steht je nach Bedarf mehr oder weniger Kältemittel aktiv im Kältemittelkreislauf zur Verfügung bzw. Kältemittel wird für die unterschiedlichen Betriebsmodi der Wärmepumpenanordnung gepuffert. Auch erfolgt im Kältemittelsammler eine Trennung zwischen flüssigem und gasförmigem Kältemittel. Schließlich werden auch Kältemittelverluste durch kleine Leckagen bei fortschreitender Lebensdauer der Wärmepumpenanordnung ausgeglichen.According to an advantageous embodiment, a refrigerant collector is provided on the high-pressure side as part of the valve unit--claim 11--or on the low-pressure side upstream of the compressor--claim 12. Depending on requirements, more or less refrigerant is actively available in the refrigerant circuit through the refrigerant collector, or refrigerant is buffered for the different operating modes of the heat pump arrangement. There is also a separation between liquid and gaseous refrigerant in the refrigerant collector. Finally, refrigerant losses are compensated for by small leaks as the life of the heat pump assembly progresses.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.

  • 1 zeigt den Aufbau der Wärmepumpenanordnung, die wesentlicher Teil eines Thermomanagementsystems für Fahrzeuge ist;
  • 2 zeigt die zeitliche Abfolge der verschiedenen Phasen;
  • 3 zeigt das Thermomanagementsystem in einer ersten Anlaufphase - Rückführung von Verdichteröl in den Wärmepumpenkreislauf;
  • 4 zeigt das Thermomanagementsystem in einer zweiten Anlaufphase - Rückführung von Kältemittel in den Wärmepumpenkreislauf;
  • 5 zeigt das Thermomanagementsystem in der Heizphase;
  • 6 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung mit einem niederdruckseitigen Kältemittelsammler; und
  • 7 zeigt den Aufbau eines Thermomanagementsystems nach dem Stand der Technik.
Further details, features and advantages of the invention result from the following description of a preferred embodiment of the invention.
  • 1 shows the structure of the heat pump arrangement, which is an essential part of a thermal management system for vehicles;
  • 2 shows the chronological sequence of the various phases;
  • 3 shows the thermal management system in a first start-up phase - recirculation of compressor oil in the heat pump circuit;
  • 4 shows the thermal management system in a second start-up phase - recirculation of refrigerant in the heat pump circuit;
  • 5 shows the thermal management system in the heating phase;
  • 6 shows a second embodiment of the invention with a low-pressure-side refrigerant collector; and
  • 7 shows the structure of a thermal management system according to the prior art.

1 zeigt den Aufbau einer Wärmepumpenanordnung 1, die wesentlicher Teil eines Thermomanagementsystems für Fahrzeuge ist. Das Thermomanagementsystem nach 1 unterscheidet sich von dem Thermomanagementsystem nach 7 lediglich durch das Fehlen der elektrischen Kabinenheizung und durch die spezielle Ausgestaltung der Steuerung 400, die den Betrieb in der ersten und/oder zweiten Anlaufphase und in der Heizphase ermöglicht. In der ersten Anlaufphase wird flüssiges Verdichter-Öl aus dem Außenwärmeübertrager 40 in den Wärmepumpenkreislauf zurückgeführt. In der zweiten Anlaufphase wird flüssiges Kältemittel in dem Außenwärmeübertrager 40 durch Verdampfung über die Bypassleitung 100 zum Kompressoreinlass zurückgeführt. In der Heizphase wird niedergrädige Wärme aus dem Kühlmittelkreislauf 200 in den Chiller 80 eingekoppelt und diese Wärme wird zusammen mit Abwärme des Verdichters 10 auf einem höheren Druck- und Temperaturniveau als Kondensationswärme im Kabinenkondensator 20 zur Heizung der Fahrzeugkabine freigesetzt. 1 shows the structure of a heat pump arrangement 1, which is an essential part of a thermal management system for vehicles. The thermal management system 1 differs from the thermal management system according to 7 only due to the absence of the electrical cabin heating and due to the special design of the control 400, which enables operation in the first and/or second start-up phase and in the heating phase. In the first start-up phase, liquid compressor oil is fed back from the external heat exchanger 40 into the heat pump circuit. In the second start-up phase, liquid refrigerant in the outdoor heat exchanger 40 is returned to the compressor inlet via the bypass line 100 by evaporation. In the heating phase, low-grade heat from the coolant circuit 200 is coupled into the chiller 80 and this heat is released together with waste heat from the compressor 10 at a higher pressure and temperature level as heat of condensation in the cabin condenser 20 for heating the vehicle cabin.

2 zeigt den zeitlichen Ablauf der beiden Anlaufphasen und der Heizphase zusammen mit der Heizleistung des elektrischen Kühlmittelheizgerätes 220, der Drehzahl des Verdichters 10, dem Zustand des Bypass-Absperrventil 90 in der Bypassleitung 100, dem Schaltzustand der Ventileinheit 110, dem Kältemitteldruck im Außenwärmeübertrager 40 mit dem Saugdruck am Verdichtereinlass 11. 2 shows the timing of the two start-up phases and the heating phase together with the heating output of the electric coolant heater 220, the speed of the compressor 10, the state of the bypass shut-off valve 90 in the bypass line 100, the switching state of the valve unit 110, the refrigerant pressure in the external heat exchanger 40 with the Suction pressure at compressor inlet 11.

In der ersten Anlaufphase - 3 - wird das elektrische Kühlmittelheizgerät 220 und der Verdichter 10 eingeschaltet. Der Verdichter 10 wird auf einen unteren Drehzahlbereich (ca. 1/4 bis 1/3 der maximalen Drehzahl) betrieben. Durch die niedrige Drehzahl wird verhindert, dass eventuell dem Verdichter zugeführtes flüssiges Kältemittel einen Schaden anrichten könnte. Durch den Kältekreislauf wird niedergrädige Wärme aus dem elektrischen Kühlmittelheizgerät 220 über den Kühlmittelkreislauf 200 in den Chiller 80 eingekoppelt. Das Bypass-Absperrventil 90 in der Bypassleitung 100 ist geschlossen. Die Ventileinheit 110 befindet sich in einem Schaltzustand I. Im Schaltzustand I ist die Verbindung zwischen dem ersten Kältemitteleinlass 111 und dem ersten Kältemittelauslass 112 und zwischen dem zweiten Kältemitteleinlass 113 und dem zweiten Kältemittelauslass 114 freigegeben. Außerdem ist die Verbindung zwischen dem ersten Kältemitteleinlass 111 und dem ersten Kältemittelauslass 112 frei. Bei den niedrigen Außentemperaturen z.B. -20°C kondensiert das gasförmige Kältemittel aus dem Verdichter 10 in dem Kabinenkondensator 20 und in dem Außenwärmeübertrager 40 vollständig. Das flüssige Kältemittel aus dem Kabinenkondensator 20 und dem Außenwärmeübertrager 40 spült das Verdichteröl in den Chiller 80. Durch die über den Kühlmittelkreislauf 200 in den Chiller 80 eingekoppelte Wärme aus dem elektrischen Kühlmittelheizgerät 220 verdampft das Kältemittel im Chiller 80 und das Verdichteröl wird dem Verdichter 10 zugeführt, wodurch dieser geschmiert wird. Die aktiven Teile des Kältemittelkreislaufs sind in 3 fett gezeichnet. Bei Umgebungstemperaturen ≤ -20°C sollte die erste Anlaufphase durchgeführt werden. Je niedriger die Umgebungstemperatur desto länger wird die erste Anlaufphase durchgeführt. Bei Umgebungstemperaturen > -20°C kann auf die erste Anlaufphase verzichtet werden, d. h. Δt1=0, und die Startprozedur beginnt mit der zweiten Anlaufphase.In the first start-up phase - 3 - The electric coolant heater 220 and the compressor 10 is switched on. The compressor 10 is operated at a lower speed range (about 1/4 to 1/3 of the maximum speed). The low speed prevents any liquid refrigerant fed into the compressor from causing damage. Low-grade heat from the electric coolant heater 220 is coupled into the chiller 80 via the coolant circuit 200 through the refrigeration cycle. The bypass check valve 90 in the bypass line 100 is closed. The valve unit 110 is in a switching state I. In the switching state I, the connection between the first refrigerant inlet 111 and the first refrigerant outlet 112 and between the second refrigerant inlet 113 and the second refrigerant outlet 114 is released. In addition, the connection between the first refrigerant inlet 111 and the first refrigerant outlet 112 is free. At the low outside temperatures, for example -20° C., the gaseous refrigerant from the compressor 10 condenses completely in the cabin condenser 20 and in the outside heat exchanger 40 . The liquid refrigerant from the cabin condenser 20 and the external heat exchanger 40 flushes the compressor oil into the chiller 80. The refrigerant in the chiller 80 evaporates and the compressor oil is fed to the compressor 10 due to the heat from the electric coolant heater 220 coupled into the chiller 80 via the coolant circuit 200 , which lubricates it. The active parts of the refrigerant circuit are in 3 drawn in bold. The first start-up phase should be carried out at ambient temperatures ≤ -20°C. The lower the ambient temperature, the longer the first start-up phase takes. At ambient temperatures > -20°C, the first start-up phase can be omitted, ie Δt 1 =0, and the start-up procedure begins with the second start-up phase.

In der zweiten Anlaufphase - 4 - wird für eine zweite Zeitdauer Δt2 flüssiges Kältemittel in dem Außenwärmeübertrager 40 verdampft und zurück in den durchströmten Teil des Kältemittelkreislaufs verlagert. Der Übergang von der ersten Anlaufphase auf die zweite Anlaufphase erfolgt dadurch, dass das Bypass-Absperrventil 90 in der Bypassleitung 100 teilweise geöffnet und die Ventileinheit 110 in en Schaltzustand II versetzt wird. Im Schaltzustand II ist der erste Kältemittelauslass 112 gesperrt, die Verbindung zwischen dem zweiten Kältemitteleinlass 113 und dem zweiten Kältemittelauslass 114 wird geschlossen und die Verbindung zwischen erstem Kältemitteleinlass 111 und zweitem Kältemittelauslass 114 wird freigegeben. Wenn auf die erste Anlaufphase verzichtet wird, wird das Bypass-Absperrventil 90 geöffnet, so dass der Außenwärmeübertragerauslass 42 mit dem Verdichtereinlass 11 verbunden ist. Der erste Kältemittelauslass 112 ist gesperrt. Durch die Ventileinheit 110 wird die Verbindung zwischen dem ersten Kältemitteleinlass 111 und dem zweiten Kältemittelauslass 114 freigegeben - Schaltzustand II der Ventileinheit 110.In the second start-up phase - 4 - Liquid refrigerant is vaporized in the external heat exchanger 40 for a second period of time Δt 2 and shifted back into the part of the refrigerant circuit through which it flows. The transition from the first start-up phase to the second start-up phase takes place in that the bypass shut-off valve 90 in the bypass line 100 is partially opened and the valve unit 110 is switched to switching state II. In switching state II, the first refrigerant outlet 112 is blocked, the connection between the second refrigerant inlet 113 and the second refrigerant outlet 114 is closed and the connection between the first refrigerant inlet 111 and the second refrigerant outlet 114 is released. If the first start-up phase is dispensed with, the bypass shut-off valve 90 is opened so that the outdoor heat exchanger outlet 42 is connected to the compressor inlet 11 . The first refrigerant outlet 112 is blocked. The connection between the first refrigerant inlet 111 and the second refrigerant outlet 114 is released by the valve unit 110 - switching state II of the valve unit 110.

Hierdurch sinkt der Kältemitteldruck im Außenwärmeübertrager 40 und flüssiges Kältemittel im Außenwärmeübertrager 40 wird verdampft. Dies wird für eine erste Teilzeitdauer Δt21 durchgeführt, bis der Druck im Außenwärmeübertrager 40 auf den Saugdruck am Verdichtereinlass 11 abgefallen ist. Danach wird für eine zweite Teilzeitdauer Δt22 die Drehzahl des Verdichters 10 auf einen mittleren Drehzahlbereich - ca. 1/2 der Maximaldrehzahl - erhöht und der Saugdruck und der Druck im Außenwärmeübertrager 40 sinken weiter ab, so dass flüssiges Kältemittel in dem Außenwärmeübertrager 40 weiter verdampft. Nach Δt2 = Δt21 + Δt22 = 60 bis 180 sec endet die zweite Anlaufphase. Alternativ endet die zweite Anlaufphase, wenn am Verdichtereinlass 11 überhitztes Kältemittel vorliegt.As a result, the refrigerant pressure in the outdoor heat exchanger 40 drops and liquid refrigerant in the outdoor heat exchanger 40 is evaporated. This is carried out for a first partial time period Δt 21 until the pressure in the outdoor heat exchanger 40 has dropped to the suction pressure at the compressor inlet 11 . Thereafter, for a second partial period of time Δt 22 , the speed of the compressor 10 is increased to a medium speed range—approximately 1/2 of the maximum speed—and the suction pressure and the pressure in the external heat exchanger 40 continue to drop, so that liquid refrigerant in the external heat exchanger 40 continues to evaporate . After .DELTA.t 2 = .DELTA.t 21 + .DELTA.t 22 = 60 to 180 seconds ends the second start-up phase. Alternatively, the second start-up phase ends when superheated refrigerant is present at the compressor inlet 11 .

In einer vorteilhaften Implementierung wird das Bypass-Absperrventil 90 für eine dritte Teilzeitdauer Δt23 teilweise geöffnet und anschließend für eine vierte Teilzeitdauer Δt24 der Dauer der zweiten Anlaufphase vollständig geöffnet. Durch die teilweise Öffnung wird verhindert, dass der Verdichter mit einer zu großen Menge flüssigem Kältemittel beaufschlagt wird. Die erste und dritte Teilzeitdauer einerseits und die zweite und vierte Teilzeitdauer können gleich sein.In an advantageous implementation, the bypass shut-off valve 90 is partially opened for a third partial time period Δt 23 and then fully opened for a fourth partial time period Δt 24 of the duration of the second start-up phase. The partial opening prevents the compressor from being charged with too much liquid refrigerant. The first and third partial periods of time on the one hand and the second and fourth partial periods of time can be the same.

Die aktiven Teile des Kältemittelkreislaufs sind in 4 fett gezeichnet. Der Kältemittelaustrag aus dem Aus dem Außenwärmeübertrager 40 ist punktiert dargestellt.The active parts of the refrigerant circuit are in 4 drawn in bold. The refrigerant discharge from the outside heat exchanger 40 is shown in dotted lines.

Es schließt sich die Heizphase an - 5, bei der zumindest Wärme aus dem elektrischen Kühlmittelheizgerät 220 und Abwärme aus dem Verdichter 10 zur Heizung der Fahrzeugkabine genutzt werden. Zum Umschalten von der zweiten Anlaufphase auf die Heizphase bewirkt die Steuerung 400, dass das Bypass-Absperrventil 90 in der Bypassleitung 100 geschlossen wird und dass die Ventileinheit 110 im Schaltzustand II verbleibt.The heating phase follows - 5 , in which at least heat from the electric coolant heater 220 and waste heat from the compressor 10 are used to heat the vehicle cabin. To switch from the second start-up phase to the heating phase, the controller 400 causes the bypass shut-off valve 90 in the bypass line 100 to be closed and the valve unit 110 to remain in switching state II.

Bei höheren Umgebungstemperaturen kann zusätzlich Wärmeenergie aus der Umgebung über den Außenwärmeübertrager 40 aufgenommen werden. Hierzu muss das Bypass-Absperrventil 90 geöffnet sein und die Ventileinheit 110 regelt über den Öffnungsgrad des ersten Kältemittelauslasses 112 die Überhitzung des Kältemittels nach dem Außenwärmeübertrager 40.At higher ambient temperatures, additional thermal energy can be absorbed from the environment via the external heat exchanger 40 . To do this, the bypass shut-off valve 90 must be open and the valve unit 110 regulates the overheating of the refrigerant downstream of the external heat exchanger 40 via the degree of opening of the first refrigerant outlet 112.

Der Verdichter 10 wird in einem oberen Drehzahlbereich, bis zur Maximaldrehzahl betrieben. Die Steuerung 400 regelt das Thermomanagementsystem so, dass die Kondensationstemperatur im Kabinenkondensator 20 eine gewünschte Temperatur in der Fahrzeugkabine ermöglicht. Dies erfolgt über die Drehzahl des Verdichters 10 als Stellgröße. Die Überhitzung des Kältemittelgases im Chiller 80 erfolgt durch den Öffnungsgrad des Chiller-Expansionsventils 70 als Stellgröße.The compressor 10 is operated in an upper speed range up to the maximum speed. The controller 400 regulates the thermal management system such that the condensation temperature in the cabin condenser 20 enables a desired temperature in the vehicle cabin. This is done using the speed of the compressor 10 as a manipulated variable. The refrigerant gas in the chiller 80 is overheated by the degree of opening of the chiller expansion valve 70 as a manipulated variable.

Optional kann hochdruckseitig als Teil der Ventileinheit 110 oder niederdruckseitig dem Verdichter 10 vorgeschaltet ein Kältemittelsammler 4 vorgesehen werden. Durch den Kältemittelsammler 4 steht je nach Bedarf mehr oder weniger Kältemittel aktiv im Kältemittelkreislauf zur Verfügung bzw. Kältemittel wird für die unterschiedlichen Betriebsmodi der Wärmepumpenanordnung 1 gepuffert. Auch erfolgt im Kältemittelsammler 4 eine Trennung zwischen flüssigem und gasförmigem Kältemittel. Schließlich werden auch Kältemittelverluste durch kleine Leckagen bei vorgeschrittener Lebensdauer der Wärmepumpenanordnung 1 ausgeglichen.Optionally, a refrigerant collector 4 can be provided upstream of the compressor 10 on the high-pressure side as part of the valve unit 110 or on the low-pressure side. Depending on requirements, the refrigerant collector 4 makes more or less refrigerant actively available in the refrigerant circuit or refrigerant is buffered for the different operating modes of the heat pump arrangement 1 . A separation between liquid and gaseous refrigerant also takes place in the refrigerant collector 4 . Finally, coolant losses due to small leaks are also compensated for as the service life of the heat pump arrangement 1 is advanced.

In der hochdruckseitigen Anordnung des Kältemittelsammlers 4 mit einem Kältemittelsammlereinlass 5 und einem Kältemittelsammlerauslass 6 als Teil der Ventileinheit 110 - nicht dargestellt - ist der Kältemittelsammlereinlass 5 über den ersten Kältemitteleinlass 111 mit dem kältemittelseitigen Kondensatorauslass 22 oder über den zweiten Kältemitteleinlass 113 mit Außenwärmeübertragerauslass 42 verbunden und der Kältemittelsammlerauslass ist mit dem zweiten Kältemittelauslass 114 verbunden. Diese Anordnung ist in der DE 102022104545.5 , eingereicht am 25.02.2022 beschrieben. Hinsichtlich der der Anordnung des Kältemittelsammlers wird auf die DE 102022104545.5 vollinhaltlich Bezug genommen.In the high-pressure-side arrangement of the refrigerant collector 4 with a refrigerant collector inlet 5 and a refrigerant collector outlet 6 as part of the valve unit 110 - not shown - the refrigerant collector inlet 5 is connected via the first refrigerant inlet 111 to the refrigerant-side condenser outlet 22 or via the second refrigerant inlet 113 to the external heat exchanger outlet 42 and the Refrigerant header outlet is connected to the second refrigerant outlet 114 . This arrangement is in the DE 102022104545.5 , filed on 02/25/2022. With regard to the arrangement of the refrigerant collector is on the DE 102022104545.5 fully referred to.

In der niederdruckseitigen Anordnung des Kältemittelsammlers 4 vor dem Verdichter 10 gemäß 6 ist der Kältemittelsammlerauslass 6 mit dem Verdichtereinlass 11 und der Kältemittelsammlereinlass 5 ist mit dem Chillerauslass 82 und dem Bypass-Absperrventil 90 verbunden. Die 6 unterscheidet sich von der 1 lediglich durch den Kältemittelsammler 4 vor dem Verdichter 10.In the low-pressure side arrangement of the refrigerant collector 4 before the compressor 10 according to 6 is the refrigerant collector outlet 6 with the compressor inlet 11 and the refrigerant receiver inlet 5 is connected to the chiller outlet 82 and the bypass check valve 90 . The 6 differs from the 1 only through the refrigerant collector 4 in front of the compressor 10.

BezugszeichenlisteReference List

11
Wärmepumpenanordnungheat pump arrangement
22
Luftmischklappeair mix door
44
Kältemittelsammlerrefrigerant collector
55
Kältemittelsammlereinlassrefrigerant collector inlet
66
Kältemittelsammlerauslassrefrigerant collector outlet
1010
Verdichtercompressor
1111
Verdichtereinlasscompressor inlet
1212
Verdichterauslasscompressor outlet
2020
Kabinenkondensatorcabin condenser
2121
kältemittelseitiger Kondensatoreinlassrefrigerant side condenser inlet
2222
kältemittelseitiger Kondensatorauslassrefrigerant side condenser outlet
4040
Außenwärmeübertrageroutdoor heat exchanger
4141
kältemittelseitiger Außenwärmeübertragereinlassrefrigerant-side outdoor heat exchanger inlet
4242
kältemittelseitiger Außenwärmeübertragerauslassrefrigerant-side outdoor heat exchanger outlet
5050
Kabinenverdampfer-ExpansionsventilCabin evaporator expansion valve
6060
Kabinenverdampfercabin evaporator
6161
kältemittelseitiger Kabinenverdampfereinlassrefrigerant side cabin evaporator inlet
6262
kältemittelseitiger Kabinenverdampferauslassrefrigerant-side cabin evaporator outlet
7070
Chiller-ExpansionsventilChiller expansion valve
8080
Chillerchillers
8181
kältemittelseitiger Chillereinlassrefrigerant side chiller inlet
8282
kältemittelseitiger Chillerauslassrefrigerant side chiller outlet
9090
Bypass-AbsperrventilBypass shut-off valve
100100
Bypassleitung für Kältemittel zwischen Außenwärmeübertrager und VerdichterBypass line for refrigerant between outdoor heat exchanger and compressor
110110
Ventileinheitvalve unit
111111
erster Kältemitteleinlass von 110first refrigerant inlet of 110
112112
erster Kältemittelauslass von 110first refrigerant outlet of 110
113113
zweiter Kältemitteleinlass von 110second refrigerant inlet from 110
114114
zweiter Kältemittelauslass von 110second refrigerant outlet from 110
200200
Kühlmittelkreislaufcoolant circuit
210210
Batteriebattery
220220
Elektrisches KühlmittelheizgerätElectric coolant heater
300300
Elektrisches KabinenheizgerätElectric cabin heater
400400
Steuerungsteering
Δt1Δt1
erste Zeitdauer, Zeitdauer der ersten Anlaufphasefirst duration, duration of the first start-up phase
Δt2Δt2
zweite Zeitdauer, Zeitdauer der zweiten Anlaufphasesecond duration, duration of the second start-up phase
Δt21Δt21
erste Teilzeitdauer von Δt2 first partial duration of Δt 2
Δt22Δt22
zweite Teilzeitdauer von Δt2 second partial duration of Δt 2
Δt23Δt23
dritte Teilzeitdauer von Δt2 third partial duration of Δt 2
Δt24Δt24
vierte Teilzeitdauer von Δt2 fourth partial duration of Δt 2

Claims (12)

Verfahren zum Starten eines Thermomanagementsystems für Elektrofahrzeuge, insbesondere bei tiefen Umgebungstemperaturen, wobei das Thermomanagementsystem eine Batterie (210), ein elektrisches Kühlmittelheizgerät (220), eine Wärmepumpenanordnung (1) und eine Steuerung (400) umfasst, wobei die Wärmepumpenanordnung (1) einen Verdichter (10) mit Verdichtereinlass (11) und Verdichterauslass (12), einen Kabinenkondensator (20) mit einem kältemittelseitigen Kondensatoreinlass (21) und einem kältemittelseitigen Kondensatorauslass (22), einen Außenwärmeübertrager (40) mit kältemittelseitigem Außenwärmeübertragereinlass (41) und kältemittelseitigem Außenwärmeübertragerauslass (42), ein Chiller-Expansionsventil (70) und einen Chiller (80) mit kältemittelseitigem Chillereinlass (81) und kältemittelseitigem Chillerauslass (82), eine Ventileinheit (110) und eine Bypassleitung (100) mit einem Bypass-Absperrventil (90) zwischen dem Außenwärmeübertragerauslass (42) und dem Verdichtereinlass (11) umfasst, wobei die Ventileinheit (110) über einen ersten Kältemitteleinlass (111) mit dem Kondensatorauslass (22) verbunden ist, über einen ersten Kältemittelauslass (112) mit dem Außenwärmeübertragereinlass (41) verbunden ist, über einen zweiten Kältemitteleinlass (113) mit dem Außenwärmeübertragerauslass (42) verbunden ist, und über einen zweiten Kältemittelauslass (114) mit dem Chiller-Expansionsventil (70) verbunden ist, und wobei das elektrische Kühlmittelheizgerät (220) in einen Kühlmittelkreislauf (200) zwischen der Batterie (210) und dem Chiller (80) eingebunden ist, mit den Verfahrensschritten: s0) Aktivieren des elektrischen Kühlmittelheizgeräts (220); s1) Betreiben der Wärmepumpenanordnung (1) in einer optionalen ersten Anlaufphase s2) und in einer nicht-optionalen zweiten Anlaufphase s3), mit s2) Betreiben der Wärmepumpenanordnung (1) für eine erste Zeitdauer (Δt1) in einer ersten Anlaufphase, bei dem Wärme aus dem Kühlmittelkreislauf (200) Kältemittel auf einem unteren Druckniveau in dem Chiller (80) verdampft, das im Verdichter (10) verdichtete Kältemittel auf einem oberen Druckniveau im Kabinenkondensator (20) unter Wärmeabgabe an eine Fahrzeugkabine zuzuführende Luft kondensiert, und das flüssige Kältemittel über die Ventileinheit (110), den Außenwärmeübertrager (40) und wieder dem Chiller-Expansionsventil (70) zugeführt wird; s3) Verringern des Drucks im Außenwärmeübertrager (40) für eine zweite Zeitdauer (Δt2) in einer zweiten Anlaufphase durch Öffnen des Bypass-Absperrventils (90) in der Bypassleitung (100) und gleichzeitigem Schließen des ersten Kältemittelauslasses (112) und durch Freigeben der Verbindung zwischen dem ersten Kältemitteleinlass (111) und dem zweiten Kältemittelauslass (114) mittels der Ventileinheit (110).Method for starting a thermal management system for electric vehicles, in particular at low ambient temperatures, the thermal management system comprising a battery (210), an electric coolant heater (220), a heat pump arrangement (1) and a controller (400), the heat pump arrangement (1) having a compressor (10) with compressor inlet (11) and compressor outlet (12), a cabin condenser (20) with a refrigerant-side condenser inlet (21) and a refrigerant-side condenser outlet (22), an external heat exchanger (40) with refrigerant-side external heat exchanger inlet (41) and refrigerant-side external heat exchanger outlet (42 ), a chiller expansion valve (70) and a chiller (80) with a refrigerant-side chiller inlet (81) and a refrigerant-side chiller outlet (82), a valve unit (110) and a bypass line (100) with a bypass check valve (90) between the outdoor heat exchanger outlet (42) and the compressor inlet (11), wherein the valve unit (110) is connected to the condenser outlet (22) via a first refrigerant inlet (111), is connected to the outdoor heat exchanger inlet (41) via a first refrigerant outlet (112), via a second refrigerant inlet (113) is connected to the outdoor heat exchanger outlet (42), and a second refrigerant outlet (114) is connected to the chiller expansion valve (70), and wherein the electric coolant heater (220) is connected to a coolant circuit (200) between the Battery (210) and the chiller (80) is involved, with the method steps: s0) activating the electric coolant heater (220); s1) operating the heat pump arrangement (1) in an optional first start-up phase s2) and in a non-optional second start-up phase s3), with s2) operating the heat pump arrangement (1) for a first period of time (Δt 1 ) in a first start-up phase, during which heat from the coolant circuit (200) evaporates refrigerant at a lower pressure level in the chiller (80), which was compressed in the compressor (10). Refrigerant condenses at an upper pressure level in the cabin condenser (20) with heat dissipation to air to be supplied to a vehicle cabin, and the liquid refrigerant is supplied via the valve unit (110), the outdoor heat exchanger (40) and again to the chiller expansion valve (70); s3) reducing the pressure in the outdoor heat exchanger (40) for a second period of time (Δt 2 ) in a second start-up phase by opening the bypass shut-off valve (90) in the bypass line (100) and simultaneously closing the first refrigerant outlet (112) and by releasing the Connection between the first refrigerant inlet (111) and the second refrigerant outlet (114) by means of the valve unit (110). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Umgebungstemperaturen > -20°C auf die erste Anlaufphase verzichtet wird, d. h Δt1=0.procedure after claim 1 , characterized in that the first start-up phase is dispensed with at ambient temperatures > -20°C, d. hΔt1 =0. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichter (10) in Schritt s2) und während einer ersten Teilzeitdauer (Δt21) in Schritt s3) in einem unteren Drehzahlbereich betrieben wird.procedure after claim 1 or 2 , characterized in that the compressor (10) in step s2) and during a first partial time period (Δt 21 ) in step s3) is operated in a lower speed range. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichter (10) während einer zweiten Teilzeitdauer (Δt22) in Schritt s3) in einem mittleren Drehzahlbereich betrieben wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the compressor (10) is operated in a medium speed range during a second partial time period (Δt 22 ) in step s3). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Zeitdauer (Δt2) dadurch bestimmt ist, dass der Druck im Außenwärmeübertrager (40) sich dem Saugdruck des Verdichters (10) angeglichen hat.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the second period of time (Δt 2 ) is determined by the fact that the pressure in the external heat exchanger (40) has equalized the suction pressure of the compressor (10). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bypass-Absperrventil (90) für eine dritte Teilzeitdauer (Δt23) teilweise geöffnet und anschließend für eine vierte Teilzeitdauer (Δt24) vollständig geöffnet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the bypass shut-off valve (90) is partially opened for a third partial time period (Δt 23 ) and then fully opened for a fourth partial time period (Δt 24 ). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach Ablauf der ersten und/oder zweiten Anlaufphase in eine Heizphase übergegangen wird, bei der Wärme aus dem Kühlmittelkreislauf (200) Kältemittel auf einem unteren Druckniveau in dem Chiller (80) verdampft, das im Verdichter (10) verdichtetet Kältemittel auf einem oberen Druckniveau im Kabinenkondensator (20) unter Wärmeabgabe an eine Fahrzeugkabine kondensiert, und das flüssige Kältemittel über die Ventileinheit (110) wieder dem Chiller-Expansionsventil (70) zugeführt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that after the end of the first and / or second start-up phase, there is a transition to a heating phase in which heat from the coolant circuit (200) evaporates refrigerant at a lower pressure level in the chiller (80), which in Compressor (10) compresses refrigerant at an upper pressure level in the cabin condenser (20) while releasing heat to a vehicle cabin, and the liquid refrigerant is fed back to the chiller expansion valve (70) via the valve unit (110). Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in der Heizphase zusätzlich das Bypass-Absperrventil (90) geöffnet wird und der Kältemittelmassenstrom aus dem ersten Kältemittelauslass (112)durch die Ventileinheit (110) so eingestellt wird, dass sich eine gewünschte Überhitzung des Kältemittels nach dem Außenwärmeübertrager (40) am kältemittelseitigen Außenwärmeüberträgerauslass (42) ergibt, wodurch Umgebungswärme über den Außenwärmeübertrager (40) und den Verdichter (10) in den Kabinenkondensator (20) eingekoppelt wird.procedure after claim 7 , characterized in that in the heating phase the bypass shut-off valve (90) is also opened and the refrigerant mass flow from the first refrigerant outlet (112) is adjusted by the valve unit (110) in such a way that a desired overheating of the refrigerant occurs after the external heat exchanger (40 ) results at the refrigerant-side external heat exchanger outlet (42), whereby ambient heat is coupled into the cabin condenser (20) via the external heat exchanger (40) and the compressor (10). Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichter (10) in der Heizphase auf einem oberen Drehzahlbereich betrieben wird.procedure after claim 7 or 8th , characterized in that the compressor (10) is operated in the heating phase at an upper speed range. Thermomanagementsystem für Elektrofahrzeuge zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit: einer Batterie (210), einem elektrischen Kühlmittelheizgerät (220), einer Wärmepumpenanordnung (1) und einer Steuerung (400), wobei die Wärmepumpenanordnung (1) einen Verdichter (10) mit kältemittelseitigem Verdichtereinlass (11) und kältemittelseitigem Verdichterauslass (12), einen Kabinenkondensator (20) mit kältemittelseitigem Kondensatoreinlass (21) und kältemittelseitigem Kondensatorauslass (22), einen Außenwärmeübertrager (40) mit kältemittelseitigem Außenwärmeübertragereinlass (41) und kältemittelseitigem Außenwärmeübertragerauslass (42), ein Chiller-Expansionsventil (70) und einen Chiller (80) mit kältemittelseitigem Chillereinlass (81) und kältemittelseitigem Chillerauslass (82), eine Ventileinheit (110), und eine Bypassleitung (100) mit einem Bypass-Absperrventil (90) zwischen dem Außenwärmeübertragerauslass (42) und dem Verdichtereinlass (11) umfasst, wobei die Ventileinheit (110) einen ersten Kältmitteleinlass (111), der mit dem Kondensatorauslass (22) verbunden ist, einen ersten Kältemittelauslass (112), der mit dem Außenwärmeübertragereinlass (41) verbunden ist, einen zweiten Kältemitteleinlass (113), der mit dem Außenwärmeübertragerauslass (42) verbunden ist, und einen zweiten Kältemittelauslass (114), der mit dem Chiller-Expansionsventil (70) verbunden ist, aufweist, wobei das elektrische Kühlmittelheizgerät (220) in einen Kühlmittelkreislauf (200) zwischen der Batterie (210) und dem Chiller (80) eingebunden ist, und wobei die Steuerung (400) ausgelegt ist, das Thermomanagementsystem in der optionalen ersten und der nicht-optionalen zweiten Anlaufphase und in der Heizphase zu betreiben.Thermal management system for electric vehicles for carrying out the method according to one of the preceding claims, having: a battery (210), an electric coolant heater (220), a heat pump arrangement (1) and a controller (400), the heat pump arrangement (1) having a compressor (10 ) with refrigerant-side compressor inlet (11) and refrigerant-side compressor outlet (12), a cabin condenser (20) with refrigerant-side condenser inlet (21) and refrigerant-side condenser outlet (22), an external heat exchanger (40) with refrigerant-side external heat exchanger inlet (41) and refrigerant-side external heat exchanger outlet (42), a chiller expansion valve (70) and a chiller (80) with a refrigerant-side chiller inlet (81) and a refrigerant-side chiller outlet (82), a valve unit (110), and a bypass line (100) with a bypass check valve (90) between the outdoor heat exchanger outlet ( 42) and the compressor inlet (11), the valve unit (110) comprising a first refrigerant inlet (111) which is connected to the condenser outlet (22), a first refrigerant outlet (112) which is connected to the outdoor heat exchanger inlet (41), a second refrigerant inlet (113) connected to the outdoor heat exchanger outlet (42) and a second refrigerant outlet (114) connected to the chiller expansion valve (70), wherein the electric coolant heater (220) is integrated into a coolant circuit (200) between the battery (210) and the chiller (80), and wherein the controller (400) is designed to control the thermal management system in the optional first and the non-optional second to operate in the start-up phase and in the heating phase. Thermomanagementsystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinheit (110) hochdruckseitig einen Kältemittelsammler (4) mit einem Kältemittelsammlereinlass (5) und einem Kältemittelsammlerauslass (6) umfasst, dass die Ventileinheit (110) den Kältemittelsammlereinlass (5) über den ersten Kältemitteleinlass (111) mit dem kältemittelseitigen Kondensatorauslass (22) oder über den zweiten Kältemitteleinlass (113) mit Außenwärmeübertragerauslass (42) verbindet, und dass die Ventileinheit (110) den Kältemittelsammlerauslass (6) mit dem zweiten Kältemittelauslass (114) verbindet.thermal management system claim 10 , characterized in that the valve unit (110) on the high-pressure side comprises a refrigerant collector (4) with a refrigerant collector inlet (5) and a refrigerant collector outlet (6), that the valve unit (110) connects the refrigerant collector inlet (5) via the first refrigerant inlet (111) to the refrigerant-side condenser outlet (22) or via the second refrigerant inlet (113) to the outdoor heat exchanger outlet (42), and that the valve unit (110) connects the refrigerant collector outlet (6) to the second refrigerant outlet (114). Thermomanagementsystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmepumpensystem (1) niederdruckseitig einen Kältemittelsammler (4) umfasst, der einen Kältemittelsammlereinlass (5) und einen Kältemittelsammlerauslass (6) umfasst, dass der Kältemittelsammlerauslass (6) mit dem Verdichtereinlass (11) verbunden ist, und dass der Kältemittelsammlereinlass (5) mit dem Chillerauslass (82) und dem Bypass-Absperrventil (90) verbunden ist.thermal management system claim 10 , characterized in that the heat pump system (1) comprises a refrigerant collector (4) on the low-pressure side, which comprises a refrigerant collector inlet (5) and a refrigerant collector outlet (6), that the refrigerant collector outlet (6) is connected to the compressor inlet (11), and that the Refrigerant receiver inlet (5) is connected to the chiller outlet (82) and the bypass check valve (90).
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